Sandias kravlerobotter, droner opdager skader for at redde vindklinger

Droner og kravlerobotter udstyret med speciel scanningsteknologi kan hjælpe vindblade med at blive i drift længere, hvilket kan hjælpe med at sænke omkostningerne ved vindenergi på et tidspunkt, hvor knivene bliver større, dyrere og sværere at transportere, Det siger forskere fra Sandia National Laboratories.

Som en del af Department of Energy's Blade Reliability Collaborative arbejde, finansieret af Wind Energy Technologies Office, Sandia -forskere samarbejdede med energivirksomheder om at udvikle maskiner, der ikke -invasivt inspicerer vindskærme for skjulte skader, mens de er hurtigere og mere detaljerede end traditionelle inspektioner med kameraer.

"Vindklinger er de største sammensatte strukturer i ét stykke bygget i verden-endnu større end noget fly, og de bliver ofte sat på maskiner fjerntliggende steder, "siger Joshua Paquette, maskiningeniør i Sandias vindkraftprogram. "Et blad er udsat for lyn, hagl, regn, fugtighed og andre kræfter, mens de gennemgår en milliard belastningscyklusser i løbet af sin levetid, men du kan ikke bare lande den i en bøjle til vedligeholdelse. "

Rutinemæssig inspektion og reparation, selvom, er afgørende for at holde disse megablades i drift, Siger Paquette. Imidlertid, nuværende inspektionsmetoder fanger ikke altid skade hurtigt nok.

Sandia trækker på ekspertise fra luftfarts- og robotforskning for at ændre det. Ved at fange skader, før den bliver synlig, mindre og billigere reparationer kan reparere bladet og forlænge dets levetid, han siger.

• I et projekt, Sandia udstyrede en kravlerobot med en scanner, der søger efter skader inde i vindskovle.
• I en anden serie af projekter, Sandia parrede droner med sensorer, der bruger varmen fra sollys til at registrere skader.

Eftersyn, reparation af vindskovle i marken giver en stor udfordring

Traditionelt set vindindustrien har haft to hovedmetoder til inspektion af vindklinger, Siger Paquette. Den første mulighed er at sende nogen ud med et kamera og teleobjektiv. Inspektøren bevæger sig fra kniv til kniv, der snapper fotos og leder efter synlige skader, som revner og erosion. Den anden mulighed er den samme, men i stedet for at stå på jorden rappeller inspektøren ned ad et vindbladstårn eller manøvrerer en platform på en kran op og ned af bladet.

"I disse visuelle inspektioner, du ser kun overfladeskader, "Siger Paquette." Ofte er det dog når du kan se en revne på ydersiden af ​​et blad, skaden er allerede ret alvorlig. Du ser på en meget dyr reparation, eller du skal muligvis endda udskifte klingen. "

Disse inspektioner har været populære, fordi de er overkommelige, men de går glip af muligheden for at fange skade, før det vokser til et større problem, Siger Paquette. Sandias kravlerobotter og droner har til formål at gøre ikke -invasiv intern inspektion af vindklinger til en levedygtig mulighed for industrien.

Crawling robot finder skjulte skader

Sandia og partnere International Climbing Machines og Dophitech byggede en kravlerobot inspireret af de maskiner, der inspicerer dæmninger. Robotten kan bevæge sig fra side til side op og ned af et vindblad, som en der klipper en græsplæne. Indbyggede kameraer giver realtid, billeder i høj kvalitet for at opdage overfladeskader, samt små afgrænsninger, der kan signalere større, skader på undergrunden. Mens du flytter, robotten bruger også en tryllestav til at scanne bladet for skader ved hjælp af faseopdelt ultralydsbillede.

Scanneren fungerer meget som ultralydsmaskiner, der bruges af læger til at se indvendige kroppe, bortset fra i dette tilfælde detekterer den interne skader på knive ved at sende en række signaler tilbage. Ændringer i disse ultralydssignaturer kan automatisk analyseres for at indikere skader.

Sandia Seniorforsker og robotcrawler -projektleder Dennis Roach siger, at en ultralydsinspektion med et trinvis array kan opdage skader på ethvert lag inde i det tykke, sammensatte vinger.

"Påvirkning eller overbelastning fra turbulens kan skabe skader under overfladen, der ikke er visuelt synlig, "Roach siger." Ideen er at forsøge at finde skader, før den vokser til kritisk størrelse og muliggøre billigere reparationer, der reducerer knivstop. Vi vil også undgå fejl eller behovet for at fjerne et blad. "

Roach forestiller sig robotcrawlerne som en del af en one-stop inspektions- og reparationsløsning til vindklinger.

