Роботи, безпілотні літальні апарати та датчики зараз допомагають у перевірках, а в недалекому майбутньому вони можуть бути повністю автоматизовані.

Дрони та повзаючі роботи, оснащені спеціальними сканерами, можуть допомогти лопатям вітру залишатися в експлуатації довше, що може знизити вартість енергії вітру в той час, коли лопаті стають більшими, дорожчими та їх важче транспортувати. З цією метою дослідники з Blade Reliability Collaborative Міністерства енергетики та Національної лабораторії Sandia працюють над способами неінвазивної перевірки вітряних лопатей на наявність прихованих пошкоджень, при цьому вони швидші та детальніші, ніж традиційні перевірки людьми за допомогою камер.

Вітрові лопаті — це найбільші цілісні композитні конструкції у світі, навіть більші за будь-який літак, і їх часто встановлюють на машини у віддалених місцях. Лезо піддається впливу блискавки, граду, дощу, вологості та інших факторів, проходячи мільярд циклів навантаження протягом свого терміну служби, але ви не можете просто поставити його на вішалку для обслуговування.

Звичайний огляд і ремонт, однак, мають вирішальне значення для того, щоб лопаті турбіни були в робочому стані, каже Пакетт. Однак сучасні методи перевірки не завжди виявляють пошкодження достатньо швидко. Sandia спирається на досвід досліджень авіоніки та робототехніки, щоб змінити це. Виявивши пошкодження до того, як вони стануть помітними, менший і дешевший ремонт може виправити лезо та подовжити термін його служби, каже він.

В одному проекті Сандія оснастила повзаючого робота сканером, який шукає пошкодження всередині лопатей вітру. У другій серії проектів Сандія поєднала дрони з датчиками, які використовують тепло від сонячного світла для виявлення пошкоджень.

Традиційно у вітряній промисловості було два основних підходи до перевірки лопатей вітру, каже Пакетт. Перший варіант – відправити когось із фотоапаратом і телеоб’єктивом. Інспектор переходить від леза до леза, фотографуючи та шукаючи видимі пошкодження, наприклад тріщини та ерозію. Другий варіант подібний, але замість того, щоб стояти на землі, інспектор спускається по лопаті вітрової вежі або маневрує платформою на крані вгору та вниз по лопаті.

Під час візуального огляду ви бачите лише пошкодження поверхні. Однак часто до того моменту, коли ви бачите тріщину на зовнішній стороні леза, пошкодження вже досить серйозне. Ви очікуєте дорогий ремонт або вам навіть доведеться замінити лезо.

Ці перевірки були популярні, тому що вони доступні, але вони не можуть виявити пошкодження, перш ніж вони переростуть у більшу проблему, каже Пакетт. Повзучі роботи та дрони Sandia спрямовані на те, щоб зробити неінвазивну внутрішню перевірку вітрових лопатей життєздатним варіантом для галузі.

Сандія та партнери International Climbing Machines і Dophitech створили повзаючого робота, натхненного машинами, які перевіряють дамби. Робот може рухатися з боку в бік і вгору-вниз по лопаті, як хтось малює рекламний щит. Бортові камери знімають високоточні зображення, щоб виявити пошкодження поверхні, а також невеликі розмежування, які можуть сигналізувати про більші пошкодження під поверхнею. Під час руху робот також використовує паличку, щоб сканувати лезо на наявність пошкоджень за допомогою ультразвукового зображення з фазованою решіткою.

Сканер працює так само, як ультразвукові апарати, які використовують лікарі для огляду внутрішніх органів, за винятком того, що в цьому випадку він виявляє внутрішні пошкодження лез. Зміни в цих ультразвукових сигнатурах автоматично аналізуються, щоб вказати на пошкодження.

Старший науковий співробітник Sandia та керівник проекту робототехнічного сканера Денніс Роуч каже, що ультразвукова перевірка з фазованою решіткою може виявити пошкодження будь-якого шару всередині товстих композитних лез.

Удар або перенапруження від турбулентності створює пошкодження під поверхнею, які не видно. Ідея полягає в тому, щоб знайти пошкодження до того, як вони виростуть до критичних розмірів і можуть бути виправлені менш дорогим ремонтом, який також зменшує час простою леза. Ми хочемо уникнути будь-яких збоїв або необхідності знімати лезо.

