ViVonBlades - Wirbelinduzierte Vibrationen an Rotorblättern von Windenergieanlagen

Abstract

Das Projekt ViVonBlades untersuchte wirbelinduzierte Schwingungen (Vortex-Induced Vibrations, ViV) an Rotorblättern großer Windenergieanlagen. Hintergrund ist der Trend zu immer größeren und flexibleren Blättern, die in Extrem- und Off-Design-Betriebszuständen (z.B. Stillstand bei hohen Windgeschwindigkeiten) zu kritischen Schwingungen neigen. Gängige Entwurfsmethoden auf Basis von Blattelement-Momentum Theorie (BEM) und stationären Polaren erfassen diese hochinstationären Effekte nicht ausreichend, was zu Unsicherheiten im Design und teuren Nacharbeiten führen kann. Ziel des Projekts war es, die Zuverlässigkeit der Simulationsmethoden zur ViV-Vorhersage in frühen Entwurfsphasen systematisch zu bewerten und das verwendete Simulationsframework bzgl. Mehrkörpersystemsimulation (MBS) zu erweitern. Dazu wurden hochaufgelöste CFD-Fluid-Struktur-Interaktionssimulationen (FSI) mit OpenFOAM durchgeführt und mit einseitig gekoppelten CFD-Simulationen vom Projektpartner Siemens Gamesa Renewable Energy (SGRE) verglichen. Untersucht wurden insbesondere Turbinen im Stillstand unter extremen Windbedingungen, geeignete Turbulenzmodelle und die Bedeutung von Off-Design-Szenarien. Das zweijährige Projekt (Start 01.07.2023) wurde vom Fraunhofer IWES koordiniert, assoziierter Industriepartner war SGRE. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen als Grundlage für die Weiterentwicklung industrieller Entwurfswerkzeuge sowie perspektivisch der entsprechenden IEC‑Normung.