Prüfung von Rotorblättern für Windkraftanlagen

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1 Prüfung von Rotorblättern für Windkraftanlagen Florian Sayer

2 Kompetenzzentrum Rotorblatt Neue Testverfahren Neue Simulationsverfahren Neue Rotorblätter Material- und Technologieentwicklung Beteiligt ist die»rotorblatt-industrie«einschließlich:

3 Größenentwicklung von WEA Spannweite A380: 80m

4 Rotorblattaufbau t LC t LC AC LC BH 2 BH 2 BH 2

5 Rotorblattaufbau Classic box-beam design no structural bonds Divided box-beam design Structural bonds in / near to the nutral bending line for the flap-wise bending I-beam design Structural bond lines between the spar cap and the shear web as well as the upper and lower aerodynamic shell Shear loaded structures Axial loaded structures Non structural bond lines Structural bond lines

6 Testpyramide in der Windenergie

7 Blade Testing Certification Testing Static blade tests, vertical downwards Cyclic blade tests, uniaxial edge and flap Eigenfrequency measurement Weight and CG measurement Research Biaxial loading edge and flap NDT: UT, Acoustic Emission, Thermography, Teraherz Technology? Optical displacement measurement DICT: Buckling of panels, strain measurement Fiber optical strain measurement

8 70m Rotor Blade Test Rig Layout of static rotorblade tests Loading with hydraulic actuators Loads up to 500 kn per load frame Up to 8 load frames 1 direction per day Units: m, t, kn 1. Hall Max. blade length 70 Max. flange diameter 4.8 Max. static bending moment Max. displacement at blade tip (static) 17.5 Max. dynamic bending moment +/ z y x 500 kn 500 kn 250 kn 250 kn 150 kn Max. displacement at blade tip (dynamic) 9.5

9 70m Rotor Blade Test Rig Static test of a 56m blade

10 Measurement of Natural Frequency Natural frequency tests: post processing Cycle count Flap frequency Edge frequency Torsion frequency Hammer hitting for 60s Frequenzy 0 50 Hz

11 70m Rotor Blade Test Rig Layout of fatigue tests Loading of the blade with oscillation of the blade in our near eigenfrequency Flap and edge direction separately (biaxial test possible) Pure blade eigenfrequency test is possible 1 mio. to 5 mio. cycles per direction Time needed app. 2 to 10 month Cross section Bending curve

12 70m/90m Rotor Blade Test Rig Bi-axial fatigue tests Vertical loading with hydraulic cylinder in blade eigenfrequency Horizontal quasi-static loading with two cylinders or edge eigenfrequency tuned to flap frequency Bending curve Load introduction Bending curve

13 70m/90m Rotor Blade Test Rig Bi-axial fatigue tests Vertical loading with hydraulic cylinder in blade eigenfrequency Horizontal loading with hydraulic cylinder in blade eigenfrequency Bending curve Load introduction Bending curve

14 70m/90m Rotor Blade Test Rig Bi-axial fatigue tests Vertical and horizontal loading with hydraulic cylinder near blade eigenfrequencies to a Lissajous Figure Bending curve Load introduction Bending curve

15 Non Destructive Testing Methods, NDT Thermography (under development) Detection of temperature changes in the material during fatigue tests: Detection of critical areas Trigger at eaqual blade locations Closer look with other NDT methods like UT Resource:

16 Non Destructive Testing Methods, NDT Acoustic Emission, Static Test First crack detection & 18 kn & 843.8mm Linear located events (time- ordered) [mm] [db] mm 840mm Sensor 1 870mm 730mm 665mm Sensor

17 Non Destructive Testing Methods, NDT Ultrasonic (under development) A Scan B Scan Scanned area C Scan S Scan Delamination Sketch of A,B,C,S scan 5Mhz probe

18 Zusammenfassung und Ausblick Statische Rotorblattprüfung. Zyklische Rotorblattprüfung.

19 Acknowledgement FRAUNHOFER IWES IS FUNDED BY THE FEDERAL STATE OF BREMEN Senator für Umwelt, Bau, Verkehr und Europa Senator für Wirtschaft und Häfen Senatorin für Bildung und Wissenschaft BIS Bremerhavener Gesellschaft für Investitionsförderung und Stadtentwicklung GmbH AND FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY BMU Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit BMBF Bundesministerium für Bildung und Forschung WITH SUPPORT OF THE European Regional Development Fund ERDF

20 Thank you for your attention!

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