Untersuchung des Einsatzes aktiver Tilger zur Verringerung von Schallemissionen an Windkraftanlagen: Abschlussbericht über ein Entwicklungsprojekt

Im Rahmen des Projektes 'Untersuchung des Einsatzes aktiver Tilger zur Verringerung von Schallemissionen an Windkraftanlagen' wurde ein aktives Tilgersystem zur Reduktion getriebeinduzierter tonaler Komponenten auf Basis von Piezostapelaktoren entwickelt und im Laborversuch erprobt. Tonale Komponenten, d.h. deutlich aus dem Emissionsspektrum herausragende Einzeltöne, werden bei Windenergieanlagen häufig vom Getriebe verursacht. Die Zahneingriffe verursachen Schwingungen, welche, unzureichend gedämpft, in Form von Körperschall auf den Turm oder die Rotorblätter übertragen und von deren großen Oberflächen an die Umgebung abgestrahlt werden. Normalerweise sind die eingesetzten Körperschallisolationen ausreichend, es existieren aber immer wieder Fälle, wo es durch die Tonalität zu Grenzwertverletzungen kommt und Nachrüstlösungen erforderlich werden. Zur Spezifikation der Anforderungen an ein solches System wurde eine 2 MW- Anlage mit tonaler Auffälligkeit schwingungstechnisch vermessen. Dazu wurden Betriebsschwingungsmessungen und Messungen unter künstlicher Anregung durchgeführt. Aus diesen Messungen wurden die Betriebszustände ermittelt und charakterisiert, in welchen tonale Komponenten auftreten. Damit standen grundlegende zu erreichenden Parameter für das zu entwickelnde Tilgersystem, wie zum Beispiel Frequenz und erforderliche Stellkräfte, für den konkreten Fall zur Verfügung. Zusätzlich wurden die Messungen durch eine FE- Rechnung des Maschinenträgers mit den Hauptaggregaten ergänzt. Das aktive System besteht aus einer Masse, welche durch die Piezoaktoren in einer Differentialanordnung in Schwingungen versetzt wird. Die daraus resultierende Reaktionskraft dient zur Unterdrückung der Schwingungen. Die grundlegende Frequenzabstimmung erfolgt über die modular ausgeführte Tilgermasse sowie die Aktorsteifigkeit und einer definiert realisierten zusätzlichen seriellen Steifigkeit. Ein Funktionsmuster wurde entwickelt, aufgebaut und erprobt. Zur Ansteuerung des Systems wurden verschiedene Regelalgorithmen unter Verwendung verschiedener Sensorkonzepte getestet. Eine angepasste Mikrocontrollerhardware zur robusten und störungsunempfindlichen Umsetzung der Regelung wurde entwickelt