NL2024643B1 - Werkwijze voor het op afstand inspecteren van een draaiend windturbineblad - Google Patents

Abstract

Werkwijze voor het op afstand inspecteren van een om een rotoras draaiend windturbineblad van een geplaatste windturbine, welke 5 werkwijze omvat het maken van opnamen van een deel van het windturbineblad met een camera, en het bestuderen van gemaakte opnamen voor het vaststellen van een afwijking aan het windturbineblad. Voor het vaststellen van de aanwezigheid van een afwijking aan een 10 windturbineblad wordt van een gegeven deel van het windturbineblad dat een lengte heeft van ten hoogste l/5e van de afstand tussen het distale uiteinde van het windturbineblad en de hartlijn van de rotoras — een eerste opname gemaakt in een eerste stand van het windturbineblad, en 15 — na het bewegen van de camera in een tweede stand van het windturbineblad waarbij de rotor in de tweede stand ten minste 70° is gedraaid ten opzichte van de eerste stand, een tweede opname gemaakt; welke gemaakte opnamen worden bestudeerd voor het vaststellen van de 20 afwijking aan het windturbineblad in het genoemde deel van het windturbineblad.

Description

Werkwijze voor het op afstand inspecteren van een draaiend windturbineblad De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het op afstand inspecteren van een om een rotoras draaiend windturbineblad van een geplaatste windturbine welke een mast omvat, welke werkwijze omvat het maken van opnamen van een deel van het windturbineblad met een camera, en het bestuderen van gemaakte opnamen voor het vaststellen van een afwijking aan het windturbineblad.

Een werkwijze volgens de aanhef is bekend uit US2014267693. Voor het compenseren van de beweging van het draaiende turbineblad is het bekend om de camera tijdens de opname te bewegen.

De onderhavige uitvinding beoogt een alternatieve werkwijze te verschaffen voor het vaststellen van de aanwezigheid van een afwijking aan een windturbineblad.

Hiertoe wordt een werkwijze volgens de aanhef gekenmerkt doordat een camera ten opzichte van de windturbine wordt verschaft op een horizontale afstand A tot de hartlijn door de mast van windturbine van 0,1 tot 10x de rotordiameter van de windturbine, en in een sectie welke vanaf de genoemde hartlijn een horizontale hoek a maakt van minder dan +30° met een verticaal vlak waarin de draaiingsas van de rotor is gelegen, waarbij de camera beweegbaar is; en waarbij van een gegeven deel van het windturbineblad dat een lengte heeft van ten hoogste 1/5e van de afstand tussen het distale uiteinde van het windturbineblad en de hartlijn van de rotoras ~ een eerste opname wordt gemaakt in een eerste stand van het windturbineblad, en — na het bewegen van de camera in een tweede stand van het windturbineblad waarbij de rotor in de tweede stand ten minste 70° is gedraaid ten opzichte van de eerste stand, een tweede opname wordt gemaakt; welke gemaakte opnamen worden bestudeerd voor het vaststellen van de afwijking aan het windturbineblad in het genoemde deel van het windturbineblad.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding worden van het genoemde deel van het windturbineblad opnamen gemaakt die zich kenmerken door een verschillende lichtval. Hierdoor kan de aanwezigheid van een afwijking aan een turbineblad beter worden vastgesteld.

Het vaststellen van een afwijking omvat ten minste een van 1) het vaststellen van de aanwezigheid, ii) het bepalen van de aard van de afwijking, en iii) het bepalen van de mate van de afwijking.

Door schaling, bijvoorbeeld aan de hand van de ashoogte, de bekende dimensies van het blad of dergelijke, kan ook de grootte (lengte, breedte en/of oppervlakte) van de afwijking worden bepaald.

Kenmerkend wordt van meer dan 1 deel van een windturbineblad een opname gemaakt. Ook worden kenmerkend van alle windturbinebladen van een rotor van een windturbine opnamen gemaakt.

In de onderhavige aanvraag omvat de term afwijking aan het turbineblad elke afwijking van de referentie-toestand (gebruikelijk nieuwstaat) van een blad, daaronder begrepen een beschadiging (bijvoorbeeld doordat het blad met een object in aanraking is gekomen), slijtage, ijsafzetting en scheurvorming. Met voordeel kan ook vanaf de stroomafwaartse zijde van de rotor een deel van een windturbineblad worden geïnspecteerd.

