Blade Unbalance Calculator

Die mechanische Unwucht eines Windturbinenrotors kann erhebliche Kräfte auf den Antriebsstrang und den Turm ausüben und damit die »Ermüdung« vorantreiben. In der Regel verlangt die Spezifikation einen kaum besseren Wert als G16¹⁾. Tatsächlich kann aber ein deutlich besserer Toleranzwert erreicht werden. Dieser Aspekt ist umso bedeutender, als dass Blatterosion oder -beschädigung sowie das Eindringen von Feuchtigkeit in die Blattstrukturen die Unwucht im Lauf der Zeit verstärken können. Zur Behebung dieses Problems müssen die Betreiber das mechanische Auswuchten der Turbinen veranlassen, allerdings erfordert das einen Zugriff auf die Rotorblätter und somit einen Anlagenstillstand.

Will man die Arbeit vor Ort optimieren, gilt es eine Methode zur gezielten Identifizierung nur jener Turbinen zu erschließen, die Unwucht-Auffälligkeiten zeigen. Auch wenn die Massenunwucht ein klares Umdrehungssignal liefert, erschweren Windkraftanlagen diese Option, denn ...

• die Betriebsgeschwindigkeiten variieren
• der Turm zeigt Eigenfrequenzen
• ein aerodynamisches Ungleichgewicht der Umdrehungen kann genauso gut der Axialkraft entspringen.

Die notwendige Unterscheidung zwischen mechanischen und anderen Ursachen der Unwucht erfordert eine Software, welche die Auslöser von Umdrehungsschwingungen differenziert ermitteln und darstellen kann.

Der »Blade Unbalance Calculator« – ein Plugin für die CMSSTD-Software von Bachmann Monitoring – ermöglicht die Berechnung der mechanischen Rotorblatt-Unwucht und eine regelmäßige Ermittlung der Rotor-Massenunwucht. So ist es möglich, gezielt nur jene Turbinen zu identifizieren, die einen mechanischen Ausgleich erfordern. Eine Untersuchung des gesamten Windparkbetriebs mit entsprechenden Produktivitätsverlusten ist unter Einsatz des »Blade Unbalance Calculator« nicht mehr erforderlich.

Ein modellbasierter Algorithmus berechnet die jeweilige mechanische Rotor-Balance aus den grundlegenden Konstruktionsdaten. Das Modell wird einmalig hinterlegt und gilt für alle ähnlichen Anlagen. Die Echtzeitinformationen eines einfachen 2D-MEMS-Sensors, positioniert im Zentrum der Gondel, liefern dem Modul das Maß der tatsächlichen mechanischen Unwucht in kgm. Durch die Installation eines zusätzlichen Positionssensors auf der Hauptwelle kann das Modul auch die Winkellage der erforderlichen Ausgleichsmasse ermitteln.

Das Plugin stellt zudem dar, ob die Unwucht auf einem aerodynamischen oder mechanischen Auslöser basiert. Die Beobachtung der Veränderung einer Turbinenbilanz – zum Beispiel einer kontinuierlichen Verschlechterung der Balance – erlaubt eine vorausschauende Planung des Zeitpunkts für entsprechende Korrekturmaßnahmen. Dies gibt einen vollständigen Überblick darüber, ob das Auswuchten der Rotorblätter eine degradierende Wirkung hat.

Der »Blade Unbalance Calculator« basiert auf 20 Jahre Erfahrung der Bachmann Monitoring im Bereich Condition Monitoring. In die Entwicklung des Algorithmus sind zahlreiche Fallanalysen eingeflossen. Das verleiht der Software ein Höchstmaß an Treffsicherheit hinsichtlich der Zustandsdiagnosen für Turbinenrotoren.

_{1) Bei einem Rotor mit einem Gewicht von 30 Tonnen und einer Drehzahl von 20 U/min entspricht G16 einer Unwucht von ~230 kgm}