Forskningsprojekt finder rystende belastninger af gear
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Forskningsprojekt finder rystende belastninger af gear

Gearknas pletter stadig vindmøllernes tekniske renomme, men nu byder et nyt forskningsprojekt ind med en mulig årsag til havarierne: En række kraftige belastninger på tandhjul og lejer skabt af højfrekvente svingninger.
Forskningsprojektet startede oprindelig hos Elsam Engineering og er nu fortsat hos Dong Energy, som ejer en hel del møller.

"Vi ville finde ud af, hvorfor det er så svært at få gear i vindmøller til at holde. Nu har vi et godt bud, nemlig ultra-kortvarige højfrekvente svingninger, der giver meget store belastninger," siger senioringeniør Hans Henrik Sørensen fra Kemi og materialer i Dong Energy.

Hans Henrik Sørensen er ekspert i finite-element-metoden - som er en matematisk metode til at løse differentialligninger på. Han hørte tilfældigvis om kollegernes projekt og mente, at han havde noget at bidrage med.

I det første projekt, "Evaluering af vindmøllegear", simulerede man belastningerne i møllens drivtog - altså fra vingespids ind gennem hovedaksel, gear, bremse og generator. Formålet var at udvikle et beregningsprogram, og det var i den forbindelse, man opdagede, at bratte ændringer i belastningerne affødte kortvarige og højfrekvente svingninger, der angreb lejer og tandindgreb temmelig hårdt.

Men ét er jo teori og beregninger - noget andet virkelighed, og derfor søgte Elsam Engineering om endnu et forskningsprojekt, hvor man kunne måle på et konkret gear, først hos fabrikanten i en prøvebænk og senere i marken på en 750 kW NEC Micon mølle i Gl. Vrå Enge Møllepark. Anden del af projektet startede i 2004.

"Måleresultaterne viste god overensstemmelse med teorierne. De hurtige belastninger er reelle," siger Hans Henrik Sørensen

Farlig udjævning

Målingerne viste, at når belastningen ændres markant - for eksempel ved et nødstop - sker det i to faser:

Først er der udjævningsfasen, der strækker sig over få millisekunder, hvor hver af de indgående aksler svinger med hver deres torsionsfrekvens, i øvrigt tæt på de respektive akslers egenfrekvens. Så følger fællesfasen, hvor de lokale svingninger dæmpes og akslerne får et ensartet frekvensmønster.

I den farlige udjævningsfase kan to aksler, forbundet med hinanden gennem en tandhjulsforbindelse, svinge med hver sin frekvens. På et givet tidspunkt vil tandhjulene svinge voldsomt mod hinanden, og den opmagasinerede energi i de to aksler udløses samtidigt og resulterer i meget store kræfter på tandhjulene.

Hvis tandhjulene i forvejen befinder sig i en stilling, hvor fladetrykket er koncentreret på et lille område, kan der opstå mikrorevner. En sådan revne vil måske senere udvikle sig til et udmattelsesbrud - endda ved normal belastning. Og de store belastninger forplanter sig i øvrigt videre til lejerne, hvor man har målt kortvarige belastninger på mere end fem gange lejets statiske bæreevne.

"Man har aldrig før bekymret sig om at måle belastninger nede i millisekund niveau. Men meget tyder på, at man dermed overser nogle alvorlige belastninger," forklarer Hans Henrik Sørensen.

Påvirker levetiden

Han henviser blandt andet til en almindelig anvendt levetids metode for maskindele, hvor man belaster komponenten og derefter registrerer spændingsforskelle og udregner levetiden herefter. I projektet målte man i stedet hvert tusinddele sekund og fandt betydeligt flere hændelser, der påvirker levetiden.

Teknisk konsulent i forbrugernes forening, Danmarks Vindmølleforening, Strange Skriver, finder projektets konklusion meget interessant. Han er enig i, at der er nogle belastninger på gearets aksler og lejer, som vi ikke kender til.

"Jeg kunne sagtens forestille mig, at netop sådan nogle højfrekvente svingninger kunne være årsag til, at vindmøllegear ikke altid holder til det, de burde holde til," siger han.

Hos Siemens Wind Power siger teknologichef Henrik Stiesdal, at han glæder sig til at læse rapporten, men at han ikke vurderer højfrekvente svingninger til at være et stort problem.

"Man skal selvfølgelig aldrig sige aldrig, men ifølge vore målinger indeholder de højfrekvente svingninger ikke de store belastninger," siger han. Siemens har selv arbejdet med disse hurtige svingninger i forbindelse med at reducere støj fra gearet, tilføjer han.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først