Volgens een mogelijke uitvoeringsvorm is de beweegbare camera een zwenkbaar gemonteerde camera, waarbij de hoek waarover de camera zwenkbaar is bij voorkeur ten minste 12° is, met meer voorkeur ten minste 30° en met de meeste voorkeur ten minste 60°.

De afstand A is bij voorkeur 0,1 tot 2 keer de diameter van de rotor.

De hoek a is bij voorkeur minder dan +20°, en met de meeste voorkeur minder dan +10°, Gebruikelijk zal het gegeven deel een gegeven deel van het windturbineblad (193') een lengte hebben van ten hoogste 1/8e van de afstand tussen het distale uiteinde van het windturbineblad (193') en de hartlijn van de rotoras. Met andere woorden, de opname toont ten hoogste 1/8e van de windturbinebladlengte. In het algemeen zal de opname de gehele breedte van het blad ter plaatse van dat deel tonen.

De beweegbare camera kan de vorm hebben van een drone.

Een beweegbaar gemonteerde camera omvat gewoonlijk een opstelling die een basis en de camera omvat. De camera is op de basis, zoals een statief, gemonteerd. Met groot voordeel is de opsteliing voorzien van een actuator voor het uitvoeren van de beweging van de camera. Volgens een mogelijke uitvoeringsvorm is de camera draaibaar rond een as welke naar de rotoras wordt gericht, en wordt de camera rond de as gedraaid voor het maken van de opnamen in de eerste stand en in de tweede stand (parallactische opstelling).

In de onderhavige aanvraag zijn de hoeken die de oriëntatie van een windturbine blad aanduiden gerelateerd aan de eenheidscirkel, waarbij 0° gerelateerd aan een analoge klok zich op 3u bevindt en 90° op 12u.

Een gunstige uitvoeringsvorm wordt hierdoor gekenmerkt dat de opnamen worden gemaakt in een cirkelsector van 300° met een hoekstand van het windturbineblad ten opzichte van de horizontaal tussen 120° en 60°.

Volgens deze uitvoeringsvorm bevindt het windturbineblad zich dichter bij de grond en en voor een op het aardoppervlak opgestelde camera zich relatief dicht bij de camera. Hierdoor zijn details beter te zien. Bij voorkeur worden de opnamen gemaakt in een cirkelsector van 280° tussen 130° en 50°.

Een gunstige uitvoeringsvorm wordt hierdoor gekenmerkt dat van een gegeven windturbineblad aan een eerste zijde van de naaf van de turbine de eerste opname van een deel van het windturbineblad wordt gemaakt, de camera naar de andere zijde van de naaf wordt bewogen en vervoigens de tweede opname van hetzelfde deel wordt genomen nadat het genoemde windturbineblad over een hoek van ten minste 170° is gedraaid.

In de open lucht kunnen de lichtomstandigheden in de loop van de tijd variëren. Volgens deze voorkeursuitvoeringsvorm kan de volgende opname van het deel van het blad snel worden gemaakt, Met voordeel is de beweging van de camera een zwenking.

De hoek zal in de praktijk maximaal 190° zijn.

Een gunstige uitvoeringsvorm wordt hierdoor gekenmerkt dat de camera is voorzien van een polarisatiefilter.

Hiermee kunnen afwijkingen gemakkelijker worden vastgesteld.

Een gunstige uitvoeringsvorm wordt hierdoor gekenmerkt dat de camera tijdens het maken van de opnamen met het windturbineblad mee wordt bewogen.

Hierdoor kan een langere sluitertijd worden gehanteerd, hetgeen weer het gebruik van een lens met een langere brandspuntafstand mogelijk maakt. Hierdoor kunnen kleinere afwijkingen nog worden vastgelegd. In plaats daarvan of daarenboven kan de belichtingstijd langer zijn, waardoor met minder licht nog opnamen kunnen worden gemaakt.

Het meebewegen met de draaiing van het windturbineblad om de rotoras kan een translatie zijn, aangezien rotatie over een beperkte hoek in hoofdzaak gelijk is aan een translatie.

Een gunstige uitvoeringsvorm wordt hierdoor gekenmerkt dat ten minste twee camera's worden toegepast, waarbij met elk van ten minste twee camera's zowel een eerste opname als een tweede opname wordt gemaakt.

Het gebruik van twee camera's maakt het meten van de afstand tot de windturbine mogelijk en/of het verkrijgen van een stereoscopisch beeld van de afwijking. Voor deze toepassingen is de basis (de afstand tussen de optische assen van de beide camera's) bij voorkeur ten minste 50 cm, zoals ten minste 1 m.

