Svenskt VindkraftsTekniskt Centrum (SWPTC) på Chalmers tekniska högskola bildades för att forska inom teknik för konstruktion och tillverkning av vindkraftverk. Denna forskning bedrivs inom sex temagrupper, där temagrupp 3 fokuserar på mekaniska system och strukturer. Ett av huvudämnena i denna grupp är drivlinan, som är det delsystem i ett vindkraftverk som överför mekanisk kraft från rotorns nav till generatorn och den har bland annat studerats närmare i ett forskningsprojekt som lett till ny kunskap om drivlinans dynamik.
Professor Viktor Berbyuk vid Chalmers tekniska högskola, som är projektledare för projektet ”Systemdynamik hos vindkraftverkets drivlina”, berättar att drivlinan är ett komplicerat system, som bland annat inkluderar axlar, lager, växellåda, broms, koppling och upphängningssystem och att det utsätts för stora och varierande belastningar på upp till 40 000 ton.
– Problemet är fortfarande att livslängden hos till exempel växellådor inte är 20 år som vi vill att den ska vara. Man kan få problem med växellådor redan efter tre eller fyra år och de fungerar bra i som mest tio till tolv år. Hur vi ska hantera livslängden hos drivlinans komponenter är ett stort frågetecken, förklarar Viktor Berbyuk.
Teori och experiment
Forskning om livslängden hos drivlinans komponenter bedrivs även internationellt i projekt som Gearbox Reliability Collaborative vid National Renewable Energy Laboratory i Colorado i USA. I sitt projekt har emellertid Viktor Berbyuk tillsammans med doktoranden Saeed Asadi, docent Håkan Johansson och forskningsingenjör Jan Möller framförallt fokuserat på höghastighetsdelen i vindkraftverk med växellåda för att försöka förstå varför drivlinekomponenter som höghastighetslager, som finns på flera ställen i ett vindkraftverks drivlina, ibland uppvisar skador och behöver repareras eller i värsta fall helt bytas ut efter betydligt kortare tid än de 20 år de dimensionerats för.
Under projektets gång berättar Viktor Berbyuk att de bland annat tagit fram teoretiska modeller för att modellera lastfördelning och vibrationsdynamik i drivlinans höghastighetsdel.
Viktor Berbyuk beskriver också att de använt sig av en testrigg med höghastighetsdelen av en drivlina, mellan växellådan och generatorn, för att verifiera modellerna och för att göra ytterligare experiment, där de genom att testa en mängd olika scenarion försökt förstå hur lastfördelningen ser ut i kopplingen mellan höghastighetsaxeln och generatorn och i höghastighetslagren.
Resultaten från projektet visar enligt Viktor Berbyuk att deras metod kan användas för att detektera skador i drivlinans komponenter i ett tidigt skede, innan fullständigt haveri, vilket skulle kunna minska underhållskostnaderna för kritiska komponenter.
– Resultaten kan också ge en bättre förståelse och användbara riktlinjer för vindkraftverkens drivlinedynamik med hänsyn till olika strukturparametrar och i slutändan göra det möjligt att utforma effektivare drivlinor, avslutar Viktor Berbyuk.
