Environmental Engineering Reference
In-Depth Information
Kurzfristige Änderungen der Windgeschwindigkeiten (Böen, stochastisch, dynamisch)
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Turbulenzen des Windes allgemein und/oder durch benachbarte Windenergieanlagen in
einemWindpark (Turbulenzmodelle, stochastisch, dynamisch)
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Vorbeigang eines Rotorblattes am Turm, dabei ändern sich die Anströmgeschwindigkeit
und -richtung (periodisch, dynamisch)
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Wechsel von Zug- und Druckbelastung durch das Eigengewicht während der Rotation des
Blattes (periodisch, quasi-statisch)
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Beschleunigungskräfte des Blatteigengewichts aus der Rotation bei konstanter Drehzahl
(konstant, drehzahlabhängig)
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Wechsel der Vorzeichen der Biegemomente in Schwenkrichtung bei jeder Umdrehung des
Rotors (periodisch, quasi-statisch)
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Belastungen aus relativ schnellen Änderungen des Betriebszustandes der WEA (Abbremsen
des Rotors, Windrichtungsnachführung usw., dynamisch)
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Unwuchten bei Rotorlagerung, Getriebe und/oder Generator (periodisch)
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Ungleichmäßiger Eisansatz bei entsprechender Witterung (Veränderung des Rotorblattge-
wichts und der -umströmung, periodisch) periodisch)
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Bei Offshore-Windenergieanlagen können die Rotorblätter zusätzlich durch Wellenkräfte
und Wirbelablösungen an den Fundamenten oder am Turm zu Schwingungen angeregt
werden.
Die o. g. Belastungsarten treten sowohl bei sogenannten Luvläufern (der Wind trifft zuerst auf
den Rotor, dann auf den Turm) als auch bei Leeläufern (der Wind trifft zuerst auf den Turm,
dann auf den Rotor) auf. Der GL (Germanischer Lloyd
[7]
) beschreibt in seinen Richtlinien für
Windenergieanlagen ca. 35 unterschiedliche Lastfälle, die zu untersuchen sind.
Es sollen in diesemKapitel nur Rotorenmit horizontaler Achse betrachtet werden, sogenannte
Vertikalläufer wie z. B. Darrieux-Rotoren, werden hier nicht behandelt, wenn auch viele der im
Folgenden beschriebenen Verfahren auf sie angewandt werden können.
Da die Rotorblattquerschnitte unsymmetrisch sind und die Linien ihrer elastischen Schwer-
punkte (siehe unten) meistens weder gerade noch genau in der Rotorblattebene angeordnet
sind, verursachen die o. g. Belastungen in den Rotorblättern eine räumliche Beanspruchung
mit Normal- und Querkräften sowie Biege- und Torsionsmomenten mit den daraus resultie-
renden Spannungen und Verformungen. In der linearen Elastizitätstheorie können die Span-
nungen und Verformungen, die sich aus den Belastungen ergeben, für jede Belastungsart ein-
zeln berechnet und anschließend überlagert werden (Superpositionsprinzip). Um die Span-
nungen und Verformungen einschließlich ihrer Vorzeichen eindeutig ermitteln zu können,
sollen die Voraussetzungen dafür im Folgenden erläutert werden.
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5.2.2 Grundlagen der Festigkeitsberechnung
5.2.2.1 Koordinatensystem, Vorzeichenregeln
Ein Rotorblatt wird in allen drei Richtungen belastet. Deshalb ist es wichtig, ein zweckmäßiges
Koordinatensystemeinzuführen und es konsequent für alle Berechnungen zu verwenden, ein-
schließlich der sich ergebenden Vorzeichen für die Belastungen, Schnittgrößen, Spannungen