De onderhavige uitvinding zal thans worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin Fig. 1A en Fig. 1B respectievelijk een zijaanzicht en een bovenaanzicht op een windturbine en camera laten zien; Pig. ZA een vooraanzicht van de rotor van de windturbine van Fig.

1A in van de rotor toont; Fig. 2B een windturbineblad in drie standen toont; en Fig. 3A en Fig. 3B respectievelijk een zijaanzicht en een perspectivisch aanzicht tonen van een opstelling welke een camera omvat.

Fig. 1A en Fig. 1B laten respectievelijk een zijaanzicht en een bovenaanzicht op een windturbine 190 en camera 100 zien.

De windturbine 190 omvat een mast 191, een gondel 192, een rotor 193, en turbinebladen 193'.

Bovenwinds van de windturbine 190 is een camera 100 geplaatst voor het maken van opnamen van de turbinebladen (eerste windturbineblad 193', tweede windturbineblad 193" en derde windturbineblad 193'''. Om kleine afwijkingen op te kunnen sporen wordt een telelens (brandpuntafstand 800 mm) gebruikt in combinatie met een kleinbeeld spiegelreflexcamera.

Fig. 1B laat een bovenaanzicht zien van de opstelling, en in het bijzonder dat de camera 100 wordt opgesteld in een sectie welke een horizontale hoek a maakt van minder dan +10° ten opzichte van een verticaal vlak 199 waarin de draaiingsas van de rotor 193 is gelegen.

In de praktijk zal de camera 100 in het genoemde vlak worden geplaatst, zoals hier is weergegeven.

Fig. 2A toont een vooraanzicht van de rotor 193 van de windturbine 190 van Fig. 1A in drie standen van de rotor 193.

5 Kader 299 geeft de beelduitsnede weer van een opname die van een deel (hier het distale uiteinde 293') van het windturbineblad 193° wordt gemaakt in.

Volgens een mogelijke uitvoeringsvorm worden twee opnamen gemaakt met door de wisselende stand van het windturbineblad 193° verschillende lichtinval op het deel van het windturbineblad 193! (linker twee rotorafbeeldingen in Fig. 2A), waarbij de camera 100 gezwenkt is (horizontale draaiing).

Na het maken van de eerste afbeelding en de tweede afbeelding, kan van een verder deel van het windturbineblad 193' een volgende paar afbeeldingen worden gemaakt.

Deze sets afbeeldingen kunnen worden geanalyseerd om te kijken of een afwijking aanwezig is.

In het algemeen vindt de analyse achteraf plaats, wanneer alle opnamen van het windturbineblad, en in de praktijk natuurlijk alle windturbinebladen, zijn gemaakt.

Volgens een voorkeursuitvoering wordt van het deel nog een derde opname gemaakt, en bevat de set opnamen van een deel van het windturbineblad dus drie opnamen. Daarbij staat het windturbineblad 193' bij voorkeur dwars op de lengterichting van het windturbineblad 193' bij de eerste opname (rechter rotorafbeelding van Fig. ZA).

Fig. 2B laat het windturbineblad 193' in drie hoekstanden ten opzichte van de horizontaal zien (van links naar rechts 180° (negen uur), 270° (zes uur), en 0° (drie uur)).

Fig. 2B demonstreert een praktische volgorde voor het maken van opnamen. Voor het maken van een eerste set opnamen van een deel van het windturbineblad 193' wordt een deel gefotografeerd (kader 1), en wordt de camera gezwenkt voor het maken van de tweede opname (kader 2). De hoekverdraaiing zal in het algemeen worden uitgevoerd in minder tijd dan dat het windturbineblad 193' nodig heeft om een halve omwenteling om de rotoras te maken. Voor het maken van een volgende set kunnen de eerste opname (kader 4) en de tweede opname (kader 5) op overeenkomstige wijze worden gemaakt.

Uiteraard is het mogelijk om met een proximaal deel te starten of eerst aan de rechterzijde van de rotoras.

Voor het maken van een set van drie opnamen, is ook een verticale beweging nodig. Voor het maken van de eerste set, kan dan eerst een deel van het windturbineblad 193' worden gefotografeerd (kader 1), wordt de camera horizontaal gezwenkt voor het maken van de tweede opname (kader 2), wordt de camera vervolgens over de halve hoek terug gezwenkt en hellingshoek aangepast voor het maken van de derde opname (kader 3).

