Мониторинг повреждений лопастей ветряных турбин с помощью анализа их акустической сигнатуры
Из-за удаленности ветропарков и высокой стоимости инспекций их операторам сложно проводить регулярные проверки и обслуживание турбин. Это затрудняет выявление повреждений на ранних стадиях, когда ремонт еще мог бы обойтись значительно дешевле, в результате чего незначительные проблемы могут приводить к значительным издержкам.
Отмечается, что в мире ежегодно происходит около 3800 отказов лопастей ветрогенераторов, что ежегодно наносит ущерб на сумму около 5 миллиардов долларов США.
Источники повреждений лопастей турбин могут включать удары молнии, град, песок, дождь, ветер и ускоренный износ в прибрежной среде.
Идея австралийской компании Ping Services заключается в мониторинге акустической сигнатуры лопастей ветряных турбин и отлеживании появления изменений с целью обнаружения повреждений лопастей.
Первый прототип IoT устройства для звукового мониторинга состояния лопастей ветровых турбин компания представила в 2014 году, с 2018 она работала с клиентами в рамках индивидуальных проектов. Устройство первого поколения было установлено на ветряных электростанциях в Австралии, а также в нескольких зарубежных странах.
В 2020 году компания представила систему Ping Monitor второго поколения, с которой готова к производству системы и ее экспорту в промышленных масштабах.
Еще одна особенность устройств второго поколения это возможность передавать данные на платформу технического обслуживания Ping не только через сотовые сети, но и через сеть наноспутников Myriota Network.
Ping Monitor - это не требующее обслуживания устройство, работающее от аккумулятора, которое крепится непосредственно к металлической башне турбины с помощью магнитов. Его аккумулятор заряжается от встроенной солнечной панели. После установки "интеллектуальный датчик прослушивания" (микрофон, подключенный к встроенному ARM-процессору) начинает записывать звук, который издает турбина при вращении, создавая в течение первых двух недель "акустическую базу". Устройство способно отсеивать окружающие звуки (ветер, движение транспорта и т.д.), не связанные с работой самой турбины.
После определения нормальных звуковых характеристик турбины, Ping Monitor начинает прослушивать звуковые аномалии, которые могут указывать на повреждения лопастей, связанные с обычным износом, а также сколы, ямы, трещины и отверстия, вызванные ударами молнии и другими причинами. Большинство звуков, которые обнаруживает Ping Monitor, находятся в диапазоне человеческого слуха; уровни интенсивности различаются в зависимости от степени повреждения.
Устройство также измеряет изменение звука с течением времени. Встроенный процессор ARM анализирует звуковые данные и загружает информацию в "облако Ping Cloud", позволяя операторам ветряных электростанций удаленно следить за состоянием объекта.
Используя опции оповещения, оператор сети или ветропарка может быть проинформирован, когда турбина показывает признаки повреждения выше выбранного порога, в течение определенного периода времени, с различной чувствительностью и продолжительностью.
При обнаружении потенциальной проблемы на место может быть отправлен беспилотник для проведения визуального анализа. Таким образом, Ping Monitor не заменяет БПЛА или технических специалистов; он просто направляет их к турбинам, которые, скорее всего, нуждаются в обслуживании. Это меняет модель инспекции с профилактического обслуживания на предиктивное обслуживание "точно в срок", что может сэкономить деньги за счет сокращения ненужных инспекций и гарантии того, что все сомнительные турбины будут проверены, как только они покажут признаки износа.
С момента создания первого прототипа в 2014 году компания протестировала свое устройство на более чем 300 ветряных турбинах, результаты диагностики были подтверждены техническими специалистами на местах. К 2020 году 25 устройств Ping работали в полевых условиях, а еще 150 были готовы для размещения на ветряных электростанциях США.
По словам компании-разработчика, технология способна сэкономить операторам ветропарков до 25% от стоимости обслуживания лопастей.
