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WID-WHITEPAPER Auswuchten von WEA-Rotoren - Wirtschaftliche Vorteile und technische Umsetzung

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Das von Auswuchtexperten per mobiler Messung gefundene Niveau von Massenunwucht und aerodynamischer Unwucht verdeutlicht das wirtschaftliche Potential des Auswuchtens. Der Artikel macht deutlich, dass auch bei WEA mit Vollwartungsverträgen alle Beteiligten vom Auswuchten profitieren. WID-Whitepaper 3/2015

WiD

WiD WHITEPAPER | Auswuchten von WEA-Rotoren 8 Bild 4: Rotorblatt mit montierten Testgewichten QUELLE: BERLIN WIND Wenn andere verfälschend überlagerte Unwuchtarten wie AU (Bild 3) minimiert sind, werden nach DIN ISO 1940 [11] typischerweise drei Messläufe benötigt, um die MU durch Ausgleichsmassen unter den Grenzwert zu reduzieren: 1) Messung des Unwucht-Urzustands des Rotors 2) Kalibriermessung nach Anbringen eines definierten Testgewichts 3) Prüfmessung nach Anbringen der Ausgleichsmassen zur Qualitätskontrolle Für den viele Tonnen wiegenden WEA-Rotoren sind als Testgewicht bis über 150 kg nötig, um einen verlässlichen Kalibrierwert zu erzeugen (Bild 4). Bei sehr großen Unwuchten ist ein mehrstufiges Auswuchten empfehlenswert. Grenzwerte für Massenunwucht des WEA-Rotors In DIN ISO 1940 [11] sind für viele Maschinenarten und rotierenden Komponenten feste Auswucht-Gütestufen (G) als Grenzwerte vorgeschlagen, die der zulässigen Schwerpunktsgeschwindigkeit des Rotors in mm/s entsprechen. Ausgewählte Güten sind etwa G 1,0 für Plattenspieler, G 2,5 für Generatoren und Gasturbinen sowie G 40 für PKW-Räder. Dies ist so nicht auf WEA übertragbar, denn gemäß [1-3] gilt für jeden WEA-Typ nur sein individueller, in der Auslegung definierter Hersteller-MU-Grenzwert (zulässige Unwuchtmasse * Unwuchtradius in kg*m). Dieser kann je nach WEA-Typ sehr stark variieren, bei 2-MW-WEA zwischen 100 und 1000 kg*m, also um den Faktor 10. Für einige WEA ist der MU-Grenzwert nahe 10 kg*m, d. h. unter G 1,0.

WiD WHITEPAPER | Auswuchten von WEA-Rotoren 9 Der Grund dafür liegt darin, dass Rotor und Triebstrang der WEA samt Maschinenträger hoch oben auf dem schlanken, elastischen Turm sitzen. Somit ist die Bauwerksdynamik (Resonanzproblematik wegen Turmeigenfrequenz) und -ermüdung bei der Festlegung des MU-Grenzwerts ebenfalls zu beachten. Die WEA muss 20 Jahre und mehr standsicher bleiben. Bei getriebelosen WEA ist zusätzlich noch trotz mehrerer Meter großer Generatordurchmesser ein Luftspalt von wenigen Millimetern einzuhalten, sonst streift der Rotor am Stator, und die WEA havariert. Manche Hersteller haben beim Sprung von der 1,5 auf die 2,0 MW-Klasse so stark die Leichtbau-Philosophie umgesetzt, dass sie für die größere WEA den MU-Grenzwert halbieren mussten. Leider werden in der Realität auch heute noch MU bis über 12.000 kg*m auch an neuen Multi-MW WEA gefunden. Auch Blattreparaturen und ein Einzelblatttausch können ebenfalls zu unzulässigen MU führen, eine begleitende Unwuchtmessung ist dringend zu empfehlen. Schwingungssensoren aus dem CMS erlauben oft nur grobe Schätzung Den Grenzwerten entsprechend niedrig liegen die zu ermittelnden Schwingungsamplituden, bei modernen, gut gewuchteten WEA teilweise unter einem Tausendstel der Erdbeschleunigung g (9,81 m/s²). Dies erfordert entsprechend hochwertige Beschleunigungssensoren, sonst verschwindet das Signal im Sensorrauschen, die Messunsicherheit wird zu groß. Daher sind viele kostengünstige Sensortypen ungeeignet, ihre Signalauflösung ist um den Faktor 10 bis 100 zu schlecht. Auch sind sie oft nicht für den zu analysierenden Frequenzbereich unter 0,5 Hz geeignet, in dem die auszuwertende Rotordrehfrequenz liegt. Somit sind derzeit auch die meisten in Condition-Monitoring-Systemen (CMS) eingesetzten Schwingungssensoren allenfalls für eine grobe Schätzung des Unwuchtniveaus geeignet, nicht jedoch für eine exakte Messung mit Auswuchtempfehlung. Dies gilt auch für Sensorik in Blättern. Weiterhin müssten im CMS aufwändige Klassier-Algorithmen implementiert werden. Gleichwohl kann ein erfahrener CMS-Experte, WEA-Hersteller oder auch Betreiber in einer Flottenauswertung von Betriebs- und/oder CMS-Daten erste Hinweise für unwuchtige WEA finden. Dazu zählen - verminderte Erträge - häufigere Abschaltung oder auch Notstopps - trendmäßige Erhöhung der drehfrequenten Amplitude als Indikator - für betriebsbedingt zunehmende Unwuchten - beschleunigter Verschleiß (etwa Azimutbremsbeläge bei AU)

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