Voor het maken van een daaropvolgende set kan de camera 100 verder worden teruggezwenkt en wordt de hellingshoek weer vergroot voor het maken van de eerste opname (kader 4) van deze volgende set, enz.

Voor het beperken van bewegingsonscherpte kan de camera 100 tijdens het maken van een opname worden meebewogen in de bewegingsrichting van het turbineblad. Dit is met name voor opnamen relatief ver van de rotoras interessant, Voor een turbineblad dat met de klok mee beweegt wordt voor kader 1 de camera 100 met de tweede servomotor naar boven bewogen. Voor kader 2 wordt met de tweede servomotor de camera 100 naar beneden bewogen. Voor kader 3 wordt met de eerste servomotor de camera 100 naar links bewogen.

Fig. 3A en Fig. 3B tonen respectievelijk een zijaanzicht en een perspectivisch aanzicht van een opstelling 300 welke een camera 100 omvat. De camera 100 is gemonteerd op een platform 305 (behuizing 305), voorzien van een taatslager 301, een vork 302, een eerste servomotor 310 voor het in een horizontaal vlak laten draaien van de camera 100 en tweede servomotor 320 voor het in een verticaal vlak laten draaien van de camera 100.

Op de camera 100 is een detector 340 gemonteerd, welke aldus met de camera meebeweegt. De detector 340 omvat een lens 341 en een lichtsensor 342 en dient voor het aansturen van de camera 100 voor het maken van opnamen. Volgens een mogelijke uitvoeringsvorm bepaalt de detector 340 de omwentelingssnelheid van de rotor 193, en het moment van het passeren van een gegeven windturbineblad 193'. Aldus kan een opname worden gemaakt wanneer het windturbineblad 193' in beeld van de camera 100 is.

De behuizing zal verder een controller, een accu en bedieningsknoppen bevatten voor het besturen van de opstelling 300. De behuizing 305 kan verder een communicatiepoort voor de verbinding met een computer bevatten, welke een programma kan draaien (indien de controller dat niet zelf bevat} voor het aansturen van de camera en/of het downloaden van met de camera gemaakte opnamen.

Door een combinatie van een horizontale hoekverdraaiing en een verticale hoekverdraaiing kan een schuine, cirkelvormige of elliptische beweging van de camera bewerkstelligd worden en kunnen van een windturbineblad 193' in elke gewenste stand daarvan opnamen worden gemaakt. Doordat de camera rechtstreeks naar de plaats van de volgende opname kan bewegen, is minder stroom nodig. Ook maken de servomotoren het meebewegen van de camera tijdens het maken van een opname mogelijk.

Voor een eenvoudig patroon - zoals het maken van een patroon waarbij opnamen op 180° (9u) en 0° (3u) turbinebladstanden worden gemaakt, kan als volgt te werk worden gegaan. Na plaatsing van de opstelling 300 in het vlak 199 en na het met de tweede servomotor 320 naar de rotoras laten wijzen van de optische as van de camera 100, wordt de eerste servomotor 310 gebruikt tot de camera 100 het distale uiteinde in beeld heeft. Nu is de maximale hoekuitwijking bekend, en de eerste opname kan worden gemaakt, waarna de camera 100 met dezelfde hoekuitwijking naar de andere kant van het vlak 199 wordt gezwenkt voor het maken van de tweede opname van hetzelfde windturbineblad

193. Vervolgens zwenkt de camera terug naar de andere kant van het vlak 199, met een geringere hoekuitwijking. Het verschil in hoekuitwijking zal worden bepaald door de sterkte van de lens en de gewenste mate van overlap. Vervolgens wordt de volgende cyclus van het maken van opnamen gestart.

De rotor van grote turbines draaien (zelfs met windstoten) relatief constant. Niettemin kan de detector 340 worden gebruikt voor het continue of periodiek controleren van de stand van de bladen. Volgens een mogelijke uitvoeringsvorm wordt een opname gemaakt met een tijdsvertraging na de passage van een eerder passerend turbineblad.

indien de tweede servomotor 320 wordt gebruikt voor het tijdens de opname meebewegen van de camera, zal deze mate van meebewegen weer worden gecompenseerd voordat de volgende opname wordt gemaakt.

