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

Droonit ja ryömivärobotit, jotka on varustettu erityisillä skannereilla, voisivat auttaa tuulivoimaloiden lapoja pysymään käytössä pidempään, mikä voisi alentaa tuulienergian kustannuksia aikana, jolloin lavat ovat yhä suurempia, kalliimpia ja vaikeampia kuljettaa. Tätä varten Yhdysvaltain energiaministeriön Blade Reliability Collaborativen ja Sandia National Laboratoryn tutkijat ovat työskennelleet tapojen parissa, joilla tuulivoimaloiden lapoja voidaan tarkastaa piilovaurioiden varalta ei-invasiivisesti ja samalla nopeammin ja yksityiskohtaisemmin kuin perinteiset ihmisten tekemät kameratarkastukset.

Tuulivoimalan lavat ovat maailman suurimpia yksiosaisia ​​komposiittirakenteita, jopa suurempia kuin mikään lentokone, ja niitä asennetaan usein koneisiin syrjäisillä alueilla. Lapa altistuu salamoille, rakeille, sateelle, kosteudelle ja muille voimille miljardin kuormitusjakson aikana, mutta sitä ei voi noin vain laskea ripustukseen huoltoa varten.

Rutiinitarkastus ja -korjaus on kuitenkin ratkaisevan tärkeää turbiinin lapojen pitämiseksi käytössä, Paquette sanoo. Nykyiset tarkastusmenetelmät eivät kuitenkaan aina havaitse vaurioita riittävän ajoissa. Sandia hyödyntää avioniikka- ja robotiikkatutkimuksen asiantuntemusta muuttaakseen tämän. Havaitsemalla vauriot ennen kuin ne tulevat näkyviin, pienemmät ja halvemmat korjaukset voivat korjata lapoja ja pidentää niiden käyttöikää, hän sanoo.

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

Paquetten mukaan tuulivoimateollisuudella on perinteisesti ollut kaksi pääasiallista lähestymistapaa tuulivoimaloiden lapojen tarkastamiseen. Ensimmäinen vaihtoehto on lähettää joku paikalle kameran ja teleobjektiivin kanssa. Tarkastaja siirtyy lavalta toiselle ottaen valokuvia ja etsien näkyviä vaurioita, kuten halkeamia ja eroosiota. Toinen vaihtoehto on samanlainen, mutta maassa seisomisen sijaan tarkastaja laskeutuu alas tuulivoimaloiden lapojen tornia pitkin köysiköydellä tai liikuttaa nosturilla varustettua tasoa lapaa pitkin ylös ja alas.

Näissä visuaalisissa tarkastuksissa näet vain pintavaurioita. Usein kuitenkin siihen mennessä, kun terän ulkopuolella näkyy halkeama, vaurio on jo melko vakava. Kyseessä on kallis korjaus tai terän vaihto on ehkä tehtävä.

Nämä tarkastukset ovat olleet suosittuja, koska ne ovat edullisia, mutta ne eivät pysty havaitsemaan vaurioita ennen kuin niistä kasvaa suurempi ongelma, Paquette sanoo. Sandian ryömivärobotit ja droonit on tarkoitettu tekemään tuuliturbiinien lapojen ei-invasiivista sisätarkastuksista käyttökelpoisen vaihtoehdon teollisuudelle.

Sandia ja kumppanit International Climbing Machines ja Dophitech rakensivat ryömivän robotin, joka on saanut inspiraationsa patojen tarkastuskoneista. Robotti voi liikkua tuuliturbiinin lapaa pitkin sivulta toiselle sekä ylös ja alas, aivan kuin joku maalaisi mainostaulua. Robotin kamerat ottavat tarkkoja kuvia havaitakseen pintavaurioita sekä pieniä rajauksia, jotka voivat viitata suurempiin, maanalaisiin vaurioihin. Liikkuvansa aikana robotti käyttää myös sauvaa skannatakseen lapaa vaurioiden varalta vaiheistetun ultraäänitutkimuksella.

Skanneri toimii paljolti kuten lääkärien käyttämät ultraäänilaitteet kehon sisäosien tarkasteluun, paitsi että tässä tapauksessa se havaitsee terien sisäisiä vaurioita. Näiden ultraäänisignaalien muutokset analysoidaan automaattisesti vaurioiden osoittamiseksi.

Sandian vanhempi tiedemies ja robotti-indeksoijaprojektin johtaja Dennis Roach sanoo, että vaiheistettu ultraäänitutkimus voi havaita vaurioita missä tahansa kerroksessa paksujen komposiittiterien sisällä.

Turbulenssin aiheuttama isku tai ylikuormitus aiheuttaa näkymättömiä vaurioita maan alla. Ajatuksena on löytää vauriot ennen kuin ne kasvavat kriittiseen kokoon, ja ne voidaan korjata edullisemmilla korjauksilla, jotka myös vähentävät lapojen seisokkiaikaa. Haluamme välttää mahdolliset viat tai tarpeen irrottaa lapoja.

