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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 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.
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.
Charakterisierung einer durch Überlast geschädigten GFK-Platte mit Thermografie und Ultraschall
(2013)
Eine GFK-Platte mit eingefräster Nut wurde in einem Zugversuch mit
ca. 90 kN belastet, was zu einer sichtbaren Veränderung an den Seitenflächen führte.
Anschließend wurde die Platte mit Ultraschall und Thermografie auf innere Schädigungen untersucht. Beide Verfahren konnten räumlich ausgedehnte Bereiche mit zahlreichen Anzeigen nachweisen, jedoch keine geschlossene Fläche. Mit UT wurden außerdem porenreiche oberflächennahe Schichten in dem Material detektiert. Diese Poren verringerten die Nachweisempfindlichkeit beider Messverfahren.
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.
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.