الروبوتات الزاحفة والطائرات بدون طيار تكتشف ريش الرياح التالفة

نظام جسر روبوت خطي

تساعد الروبوتات والطائرات بدون طيار وأجهزة الاستشعار في عمليات التفتيش الآن ويمكن أن تكون مؤتمتة بالكامل في المستقبل غير البعيد.

يمكن للطائرات بدون طيار والروبوتات الزاحفة المزودة بأجهزة مسح ضوئي خاصة أن تساعد ريش الرياح على البقاء في الخدمة لفترة أطول ، مما قد يقلل من تكلفة طاقة الرياح في الوقت الذي تزداد فيه الشفرات وتزيد سعراً ويصعب نقلها. تحقيقا لهذه الغاية ، عمل الباحثون في Blade Reliability Collaborative و Sandia National Laboratory التابعين لوزارة الطاقة على طرق لفحص شفرات الرياح بشكل غير جراحي بحثًا عن الأضرار المخفية مع كونها أسرع وأكثر تفصيلاً من عمليات التفتيش البشرية التقليدية باستخدام الكاميرات.

تعتبر شفرات الرياح أكبر الهياكل المركبة المكونة من قطعة واحدة والتي تم بناؤها في العالم ، وهي أكبر من أي طائرة ، وغالبًا ما يتم وضعها على الآلات في المواقع البعيدة. تخضع الشفرة للبرق والبرد والمطر والرطوبة وقوى أخرى أثناء تشغيلها خلال مليار دورة تحميل خلال عمرها الافتراضي ، ولكن لا يمكنك وضعها في شماعات للصيانة.

يقول باكيت إن الفحص والإصلاح الروتيني ضروريان لإبقاء شفرات التوربينات في الخدمة. ومع ذلك ، فإن طرق الفحص الحالية لا تلحق الضرر دائمًا قريبًا بما يكفي. تستفيد سانديا من الخبرة المكتسبة من أبحاث إلكترونيات الطيران والروبوتات لتغيير ذلك. من خلال اكتشاف التلف قبل أن يصبح مرئيًا ، يمكن للإصلاحات الأصغر والأرخص إصلاح الشفرة وإطالة عمرها التشغيلي ، كما يقول.

في أحد المشاريع ، جهزت Sandia روبوتًا زاحفًا بماسح ضوئي يبحث عن التلف داخل ريش الرياح. في سلسلة ثانية من المشاريع ، قامت سانديا بإقران طائرات بدون طيار بأجهزة استشعار تستخدم حرارة ضوء الشمس لاكتشاف الضرر.

تقليديا ، كان لصناعة الرياح طريقتان رئيسيتان لفحص ريش الرياح ، كما يقول باكيت. الخيار الأول هو إرسال شخص ما بكاميرا وعدسة تليفوتوغرافي. ينتقل المفتش من الشفرة إلى الشفرة لالتقاط الصور والبحث عن الأضرار المرئية ، مثل التشققات والتآكل. الخيار الثاني مشابه ، ولكن بدلاً من الوقوف على الأرض ، ينزلق المفتش أسفل برج ريشة الرياح أو يناور منصة على رافعة لأعلى وأسفل النصل.

في عمليات الفحص المرئية هذه ، ترى فقط تلفًا في السطح. في كثير من الأحيان ، بحلول الوقت الذي يمكنك فيه رؤية صدع على السطح الخارجي للشفرة ، يكون الضرر شديدًا بالفعل. أنت تبحث عن إصلاح باهظ الثمن أو قد تضطر حتى إلى استبدال الشفرة.

كانت عمليات التفتيش هذه شائعة لأنها ميسورة التكلفة ، لكنها لا يمكن أن تلحق الضرر قبل أن تتطور إلى مشكلة أكبر ، كما يقول باكيت. تهدف الروبوتات والطائرات بدون طيار الزاحفة من Sandia إلى جعل الفحص الداخلي غير الباضع لشفرات الرياح خيارًا قابلاً للتطبيق في الصناعة.

قامت Sandia وشركاؤها International Climbing Machines و Dophitech ببناء روبوت زاحف مستوحى من الآلات التي تفحص السدود. يمكن للروبوت أن يتحرك من جانب إلى آخر وإلى أعلى وأسفل شفرة الرياح ، مثل شخص يرسم لوحة إعلانية. تلتقط الكاميرات الموجودة على اللوحة صورًا عالية الدقة لاكتشاف تلف السطح ، بالإضافة إلى ترسيم الحدود الصغيرة التي قد تشير إلى تلف أكبر تحت السطح. أثناء الحركة ، يستخدم الروبوت أيضًا عصا لمسح الشفرة بحثًا عن التلف باستخدام نظام التصوير بالموجات فوق الصوتية على مراحل.

يعمل الماسح الضوئي إلى حد كبير مثل أجهزة الموجات فوق الصوتية التي يستخدمها الأطباء لرؤية الأجسام من الداخل ، إلا أنه في هذه الحالة يكتشف التلف الداخلي للشفرات. يتم تحليل التغييرات في هذه التواقيع فوق الصوتية تلقائيًا للإشارة إلى التلف.

يقول عالم سانديا ورئيس مشروع الزاحف الآلي ، دينيس روتش ، إن الفحص بالموجات فوق الصوتية للمصفوفة المرحلية يمكن أن يكتشف الضرر في أي طبقة داخل الشفرات السميكة المركبة.

التأثير أو الإجهاد الناتج عن الاضطراب يخلق أضرارًا تحت السطح غير مرئية. تكمن الفكرة في العثور على الضرر قبل أن ينمو إلى الحجم الحرج ويمكن إصلاحه بإصلاحات أقل تكلفة تقلل أيضًا من وقت تعطل الشفرة. نريد تجنب أي فشل أو الحاجة إلى إزالة الشفرة.

