Inspection techniques for wind turbine blades using ultrasound and sound waves

Facing the climate change the use of renewable energies gains in importance. Especially wind energy will play a major role in the power supply in Central Europe. Due to the increasing number of installed wind energy plants, regular inspections are necessary to avoid accidents. Besides the tower and the gear, the wind turbine blades are highly stressed parts. Suitable non-destructive testing techniques for in service inspections have to be developed to replace the simple visual inspection techniques used today. The techniques described in this paper use ultrasonic waves and sound waves to detect and localize damages within the turbine blades. The pulse echo technique is used to detect flaws in the bonding areas. Several centimeter of GFRP, which highly attenuates sound, have to be penetrated and thickness variations not exceeding 15 mm have to be resolved. A reproducible coupling of the ultrasonic sensors has to be done to compare adjacent measurements. The use of couplants like water or oil is not possible as the blades are very big and large amounts of couplant would have to be carried along during the inspections. Additionally an enhancement of simple tapping tests, a so-called local resonance spectroscopy, will provide information about the construction design of the turbine blade, which normally is not known exactly and can’t be seen from the outside of the blade. Using an impact hammer a sound is excited within the material. A difference in sound can be heard on damaged areas or at material changes. They are recorded using a microphone. Additionally the excitation signals can be recorded, using a force transducer embedded in the impact hammer. It can be shown that the analysis of the excitation signals provides information about structure and health of the material. The described techniques shall be realized as small and portable systems, so they can be used by evaluaters without the use of expensive cranes. Also the equipment can be linked to automatic inspection systems like robots. Résumé Pour faire face au réchauffement climatique, l'utilisation des énergies renouvelables gagne en importance. L'énergie éolienne jouera particulièrement un rôle majeur dans l'approvisionnement en énergie en Europe centrale. En raison de l'augmentation du nombre des centrales éoliennes installées, des contrôles réguliers sont nécessaires pour éviter les accidents. A côté de la tour et du matériel, les pales des éoliennes sont des parties fortement sollicitées. Des essais non destructifs adaptés pour les inspections en service doivent être mis au point pour remplacer la simple inspection visuelle utilisée aujourd'hui. Les techniques décrites dans le présent document, utilisent des ondes ultrasons et sonores pour détecter et localiser les dégradations à l'intérieur des pales. La technique pulse-écho est utilisée pour détecter des défauts dans les zones de collage. Plusieurs centimètres de PRFV, qui atténuent fortement les sondes, doivent être traversés et les variations d'épaisseur, ne dépassant pas 15 mm, doivent être résolues. Un couplage reproductible des capteurs ultrasoniques doit être fait, pour pouvoir comparer les mesures adjacentes. L'utilisation de couplants comme l'eau ou le pétrole n'est pas possible compte tenu de la grandeur des pales et des grandes quantités de couplage devront être acheminées lors des inspections. NDTCE’09, Non-Destructive Testing in Civil Engineering Nantes, France, June 30th – July 3rd, 2009 En outre, une amélioration des tests de sonages simples, ce qu'on appelle la spectroscopie des résonances locales, fournira des renseignements sur la construction de la pale, ce qui normalement n'est pas connue exactement et ne peut pas être vu de l'extérieur. Un marteau d'impact est utilisé pour exciter la structure. Une différence dans le son peut être entendue sur les zones endommagées ou à des changements structurels. Le son est enregistré à l'aide d'un microphone. En plus, le signal d’excitation peut être enregistré, à l'aide d'un transducteur de force, qui est couplé au marteau d’impact. Il peut être démontré que l'analyse des signaux d'excitation donne des informations sur la structure et son état de santé. Les techniques décrites sont réalisées avec un appareil petit et portable, de sorte qu'elles peuvent être utilisées l'utilisation de grues chères. Par ailleurs, l’équipement peut être lié à un système d'inspection automatique, comme un robot.