Test napędu łopatkowego w IWES

Założony w 2009, the Fraunhofer Institute for Wind Energy and Energy System Technology IWES w Bremerhaven/Niemcy specjalizuje się w badaniach nad energią odnawialną. Od 2011 roku czerpie korzyści z posiadania optycznego systemu pomiarowego o nazwie MoveInspect HF, który to pozwala na monitorowanie wyników w czasie rzeczywistym, długotrwających testów, dając przewagę nad powszechnie stosowanymi potencjometrami łączonymi kablami.

“Lepsza łopatka” – Projekt innowacyjnych metod testowania

W szczególności w aspekcie elektrowni wiatrowych, rzetelna predykcja sztywności odgrywa kluczową rolę. Kiedy ulega zmęczeniu łopatka wirnika, kiedy następuje widoczne uszkodzenie? Zachowanie łopatek przy uwzględnieniu zmęczenia materiału np.: zapoczątkowanie i dalszy progres, musi być wykryte przed załączeniem systemu. W celu usprawnienia procedury pod kątem certyfikacji łopatek, uruchomiono projekt „Lepsza łopatka” pod kierownictwem Dr. Arno van Wingerde w Centrum Łopatek Obrotowych w IWES. 

Falko Bürkner, kierownik projektu związanego z obrotowymi łopatkami, podsumowuje cele projektu „Lepsza łopatka” w następujący sposób: “Dotychczas wykorzystywana metoda pomiarowa nie jest wystarczająca do stworzenia kolejnej generacji stacji wiatrowych. W celu optymalizacji dokładności, analizowaliśmy całościowy proces, wliczając wpływ kabli na potencjometry, jako główny słaby punkt badań. Zależnie od długości kabli, mieliśmy różne czasy odpowiedzi, stąd było niemożliwym prowadzenie badań przy dużych obciążeniach dynamicznych przy założonej precyzji. Było nieuniknionym zastąpienie tej technologii systemem optycznym 3D, który nie wykazuje żadnego sprzężenia pomiędzy urządzeniem a badaną próbką.” 

System optyczny MoveInspect HF był testowany w tym projekcie bardzo ostrożnie, lecz udowodniony, że jest w stanie dostarczyć wysokiej precyzji wyników w czasie rzeczywistym, bez wpływu na bieżącą pozycję łopatki. 

Wymagania związane z systemem pomiarowym 3D

System MoveInspect HF miał spełnić jeszcze dodatkowe założenia. Zespół Dr. Arno van Wingerde zebrał szereg wymogów związanych nie tylko z dokładnością, lecz również ze stacją diagnostyczną: 

1. Test obciążenia statycznego 

W ogólne zasadzie, specyfikacja opisuje nie tylko jeden indywidualny test, lecz sekwencję testów statycznych. Przed poddaniem łopatki badaniom, zostanie ona nabita na wzmocniony blok betonowy. Obciążenie jest skierowane pionowo do dołu z użyciem hydraulicznych tłoków, lin i rolek wyginających. Wygięcie występuje w zakresie 1- 20m w krótkimi postojami w określonych punktach. Zadaniem systemu pomiarowego jest śledzenie bieżącej pozycji w przestrzeni i przesłanie współrzędnych 3D do jednostki centralnej. Krytycznym okazuje się oprócz samej dokładności, znacząca liczba punktów śledzonych jednocześnie w długim okresie testów. 

2. Cykliczny test obciążenia 

Badając żywotność łopatki, będzie ona poddawana zmiennym obciążeniom o różnych amplitudach. Jednakże na potrzeby testu, zastosujemy stałą amplitudę, symulując naturalne warunki pracy z uwzględnieniem obrotu. Wykonano również test dwukierunkowy, z równoległym naciskiem z dwóch kierunków. Obciążenia są przenoszone za pomocą pojedynczego siłownika zlokalizowanego w środkowej części łopatki.  Wartości powinny być odczytywane synchronicznie i przesyłane do jednostki sterującej w czasie rzeczywistym.  

3. Ogólne wymagania:

• Deformacja wykrywalna: do 20 m
• Częstotliwość pomiaru: > 100 Hertz, czas rzeczywisty
• Dokładność: < 2 mm, zależnie od rozmiarów obiektu
• Czas rejestracji: nieograniczony
• Konfiguracja systemu: mobilny
  
  

MoveInspect HF spełnia wszystkie wymagania!

Testy systemu MoveInspect HF zostały zwieńczone sukcesem. Zaproponowane rozwiązanie nie tylko pasowało do projektu, przekonując zespół IWES, ale również przemawiało za sobą pod względem wydajności i gęstości zbieranych danych. AICON było dumny z otrzymania zamówienia z początkiem 2011 roku. 

Falko Bürkner naświetla zalety systemu: “Jesteśmy zaskoczeni redukcją kosztów, jaka wynika z zastosowania MoveInspect HF. W porównaniu do naszych wcześniejszych systemów pomiarowych, ciągnących za kable potencjometrów, czas potrzebny na instalację dla każdego testu został skrócony o 30 minut. Ze względu na znaczącą obsadę personelu, koszty zatrudnienia zostały znacząco ograniczone tylko z tego powodu. Dodatkowo nie musimy konwertować otrzymanego przesunięcia. Nasz nowy MoveInspect HF przedstawia wyniki bezpośrednio, w prostokątnych układzie współrzędnych, przyczyniając się do przyspieszenia analizy.” 

Również pod względem gęstości otrzymywanych danych MoveInspect HF przekracza nasze oczekiwania. Falko Bürkner potwierdza: “Niektóre dane dostarczane przez system firy AICON były nieosiągalne dotychczas. Klasyczne systemy wykorzystujące potencjometry nie były w stanie zbadań niektórych parametrów, np.: uwzględnienie bocznego pochylenia łopatek w trakcie pionowego testu obciążenia. Fakt ten pozwolił nam na dokładniejsze zbadanie i analizę jakości próbek.”

Konfiguracja MoveInspect HF w aplikacji IWES

System MoveInspect HF wykorzystuje kamery wysokiej rozdzielczości skierowane na badany obiekt. Ze względu na wymiary łopatki sięgające do 90m wymagane było zastosowanie czterech kamer zamocowanych na trójnogach i rozmieszczonych dookoła obiektu. W ten sposób mogliśmy wykryć jakiekolwiek przesunięcie próbki. 

Punkty pomiarowe są oznaczone za pomocą naklejanych „targetów”. Dla łopatki krytycznym miejscem jest końcówka, ponieważ największe prędkości występują w tej części. Dla przykładu, prędkość końcówki wyniesie 32m/s, dla przesunięcia 10m o częstotliwości 0.5 Hz. 

W 2011 system MoveInspect HF został wdrożony do IWES w celu dostarczania ważnych informacji nt czasu żywotności różnego rozmiaru łopatek.