Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. (FH) T. Kleinselbeck
Dipl.-Ing.(FH) R. Lieckfeldt
M.Sc. S. Scheer
AUSGANGSSITUATION
Die aerodynamischen Eigenschaften des Rotors bzw. der einzelnen Rotorblätter bestimmen maßgeblich den Wirkungsgrad einer Windenergieanlage. Erfahrungen aus Belastungs-, Schall- und Leistungskurvenmessungen zeigen, dass bereits ein leicht unterschiedlicher Blatteinstellwinkel zu einer erheblichen aerodynamischen Unwucht führen kann. Die Folgen sind neben einer geringeren Energieumsetzung vor allem erhöhte Lärmemissionen, stärkere Systembelastungen und wirtschaftlicher Verlust.
MESSVERFAHREN
Messungen an der Windturbine
Bild 1: Messung an einer Windenergieanlage
Bei dem von WIND-consult entwickelten Messverfahren zur Messung des Blatteinstellwinkels handelt es sich um eine laseroptische Messmethode. Dabei werden vom Boden aus mit einem Tachymeter dreidimensionale Koordinaten vom Rotor der WEA aufgenommen (siehe Bild 1).
Das Messinstrument funktioniert reflektorlos und erspart auf diese Weise den hohen zeitlichen und technischen Aufwand für das Anbringen von Reflektoren an den Rotorblättern. Die mit dem Tachymeter erfassten Koordinaten werden unter Anwendung der affinen Koordinatentransformation auf ein im Rotor referenziertes Koordinatensystem abgebildet. Das Koordinatensystem im Rotor ermöglicht es definierte Positionen am Rotorblatt anzufahren und Profilabschnitte aufzunehmen.
Die Auswertung einer möglichen relativen Winkelabweichung zwischen den Rotorblättern erfolgt über die Position der Messpunkte im Bereich der Profilhinterkante bezogen auf eine zur Rotorachse senkrecht stehende Ebene.
DURCHFÜHRUNG DER BLATTEINSTELLWINKELMESSUNG
Bild 2: CAD-Modell eines Rotors
Die Messung erfolgt bei Stillstand der WEA. Das zu vermessene Rotorblatt wird senkrecht in Richtung Boden ausgerichtet und in die 0° Pitchwinkel-Position (Steuerungssollwert) gefahren. Am Vermessungsrotorblatt wird im Bereich der längsten Profilsehne (max chord) der maximal erfassbare Bereich entlang des Rotorblattprofilschnittes durch diskrete Messpunkte erfasst.
Die resultierenden 3D-Koordinaten werden transformiert und in einem CAD-Modell (siehe Bild 2) bezüglich des Blatteinstellwinkels ausgewertet.
Wird vom Auftraggeber ein CAD-Profilschnitt zur Verfügung gestellt, so kann der Blatteinstellwinkel absolut bestimmt werden. Andernfalls werden die Winkel zwischen den Rotorblättern bestimmt, um eine mögliche aerodynamische Unwucht aufzuzeigen.
Die Messergebnisse sind von Bauteilschwankungen der WEA abhängig. Die Vermessung erfolgt in der Regel bei niedrigen Windgeschwindigkeiten und umfasst eine Dauer von einem halben bis ganzen Tag für die Messung an drei Rotorblättern.
VORTEILE DES VERFAHRENS
- Zentimetergenaues Abtasten der Rotoroberfläche
- Messung der Winkel zwischen den Rotorblättern in einem Genauigkeitsbereich von ca. 0,2°
- Visualisierung der Ergebnisse (siehe Bild 3)
- Dokumentation und Nachnutzbarkeit durch Erfassung von 3D-Messwerten
- Möglichkeit zum Vergleich zwischen Messung und CAD-Modellen
- Messung an frei definierbaren Positionen am Rotorblatt, aufgrund des Bezugssystems im Rotor
- Weitere Messungen möglich, wie z.B. Vorbiegung des Rotorblattes, Verdrehung, hochgenaue Messung des Rotordurchmessers und der Nabenhöhe in Bezug auf den Turmfuß
- Keine Installationen von Messtechnik an der WEA erforderlich
Bild 3: Beispiel einer Messung