Temagrupp 3: Mekaniska system och strukturer

Fokus för temagrupp 3 ligger i två huvudämnen. Inom det första huvudämnet är drivlinan i fokus, det vill säga det delsystem av vindkraftverket som överför mekanisk kraft från rotorns nav till kraftelektroniken (generatorn). Drivlinan kan beskrivas som ett komplext styrt elektromekaniskt flerkroppssystem som utsätts för en stokastisk belastning. Komponenterna i drivlinan, såsom lager, axlar, växellåda, broms, koppling, generator, är monterade inuti ett maskinhus på toppen av ett flexibelt torn. Vid design av drivlinan måste hänsyn tas till stokastiska vindar och yttre omständigheter som ger starkt varierande belastning med stora axialkrafter och böjmoment i huvudaxeln. Från ett designperspektiv är den stora ingenjörsutmaningen att säkerställa tillförlitligheten hos systemet och dess funktionella komponenter under 20 års förväntad driftstid.

Inom det andra huvudämnet är fokus bärande struktur som i sammanhanget innefattar alla mekaniska delsystem som interagerar för att bland annat bära vindlasten vidare till generator och genom torn ner till vindkraftverkets fundament. I etapp 1 av Centrumets verksamhet har huvuddelen av ämnets verksamhet inriktats på rotorblad, som i sig bär vindlasten vidare till rotornav, men också på större del av vindkraftverkssystemet som del i en optimeringsstudie. Av centralt intresse för den bärande strukturen är val av teknisk lösning, materialval, dimensionering och prestanda. Val av teknisk lösning och materialval styrs mycket av ekonomi, estetik och tillverkarens preferenser.

De frågeställningar som finns inom Mekaniska system och strukturer är:

  • Vilka belastningar och rörelser utsätts en drivlina för vid olika driftsförhållanden?
  • Vilka fenomen är kritiska för drivlinekomponenternas livslängd? Räcker den nuvarande kunskapen om enskilda drivlinekomponentens livstid och till vilken grad av komplexitet måste matematiska och beräkningsmodeller utvecklas för att förutsäga livslängden på komponenterna? Vilken detaljnivå som krävs för att en modell kan användas framgångsrikt och effektivt för olika dynamiska förlopp?
  • Hur viktigt är samspelet mellan interna dynamiken i olika delsystem i ett vindkraftverk? Vilken rörelse i maskinhuset blir resultatet från olika aerodynamiska laster och hur påverkar detta förslag drivlina dynamiska miljön? Är det nödvändigt att ta med tornets och generatorns dynamik i beräkningar för undersökning och analys av lager, kopplingar, axlar och växellådan? 
  • Hur kan specifika problem med oväntade lager- och kuggskador förklaras? 
  • Hur detaljerad bör en modell av drivlinan vara för att utvärdera algoritmer för ”automatisk” komissionering av styrsystem för vindkraftverk?
  • Hur sker avvägningen mellan maximering av årlig energiproduktion, systemsäkerhet, minimering av toppvikten, systemet underhållskostnader och restriktioner för buller vibrationer?
  • Vad kan moderna metoder för modellvalidering och modellkalibrering av vindkraftverk bidra med för att bygga upp fysikalisk förståelse och med detta kunna leda till modelleringsanvisningar baserade på sunda fysikaliska principer?
  • I vindkraftverket påverkar val av tekniklösningar för komponenter den mekaniska miljön för övriga komponenter. Hur denna påverkan sker, och hur hela systemet kan optimeras totalt kan analyseras genom syntes och simulering. Hur ska optimeringsverktyget utformas för att bäst stödja utvecklingsprocessen för vindkraftverk?
  • Är moderna metoder för OMA tillräckligt tillförlitliga för att användas i övervakningen av vindkraftverkets hälsotillstånd?
  • Vad kan vinnas med införande av ett probabilistiskt synsätt för vindkraftverkets dimensionering?
    Kan ligninbaserad komposit ersätta eller komplettera glasfiber och/eller kolfiberkomposit och hur kan materialkombinationer i blad kan utnyttjas för att optimera dämpegenskaper?

Följande projekt inom Centrumet sorteras under temagrupp 3:
TG3-1 Systemdynamik hos vindkraftverkets drivlina
TG3-2 Utveckling av kompoundlagerkoncept för vindkraftsapplikationer
TG3-21 Freedyn och vindkraftverkssimuleringar
TG4-1 Validering av strukturdynamiska komponentmodeller av vindkraftverk

Publicerad: on 16 dec 2015. Ändrad: må 14 mar 2016