DE102013014271A1 - Method for processing rotor blades of wind turbines and arrangement for checking the performance of these blades - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mittels derer gebrauchte Rotorblätter von Windenergieanlagen (WEA) aus faserverstärkten Kunststoffen unter Erhaltung ihrer Trag- und Funktionsstruktur aufgearbeitet und für einen Wiedereinsatz mit dem Ziel einer vollwertigen gleichen oder höheren Leistungsfähigkeit ertüchtigt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine zentrifugal wirkende Anordnung, vermittels derer unter realen Nutzungsbedingungen die Leistungsfähigkeit und Festigkeit dieser Rotorblätter getestet und nachgewiesen werden kann.The invention relates to a method by means of which used rotor blades of wind turbines (WTs) made of fiber-reinforced plastics while preserving their support and functional structure processed and for a re-use with the aim of a full equal or higher capacity can be upgraded. The invention further relates to a centrifugally acting arrangement, by means of which the performance and strength of these rotor blades can be tested and detected under real conditions of use.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mittels derer gebrauchte Rotorblätter von Windenergieanlagen (WEA) aus faserverstärkten Kunststoffen unter Erhaltung ihrer Trag- und Funktionsstruktur aufgearbeitet und für einen Wiedereinsatz mit dem Ziel einer vollwertigen gleichen oder höheren Leistungsfähigkeit ertüchtigt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine zentrifugal wirkende Anordnung, vermittels derer unter realen Nutzungsbedingungen die Leistungsfähigkeit und Festigkeit dieser Rotorblätter getestet und nachgewiesen werden kann.The invention relates to a method by means of which used rotor blades of wind turbines (WTs) made of fiber-reinforced plastics while preserving their support and functional structure processed and for a re-use with the aim of a full equal or higher capacity can be upgraded. The invention further relates to a centrifugally acting arrangement, by means of which the performance and strength of these rotor blades can be tested and detected under real conditions of use.

Nach dem erfolgreichen Einsatz von Rotorblättern in WEA über mehrere Jahrzehnte ergibt sich aus unterschiedlichen Gründen die Notwendigkeit, diese Rotorblätter durch solche mit höherer Leistungsfähigkeit bzw. infolge Verminderung der Leistungsfähigkeit durch Langzeitnutzung zu ersetzen. Gründe dafür können Beschädigungen, Abnutzungen oder die Technologie des Repowering sein. Die rückgebauten Rotorblätter werden derzeit vorzugsweise mittels kompletter Zerstörung und Recycling entsorgt. Sie werden dabei geshreddert oder mittels Verbrennung in sogenannten Kalzinatoren verbrannt. Auch eine temporäre Deponie wird vorgenommen. Dabei geht die mit außerordentlichem Aufwand gefertigte vollwertige Rotorensubstanz sowohl hinsichtlich der Form als auch des Materials verloren.After the successful use of rotor blades in wind turbines over several decades, there is a need for a variety of reasons to replace these rotor blades with those with higher performance or due to reduction in performance through long-term use. This may be due to damage, wear and tear or the technology of repowering. The disassembled rotor blades are currently preferably disposed of by means of complete destruction and recycling. They are shredded or burned by combustion in so-called calciners. Also a temporary landfill is made. In the process, the fully-fledged rotor substance, which is manufactured with extraordinary effort, is lost in terms of both shape and material.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die rückgebauten und in ihrer Struktur erhaltenen Rotorblätter zu sichern, instand zu setzen und zu ertüchtigen sowie anschließend wieder für die Gewinnung von Windenergie zu verwenden. Dies bietet sich insbesondere an unter dem Aspekt, dass zukünftig in verstärktem Maße Kompressorentürme nach Pat.-Anmeldung 10 2012 011 855.4 – „Verfahren zur pneumatischen Erzeugung eines speicherbaren und förderbaren kalten Energiestromes ...” – zur Anwendung gelangen. Dabei werden Türme errichtet, welche eine Vielzahl einzelner Rotoren mit gekuppelten Kompressoren tragen, um die Windenergie sofort in einem speicher- und förderbaren Zustand zu erzeugen. Für die dabei eingesetzten Rotoren werden vorzugsweise kleine, schnelllaufende Rotoren verwendet, welche axial auch mehrfach gekuppelt sein können. Dabei ist es möglich, vorgenannte ertüchtigte Rotorenblätter erneut und dauerhaft einzusetzen.It is an object of the invention to secure the restored and obtained in their structure rotor blades to repair and to recover and then to use again for the production of wind energy. This offers itself in particular from the aspect that in the future to a greater extent compressor towers according to Pat. Application 10 2012 011 855.4 - "Process for the pneumatic production of a storable and recoverable cold energy flow ..." - reach the application. It towers are built, which carry a variety of individual rotors with coupled compressors to generate the wind energy immediately in a storable and conveyable state. For the rotors used in this case, preferably small, high-speed rotors are used, which can also be coupled axially several times. It is possible to use the aforementioned upgraded rotor blades again and permanently.

