Kantsvingninger i stall

Prøvestationen for Vindmøller

Det har været formålet at analysere og beskrive de kantvise svingninger, der er observeret ved drift i stall på danske og udenlandske 19 m vindmølleblade, samt at forbedre de modeller, der anvendes ved lastbestemmelse of forudsigelse af disse svingninger.

Projektbeskrivelse
Målet med projektet er at undersøge den dynamiske opførsel af bladene på en horisontalakslet, stallreguleret vindmølle under drift i det stallede driftsområde og ultimativt at forbedre designreglerne. I særdeleshed analyseres bladene kantvise svingning, der kan være lavt eller endog negativt dæmpet på grund af de aerodynamiske egenskaber. Resultaterne af ananlysen anvendes endvidere til forbedring af ingeniørmodellerne, som implementeres i de aeroelastiske beregningsprogrammer, der er udviklet til bestemmelse af laster og forudsigelse af de dynamiske egenskaber. Eksisterende målinger på udvalgte kommercielle rotorer med diametre i intervallet 35-45 m analyseres, og hovedparametrene identificeres. Både fuldsskala felteksperimenter under drift og stationære målinger - udført med blade eller rotor opspændt i fixtur - anvendes. Forenklede aerodynamiske og strukturdynamiske modeller udledes og anvendes til analysen med henblik på at støtte den fysiske forståelse samt at afgrænse problemområdet. De opdaterede delmodeller implementeres i de komplette aeroelastiske beregningsprogrammer, som anvendes til parameterstudier og successiv beskrivelse af de parameterområder, der giver de laveste laster. Dette sigter direkte mod formulering af designregler, der kan anvendes af konstruktøren
Resultater

Resultater: Grundlæggende bekræfter resultaterne, at årsagen til kantsvingningerne er negativ aerodynamisk dæmpning, dvs. energi tilført af de aerodynamiske kræfter til det svingende blad. Resultaterne viser, at forekomsten af kantsvingninger hovedsagelig styres af egenskaber, der vedrører 4 hovedområder, der dels har indflydelse på den aerodynamiske dæmpning, dels på den strukturelle dæmpning og dels på den samlede møllekonstruktions evne til at dæmpe eller forstærke en initieret kantsvingning: 1. Bladets aerodynamiske karakteristika, som kan beskrives ved statiske og dynamiske opdrifts- og modstandskoefficienter. 2. Bladets strukturelle karakteristika, som har indflydelse på bladets egensvingningsform og -frekvens. Især har orienteringen af hovedbøjningsakserne stor betydning, fordi den aerodynamiske dæmpning er stærkt afhængig af den resulterende svingningsretning. 3. Materiale- og stukturegenskaber, som har indflydelse på bladets strukturelle dæmpningsevne. 4. Egenskaberne af den undersøttende struktur, dvs. møllehat og tårn, der dels har indflydelse på den koblede modalform af bladet og dels på den samlede strukturs evne til at opretholde en initieret kantsvingning. Indflydelsen af en lang række egenskber inden for disse hovedområder er undersøgt - dels isoleret og dels i kombination ved anvendelse af både forenklede kvasistatiske modeller og komplette aeroelastiske beregningsprogrammer. Begge analysemetoder bekræfter, at de listede egenskaber er af væsentlig betydning. Erfaringer fra beregningerne og sammenligning med fuldskalamålinger viser, at nøjagtigheden i de teoretiske modeller - især i de aerodynamiske delmodeller - begrænser nøjagtigheden på beregningen af den absolutte aerodynamiske dæmpning. Imidlertid kan de relative ændringer af dæmpningen, der ledsager ændringer af konstruktinen relateret til ovenstående hovedegenskaber, forudsiges med god nøjagtighed. Sammenfattende kan det konkluderes, at en konstruktionsændring, der i en kvalificeret aeroelastisk beregning viser en reduceret svingning, med stor sandsynlighed vil give en reduktion af samme størrelsesorden på en virkelig mølle. I forbindelse med nykonstruktion anbefales det derfor, at der foretages grundige aeroelastiske beregninger, der undersøger betydningen af de ovenfor listede egenskaber, og at de endelige kosntruktionsvalg baseres herpå. Generelt skal man samtidig sørge for at opnå så stor en strukturdæmpning som muligt. Ved gennemgående at vælge de mest gunstige egenskaber, vil man kunne opnå en god sikkerhed mod problemer med kantsvingninger. Specielt er det vist, at man kan designe efter profilegenskaber og struktur-dynamiske egenskaber for blade og møllehat/tårn, så kantsvingninger kan undgås

Key figures

Periode:
1996 - 1998
Bevillingsår:
1996
Egen finansiering:
0,73 mio.
Støttebeløb:
1,79 mio.
Støtteprocent:
71 %
Projektbudget:
2,52 mio.

Kategori

Oprindelig title
Kantsvingninger i stall
Program
EFP
Fælles overordnet teknologiområde
Vind
Projekttype
Forskning
Journalnummer
1363/96-0001

Deltagere

Danmarks Tekniske Universitet (DTU) (Main Responsible)
Partner og Økonomi
Partner Tilskud Eget bidrag
Bonus Energy A/S
Micon A/S
LM Glasfiber A/S
Danmarks Tekniske Universitet (DTU)

Kontakt

Kontakperson
Thirstrup Petersen, Jørgen
Adresse
Forskningscenter Risø. Prøvestationen for Vindmøller
Postboks 49
DK-4000 Roskilde, Denmark
Thirstrup Petersen, Jørgen , 46775057, joergen.thirstrup@risoe.dk
Øvr. Partnere: Bonus Energy A/S; Micon A/S; LM Glasfiber A/S; Danmarks Tekniske Universitet. Afdelingen for Energiteknik