يتصور روتش الزواحف الآلية كجزء من طريقة فحص وإصلاح شامل لشفرات الرياح.

تخيل فريق الإصلاح على المنصة وهو يصعد شفرة الرياح والروبوت يزحف إلى الأمام. عندما يعثر الروبوت على شيء ما ، يمكن للمفتشين جعل الروبوت يحدد المكان بحيث يكون موقع الضرر تحت السطحي واضحًا. يقوم فريق الإصلاح بإزالة الضرر وإصلاح المواد المركبة. يتيح هذا التسوق الشامل للفحص والإصلاح عودة الشفرة إلى الخدمة بسرعة.

عملت سانديا أيضًا مع العديد من الشركات الصغيرة في سلسلة من المشاريع لتجهيز الطائرات بدون طيار بكاميرات الأشعة تحت الحمراء التي تستخدم الحرارة من أشعة الشمس لاكتشاف الضرر الخفي لشفرة الرياح. هذه الطريقة ، التي تسمى التصوير الحراري ، تكتشف التلف حتى عمق نصف بوصة داخل الشفرة.

لقد طورنا طريقة تسخن الشفرة في الشمس ، ثم تدحرج الشفرة أو تميلها حتى تصبح في الظل. ينتشر ضوء الشمس في النصل ويعادل. مع انتشار هذه الحرارة ، تتوقع أن يبرد سطح الشفرة. لكن العيوب تميل إلى تعطيل تدفق الحرارة ، تاركة السطح العلوي والعيوب ساخنة. تكتشف كاميرا الأشعة تحت الحمراء تلك النقاط الساخنة وتصنفها على أنها تلف تم اكتشافه.

هناك أجهزة تصوير حراري أرضية تُستخدم حاليًا في صناعات أخرى ، مثل صيانة الطائرات. يقول إيلي إنه نظرًا لتركيب الكاميرات على طائرات بدون طيار لهذا التطبيق ، يجب تقديم تنازلات.

أنت لا تريد شيئًا باهظًا على طائرة بدون طيار يمكن أن تتحطم ، ولا تريد خنزير طاقة. لذلك ، نستخدم كاميرات الأشعة تحت الحمراء الصغيرة جدًا التي تناسب معاييرنا ثم نستخدم الصور البصرية والليدار لتوفير معلومات إضافية.

Lidar ، الذي يشبه الرادار ولكنه يستخدم الضوء المرئي بدلاً من موجات التردد اللاسلكي ، يقيس المدة التي يستغرقها الضوء للانتقال من وإلى نقطة ما لتحديد المسافة بين الأشياء. استوحى الباحثون من برنامج هبوط المريخ التابع لناسا ، واستخدموا مستشعر الليدار واستفادوا من حركة الطائرات بدون طيار لجمع صور فائقة الدقة. تتحرك طائرة بدون طيار تتفقد شفرة الرياح أثناء التقاطها للصور ، وتتيح هذه الحركة جمع صور فائقة الدقة.

يمكنك استخدام الحركة لملء وحدات بكسل إضافية. إذا كان لديك كاميرا 100 × 100 بكسل أو ليدار والتقطت صورة واحدة ، فإن هذه الدقة هي كل ما لديك. ولكن إذا تحركت أثناء التقاط الصور ، بمقدار بكسل فرعي ، يمكنك ملء تلك الفجوات وإنشاء شبكة أكثر دقة. يمكن تجميع البيانات من عدة إطارات معًا للحصول على صورة فائقة الدقة.

يتيح استخدام التصوير عالي الدقة والليدار أيضًا للباحثين تتبع مكان تلف الشفرة بدقة ، ويمكن لليدار أيضًا قياس تآكل حواف الشفرة.

تعتبر عمليات التفتيش المستقلة للجسور وخطوط الطاقة من الحقائق بالفعل ، ويعتقد باكيت أنها ستصبح أيضًا أجزاء مهمة لضمان موثوقية ريشة الرياح.

سيكون الفحص الذاتي منطقة ضخمة ، وهو أمر منطقي حقًا في صناعة الرياح ، نظرًا لحجم وموقع الشفرات ، وبدلاً من أن يكون الشخص بحاجة إلى المشي أو القيادة من شفرة إلى أخرى للبحث عن الضرر ، تخيل ما إذا كانت عمليات التفتيش كانت مؤتمتة.

يقول باكيت إن هناك مجالًا لمجموعة متنوعة من طرق الفحص ، بدءًا من عمليات التفتيش البسيطة بالكاميرا الأرضية إلى الطائرات بدون طيار والزواحف التي تعمل معًا لتحديد صحة الشفرة.

يمكنني أن أتخيل أن كل محطة رياح لديها طائرة بدون طيار أو أسطول من الطائرات بدون طيار التي تقلع كل يوم ، وتطير حول توربينات الرياح ، وتقوم بجميع عمليات التفتيش ، ثم تعود وتحمل بياناتها. بعد ذلك ، سيأتي مشغل محطة الرياح ويبحث في البيانات ، والتي ستكون قد تمت قراءتها بالفعل بواسطة الذكاء الاصطناعي الذي يبحث عن الاختلافات في الشفرات من عمليات التفتيش السابقة ويلاحظ المشكلات المحتملة. سيقوم المشغل بعد ذلك بنشر زاحف آلي على الشفرة مع وجود تلف مشتبه به للحصول على مظهر أكثر تفصيلاً وتخطيط الإصلاحات. سيكون تقدمًا كبيرًا لهذه الصناعة.


الوقت ما بعد: مارس -08-2021