Die Messung der Geräuschemissionen von Windkraftanlagen während des Betriebs ist keine leichte Aufgabe. Die Anlagen sind 50 Meter hoch und von einem lauten Hintergrund umgeben. Die Akustische Kamera Star AC Pro wird hier eingesetzt, um die Geräusche von Windkraftanlagen während des Betriebs im freien Feld zu messen. Zu diesem Zweck wurde eine Windkraftanlage bei verschiedenen Windgeschwindigkeiten zwischen 7 und 10 m/s analysiert. Die an der Rückseite der Windkraftanlage auftretenden Geräuschemissionen wurden mit der Software NoiseImage identifiziert und lokalisiert.
Akustische Messungen von Windkraftanlagen während des Betriebs.
Kartierung einer Windkraftanlage im freien Feld, Lokalisierung des Schalls in verschiedenen Frequenzbändern bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten.
Zu diesem Zweck wurde eine Windkraftanlage bei verschiedenen Windgeschwindigkeiten zwischen 7 und 10 m/s analysiert. Die von der Turbine erzeugten Geräuschemissionen traten auf der Rückseite der Windkrafftanlage auf und wurden mit der Software NoiseImage identifiziert und lokalisiert.
Windkraftturbine (3 Rotorblätter, Leistung unter 1 MW, Höhe Mast 50 m, Rotorblattlänge 20 m)
Der Aufbau der der gesamten Akustischen Kamera betrug etwa 15 Minuten. Die Messungen wurden mit dem Mikrofonarray Star48 AC Pro und einem 48-Kanal-Datenrekorder durchgeführt. Um die Stromversorgung zu gewährleisten, wurde ein transportabler Akku mit hoher Kapazität genutzt, welcher einen Dauerbetrieb von vier Stunden sicherstellt. Während der Messung wurden relativ laute Hintergrundgeräusche aufgezeichnet, die vom Wind und anderen Umweltquellen herrührten. Diese Hintergrundgeräusche wurden mit Hilfe eines Filters minimiert.
Bei diesem Array handelt es sich um ein 48-Kanal-Messsystem, das für Außenanwendungen konzipiert wurde. Die Konstruktion besteht aus Aluminium und ist besonders stabil und leicht, um eine einfache Handhabung und eine genaue Mikrofonpositionierung zu gewährleisten. Das mitgelieferte hochwertige Stativ ermöglicht die Aufstellung in nahezu jeder denkbaren Messumgebung.
Dieses Datenerfassungsgerät wurde speziell für die Verwendung mit der Akustischen Kamera entwickelt. Es ermöglicht hohe Abtastfrequenzen und eine große Anzahl von Kanälen und ist gleichzeitig leicht und kompakt.
Mit der mobilen Stromversorgung SilmMPS lässt sich die Akustische Kamera bis zu 4 Stunden netzunabhängig betreiben.
Das Hauptziel der Analyse war, eine Aussage über den Entstehungsort der Geräuschemissionen an einer Windkraftanlage zu treffen.
Zunächst zeigen die Ergebnisse der A-bewerteten Daten die Strömungsgeräusche an den Spitzen der Rotorblätter, die von Windrichtung und Lage der Windturbine in Verbindung mit der Position der Akustischen Kamera abhängig sind. Für die Messung wurde die Akustische Kamera leicht links hinter der Windkraftanlage positioniert. Bei der Analyse der Rotorblattgeräusche wurde der akustische Fokus links vom Getriebe platziert, also auf der Seite mit den kürzesten Abständen zu den Mikrofonen.
Für eine umfassende Analyse wurde die gesamte Umdrehung eines Rotorblattes als Berechnungsgrundlage herangezogen. Zum Analysieren wurde das Softwaremodul Spectral Photo 2D verwendet, welches vorab die Lokalisierung der Emissionen aller Frequenzen berechnet. Die Analyse führte zu der Erkenntnis, dass der Ort der Emission stark von den beobachteten Frequenzen abhängt.
Für das dritte Oktavband von 400 Hz lässt sich die Emission eindeutig an den Verankerungen der Rotorblätter lokalisieren, nachdem sie sich 140 Grad abwärts gedreht hatten.
Betrachtet man das Frequenzband von 706 bis 891 Hz, so wird deutlich, dass die Spitzen der Rotorblätter und auch das Getriebe diese Strömungsgeräusche verursachen.
Offensichtlich werden die höheren Frequenzen hauptsächlich vom Getriebe abgestrahlt, während gleichzeitig die Zischgeräusche als leisere Quellen an den Spitzen der Rotorblätter sichtbar werden.
Weiterhin wurde eine schmalbandigere Analyse durchgeführt - ebenfalls mit Hilfe des NoiseImage-Moduls Spectral Photo 2D. Dazu wurde die Herkunft des Geräusches in den Spitzen der einzelnen Rotorblätter im Spektrum analysiert. Es stellte sich klar heraus, dass die Hauptquelle der Sinuswelle das Getriebe ist.
Deshalb wurde ein Schwerpunkt auf das Getriebe selbst gelegt. Um sich auf einen bestimmten Teil des Messobjekts zu konzentrieren, ist es nicht notwendig, eine neue Messung durchzuführen. Der zu untersuchende Bereich kann einfach in der Nachbearbeitung ausgewählt werden. So wird erkennbar, dass auch aus großen Entfernungen bestimmte Frequenzen den unterschiedlichen Emissionspunkten zugeordnet werden können. Um die Geräusche an den Teilen des Getriebes selbst zu bestimmen, ist es ratsam, eine detailliertere Analyse aus kürzerer Entfernung, möglicherweise auf einem Prüfstand, durchzuführen.
