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Recurrent non-destructive testing inspections are necessary to prevent damages in wind turbine rotor blades, but so far, there is no established method that detects defects in blades from greater distances – although this becomes increasingly important in the context of hardly accessible offshore wind parks.
Thermography is a promising method for detecting subsurface defects, but various challenges arise when this method is applied on-site to turbine blades in operation. Disturbing influences from the environment easily lead to a misinterpretation of thermograms (i.e. thermographic images), such as thermal signatures caused by reflections, dirt and other superficial inhomogeneities.
This study explores several problems and effects that arise, when (rotating) blades are monitored with thermography.
It will then be demonstrated that a meaningful defect inspection in this scenario is essentially restricted to a procedure following three steps: Firstly, calculating the so-called difference thermograms of all blade pairs for eliminating disturbing reflections. Secondly, identifying potentially relevant signals, which are associated neither with structural features nor with dynamical effects, and the identification of these signals’ allocations (through comparison of all difference thermograms with each other). And thirdly, comparing these signals with (processed) photos for excluding incorrect indications by surface effects. Unlike common thermographic analysis methods, which typically only include an aspect of this procedure, the composition presented in this contribution constitutes an advanced technique for minimizing disturbing influences in thermograms.
The proposed thermographic technique enables the detection of potential subsurface defects within rotating rotor blades from greater distances – such as from the ground, air crafts or vessels.
The permanently increasing number of wind turbines requires suited inspection and monitoring methods to ensure liability and security. Concerning the inspection of ro-tor blades, only manual inspections are state of the art. Thermographic Testing (TT) has the potential to detect typical failures and damages on rotor blades. The paper presents some results of onsite measurements carried out as “passive thermogra-phy”, i.e. without a defined heating procedure. Due the totally contactless meas-urement principle, TT can be applied to rotating blades as well as to resting blades. Both methods will be compared with respect to their possible realization.
The present study continues the work described in part I of this paper in evaluating a longterm-experiment, where a rotor blade segment of a wind turbine is exposed to the elements and thereby monitored with passive thermography. First, it is investigated whether subsurface features in rotor blades – mainly made of GFRP – can generally be detected with thermography from greater distances under favorable conditions. The suitability of the sun for acting as a heat source in applying active thermography has been tested in the previous study. In this study, the climatic influence on thermographic measurement is evaluated. It is demonstrated that there are favorable and unfavorable circumstances for imaging thermal contrasts which reflect inner structures and other subsurface features like potential defects. It turns out that solar radiation serves as a very effective heat source, but not at all times of day. Other environmental influences such as diurnal temperature variations also create temperature contrasts that permit conclusions on subsurface features. Particular scenarios are reconstructed with FEM-simulations in order to gain deeper insight into the driving mechanisms that produce the observed thermal contrasts. These investigations may help planning useful outdoor operations for inspecting rotor blades with thermography.
This study evaluates whether subsurface features in rotor blades, mainly made of Glass Fibre Reinforced Plastics (GFRP), can generally be detected with ‘‘solar thermography”. First, the suitability of the sun is tested for acting as a heat source for applying active thermography on a 30 mm thick GFRP test specimen. Second, a defective rotor blade segment is inspected outdoors under ideal natural conditions using the sun as excitation source. Additionally, numerical FEM-simulations are performed and the comparability between experiment and simulation is evaluated for outdoor measurements.
Cooling-down of thermal thick probes after flash excitation - A measure for the real energy density?
(2015)
Though flash lamps are one of the most applied heat sources in the field of Thermographic Testing (TT) using active thermography, only little is known about the actually achieved energy input into test objects. In this paper, an easy to realize sensor concept is proposed and experimentally evaluated. The concept is based on the measurement of the surface temperature of a thermal thick probe after flash excitation. After considering the sensor concept with FEM simulations the experimental investigation of four materials (two polymer and two building materials) is described. It will be shown that a suited coating is essential for the realization of the sensor concept. The experimental results prove the suitability of black rigid PVC as the most promising material. Using a coated PVC sample the energy density of short laser pulses, similar to flashes of flash lamps, could be determined exactly with an estimated relative uncertainty of only a few percent.
The paper presents some of the results obtained within a project concerning the validation of the thermographic inspection method applied to rotor blades of wind turbines. Thermographic testing (TT) is a well established nondestructive testing method under laboratory conditions. It is suited to detect typical structural features and also faults and damages within the blade structure. However, the onsite application for wind turbines during Operation is not straightforward. Some resuits of non-rotating blades as well as of rotating blades are presented. The simultaneous recording of all blades in the rotating state allows the application of a reference method suppressing disturbing influences and leading to enhanced thermal contrasts.