Die vorhandenen Alt-Rotorenblätter stellen mit ihrer Primär-Struktur eine Basisform dar, auf welcher die zur Ertüchtigung notwendige Sekundär-Struktur aufgebaut werden kann, wobei die Primär-Struktur weitgehend für die Gewährleistung der Festigkeitsaufgaben herangezogen werden soll. Die Ertüchtigung kann vorzugsweise durch das Aufbringen zusätzlicher Sicherungsarmierung in Form von Rovings und deren harmonischer Einbindung vermittels geeigneter Harze in die vorhandene Blatt-Struktur erfolgen. Die Rovings können dabei aus Glas, Aramid oder Kohlenstoff bestehen und bedingen eine dauerhafte Verträglichkeit mit dem Basismaterial. Auch kann eine Bewehrung der Rotorblätter mittels Stahlseilen oder gleichartiger Stahlstrukturen und deren Einbettung in geeignete Harze erfolgen. Die Achsanschlüsse sind entsprechend anzupassen. Die geometrischen Bedingungen der Rotorblätter können dabei nach allen drei Achsen gegenüber dem Ursprungszustand verändert werden, d. h., sie können in Länge, Breite, Blattdicke und Blattform variiert werden entsprechend den neuen Einsatzbedingungen.The existing old rotor blades represent with their primary structure is a basic form on which the secondary structure necessary for the work can be built, the primary structure should be used largely to ensure the strength tasks. The improvement can preferably be carried out by applying additional securing reinforcement in the form of rovings and their harmonious integration by means of suitable resins in the existing sheet structure. The rovings can consist of glass, aramid or carbon and cause lasting compatibility with the base material. Also, a reinforcement of the rotor blades by means of steel cables or similar steel structures and their embedding can be carried out in suitable resins. The axle connections must be adjusted accordingly. The geometric conditions of the rotor blades can be changed in all three axes compared to the original state, d. they can be varied in length, width, sheet thickness and sheet shape according to the new conditions of use.

Die Erfindung umfasst weiterhin eine Anordnung, mittels derer die Rotoren zur Prüfung ihrer Festigkeit einer komplexen zentrifugalen Belastung ausgesetzt werden, die zuzüglich einer Sicherheitsbelastung einen dauerhaften Betriebs- und Funktionszustand gewährleisten. Die Anlage soll die Einbau-Kombination eines anwendungs-adäquaten Rotors in entsprechende Umdrehungen bis zu einer definierten kritischen Drehzahl beschleunigen. Dabei ergeben sich insbesondere Prüfaufgaben für folgende Belastungsfälle:

  • – Nachweise des Materialverbundes
  • – Zentrifugalbeschleunigung in blatt-axialer Längsrichtung infolge kritischer Drehzahlen
  • – gleichmäßige und pulsierende Horizontallasten oder Schräglasten aus Wind
  • – Unwuchten aus Eisansatz
  • – Nieder- und hochfrequente Schwingungen aus Rotoren-Unwucht sowie Windanstrom
  • – Resonanzen und Schwingungsüberlagerungen
  • – Torsion um die Blatt-Längsachse aus einseitiger Momenteneintragung
  • – Transportbeanspruchung.
The invention further comprises an arrangement by means of which the rotors are subjected to a complex centrifugal load for testing their strength, which, in addition to a safety load, ensures a permanent operating and functional state. The system is intended to accelerate the installation combination of an application-adequate rotor into corresponding revolutions up to a defined critical speed. In particular, test tasks result for the following load cases:
  • - Evidence of the composite material
  • Centrifugal acceleration in the axial axial direction due to critical speeds
  • - uniform and pulsating horizontal loads or diagonal loads from wind
  • - imbalances from ice accumulation
  • - Low and high frequency vibrations from rotor imbalance and wind current
  • - Resonances and vibration overlays
  • - Torsion about the blade longitudinal axis from one-sided torque entry
  • - Transport stress.

