На 100 килограммах так называемый электродинамический вибровозбудитель тянет и давит на 20-метровое крыло ветротурбины. Лезвие ротора качается с отклонением в 50 сантиметров на конце лопасти. Эти движения со всеми материальными нагрузками в лопасти ротора подробно проанализированы учеными из Немецкого аэрокосмического центра (DLR). Для этого исследователи прикрепили 300 датчиков ускорения и 200 датчиков деформации непосредственно к лопасти ротора. С помощью записанных данных можно отслеживать деформации лопасти ротора с точностью до миллиметра и сравнивать с имитационной моделью.
Картинная галерея
Картинная галерея с 5 картинками
Испытания предоставляют исследователям данные о вибрационном поведении лопастей ротора такого качества и качества, которых никогда не было достигнуто ранее. Испытания проводились в рамках исследовательского проекта Smart Blades 2 в Институте ветроэнергетики и энергетических систем Фраунгофера (IWES) в Бремерхафене. В рамках проекта научно-исследовательские институты разрабатывают технологии для более крупных и мощных ветряных турбин вместе с промышленностью.
Численная механика жидкости
CFD моделирование - инструменты анализа одним нажатием кнопки
Разработана методика испытаний прототипов самолетов
Первоначально этот метод был получен в результате испытаний на вибрацию в воздухе и был разработан в Институте аэроупругости DLR в Геттингене для стационарных вибрационных испытаний на опытном самолете. Д-р Ив Говерс из Института аэроупругости DLR перешел на ветряные турбины и осмотрел демонстрационную лопасть ротора в Бремерхафене: «Мы знаем план строительства недавно разработанной лопасти ротора и заранее рассчитали его поведение. С помощью датчиков у нас есть возможность измерить фактическую структурную динамику лопасти. Таким образом, мы можем адаптировать нашу компьютерную модель к реальности и лучше проектировать лопасти ротора ».
Роторное лезвие, разработанное в рамках проекта Smart Blades, было испытано в Бремерхафене. Ученые из Института композитных конструкций и адаптроники DLR изготовили 20-метровую лопасть ротора в Центре легких производственных технологий (ZLP) на площадке DLR в Штаде. Новая особенность - это геометрическая изгибная торсионная муфта. Для этого геометрия лопасти была разработана в форме полумесяца: на ветру лопасть не только изгибается назад, но и вращается в процессе. Таким образом, лезвие может адаптировать свою геометрию к условиям ветра независимо, вращая при более высоких скоростях ветра и предлагая ветру меньше поверхности для атаки. Таким образом, нагрузки на корень листа могут быть уменьшены автоматически.
Роторное лезвие в стресс-тесте
Недавно разработанное лезвие ротора испытало большие успехи с декабря 2017 года. Сначала был проведен тест на экстремальные и эксплуатационные нагрузки на стенде для испытания лопастей ротора на Fraunhofer IWES в Бремерхафене, который показал, были ли обнаружены недостатки или даже повреждения. В ходе проведенного в настоящее время испытания структурной динамики DLR ученые обратили особое внимание на то, работает ли изгибно-торсионная муфта и вращается ли лезвие, как в предсказаниях. «Прежде всего, благодаря высокой плотности датчика на лезвии и специально адаптированному вибровозбудителю, мы можем очень точно определять структурные и материальные деформации», - говорит Говерс.
Аэроупругие исследования становятся все более важными
Первоначально метод был разработан для проверки и подтверждения так называемой безопасности воздушного судна. Флаттер является опасным состоянием, потому что вибрации могут накапливаться, поглощая все больше и больше энергии из потока. Безопасность флаттера, по словам Говерса, все чаще становится проблемой и для ветряных турбин: «Особенно в случае оффшорных ветряных турбин, лопасти ротора будут больше и легче в будущем. Это увеличивает риск вибрации флаттера на лопасти ротора, и производители систем должны будут уделять больше внимания аэроупругим эффектам. «Прикрепляя вибровозбудитель, который прикреплен к лопасти, исследователи DLR также могут измерять вибрацию лопасти ротора, которая подвешена только на резиновых петлях. Это позволяет очень точно определять собственные частоты листа.
Ветряные турбины
Интеллектуальная лопасть ротора реагирует на скорость ветра
Ветровая электростанция
Самые высокие в мире ветряные турбины выходят в интернет
Мобильный метод измерения для ветроэнергетики
Институт аэроупругости DLR является лидером в области стационарных вибрационных испытаний и уже измерял прототипы машин с большим движением, таких как Airbus A380 или A350, с точки зрения их вибрационного поведения. В последние годы Ив Говерс и его команда продолжили разработку этой методологии измерения для ветряных турбин: «Измерения крыльев на летательном аппарате можно легко перенести на лопасти ротора на ветряных турбинах. Метод измерения с помощью щупов также имеет большое преимущество в том, что он мобильный, а также существующие системы могут быть выполнены.
Проект Smart Blades 2 - Интеллектуальные лопасти ротора
Изгибная торсионная муфта с серповидной геометрией лезвия является одной из нескольких технологий, которые в дальнейшем развиваются в исследовательском проекте SmartBlades2. В общей сложности одиннадцать партнеров из Ассоциации исследований энергии ветра (DLR, ForWind Hannover и ForWind Oldenburg, Fraunhofer IWES) и промышленности (GE Global Research, Henkel, Nordex Energy, SSB Wind Systems, Suzlon Energy, Senvion и WRD Wobben Research and Development) работают вместе. инновационные лопасти ротора. Проект финансируется BMWi с 15,4 млн евро. Целью исследовательской работы являются более крупные и эффективные роторы, которые обеспечивают более высокий выход энергии ветра и усиливают конкурентоспособность немецких компаний в отрасли ветроэнергетики. Другие технологии, рассмотренные в проекте, это задние и передние кромки лопастей ротора,которые позволяют активно адаптировать форму лопасти ротора к текущей силе ветра. Обе концепции взяты из авиации и могут быть сопоставлены с закрылками на крыльях самолетов. Исследователи также работают над дальнейшим развитием выбранных методов и технологий, а также над аэродинамическим поведением лопастей ротора и над регулированием всей системы.