FEM-Simulation von Temperatureinwirkungen auf den Rotor einer passiv gekühlten Windenergieanlage

Bachelorarbeit aus dem Jahr 2012 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Maschinenbau, Note: 1,0, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Sprache: Deutsch, Abstract: Für eine Windenergieanlage im Leistungsbereich zwischen 50 und 200 kW wird eine Rotornabe entwickelt, in welche der Generator zur Stromerzeugung direkt integriert werden soll. Dabei sitzt der Generatorrotor in der Rotornabe und der Generatorstator ist über eine geeignete Konstruktion mit dem Maschinenrahmen verbunden.

Im Rahmen der Arbeit werden die Auswirkungen der im Generator dissipativ entstehenden Wärme auf die Rotornabe und die Achse, exemplarisch für eine Anlage mit 100 kW Leistung, untersucht. Dazu werden FEM Simulationen mit der Software ANSYS an einfachen Geometrien durchgeführt, welche dann mit analytischen Methoden zur Verifizierung des erstellten Simulationsmodells verglichen werden. Nachfolgend wird die Wärmeverteilung in der gesamten Konstruktion, bestehend aus Rotornabe, Achszapfen, Generator, Kugellager, Sicherungsringen und Flanschring, simulativ berechnet. Dabei sollen sämtliche relevante Randbedingungen ermittelt werden. Umgebungsbedingungen wie Windgeschwindigkeit und Lufttemperatur sowie Materialkennwerte, Emissions- und Konvektionszahlen müssen geeigneter Literatur entnommen oder rechnerisch ermittelt werden.

Ziel der Untersuchungen soll eine Bewertung der Beeinflussung des Generatorwärmestroms auf das Material und damit auf die Festigkeit der Bauteile sein. Für die bei der bestehenden Konstruktion überschrittenen tolerierten Grenzen der lokalen maximalen Temperaturen werden konstruktive Verbesserungsvorschläge erbracht, welche der zusätzlichen Wärmeabfuhr dienen könnten.