In welchem Umfang die Waben- bzw. Hohlstruktur der Rotorblätter für den Einbau zusätzlicher Sicherungsarmierung genutzt werden kann, ist bauartbedingt zu prüfen.The extent to which the honeycomb or hollow structure of the rotor blades can be used for the installation of additional safety reinforcement is to be checked by design.

Claims (6)

Verfahren zur Aufarbeitung der gebrauchten Rotorblätter von Windenergieanlagen (WEA) aus faserverstärktem Kunststoff, gekennzeichnet dadurch, das diese unter Erhaltung ihrer Trag- und Funktionsstruktur für einen Wiedereinsatz mit dem Ziel einer gleichen oder höheren Leistungsfähigkeit bei Gewährleistung einer hohen Dauerfestigkeit ertüchtigt werden.Process for reprocessing the used rotor blades of wind energy plants (WTs) made of fiber-reinforced plastic, characterized in that they are upgraded while maintaining their supporting and functional structure for reuse with the aim of equal or higher performance while ensuring a high fatigue strength. Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass die Ertüchtigung vorzugsweise durch das Auf- oder Einbringen zusätzlicher Sicherungsarmierung in Form von Rovings und deren harmonischer Einbindung vermittels geeigneter Harze in die vorhandene Blatt-Struktur erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the improvement preferably by the introduction or introduction of additional securing reinforcement in the form of rovings and their harmonious Integration takes place by means of suitable resins in the existing leaf structure. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Rovings dabei aus Glas, Aramid oder Kohlenstoff bestehen können und eine dauerhafte Verträglichkeit mit dem Basismaterial ermöglichen.A method according to claim 2, characterized in that the rovings can consist of glass, aramid or carbon and allow permanent compatibility with the base material. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Bewehrung der Rotorblätter auch mittels Stahlseilen, Stahlgewebe oder gleichartiger Stahlstrukturen und deren Einbettung in geeignete Harze erfolgen kann.A method according to claim 2, characterized in that the reinforcement of the rotor blades can also be effected by means of steel cables, steel mesh or similar steel structures and their embedding in suitable resins. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die geometrischen Bedingungen der Rotorblätter dabei nach allen drei Achsen gegenüber dem Ursprungszustand verändert werden können, d. h., sie können in Länge, Breite, Blattdicke und Blattform variiert werden.A method according to claim 1, characterized in that the geometric conditions of the rotor blades can be changed in all three axes with respect to the original state, d. they can be varied in length, width, sheet thickness and sheet shape. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass zur Prüfung der Festigkeit und Leistungsfähigkeit der Rotoren diese in einer zentrifugalen Anordnung einer komplexen zentrifugalen Belastung ausgesetzt werden, die unter Wahrung eines zusätzlichen Sicherheitsabstandes einen dauerhaften Betriebs- und Funktionszustand gewährleisten.Arrangement according to claim 1, characterized in that to test the strength and performance of the rotors they are exposed in a centrifugal arrangement of a complex centrifugal load, which ensure a permanent operating and functional condition while maintaining an additional safety margin.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102016206661A1 (en) * 2016-04-20 2017-10-26 Innogy Se Method of upgrading rotor blades of existing wind turbines
DE102018005965A1 (en) * 2018-07-30 2020-01-30 Senvion Gmbh ROTOR BLADE FOR A WIND POWER PLANT, WIND POWER PLANT; METHOD FOR EXTENDING A ROTOR BLADE AND METHOD FOR PRODUCING A ROTOR BLADE

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102016206661A1 (en) * 2016-04-20 2017-10-26 Innogy Se Method of upgrading rotor blades of existing wind turbines
DE102018005965A1 (en) * 2018-07-30 2020-01-30 Senvion Gmbh ROTOR BLADE FOR A WIND POWER PLANT, WIND POWER PLANT; METHOD FOR EXTENDING A ROTOR BLADE AND METHOD FOR PRODUCING A ROTOR BLADE

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