Roach kuvittelee robotti-indeksoijat osaksi tuulivoimaloiden lapojen yhden luukun tarkastus- ja korjausmenetelmää.

Kuvittele korjaustiimi nousemassa lavan reunalla ylös robotin ryömidessä edellä. Kun robotti löytää jotakin, tarkastajat voivat pyytää robottia merkitsemään paikan, jotta maanalaisen vaurion sijainti on ilmeinen. Korjaustiimi hioo vauriot pois ja korjaa komposiittimateriaalin. Tämä yhden pysähdyksen tarkastus- ja korjauspalvelu mahdollistaa lavan nopean takaisin käyttöönoton.

Sandia työskenteli myös useiden pienten yritysten kanssa sarjassa projekteja, joissa droneja varustettiin infrapunakameroilla, jotka käyttävät auringonvalon lämpöä piilevien tuulilasin vaurioiden havaitsemiseen. Tätä termografiaksi kutsuttua menetelmää käytetään havaitsemaan vaurioita jopa puolen tuuman syvyydessä lavan sisällä.

Kehitimme menetelmän, jossa terää lämmitetään auringossa ja sitten pyöritetään tai heitellään, kunnes se on varjossa. Auringonvalo diffusoituu terään ja tasaantuu. Kun lämpö diffusoituu, terän pinnan odotetaan jäähtyvän. Mutta viat yleensä häiritsevät lämmönvirtausta, jolloin yläpuolella oleva pinta ja viat kuumenevat. Infrapunakamera havaitsee nämä kuumat kohdat ja merkitsee ne havaituiksi vaurioiksi.

Maassa sijaitsevia termografialaitteita käytetään tällä hetkellä muilla teollisuudenaloilla, kuten lentokoneiden huollossa. Koska kamerat on tässä sovelluksessa asennettu drooneihin, on tehtävä myönnytyksiä, Ely sanoo.

Et halua drooniin kallista varustusta, joka voi kaatua, etkä myöskään virtaa kuluttavaa. Siksi käytämme kriteerejämme vastaavia pieniä infrapunakameroita ja optisia kuvia sekä lidaria lisätietojen saamiseksi.

Lidar, joka on kuin tutka, mutta käyttää näkyvää valoa radiotaajuusaaltojen sijaan, mittaa, kuinka kauan valolla kestää kulkea pisteeseen ja takaisin, määrittääkseen kohteiden välisen etäisyyden. NASAn Mars-laskeutumisohjelmasta inspiraationsa saaneet tutkijat käyttivät lidar-anturia ja hyödynsivät droonien liikettä superresoluutiokuvien keräämiseen. Tuulilapaa tarkastava drooni liikkuu ottaessaan kuvia, ja tämä liike mahdollistaa superresoluutiokuvien keräämisen.

Liikettä käytetään lisäpikseleiden täyttämiseen. Jos sinulla on 100 x 100 pikselin kamera tai lidar ja otat yhden kuvan, kyseinen resoluutio on kaikki käytettävissäsi. Mutta jos liikut kuvaa ottaessasi alipikseleitä, voit täyttää nämä aukot ja luoda hienomman verkon. Useiden kuvien tiedot voidaan yhdistää superresoluutiokuvaksi.

Lidarin ja superresoluutiokuvantamisen avulla tutkijat voivat myös seurata tarkasti, missä lapa on vaurioitunut, ja lidar voi myös mitata eroosiota lavan reunoilla.

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

Autonomisista tarkastuksista tulee valtava alue, ja se on todella järkevää tuulivoimateollisuudessa, ottaen huomioon lapojen koon ja sijainnin. Sen sijaan, että ihmisen tarvitsisi kävellä tai ajaa lavalta toiselle etsimään vaurioita, kuvittele, jos tarkastukset automatisoitaisiin.

Paquetten mukaan tilaa on erilaisille tarkastusmenetelmille yksinkertaisista maanpäällisistä kameratarkastuksista droneihin ja telakoitsijoihin, jotka työskentelevät yhdessä terän kunnon määrittämiseksi.

Voin kuvitella, että jokaisessa tuulivoimalassa olisi drone tai drone-laivasto, joka nousee ilmaan joka päivä, lentää tuuliturbiinien ympäri, suorittaa kaikki tarkastukset ja palaa sitten lataamaan datansa. Sitten tuulivoimalan käyttäjä tulee sisään ja tarkistaa datan, jonka tekoäly on jo lukenut. Se etsii eroja lapoissa aiemmista tarkastuksista ja huomioi mahdolliset ongelmat. Käyttäjä ottaa sitten robotti-indeksoijan käyttöön vaurioituneella lavalla saadakseen tarkemman tarkastelun ja suunnitellakseen korjaukset. Se olisi merkittävä edistysaskel alalle.