Windenergieanlagen (MKS)
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Volltitel: |
Windenergieanlagen (MKS) |
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Seit 2001 |
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Bearbeiter: |
Dr.-Ing. Thomas Rosenlöcher (TU Dresden, IMM) |
| Anliegen: | Die Notwendigkeit, dass der Auslegungsprozess von Windenergieanlagen auch die Untersuchung der Dynamik des gesamten Antriebsstranges erfordert, wurde von den Komponen-tenherstellern und Produzenten der Anlagen erst in den letzten Jahren erkannt, wobei die Einbindung der gegebenen Möglichkeiten in den Produktentwicklungsprozess noch nicht abgeschlossen ist. Ausschlaggebend für diesen Entwicklungs-prozess sind die vor allem aus Sicht der Finanzierer gestellten Anforderungen an die langen Laufzeiten bei gleichzeitig sehr ungünstigen Voraussetzungen für die Wartung, Instandsetzung und Überwachung der Anlagen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kraftwerken zur Erzeugung von elektrischer Energie ist der Anspruch einer hohen Verfügbarkeit mit einer schlechten Zugänglichkeit verknüpft, wodurch die erforderlichen Wartungsintervalle möglichst lang sein sollten. Im Fall einer Reparatur ergeben sich bereits für die an Land errichteten Anlagen im Vergleich zu klassischen Kraftwerken aus der Höhe, in der der Antriebsstrang montiert ist, zusätzliche Kosten für die benötigten Krane. Mit der Nutzung von Standorten auf dem Meer, die durch die besseren Windverhältnisse einen höheren Ertrag in Aussicht stellen, werden diese einzukalkulierenden Kosten aufgrund der Nutzung von schwer verfügbaren Kran- und Transportschiffen von noch größerer Relevanz. |
| Vorgehensweise: | Die Hauptwelle als verbindendes Element zwischen Rotor und Getriebe ist als Hohlwelle ausgeführt und zur Abstützung der rotorseitigen Lasten gegenüber dem Maschinenträger in Abhängigkeit von der zu betrachtenden Lagerungsart ein- oder zweifach abgestützt. Das Konzept der 4-Punkt-Lagerung erfordert die zweifache Lagerung wogegen bei der 3-Punkt-Lagerung nur ein Lager nahe dem Nabenflansch eingesetzt wird. Das eingesetzte Getriebe besteht aus einer Reihenschaltung von zwei Planeten- und einer Stirnradstufe. In der ersten rotorseitigen Planetenradstufe verteilen vier Planeten die über den Planetenträger eingeleiteten Drehmomente auf das feststehende Hohlrad und das Sonnenritzel, welches über eine Kupplungsverzahnung im Planetenträger der zweiten Stufe abgestützt wird. Über die drei Planeten der zweiten Stufe werden die Drehmomente wiederum auf das feststehenden Hohlrad und das Sonnenritzel übertragen, wodurch das wirkende Drehmoment weiter reduziert und die Drehzahl erhöht wird. Das Sonnenritzel der zweiten Planetenradstufe ist ebenfalls über eine Kupplungsverzahnung in der Radwelle der nachgeschalteten Stirnradstufe gelagert. Neben der Anpassung von Drehzahl und Drehmoment auf die Anforderungen des eingesetzten Generators ist durch die Stirnradstufe ein Achsversatz zwischen den fluchtenden Sonnenwellen und der Generatorwelle zu gewährleisten, der für die hydraulischen oder elektrischen Zuleitungen zur Verstellung des Pitchantriebes in der Nabe benötigt wird. |
| Ergebnis: | Die Dimensionierung und konstruktive Ausführung von Antriebssträngen für Windenergieanlagen ist aufgrund der vielfältigen Anforderungen eine interdisziplinäre Herausforderung. Die verschiedenen Konzepte, Betriebsbedingungen und die Anforderungen an die Zuverlässigkeit sind wichtige Faktoren für den Entwicklungsprozess. Bereits installierte Windenergieanlagen können zur Ermittlung der auftretenden Lasten genutzt werden. Die Auslegung neuer Windenergieanlagen erfordert die theoretische Ermittlung aller erforderlichen Eingangsparameter. In der Zwischenzeit werden dazu die Möglichkeiten der dynamischen Simulation bereits in einem frühen Stadium des Produktentwicklungsprozesses genutzt. Die verfügbaren Simulationsmodelle werden zur Ermittlung der Wechselwirkung zwischen dem Detaillierungsgrad des Modells und den resultierenden Lasten und Eigenfrequenzen genutzt. Die Ergebnisse ermöglichen Aussagen zum erforderlichen Detail-lierungsgrad und inwieweit die Modellierungstiefe die sich ergebenden Kräfte, Dreh- und Biegemomente, Verlagerungen und Verkippungen beeinflusst. |
