نوشته‌ها

پایش وضعیت پره‌های توربین‌های بادی تحت بارگذاری‌های استاتیکی و خستگی با روش آکوستیک امیشن

پایش وضعیت پره‌های توربین‌های بادی تحت بارگذاری‌های استاتیکی و خستگی با روش آکوستیک امیشن

Acoustic Emission Monitoring from Wind Turbine Blades

 Undergoing Static and Fatigue Testing

پره‌های توربین‌های بادی تحت بارهای گسترده پیچیده و کاملاً اتفاقی قرار می‌گیرند. تاریخچه این بارگذاری‌ها برای برآورد عملکرد این سازه‌ها نقش حیاتی دارد. به خصوص زمانی که این سازه‌ها درجایی غیرقابل‌دسترس مثل فراساحل نصب می‌گردند. در این حالت پایش وضعیت آن‌ها اهمیت پیدا می‌کند. پره‌های توربین‌های بادی از مواد کامپوزیتی شیشه-پلی استر و شیشه – اپوکسی ساخته می‌شوند.

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 شده‌اند. انجام تست‌های استاتیکی و خستگی باعث ایجاد ترک‌ها و شکستگی‌های موضعی در طول پره شده که محل آن‌ها باید تخمین زده شود.

شناسایی محل ایجاد خرابی و درعین‌حال شدت آسیب ایجادشده از اهمیت بالایی برخوردار است. بطوریکه اطلاع از این پارامترها در بهبود طراحی پره‌ها می‌تواند خیلی کارساز باشد. یکی از روش‌های مدرن که دراین‌ارتباط می‌تواند مورداستفاده قرار بگیرد، روش غیر مخرب آکوستیک امیشن است که علاوه بر مکان‌یابی می‌تواند مقدار آسیب ایجادشده را نیز تخمین بزند.

 در ادامه این متن به اطلاعات به‌دست‌آمده از تست پره‌ها با روش آکوستیک امیشن اشاره شده است.

.

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 ساطع می‌کنند بنابراین بارگذاری اولیه باید دو بار تکرار شود.

در طول بارگذاری دوم، انتظار می‌رود که هیچ پدیده آکوستیکی درصورتی‌که آسیبی پیشروی نداشته باشد، دیده نشود. در برخی استانداردهای موجود آکوستیک امیشن، نظر بر این است که نیرو به مدت ۱۰ دقیقه به‌منظور رسیدن به پایداری لازم بر روی سازه اعمال و نگه‌داشته شود. بر طبق این روش تا رسیدن به مقدار نیروی نهایی استاتیکی، نیروها به‌صورت نسبی افزایش می‌یابند. هر نیرو به مدت ۳ 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 آورده شده است. پره دارای طول ۴٫۵ متر بر روی یک تکیه‌گاه در ریشه قرارگرفته است. نیروها نهایی برای شکست بر روی kN 5.9 است که در شکل ۲ مشاهده می‌شود.

در شکل ۳ اتفاقات آکوستیکی نسبت به زمان آورده شده است. نیروهای اعمالی بر روی سازه در شکل با منحنی سبز نشان داده شده است. پره تا نیروی ماکزیمم ۵٫۹ kN در اثر کمانش ناپایدار در سازه دچار شکست شد. نقطه شکست در فاصله ۲٫۴ m از ریشه پره بین سنسور ۵ و ۶ است.

ماکزیمم بارگذاری بر طبق ایجاد یک‌بار بر روی سازه به‌صورت بارگذاری با طول زمانی ۱۰ ثانیه است. قبول یا ردی معیار تست بر اساس اینکه آیا پره تحت این بار توانسته 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 ایجادشده است یا نه؛ بنابراین یک ترتیبی از بارگذاری‌ها باید بر روی پره انجام بگیرد تا مینیم مقدار بارگذاری که باعث تشخیص یک اتفاق آکوستیکی می‌گردد را مشخص کند. در شکل ۴ نتیجه این بارگذاری‌های مکرر برای رسیدن به آن هدف آورده شده است.

تست خستگی

برای تست خستگی که ممکن است تا ۲ ماه 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 پیوسته ثبت و ضبط می‌شود. بعد از هر ۱۰۰۰۰ سیکل به‌اندازه ۱۰ سیکل با فرکانس پایین ثبت داده اتفاقات صورت می‌گیرد. در این تست‌ها حد آستانه بالاتر از ۵۵dB تنظیم می‌گردد. تست خستگی دارای ۴ مرحله بارگذاری مختلف است که در شکل پایین آورده شده 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).
  • بارگذاری با 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. یعنی ۰٫۲ Hz و در طول این بازه زمانی مشخصه‌های نیرو-کرنش و فعالیت‌های آکوستیکی مورد پایش قرار می‌گیرد.

