Freifeldmessungen von großen Objekten während des Betriebes

Messungen an einem Windrad

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 StarAC Pro wird hier eingesetzt, um die Geräusche von Windkraftanlagen während des Betriebs unter Freifeldbedingungen zu analysieren. 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.

System Characteristics

Microphone Array Star48 AC Pro

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.

Data Recorder mcdRec

Dieses Datenerfassungsgerät wurde speziell für die Verwendung mit der Akustischen Kamera entwickelt. Es ermöglicht hohe Abtastfrequenzen und eine hohe Anzahl von Kanälen und ist gleichzeitig leicht und kompakt.

Software

NoiseImage 3

Stromversorgung

Mit der mobilen Stromversorgung SilmMPS lässt sich die Akustische Kamera bis zu 4 Stunden netzunabhängig betreiben.

2D Outdoor Messung

Anwendungsbereich

Akustische Messungen von Windkraftanlagen während des Betriebes. 

Messaufgabe

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 sind auf der Rückseite der Windkrafftanlage aufgetreten und wurden mit der Software NoiseImage identifiziert und lokalisiert.

Messobjekt

Windkraftturbine (3 Rotorblätter, Leistung unter 1 MW, Höhe Mast 50 m, Blattlänge 20 m)

Messaufbau

Der gesamte Aufbau der 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 sicherstellte. Während der Messung wurden relativ laute Hintergrundgeräusche aufgezeichnet, die vom Wind und anderen Umweltquellen herrühren. Diese Hintergrundgeräusche wurden mit Hilfe eines Filters minimiert.

Ergebnisse

Das Hauptziel der Analyse war es, eine Aussage über den Entstehungsort der Geräuschemissionen an einer Windkraftanlage zu treffen.

Zunächst zeigen die Ergebnisse der A-Daten die Strömungsgeräusche an den Blattspitzen die von Windrichtung und Lage der Windturbinen in Verbindung mit der Position der Akustischen Kamera abhängig ist. Für die Messung wurde die Akustische Kamera leicht links hinter der Windkraftanlage positioniert. Bei der Analyse der Blattgeräusche ist der akustische Fokus beim linken Getriebe lokalisiert worden, also auf der Seite mit den kürzesten Abständen zu den Mikrofonen.

Für eine umfassende Analyse wurde die gesamte Umdrehung eines Flügels als Berechnungsgrundlage herangezogen. Für die Analysen 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 Oktavenband von 400 Hz lässt sich die Emission eindeutig an den Verankerungen der Blätter lokalisieren, während sich die Blätter 140 Grad abwärts drehten..

Betrachtet man das Frequenzband von 706 bis 891 Hz, so wird deutlich, dass die Blattspitzen und auch das Getriebe diese Strömungsgeräusche verursachen.

Es wurde deutlich, dass die höheren Frequenzen hauptsächlich vom Getriebe abgestrahlt werden, während gleichzeitig die Zischgeräusche als leisere Quellen an den Blattspitzen sichtbar werden.

Zur weiteren Analyse wurde eine schmalbandigere Analyse durchgeführt - ebenfalls mit Hilfe der Funktion Spectral Photo 2D. Dazu wurde die Herkunft des Geräusches in den einzelnen Spitzen im Spektrum analysiert. Dabei hat sich klar herausgestellt, dass die Hauptquelle für die Sinuswelle das Getriebe ist. 

Aufgrund dieser Ergebnisse 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. Durch diese Vorgehensweise wird deutlich, dass es auch bei großen Entfernungen möglich ist, bestimmte Frequenzen an unterschiedlichen Emissionspunkten zurückzuverfolgen. Um die Teile des Getriebes an sich zu analysieren, ist es ratsam, eine detailliertere Analyse aus kürzerer Entfernung, möglicherweise auf einem Prüfstand, durchzuführen.