Konisches Gleitlager für die Rotorlagerung einer Windenergieanlage

  • Conical sliding bearing for the rotor main bearing of a wind turbine

Schröder, Tim Niklas; Jacobs, Georg (Thesis advisor); Brecher, Christian (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021

Kurzfassung

In Rotorlagerungen von Windenergieanlagen (WEA) werden zurzeit ausnahmslos konventionelle Wälzlager eingesetzt. Diese fallen jedoch immer wieder deutlich vor der berechneten Lebensdauer aus und verursachen damit als Kernkomponente des Antriebsstrangs lange Stillstandszeiten und hohe Kosten bei der Instandsetzung, da ein Kran zu Demontage des Triebstrangs erforderlich ist. Hydrodynamische Gleitlager stellen sich daher als Alternative mit hohem Wettbewerbspotential dar, da sie segmentiert ausgeführt werden können. Damit sind im Schadensfall einzelne Gleitsegmente mit geringem Aufwand austauschbar. WEA mit einem Momentenlager als Rotorlagerung stellen die derzeit kompakteste und leichteste Triebstrangkonfiguration dar, sodass im Rahmen dieser Arbeit die Auslegung und die Prüfstandserprobung eines Gleitlagers für diese Bauweise erfolgt. Um das volle Potential dieser Bauweise zu nutzen, muss diese Gleitlagerung analog zu der etablierten Wälzlagerung als angestellte Lagerung ausgeführt werden. Für angestellte Gleitlagerungen mit konusförmigen Gleitflächen existieren jedoch keine Auslegungsrichtlinien. Die bestehenden Ansätze beschränken sich auf die in der Gleitlagertechnik herkömmlich eingesetzten reinen Axial- bzw. Radiallager. Diese Arbeit stellt für dieses neuartige Design ein methodisches Entwicklungsvorgehen vor und legt dabei einen besonderen Fokus auf die für Gleitlager anspruchsvollen Lastkollektive in der neuen Anwendung der WEAHauptlagerung. Mit dem Einsatz umfangreicher, elasto-hydrodynamischer Simulationen wird zur Sicherstellung eines gleichmäßigen Tragbilds und zur Vermeidung des für Gleitlager schädlichen Kantentragens ein neuartiger und patentierter konstruktiver Gestaltungsansatz gewählt. Die Validierung erfolgt über die erstmalige reale Umsetzung auf einem WEA- Systemprüftand in Originalgröße. Durch die Validierungsmessungen unter den systemtypischen Randbedingungen einer WEA wird der erste experimentelle Funktionsnachweis erbracht. Damit ist die Basis für einen Technologiewechsel zu Gleitlagern geschaffen, um Rotorlagerungen von WEA künftig wirtschaftlicher und zuverlässiger zu betreiben.

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