Numerische und experimentelle Untersuchungen der Dynamik von Windenergieanlagen am Beispiel einer 2 MW Referenzanlage und eines strukturdynamisch skalierten Teststands
Roman Rachholz
Für die Abschätzung der ganzheitlichen dynamischen Eigenschaften während der Auslegung von Windenergieanlagen (WEA) werden in der Industrie elastische Mehrkörper-Simulationsmodelle eingesetzt. Die Absicherung der rechnerisch aus Simulationen erhaltenen Ergebnisse erfolgt gewöhnlich nach der Fertigstellung einer Prototypenanlage mit experimentellen Methoden.
Die vorliegende Arbeit beschreibt in ihrem ersten Teil die Entwicklung und Validierung eines hochaufgelösten, elastischen Mehrkörpermodells einer 2 MW Referenz WEA in dem universell einsetzbaren Mehrkörperprogramm SIMPACK. Messdaten der Prototypenanlage werden herangezogen und in Kombination mit den Simulationsergebnissen ausgewählter Konstruktionslastfälle für die Validierung des Betriebsverhaltens eingesetzt. Als eine relativ neue experimentelle Methode in der Windindustrie wird die Operative Modalanalyse (OMA) für die Ermittlung und Validierung der modalen Parameter der Prototypenanlage genutzt.
Im Hinblick auf die sehr zeit- und kostenintensiven Untersuchungen an realen WEA behandelt der zweite Teil der Arbeit die Entwicklung eines strukturdynamisch skalierten Teststands im Labormaßstab, dessen untere Eigenfrequenzen im Bereich der Werte von Multi-Megawatt-Anlagen liegen. Für die Erfassung des dynamischen Eigenverhaltens des Teststands mit Hilfe der OMA werden geeignete Messsysteme und Messstrategien vorgestellt. Die experimentellen Ergebnisse werden Simulationsstudien gegenübergestellt, welche aus einem analytischen Berechnungsmodell und einem elastischen Mehrkörpermodell hervorgehen. Auf diese Weise wird eine Methodik zur Ermittlung des globalen dynamischen Eigenverhaltens von WEA aufgezeigt.