"Forestil dig et reparationsteam på en platform, der går op ad et vindblad med robotten kravlende fremad, "Roach siger." Når robotten finder noget, eksternt placerede inspektører kan få robotten til at markere stedet, så placeringen af ​​skader under overfladen er tydelig. Reparationsteamet sliber skaden væk og reparerer kompositmaterialet. Denne one-stop indkøb af inspektion og reparation gør det muligt hurtigt at tage kniven i brug igen. "

Droner bruger varme fra sollys for at afsløre knivskader

Sandia arbejdede med flere små virksomheder i en række projekter for at udstyre droner med infrarøde kameraer, der bruger varmen fra sollys til at opdage skjulte vindbladskader. Denne metode, kaldet termografi, kan registrere skader op til en halv tomme dybt inde i bladet.

"Vi udviklede en metode til at opvarme bladet i solen, og kast den derefter ind i skyggen, "Sandia -maskiningeniør Ray Ely siger." Sollyset diffunderer ned i bladet og udligner. Da varmen spredes, du forventer, at bladets overflade afkøles. Men fejl har en tendens til at forstyrre varmestrømmen, efterlader overfladen over varm. Det infrarøde kamera læser derefter disse hot spots for at registrere skader. "

Jordbaserede termografisystemer bruges i øjeblikket til andre industrier, såsom vedligeholdelse af fly. Fordi kameraerne er monteret på droner til denne applikation, indrømmelser skal gøres, Siger Ely.

"Du vil ikke have noget dyrt på en drone, der kan gå ned, og du vil ikke have en power hog, "Sagde Ely." Så, Vi bruger virkelig små infrarøde kameraer, der passer til vores kriterier, og bruger optiske billeder og lidar til at give yderligere oplysninger. "

Lidar, som er som radar, men med lys i stedet for radiofrekvensbølger, måler, hvor lang tid det tager lys at rejse tilbage til et punkt for at bestemme afstanden mellem objekter. Med inspiration fra NASA's Mars lander -program, forskerne brugte en lidarsensor og udnyttede dronebevægelse til at samle billeder i superopløsning.

"Jeg beskriver sjovt superopløsning som en detektiv i et tv-krimidrama, når de fortæller en tekniker at 'forbedre, forbedre et billede på en computer. "

En drone, der inspicerer et vindblad, bevæger sig, mens den tager billeder, og den bevægelse gør det muligt at samle et billede i superopløsning.

"Du bruger bevægelsen til at udfylde yderligere pixels, "Ely siger." Hvis du har et 100 x 100 pixel kamera eller lidar og tager et billede, den opløsning er alt, hvad du har. Men hvis du bevæger dig rundt, mens du tager billeder, med et sub-pixel beløb, du kan udfylde disse huller og skabe et finere net. Dataene fra flere rammer kan deles sammen til et billede i superopløsning. "

Brug af lidar og superopløsningsbilleddannelse gør det også muligt præcist at spore, hvor skaden på et blad er, og lidar kan også bruges til at måle erosion på bladkanter.

Autonome inspektioner er fremtiden

Autonome inspektioner af broer og kraftledninger er allerede realiteter, og Paquette mener, at de også vil blive vigtige dele for at sikre vindbladets pålidelighed.

"Autonom inspektion bliver et stort område, og det giver virkelig mening i vindindustrien, i betragtning af knivernes størrelse og placering. "siger Paquette." I stedet for at en person skal gå eller køre fra blad til kniv for at lede efter skader, tænk, hvis inspektionsprocessen var automatiseret. "

Paquette siger, at der er plads til en række forskellige løsninger og inspektionsmetoder, fra en simpel jordbaseret kamerainspektion, til droner og crawlers, alle arbejder sammen for at bestemme sundheden af ​​et blad.

"Jeg kan forestille mig, at hvert vindværk har en drone eller en flåde af droner, der starter hver dag, flyve rundt om vindmøllerne, foretage alle deres inspektioner, og kom derefter tilbage og uploade deres data, "Siger Paquette." Så kommer vindværksoperatøren ind og kigger dataene igennem, som allerede er blevet læst af kunstig intelligens, der leder efter forskelle i knivene fra tidligere inspektioner og noterer potentielle problemer. Operatøren vil derefter installere en robotcrawler på bladet med mistanke om skade for at få et mere detaljeret udseende og planlægge reparationer. Det ville være et betydeligt fremskridt for branchen. "