A Critical Review on the Structural Health Monitoring Methods of the Composite Wind Turbine Blades

With increasing turbine size, monitoring of blades becomes increasingly im-portant, in order to prevent catastrophic damages and unnecessary mainte-nance, minimize the downtime and labor cost and improving the safety is-sues and reliability. The present work provides a review and classification of various structural health monitoring (SHM) methods as strain measurement utilizing optical fiber sensors and Fiber Bragg Gratings (FBG’s), active/ pas-sive acoustic emission method, vibration‒based method, thermal imaging method and ultrasonic methods, based on the recent investigations and prom-ising novel techniques. Since accuracy, comprehensiveness and cost-effectiveness are the fundamental parameters in selecting the SHM method, a systematically summarized investigation encompassing methods capabilities/ limitations and sensors types, is needed. Furthermore, the damages which are included in the present work are fiber breakage, matrix cracking, delamina-tion, fiber debonding, crack opening at leading/ trailing edge and ice accre-tion. Taking into account the types of the sensors relevant to different SHM methods, the advantages/ capabilities and disadvantages/ limitations of repre-sented methods are nominated and analyzed

Optimization of dynamic properties of the wind turbine blade

W artykule tym omówiono pakiet programów komputerowych do minimalizacji własności dynamicznych łopaty elektrowni wiatrowej. Ważnym aspektem efektywności przeprowadzonych badań było opracowanie odpowiedniego sposobu wymiany danych i wzajemnej współpracy pomiędzy komercyjnym oprogramowaniem ANSYSŽ oraz oprogramowaniem autorskim. Model numeryczny łopaty opracowany w programie ANSYSŽ wykorzystywany był podczas procesu optymalizacyjnego, co zapewniało dużą dokładność wyznaczanych własności wytrzymałościowych i dynamicznych modelu łopaty. Proces optymalizacyjny przeprowadzono w autorskim oprogramowaniu realizującym zmodyfikowany algorytm genetyczny. Do analizy efektywności przeprowadzonych obliczeń optymalizacyjnych wykorzystywany był model numeryczny o zredukowanej liczbie stopni swobody. Do porównania własności dynamicznych modelu przed i po kondensacji użyto kryterium MAC.This paper discusses a computer software package for minimize dynamic properties of the blade. The numerical model of the blade, created with Ansys. was used to optimize providing a high accuracy of the determination of strength and modal properties of the blade. Optimization studies were carried out by means of the authors' proprietary program that implemented a modified genetic algorithm. Models of reduced number of degrees of freedom were used for dynamic analysis. The consistence of free vibrations of the structural model of the system with the reduced model was investigated using the MAC criterion

Project of orthopedic harness to unburden patients in locomotion

W artykule przedstawiono projekt uprzęży ortopedycznej wraz z podwieszeniem służącej do odciążania pacjenta w trakcie wykonywania ćwiczeń lokomocyjnych. Zaprezentowano również wykonany prototyp, który jest obecnie testowany wraz systemem podwieszającym skonstruowanym w Katedrze Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej

Assignment of stress reserve factor for chosen wind turbine elements

Obliczenia przeprowadzono dla elektrowni wiatrowej o poziomej osi obrotu. Wartości współczynników bezpieczeństwa wybranych części wyznaczono dla wariantu obciążenia DLC 6.1, według Germanischer Lloyd. Założono warunki atmosferyczne odpowiadające I – szej klasie elektrowni wiatrowej. Po przeprowadzeniu analizy wytrzymałościowej wybranych części w programie AnSYS, na podstawie której wyznaczono maksymalne wartości bezwzględne naprężeń głównych, przystąpiono do wyznaczenia odpowiadających im współczynników bezpieczeństwa. Z uzyskanych wyników można wywnioskować, iż analizowany wspornik oraz kosz satelitów charakteryzują się wystarczającą wytrzymałością na działanie obciążeń ekstremalnych. Przedstawiona w niniejszym artykule metodyka wyznaczania zapasu wytrzymałości części konstrukcyjnych elektrowni pozwala na ocenę spełnienia przez analizowany obiekt wymagań zawartych w odpowiednich normach.Calculations were performed for horizontal axis wind turbine. Stress Reserve Factors were calculated for DLC 6.1 load case according to Germanischer Lloyd. Wind conditions were assumed for I-class wind turbine. As a first step, FEM calculation with using AnSYS software was performed with maximum values of principal stresses as an output. Then, based on FEM analysis results, Stress Reserve Factors were calculated. SRF values show that analyzed torsional support and planet gear have sufficient strength for extreme loads. Methodology of safety margin evaluation presented in this paper allows to assess if the object fulfills relevant standards demanding

Modelling the structural dynamics of chosen components of the horizontal axis wind turbine

