Vibroakustik

Das X-Energy-Teilprojekt Vibroakustik erforscht die Schallausbreitung von Windenergieanlage (WEA). Der Fokus liegt dabei auf der Entwicklung konstruktiver Maßnahmen zur akustischen Optimierung der Schallpfade innerhalb des WEA-Triebstrangs mithilfe von Simulationen, um die Schallabstrahlung und die daraus erzeugten Töne zu reduzieren.    

Bisherigen Untersuchungen zur Schallabstrahlung von WEA sind vor allem auf die aeroakustische Optimierung der Rotorblätter fokussiert. Im Gegensatz dazu liegt der Schwerpunkt des X-Energy-Teilprojektes Vibroakustik auf der Untersuchung der Schallpfade innerhalb der Gondel der WEA und der Weiterleitung des mechanisch erzeugten Schalls, der durch die Hauptantriebsstrangkomponenten (vor allem dem Getriebe und Generator) erzeugt wird.   

Als methodische Grundlage für diese Berechnungen dient die sogenannte Vibroakustik. Mit ihr werden die Einleitung, Weiterleitung und Abstrahlung von Körperschall untersucht. Dies schließt das akustische Verhalten von Materialien, Bauteilen und Konstruktionen auf Basis numerischer Methoden wie der Finite-Element-Methode (FEM) mit ein.

 

Ergebnisse
Im Rahmen des X-Energy-Teilprojektes Vibroakustik wurde ein integriertes Simulationsmodell zur Berechnung der Schallabstrahlung einer Windenergieanlage entwickelt. Die Schallquelle wird dabei mithilfe von detaillierten Finite-Element-Berechnungen, der Verzahnungssteifigkeit der Getrieberäder sowie einem analytischen Modell zur Berechnung der Getriebedynamik modelliert. Darauf aufbauend wurde ein hochaufgelöstes Finite-Element-Modell der WEA entwickelt, welches alle relevanten Komponenten wie Getriebe, Generator, Hauptrahmen, Antriebsstrang, Gondel, Turm und Blätter enthält. Die Berechnung von Transferfunktionen zur Bestimmung der Schwingungsantwort wird somit an beliebigen Stellen des Körperschallpfades vorgenommen. Außerdem ist es möglich, die abgestrahlte akustische Leistung an der Gondelwand zu berechnen. Das FEM-Körperschallmodell ermöglicht es außerdem, den Luftraum innerhalb und außerhalb der Gondel mit Hilfe von Fluid-Struktur-Interaktionen zu koppeln. Das Simulationsmodell wurde durch umfangreiche Messungen im Realbetrieb der WEA (Windpark Curslack) validiert.

Zur gezielten Geräuschreduzierung der WEA wurden im Anschluss Maßnahmen zur Reduzierung von Geräuschemissionen identifiziert und umgesetzt. Dabei wurden einzelne Ergebnisse in ein Simulationsmodell in parametrischer Form implementiert. Zudem wurde ein Optimierungsalgorithmus zur Identifikation der optimalen Parameterauswahl entwickelt. Die Optimierung zeigte Verbesserungen in den Tonalitäten von bis zu 6 dB bei der simulativen Umsetzung von konstruktiven Einzelmaßnahmen.

Projektlaufzeit
-
ProjektBudget
326.800
Kooperationspartner
Suzlon Energy
Mittelgeber
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Einrichtungen
CC4E - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
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