Indien een turbineblad 193' volledig gefotografeerd is, gaat de camera terug naar de maximale uitwijking en wacht 1/3e of 2/3e omwenteling om vervolgens de procedure met het volgende turbineblad te herhalen, tot opnamen van alle windturbinebladen zijn vergaard. Gebruik van Lichtinval Beschadigingen op turbines kunnen ingedeeld worden in twee categorieën: cosmetisch en structureel. Het is van belang om een onderscheid te kunnen maken tussen beide categorieën omdat er voor de reparatie een verschil in urgentie is.

Lichtinval op een turbineblad wordt bepaald door 3 hoeken: « Azimuth (beta): dit is de hoek die de zon maakt met het Noorden.

+ Elevatie (gamma): die is de hoek die de zon maakt met de horizon, + Hoek van rotor (delta): deze wordt bepaald door de windrichting die de oriëntatie van de rotor bepaalt en is de hoek die de rotoras ten opzichte van het Noorden maakt.

Met voordeel worden opnamen gemaakt wanneer er sprake is van strijklicht op de turbinebladen.

Door een eerste opname te maken met een relatieve lage invalshoek is bij structurele schade een schaduw te zien. Door een tweede (en eventueel derde) opname te maken zal de schaduw ten opzichte van de beschadiging geroteerd zijn omdat de rotor in het verticale vlak draait en dus een constante hoek met de zon heeft. Door de foto's over elkaar heen te leggen kan een betere interpretatie van de schade gemaakt worden. Zo zal het ontbreken van schaduw een indicatie zijn dat de schade cosmetisch is of “licht” structureel.

Ofschoon de uitvinding hierboven is uitgelegd onder verwijzing naar horizontale en verticale oriëntaties, moet worden opgemerkt dat het mogelijk is de opstelling te kantelen om een horizontale as die de mast 191 doorsnijdt, en bijvoorbeeld opnamen te maken bij 10u en du, wanneer dit door de zonnestand betere schaduwen geeft (lagere zonnestand).

Claims (6)

CONCLUS IES

1. Werkwijze voor het op afstand inspecteren van een om een rotoras draaiend windturbineblad (193') van een geplaatste windturbine (190) welke een mast (191) omvat, welke werkwijze omvat het maken van opnamen van een deel van het windturbineblad (193') met een camera (100), en het bestuderen van gemaakte opnamen voor het vaststellen van een afwijking aan het windturbineblad (193'}; met het kenmerk, dat een camera (100) ten opzichte van de windturbine (190) wordt verschaft op een horizontale afstand A tot de hartlijn door de mast (191) van windturbine (190) van 0,1 tot 10x de rotordiameter van de windturbine (190), en in een sectie welke vanaf de genoemde hartlijn een horizontale hoek a maakt van minder dan +30° met een verticaal vlak (199) waarin de draaiingsas van de rotor (193) is gelegen, waarbij de camera (100) beweegbaar is; en waarbij van een gegeven deel van het windturbineblad (193') dat een lengte heeft van ten hoogste 1/5e van de afstand tussen het distale uiteinde van het windturbineblad (123') en de hartlijn van de rotoras — een eerste opname wordt gemaakt in een eerste stand van het windturbineblad (193'), en ~ na het bewegen van de camera (100) in een tweede stand van het windturbineblad (193') waarbij de rotor (193) in de tweede stand ten minste 70° is gedraaid ten opzichte van de eerste stand, een tweede opname wordt gemaakt; welke gemaakte opnamen worden bestudeerd voor het vaststellen van de afwijking aan het windturbineblad (193') in het genoemde deel van het windturbineblad {(193').

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de opnamen worden gemaakt in een cirkelsector van 300° met een hoekstand van het windturbineblad (193') ten opzichte van de horizontaal tussen 120° en 60°.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij van een gegeven windturbineblad (193') aan een eerste zijde van de naaf van de turbine de eerste opname van een deel van het windturbineblad (193') wordt gemaakt, de camera (100) naar de andere zijde van de naaf wordt bewogen en vervolgens de tweede opname van hetzelfde deel wordt genomen nadat het genoemde windturbineblad (193') over een hoek van ten minste 170° is gedraaid.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de camera (100) is voorzien van een polarisatiefilter.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de camera (100) tijdens het maken van de opnamen met het windturbineblad {193') mee wordt bewogen.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij ten minste twee camera's (100) worden toegepast, waarbij met elk van ten minste twee camera's (100) zowel een eerste opname als een tweede opname wordt gemaakt.