As the horizontal axis wind turbines are getting larger, their dynamic behaviour is becoming more important. Dynamic analysis gives knowledge how to improve efficiency and safety also in small wind turbines. This article describes numerical models of chosen components of upwind, three-bladed wind turbine. Geometry of each component is generated separately and then assembled together by transformation matrices. Material of the blades is composite, the hub is assumed to be made of steel and material of the planet carrier is casted iron. These mentioned components are modelled by shell elements. The numerical model of the hub takes into account aerodynamic and gravity loads of blades, inertia forces due to rotation of the rotor and aerodynamic damping. The aerodynamic loads, calculated according to the modified Blade Element Momentum theory, are attached to aerodynamic centres. Wind conditions were assumed for I-class wind turbine according to Germanischer Lloyd. Stress Reserve Factors were calculated for DLC 6.1 load case according to Germanischer Lloyd, too. As a first step, numerical strength analysis with using AnSYS software was performed with maximum values of principal stresses as an output. Then, based on FEM analysis results, Stress Reserve Factors were calculated. SRF values show that analyzed hub and planet carrier have sufficient strength for extreme loads. Methodology of safety margin evaluation presented in this paper allows assessing if the object fulfils relevant standards demanding

Optimal design of the composite wind turbine blade

Wymagania stawiane elektrowniom wiatrowym, tj. generowanie dużej mocy, wytrzymałość zmęczeniowa, czy niskie koszty materiałowe oraz produkcji, związane są z parametrami mającymi zarówno wartości ciągłe (jak np. grubość dźwigarów czy żeber), jak i dyskretne (np. liczba żeber usztywniających oraz ich rozmieszczenie wzdłuż rozpiętości łopat). Dlatego też proces optymalizacyjny poprzedzający proces projektowania elektrowni wiatrowych jest przykładem procesu złożonego, wymagającego rozpatrywania wielu kryteriów jednocześnie. A zatem jest to proces związany z zagadnieniem optymalizacji wielokryterialnej, którego me można rozwiązać stosując klasyczne metody optymalizacji.The optimal design of the wind turbine blade involves many requirements, for example generating me large output, assurance stability of the blade structure or assurance low material costs and production. These requirements are connected with parameters of continuous nature and discrete nature. During constructional process of the wind turbine blade we have to consider many aspects, what is the reason of complexity of the problem of choice of optimal design features of the blade. This problem requires use of the multicriteria optimization methods

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne w wodzie i osadach dennych płytkiego, nizinnego zbiornika zaporowego (na przykładzie zbiornika Blachownia, południowa Polska)

The content of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in water and sediments of the Blachownia reservoir (South Poland) was investigated. Spatial variability of PAH concentrations in the longitudinal profile of the tank was determined. PAHs in samples were determined by gas chromatography coupled with mass spectrometric detection (GC-MS QP-2010 Plus Shimadzu) using an internal standard. Concentrations ranged from 0.103 μg/L to 2.667 μg/L (Σ16 PAHs) in water samples and from 2.329 mg/kg d.w. to 9.078 mg/kg d.w. (Σ16 PAHs) in sediment samples. A pollution balance was calculated and it was estimated that the inflow load was 17.70 kg PAHs during the year and the outflow load was 9.30 kg PAHs per year. Accumulation of about 50% of the annual PAH loads (8.90 kg) is a threat to the ecological condition of the ecosystem. It was calculated that the PAH loads in bottom sediment were about 80 kg, which limits their economic use. Improvement of the ecological status of this type of reservoir can be achieved by removing the sediment. Analysis of the diagnostic ratios obtained for selected PAHs showed that the potential sources of PAH emissions in small agricultural–forest catchments can be combustion of a coal, wood, plant material (low emission, forest fi res, burning grass, etc.). Transportation is also significant.Zbadano zawartość wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) w wodzie i osadach dennych zbiornika Blachownia (południowa Polska). Określono przestrzenną zmienność stężeń WWA w profilu podłużnym zbiornika. WWA w próbkach oznaczano metodą chromatografii gazowej sprzężonej z detektorem mas (GC-MS QP-2010 Plus Shimadzu) z użyciem wzorca wewnętrznego. Stężenia wahały się od 0.103 μg/L do 2.667 μg/L (Σ16 WWA), w próbkach wody oraz od 2.329 mg/kg s.m. do 9.078 mg/kg s.m. (Σ16 WWA), w próbkach osadów dennych. Sporządzono bilans zanieczyszczeń i na tej podstawie oszacowano, że ładunek WWA wprowadzany do zbiornika w ciągu roku wynosi 17.70 kg WWA, a ładunek odpływający–9.30 kg/rok WWA. Kumulacja około 50% rocznego ładunku WWA (8.90 kg) stanowi zagrożenie dla stanu ekologicznego tego ekosystemu. Obliczono, że ładunek WWA w osadzie dennym badanego zbiornika wynosi około 80 kg, co ogranicza jego gospodarcze wykorzystanie. Poprawę stanu ekologicznego tego rodzaju zbiornika można osiągnąć poprzez usunięcie osadów. Analiza uzyskanych wartości wskaźników diagnostycznych dla określonych WWA wykazała, że potencjalnymi źródłami emisji WWA w niewielkich zlewniach o charakterze rolniczo-leśnym mogą być procesy związane ze spalaniem węgla, drewna, materiału roślinnego (niska emisja, pożary lasów, palenie trawy itp.). Znaczący wpływ wywiera również komunikacja