منبع: https://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn553/idn553.html

بیشتر بخوانید: بازرسی مخازن ذخیره آمونیاک به روش آکوستیک امیشن

کنفرانس و نمایشگاه تخصصی ترانسفورماتور

کنفرانس و نمایشگاه تخصصی ترانسفورماتور توسط شرکت ایران ترانسفو و موسسه تحقیقات ترانسفورماتور ایران برگزار می‌گردد. این کنفرانس در تاریخ ۷ اسفند ۱۳۹۸ در محل نیروگاه طرشت در شهر تهران برگزار خواهد شد.

حوزه های تحت پوشش: مهندسی و فناوری
برگزار کننده: گروه صنعتی ایران ترانسفو -موسسه تحقیقات ترانسفورماتور ایران

محورهای کنفرانس:

  • محاسبه و طراحی
  • مدلسازی
  • ترانسفورماتورهای هوشمند
  • پایش وضعیت و مانیتورینگ
  • حمل و نقل
  • تجهیزات ترانسفورماتور
  • مدیریت عمر ترانسفورماتور و چرخه عمر
  • تعمیرات ترانسفورماتور
  • راکتورهای AC و DC
  • ترانسفورماتورهای خاص
  • ترانسفورماتورهای کم تلفات
  • ترانسفورماتورهای کم صدا

محل برگزاری کنفرانس : تهران، خیابان ستارخان، جنب خیابان شهید جهانی نسب، نیروگاه طرشت

دبیرخانه کنفرانس: تهران – خیابان ملاصدرا، خیابان شیرازی شمالی، خیابان حکیم اعظم، پلاک ۱۵ طبقه سوم، موسسه تحقیقات ترانسفورماتور ایران تلفن: ۰۲۱۸۸۲۱۰۹۶۳ – ۰۲۱۸۸۰۵۸۶۵۳ فکس: ۰۲۱۸۸۲۱۰۹۲۰

پست الکترونیک: ITRI@iran-transfo.com

شرکت مپوا تلاش دارد تا با معرفی رویدادهای مرتبط، گامی درجهت اطلاع‌رسانی هرچه بهتر و همچنین برگزاری با شکوه ترِ این رویدادها بردارد. برای اطلاعات بیشتر در خصوص کنفرانس و نمایشگاه تخصصی ترانسفورماتور می توانید اینجا کلیک کنید.

 

.

پایش سلامت سازه‌های حساس عمرانی (پل‌های فلزی، بتونی و …) با آکوستیک امیشن

پایش سلامت سازه‌های عمرانی

پایش سلامت سازه‌های عمرانی بخشی از فعالیت‌های حوزه مهندسی است که در جهت پایش وضعیت سازه‌ها در طول عملکردشان مورداستفاده قرار می‌گیرد. هدف اولیه پایش سلامت سازه‌ها عبارت است از شناسایی، ارزیابی و مانیتورینگ عیوب یا شرایط عملکردی سازه و تأثیر آن در امنیت و کارایی سازه در آینده.

آکوستیک امیشن و پایش سلامت سازه‌ها

روش آکوستیک امیشن به خاطر قابلیت تست، صحه‌گذاری و پایش سلامت سازه‌ها در طول عملکرد نرمال آن‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد خود به‌تنهایی با مفهوم و هدف اولیه پایش وضعیت در ارتباط تنگاتنگ است. سازه‌های حیاتی که برای مبحث پایش سلامت بیشتر مورد تأکید می‌باشند شامل  پل‌ها، تونل‌ها، ساختمان‌ها، سازه‌های مراکز اتمی، سدها و … می‌تواند باشند.

