Ph.d. Cup
Læsetid: 5 min.

Med et hammerslag kan Marie Brøns afsløre, om en vindmølle er i fare for at styrte i havet

Marie Brøns slår på de bolte, der holder en vindmølle sammen, og lytter til deres svingninger. Det er lidt ligesom at spille guitar, forklarer hun – og metoden kan ende med at spare vindmølleproducenter for en masse tid og penge. Hun er blandt de fem finalister i Ph.d. Cup 2021
En vindmølle holdes sammen af tusindvis af bolte. Og det er vigtigt, at de hverken er for løse eller stramme, da begge dele kan føre til, at vindmøllen styrter sammen.

En vindmølle holdes sammen af tusindvis af bolte. Og det er vigtigt, at de hverken er for løse eller stramme, da begge dele kan føre til, at vindmøllen styrter sammen.

Anders Rye Skjoldjensen

Indland
25. april 2021

2015 sluttede dårligt for Vestas. I Lemnhult vindmøllepark cirka 20 kilometer syd for den svenske by Vetlanda i Jönköping styrtede en 129 meter høj vindmølle med en turbine på 112 meter i diameter sammen.

Vindmøllen havde kun været i drift i tre år. Årsagen var, at boltene ikke var stramme nok.

En vindmølle holdes sammen af tusindvis af bolte. Og det er vigtigt, at de hverken er for løse eller stramme, da begge dele kan føre til, at den styrter sammen, som det skete i Lemnhult.

Det er imidlertid et besværligt arbejde at sikre, at alle bolte er spændt korrekt. Det kræver både tid og penge, da boltspændingsværktøjer er tunge, besværlige at bruge og ikke mindst upræcise.

Men nu har Marie Brøns, der er ph.d. på Danmarks Tekniske Universitet, udviklet en metode, der kan bestemme boltspændingen ved noget så simpelt som at give bolten et lille slag med en hammer.

»Projektet går ud på at bestemme boltspænding, ud fra hvordan noget bevæger sig. På en guitar kan man slå en tone an, og det lyder på en bestemt måde. Hvis man så strammer strengen, lyder det på en anden måde. En bolt svinger også, og alt efter hvor stram den er, vil lyden være forskellig. Det, jeg har gjort, er at gøre disse forskellige typer svingninger til nogle objektive størrelser, man kan arbejde med.«

Anders Rye Skjoldjensen

Når forskning bliver til leg

I en havvindmølle er der omkring 50.000 bolte. Det er selvfølgelig ikke alle disse bolte, der er lige vigtige. Dem, der holder tårnet sammen, er for eksempel meget store, og de skal sidde godt stramt ellers risikerer vindmøllen at falde i havet.

Når man slår direkte på en bolt, vibrerer den med nogle toner, som man kalder dens egenfrekvenser. Disse egenfrekvenser stiger, alt efter hvor stramt bolten er spændt. For eksempel vil svingningerne i en stram bolt vare i længere tid, fordi kontaktfladen er fastspændt – og en løs bolt vil give en kort, flad lyd, fordi kontaktfladen er løsnet.

Men hvordan fungerer det helt præcist, når Marie Brøns er ude at ’lytte’ til vindmøllerne?

»Det, jeg gør, er, at jeg måler, hvordan bolten svinger, og skriver egenfrekvensen ned. Så sætter jeg en lille vægt for enden af bolten og måler igen. Hvis den sidder helt fast ude i enderne, betyder det ikke noget, om man sætter mere masse på – det ændrer ikke svingningen. Hvis den ikke er helt spændt, så vil vægten svinge med, og det ændrer frekvensen.«

Venstre: Marie Brøns’ prototype er sat fast for enden af en bolt. Den kan få bolten til at svinge og måler egenfrekvenserne. Højre: Hendes voltmeter er forbundet til en såkaldt kraft-transducer, som er monteret mellem bolten og strukturen for at måle, hvor stram bolten er.

Venstre: Marie Brøns’ prototype er sat fast for enden af en bolt. Den kan få bolten til at svinge og måler egenfrekvenserne. Højre: Hendes voltmeter er forbundet til en såkaldt kraft-transducer, som er monteret mellem bolten og strukturen for at måle, hvor stram bolten er.

Anders Rye Skjoldjensen

Ifølge Marie Brøns ligger styrken i hendes metode netop i, at hun arbejder med to målinger. På den måde undgår hun nemlig at skulle have et helt referencekatalog over forskellige bolttyper til rådighed. I stedet kan hun nøjes med blot at lytte og notere:

»Med denne metode kan man gå direkte ud til en boltsamling, som man i princippet ikke ved så meget om, og sige noget om dens tilstand. Normalt er det meget besværligt, fordi der findes tusind forskellige typer bolte. Ved at måle én gang og forstyrre systemet en smule slipper jeg for at have et referencekatalog af bolte. I stedet bruger jeg de to tal til at regne baglæns.«

I virkeligheden er det altså meget lavpraktisk: Man giver bolten et gok og lytter efter. Midt i al den komplicerede matematiske modellering og de spidsfindige teknikaliteter er der med andre ord plads til et nærmest legende element.

