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Predictive Maintenance of Flexible Pipe Connectors in Parabolic Trough Collectors Using Artificial Neural Networks

Biermann, Irene und Kölsch, Benedikt und Kallio, Sonja Mari und Lopez-Martin, Rafael und Lüpfert, Eckhard (2026) Predictive Maintenance of Flexible Pipe Connectors in Parabolic Trough Collectors Using Artificial Neural Networks. TIB Open Publishing. SolarPACES 2025, 31st International Conference on Concentrating Solar Power, Thermal, and Chemical Energy Systems, 2025-09-23 - 2025-09-26, Almeria, Spanien. doi: 10.52825/solarpaces.v4i.2906. ISSN 2751-9899.

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Offizielle URL: https://www.tib-op.org/ojs/index.php/solarpaces/article/view/2906

Kurzfassung

In parabolic trough solar power plants, flexible pipe connectors, specifically Rotation and Expansion Performing Assemblies (REPAs), are critical yet failure-prone components due to their exposure to thermal cycling, mechanical stress, and harsh environmental conditions. This study focuses on the Rotary Flex Hose Assembly (RFHA), one common REPA type. Unexpected RFHA malfunctions, such as leaks in swivel joints, can lead to costly downtime and safety hazards. Despite regular preventive maintenance, current strategies often fail to anticipate such failures early enough to prevent disruption. This study investigates whether vibration analysis, combined with machine learning, can provide early warnings of RFHA degradation. A convolutional neural network (CNN) was trained to detect pre-failure conditions using spectrogram comparisons derived from high-frequency vibration data collected during an accelerated life-cycle test campaign. Structural Similarity Index (SSIM) values were used to quantify differences between twin RFHA vibration patterns over time. The model successfully predicted failures up to 1,000 cycles in advance, equivalent to more than two years of lead time in field operation, achieving an overall accuracy of 0.93 and a precision of 1.0, indicating that all predicted failure events were correct and no false positive alarms were generated. These results demonstrate that SSIM-based vibration comparison and CNN classification can provide a robust foundation for predictive maintenance of RFHAs, offering a scalable solution for enhancing the reliability of CSP plant operation.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/225649/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Predictive Maintenance of Flexible Pipe Connectors in Parabolic Trough Collectors Using Artificial Neural Networks
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Biermann, Ireneirene.biermann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kölsch, Benediktbenedikt.koelsch (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3564-9822NICHT SPEZIFIZIERT
Kallio, Sonja Marisonja.kallio (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1409-7793NICHT SPEZIFIZIERT
Lopez-Martin, RafaelCiematNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lüpfert, EckhardEckhard.Luepfert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6207-975XNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:14 Juli 2026
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Band:4
DOI:10.52825/solarpaces.v4i.2906
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Fernández-Garcia, AránzazuCIEMATNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:TIB Open Publishing
Name der Reihe:SolarPACES Conference Proceedings
ISSN:2751-9899
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Vibration Analysis, Rotary Flex Hose Assembly, Concentrated Solar Power, Neural Network, Machine Learning, Predictive Maintenance
Veranstaltungstitel:SolarPACES 2025, 31st International Conference on Concentrating Solar Power, Thermal, and Chemical Energy Systems
Veranstaltungsort:Almeria, Spanien
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:23 September 2025
Veranstaltungsende:26 September 2025
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Thermische Hochtemperaturtechnologien
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Condition Monitoring
Standort: Köln-Porz , andere
Institute & Einrichtungen:Institut für Solarforschung > Qualifizierung
Hinterlegt von: Kölsch, Dr.-Ing. Benedikt
Hinterlegt am:10 Aug 2026 10:07
Letzte Änderung:10 Aug 2026 10:07

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