Model układu wieża-gondola elektrowni wiatrowej z tłumikiem MR TVA

Model laboratoryjny układu wieża-gondola elektrowni wiatrowej jest zbudowany z usytuowanego pionowo pręta tytanowego 1 (Ti Gr.5) reprezentującego wieżę elektrowni wiatrowej oraz przytwierdzonego w jego górnej części układu płyt stalowych 2, reprezentującego zespół gondoli i wirnika, z wbudowanym tłumikiem MR TMD 3 (ang. Magneto-Rheological Tuned Vibration Absorber). Pręt tytanowy jest sztywno osadzony w stalowej ramie fundamentowej 4. Tłumik MR TMD 3 stanowi dodatkowa masa przemieszczająca się poziomo wzdłuż łożyskowanych prowadnic liniowych, połączona z układem reprezentującym gondolę za pomocą sprężyny i tłumika MR Lord RD 1097-1. Ruch tłumika MR TMD odbywa się w tym samym kierunku, w którym następuje wzbudzanie drgań układu. Siła wytwarzana przez układ wzbudzania drgań tj. wzbudnik siły TMS 2060E 5 z układem przeniesienia napędu 6 o zmiennym przełożeniu (umożliwiającym zmianę amplitud siły / prędkości oraz zakresu przemieszczenia) może być przyłożona do pręta 1 (modelującego maszt, jak na zdjęciu) lub do układu płyt 2 modelującego gondolę/wirnik. Sygnał wzbudzenia jest wytwarzany z pomocą generatora LDS Dactron 7 i wzmacniany za pomocą dedykowanego urządzenia TMS 2100E21-400 8.

Układ pomiarowo-sterujący obejmuje wibrometr laserowy ze sterownikiem 9, laserowy przetwornik przemieszczenia 10, przetwornik przemieszczenia względnego LVDT 11, tensometryczne przetworniki naprężeń 12, przetworniki sił i przyspieszeń (nie widoczne na zdjęciu) oraz układ kondycjonowania/zasilania przetworników i wzmacniacza mocy dla tłumika MR 13 wraz z komputerem pomiarowo-sterującym 14 i aplikacjami Windows XP/MATLAB/Simulink/RT-CON.

Stanowisko laboratoryjne układu wieża-gondola elektrowni wiatrowej z tłumikiem MR TVA

Stanowisko daje możliwość modelowania drgań masztu elektrowni wiatrowej przy różnych pobudzeniach takich jak składowa zmienna i profil pionowy prędkości powietrza, wiry Karmana, zaburzenia aerodynamiczne związane ze zmienną odległością masztu i łopat, niewyrównoważenie obracających się elementów, fale morskie, lód, itp. Na stanowisku prowadzone są badania algorytmów sterowania drganiami. Elementem wykonawczym układu regulacji jest sterowany prądowo tłumik MR, który może realizować podstawowy dla TMD algorytm tłumienia liniowego, bądź inne dedykowane algorytmy jak ground-hook i jego modyfikacje, algorytm tłumienia nieliniowego, sterowanie ślizgowe, optymalne, rozmyte, itp. Ponadto stanowisko może zostać posadowione na pobudzanej w kierunku poziomym platformie aby modelować drgania sejsmiczne lub dynamikę pływających konstrukcji elektrowni wiatrowych.

Na stanowisku są realizowane zajęcia dydaktyczne obejmujące m.in.: demonstrację zachowania układu wieża-gondola przy różnych źródłach i częstotliwościach wymuszeń w relacji do częstotliwości drgań własnych układu, wyznaczanie energii rozproszonej przez tłumik MR w ciągu jednego okresu drgań w zależności od częstotliwości pobudzenia i natężenia prądu sterującego tłumika MR.

Projekt finansowany przez Narodowe Centrum Nauki (nr umowy: 2286/B/T02/2011/40).