Rüzgar türbini kanatlarının yük ve buzlanması nasıl izlenir?
Rüzgar enerjisi alanında, rüzgar türbini kanatları karmaşık doğal ortamlarda uzun süre çalışır, değişken aerodinamik yükler, ani rüzgar darbeleri ve düşük sıcaklıklarda buzlanma gibi zorlu koşullara maruz kalır. Kanat yapısı sağlık izleme (SHM) ve optimizasyon kontrolünü gerçekleştirmek için rüzgar türbini kanatlarının dinamik yük izlemesi ve gerçek zamanlı buzlanma uyarısı için Fiber Bragg Grating (FBG) algılama teknolojisinin kullanılması temel teknik çözümdür.
Bir, Rüzgar Türbini Kanat Yük İzleme Prensibi ve Uygulama Yöntemi
Rüzgar türbini kanatlarının çalışma sürecindeki eğilme, burulma ve salınım deformasyonları, kanatların iç ve yüzeylerinde gerinim değişikliklerine neden olur. FBG tabanlı yük izleme sistemi aşağıdaki prensipler aracılığıyla gerçekleştirilir:
-
Gerinim ve Gerilme Ölçümü
Fiber Bragg grating’in Bragg merkezi yansıtma dalga boyu \lambda_B , gerinim \varepsilon ve sıcaklık değişimine göre kayar ve formülü şu şekildedir:\frac{\Delta \lambda_B}{\lambda_B} = C_{\varepsilon} \cdot \varepsilon + C_T \cdot \Delta TBurada C_{\varepsilon} gerinim hassasiyet katsayısı ve C_T sıcaklık hassasiyet katsayısıdır. Sıcaklık paraziti (sıcaklık telafisi) giderildikten sonra, kanatların lokal mikro gerinimi \varepsilon hassas bir şekilde ölçülebilir. Malzemenin elastisite modülü E ile birleştirilerek lokal gerilme \sigma = E \cdot \varepsilon türetilebilir.
-
Çoklu Nokta ve Dizi Yerleşimi
Bir fiber optik üzerine seri olarak farklı dalga boylarında birden fazla FBG algılama noktası yerleştirilir ve kanatların ana kirişleri (Spars) veya kanat kökleri (Blade Root) yönünde yüzeye yapıştırılır veya gömülür. Her algılama noktasının gerinim yanıtı çözülerek, kanatların eğilme şekli, ani rüzgar dengesizliği yükleri ve yorulma birikim hasarı gerçek zamanlı olarak yeniden yapılandırılabilir.
İki, Rüzgar Türbini Kanat Buzlanma İzleme Prensibi ve Uygulama Yöntemi
Buzlanma, kanatların aerodinamik şeklini bozar, rotor dengesini bozar ve yapısal yorgunluğu önemli ölçüde artırır. FBG teknolojisi genellikle aşağıdaki fiziksel özelliklerdeki değişiklikler aracılığıyla buzlanmayı izler:
-
Kütle Birikimi ve Ek Yük Değişiklikleri
Buzlanma, kanat yüzeyine ek kütle ekler, kanatların açıklık boyunca kütle dağılımını değiştirir, doğal frekansın düşmesine veya statik sarkma geriniminin artmasına neden olur. FBG algılama dizisi tarafından yakalanan düşük frekanslı dinamik gerinim yanıtındaki ve statik gerinim kaymasındaki değişiklikleri izleyerek, buzlanmanın kalınlığı ve bölgesi dolaylı olarak tahmin edilebilir. -
Yüzey Sıcaklığı ve Isı İletkenliği Farklılıkları
Buzlanma süreci, faz değişimi gizli ısısının salınımı ve ısı iletkenliği özelliklerindeki değişikliklerle birlikte gelir. Kanatların buzlanmaya yatkın bölgelerinde (örneğin ön kenarlarda) konuşlandırılan yüksek hassasiyetli FBG sıcaklık sensör dizileri, ortam sıcaklığı ve rüzgar hızı verileriyle birleştirilerek, sıcaklık anormalliklerinin dalgalanmaları buzlanma riski ve buz çözme/önleme sistemlerinin çalışma durumu hakkında değerlendirilebilir.
Üç, Rüzgar Enerjisi Alanında Fiber Bragg Grating Algılama Teknolojisinin Mühendislik Avantajları
- Doğal Yıldırım Koruması ve Elektromanyetik Parazit Önleme : Fiber optik, kuvars camdan yapılmıştır, iyi yalıtım özelliklerine sahiptir, kanatların yıldırım çarpması riskini ve frekans dönüştürücünün güçlü elektromanyetik parazitini tamamen ortadan kaldırır.
- Yarı-Dağıtılmış Çoğaltma Yeteneği : Tek bir fiber optik kanalı, ondan fazla algılama noktasını seri olarak bağlayabilir, bu da kanatların içindeki kablolama karmaşıklığını ve ağırlık yükünü önemli ölçüde azaltır.
- Yorulmaya Dayanıklılık ve Uzun Ömür : Fiber optik malzeme son derece yüksek yorulma dayanımına sahiptir ve rüzgar türbini kanatlarının 20 yıldan fazla uzun süreli çalışma ömrü gereksinimlerini karşılayabilir.
Dört, Resmi OFSCN® İlgili Algılama Ürünleri
Gerçek mühendislik uygulamalarında, Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®), gerinim ve sıcaklık izlemesi için özel olarak tasarlanmış yüksek güvenilirlik sunan fiber Bragg grating sensörleri sunmaktadır:
1. Kanat Gerinim/Yük İzleme İçin Önerilen Ürün:
OFSCN® Alaşım Tüp Paketlemeli Fiber Bragg Grating Gerinim Sensörü
Elastik alaşım tüp paketleme teknolojisini benimser, yüksek mekanik mukavemete sahiptir ve suya ve neme karşı dayanıklıdır, bu da rüzgar türbini kanatlarının iç veya yüzeyindeki uzun süreli gerinim ve yük ölçümleri için çok uygundur. Standart \mu\varepsilon/\text{pm} tek yönlü kalibrasyon formülü ile birlikte gelir, varsayılan gerinim aralığı \ge 6000\mu\varepsilon 'dir.
2. Kanat Buzlanma/Sıcaklık İzleme İçin Önerilen Ürün:
OFSCN® 100°C Fiber Bragg Grating Sıcaklık Sensörü
Dikişsiz çelik boru paketleme teknolojisini benimser, kompakt bir yapıya sahiptir (varsayılan dış çap sadece 0.9 mm), hızlı yanıt verir ve hava koşullarına dayanıklıdır, bu da ortam sıcaklığı ve buz çözme/önleme sistemi sıcaklığı izlemesi için uygundur. Tek bir sensör içine birden fazla algılama noktası fiber Bragg grating entegre edilebilir.
