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Realitätsnahe wirbelinduzierte Schwingungen (VIV) an einem großen Offshore-Windturbinenturm: Untersuchung durch Messung in Originalgröße

Um ein höheres kinetisches Energiepotenzial durch höhere Windgeschwindigkeiten zu erreichen, geht der Trend bei Windenergieanlagen, insbesondere im Offshore-Bereich, zu einem höheren Turm und einem größeren Kopf-Masse-Verhältnis aufgrund des größeren Rotordurchmessers. Dies führt zu einer niedrigeren Eigenfrequenz der Struktur. So ist beispielsweise die erste Eigenfrequenz der RNA-Konfiguration (Rotor-Nacelle Assembly) moderner Offshore-Windkraftanlagen mit einer kritischen VIV-Geschwindigkeit von 4-6 m/s niedrig genug. Das bedeutet, dass selbst bei mäßigen Windgeschwindigkeiten das Auftreten von VIV häufiger wird, wenn die kritische Geschwindigkeit abnimmt. Solche VIV im ersten Modus können durch einen an der Windturbine angebrachten Dämpfer unterstützt werden. Abnehmende Eigenfrequenzen bedeuten jedoch auch, dass die höheren Moden eine geringere kritische Geschwindigkeit aufweisen. In den Untersuchungen, die im Rahmen des von der DFG und CICIND geförderten Projekts mit den Anwendungspartnern Siemens Gamesa Reneable energy und der Ruhr-Universität Bochum durchgeführt wurden, konnten sowohl die First-Mode-Turm-VIV als auch die Higher-Mode-Turm-VIV bei den im Testzentrum Østerild unter realen Bedingungen durchgeführten Messungen direkt beobachtet werden. Bei den Untersuchungen wurden höhere Seitenwindschwingungen um kritische Windgeschwindigkeiten des Turms erfasst und Lock-in-Phänomene beobachtet. Darüber hinaus wurde bei der Untersuchung auch der Winddruck gemessen, so dass die Reaktion der Struktur und die Belastung durch Wirbelschleppen gleichzeitig untersucht werden konnten. Es ist bemerkenswert, dass derzeit nur sehr wenige reale VIV-Datensätze mit vollständigen Informationen über die strukturellen Eigenschaften und den Lock-in-Bereich verfügbar sind. Diese Untersuchung zielt darauf ab, die Lücke zwischen der VIV in einem maßstabsgetreuen Windkraftturm und der hauptsächlich im Windkanal entwickelten Vorhersagemethode zu schließen und weitere Erkenntnisse über die VIV in der Praxis zu gewinnen.


Offshore Wind Turbine Denmark Bildg