JB4WT
Journal Bearings for Wind Turbines – JB4WT
Motivation
Die Windenergie ist eine tragende Säule der Stromgewinnung aus regenerativen Quellen und spielt in dem Green Deal der EU Kommission eine zentrale Rolle. Neue Generationen von Windenergieanlagen mit immer höheren Leistungsklassen und niedrigeren Stromgestehungskosten werden erforderlich, um den weiteren Ausbau und einen höheren Anteil erneuerbarer Energien insgesamt realisieren zu können. Um die Leistungsdichte von Windenergieanlagen weiter zu erhöhen, sind noch kompaktere Konstruktionen der Antriebssysteme erforderlich. Der Ersatz von Wälzlagern durch Gleitlager in Planetenradgetrieben ist daher eine naheliegende Lösung, da Gleitlager weniger Bauraum benötigen und somit mehr Planetenräder in kleineren Getrieben ermöglicht werden. Gleitlager für die Lagerung von Planetenrädern in Planetengetrieben von WEA sind bereits auf dem Markt verfügbar. Allerdings gibt es derzeit keinen standardisierten Ansatz für die Verschleißprognose bei Planetenradgleitlager. Zusätzlich sind die Erfahrungen hinsichtlich des Einsatzes von Gleitlagern in WEA über die Gesamtlebensdauer einer WEA von bis zu 30 Jahren bislang gering. Darüber hinaus müssen Windenergieanlagen zunehmend auch unter schwierigen Einsatzbedingungen z.B. weniger stetigen Windverhältnissen verlässlich Strom erzeugen. Dies bedeutet, dass die Windenergieanlagen weder durch Anfahrvorgänge noch durch den Betrieb bei niedrigen Drehzahlen geschädigt werden dürfen. Derartige Betriebspunkte sind jedoch für Gleitlager hinsichtlich des Verschleißes von besonderer Relevanz und müssen daher bei der Auslegung des Gleitlagers berücksichtigt werden. Um den zuverlässigen Betrieb gleitgelagerter Planetenräder in WEA sicherzustellen, wird eine Berechnungsmethode benötigt, welche die verschleißbedingte Lebensdauer des Gleitlagers über die Anlagenlebensdauer prognostiziert. Darüber hinaus wird ein standardisiertes Testverfahren benötigt, um verschiedene Gleitlager- und Schmierstofflösungen zu bewerten. Schließlich ist ein System zur Zustandsüberwachung von Gleitlagern erforderlich, um einen Gleitlagerschaden frühzeitig detektieren und Frühausfälle von WEA vermeiden zu können. Die Berechnungsmethode, das Testverfahren und das Zustandsüberwachungssystem bilden in der Gesamtheit einen standardisierten Rahmenplan für den Gleitlagereinsatz in WEA-Planetengetrieben. Die Entwicklung dieses Rahmenplans stellt das übergeordnete Ziel des Projekts dar.
Forschungsziele
Das übergeordnete Ziel von JB4WT ist die Entwicklung eines Rahmenplans für den standardisierten Einsatz von Gleitlagern als Planetenradlagerung in Windenergieanlagen. Teilziele des Projektes sind:
- Entwicklung und Validierung einer simulationsgestützten, multiskaligen Verschleißberechnung für Gleitlagerungen in Getrieben von Windenergieanlagen. Dazu wird eine Modellkette erstellt, Verschleißmodelle ausgewählt und implementiert, sowie kritische Bedingungen für den möglichen Verschleiß und die Lebensdauer der Gleitlager bestimmt.
- Lebensdauerberechnung unter dem Aspekt von Verschleiß im Zielkorridor von bis zu 30 Jahren Anlagenlebensdauer unter Berücksichtigung der Häufigkeit von Start-Stopp-Zyklen unter den Rahmenbedingungen von Schwachwindregionen.
- Entwicklung eines Benchmark-Tests auf Maschinenelement-Ebene zur vergleichenden Bewertung des Leistungs- und Verschleißverhaltens von Gleitlagerlösungen für Planetengetriebe in Windkraftanlagen (Werkstoffe, Schmierstoffe, Oberflächen, Geometrien)
- Auf Gleitlager angepasstes Zustandsüberwachungssystem zur Abbildung und Detektion gleitlagerspezifischer Schadensmechanismen (insb. Verschleiß)
- Vereinfachte Abschätzung möglicher Verschleißbeträge ohne tiefergehende Modellierung zur Bewertung von Konzepten
- Befähigung zur Ermittlung von Anforderungen an und durch das Gleitlager, abhängig vom Standort und unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit
Laufzeit
01.04.2022 - 31.03.2025
Verbundpartner
- Vestas
- Winergy
Assoziierte Projektpartner
- ZF Friedrichshafen
Gefördert durch
- BMWK
Projektträger
- PTJ
Kontakt
Benjamin Lehmann
Tel: +49 241 80-92892