Роуч розглядає роботизовані сканери як частину комплексного методу перевірки та ремонту вітрових лопатей.

Уявіть собі ремонтну бригаду на платформі, яка піднімається по лопаті, а робот повзе попереду. Коли робот щось знаходить, інспектори можуть попросити робота позначити місце, щоб місце пошкодження під поверхнею було очевидним. Ремонтна бригада відшліфовує пошкодження та ремонтує композитний матеріал. Ця універсальна послуга перевірки та ремонту дозволяє швидко повернути лезо в експлуатацію.

Сандія також працювала з кількома малими підприємствами в серії проектів з оснащення дронів інфрачервоними камерами, які використовують тепло від сонячного світла для виявлення прихованих пошкоджень лопатей вітру. Цей метод, званий термографією, виявляє пошкодження глибиною до півдюйма всередині леза.

Ми розробили метод, який нагріває лезо на сонці, а потім котить або висуває лезо, поки воно не опиниться в тіні. Сонячне світло розсіюється в лезо та вирівнюється. Коли це тепло розсіюється, ви очікуєте, що поверхня леза охолоне. Але дефекти, як правило, порушують потік тепла, залишаючи поверхню зверху та дефекти гарячими. Інфрачервона камера виявляє ці гарячі точки та позначає це як виявлені пошкодження.

Існують наземні термографічні пристрої, які в даний час використовуються в інших галузях промисловості, таких як технічне обслуговування літаків. Оскільки для цього застосування камери встановлені на дронах, потрібно піти на поступки, каже Елі.

Вам не потрібне щось дороге на безпілотнику, який може розбитися, і вам не потрібна потужна свиня. Отже, ми використовуємо дуже маленькі ІЧ-камери, які відповідають нашим критеріям, а потім використовуємо оптичні зображення та лідар, щоб надати додаткову інформацію.

Лідар, який схожий на радар, але використовує видиме світло замість радіочастотних хвиль, вимірює, скільки часу потрібно світлу, щоб пройти до точки та від неї, щоб визначити відстань між об’єктами. Взявши натхнення в програмі НАСА для посадки на Марс, дослідники використали лідарний датчик і скористалися перевагами руху дрона, щоб отримати зображення з надвисокою роздільною здатністю. Дрон, який перевіряє вітряну лопату, рухається під час зйомки зображень, і цей рух дає змогу збирати зображення надвисокої роздільної здатності.

Ви використовуєте рух, щоб заповнити додаткові пікселі. Якщо у вас є камера 100 на 100 пікселів або лідар і ви зробите один знімок, у вас буде лише така роздільна здатність. Але якщо ви рухаєтеся під час зйомки, на кількість субпікселів, ви можете заповнити ці проміжки та створити більш тонку сітку. Дані з кількох кадрів можна об’єднати для отримання зображення з високою роздільною здатністю.

Використання лідара та зображень із високою роздільною здатністю також дозволяє дослідникам точно відстежувати, де пошкоджено лезо, а лідар також може вимірювати ерозію на краях леза.

Автономні перевірки мостів і ліній електропередач уже стали реальністю, і Пакетт вважає, що вони також стануть важливою частиною забезпечення надійності вітряних лопатей.

Автономна перевірка займатиме величезну територію, і це дійсно має сенс у вітряній промисловості, враховуючи розмір і розташування лопатей. Замість того, щоб людині доводилося ходити чи їздити від лопаті до лопаті, щоб знайти пошкодження, уявіть, що перевірки були автоматизовані.

Пакетт каже, що існує простір для різноманітних методів перевірки, від простої наземної камери до дронів і сканерів, які працюють разом, щоб визначити стан леза.

Я можу уявити собі, що на кожній вітряній електростанції буде безпілотник або група дронів, які щодня злітають, літають навколо вітрових турбін, проводять усі їхні перевірки, а потім повертаються й завантажують свої дані. Тоді оператор вітряної установки зайде і прогляне дані, які вже були прочитані штучним інтелектом, який шукає відмінності в лопатях від попередніх перевірок і помічає потенційні проблеми. Потім оператор розгорне роботизований сканер на лезі з підозрою на пошкодження, щоб отримати більш детальний огляд і спланувати ремонт. Це було б значним прогресом для галузі.