Progettare un aerogeneratore da 100 kW: dalla classe di vento ai disegni d'officina
Un aerogeneratore da 100 kW è una macchina piccola rispetto ai grandi parchi eolici, ma il progetto affronta gli stessi problemi: carichi variabili per decine di milioni di cicli, una trasmissione che deve moltiplicare la velocità del rotore senza soffrire, una torre che non deve entrare in risonanza. Raccontiamo come abbiamo impostato il progetto di una macchina di questa taglia, portato fino agli elaborati di officina.
Classe di vento e rotore
Il punto di partenza è il sito: la classe di vento secondo la IEC 61400-1 fissa velocità media, raffiche estreme e intensità della turbolenza su cui si dimensiona tutta la macchina. Per un sito di classe II il rotore tripala ha un diametro di circa 20 metri. La velocità di rotazione è un compromesso: più alta riduce la coppia e quindi il peso della trasmissione, più bassa contiene la velocità in punta di pala e il rumore. Nel nostro progetto abbiamo scelto un rotore lento, accettando una trasmissione più impegnata per avere una macchina più silenziosa.
I carichi dalle simulazioni aeroelastiche
I carichi non si ricavano da formule semplificate ma da simulazioni nel tempo che uniscono aerodinamica delle pale, dinamica della torre e della trasmissione, comportamento del generatore e logica di controllo del passo. Si simulano i casi di carico previsti dalla norma: produzione con vento turbolento, raffiche estreme, guasti, arresti di emergenza, macchina ferma con vento estremo. Da questi casi si ricavano i carichi estremi per le verifiche di resistenza e gli spettri di carico per la verifica a fatica.
Trasmissione e supporti
La trasmissione usa un moltiplicatore epicicloidale a due stadi, compatto e adatto a coppie elevate a bassa velocità, con dentature verificate secondo ISO 6336 e cuscinetti secondo ISO 281 per una durata di vent'anni. L'albero lento è sostenuto da un unico supporto anteriore che lavora come cerniera, mentre il moltiplicatore è fissato a una piastra solidale al telaio tramite smorzatori viscoelastici: lo schema isostatico evita che le deformazioni del telaio scarichino forze parassite sugli ingranaggi. Il generatore asincrono è flangiato rigidamente al moltiplicatore.
Passo, imbardata e sicurezze
Il passo delle pale è collettivo, comandato da un attuatore elettrico tramite aste e manovelle; l'imbardata usa una ralla dentata con motoriduttori autofrenanti e pinze di freno. Il progetto comprende il freno meccanico, il blocco del rotore per la manutenzione e la protezione dai fulmini, come richiesto dalle norme di settore.
Torre e fondazione
La torre tubolare in acciaio è dimensionata per rigidezza prima che per resistenza: la sua prima frequenza propria deve cadere tra la frequenza di rotazione del rotore e quella di passaggio delle pale, per evitare la risonanza. Si verificano poi le saldature circonferenziali e le flange a fatica e si ricavano i carichi alla base per il plinto di fondazione.
Un progetto rimodulabile
Il risultato è una relazione di calcolo completa e un modello 3D da cui derivano i disegni di officina. Lo stesso progetto può essere adattato a una diversa classe di vento, a un altro generatore o a vincoli di produzione e montaggio specifici. Scopri la progettazione eolica di Sineco oppure scrivici su WhatsApp.