Messsystem zur Betriebszustandsanalyse von Windkraftanlagen (Wind-6P)

Third party funded individual grant


Acronym: Wind-6P

Start date : 01.09.2014

End date : 30.11.2017


Project details

Short description

Unkontrollierbare Schwingungen auf den bis zu 75 m langen Rotorblättern von großen Windenergieanlagen können die Betriebssicherheit der Anlage gefährden. Zurzeit gibt es nur wenige Sensorsysteme die diese Schwingungen erfassen können, welche alle die adressierte Problemstellung nur teilweise lösen. Das System soll direkt auf der Windkraftanlage installiert werden. Im Rahmen des Projekts soll ein radarbasiertes Vibrometer entwickelt werden, welches die Moden der mechanischen Schwingungen der Flügel kontaktlos und aus der Distanz erfasst. Hierfür soll aufgrund der niedrigen Schwingfrequenzen im Sub-Hertz-Bereich ein neuer Weg der Modenrekonstruktion aus der Zeitbereichsanalyse von mikrometergenauen und hochratigen Abstandsmessungen beschritten werden. Die Sechstortechnik bietet hierfür einen vielversprechenden Ansatz. Als Betriebsfrequenz für dieses mikrowellentechnische Radarsystem wird 24 GHz gewählt, da hier ein guter Kompromiss aus Reichweite bzw. atmosphärischer Dämpfung und Messgenauigkeit erreicht werden kann. Aus den über die Messzeit aufgetragenen hochgenauen Positionsdaten gilt es die Moden der Schwingungen zu ermitteln. Hierbei muss an mehreren möglichst punktförmigen Messtellen des Rotorblatts während dessen Vorbeiflug an den statisch am Turm oder auf der Gondel montierten Radarsensoren die Blatteigenbewegung möglichst exakt aufgezeichnet und aus mehreren aufeinanderfolgenden Vorbeiflügen die Schwingungsverteilung berechnet werden (orangene Module in der Grafik). Zum Tracken der Modenanteile soll das System durch flächige Messungen ergänzt werden (gelbe Module), die als Kontrolle der Blattbewegungen Bewegungsdaten generieren während die hochfokussierenden Systeme das jeweilige Blatt nicht erfassen können. Für die hohe Fokussierung werden sehr große Brechungsindizes der geplanten quasioptischen und Linsen-Antennen benötigt. Dies lässt sich mit herkömmlichen Materialien nicht realisieren. Aus diesem Grund werden neue, dielektrisch gefüllte Kunststoffkomposite entwickelt und über Spritzgießen als dielektrische Antennen strukturiert. Je nach benötigtem Fokussierungsgrad bieten sich unterschiedliche Geometrien an (Linse; Dielectric-Rod; Quasioptische, direktgespeiste elliptische Struktur)

 

Die wissenschaftlichen Ziele des Projekts, die gleichzeitig auch eng mit dessen Risiken verknüpft sind, sind in folgenden Fragen zu sehen:

Involved:

Contributing FAU Organisations:

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