Calculation Of Structure-Borne Sound In A Direct Drive Wind Turbine.pdf

# Berechnung des Körperschalls in einer direkt angetriebenen Windkraftanlage

## Zusammenfassung

Die Arbeit präsentiert eine Methode zur Modellierung und Simulation der akustischen Eigenschaften einer direkt angetriebenen Windkraftanlage (WKA). Das Ziel ist es, den Körperschall (Struktur-getragene Schallübertragung) von der Anregung durch den Generator bis zur Emission an den Oberflächen der WKA-Komponenten zu berechnen.

## Hintergrund

Die Ausweitung erneuerbarer Energien in Deutschland wird maßgeblich durch Windenergie angetrieben. Allerdings unterliegt die Kapazitätserhöhung Einschränkungen, insbesondere hinsichtlich der Lärmemissionen von Windturbinen. Um diese Herausforderung anzugehen, ist ein frühzeitiges Verständnis und eine Modellierung des akustischen Verhaltens von WKAs erforderlich.

## Ansatz

Ein multiphysikalisches Systemmodell wird entwickelt, das die mechanische Struktur, elektromagnetische Kräfte und Schallübertragung berücksichtigt. Die Hauptkomponenten sind:

1. Mehrkörpersimulation (MBS): Modelliert die mechanische Struktur mit Fokus auf flexible Freiheitsgrade. Alle relevanten Drivetrain-Komponenten, einschließlich Rotor und Stator, werden simuliert.

2. Elektromagnetische Kräfte: Berechnet und integriert die Kräfte des mehrpoligen Ringgenerators an jedem Statorzahn, Rotorpol und axialen Positionen in das MBS-Modell.

3. Lagermodellierung: Erforscht verschiedene Methoden zur Modellierung der Lagerung für eine präzise Simulation.

4. Oberflächenbeschleunigungen: Anstatt für jeden Oberflächenknoten zu berechnen, wird ein modaler Ansatz verwendet, um Oberflächenbeschleunigungen rückzugewinnen und als Input für Luftschallberechnungen zu nutzen.

## Ergebnisse und Herausforderungen

Die Simulation ermöglicht die Lokalisierung von Schallquellen und bietet eine Grundlage für die Entwicklung von Lösungen zur Reduzierung der Lärmemissionen. Die hohe Anzahl an modalen und räumlichen Freiheitsgraden führt jedoch zu erheblichen Rechenkosten, was zukünftige Optimierungen erfordert.

## Schlussfolgerung

Das entwickelte Modell stellt einen wichtigen Schritt in Richtung eines umfassenden Verständnisses der akustischen Eigenschaften direkt angetriebener WKAs dar und kann als Grundlage für weitere Forschung und Entwicklung dienen.