En Portada | Cover Story FuturEnergy | Junio June 2017 www.futurenergyweb.es 7 componentes móviles con diferente topología en la transmisión de esfuerzos, la definición de esa secuencia de cargas equivalentes que permitirán acelerar el tiempo de ensayo no resulta en una extrapolación directa de las reales que se esperan sobre la máquina. Es necesario por tanto realizar un análisis que permita definir las actuaciones sobre la máquina que ejerzan el mismo daño previsto sobre los componentes de interés en un tiempo de ensayo procedente, y que a su vez no sobrecarguen artificialmente otras partes del aerogenerador. Este matiz es de suma importancia, puesto que el incremento de cargas afecta de manera diferente a cada componente debido a su modo de trabajo, y podrá ocurrir que el fallo de la máquina suceda en un tiempo menor al previsto en un elemento distinto al esperado; debido a que la mayoración de la solicitación propuesta para acelerar la fatiga en una zona tenga un efecto mucho más perjudicial en otra que no era en principio la de mayor interés. De igual forma, es fundamental conocer la respuesta del conjunto formado por banco de ensayo–aerogenerador, puesto que en el momento del test conforman un único mecanismo, cuya respuesta dinámica será diferente que cada parte por separado. Para ello, este conjunto se estudia mediante herramientas de análisis dinámico de sistemas multicuerpo (MBS), donde se modelizan los componentes constitutivos del mismo, sus uniones y la introducción de cargas a través de los distintos elementos, incorporando igualmente el control de la aplicación de estas solicitaciones, de forma que pueda obtenerse la respuesta del ensamblaje de manera realista. Así, recreado previamente en un entorno computacional el ensayo que después se realizará físicamente, es posible recopilar a lo largo del tiempo y en todo el sistema resultados tales como desplazamientos, tensiones y transmisión de esfuerzos, que permitirán el análisis del ciclo de vida de los distintos componentes. Esas herramientas ayudarán a definir las fuerzas de ensayo de manera que se evite la sobrecarga en otros componentes del aerogenerador, a predecir problemas dinámicos como vibraciones del sistema banco de ensayo-aerogenerador y a vigilar la solicitación sobre las estructuras y componentes del propio banco de ensayo y su integridad. La definición y aplicación de sensores virtuales en el modelo numérico multicuerpo, que recreen galgas extensiométricas, acelerómetros y otros, permitirá predecir la respuesta del conjunto, de forma que cuando se produzcan desviaciones en las señales durante el ensayo real permitirán anticipar un mal funcionamiento o posibles fallos durante la ejecución del mismo. La flexibilidad de aplicación de fuerzas que permite el banco, donde además del momento torsor a lo largo del tren de potencia es fundamental poder aplicar cargas y momentos en el resto de los ejes (non-torque loads) de manera independiente, otorga la posibilidad de cargar al aerogenerador de manera realista, dado que la simultaneidad de solicitaciones en distintas direcciones modifica enormemente la respuesta de ciertos elementos, tales como rodamientos y engranajes. En resumen, CENER considera que la conjunción de herramientas de cálculo multicuerpo e infraestructura de bancos de ensayo con flexibilidad en la aplicación de cargas, aparece como el binomio más efectivo para la definición del ensayo y su ejecución en aerogeneradores de manera adecuada, así como la mejor manera de reducir el coste de la energía; para que se pueda identificar y corregir cualquier problema de diseño o fabricación que exista, y se pueda asegurar la fiabilidad en campo de la máquina a lo largo de su vida útil. one area has a much more detrimental effect on another part of the turbine that initially was not the element of greatest concern. It is also essential to understand the response of the assembly comprising the test bench–wind turbine, given that when being tested, they constitute a single mechanism, whose dynamic response will be different to each element separately. For this, the whole structure is studied using multibody system (MBS) dynamic analysis tools, where the component of the wind turbine and its joints are modelled. Loads are introduced through the different elements, as well as incorporating control over the application of these stresses, so that a realistic response of the entire assembly can be obtained. By previously recreating the test in a computational environment that will be physically implemented later on, it is possible to collate results for the entire system over time, including movement, stress and load transfer, facilitating a life cycle analysis of the different components. These tools help define the test forces so that overloads on other wind turbine components can be avoided, predicting dynamic problems such as vibrations in the test bench-wind turbine system and monitoring the stress on the assemblies and components of the test bench itself and its integrity. The definition and application of virtual sensors in the multibody numerical model, that recreates strain gauges and accelerometers among others, will be able to predict the response of the whole assembly so that when signal deviations occur during the actual test, malfunctions or possible faults can be anticipated during its implementation. The flexibility of the test bench to apply force, where in addition to the output torque along the drive train it is essential to independently apply non-torque loads, enables a realistic load to be applied to the wind turbine, given that the simultaneous occurrence of stresses in different directions has a huge impact on the response of certain elements, such as bearings and gears. In summary, CENER believes that the combination of multibody calculation tools and a flexible test bench infrastructure for the application of loads is the most effective approach for defining the test and its correct implementation in wind turbines, as well as the best way to reduce the cost of energy. This solution allows any existing design or manufacturing fault to be identified and corrected and guarantees the machine’s reliability in the field throughout its service life. Roberto Montejo e | & Iñaki Nuin Servicio de Análisis y Diseño de Aerogeneradores del Dpto. de Energía Eólica de CENER (Centro Nacional de Energías Renovables) Analysis and Design of Wind Turbines Service,Wind Energy Dept., CENER Laboratorio de Ensayos de Tren de Potencia de CENER CENER Powertrain Test Laboratory
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