Assessment and damage prevention in wind turbine rotor blades

Abstract

Tuulivoiman yleistyminen ja tuulivoimaloiden koon kasvu asettaa haasteita tuulivoimaloiden komponenteille. Roottorin lapojen koko on kahdenkymmenen vuoden aikana kasvanut moninkertaisesti. Vuonna 1985 roottorin halkaisija oli keskimäärin 15 metriä. Nykyään käytössä on roottoreita, joiden halkaisija on yli 120 metriä ja lapoja, joiden pituus on yli 60 metriä. Roottorin lapa on tuulivoimalan kallein yksittäinen komponentti ja niiden edellytetään kestävän jatkuvassa käytössä 20 vuotta. Roottorin lapojen valmistuksessa käytetään lasi- ja hiilikuituvahvistettuja muoveja ja valmistusmenetelmänä alipaineinjektiota. Näin on mahdollista valmistaa jopa yli 60 metriä pitkiä lapoja. Tämän kokoluokan lapojen valmistus vaatii huolellista manuaalista työtä ja modernit valmistuslaitteet. Valmistusvirheet voivat lyhentää roottorin lapojen käyttöikää huomattavasti. Lavat voivat vaurioitua myös kuljetuksen aikana tai esimerkiksi salamaniskusta. Vauriot voivat vaikuttaa heikentävästi lavan aerodynaamisiin ominaisuuksiin tai ne voivat heikentää lavan kantavia rakenteita. Vauriot tulisi havaita ja korjata mahdollisimman nopeasti niiden synnyttyä. Vaurioita voidaan havaita ilman teknisiä laitteita visuaalisesti tai kuuntelemalla lavan akustista kaikua. Teknisiä laitteita voidaan myös käyttää vaurioiden havaitsemisessa. Näitä ovat esimerkiksi venymäliuskat ja optiset kaapelit. Työssä on tarkasteltu tuulivoimalan lapojen kunnonvalvontaa ainetta rikkomattomin menetelmin. Työssä on tutkittu roottorin lapojen valmistuksessa käytettäviä materiaaleja sekä valmistusmenetelmiä. Lavan aerodynaamisia ominaisuuksia parantavia laitteita on myös tarkasteltu. Syitä, jotka aiheuttavat vaurioita roottorin lavoissa, on tarkasteltu. Näitä ovat esimerkiksi valmistusvirheet ja kuljetuksen tai pystytyksen aikana syntyvät vauriot. Työssä on tilastoitu käytössä olevien roottorin lapojen vaurioita ja annettu esimerkkejä vaurioiden korjauksista ja niiden kustannuksista.