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Der Beitrag beschreibt Untersuchungen und Entwicklungsarbeiten für einen technisch einfach zu realisierenden Sensor, der die breitbandige kurzzeitige Energieabgabe von Blitzlampen punktuell bestimmen kann. Solche Lampen werden in der zerstörungsfreien Prüfung als Energiequelle für thermografische Untersuchungen genutzt. Dabei soll die zeitliche Entwicklung der Oberflächentemperatur des Sensors mit der ohnehin vorhandenen IR-Kamera aufgenommen und danach ausgewertet werden. Hierzu wurden zwei Konzepte betrachtet: thermisch dünne und thermisch dicke Proben. Der direkte Vergleich zeigt die Vorteile von thermisch dicken Proben, die in der Physik der beteiligten Wärmeausgleichsprozesse begründet sind.
Comparison of concepts for a point-shaped energy density detector after flash lamp excitation
(2016)
The paper describes investigations and Research work in order to develop a simple sensor for the quantification of spectral broadband energy Dissipation of flash lamps at any point in space. Such Flash lamps are often used as energy source during active thermography testing (TT). Here, the temperature transient of the sensor surface has to be recorded by the infrared camera that is already present. During the following data evaluation, the energy input into the investigated specimen can be determined. Two opposite concepts were considered: thermal thick and thermal thin probes. The direct comparison shows advantages for thermal thick probes based on the physics of thermal balance processes.
Derzeitiger Stand von Wissenschaft und Technik:
Die Inspektion der Rotorblätter von Windenergieanlagen (WEA) erfolgt derzeit durch Sichtinspektion von außen und wenn möglich auch von innen. Das die Wartung ausführende Personal muss sich hierfür von der Gondel aus abseilen oder die Inspektion von einer speziellen Plattform aus durchführen. Dazu muss die WEA für die Dauer der Inspektion außer Betrieb gesetzt werden. Kleinere Schäden am Rotorblatt können sofort ausgebessert werden. In Deutschland ist ein zweijähriges Wartungsintervall vorgeschrieben.
Begründung/Zielsetzung der Untersuchung:
Das bisher angewandte Verfahren der individuellen Nahinspektion aller Rotorblätter lässt nicht ohne weiteres auf den Offshore-Bereich übertragen. Allein der notwendige Umstieg von einem Boot auf eine fest stehende Plattform bei geringem Wellengang von 1 m Wellenhöhe veranschaulicht die Schwierigkeiten. Weitere typische Probleme sind eingeschränkte Zugänglichkeit bei Schlechtwetterlagen, lange Anfahrtswege und das schlecht kalkulierbare Risiko der Seekrankheit. Es besteht daher Bedarf an neuen Inspektionsmethoden, bei denen die WEA nicht direkt begangen werden muss. Ein entsprechendes Verfahren könnte auch im onshore-Bereich eingesetzt werden, um Wartungsintervalle zu optimieren und Stillstandszeiten zu minimieren.
Methode:
Thermografische Verfahren sind berührungslos und werden bereits zur Rotorblattinspektion eingesetzt, allerdings nur während der Fertigung und dicht am Rotorblatt. Weiterhin ist bekannt, dass Thermografiekameras auch auf Hubschraubern eingesetzt werden, z.B. zur Personensuche. Im Rahmen des Projektes soll untersucht und evaluiert werden, ob Thermografie auf größere Entfernungen zur Untersuchung von Rotorblättern geeignet ist. Gemäß Projektplan sind vor allem Laboruntersuchungen an geeigneten Probekörpern sowie Außenmessungen an WEA geplant. Damit soll das Potenzial der thermografischen Ferninspektion von Rotorblättern evaluiert werden.
Ergebnis:
1. Die Untersuchungen an Rotorblattausschnitten mit verschiedenartigen Fehlern im Labormaßstab belegten die Eignung der Thermografie als zerstörungsfreie Prüfmethode für Rotorblätter.
2. Langzeituntersuchungen an einem Teilbereich eines Rotorblatts in einer Freiluftanordnung zeigten, dass messbare thermische Kontraste an inneren Strukturen oder an inneren Fehlern unter verschiedenartigen Wetterbedingungen entstehen können.