Weltweit errichtet man zunehmend Offshore-Windkraftanlagen (WKA). Diese auf hoher See errichteten WKA benötigen geeignete Wartungs- und Instandhaltungskonzepte. Bestehende Konzepte aus dem Landbereich geraten unter Offshore-Bedingungen an ihre Grenzen oder lassen sich überhaupt nicht anwenden, daher müssen neue Ansätze erprobt werden. Im Rahmen des BMBF geförderten Forschungsprojektes "IKARUS" ist das Potential der (berührungslosen) thermografischen Fernerkundung zur Zustandsüberwachung der Rotorblätter von WKA zu untersuchen.
Veränderungen der Umgebungsbedingungen wie z.B. solare Einstrahlung oder der Tagestemperaturgang führen zu veränderlichen Energieeinträgen in ein Objekt, die beim Vorhandensein von Inhomogenitäten im Material oder Strukturmerkmalen thermische Signaturen hervorrufen können. Ebenso können Veränderungen der Witterungsbedingungen dazu führen, dass bereits vorhandene thermische Signaturen wieder ausgelöscht werden. Daher ist es unbedingt notwendig, systematische Langzeitmessungen bei verschiedenen Umgebungsbedingungen durchzuführen, um Fehlinterpretationen zu vermeiden.
In diesem Beitrag wird anhand von Laborversuchen und Simulationen zunächst die grundsätzliche Eignung des thermografischen Ansatzes für glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK), aus denen die Außenhüllen der Rotorblätter gefertigt sind, demonstriert. Hierbei werden unterschiedliche Arten von Defekten an GFK vorgestellt, die zu thermischen Signaturen an Rotorblättern führen können. Anschließend werden Zwischenergebnisse aus einem laufenden Langzeitversuch zu einem demontierten Rotorblattsegment vorgestellt, welches unter verschiedenen Witterungsbedingungen und zu verschiedenen Tages- und Jahreszeiten thermografisch beobachtet wurde.
Weltweit errichtet man zunehmend Offshore-Windkraftanlagen (WKA). Diese auf hoher See errichteten WKA benötigen geeignete Wartungs- und Instandhaltungskonzepte. Bestehende Konzepte aus dem Landbereich geraten unter Offshore-Bedingungen an ihre Grenzen oder lassen sich überhaupt nicht anwenden, daher müssen neue Ansätze erprobt werden. Im Rahmen des BMBF geförderten Forschungsprojektes "IKARUS" ist das Potential der (berührungslosen) thermografischen Fernerkundung zur Zustandsüberwachung der Rotorblätter von WKA zu untersuchen.
Veränderungen der Umgebungsbedingungen wie z.B. solare Einstrahlung oder der Tagestemperaturgang führen zu veränderlichen Energieeinträgen in ein Objekt, die beim Vorhandensein von Inhomogenitäten im Material oder Strukturmerkmalen thermische Signaturen hervorrufen können. Ebenso können Veränderungen der Witterungsbedingungen dazu führen, dass bereits vorhandene thermische Signaturen wieder ausgelöscht werden. Daher ist es unbedingt notwendig, systematische Langzeitmessungen bei verschiedenen Umgebungsbedingungen durchzuführen, um Fehlinterpretationen zu vermeiden.
In diesem Beitrag wird anhand von Laborversuchen und Simulationen zunächst die grundsätzliche Eignung des thermografischen Ansatzes für glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK), aus denen die Außenhüllen der Rotorblätter gefertigt sind, demonstriert. Hierbei werden unterschiedliche Arten von Defekten an GFK vorgestellt, die zu thermischen Signaturen an Rotorblättern führen können. Anschließend werden Zwischenergebnisse aus einem laufenden Langzeitversuch zu einem demontierten Rotorblattsegment vorgestellt, welches unter verschiedenen Witterungsbedingungen und zu verschiedenen Tages- und Jahreszeiten thermografisch beobachtet wurde.
Eine Arbeitsgruppe der BAM in der Abteilung für Zerstörungsfreie Prüfung forscht seit 2011 an verschiedenen technischen Fragestellungen, die sich aus dem thermografischen Lösungsansatz ergeben. Zum Beispiel werden spezielle Prüfkörper aus GFK im Labor unter dem Gesichtspunkt untersucht, inwieweit (materielle) innere Strukturen und äußerlich nicht sichtbare Schäden mit Thermografie offenbart werden können. Hierbei werden verschiedene Anregungs- und Auswertungstechniken auf ihre Eignung für diese Problemstellung untersucht. Der folgende Beitrag erläutert einige technische Schwierigkeiten bei der praktischen Anwendung der geplanten Inspektionsmethode und stellt einen erfolgversprechenden Lösungsansatz vor.