{"id":48,"date":"2020-11-07T16:00:00","date_gmt":"2020-11-07T16:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/?p=48"},"modified":"2024-07-03T12:02:12","modified_gmt":"2024-07-03T12:02:12","slug":"rotorblattlager-lebensdauer-valide-berechnen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/rotorblattlager-lebensdauer-valide-berechnen\/oliver-menck","title":{"rendered":"Rotorblattlager: Lebensdauer valide berechnen"},"content":{"rendered":"\n

Basierend auf dem Paper \u201eFatigue lifetime calculation of wind turbine blade bearings considering blade-dependent load distribution<\/em>\u201c <\/p>\n\n\n\n

Die Lebensdauer von Rotorblattlagern ist schwer vorherzusagen. Die Anwendung bestehender Berechnungsmethoden erfordert ein umfassendes Systemverst\u00e4ndnis und f\u00fcr die einzigartigen au\u00dfergew\u00f6hnlich belasteten Blattlager sind die Methoden kaum validiert. <\/p>\n\n\n\n

Kaum ein Lagertyp in der Industrie erf\u00e4hrt solch komplexe Lasten wie Rotorblattlager in Windenergieanlagen. Kr\u00e4fte und Momente in allen sechs Freiheitsgraden treten in Abh\u00e4ngigkeit des Windes stochastisch auf \u2013 bei nahezu einzigartig gro\u00dfen Lagerdimensionen. Das Lager dreht sich dabei nur sehr wenig, um sich dem Wind anzupassen. <\/p>\n\n\n\n

Genau das macht die Anwendung bestehender Berechnungsmethoden schwierig. W\u00e4hrend f\u00fcr Erm\u00fcdung in herk\u00f6mmlichen W\u00e4lzlagern schon seit den 50er Jahren verl\u00e4ssliche Berechnungsmethoden vorliegen, sind diese nicht ohne weiteres f\u00fcr Blattlager anwendbar: Sie basieren auf Tests kleinerer Lager, die voll rotieren und wiederkehrende Lasten erfahren. <\/p>\n\n\n\n

Das National Renewable Energy Laboratory (NREL) sammelte daher 2009 in der \u201eWind Turbine Design Guideline DG03\u201c den Stand der Wissenschaft, um die Lebensdauerberechnung auch f\u00fcr Blattlager (und Azimutlager) durchf\u00fchren zu k\u00f6nnen. Eine Berechnung, die auch der DNV GL seit 2016 vorschreibt. F\u00fcr viele Sonderbedingungen die Rotorblattlagern widerfahren, gibt es dort Anpassungsmethoden. Besonders f\u00fcr die \u00e4quivalente Last \u2013 ein entscheidender Wert der Lebensdauerberechnung \u2013 werden zwei Methoden vorgeschlagen.  Die Internationale Organisation f\u00fcr Normung (ISO) bietet mit der ISO 16281 zudem eine weitere M\u00f6glichkeit, diesen wichtigen Wert zu berechnen. <\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr eine Ber\u00fccksichtigung aller relevanten Faktoren der Berechnung ist ein umfassendes Systemverst\u00e4ndnis notwendig. Am Fraunhofer IWES existiert daf\u00fcr mit der IWT 7.5 das Anlagenmodell einer Nearshore-Turbine mit 7.5MW Nennleistung<\/em><\/strong>. F\u00fcr noch mehr Anwendungsn\u00e4he hat Enercon im Rahmen des \u00f6ffentlich gef\u00f6rderten Highly Accelerated Pitch Bearing Test (HAPT)-Projektes einen IPC-Regler f\u00fcr das Anlagenmodell zur Verf\u00fcgung gestellt. Damit k\u00f6nnen die Belastungen, die in 20 Jahren auf eine Anlage wirken, genau berechnet werden. <\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr die Lasten, die das Lager erf\u00e4hrt, existieren ausgekl\u00fcgelte Simulationsmodelle. Wir wissen, dass Anschlussbauteile f\u00fcr die Berechnung nicht vernachl\u00e4ssigt werden k\u00f6nnen und beziehen diese mit ein. Die Deformation am Lager kann somit exakt nachgebildet werden.<\/p>\n\n\n\n

\"Abbildung
Abbildung 1: FE-Modell eines Lagers mi Rotorblatt und Nabe (gedrittelt) \u00a9 Fraunhofer IWES\/Florian Schleich<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Mit diesen Voraussetzungen k\u00f6nnen Analysen durchgef\u00fchrt werden, die sonst nicht m\u00f6glich w\u00e4ren: Die \u00e4quivalente Last etwa kann man in verschiedensten Blattverstellwinkeln analysieren und zwischen den verschiedenen Berechnungsmethoden vergleichen. Dadurch kann untersucht werden, welche Blattposition das Lager sch\u00e4digt und welche hingegen die Laufbahnen schont. <\/p>\n\n\n\n

\"Abbildung
Abbildung 2: \u00c4quivalente Last in Abh\u00e4ngigkeit von Pitch- und Lastwinkel des angreifenden Moments \u00a9 Fraunhofer IWES\/Oliver Menck<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Die Berechnungsmethoden die sonst meist vereinfacht werden, k\u00f6nnen so detailliert und kompromisslos durchgef\u00fchrt werden. Trotzdem zeigt sich ein \u00e4hnliches Muster wie in anderen Ver\u00f6ffentlichungen zu dem Thema: die ermittelte Lebensdauer ist sehr niedrig. Zu niedrig, um realistisch zu sein \u2013 denn Rotorblattlager halten im Feld meist l\u00e4nger als nur 107 Tage. <\/p>\n\n\n\n

Hier besteht offenbar noch Forschungsbedarf: Wenn detaillierte, umfangreiche Berechnungen nach dem Stand der Technik und Wissenschaft nicht ausreichen, muss dieser ausgeweitet werden. Am Fraunhofer IWES gibt es daf\u00fcr bereits eine umfassende Pr\u00fcfinfrastruktur f\u00fcr Gro\u00dfw\u00e4lzlager verschiedener Dimensionen,<\/em> mit der wir die Bedarfe der Industrie bedienen k\u00f6nnen. <\/p>\n\n\n\n

Quellen:<\/h4>\n\n\n\n

Paper: Fatigue lifetime calculation of wind turbine blade bearings considering blade-dependent load distribution <\/a><\/p>\n\n\n\n

Germanischer Lloyd: DNVGL-ST-0361 \u2013 Edition September 2016,\nMachinery for wind turbines, 2016<\/p>\n\n\n\n

ISO: DIN 26281:2010-11, Rolling bearings \u2013 Methods for calculating the modified reference rating life for universally loaded bearings (ISO\/TS 16281:2008 + Cor. 1:2009), 2010a.<\/p>\n\n\n\n

Harris, T., Rumbarger, J., and Butterfield, C. P.: Wind turbine design guideline DG03: yaw and pitch rolling bearing life, 2009 <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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