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Wind Energy Industry

Windenergie

Moderne Windkraftanlagen können zwar sehr effizient, aber teuer in Wartung und Reparaturen sein. Die Softwarelösungen von nCode tragen dazu bei, die dominierenden Einflussfaktoren auf die strukturelle Integrität und Zuverlässigkeit von Windkraftanlagen besser zu verstehen.

  • Strukturen können auf Grundlage realer Eingangsdaten in Hinblick auf Gewicht, Kosten und Lebensdauer optimiert werden
  • Neue Konstruktionen bzw. konkrete Probleme können untersucht und mit vorhandenen, bekannten Konstruktionen verglichen werden
  • Windkraftanlagen können im Betrieb überwacht und analysiert werden, um mögliche Probleme schon im Vorfeld zu erkennen und hilfreiche Betriebsdaten in die Konstruktion der nächsten Anlagengeneration einfließen zu lassen.

Mit Software von nCode können Sie:

  • Ermüdungsdefekte bei der Konstruktion zentraler Bauteile des Maschinenhauses, zum Beispiel des Getriebes, vorhersagen
  • Die Hüllkurve nachvollziehen, die sich aus dem Belastungsdiagramm ergibt
  • Das Betriebsverhalten beobachten und statistische Trends identifizieren
  • Die Zuverlässigkeit und strukturelle Integrität von Systemen für den Langzeitbetrieb bewerten

Während viele ältere Anlagen (1 MW) schon jahrelang zuverlässig in Betrieb sind, zeigen einige neuere und größere Anlagen (über 2 MW) schon nach lediglich ein bis zwei Jahren strukturelle Defekte und andere schwerwiegende Betriebsprobleme. Das zieht teure Reparaturen nach sich und führt aufgrund der Ausfallzeiten zu erheblichen Produktivitätsverlusten. Bei Offshore-Windparks sind die Kosten und Risiken noch sehr viel höher.

Allein schon die Drehung und das Eigengewicht des Hauptrotors ist ein dominierender Lastfall – es geht dabei üblicherweise um 10-20 Tonnen, bei manchen neueren Anlagen sogar über 50 Tonnen. Dies bedeutet eine enorme Herausforderung: Es muss Gewicht eingespart werden und gleichzeitig die strukturelle Integrität gewahrt bleiben.

Notabschaltungen (wie in DIN EN 61400 definiert) und die Auswirkungen der Dynamik des Kontrollsystems und der zugehörigen Systeme müssen ebenfalls berücksichtigt werden. Da diese Belastungen die normalen Betriebslasten im Maschinenhaus der Windkraftanlage erheblich überschreiten können, können auch die unmittelbar damit verbundenen Ermüdungsschädigungen erheblich sein. Kumulative Schädigungen sind auch eine Funktion der Frequenz, mit der diese seltenen Ereignisse in der auf 20 Jahre ausgelegten rechnerischen Lebensdauer auftreten. Um die Konstruktion so zu optimieren, dass ein zuverlässiger Betrieb gewährleistet ist, müssen die Lastannahmen und der Auslastungsgrad auf realistischen Betriebsbedingungen basieren.

Die nCode-Software und die umfangreiche ingenierurswissenschaftliche Erfahrung, auf der sie basiert, trägt in drei Phasen dazu bei, Kosten zu minimieren und für maximale Zuverlässigkeit zu sorgen:

Konzeptentwurf

Der fortschrittliche Fatigue-Solver von nCode DesignLife für Finite-Elemente-Ergebnisse wandelt die Ergebnisse von Lastfällen in Lebensdauervorhersagen für Komponenten oder ganze Strukturen und stellt spannungsbasierte (SN) oder dehnungsbasierte (EN) Lebensdaueranalysen, Lösungen für kritische Flächen und schnelle Durchläufe für Hotspots zur Verfügung. Die Belastungsdaten basieren auf umfassenden Zeitreihen-Datenerhebungen (Messungen unter Realbedingungen oder abgeleitet aus der Konstruktionsspezifikation), wobei die Phasenbeziehungen beibehalten werden. Daraus lassen sich Lastfälle kombinieren, die viele verschiedene Belastungsszenarien und Windbedingungen berücksichtigen, auch einmalige und seltene Ereignisse, die die gesamte rechnerische Lebensdauer von 20 Jahren abdecken. Außerdem sind umfassende Ergebnisdiagramme, die Berechnung von Sicherheitsfaktoren und 'Was wäre wenn'-Ergebnisse möglich.

nCode DesignLife ist die erste Software zur Beurteilung der strukturellen nCode-Software erhält Zertifizierung durch GL Renewables Certification Integrität, die von GL RC für die Konstruktion von strukturellen Maschinenkomponenten aus Guss- und Schmiedeteilen in Windkraftanlagen zertifiziert wird. Die Zertifizierung durch GL RC garantiert, dass ein Produkt in Bezug auf die strukturelle Integrität die Anforderungen erfüllt, die den neuesten einschlägigen Normen und Richtlinien entsprechen. Für nCode DesignLife bietet diese Zertifizierung den Kunden die Sicherheit, dass die Konstruktionen ihrer Komponenten, beispielsweise der Naben und Hauptwellen einer Windkraftanlage, bei Wahl der korrekten Einstellungen in der Software in Übereinstimmung mit der Zertifizierungsrichtlinie für Windkraftanlagen (2010) von GL Renewables Certification analysiert werden können.

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Test, Validierung und Inbetriebnahme

nCode GlyphWorks ermöglicht die Signalverarbeitung für schwingungs- und dehnungsbasierte Lebensdaueranalysen mit automatischen Berichtsfunktionen. In Standard-Abnahmetests und Berichten können Hunderte von Messkanälen, Hunderte von Tests oder Ereignissen und Gigabytes von Daten verarbeitet und zuverlässig analysiert werden.

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Überwachung im Betrieb

nCode Automation hilft zu bestimmen, welchen Lasten eine Windkraftanlage in Echtzeit ausgesetzt ist. Die erfassten Daten (mit SCADA oder spezifischeren diagnostischen Messungen) können zur FEA zurückübermittelt werden, um erneut analysiert und mit den Erwartungen bei der Planung der Anlage verglichen zu werden. Fehlerfälle können untersucht werden – treten die Bedingungen X und Y jemals zur gleichen Zeit auf? Wie häufig tritt Z auf? Automatisierte Berichte zur Zusammenfassung können eingehend betrachtet, die Details untersucht und neue Ideen mit bereits vorliegenden Daten ausgewertet werden – all das per Webbrowser.

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