SHM Wind

Modellgestütztes Structural Health Monitoring für Rotorblätter von Windenergieanlagen

Projektlaufzeit

01.10.2009 bis 31.03.2013

FEM-Simulation einer Eigenfrequenz mit (grau) bzw. ohne (rot) Delamination

Projektbeschreibung

Gesamtvorhaben:
Das rasche Größenwachstum der Windenergieanlagen und die aufkommenden Offshore-Windparks weckten die Bedürfnisse nach Health-Monitoring-Systemen für Rotorblätter. In SHM Wind wurden vom Konsortium deshalb einerseits Hardware vom Sensor bis hin zur drahtlosen Energie- und Datenübertragung und andererseits Methoden der automatisierten Signalanalyse und Entscheidungsfindung zur Beurteilung der Rotorblätter entwickelt. In mehreren Rotorblattversuchen und einem abschließenden Test auf einer drehenden Anlage wurden die unterschiedlichen Demonstratoren getestet. Die Gesamtheit der Demonstratoren lieferte die Bausteine für ein „zweiäugiges“ SHM-System für Rotorblätter, das mit Hilfe von Betriebsschwingungsanalysen einen Verlust an Blattsteifigkeit erkennen und mit Ultraschallmethoden Schadensentwicklungen lokalisieren konnte.

Teilvorhaben Wölfel:
Für Wölfel war das Projekt SHM Wind sehr erfolgreich. Denn in diesem Projekt wurde der Grundstein gelegt für alle Monitoring-Systeme des Hauses. Im Einzelnen wurden folgende Methoden und Komponenten im Demonstrator auf dem Prüfstand und einer drehenden Anlage getestet:

  • Verfahren zur automatisierten Signalanalyse mit Blickrichtung auf die Auswertung von Schwingungsdaten von Rotorblättern.
    • Methoden und Algorithmen zur operational modal analysis, OMA
    • Darauf aufbauend Entwicklung eines selbstlernenden SHM-Systems, dass seine Referenzwerte mit Bezug zu den individuellen Eigenschaften eines jeden Rotorblattes selbst ermittelt
    • Automatische Ermittlung von Alarmschwellen
    • Unterscheidung von Schwingungssignalen aus Änderungen der EOCs (environmental and operational conditions) von solchen Strukturantworten, die auf Grund von strukturellen Veränderungen wie z. B. Massenzuwachs (z. B. durch Eis) bzw. Steifigkeitsverlust erfolgen.
  • Datenbank, Datenmanagement, Softwareumgebung für obiges Verfahren
  • Auswahl geeigneter Sensorik, Konfiguration Sensornetz, Datenübertragung, Anbindung an Anlagensteuerung
  • Test des Verfahrens auf dem Teststand und auf drehenden Anlagen

Konsortium

Projektkoordination

  • Wölfel Engineering GmbH + Co. KG

Projektpartner

  • FhG Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren Dresden, IZFP-D
  • FhG Institut für Silicatforschung, ISC
  • FhG Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik, IWES
  • IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH
  • Ingenieurgesellschaft für Zuverlässigkeit und Prozessmodellierung
  • Nordex Energy GmbH
  • Physik Instrumente GmbH & Co. KG
  • PI Ceramic GmbH
  • TU Dresden, Institut für Aufbau und Verbindungstechnik
  • Teletronic Rossendorf GmbH

Förderhinweis


Projektträger

  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Entstandenes Produkt

Alle inzwischen im Markt erfolgreichen Monitoringsysteme für Rotorblätter von Windenergieanlagen aus dem Haus Wölfel gehen auf den Demonstrator des F+E-Projektes SHM Wind zurück. Dies sind insbesondere die Produkte SHM.Blade® und IDD.Blade®.

Publikationen

  • Ebert, C., 2012: Systemidentifikation zur Modellierung mechanischer Strukturen – Markovparameter zur experimentellen Schadenserfassung, Dissertation Universität Siegen
  • Ebert, C.; Friedmann, H.; Henkel, F.-O.; Frankenstein, B.; Schubert, L.: Entwicklung eines Condition-Monitoring-Systems zur Zustandsüberwachung von Rotorblättern; in: Tagungsband zur VDI-Fachtagung Baudynamik 2009, Kassel 2000
  • Ebert, C.; Friedmann, H.; Henkel, F.-O.; Frankenstein, B.; Schubert, L.: Entwicklung eines modellgestützten Structural-Health-Monitoring-Systems zur Zustandsüberwachung von Rotorblättern, in: VDI-Tagung Schwingungen in Windenergieanlagen 2010, VDI-Bericht 2088, 2010
  • Ebert, C.; Friedmann, H.; Henkel, F.-O.; Frankenstein, B.; Schubert, L.: Structural-Health-Monitoring von Rotorblättern - Systemidentifikation auf Basis von Schwingungsmessungen; in: Tagungsband zur VDI-Fachtagung Schwingungsanalyse und Identifikation, Leonberg, 2010
  • Frankenstein, B.; Schubert, L.; Klesse, T.; Schulze, E.; Friedmann, H.; Ebert, C.: Überwachung von Rotorblättern von Windkraftanlagen, in: MP Materials Testing, Ausgabe 10/2009, Volume 51
  • Frankenstein, B.; Möser-Drechsler, U.; Friedmann, H.: Überwachung von Faserverbundstrukturen am Beispiel von Rotorblättern von Windkraftanlagen, in: DVM-Bericht 678, Bauteilzuverlässigkeit – Schäden und ihre Vermeidung, Berlin 2011, S. 111 ff
  • Friedmann, H.; Ebert, C.; Frankenstein, B.: Synapsen im Rotorblatt, in: Erneuerbare Energien, Heft 2, 2012, S. 42 – 45
  • Friedmann, H.; Ebert, C.; Kraemer, P.; Frankenstein, B.: SHM of floating Offshore Wind Turbines – Challenges and first Solutions, in: Boller, Ch. (ed.): Proceedings of 6th European Workshop on Structural Health Monitoring, 3. – 6. July 2012, Dresden
  • Kraemer, P., 2011: Schadensdiagnoseverfahren für die Zustandsüberwachung von Offshore-Windenergieanlagen, Dissertation, ISSN 2191-5601, Universität Siegen

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