Hydraulik-Lösungen für Pitchantrieb, Azimut- und Rotorbremse In stürmischer Höhe - KEM

Hydraulik-Lösungen für Pitchantrieb, Azimut- und Rotorbremse

In stürmischer Höhe

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Hydrauliksysteme steuern in Windenergieanlagen Azimut- und Rotorbremse, Pitch-Antrieb und die Gondeldachöffnung. Sie versorgen fest installierte Handling-Krane und fixieren den Rotor, wenn Service-Arbeiten an der Anlage anstehen. Die Auslegung der Hydrauliksysteme hat entscheidenden Einfluss auf die Lebensdauer und Sicherheit der Windenergieanlage. Robuste Hydraulik-Komponenten, ihre intelligente Verschaltung und wartungsfreundliche Anordnung fördern zusätzlich das wirtschaftliche Betreiben der Anlage.

Mit Lösungen von Hawe werden Azimut- und Rotorbremse von Windkraftanlagen feinfühlig hydraulisch angesteuert und so das Nachschwingen der Rotorblätter minimiert. Das schont Getriebe, Turm, Fundament und die Rotorblätter selbst, alles bedeutend kostspieligere Bestandteile der Windenergieanlage als das Hydrauliksystem selbst. Für die Druckölversorgung der Bremsensteuerung setzt der Hydraulik-Spezialist Kompakt-Pumpenaggregate ein, beispielsweise den Typ KA. Dieser wurde für den Speicherlade- und Aussetzbetrieb entwickelt. Das Aggregat besteht aus einem Tank mit integriertem Unteröl-Motor, einer direkt an der Motorwelle – ohne Kupplung – angebauten Radialkolbenpumpe und einem Anschlussblock.

Bessere Motorkühlung
Die Unterölbauweise bewirkt eine bessere Kühlung des Motors. Dadurch erhöht sich seine nutzbare elektrische Leistung und es kann ein kleinerer Motor verwendet werden. Demzufolge sind die Gehäusebaumaße beziehungsweise Tankvolumina vergleichsweise gering, was zu einem reduzierten Bedarf der wertvollen Ressource Öl führt. Das Nutzvolumen beträgt 2 l und kann mit optionalen Tankverlängerungen auf bis zu 11 l erhöht werden, bei dem Kompakt-Pumpenaggregat Typ KA4 sogar auf bis zu 25 l.
Die Radialkolbenpumpe des Aggregats bietet eine Druckölversorgung bis zu 700 bar Betriebsdruck. Das Aggregat gibt es mit sämtlichen, marktüblichen Spannungen, einschließlich 690 V. Bei Spannungsausfall lassen sich die Bremsen mit einer Handpumpe betätigen. Direkt auf den Anschlussblock sind die Funktionsmodule montiert. Dabei sind die Module pro Funktion, zum Beispiel Rotor- und Azimutbremse oder Rotorblockierung, separat dargestellt. Das ist servicefreundlich, denn bei einer Störung lässt sich das verursachende Modul einfach identifizieren und nach dem Lösen von nur vier Schrauben auswechseln. Eine aufwändige Demontage von hydraulischen Anschlüssen zu den Hydro-Verbrauchern ist Vergangenheit. Auch bei nachträglichen Änderungen der Steuerung reicht die Anpassung des Funktionsmoduls, und der Anschlussblock muss weder modifiziert noch neu konstruiert werden. Dasselbe gilt für die Integration redundanter Funktionen.
Für die Ventiltechnik der Bremsensteuerung eignen sich Proportional-Druckbegrenzungsventile oder Proportional-Druckregelventile. Mit ihnen lassen sich beliebige Kennlinien des Bremsmoments im geschlossenen Regelkreis darstellen. So wird nur das aktuell notwendige Bremsmoment erzeugt und das Nachschwingen der Rotorblätter beim Abbremsen bis zum Stillstand reduziert. Das schont die Bremse und andere kostspielige Bestandteile der Windenergieanlage. Aktuelle Systeme arbeiten jedoch mit Bremscharakteristiken, die über Speicher und Düsenkombinationen oder schaltbaren Druckstufen erzeugt werden.
Standhafte Blatt-Verstellung
Für den Pitch-Antrieb, das heißt die Ansteuerung der Rotorblatt-Verstellung, nutzt der Hersteller die Vorteile von Proportional-Wegesitzventilen, zum Beispiel ihre Leckagefreiheit in Sperrstellung. Das bedeutet, dass sie den Betriebsdruck aufrechterhalten und damit die Rotorblätter in ihrem eingestellten Winkel bleiben. Zusätzliche Sperrventile müssen nicht in das Hydraulik-System integriert werden. Auch die Größe der Druckspeicher, die zum Tragen kommen, wenn die Rotorblätter im Notfall aus dem Wind gedreht werden, kann dadurch ebenfalls reduziert werden.
Proportional-Wegesitzventile sorgen außerdem für eine hohe Schaltsicherheit, da Schmutzpartikel im Öl beim Öffnen des Ventils immer wieder herausgespült werden. Werden Wegeschieberventile eingesetzt, ist mit erhöhtem Ruckgleiten und größeren Hysteresen zu rechnen. Denn bei längerem Verweilen des Ventils in einer Schaltposition kann das Spiel (Ringspalt) durch die Schmutzpartikel verstopfen. Sekundärmaßnahmen schaffen Abhilfe, zum Beispiel durch Ditherfrequenzen, die das Ansteuersignal überlagern, oder durch optimierte mechanische Konstruktion. In Konsequenz ist aber eine erhöhte Ölreinheit erforderlich, die wiederum kostspielige und komplexe Filtrationsmaßnahmen nach sich zieht.
Proportional-Wegesitzventile der Baureihe EMP eignen sich für Pitch-Antriebe. Es gibt sie in drei Baugrößen für einen Volumenstrom bis 160 l/min und einen maximalen Nenndruck von 400 bar. Damit sind sie auch im zulässigen Druckbereich den in der Praxis oft eingesetzten 4/3-Wege-Schieberventilen überlegen, da diese gewöhnlich einen Maximaldruck von 315 bar aufweisen. Auch Funktionssicherheit und Lebensdauer von Proportional-Wegesitzventilen sind daher höher, da sie nicht so nahe an der zulässigen Grenze betrieben werden. Es sind verschiedene Steuerstrom-Volumenstrom-Kennlinien möglich, um den Feinsteuerbereich an verschiedene Regelungskonzepte exakt anzupassen und eine maximal mögliche Auflösung des im Normalbetrieb genutzten Winkelbereichs der Pitch-Verstellung zu erreichen.
Differenzialschaltung von Ventilen
Von großem Nutzen ist auch die Ordnung und Verknüpfung der Ventile innerhalb der hydraulischen Steuerung als sogenannte Differentialschaltung. Dadurch wird das stangenseitige Ölvolumen auf der Zylinderbodenseite beim Ausfahren des Zylinders zusätzlich zur Pumpen- beziehungsweise Speichermenge wieder eingespeist. Demzufolge reichen eine kleinere Förderpumpe und ein kleinerer Hydrospeicher als bei anderen Lösungen aus. Für die Druckölversorgung des Pitch-Antriebs sind robuste Radialkolbenpumpen die beste Wahl.
Hawe fertigt alle druckbelasteten Teile generell aus Stahl. Das macht das Design der Komponenten kompakt, somit ihren Platzbedarf gering und das Eigengewicht entsprechend klein. So ist in der Regel für den Einbau des Hydrauliksystems in die Gondel kein Kran notwendig.
Husum Windenergy, Halle 5, Stand A11
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