23. NOVEMBER 2017

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Weniger Schwingungen


Management

Forschung - Windkraftanlagen sind hohen dynamischen Belastungen ausgesetzt. Das kann die Lebensdauer der Komponenten reduzieren. Das Fraunhofer LBF forscht an Methoden zur aktiven Schwingungs- und Schallreduktion.
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In einem Forschungsprojekt konnten Forscher des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF die Möglichkeiten aktiver Maßnahmen zur Schwingungsreduktion in Windkraftanlagen demonstrieren. Dazu entwickelten sie ein aktives Schwingungssystem und testeten dieses unter realen Betriebsbedingungen auf einer kleinen Windkraftanlage am Institut in Darmstadt.

Die Messergebnisse zeigen, dass sich die unerwünschten Vibrationen an der Nabe auf diese Weise signifikant um bis zu 80 Prozent reduzieren lassen. Mit den Erkenntnissen aus dem Forschungsprojekt können Hersteller von Windkraftanlagen den Einsatz aktiver Systeme bereits im Entwicklungsstadium von Windkraftanlagen in Betracht ziehen. Aber auch bei bereits aufgestellten Anlagen, deren Schallemissionen die zulässigen Grenzwerte überschreiten, können aktive Zusatzsysteme eine Lösung bieten.

Dynamisches Verhalten

Als Technologiedemonstrator verwendeten die Forscher eine Anlage vom Typ Aerocraft 752 von Gödecke Energie- und Antriebstechnik. Im ersten Schritt lieferte eine experimentelle Untersuchung die strukturdynamischen Eigenschaften der Windkraftanlage, die zur Abbildung des dynamischen Verhaltens mit Hilfe der Software Mat-lab/Simulink genutzt wurden. Aus Betriebsmessungen synthetisierte Anregungssignale dienten anschließend für Simulationen an diesem numerischen Modell und zur Modell-basierten Auslegung des schwingungsmindernden Zusatzsystems.

Wie eine Analyse der Daten aus der Betriebsmessung zeigte, weist der überwiegende Anteil der Störungen eine Korrelation zur Drehzahl auf. Diese resultieren vorrangig aus Rückwirkungen vom Generator, die zu periodischen Anregungen führen. Darüber hinaus wird das System sowohl durch Unwuchten als auch durch die Wechselwirkungen zwischen den Rotorblättern und dem ungleichförmigen Windfeld zum Schwingen angeregt.


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