Og det er en dobbelthed, der tiltaler Marie Brøns:

»Jeg kan godt lide, at der er eksperimenter, og at der er en lavpraktisk dimension i min forskning. Det er en stor del af den måde, jeg arbejder på.«

Marie Brøns

Nuværende stilling: Postdoc, DTU Mekanik

Yndlingsredskab: Papir og blyant – mine bedste ideer kommer, når jeg slipper fantasien løs på papir

Overspringshandling: Ingen. Når jeg går helt i stå, holder jeg fri og vender tilbage med friske øjne dagen efter

Forbillede: Min tidligere ph.d.-vejleder, assoc.prof. dr. techn. Jon Juel Thomsen. Hans store faglighed, evne til at arbejde med studerende i øjenhøjde og hans måde at give ærlig og konstruktiv kritik på, er egenskaber, som jeg meget gerne selv vil opnå på min egen vej mod at blive selvstændig forsker

Erkendelse: Jo mere, jeg forstår/lærer/finder ud af, desto mere bliver det klart for mig, hvor uendelig meget jeg ikke ved. Og det er jo vidunderligt, at der er så meget, man kan undersøge og blive klogere på

Vild med svingninger

Som Marie Brøns selv siger, er der næppe nogen, der vågner en dag og tænker, at de skal studere bolte.

Det var da også læren om svingninger, der oprindeligt tiltalte hende:

»Vi kan beskrive svingninger virkelig nøjagtigt rent matematisk, og det fascinerer mig,« siger hun med begejstring i stemmen.

»Derudover fandt jeg ud af, at jeg var god til at lave eksperimenter. Og så blev jeg grebet af det.«

Anders Rye Skjoldjensen

– Hvad er dine forhåbninger til projektet på længere sigt?

»DTU’s motto er: ’Det bliver til noget’. Da jeg startede projektet, havde jeg faktisk ikke de store tanker om, hvad det skulle ende med. Det var et grundvidenskabeligt projekt, så målet for succes var ikke nødvendigvis kun at finde en ny metode, men at forstå svingninger i bolte. Men nu har jeg kontakt med virksomheder, og jeg kunne godt tænke mig, at det skal bruges til noget.«

Rejsen fra forskningens resultater til noget, som en industri kan bruge, kan være både lang og svær, fordi der skal investeres tid og penge. Marie Brøns er da også klar over, at der stadig er nogle skridt, der skal tages, før hendes teknologi kan anvendes i virkeligheden.

Det kræver for eksempel, at både måleteknik og matematisk modellering testes på rigtige vindmøller og uden for laboratoriets kunstige virkelighed, hvor andre faktorer såsom påvirkning fra vindmøllestøj kan spille ind i resultaterne.

Anders Rye Skjoldjensen

Men Marie Brøns har nu et videnskabeligt grundlag for at bruge en bolts toner i samspil med matematisk modellering til at give et præcist estimat af boltspænding. Og det er ikke gået ubemærket hen. Flere selskaber har allerede udvist interesse for Marie Brøns’ metode.

For projektet skal ikke begrænses til vindmøller. Som hun siger, er der boltsamlinger i al mulig industri – vindmøller er bare det mest åbenlyse sted, hvor teknologien kan bruges. Der findes også bolte på offshore-platforme, skibe og i motorer og rørledninger.

Og når alt kommer til alt, er det netop det, Marie Brøns helst vil – at forskningen ikke bliver inden for universitetets rammer, men kan gøre en virkelig forskel ude i verden.

Serie

Ph.d. Cup 2021

Information sætter fokus på ny forskning, når vi hvert år afholder Ph.d. Cup og kårer den ph.d.-studerende, der er bedst til at formidle sin forskning. Kåringsshowet bliver sendt på DR2 fredag den 30. april klokken 21.30.

I år er de fem finalister Mette Bisgaard fra Aarhus Universitet, Mustafa K. Topal fra Roskilde Universitet, Frederik Schaltz-Buchholzer fra Syddansk Universitet, Marie Brøns fra Danmarks Tekniske Universitet og Andreas Sommerfeldt fra Aarhus Universitet.

Ph.d Cup er etableret i et samarbejde mellem DR og Information og støttet af Lundbeckfonden.

Seneste artikler

Vores abonnenter kalder os kritisk,
seriøs og troværdig.

Få ubegrænset adgang med et digitalt abonnement.
Prøv en måned gratis.

Prøv nu

Er du abonnent? Log ind her

Niels Erlinger

Det må da være lidt af en påstand den mindst ringe her kommer med, kan vi nu ikke længere finde ud af at stramme en skrue, så den kan holde.

Ellers er momentnøglen opfundet, og denne kan også fås i kalibrerede udgaver, som spænder skruen til det rette moment.

Lad os antage at denne metode bliver anvendt ved montage af vindmøller.

Nu skal montøren udover momentnøglen, så også have en lille hammer med op i tårnet, når han skal udføre sit arbejde.

Er der nogle herinde, der kan kende forskel på en skrue og en bolt??

Søren Nielsen

Der skal en møtrik på en bolt.

Niels Erlinger

Yeepp, der skal en møtrik på, ellers har man bare en skrue løs!!