Finnenkranz - Schwingungsminderung beim Aufbau von Türmen
Ref.-Nr. 6679
Keywords: Erneuerbare Energien, Lebensdauerverlängerung von Windkraftanlagen
Bei der Umströmung stumpfer Körper (Struktur) kommt es zu Wirbelablösungen im Nachstrom. Dadurch wirken Kräfte u.a. quer zur Strömungsrichtung, welche den Körper in Schwingungen versetzen können. Liegt die Eigenfrequenz der Struktur nahe der Wirbelablösefrequenz kommt es zur Resonanz, die die Lebensdauer der Struktur deutlich verringern können.
Um derartige Schwingungen und die dadurch bedingte Minderung der Lebensdauer beim Trasport und Aufbau von Türmen von Windenergieanlagen zu reduzieren bzw. zu verhindern, wurde an der Universität Duisburg-Essen eine modular anbringbare Vorrichtung (Finnenkranz) entwicklet. Anforderungen an diese Vorrichtung sind die Vermeidung einer Beschädigung der Oberfläche des Turms, keine Kerbwirkung und ein geringer Platzbedarf. Der hierfür entwickelte Finnenkranz besteht aus zwei horizontalen Kreisringen, an den scharfkantige kleine Platten angebracht sind. Durch den geteilten Aufbau kann die Vorrichtung von zwei Seiten auf den Turm gesetzt werden. Montage und Demontage ist somit leicht möglich.
Vorteile
- Verlängerte Lebensdauer der Türme
- Modularer Aufbau
- Demontierbar
- Schutz der Turmoberfläche
- Geringer Platzbedarf
- Unidirektionale Wirkung
Kommerzielle Anwendung
Die Vorrichtung ist insbesondere beim Transport und Aufbau von Windkraftanlagen von Vorteil. Wirbelindizierte Schwingungen werden dadurch deutlich vermindert bzw. vermieden. Prinzipiell kann die Vorrichtung bei allen zylindrischen Strukturen (z.B. Pfeile), die vor wirbelinduzierten Schwingungen geschützt werden sollen, eingesetzt werden.
Aktueller Stand
Das Funktionsprinzip der vorliegenden Erfindung „Finnenkranz“ wurde experimentell untersucht. Die experimentellen Untersuchungen im Modellmaßstab haben gezeigt, dass in der Resonanz die Schwingungesamplituden in Querrichtung zur Strömung bis zu 96% und in Strömungsrichtung um bis zu 45% reduziert werden konnten. Es wurde eine Patentanmeldung beim DPMA eingereicht, die Internationalisierung ist möglich.
PROvendis bietet im Auftrag der Universität Duisburg-Essen interessierten Unternehmen Lizenzen an der Erfindung und die Möglichkeit zur Weiterentwicklung der Technologie an.
Technologie-Reifegrad
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Versuchsaufbau im Labor
Relevante Veröffentlichungen
Youssef, M., el Moctar, O., El Sheshtawy, H., Tödter, S. and Schellin, T. E. (2022) Passive flow control of vortex-induced vibrations of a low mass ratio circular cylinder oscillating in two degrees-of-freedom, In: Ocean Engineering 254, pp 111366, DOI: doi.org/10.1016/j.oceaneng.2022.111366.
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Eine Erfindung der Universität Duisburg-Essen.