3. Bei Messungen an Rotorblättern im montierten Zustand, d.h. an einer intakten WEA, treten entsprechende thermische Kontraste ebenfalls auf. Allerdings ist die Nachweisbarkeit erschwert durch Reflexionen aus der Umwelt sowie durch Wind, der zu charakteristischen thermischen Streifenmustern auf den Rotorblättern führt. Bei Messungen an ruhenden Rotorblättern dominiert der erste Effekt, während der Wind kaum stört. Bei sich drehenden Rotorblättern ist die Situation umgekehrt, störende Reflexionen können korrigiert werden, aber der Wind beeinflusst die thermischen Kontraste beträchtlich, vor allem in nabenfernen Bereichen der Rotorblätter.
Schlussfolgerung/Anwendungsmöglichkeit:
Eine abschließende Evaluierung der Eignung der Thermografie als Ferninspektionsmethode für WEA-Rotorblätter konnte nicht vorgenommen werden. Ursache hierfür sind sowohl die vielfältigen Störfaktoren bei einer Freiluftmessung als auch das Fehlen einer geeigneten Referenzanlage, an der typische Rotorblattfehler und –defekte während des Betriebs systematisch beobachtet werden können. Die Schlussfolgerung ist daher, dass weitere Forschungsarbeit notwendig ist, um Möglichkeiten und Einsatzgrenzen einer thermografischen Ferninspektion angeben zu können.
Eine thermografische Rotorblattinspektion ist unter günstigen Witterungsbedingungen anwendbar und kann wahrscheinlich innere Defekte aufdecken, auch wenn der direkte Nachweis innerhalb des Projektes nicht geführt werden konnte. Wenn ein Rotorblatt-Thermogramm Auffälligkeiten aufweist, vor allem im Vergleich zu den beiden anderen Rotorblättern der gleichen Anlage, ist eine nähere Untersuchung der entsprechenden Stelle zu empfehlen. Das Auftreten solcher Kontraste, deren räumliche Ausdehnung und Ausprägung hängen jedoch von vielfältigen Faktoren ab und sind gemäß jetzigem Kenntnisstand noch nicht voll verstanden.
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.
Comparison of quantitative defect characterization using pulse-phase and lock-in thermography
(2016)
Using optical excitation sources for active thermography enables a contactless, remote, and non-destructive testing of materials and structures. Currently, two kinds of temporal excitation techniques have been established: pulse or flash excitation, usingmostly flash lamps; and periodic or lock-in excitation, using halogen lamps, LED, or laser arrays. From the experimental point of view, both techniques have their advantages and disadvantages. Concerning the comparison of the testing results of both techniques, only very few studies have been performed in the past. In this contribution, the phase values obtained at flat bottom holes in steel and CFRP and the spatial resolution measured at crossed notches in steel using flash and lock-in excitation are compared quantitatively.
In diesem Beitrag werden Verfahren und Strategien basierend auf optischen und thermografischen Methoden zur Lokalisierung, Erfassung und Bewertung von Putzablösungen, Ablösungen von Fassadenelementen und Rissen vorgestellt. Abgelöste Fassadenbereiche und Risse zeigen dabei sowohl geometrische als auch thermische Auffälligkeiten, die im Rahmen eines Monitoring auch über größere Zeiträume verfolgt werden können. Als optische Verfahren werden die trackingbasierte taktile 3D‐Erfassung von Oberflächenmerkmalen und die Stereophotogrammetrie eingesetzt. Zur Charakterisierung verdeckter Ablösungen und Bauteile wird die aktive Thermografie mit natürlicher und künstlicher Erwärmung der Bauteiloberfläche verwendet. Systematische Untersuchungen an Probekörpern und Fallstudien (Magdeburger Dom, Wandbild in Cobbelsdorf, Giebichensteinbrücke) zeigen, wie u. a. mit der Verfahrenskombination die Schäden charakterisiert werden können.
The increased use of fibre-reinforced plastic (FRP) composites for improved efficiency and reliability in energy related applications e.g. wind and marine turbine blades, nacelles, oil and gas flexible risers, also increases the demand for innovative non-destructive testing technologies. Thus, in order to achieve increased acceptance of suited and optimized non-destructive testing (NDT) methods in industry, the European Metrology Research Programme (EMRP) project ENG57 Validated Inspection Techniques for Composites in Energy Applications (VITCEA) deals with the development and validation of innovative NDT technologies. In this contribution, results concerning thermographic investigations at test specimens during tensile loading and active thermography testing after tensile loading are presented. Additionally, the determination of the optical properties (relative transmittance and directional spectral emissivity) of CFRP and GFRP test specimens is described.
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 presentation demopnstrates the measurement principle and 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 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.