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Entwicklung und Validierung eines laserscanner-basierten Messverfahrens zur Erfassung bewegter RotorblätterGöring, Martina 13 March 2025 (has links)
Windenergieanlagen spielen eine entscheidende Rolle in der nachhaltigen Energiegewinnung. Die Zustandsüberwachung dieser Anlagen ist von großer Bedeutung, um ihre Effizienz und Langlebigkeit zu gewährleisten und unerwartete Ausfälle zu verhindern. Diese Überwachung ist jedoch aufwendig und kostenintensiv, weshalb innovative berührungslose und markierungsfreie Verfahren zur Unterstützung dieser Prozesse von großem Interesse sind.
Insbesondere die Torsion der Rotorblätter ist ein wesentlicher Faktor für die Beschreibung der Effizienz und der Zustandsbewertung der Anlagen. Die Messung der Torsion ermöglicht es, den aerodynamischen Wirkungsgrad zu maximieren und strukturelle Belastungen zu minimieren. Eine maximale Messabweichung von 1° relativ zum Anstellwinkel wird dabei als Ziel definiert, um präzise und verlässliche Ergebnisse zu gewährleisten.
Vor diesem Hintergrund wird ein Konzept entwickelt und umgesetzt, das die Torsion der Rotorblätter berührungslos und markierungsfrei erfassen kann. Zum Einsatz kommen mehrere Laserscanner sowie ein photogrammetrisches Messverfahren. Die Laserscanner werden im 1D-Modus genutzt, um Profildaten an verschiedenen Positionen entlang der Rotorblattlängsachse zu erfassen. Diese Daten sollen bei gleichem Rotationswinkel aufgezeichnet werden, um die Torsion in Abhängigkeit vom Anstellwinkel bestimmen zu können. Hierzu sind Soll-Daten der Geometrie des Rotorblattes erforderlich.
Um die Ausrichtung der Laserscanner zu vereinfachen und die Messgenauigkeit zu verbessern, wird das Konzept eines Systems zur Erfassung multipler hochaufgelöster 1D-Laserdistanzmessungen, dem sogenannten Fächersensor, entwickelt. Die Laserstrahlen des Fächersensors spannen eine Ebene auf. Das System wird als Demonstrator mit vier Distanzmessern umgesetzt. Um aus den gemessenen Distanzen 3D-Koordinaten berechnen zu können, wird das System um Kameras ergänzt und ein Ansatz zur Bestimmung der relativen Orientierungen der Distanzmesser und der eingesetzten Kameras entwickelt. Dazu werden photogrammetrisch 3D-Koordinaten der Laserflecken in verschiedenen Entfernungen ermittelt. Mit den entsprechend gemessenen Strecken können der Ursprung und die Ausrichtung der Distanzmesser bestimmt werden.
Zur Überprüfung der Eignung des Fächersensors zur Torsionsmessung wird ein Messobjekt realisiert. Das Messobjekt besteht aus vier Ebenen, sodass jeder Laserstrahl eine Ebene erfassen kann. Die Ebenen können um eine gemeinsame Achse gedreht werden, um eine Torsion zu simulieren. Das Messobjekt ermöglicht es, Referenzdaten (photogrammetrisch und über Neigungssensoren) zu erfassen, sodass eine Evaluierung des Systems erfolgen kann. Laborversuche werden durchgeführt, und als Ergebnis kann festgehalten werden, dass die Torsion mit einer Genauigkeit von 0,3° (1 σ) bestimmt werden kann.
Die Ergebnisse verdeutlichen das Potenzial des entwickelten Fächersensors für die präzise Torsionsmessung. Eine Weiterentwicklung des Fächersensors befindet sich derzeit in Arbeit.
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