Newsletter WObit

Elektrownie wiatrowe są technologią nową i pełną sukcesów. Wiatr ma wytwarzać 30% energii.  Jest to idealne pole dla techniki pomiarowej, gdzie czujniki drogi troszczą się o jakość i bezpieczną pracę elektrowni wiatrowych.

Czujniki grają przy sterowaniu elektrowni wiatrowych ogromną rolę, ponieważ ruchy gondoli i śmigieł następują automatycznie. Dlatego muszą zostać oczujnikowane. Właśnie naprawy i utrzymanie ruchu przy urządzeniach w polu stwarzają ogromne ryzyko niebezpieczeństwa.

Przy urządzeniach pracujących samodzielnie w polu dodatkowo duże zagrożenie związane jest z wysokim technicznym nakładem, ponieważ specjalne dźwigi dla wymagających prac mają długie czasy oczekiwania. Nowoczesne czujniki pomagają zapobiegać reperacjom i optymalizują czasy między przeglądami. Ta praca zaczyna się już na etapie konstrukcji komponentów elektrowni wiatrowych w biurach konstrukcyjnych.

Śmigło pod obciążeniem
Przy konstruowaniu nowych geometrii i technik wytwarzania śmigieł elektrowni wiatrowych stawia się coraz bardziej na precyzyjne metody pomiarowe. Dla testów obciążeniowych śmigieł elektrowni wiatrowych opracowano dlatego w międzyczasie własne stanowisko w którym symulowane są realne obciążenia wywoływane przez silne wiatry i pogodę.

Ważne przy tym aby nie zniszczyć kosztownego rotora. Zwykle rotory mają długości śmigieł pomiędzy 40 m a 60 m i wytwarzane są metoda połówkową z tworzywa wzmacnianego włóknem szklanym. Instytut Fraunhofera IWES z Bremerhaven opracował stanowisko pomiarowe, które może mierzyć śmigła rotora do długości 70m. Przez mechaniczne obciążenia szczyt śmigła może być przemieszczany do 10m. Przy tym śmigło montowane jest na stanowisku w poziomie. Stalowe odciągi linowe prowadzone są przez rolki kierujące i mogą być mocowane na śmigle bezpośrednio lub poprzez mechaniczne zaciski.

Do pomiaru odkształcenia śmigła stosuje się na stanowisku dwanaście czujników linkowych. Do każdego punktu przyczepu odciągu stosowane są dwa czujniki mierzące wygięcie i skręcenie śmigła. Dlatego czujniki są zabudowane do szyny mocowanej do podłogi, linka pomiarowa jest z kolei zaczepiona do oczka umocowanego w zacisku obejmującym śmigło. Przekonywające są łatwa obsługa i solidna budowa czujnika. W tej aplikacji pracują czujniki linkowe z zakresami 3 m i 10 m. Wydawany sygnał cyfrowy wykorzystywany jest do dalszej obróbki komputerowej.

Kontrolowana spoina
Wieża elektrowni wiatrowej uważana jest za najprostszą część elektrowni wiatrowej. Przy tym z wagą wielu setek ton przy wysokościach 130m jest wieża największą i najcięższą częścią elektrowni wiatrowej. Najoczywistsza ale odpowiedzialna funkcja wieży - dźwiganie gondoli i opieranie się największym wpływom pogodowym - wymusza wysokie wymagania na rozmiary, jakość i ekonomię konstrukcji.

Najczęstszą formą wieży jest stalowa rura, dzielona na dwa do pięciu segmentów o długości 20 m do 30 m każdy. Każdy segment wieży rolowany jest z blachy stalowej o grubości 20 mm do 30 mm i na koniec spawany z kawałków. Poszczególne segmenty są ze sobą skręcane na śruby lub spawane, przy czym w wariancie skręcanym kryza musi być też spawana do rury. Każdy spaw musi sprostać wymaganiom na duże obciążenie wieży w stanie złożonym. Ze względów bezpieczeństwa kontrola jakości jest tu krokiem niezbędnym.

W automatycznej i precyzyjnej kontroli spawu już w wielu innych aplikacjach stosowane są czujniki laserowe firmy Micro-Epsilon. Pasującym porównaniem jest tu kontrola spawania rur. Również tutaj spełnione muszą być wysokie wymagania jakościowe.

System scanCONTROL wykorzystuje zasadę triangulacji laserowej w dwuwymiarowym profilu na większości różnych powierzchni. Dokonuje projekcji ścieżki laserowej na badanej powierzchni używając układu soczewek. Układ optyczny analizuje rozproszone od obiektu światło na światłoczułej matrycy CMOS a kontroler kalkuluje oś Z i X z obrazu kamery. Prezentacja 3D jest możliwa przy ruchu obiektu lub wskutek trawersowania głowicy czujnika. Zakres pomiarowy scanCONTROL wynosi 245mm dla osi Z i 140mm dla osi X. Rozdzielczość w osi Z sięga 10um i 1024 punktów na profil na sekundę a wydajność pomiaru osiąga 256000 punktów pomiarowych na sekundę.

Jeśli przemieszczać skaner laserowy nad spoiną, powstaje wskutek złożenia następujących po sobie pojedynczych profili odwzorowanie 3D obiektu. Mówi się przy tym o pewnej chmurze punktów, ponieważ obraz składa się z tysięcy pojedynczych punktów pomiarowych. Dla elektrowni wiatrowych można w ten sposób zabezpieczyć produkcję spoiny bez wad.Inaczej niż w konwencjonalnych skanerach, złe refleksy z powierzchni spawu i blachy nie zniekształcają wyniku pomiaru.

System scanCONTROL ma zintegrowaną wysokiej czułości matrycę CMOS, która pozwala na pomiar bez względu na jakość odbicia światła od badanych powierzchni przejrzystych, pochłaniających czy błyszczących. Towarzysząca elektronika zapewnia uzyskiwanie precyzyjnych wartości i wysoką rozdzielczość oraz dużą ilość danych przy wysokiej prędkości pomiaru.

Zasada działanie skanera 2D/3D

Inne możliwości zastosowań
Po kilku latach stosowania niektóre komponenty elektrowni wiatrowych są demontowane i sprawdza się ich zużycie. Stosowane są przy tym również skanery profilu scanCONTROL, aby zobrazować stan zębów kół zębatych w przestrzeni 3D.
 

Dla testów sztywności kół zębatych przy sterowaniu skokiem stosowanych jest kilka laserowych czujników triangulacyjnych, które przy obciążeniu kontrolują przemieszczenia koła zębatego. Mierzą one dystans do koła zębatego rejestrując każde odkształcenie.

Możliwe są jeszcze inne zastosowania czujników w elektrowniach wiatrowych. Szczególnie kontrola jakości komponentów uruchamia tu spory potencjał możliwości.
 

Więcej informacji: www.micro-epsilon.pl www.micro-epsilon.de www.wobit.com.pl