Wiadomości wstępne
Siłownie wiatrowe należą do obiektów pracującym w skrajnym środowisku, często przy bardzo silnym wietrze, drganiach podłoża, opadach deszczu i gradu, itp. Narażone są z tego powodu na szereg niekorzystnych czynników, które mogą osłabiać ich konstrukcję i stanowić zagrożenie dla otoczenia. Z punktu widzenia aerodynamiki skrzydła wirników pod wieloma względami przypominają elementy wykorzystywane w lotnictwie, dlatego badania siłowni pod kątem zmęczeniowym są podobne jak konstrukcji lotniczych. Różnicą jest ich skala związana z rozmiarami siłowni.
Poniżej przedstawione zostaną metody i zakres badań siłowni wiatrowych. Materiał powstał na podstawie normy IEC 61400 i broszur firmy MTS.
Badania zmęczeniowe płatów siłowni wiatrowych
Wykonywane są tutaj badania statyczne i zmęczeniowe.
Badanie statyczne – płat siłowni wiatrowej jest tutaj sztucznie napinany przez szereg siłowników umieszczonych w różnych miejscach na jego długości. W tego typu testach wykorzystuje się siłowniki elektryczne lub hydrauliczne. Najczęściej stosuje się kilka siłowników zaczepionych do łopaty za pomocą lin i specjalnych adapterów dopasowanych do krzywizny łopaty aby jej nie uszkodzić. W trakcie testów analizuje się sztywność i wytrzymałość łopaty w celu uzyskania odpowiednich certyfikatów lub w celu weryfikacji modeli FEM na etapie tworzenia prototypów. Do badań wykorzystywane są wymagania noprmy IEC 61400-23. MTS posiada duże doświadczenie w tego typu badaniach ze względu na wieloletnie doświadczenie w przemyśle lotniczym gdzie stosuje się podobne metody badawcze i bada się obiekty w podobnej skali. Czasem ostatnim etapem testów statycznych jest próba wytrzymałościowa aż do zniszczenia łopaty.
Testy zmęczeniowe łopat wirnika
Polegają na wytworzeniu na powierzchni łopaty drgań o częstotliwości od 0,5 do 2 Hz. Testy trwają kilka tygodni aby uzyskać wymaganą liczbę cykli (106 -107) . Łopatę wzbudza siłownik hydrauliczny pracujący w częstotliwości rezonansowej łopaty aby uzyskać pożądany zakres odkształcenia. Testy są przeprowadzane standardowo w dwóch kierunkach prostopadle i równolegle do płaszczyzny łopaty.
Testy sejsmiczne
Wykonywane są na stanowiskach, na których zamocowana jest cała siłownia (wieżą wraz z gondolą). Konstrukcja poddawana jest drganiom na płycie sejsmicznej o sześciu stopniach swobody imitującej rzeczywiste warunki występujące w czasie trzęsień ziemi.
Badanie przekładni
Stanowisko do testowania poszczególnych komponentów turbiny i generatora. Wirnik przymocowany jest do głównego wału wspierającego się na łożyskach. Wał przenosi energię obrotów przez przekładnię do generatora, który przekształca ją w energię elektryczną. Specjalny siłownik obrotowy generuje momenty skręcające w pięciu stopniach swobody występujące w trakcie pracy pod różnym obciążeniem. Siłownik zastępuje w laboratorium siłę wiatru.
Test łożyskowania łopat wirnika
Bada wpływ obciążeń na łożyskowanie łopat wirnika i systemy napędowe łopat. Stanowisko badawcze umożliwia następujące testy:
– wydajność przy obciążeniu
– Statyczny pomiar odchylenia i sztywności
– Trwałość / zmęczenie
Badanie prowadzone jest wyjątkowo bez użycia prawdziwego płatu, tylko z zastępczym obciążeniem, które przy użyciu specjalnych siłowników zmienia swoje położenie imitując ruchy płatu w czasie wiatru.
