Thermographische Erkennung von Auffälligkeiten an Rotorblättern - nach der Herstellung, im Betrieb und während der Inspektion - Meinlschmidt, Peter; Aderhold, Jochen; Schlüter, Friedel Fraunhofer Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI); Fraunhofer Institute for Wood Research Wilhelm-Klauditz-Institut WKI Bienroder Weg 54E 38108 Braunschweig Germany Tel. +49 (0)531-2155-449 E-Mail: Peter.Meinlschmidt@wki.fraunhofer.de
Gliederung Motivation Infrared-Thermographie Passive Thermographie Vortex-Strukturen Aktive Thermographie Thermographie im Einsatz Zusammenfassung und Ausblick
Motivation Rotorblätter sind hochbelastete Komponenten In der Fertigung / Reparaturen treten vielfach gravierende Qualitätsmängel auf Schadensspektrum reicht von Ertragseinbußen bis zum Totalausfall Versicherungen verlangen immer häufiger regelmäßige Prüfungen der Rotorblätter Steigende Anforderungen durch Trend zu Offshore-Anlagen (Zugänglichkeit!)
Infrarot-Thermographie Prinzip der Thermographie MWIR 3-5µm LWIR 8-14µm 1Å 100Å 0.4µm 0.1cm Gamma Rö. UV Sichtbar Infrarot Radio IR-Kamera Objekt Monitor Computer
Infrarot-Thermographie Für Temperaturen im Bereich der Raumtemperatur sind nur zwei IR-Bereich praktisch relevant: Absorption in der Atmosphäre 3-5 µm (MWIR) bzw. 8-14 µm Zwei Detektortypen: Photonische Detektoren Thermische Detektoren (Bolometer)
Infrarot-Thermographie Kamera-Daten S/MWIR Equus 327k SM (IRCAM) InSb-Detektor 640 x 512 Pixel Stirling-Kühler 100 Hz Wellenlänge 1.5 to 5µm Temperatur-Auflösung 15mK
Infrarot-Thermographie Kamera-Daten A65 (FLIR) Mikrobolometer 640 x 512 Pixel Peltier-Kühler 9 Hz / 30Hz Wellenlänge 7.5-13μm Temperatur-Auflösung 50mK
Aufbau von Rotorblättern (Typ I) Saugseite (SS) Druckseite (PS) Abbildung: Otto Lutz, Sachverständiger für Rotorblätter
Aufbau von Rotorblättern (Typ II) Kastenförmiger Träger und aerodynamische Halbschalen Abbildung: Otto Lutz, Sachverständiger für Rotorblätter
Passive Thermographie Prinzip der passiven Thermographie (ohne externe Wärmequellen) Produktionswärme Exotherme Reaktion des Klebstoffes Änderungen der Umgebungstemperatur Sonneneinstrahlung Reibungswärme
Passive Thermographie Exotherme Reaktion nach dem Verkleben der zwei Halbschalen
Passive Thermographie Erzeugung von Reibungswärme an Rissen und durch Lastverschiebungen im drehenden Blatt
Passive Thermographie Risse erzeugen Reibungswärme während der Drehung Erkennung von Rissen durch ihre Reibungswärme, vom Boden aus
Passive Thermographie Temperaturunterschiede nach dem Sonnenuntergang mit Eisbildung in der Blattspitze
Vortex-Strukturen Temperaturunterschiede durch Strömungseinflüsse Vortex-Strukturen durch extern angebrachte Strömungs-Generatoren
Vortex-Strukturen Beispiel für passive Thermographie Vortex-Strukturen an Defekten (roter Kreis) und der Pitchwinkel (gelbe Linie)
Aktive Thermographie Prinzip der aktiven Thermographie (mit externen Wärmequellen) Infrarot-Heizstrahler Ultraschall-Anregung Blitzlampen
Aktive Thermographie Beispiel für aktive Thermographie (Prüfung auf einem Förderband) Infrarot-Kamera Heizstrahler Förderband
Aktive Thermographie Versuche zur Detektion von Ondulationen / Wrinkles Ausgedehnte Ondulationen im Gurt sind erkennbar
Thermographie im Einsatz Halbautomatisches Blatt-Scannen mit Arbeitsbühne Arbeitsbühne mit Infrarot-Kamera (roter Pfeil) und Heizstrahler (gelber Pfeil) Entwicklung in Zusammenarbeit mit Senvion und WKA Fehmarn
Thermographie im Einsatz Halbautomatisches Blatt-Scannen mit Arbeitsbühne Das Wärmebild (links) zeigt eine verdächtige Stelle. Diese wird markiert (Mitte), und der Gelcoat wird für eine visuelle Inspektion abgeschliffen (rechts) Entwicklung in Zusammenarbeit mit Senvion und WKA Fehmarn
Aktive Thermographie Prüfung im Feld vor dem Einbau: Reflektion und Transmission
Thermographie im Einsatz Flexibles Schienensystem erlaubt der Blattkrümmung zu folgen Wärmequelle IR-Kamera Schienensystem
Thermographie im Einsatz Thermographisch erkannte Fehler werden durch Abschleifen des Gelcoats sichtbar Thermographie, Perkussionstest und Abschleifen des Gelcoats machen Lufteinschlüsse sichtbar
Aktive Thermographie Prüfung von Blättern mit einer Länge von 44m auf Lufteinschlüsse
Thermographie im Einsatz Trockenlaminate werden oft durch Klopftest gefunden Unsichtbares Trockenlaminat Wärmebild vom Trockenlaminat
Thermographie im Einsatz Mit einem Flurförderfahrzeug kann dem Blatt gefolgt werden Erkennung schlechter Klebeverbindungen durch dünne Oberflächen
Zusammenfassung und Ausblick Passive Thermographie kann viele innere Strukturen und Fehler zeigen Vortex-Strukturen, die durch Oberflächendefekte und Risse verursacht werden, können auch vom Boden aus erfasst werden Universeller und zuverlässiger ist die aktive Thermographie zum Erkennen von Delaminationen, Trockenlaminat, Fehlverklebungen und strukturellen Schwächen Optimal wäre es, jedes Blatt bereits in der Produktion zu inspizieren
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