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Unwuchten bei Windenergieanlagen: Ursachen, Auswirkungen und Lösungen
Um eine effiziente und zuverlässige Stromerzeugung durch Windenergieanlagen zu gewährleisten, müssen diese regelmäßig gewartet und überprüft werden. Hierbei sollte auch sichergestellt werden, dass eventuell existierende Unwuchten zeitnah erkannt und gezielt behoben werden.
Grundsätzlich lassen sich zwei Arten von Unwuchten unterscheiden, die auf unterschiedliche Ursachen beruhen und unterschiedliche Lösungsansätze bedürfen:
- die Massenunwucht (MU) und
- aerodynamische Unwucht (AU)
Da beide Unwuchtarten bei Windenergieanlagen sowohl getrennt als auch gekoppelt auftreten können, ist es zielführend zunächst die Ursache(n) der Unwuchten sicher zu identifizieren.
Um Fehldiagnosen zu vermeiden oder im schlimmsten Fall sogar Vibration und Lasten durch falsche Empfehlungen zu erhöhen, hat sich in der Praxis folgende Vorgehensweise bewährt:
Zuerst wird die Anlage auf etwaige Blattwinkelabweichungen der Blätter zueinander überprüft. Bei Überschreitung von festgelegten Grenzwerten werden diese korrigiert.
Danach erfolgt die Überprüfung auf eine eventuell vorhandene Massenunwucht des Rotors. Bei Überschreitung von vorher definierten Grenzwerten wird diese durch Einbringen von Ausgleichsmassen korrigiert.
Arten von Unwuchten
Massenunwucht – ungleichmäßige Verteilung der Rotormasse
Massenunwucht tritt auf, wenn die Masse eines rotierenden Körpers nicht gleichmäßig um den Schwerpunkt verteilt ist. Dadurch entstehen bei der Rotation ungleichmäßige Kräfte, die zu Vibrationen und Schwingungen führen können. Die Kräfte, die bei Massenunwucht wirken, sind in der Regel Zentrifugalkräfte und Trägheitskräfte.
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Aerodynamische Unwucht - Abweichung der aerodynamischen Eigenschaften der Blätter
Aerodynamische Unwucht hingegen tritt auf, wenn die Aerodynamik der Rotorblätter ungleichmäßig ist, was zu Kräften führt, die den Rotor aus der Balance bringen können.
Um die aerodynamische Unwucht zu berechnen, müssen verschiedene Faktoren berücksichtigt werden, wie z.B. die Windgeschwindigkeit und -richtung, die Anzahl der Rotorblätter, die Form und Größe der Rotorblätter sowie die geometrische Anordnung der Rotorblätter.
Ursachen von Rotorunwuchten
Unwuchten haben vielfältige Ursachen. Im Folgenden werden ein paar mögliche Ursachen für Massenunwucht (MU) und aerodynamische Unwuchten (AU) aufgezeigt.
Massenunwuchten (MU)
Massenunwucht entsteht im Wesentlichen durch ungleiche Verteilung der Massen in den drei Rotorblättern. Die unterschiedlichen Masseverteilungen entstehen u.a. durch:
- Fehler in der Fertigung der Rotorblätter
- Größere Blattreparaturen oder der Austausch eines einzelnen Rotorblattes
- Verstopfte Ablauföffnungen für Kondensat oder eingedrungene Flüssigkeit (bspw. Regenwasser)
- Ungleiche Massenverteilung in den Rotorblättern durch fehlerhaftes Auswuchten
- Eisansatz
Aerodynamische Unwuchten (AU)
Aerodynamische Unwuchten entstehen u.a. durch:
- Unterschiedliche Blatteinstellwinkel (Blattwinkelfehler)
- Montage- und/oder Fertigungsfehler
- Veränderungen in der Rotorblatt-Geometrie durch mangelhaft ausgeführte Reparaturen
- Veränderungen in den Profileigenschaften des Rotorblattes
- Eisansatz
Es ist wichtig zu beachten, dass Massen- und aerodynamische Unwucht unterschiedliche Ursachen haben und daher auch unterschiedliche Methoden erfordern, um diese zu beheben.
Bei einer Massenunwucht muss der Schwerpunkt der Rotorkomponenten neu ausgerichtet werden, um ihn wieder in die richtige Balance zu bringen. Aerodynamische Unwuchten erfordern hingegen eine Überprüfung der Blattwinkeldifferenzen und möglicherweise eine Reparatur der Rotorblätter oder anderer Rotor- oder auch Pitchsystem-Komponenten.
Auswirkungen von Unwuchten
Unwuchten können für Windenergieanlagenbetreiber erhebliche Auswirkungen haben. Wenn Unwuchten nicht erkannt und korrigiert werden, kann sich dies auf die Lebensdauer und Energieausbeute der Windenergieanlage massiv auswirken. Folgende Effekte können sich ergeben:
Daher ist es für Windenergieanlagenbetreiber wichtig, durch kontinuierliche Überwachung Unwuchten frühzeitig zu erkennen und diese zu korrigieren. Im Verbund mit regelmäßigen Inspektionen des Rotors lässt sich so die Sicherheit, Leistung und Lebensdauer ihrer Anlagen zu gewährleisten.
Unwucht frühzeitig erkennen und beheben
Um die Effizienz und Lebensdauer einer Windenergieanlage zu maximieren, ist es wichtig, Inspektions-, Korrektur – und Reparaturarbeiten zielgerichtet durchzuführen.
Durch eine kontinuierliche Überwachung mit an dem Rotor und der Gondel angebrachten Sensoren ergibt sich die Chance, Unwuchten frühzeitig zu erkennen und eine erste Differenzierung nach Unwuchtursachen durchzuführen.
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