MMRB-Repair-Care: Multivariates Schadensmonitoring von Rotorblättern: Durchführung und Analyse der Auswirkungen von Reparaturmaßnahmen

Auf einen Blick

• Schäden in Rotorblättern werden mit Hilfe von Structural-Health-Monitoring (SHM)-Systemen detektiert, die zwischen einem initialen und einem geschädigten Zustand vergleichen.
• Nach einer Reparatur müsste der initiale Zustand im System angepasst werden, um weiter zuverlässige Aussagen über Schäden und Lebensdauer treffen zu können. Dazu sind aktuell eingesetzte SHM-Systeme nicht in der Lage.
• Das Forschungsprojekt MMRB-Repair-Care will diese Lücke durch Weiterentwicklung der SHM-Systeme schließen und kann dabei auf wertvolle Daten des Vorgängerprojektes MultiMonitorRB (MMRB) zurückgreifen.
• Das Fraunhofer IWES ist in einem Teilprojekt für die Weiterentwicklung der körperschallbasierten Technik der Schallemissionsprüfung verantwortlich.

Herausforderung

Um Schäden an einem Rotorblatt möglichst früh erkennen und reparieren zu können, werden sie von SHM-Systemen überwacht. Sie prüfen die mechanischen Eigenschaften im Strukturverhalten, indem sie zwischen einem initialen und einem geschädigten Zustand vergleichen und auf Veränderungen reagieren.

Angesichts des komplexen Lagenaufbaus der Rotorblätter ist die Schadensbewertung allerdings nicht trivial. Hinzu kommt, dass nach einer Reparatur ein neuer initialer Zustand entsteht, der die Grundlage für eine weiterführende Überwachung bilden müsste. In der Praxis findet dies aber in der Regel nicht statt, so dass über die Auswirkungen des neuen initialen Zustands der Strukturen auf eine weiterführende Schadensüberwachung sowie auf das Ermüdungsschädigungsverhalten nur wenig bekannt ist.

Lösung

Das Forschungsprojekt MMRB-Repair-Care setzt hier an und untersucht die Auswirkungen von Reparaturmaßnahmen auf die Strukturüberwachung und das Ermüdungsschädigungsverhalten. Dazu können die Forschenden zwei im Vorgängerprojekt MultiMonitorRB getestete 30 und 60 Meter lange Rotorblätter nach Reparatur- und Überarbeitungsmaßnahmen erneut mit Messtechnik bestücken und testen. Bereits vorhandene Messdaten und Auswertungen in Bezug auf SHM sowie das Ermüdungsschädigungsverhalten der beiden Rotorblätter vor der Reparatur können mit neu durchgeführten Messungen und Auswertungen nach einer vollständig dokumentierten Reparatur verglichen werden. Ziel ist, verschiedene SHM-Methoden und numerischer Ermüdungsvorhersagen zur Überwachung von Rotorblättern von Windenergieanlagen weiterzuentwickeln, so dass sie die Auswirkungen Reparaturmaßnahmen berücksichtigen.

Das Fraunhofer IWES ist in einem Teilprojekt für die Weiterentwicklung der körperschallbasierten Technik der Schallemissionsprüfung verantwortlich. Hierbei werden transiente Materialauslenkungen, hervorgerufen durch plötzliche Materialveränderungen wie beispielsweise das Auftreten eines Risses, durch Sensoren detektiert. Nach Laborversuchen zur Validierung der weiterentwickelten Technik werden die SHM-Systeme im Betrieb eines Offshore-Windparks getestet.

Mehrwert  

Der Ausfall eines Rotorblatts bedeutet oft lange Stillstandzeiten der Windenergieanlage und hohe Kosten für den Betreiber. Je genauer und zuverlässiger SHM-Systeme Schäden detektieren und numerischer Ermüdungsvorhersagen funktionieren, desto besser können Reparaturen geplant und Kosten vermieden werden. Das weiterentwickelte SHM-System soll zuverlässige Informationen über den Zustand des reparierten Rotorblattes liefern und erneute Schäden frühzeitig erkennen.