Robotit, droonit ja anturit auttavat tarkastuksissa nyt, ja ne voidaan täysin automatisoida lähitulevaisuudessa.

Erikoisskannereilla varustetut droonit ja ryömivät robotit voisivat auttaa tuulilapoja pysymään käytössä pidempään, mikä voisi alentaa tuulienergian kustannuksia aikana, jolloin siivet ovat kasvamassa, kalliimpia ja vaikeampi kuljettaa. Tätä tarkoitusta varten DoE:n Blade Reliability Collaborativen ja Sandia National Laboratoryn tutkijat ovat työstäneet tapoja tarkastaa ei-invasiivisesti tuulen siivet piilovaurioiden varalta samalla, kun ne ovat nopeampia ja yksityiskohtaisempia kuin perinteiset ihmistarkastukset kameroilla.

Tuulilavat ovat maailman suurimpia yksiosaisia ​​komposiittirakenteita, jopa suurempia kuin mikään lentokone, ja ne laitetaan usein koneisiin syrjäisillä paikoilla. Terä altistuu salamalle, rakeelle, sateelle, kosteudelle ja muille voimille käydessään läpi miljardi kuormitusjaksoa elinkaarensa aikana, mutta et voi laskea sitä vain ripustimeen huoltoa varten.

Säännöllinen tarkastus ja korjaus ovat kuitenkin kriittisiä turbiinin siipien pitämiseksi käytössä, Paquette sanoo. Nykyiset tarkastusmenetelmät eivät kuitenkaan aina havaitse vaurioita riittävän nopeasti. Sandia hyödyntää avioniikka- ja robotiikkatutkimuksen asiantuntemusta muuttaakseen tämän. Kun vauriot havaitaan ennen kuin ne tulevat näkyviin, pienemmät ja halvemmat korjaukset voivat korjata terän ja pidentää sen käyttöikää, hän sanoo.

Yhdessä projektissa Sandia varusti ryömivän robotin skannerilla, joka etsii vaurioita tuulen lapojen sisältä. Toisessa projektisarjassa Sandia yhdisti droonit sensoreihin, jotka käyttävät auringonvalon lämpöä vaurioiden havaitsemiseen.

Perinteisesti tuuliteollisuudella on ollut kaksi pääasiallista lähestymistapaa tuulen siipien tarkastamiseen, Paquette sanoo. Ensimmäinen vaihtoehto on lähettää joku kameran ja teleobjektiivin kanssa. Tarkastaja siirtyy terältä terälle nappaamalla valokuvia ja etsiessään näkyviä vaurioita, kuten halkeamia ja eroosiota. Toinen vaihtoehto on samankaltainen, mutta maassa seisomisen sijaan tarkastaja kaataa alas tuulen siipitornia tai ohjaa nosturin lavaa ylös ja alas terää.

Näissä silmämääräisissä tarkastuksissa näet vain pintavaurioita. Usein kuitenkin silloin, kun terän ulkopinnassa näkyy halkeama, vaurio on jo melko vakava. Etsitkö kallista korjausta tai saatat joutua jopa vaihtamaan terän.

Nämä tarkastukset ovat olleet suosittuja, koska ne ovat edullisia, mutta ne eivät voi saada vaurioita ennen kuin niistä kasvaa suurempi ongelma, Paquette sanoo. Sandian ryömivien robottien ja droonien tarkoituksena on tehdä tuulen siipien ei-invasiivisesta sisäisestä tarkastuksesta varteenotettava vaihtoehto teollisuudelle.

Sandia ja kumppanit International Climbing Machines ja Dophitech rakensivat ryömivän robotin, joka on saanut inspiraationsa patoja tarkastavista koneista. Robotti voi liikkua puolelta toiselle ja ylös ja alas tuulen siivellä, kuten joku maalaisi mainostaulua. Ajoneuvon kamerat ottavat korkealaatuisia kuvia havaitakseen pintavauriot sekä pienet rajaukset, jotka voivat olla merkki suuremmista pinnanalaisista vaurioista. Liikkuessaan robotti skannaa myös sauvan avulla terän vaurioita vaiheistetulla ultraäänikuvauksella.

Skanneri toimii samalla tavalla kuin ultraäänilaitteet, joita lääkärit käyttävät ruumiin sisälle näkemiseen, paitsi tässä tapauksessa se havaitsee terien sisäiset vauriot. Muutokset näissä ultraäänitunnisteissa analysoidaan automaattisesti vaurioiden osoittamiseksi.

Sandian vanhempi tutkija ja robotti-telainprojektin johtaja Dennis Roach sanoo, että vaiheittaisella ultraäänitarkastuksella voidaan havaita vaurioita missä tahansa paksujen komposiittiterien sisällä.

Turbulenssin aiheuttama isku tai ylikuormitus aiheuttaa pinnanalaisia ​​vaurioita, jotka eivät ole näkyvissä. Ajatuksena on löytää vauriot ennen kuin ne kasvavat kriittiseen kokoon, ja ne voidaan korjata halvemmilla korjauksilla, jotka myös vähentävät terän seisokkeja. Haluamme välttää vikoja tai tarvetta poistaa terä.

Roach näkee robottitelakoneet osana yhden luukun tarkastus- ja korjausmenetelmää tuulen siipille.

Kuvittele korjaustiimi alustalla nousemassa tuulen siivellä robotin ryömiessä edellä. Kun robotti löytää jotain, tarkastajat voivat laittaa robotin merkitsemään paikan niin, että maanalaisen vaurion sijainti on selvä. Korjausryhmä hioo vauriot ja korjaa komposiittimateriaalin. Tämä yhden luukun tarkastus- ja korjausostos mahdollistaa terän nopean käytön.

Sandia työskenteli myös useiden pienyritysten kanssa hankkeissa varustaakseen droneja infrapunakameroilla, jotka käyttävät auringonvalon lämpöä havaitakseen piilossa olevia tuulen lapojen vaurioita. Tämä termografiaksi kutsuttu menetelmä havaitsee vauriot jopa puolen tuuman syvyyteen terän sisällä.

Kehitimme menetelmän, joka lämmittää terää auringossa ja sitten rullaa tai nostaa terää, kunnes se on varjossa. Auringonvalo leviää terään ja tasoittaa. Kun tämä lämpö leviää, odotat terän pinnan jäähtyvän. Mutta viat yleensä häiritsevät lämmön virtausta jättäen pinnan yläpuolelle ja viat kuumiksi. Infrapunakamera havaitsee kuumat kohdat ja merkitsee ne havaituiksi vaurioiksi.

Maassa olevia termografialaitteita käytetään tällä hetkellä muilla teollisuudenaloilla, kuten lentokoneiden huollossa. Koska kamerat on asennettu droneihin tätä sovellusta varten, myönnytyksiä on tehtävä, Ely sanoo.

Et halua mitään kallista droneen, joka voi kaatua, etkä voimaa. Joten käytämme todella pieniä IR-kameroita, jotka sopivat kriteereihimme, ja sitten käytämme optisia kuvia ja lidaria lisätietojen antamiseen.

Lidar, joka on kuin tutka, mutta käyttää näkyvää valoa radiotaajuisten aaltojen sijasta, mittaa, kuinka kauan valolla kestää kulkea pisteestä ja määrittää objektien välinen etäisyys. NASAn Mars-laskeutumisohjelmasta inspiraation saaneet tutkijat käyttivät lidar-anturia ja hyödynsivät droonien liikettä superresoluutiokuvien keräämiseen. Tuulen siipiä tarkastava drone liikkuu kuvan ottamisen aikana, ja tämä liike mahdollistaa superresoluution kuvien keräämisen.

Käytät liikettä lisäpikseleiden täyttämiseen. Jos sinulla on 100 x 100 pikselin kamera tai lidar ja otat yhden kuvan, tämä resoluutio on kaikki mitä sinulla on. Mutta jos liikut ottaessasi kuvia alipikselimäärän verran, voit täyttää nämä aukot ja luoda hienomman verkon. Useiden kehysten tiedot voidaan koota yhteen superresoluutiokuvaksi.

Lidarin ja superresoluution kuvantamisen avulla tutkijat voivat myös seurata tarkasti, missä terä on vaurioitunut, ja lidar voi myös mitata eroosiota terän reunoissa.

Siltojen ja voimalinjojen autonomiset tarkastukset ovat jo todellisuutta, ja Paquette uskoo, että niistä tulee myös tärkeä osa tuulensiipien luotettavuuden varmistamista.

Autonominen tarkastus tulee olemaan valtava alue, ja se on todella järkevää tuuliteollisuudessa, kun otetaan huomioon siipien koko ja sijainti. Sen sijaan, että henkilö joutuisi kävelemään tai ajamaan terältä terälle etsiäkseen vaurioita, kuvittele, että tarkastukset olivat automatisoituja.

Paquette sanoo, että siellä on tilaa useille tarkastusmenetelmille, yksinkertaisista maanpäällisistä kameratarkastuksista droonien ja telakoneiden kanssa, jotka työskentelevät yhdessä terän kunnon määrittämiseksi.

Voin kuvitella, että jokaisessa tuulivoimalassa on drooni tai drone-laivasto, joka lähtee lentoon joka päivä, lentää tuulivoimaloiden ympäri, tekee kaikki tarkastuksensa ja palaa sitten takaisin ja lataa tietonsa. Sitten tuulivoimalan käyttäjä tulee sisään ja tarkastelee dataa, jonka tekoäly on jo lukenut, joka etsii siipistä eroja aikaisemmista tarkastuksista ja panee merkille mahdolliset ongelmat. Käyttäjä ottaa sitten käyttöön robottitelakoneen terälle, jonka epäillään olevan vaurioitunut, saadakseen tarkemman kuvan ja suunnitellakseen korjauksia. Se olisi merkittävä edistysaskel teollisuudelle.