پایش وضعیت با بهره‌گیری از آکوستیک امیشن

پایش وضعیت با بهره‌گیری از آکوستیک امیشن به صورت دوره‌ای یا ممتد در جهت ارزیابی شرایط سرویس‌دهی نرمال سازه‌ها و یا عملکرد آن‌ها تحت شرایط بارگذاری خاص می‌تواند بکار گرفته شود. مثال‌هایی از این موارد می‌تواند به شرح زیر باشد:

  • شناسایی ترک‌های فعال در سازه‌های بتونی یا فلزی
  • پایش خوردگی الکتروشیمیایی عمومی و ترک‌خوردگی ناشی از خوردگی در میله‌های فولادی و یا کابل‌ها
  • ارزیابی عملکرد سازه در حین شرایط سرویس‌دهی طبیعی
  • ارزیابی قابلیت سرویس‌دهی سازه‌ها تحت شرایط بارگذاری خاص
  • پیش‌بینی ازکارافتادگی سازه‌ها
  • ارزیابی خواص مکانیکی و شکست اعضای بکار برده شده در سازه‌های بتونی و فلزی

با بهره‌گیری از روش آکوستیک امیشن در سازه‌های عمرانی مثل پل‌ها عیوبی نظیر ترک‌خوردگی در مقیاس کوچک و بزرگ، محل ایجاد عیوب، بارهای ترافیک بیش‌ازاندازه، فعالیت‌هایی نظیر ضربه، زلزله و …. قابل‌شناسایی است.

محاسن آکوستیک امیشن نسبت به روش‌های دیگر

از جهاتی روش آکوستیک امیشن نسبت به روش‌های دیگر دارای محاسن بالایی است. در دهه‌های اخیر روش‌های زیادی در جهت ارزیابی سازه‌های عمرانی توسعه و استانداردشده است. این روش‌ها شامل روش‌های بازرسی چشمی، روش‌های بر پایه امواج تنشی مثل پالس – اکو، پاسخ ضربه، ترموگرافی و … می‌باشند. این روش‌ها در جای خود دارای محاسن خیلی زیادی می‌باشند ولی به‌طورکلی به خاطر محدودیت‌های عدم در دسترس بودن، ضخامت بیش‌ازحد جداره بتونی، و دلایل مختلف دیگری دارای محدودیت‌های نیز می‌باشند. همچنین این روش‌ها برای پایش بلندمدت کاربردی نبوده و برای تخمین نرخ انتشار عیوب و ارزیابی حساسیت آن‌ها در برابر تغییرات جوی و بارگذاری‌های مختلف مناسب نمی‌باشند. حتی روش‌هایی مثل استفاده از کرنش‌سنج‌ها و مواردی از این قبیل صرفاً تغییرات سطحی را مورداندازه‌گیری قرار می‌دهند و عیوب داخلی را تشخصی نمی‌دهند. لذا این موارد گفته‌شده به‌نوعی با بکار گیری روش آکوستیک تا حدودی مرتفع می‌گردد و برتری روش آکوستیک را نسبت به روش‌های دیگر برای پایش سازه‌های عمرانی می‌تواند بازگو کند.

سنسورها کجا قرار می گیرند؟

در سازه‌های فلزی سنسورهای در بخش‌های مختلفی از پل‌ها و … قرار می‌گیرند که این نقاط عبارت‌اند از:

  • اتصالات پیچی
  • محل اتصال سیم بکسل ها
  • اتصالات جوشی
  • اتصالات پینی

اکثر پل‌های فلزی در حال حاضر عمر مفید واقعی خود را رد کرده‌اند و بارهای ترافیکی بیش‌ازحد تحمل بر آن‌ها وارد می‌شود و همچنین از مشکلات خستگی زودرس رنج می‌برند.

افزایش ایمنی پل‌ها در جهت افزایش بار ترافیکی و تعمیرات و نگهداری اساسی آن‌ها به جهت بهبود بهره‌وری و سود اقتصادی بالا می‌تواند خیلی مؤثر باشد. رسیدن به این هدف نیازمند یک برنامه‌ریزی منسجم و کارآمد در جهت بازرسی و مانیتورینگ پل‌ها است.

برای مثال برای یک پل ساخته‌شده در سال ۱۹۱۰ که با ۱۱۵ درصد بار نامی زمان ساخت خود بار ترافیک را تحمل می‌کند ترک‌های زیادی در پایه‌های آن رؤیت شده بود.  برآوردها نشان داد که برای تعویض و جایگزینی این پایه‌ها نیازمند  ۱۰ میلیون دلار هزینه است. بطوریکه که از سیستم آکوستیکی برای پایش نقاط حساس این پل استفاده‌شده تا هزینه‌های تعویض را به تعویق انداخته و از یک استراتژی ریسک مدیریت‌شده در جهت عملکرد بهتر آن با هزینه‌های پایین استفاده گردید.   

منبع:

http://www.idinspections.com/acoustic-emission-structural-health-monitoring-of-critical-structures/

http://structuralinsights.com/SI/acoustic_emission.php?Country=IN