Detektion von Schäden am Rotor

18. Windenergietage12. September 2009, Hafendorf

Rheinsberg

Dr. John ReimersIGUS ITS GmbH Dresden

j.reimers@igus-its.de

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Agenda

Risiken später Schadenerkennung Frühzeitige Schadenerkennung mit EigenfrequenzanalyseRotorblattschäden: BeispieleÖkonomische Aspekte

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Risiken später Schadenserkennung

Schäden wachsen Reparaturkosten steigenBei Strukturschäden drohen Turmberührung und Folgeschäden sowie BlattverlustNach Blitzschäden können Blattteile abfallen

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Systemarchitektur

W ind Pow er P lant

Hub M easurem ent U nit "HM U" Eva lua t ion andCom m unica t ion U nit "EC U"

V isua lisa t ion S ys tem "V IS "

C ustom er Server (Custom er and /or IG U S-IT S)

Datab ase Server "D BS"

RB L 1

RB L 2

RB L 3

W LA N W LA N L A N

W A N W A N L A NWe b-

B r o w s e r D B S

E C UHM U

E-m a il SM S

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Rotorblattsensor

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Nabenrechner HMU

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Zeitsignal edgewise (WEA in Betrieb)

zsk1

-100

-50

0

50

100

150

1

438

875

1312

1749

2186

2623

3060

3497

3934

4371

4808

5245

5682

6119

6556

6993

7430

7867

8304

8741

9178

9615

1005

2

1048

9

1092

6

1136

3

1180

0

1223

7

1267

4

1311

1

1354

8

1398

5

1442

2

1485

9

1529

6

1573

3

1617

0

zsk1

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Zeitsignal flapwise (WEA in Betrieb)

zsK3-23.04.04

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

1

439

877

1315

1753

2191

2629

3067

3505

3943

4381

4819

5257

5695

6133

6571

7009

7447

7885

8323

8761

9199

9637

1007

5

1051

3

1095

1

1138

9

1182

7

1226

5

1270

3

1314

1

1357

9

1401

7

1445

5

1489

3

1533

1

1576

9

1620

7

zsK3

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Auswerterechner ECU

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Web-Visualisierung VIS

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Reales Spektrum (10 – 100 Hz)

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Drei Blätter einer WEA (1 – 10 Hz)

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Schnittstelle zur Maschinensteuerung

64-Bit BLADEcontrol Statusvektor:

Je Auswerteprozess jeweils ein Bit für Auswertung erfolgt, Voralarm, Abschaltalarm.Bits für Gültigkeit externer DatenJe vier Bits für Netzwerkstatus und Betriebsstatus Sammelmeldungen für Auswertung erfolgt, Voralarm, Abschaltalarm.

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Längsriss Übergang Wurzel - Hinterkante

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Längsriss Übergang Wurzel – Hinterkante– Spektrum –

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Starker Schaden an der Struktur von RBL 2 (flap)

Rotorblatt 1

Rotorblatt 2Rotorblatt 1

Rotorblatt 3

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Starker Schaden an der Struktur von RBL 2 (edge)

Peakverschiebungen von RBL 2 im Bereich zwischen 6 Hz und 8 HzÜberlagerte Oberwelle kaum ausgeprägt

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Ungeschädigt

Erster Schritt

Zweiter Schritt

Stegablösung

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Querrisse Hinterkante

Hinterkantenrisse

unverändertes Basisspektrum 0 – 50 Hz

VeränderungenSpektrum 150 – 300 Hz

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Unbekannte Veränderung am RBL:Vor Inspektion

Deutliche Überlagerung durch eine StörfrequenzPeaks kaum ausgeprägt

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Unbekannte Veränderung am RBL: Nach Inspektion

Spektrum normalisiert, alle Peaks klar erkennbarEs wurde keine Veränderung am Blatt selbst vorgenommenWahrscheinliche Ursache: Blattlagerspiel

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Übersteuernder Nabensensor

Sensor wird in die Sättigung getriebenKeine Veränderungen in den BlattspektrenUrsache: In der Nabe vagabundierendes Teil

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Defekte Pitchhalterung

Drehsynchrone Nadeln (Impulse) im ZeitsignalAlle Achsen betroffenUrsache: Gummipuffer ausgeschlagen

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Loses Gestänge

Spektrum komplett zerstörtZeitsignal zeigt drehsynchrone AusschlägeUrsache: Gestänge der Blattspitzenbremse lose, klappert im Umlauf

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Schadenerkennung mit Mustererkennung

-0,2

0,3

0,8

0,1 50,0

spektrum-sp0 peak-sp0

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Schadenerkennung mit Mustererkennung

-0,2

0,3

0,8

0,1 50,0

st2m-4 freq-sp0 diff-freq-st2

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Bild eines Blitzschadens

Quelle und ©: WKA Service Fehmarn

Schaden auf ca. 6 m Länge

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Spektrum eines Blitzschadens

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Nach der Reparatur

Quelle und ©: WKA Service Fehmarn

Die Reparatur erfolgte ohne Demontage des Blattes

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Ökonomische Aspekte

Blatttausch vermeiden spart sechsstelligen BetragSchadenfrüherkennung verbilligt ReparaturenBessere Planbarkeit von ReparatureinsätzenGeringere Ausfallzeiten erhöhen den ErtragBessere Versicherungskonditionen möglich

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Vielen Dank für Ihre AufmerksamkeitVielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit