Vibroakustik

X-Energy: Vibroakustik

Das X-Energy Teilprojekt Vibroakustik befasst sich mit der akustischen Untersuchung und Optimierung der Schallpfade innerhalb einer Windenergieanlage (WEA) mit Hilfe von numerischen Simulationen, um die Schallabstrahlung und die daraus erzeugten Töne zu reduzieren. Im Fokus des Teilprojektes steht die akustische Optimierung der Getriebe- und Generatorgehäuse die methodische Grundlage ist die sogenannte Vibroakustik.

Die bisherigen Untersuchungen zur Schallabstrahlung von Windenergieanlagen (WEA) sind vornehmlich auf die aeroakustische Optimierung der Rotorblätter fokussiert. Der Hauptfokus dieses Teilprojektes liegt auf der Untersuchung der Schallpfade innerhalb der Gondel hinsichtlich des Transports von mechanischem Schall, der durch Hauptantriebsstrangkomponenten (vor allem Getriebe und Generator) erzeugt wird.

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

Im Rahmen des Projekts wurde ein integriertes Simulationsmodell zur Berechnung der Schallabstrahlung einer Windenergieanlage entwickelt. Die Schallquelle wird mit Hilfe 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 kann somit an beliebigen Stellen des Körperschallpfades vorgenommen werden. Ebenso kann mit dem Modell die abgestrahlte akustische Leistung an der Gondelwand berechnet werden. Das FEM-Körperschallmodell kann zudem mit Hilfe von Fluid-Struktur-Interaktionen an den Luftraum innerhalb und außerhalb der Gondel gekoppelt werden.

Das Simulationsmodell wurde durch umfangreiche Messungen im Realbetrieb der WEA validiert.

Zur gezielten Geräuschreduzierung der WEA wurden konstruktive Maßnahmen identifiziert und umgesetzt. Dabei wurden verschiedene potentiell konstruktive Maßnahmen in das Simulationsmodell in parametrischer Form implementiert. Zudem wurde ein Optimierungsalgorithmus zur Identifikation der optimale Parameterauswahl entwickelt. Die Optimierung zeigte Verbesserungen in den Tonalitäten von bis zu sechs dB bei der simulativen Umsetzung von konstruktiven Einzelmaßnahmen.

Projektlaufzeit
-
ProjektBudget
284.500
Kooperationspartner
Suzlon Energy
Mittelgeber
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Einrichtungen
CC4E - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
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