Erkennung von Schäden und Eisansatz an Rotorblättern. Workshop Ertragssteigerung durch Rotorblattoptimierung. 2. Juli 2015, Düsseldorf

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1 Erkennung von Schäden und Eisansatz an Rotorblättern Workshop Ertragssteigerung durch Rotorblattoptimierung 2. Juli 2015, Düsseldorf Dr. John Reimers Bosch Rexroth Monitoring Systems GmbH 1

2 Schadenstypen an Rotorblättern Schäden an der aerodynamischen Hülle Risse und Delaminationen, besonders an der Vorder- und Hinterkante Geplatze Rotorblattspitze nach Blitzeinschlag Strukturschäden kritischer Art Delaminationen / Brüche des Gurtes Delaminationen / Brüche des Holms oder bzw. des Stegs Aerodynamische Hülle Gurt Holm / Steg Hinterkante Lose Teile Vorderkante 2

3 Schadenshäufigkeiten im Feld Blattspitzenschäden nach Blitzeinschlag: Stegablösungen: Durchweichtes Holz im Wurzelbereich: Kleberreste im Blatt: Loses Blattschott: Lose Teile in der Nabe: Blattbrüche: Häufig Blatt-Typ-abhängig Selten Blatt-Typ-abhängig Blatt-Typ-abhängig mitunter kommt vor 3

4 Ist Blattmonitoring sinnvoll? Fragestellungen speziell bei schweren Schäden: Was kostet Blattersatz? Gibt es die Blätter noch? Droht Blattverlust? Droht Maschinenverlust? Fragestellungen speziell bei leichten Schäden: Wie schnell wächst der Schaden? Wie viel Reparaturkosten spart eine frühzeitige Erkennung? Trade-off Schadenwachstum versus Ertragsausfall Wie wichtig ist Reparaturplanung? 4

5 Einfluss von Vereisung 1. Leistungsverlust Source: Seifert, Henry; Richert, Frank: A recipe to estimate aerodynamics and loads on iced rotor blades: Paper presented at Boreas IV Conferenz in Enontekiö, Finland, to

6 Einfluss von Vereisung 2. Gefahr durch Eisabwurf Gefährdeter Bereich signifikant größer als Rotordurchmesser Faustregel: 1,5 x (Nabenhöhe + Rotor-Ø) Source: rotor diameter: 40m, hub height 50m Test turbine Gütsch bei Andermatt, CH 6

7 Theoretische Wurfweite einer V112, NH 140 m 7

8 Eis kommt und geht oder bleibt länger Source: Bosch Rexroth 8

9 Eis wird von laufender Turbine abgeworfen No turbine reaction on ice alarm Thrown ice detected by dent in the icing trendline Ice endangers the environment and turbine itself due to the sudden Zoom Senke 9

10 oder wird dicker und dicker 10

11 Ungleichmäßiger Eisansatz im Windpark 1st alarm 1st alarm 1st alarm 1st alarm 11

12 Monitoring Center status overview? Database server HMU Sensor ECU Beschleuningungssensoren erfassen Blattschwingungen Auswertung des Signals auf Eis und Schäden Meldung von Abweichungen an WEA und Betreiber HMU = Hub Measurement Unit, ECU = Evaluation and Communication Unit 12

13 Rohdaten Messung aller Blätter in Schlag- und Schwenkrichtung Acceleration Acceleration Schwenkrichtung (edge) Schlagrichtung (flap) sec sec 13

14 Messdatenverarbeitung Spektrengenerierung mit FFT Edgewise amplitude frequency [Hz] 14

15 Messdatenverarbeitung Zeitdatenanalyse 15

16 Messdatenverarbeitung Häufigkeitsanalyse RBL1 March, whole 1000 Blatt 2 unterbelastet RBL1 March 17/18 RBL2 March, whole RBL2 March 17/18 RBL3 March, whole Occurrences 100 RBL3 March 17/18 RBL1 March 10/11 RBL2 March 10/11 RBL3 March 10/ Oscillation Amplitudes, flapwise 16

17 Frequenzverschiebung bei Eisansatz Eisfrei Leichter Eisansatz Starker Eisansatz 17

18 Blattspitzenschaden nach Blitzeinschlag Kleine Stücke der Hülle lösen sich bei Weiterbetrieb 9 Monate nach Initialereignis 18

19 Blattspitzenschaden nach Blitzeinschlag Difference to mean signal energy of all 3 blades Zeitraum ca. 1 Jahr Lose Teile im Blatt Blitzeinschlag 9 Monate nach Initialereignis 19

20 Blattspitzenschaden nach Blitzeinschlag Difference to mean signal energy of all 3 blades Deviation in spectrum hardly recognisable Zeitraum ca. 1 Jahr Lose Teile im Blatt Blitzeinschlag 9 Monate nach Initialereignis 20

21 Schwere Blattschäden und ihre Erkennung Stegablösungen im Blatt Strukturschaden, der visuell nur von innen erkannt werden kann Mit Mess-System frühzeitig und sicher erkennbar 21

22 Schwere Blattschäden und ihre Erkennung Stegablösungen im Blatt Abweichung bei Blatt 3 erkennbar 22

23 Schwere Blattschäden und ihre Erkennung Abgesprengte Blattspitze (90 kg) nach Blitzschlag Schwerer Schaden extreme Unwucht WEA lief über drei Stunden weiter 23

24 Schwere Blattschäden und ihre Erkennung Abgesprengte Blattspitze (90 kg) nach Blitzschlag Schaden mit Mess-System sicher detektierbar Abschaltung innerhalb von Sekunden möglich 24

25 Schwere Blattschäden und ihre Erkennung Aufgeweichtes Holz im Wurzelbereich Schwerer Strukturschaden, versteckt zwischen Blatt und Nabe, visuell nicht erkennbar Mit Mess-System sicher detektierbar 25

26 Schwere Blattschäden und ihre Erkennung Aufgeweichtes Holz im Wurzelbereich Abweichung bei Blatt 3 erkennbar 26

27 Sonstige Auffälligkeiten und ihre Erkennung Kleberreste im Rotorblatt Kein Schaden, nur Geräuschentwicklung 27

28 Sonstige Auffälligkeiten und ihre Erkennung Kleberreste im Rotorblatt Spezielkenntnis und Erfahrung zur Unterscheidung notwendig Abweichung Blatt 1 (rot) amplitude frequency [Hz] 28

29 Sonstige Auffälligkeiten und ihre Erkennung Loses Blattschott Blattschott (30 kg) fiel ins Blatt und verklemmte sich 29

30 Sonstige Auffälligkeiten und ihre Erkennung Loses Blattschott Blatt 1 (rot) zeigt Schläge im Zeitsignal 30

31 Zusammenfassung Rotorblattschäden treten auf Rotorblattschäden sind messtechnisch erkennbar Frühe Erkennung reduziert Reparaturkosten Schadensabhängig sind Folgeschäden verhinderbar Rotorblattüberwachung kann CoE verringern Eisansatz kann sicher erkannt und Stillstand minimiert werden 31

32 Practical experience from Condition Monitoring of blades in operations Kontakt: Dr. John Reimers Bosch Rexroth Monitoring Systems GmbH 32