海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要承受許多挑戰(zhàn)，尤其是固定在海底的樁基。潛水員定期下潛對(duì)這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，檢查其是否出現(xiàn)損壞。據(jù)外媒 MP 雜志相關(guān)報(bào)道，一種新型傳感環(huán)的誕生將使對(duì)海底結(jié)構(gòu)的檢查變得更快、更簡(jiǎn)單。

    海浪沖擊著海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的架線(xiàn)塔，大風(fēng)撼動(dòng)著旋翼，因此安裝在水下海底的樁基必須能夠承受這樣強(qiáng)烈的壓力。海水鹽分腐蝕性強(qiáng)，也會(huì)對(duì)樁基造成損害。潛水員定期下潛檢查這些錨點(diǎn)的焊縫是否損壞，焊縫是最易受到腐蝕損壞的薄弱環(huán)節(jié)。他們需要確定這些焊縫是否狀態(tài)良好，是否出現(xiàn)了裂縫或損壞，危害結(jié)構(gòu)安全。為了確定這些問(wèn)題，潛水員需要先利用高壓力清潔工具對(duì)焊縫進(jìn)行沖擊，移除焊縫表面生長(zhǎng)的藻類(lèi)和甲殼綱生物，然后再對(duì)焊縫施加磁場(chǎng)，撒上鐵屑，如果出現(xiàn)裂縫，磁場(chǎng)就會(huì)朝外，鐵屑就會(huì)在那里積聚。這對(duì)于潛水員來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)很困難的工作，他們必須攜帶很多設(shè)備下潛，在下潛過(guò)程中面對(duì)強(qiáng)大潮流的同時(shí)，還要給自己留出足夠時(shí)間來(lái)適應(yīng)變化的水壓。目前，對(duì)一處海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝的檢查需要耗費(fèi)一天的時(shí)間。

    應(yīng)用傳感環(huán)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量

    在將來(lái)，這項(xiàng)費(fèi)力、有時(shí)甚至是很危險(xiǎn)的工作將會(huì)由機(jī)器人完成，更確切地來(lái)說(shuō)，是一個(gè)盒子狀遠(yuǎn)程遙控的水下機(jī)器人，簡(jiǎn)稱(chēng) ROV。這項(xiàng)技術(shù)，是德國(guó)Dresden 的著名研究所 Fraunhofer Institutefor Ceramic Technologies and SystemsIKTS 和多方工業(yè)界伙伴間的合作完成的。高能陶瓷技術(shù)協(xié)會(huì)（IKTS）項(xiàng)目經(jīng)理 Andreas Schnabel 說(shuō)：“我們研發(fā)了一種新型傳感環(huán)，可以使測(cè)量變得更加簡(jiǎn)單，將來(lái)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量。”使用這一測(cè)量系統(tǒng)，好處多多，它比迄今為止其他所有方法都更加準(zhǔn)確，甚至可以分析裂縫的尺寸和深度，而這在此之前是不可能的。而且，這種檢查比勞動(dòng)密集型的人工方法更加快速，這項(xiàng)工作可以在十分鐘內(nèi)完成。

    至于這一系統(tǒng)是如何工作的，項(xiàng)目經(jīng)理 Andreas Schnabel 解釋說(shuō)：“系統(tǒng)的核心是傳感環(huán)，將會(huì)安置在焊縫周?chē)诤Ｉ巷L(fēng)力發(fā)電機(jī)整個(gè)服役生命期限內(nèi)一直固定在那里。”這一傳感環(huán)由很多傳感元素構(gòu)成，這些傳感元素就像是珍珠項(xiàng)鏈一樣排列在一起，每?jī)蓚€(gè)傳感元素之間的距離為 5—7 厘米。在進(jìn)行測(cè)量之前，需要潛水員先將一電池供電的手持裝置同傳感環(huán)的接口端口連接，再按下控制按鈕開(kāi)始測(cè)量分析。將來(lái)，這項(xiàng)工作將由機(jī)器人完成。而依靠高壓來(lái)清潔焊縫周?chē)鷧^(qū)域這一艱苦的工作，也將不再需要有人做了。

    每一個(gè)傳感元素輪流工作，具體工作原理可歸結(jié)為：一個(gè)傳感元素以超聲波擊中焊縫，然后穿透整個(gè)結(jié)構(gòu)，超聲波可順利通過(guò)無(wú)障礙的未受損區(qū)域，但如果某個(gè)地方出現(xiàn)裂縫，超聲波就會(huì)從損壞區(qū)域反射回來(lái)，其他傳感元素就會(huì)發(fā)現(xiàn)這些信號(hào)。就這樣，這些傳感元素就可以熟悉受損壞的區(qū)域。然后，下一個(gè)傳感元素就會(huì)輪流工作。可以說(shuō)，數(shù)據(jù)是通過(guò)連接的電纜傳遞給手持讀取器的，再傳遞給個(gè)人電腦。就這樣，像醫(yī)生辦公司收到 CT 掃描結(jié)果一樣，研究人員就收到了那些數(shù)據(jù)。海上風(fēng)力發(fā)電廠作為最終用戶(hù)就收到了焊縫圖像，受損區(qū)域根據(jù)嚴(yán)重的程度用顏色編碼。

    波羅的海實(shí)際試驗(yàn)成功

    在波羅的海 1 號(hào)海上風(fēng)力發(fā)電廠現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，研究人員和德國(guó) Rostock 市Baltic Taucher 的員工一起工作，共同成功證明了這一系統(tǒng)的可行性。這次試驗(yàn)，他們?cè)谝粋€(gè)枝狀的金屬管道上制造了一個(gè) 0.9mm 寬、45mm 長(zhǎng)、7mm 深 的 裂縫，將其沉入波羅的海 18 米深的海底。

    這一試驗(yàn)是成功的：這一系統(tǒng)不僅能夠精確地指明裂縫所在位置，甚至還確定了裂縫的寬、長(zhǎng)和深度。研究人員認(rèn)為這一系統(tǒng)有望獲得認(rèn)證，并預(yù)期將在大約 5 年內(nèi)準(zhǔn)備進(jìn)行機(jī)器人操作，他們的目標(biāo)是在支持向新能源過(guò)渡的過(guò)程中，持續(xù)堅(jiān)持確保海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)有一個(gè)較長(zhǎng)的服役壽命。

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