پره‌های توربین‌های بادی تحت بارهای گسترده پیچیده و کاملاً اتفاقی قرار می‌گیرند. به خصوص زمانی که این سازه‌ها درجایی غیر قابل‌ دسترس نصب می‌گردند. در این حالت پایش وضعیت آن‌ها اهمیت پیدا می‌کند. برای ساخت پره‌های توربین‌های بادی از مواد کامپوزیتی شیشه – پلی استر و شیشه – اپوکسی استفاده میشود. تست‌های استاتیکی و دینامیکی به‌عنوان تست‌های معمول برای ارزیابی این سازه‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد. این تست‌ها به‌منظور اطمینان از اینکه پره‌های توربین‌های بادی می‌توانند بارگذاری‌های بالا را تحمل کنند طراحی و تعریف شده‌است. انجام تست‌های استاتیکی و خستگی باعث ایجاد ترک‌ها و شکستگی‌های موضعی در طول پره میشود که محل آن‌ها را باید تخمین زد.

شناسایی محل ایجاد خرابی و درعین‌ حال شدت آسیبی که ایجاد میشود از اهمیت بالایی برخوردار است. بطوریکه اطلاع از این پارامترها در بهبود طراحی پره‌ها می‌تواند خیلی کارساز باشد. یکی از روش‌های مدرن که در این ‌ارتباط می‌تواند مورد استفاده قرار بگیرد، روش تست غیر مخرب با آزمون آکوستیک امیشن است که علاوه بر مکان‌یابی می‌تواند مقدار آسیب ایجادشده را نیز تخمین بزند. در ادامه این مقاله به اطلاعات به‌دست‌آمده از تست پره‌ها با روش آزمون آکوستیک امیشن اشاره می‌شود.

اطلاعات به‌دست‌آمده از تست پره‌های توربین‌های بادی با روش آکوستیک امیشن

در ابتدا دو پره تحت بار استاتیکی برای آزمون آکوستیک امیشن مورد ارزیابی قرار گرفتند. بارگذاری دارای دو سطح مختلف بود: بارگذاری نامی (Nominal Operation Load-OL) و بارگذاری با ماکزیمم مقدار (Maximum Test Load-MLT)

در بارگذاری نامی سازه نباید تحت آسیب‌های زیاد قرار بگیرد. در این بارگذاری تست‌های متعددی ممکن است برای پره‌ها قبل از رسیدن به تست استحکام نهایی انجام شود. با توجه به اینکه کامپوزیت‌ها در حین بارگذاری صداهایی را تولید می‌کنند بنابراین بارگذاری اولیه باید دو بار تکرار شود.

در طول بارگذاری دوم، انتظار می‌رود که هیچ پدیده آکوستیکی درصورتی‌که آسیب پیشروی نکند، نمایان نشود. در برخی استانداردهای موجود آکوستیک امیشن، نظر بر این است که نیرو به مدت ۱۰ دقیقه بمنظور رسیدن به پایداری لازم برروی سازه اعمال و نگهداری شود. بر طبق این روش تا رسیدن به مقدار نیروی نهایی استاتیکی، نیروها به‌صورت نسبی افزایش می‌یابند. هر نیرو به مدت چند دقیقه ( معمولا 3 تا 5 دقیقه ) نگه‌داشته می‌شود و این آزمون تا زمانی ادامه می‌یابد که پره دچار شکست شود یا به استحکام نهایی برسد. محل اعمال نیرو و فاصله سنسورها نسبت به هم در شکل ۱ مشخص است. پره دارای طول ۴٫۵ متر بر روی یک تکیه‌گاه در ریشه قرارگرفته است.

محل اعمال نیرو و فاصله توربین های بادی

ماکزیمم بارگذاری بر طبق ایجاد یک‌بار بر روی سازه به‌صورت بارگذاری با طول زمانی ۱۰ ثانیه است. معیار قبول یا رد تست بر اساس اینکه آیا پره تحت این بار میتواند دوام بیاورد یا نه حاصل می‌شود. بنابراین نیازمند طراحی یک پروفایل نیرویی است که نشانگر یک تست استاندارد بوده و ارزیابی‌های آکوستیکی را نیز در بر داشته باشد. این نیرو باید درواقع نشانی از یک نیروی با مقدار زیاد بر روی پره باشد که پره در طی عملکرد ممکن است با آن مواجه شود؛ همچنین نیازمند این باشد که بتوانیم تشخیص دهیم که آیا بعد از بارگذاری آسیبی ایجاد می‌شود یا نه؛ بنابراین یک ترتیبی از بارگذاری‌ها باید بر روی پره انجام بگیرد تا مینیمم مقدار بارگذاری که باعث تشخیص یک اتفاق آکوستیکی می‌گردد را مشخص کند. نتیجه این بارگذاری‌های مکرر برای حصول به هدف در شکل زیر مشخص است.

بارگذاری در توربین های بادی

تست خستگی

برای تست خستگی که ممکن است تا ۲ ماه یا بیشتر به طول بیانجامد. تعدد داده‌های جمع‌آوری‌شده در حین تست آکوستیکی مسئله خیلی مهمی است. برای مدیریت داده‌های آکوستیکی صرفاً پارامترهایی مثل تعداد سیکل‌های بارگذاری، انرژی، داده‌های پارامتریک، میانگین سطح سیگنال‌های آکوستیکی به‌طور مداوم ثبت و ضبط می‌شود. بعد از هر ۱۰۰۰۰ سیکل به‌اندازه ۱۰ سیکل با فرکانس پایین داده‌ها ثبت می‌شوند. در این تست‌ها حد آستانه بالاتر از ۵5 dB تنظیم می‌گردد. تست خستگی دارای ۴ مرحله بارگذاری مختلف است که در شکل پایین نمایان است.

بارگذاری استاتیک اولیه تا OL (داده‌های آکوستیکی ثبت می‌شود.)

بارگذاری استاتیکی در حین شروع و بعد از ۵۰۰۰۰۰ سیکل تا ۱۰ درصد بار ماکزیمم خستگی (داده‌های آکوستیکی ثبت می‌شود.) بارگذاری‌با سرعت بالا ۲ Hz بارگذاری خستگی سینوسی R=0.1 تا بارگذاری ماکزیمم خستگی (داده‌های پارامتریک و انرژی و سطح دامنه سیگنال‌ها ثبت می‌گردد). بعد از هر ۱۰۰۰۰ سیکل، بار اعمالی به یک‌دهم کاهش می‌یابد و در طول این بازه زمانی مشخصه‌هایی مانند نیرو-کرنش و فعالیت‌های آکوستیکی مورد پایش قرار می‌گیرد.

 

دانلود مقاله پایش پره‌های توربین‌های بادی با روش آکوستیک امیشن

print