5

Gdy fale zmierzą się z siłą wiatru

Przetwornik siły S9M rejestruje obciążenie wywierane przez fale na strukturze ramy w przybrzeżnych elektrowniach wiatrowych.
Gdy fale rozbijają się o przybrzeżne elektrownie wiatrowe, generowane są nagłe zmiany ciśnienia, które mogą obciążyć konstrukcję fundamentu elektrowni w płytkiej wodzie. Aby udoskonalić metody wymiarowania konstrukcji ram w takich sytuacjach, eksperymenty fizycznego modelowania zostały przeprowadzone w ogromnym kanale falowym Centrum Badań Wybrzeża (FZK) w Hanowerze, Niemcy. Przetwornik siły S9M od HBM dostarczył decydujących informacji.

Test obciążeniowy w jednym z największych kanałów falowych na świecie
Szczególnie skoki ciśnienia spowodowane przez rozbijanie fal przybojowych są krytycznie istotne. Istnieją pewne analityczne modele. które opisują obciążenie wskutek rozbijania fal na pojedynczych okrągłych słupach. Jednak, takie podejście może być użyte tylko w ograniczonym zakresie do konstrukcji używanych w przybrzeżnych elektrowniach wiatrowych. Nie dziwi to biorąc pod uwagę różne poziomy złożoności warunków hydraulicznych.
Aby udoskonalić metody wymiarowania konstrukcji ramowych poddanych skokowym obciążeniom ciśnieniowym przeprowadzono eksperymenty fizycznego modelowania przy użyciu modelu w dużej skali w ogromnym kanale falowym FZK, jako część europejskiego programu badawczego HYDRALAB IV.
Eksperymenty były zlecone przez Norweski Uniwersytet Naukowy i Technologiczny (NTNU) w Trondheim i Uniwersytet Stavanger (UiS).
Sięgający 320 metrów długości, 5m szerokości i 7 metrów głębokości, ogromny kanał falowy w FZK jest jednym z największych na świecie. Aby optymalnie skorzystać z 800kW generatora fali, skala modelu została określona na poziomie 1:8. Fale działające na konstrukcję przy tej skali były dwumetrowej wysokości. Pręty w konstrukcji były zbudowane ze stalowych rur o średnicy 14cm. Całkowite wymiary konstrukcji wynosiły 2.4x2.4x4.9m.

Wszystkie obciążenia zarejestrowane metrologicznie
Aby zarejestrować procesy hydrauliczne i efekty na wybranych konstrukcjach ramowych metrologicznie, kanał falowy i sama konstrukcja były wyposażone w ogromną ilość różnych przetworników:

  • Poziom fali i przepływomierze mierzyły fluktuacje poziomu wody i warunki przepływu z przodu i na konstrukcji.
  • Reakcja konstrukcji ramy na obciążenie fali było mierzone za pomocą przetworników siły i akcelerometrów.
  • System video zsynchronizowany z akwizycją pomiaru dostarczył szczegółową informację wizualną o naturze rozbijających się fal na konstrukcji i ich amplitudzie.
Największe wyzwanie - pomiar siły
Różne pomiary siły na konstrukcji stanowiły specjalne wyzwanie. Jednym z zadań było określenie dystrybucji obciążenia na wybranych prętach ramy. Kolejnym było określenie całkowitej siły działającej na indywidualne pręty oraz siły działającej na całą strukturę.
Ponieważ przetworniki siły były okresowo lub stale zatapiane, użyto przetworników siły S9M firmy HBM o klasie szczelności IP68 by określić rozłożenie obciążenia. Do czterech przetworników siły umieszczono w indywidualnym pręcie wykonanym z litego aluminium. Obciążenie falą poprzeczną było mierzone na pierścieniach ramy o szerokości 5cm przymocowanych do każdego z tych przetworników siły. Indywidualne pomiary były wykonane w celu określenia dystrybucji obciążenia na pręcie.
Cztery przetworniki siły HBM tego samego typu zostały użyte do określenia wynikowej całkowitej siły poziomej działającej na konstrukcję. Aby uniknąć bocznikowania sił, cała konstrukcja ramowa była przymocowana do przegubowych podpór wahliwych i przetworniki siły były zamocowane na czterech wahliwych podporach w kierunku uderzenia fali.
HBM opracowało dwuelementowy przetwornik do pomiaru wynikowych sił na sześciu wybranych prętach ramy. Sześć prętów było zintegrowanych w konstrukcji ramowej, każdy - poprzez dwa przetworniki siły. Bardzo kompaktowa konstrukcja musiała być opracowana z uwagi na określoną średnicę rur ramy (14cm) i spodziewane ogromne siły (znamionowa siła boczna przetwornika: 20kN). Aby zapobiec obciążaniu przetworników siły wskutek momentów gnących, zostały one przymocowane do konstrukcji za pomocą specjalnie opracowanych przegubów kulowych.

SKONTAKTUJ SIĘ Z NAMI