Maksymalna wydajność energetyczna dzięki doskonałym powierzchniom

Aby zmniejszyć opór powietrza i opóźnić erozję, łopaty wirnika są malowane po wyprodukowaniu. Prawidłowe przeszlifowanie powierzchni GRP jest niezbędne dla uzyskania optymalnej przyczepności farby. Można to sprawdzić i zoptymalizować za pomocą mobilnego urządzenia do pomiaru chropowatości 3D MarSurf CM mobile, a w efekcie zwiększyć produkcję energii elektrycznej przyjaznej dla klimatu.

Turbiny wiatrowe Fraunhofer IWES wytwarzają w ciągu swojego cyklu życia do 70 razy więcej energii niż potrzeba do ich produkcji, użytkowania i utylizacji. To sprawia, że technologia ta jest bardzo interesująca nie tylko z ekologicznego, ale i ekonomicznego punktu widzenia. Aby zmaksymalizować wydajność energetyczną, turbiny w ostatnich latach znacznie urosły: same łopaty wirnika, których końcówki obracają się z prędkością do 300 kilometrów na godzinę, mają obecnie do 120 metrów długości i ważą do 40 ton. Ich działanie jest testowane w Instytucie Fraunhofera ds. Systemów Energii Wiatrowej (IWES). Jako instytut branżowy, Fraunhofer IWES poświęcił się całkowicie energetyce wiatrowej i technologii wodorowej. W centrum demonstracyjnym IWES BladeMaker w Bremerhaven opracowywane są technologie produkcji i rozwiązania w zakresie automatyzacji produkcji łopat wirnika.

Złożone procesy szlifowania Łopatki wirnika składają się głównie z żywic epoksydowych i włókien szklanych. W celu usunięcia nierówności i przygotowania powierzchni do późniejszego malowania, surowe elementy są ręcznie szlifowane. Dzieje się tak dlatego, że powierzchnie GRP mogą mieć różną strukturę powierzchni ze względu na niejednorodność materiału i ewentualne wtrącenia powietrza w żywicy, które mają negatywny wpływ na przyczepność lub powierzchnię powłoki. Podczas obróbki GFK występują również różne mechanizmy oddzielania, które wynikają z kierunku cięcia ziarna ściernego w stosunku do włókna szklanego i zależą od tego, czy na powierzchni odsłonięte są małe obszary czystej żywicy, czy wiązki włókien. "Może to powodować powstawanie różnych struktur powierzchni i zwiększone zużycie ziarna ściernego. To sprawia, że uzyskanie jednolitej jakości powierzchni na całej powierzchni łopaty wirnika jest bardzo czasochłonne" - wyjaśnia Sören Eden, asystent naukowy w IWES. "Interesowało nas, jak musi wyglądać powierzchnia i związany z nią proces szlifowania, aby warstwa farby jak najlepiej trzymała się w warunkach erozji". Do tej pory korzystano głównie z wartości empirycznych podawanych przez producentów materiałów ściernych i farb.

Konfokalna technologia pomiarowa do zwalczania erozji

Warstwa lakieru chroni przed promieniowaniem UV i jest ważna z punktu widzenia aerodynamiki: gładkie powierzchnie stawiają mniejszy opór powietrzu, a więc zwiększa się wydajność wiatru. Aby zapewnić najlepszą możliwą jakość obróbki wstępnej powierzchni i taki sam poziom przylegania farby, firma Fraunhofer IWES poszukiwała systemu pomiarowego, który byłby w stanie wiarygodnie odwzorować topografię powierzchni i dwuwymiarowe właściwości chropowatości w dolnym zakresie mikrometrów - przed i po malowaniu. "Innym aspektem była mobilność takiego systemu: przecież pracujemy na dużych elementach, nie możemy niczego wypiłować i przenieść na chwilę. To urządzenie pomiarowe musi być przyłożone do obrabianego przedmiotu, a nie odwrotnie" - wyjaśnia Eden. Ze względu na rozmiary elementów i niejednorodną strukturę powierzchni, od początku wykluczono dotykowe systemy pomiarowe - doskonałe odwzorowanie struktury można uzyskać tylko za pomocą systemu 3D. Eden rozpoczął poszukiwania odpowiedniego systemu i znalazł to, czego szukał, u producenta techniki pomiarowej Mahr. Firma z Getyngi oferuje obecnie jedyne na rynku mobilne urządzenie konfokalne o wysokiej rozdzielczości.

Pomiary próbne na miejscu

Naukowiec zaprosił specjalistów z dziedziny techniki pomiarowej na targi IWES w Bremerhaven. W jego bagażu znalazło się urządzenie demonstracyjne MarSurf CM mobile, które Christopher Wallmann, Field Sales Engineer w firmie Mahr, zaprezentował zespołowi IWES i za pomocą którego podczas pierwszego spotkania natychmiast przeprowadził pomiary testowe na łopatkach wirnika. "To urządzenie jest gotowe do użycia na miejscu w ciągu kilku minut. Waży tylko osiem kilogramów i jest odpowiednio elastyczny" - wyjaśnia Wallmann. "Nawet pomiary dużych powierzchni na obiektach o promieniu krzywizny, jak to ma miejsce w przypadku łopat wirnika, są możliwe z zachowaniem precyzji dzięki zintegrowanej funkcji śledzenia kształtu". Optyczny system pomiarowy jest oparty na technologii konfokalnej i nadaje się do stosowania w trudnych warunkach produkcyjnych. Wiele ustawień pomiarowych można załadować za pomocą funkcji szablonów po uruchomieniu systemu; użytkownicy muszą tylko załadować szablon przeznaczony do danego pomiaru. Zakres pomiarowy jest wtedy automatycznie ustawiany przez tzw. Range Finder. "Podczas zszywania, gdy poszczególne obrazy są łączone w jeden obraz całościowy, funkcja śledzenia kształtu wspomaga szybkie pomiary i jednocześnie oblicza krzywiznę powierzchni" - wyjaśnia specjalista ds. pomiarów. Typowy czas pomiaru wynosi od pięciu do dziesięciu sekund; wyniki pomiarów są przesyłane bezpośrednio do dowolnie definiowanego protokołu pomiarowego. Mobilna platforma MarSurf CM jest używana w Bremerhaven od czerwca 2020 roku. Stanowi on część oferty optycznej firmy Mahr, która oprócz urządzeń konfokalnych obejmuje interferometrię światła białego i profilometrię.

Kontakt

Czy jesteś zainteresowany naszymi produktami? Skontaktuj się z nami! Christopher Wallmann, Mahr GmbH E-mail: Christopher.Wallmann@mahr.de Tel:+49 (208) 62000-704