iBAC: Intelligent Bearing Amplitude Control

Auf einen Blick

• Das Forschungsprojekt iBAC widmet sich der Auflösung eines Zielkonflikts im Betrieb von Windenergieanlagen: Wie lassen sich hochbelastete und sensible Blattlager effektiv vor Schäden schützen ohne eine Mehrbelastung angrenzender Komponenten sowie einen geringeren Energieertrag zu bedingen?
• Ziel des Gesamtprojektes ist daher die Entwicklung eines intelligenten Condition Monitoring Systems (CMS), das in Kombination mit einem Zuverlässigkeitsregler ein Optimum im Spannungsfeld zwischen Schutz des Blattlagers und Energieertrag sowie Lebensdauer der Windenergieanlage erreicht.
• Das Fraunhofer IWES ist in einem Teilprojekt für Versuche an skalierten Blattlagern, eine auf diesen Versuchen und einer Anlagensimulation basierenden Berechnung optimaler Schutzzyklen sowie die Entwicklung des Zuverlässigkeitsreglers verantwortlich.

Herausforderung

Die Blattlager in einer Windenergieanlage gehören zu ihren am stärksten belasteten Bauteilen. Entsprechend kann es zu Schäden kommen, die zeitintensive und teure Reparaturen nach sich ziehen. Für Betreiber bedeutet dies neben den Reparaturkosten auch Ertragsausfälle, da die Anlage stillsteht.

Blattlager werden unter für Wälzlager ungünstigen und anspruchsvollen Bedingungen betrieben: die auf den optimalen Energieertrag ausgerichtete Blattsteuerung, der oszillierende Betrieb sowie längere Stillstandzeiten führen zu ungünstigen Schmierbedingungen zwischen Wälzkörper und Lagerlaufbahn, die dann zu Schäden und dem Versagen der Blattlager führen können.

Lösung

Verhindern oder reduzieren lassen sich diese ungünstigen Schmierbedingungen durch so genannte Schmierfahrten oder Schutzzyklen, die sich allerdings negativ auf den Energieertrag und die Belastungen weiterer Komponenten wie Rotorblätter und Turm der Windenergieanlage auswirken können. Ziel des Projektes iBAC ist daher, das Optimum im Spannungsfeld dieses Konflikts zu ermitteln und in der Regelung umzusetzen.

Mehrwert

Die Projektpartner entwickeln ein intelligentes CMS, das den aktuellen Zustand der Blattlager erkennen und kritische Betriebsbedingungen anzeigen kann. Darüber hinaus soll eine intelligente Regelung entwickelt werden, die unter Berücksichtigung des Blattlager-CMS eine Schmierfahrt oder einen Schutzzyklus ermöglicht, die Windenergieanlage aber trotzdem optimal betreibt.

Das Fraunhofer IWES ist in einem Teilvorhaben für folgende Aspekte verantwortlich:

• Versuche an 100 skalierten Blattlagern mit etwa 1 m Wälzkreisdurchmesser,
• eine Gesamtanlagensimulation mit realitätsnaher Abbildung des Pitchsystems,
• die modellbasierte Berechnung optimaler Schutzzyklen,
• die Entwicklung eines Zuverlässigkeitsreglers, der die Schutzzyklen nach Bedarf in den Betrieb der Windenergieanlage integriert.