완벽한 표면으로 최대의 에너지 생산

저항을 줄이고 부식 속도를 늦추기 위해서 제조 후에 로터 블레이드가 도색 처리됩니다. 최적의 페인트 접착을 위해서 올바른 GRP 표면 그라인딩이 중요합니다. 이것은 모바일 3D 거칠기 측정 장비인 MarSurf CM mobile을 사용해 검사 및 최적화할 수 있으며, 그 결과 친환경적인 전기 생산의 증가를 가져올 수 있습니다.

Frauenhofer IWES

풍력 발전용 터빈은 생산, 사용, 폐기에 필요한 것보다 수명 기간 동안 최대 70배 더 많은 에너지를 생성합니다. 이러한 이유로 이 기술은 생태학적으로나 경제적으로 관심도가 높아졌습니다. 에너지 생산량을 극대화하기 위해서 최근 몇 년 동안 터빈은 높이가 크게 증가하였습니다. 시간당 최대 300킬로미터 속도로 끝이 회전하는 로터 블레이드만 해도 현재 최대 120 m 길이이고 무게는 최대 40톤까지 나갑니다. 터빈의 성능은 Fraunhofer Institute for Wind Energy Systems(IWES)에서 시험을 거칩니다. 업계 기관으로서 Fraunhofer IWES는 풍력 에너지와 수소 기술에 전력을 다하고 있습니다. 브레머하펜에 위치한 IWES BladeMaker 데모 센터에서 로터 블레이드 생산을 위한 제조 기술 및 자동화 솔루션이 개발됩니다.

복합 그라인딩 프로세스

로터 블레이드는 주로 에폭시 수지와 글라스 파이버로 구성됩니다. 불균일도를 없애고 후속 도색을 위해 표면을 준비하기 위해 가공되지 않은 구성품을 수작업으로 샌딩합니다. 그 이유는, 재료의 이질성으로 인해 GRP 표면 구조가 다양할 수 있고, 수지에 공기가 포함되면 접착 또는 코팅 표면에 부정적인 영향을 끼칠 수 있기 때문입니다. GFRP를 가공할 때 글라스 파이버에 대한 접착 입자의 절단 방향으로 인해 다양한 분리 메커니즘 또한 발생하며, 이는 순 수지 또는 파이버 번들의 적은 면적이 표면에서 노출되는지에 좌우됩니다. "이로 인해 다양한 표면 구조가 나타날 수 있고 접착 입자의 마모가 증가할 수 있습니다. 따라서 로터 블레이트의 전체 표면에서 일관된 표면 품질을 정립하는 데 엄청난 비용이 소요됩니다." IWES의 연구원 Sören Eden이 설명하고 있습니다. "우리는 도색층이 부식 조건을 최대한 견디기 위해서 표면과 관련 그라인딩 프로세스가 어떤 양상이어야 하는지에 관심을 가지게 되었습니다." 현재까지 이 작업은 주로 접착제 및 페인트 제조업체에서 경험으로부터 쌓은 값을 사용해 수행되어 오고 있습니다.

부식 문제를 해결하기 위한 공초점 측정 기술

코팅층은 UV 광선을 막아주고, 기체 역학에서 중요한 역할을 담당합니다. 매끄러운 표면은 공기 저항을 줄여주며, 핵심은 풍력 발전량을 증대하는 것입니다. 가능한 최고의 표면 전처리 품질과 동일 수준의 페인트 접착을 보장하기 위해서 Fraunhofer IWES는 페인트 전후에 마이크로미터보다 적은 범위에서 표면 토폴로지와 2차원 거칠기 특성을 안정적으로 매핑할 수 있는 측정 시스템을 모색하였습니다. "또 다른 측면은 시스템의 이동성이었습니다. 결국에는 대형 구성품에서 작업을 해야 하고, 어떤 것도 절단해서 운반할 수 없습니다. 즉, 측정 장비를 측정물 쪽으로 옮길 수 있어야 합니다. 반대로가 아니고 말이죠." Eden은 이렇게 설명합니다. 구성품 크기와 불균일한 표면 구조 때문에 접촉식 측정 시스템은 처음부터 배제되었습니다. 완벽한 구조 재현은 3D 시스템을 사용해서만 구현할 수 있습니다. Eden은 적합한 시스템을 검색하던 중, 측정 기술 제조사인 Mahr에서 원하는 바를 발견하였습니다. 괴팅겐에 근거지를 두고 있는 당사는 현재 시중에서 고해상도를 갖춘 공초점 모바일 장비를 제공하는 유일한 업체입니다.

현장에서 테스트 측정

한 과학자가 브레머하펜의 IWES에 측정 전문가들을 초대했습니다. Mahr의 현장 세일즈 엔지니어 Christopher Wallmann은 자신의 가방에서 MarSurf CM mobile 데모 장비를 꺼내 IWES 팀에게 보여주었고 첫 번째 미팅에서 로터 블레이드의 시험 측정을 즉시 실시하였습니다. "이 장비는 현장에서 몇 분 안에 목적물에 사용할 수 있습니다. 무게는 8 kg밖에 나가지 않으며 매우 융통적인 장비입니다." Wallmann은 이렇게 설명합니다. "로터 블레이드처럼 곡률 반경이 있는 객체의 넓은 면적의 경우도 통합 형상 측정 기능 덕분에 정밀 측정이 가능합니다." 광학 측정 시스템은 공초점 기술을 기반으로 하며, 혹독한 생산 환경에서 사용하기에도 적합합니다. 시스템을 시동할 때 템플릿 기능을 사용해 다양한 측정 설정을 불러올 수 있으므로 사용자는 측정에 맞는 템플릿을 불러오기만 하면 됩니다. 그러면 일명 범위 파인더에 의해 측정 범위가 자동으로 설정됩니다. "개별 이미지가 결합해서 전체 이미지를 형성하는 스티칭 중, 형상 측정 기능은 빠른 측정을 지원하며, 동시에 표면 곡률을 계산합니다." 측정 전문가는 이렇게 설명합니다. 전형적인 측정 시간은 5~10초 정도이고, 측정 결과는 자유롭게 정의할 수 있는 측정 프로토콜로 직접 전송됩니다. MarSurf CM mobile은 이제 2020년 6월부터 브레머하펜에서 사용되고 잇습니다. 이 장비는 Mahr의 광학 포트폴리오에 속하며, 공초점 장비 이외에 백색 간섭 촬영 및 프로필로메트리를 포함합니다.

문의

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Christopher Wallmann, Mahr GmbH
이메일: Christopher.Wallmann@mahr.de 전화:+49 (208) 62000-704