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NEUARTIGE SENSOREN HELFEN BEI DER ENTWICKLUNG VON GEZEITENTURBINEN

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Berührungslose Drehmomentsensoren von Sensor Technology spielen eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung von Gezeitenturbinen im kommerziellen Maßstab

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Berührungslose Drehmomentsensoren von Sensor Technology spielen eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung von kommerziellen Gezeitenturbinen des irischen Unternehmens OpenHydro. Das Unternehmen nutzt diese neuartigen Sensoren, die auf der Surface Acoustic Wave (SAW)-Technologie basieren, zur genauen Messung von Drehzahl und Reibungskräften in einem Simulator für die Turbinenlager und kann so die Leistung und Zuverlässigkeit seiner innovativen Produkte optimieren.

OpenHydro ist ein Technologieunternehmen, das Meeresturbinen

turbinen zur Erzeugung erneuerbarer Energie aus Gezeitenströmungen. Die Vision des Unternehmens ist es, Gezeitenturbinenfarmen unter den Ozeanen der Welt zu errichten, wo sie zuverlässig und ohne Kosten für die Umwelt Strom erzeugen. Diese Methode der Stromerzeugung hat viele Vorteile.

Da die Turbinen untergetaucht sind, sind sie unsichtbar und erzeugen keinen

lärm. Und da sie in großer Tiefe untergetaucht sind, stellen sie keine Gefahr für die Schifffahrt dar. Der vielleicht wichtigste Vorteil ist jedoch, dass die Gezeiten völlig vorhersehbar sind, was bedeutet, dass die Energieerzeugung der Turbinen ebenso vorhersehbar ist. Es gibt keine großen saisonalen Schwankungen und keine Abhängigkeit von den Launen des Wetters, wie es bei vielen anderen erneuerbaren Energiequellen der Fall ist.

Eine zuverlässige und effiziente Energiegewinnung aus den Gezeiten erfordert jedoch den Einsatz neuartiger Technologien, und im Fall von OpenHydro handelt es sich um Turbinen mit offener Mitte, die direkt auf dem Meeresboden aufgestellt werden können. Es liegt auf der Hand, dass die Installation an einem so unzugänglichen Ort die Zuverlässigkeit zu einem Hauptkriterium bei der Konstruktion und dem Bau der Turbinen macht. Aus diesem Grund bewertet OpenHydro sorgfältig und umfassend die Leistung aller in seinen Turbinen verwendeten Komponenten.

Für die Lager wird dabei ein Simulator eingesetzt, mit dem die Ingenieure des Unternehmens ermitteln können, wie sich die Reibungskräfte in den Lagern bei unterschiedlichen Belastungen und Drehzahlen verändern. Ein zentrales Element dieses Simulators ist die Messung des Drehmoments in einer Welle des Motors, der das zu prüfende Lager antreibt. Mit herkömmlichen Sensoren ist es schwierig, diese Art der Drehmomentmessung genau und zuverlässig durchzuführen, aber OpenHydro fand mit dem Sensor der Serie TorqSense RWT420 von Sensor Technology eine ideale Lösung.

Wie alle TorqSense-Sensoren arbeiten auch die RWT420-Sensoren mit akustischen Oberflächenwellen (SAW). Diese Wandler bestehen aus zwei dünnen Metallelektroden in Form von ineinander greifenden "Fingern" auf einem piezoelektrischen Substrat wie Quarz.

Wird ein HF-Signal mit der richtigen Frequenz an den Wandler angelegt, entstehen akustische Oberflächenwellen, und der Wandler verhält sich wie ein Schwingkreis.

Wenn das Substrat jedoch verformt wird, ändert sich die Resonanzfrequenz. Wenn der Wandler an einer Antriebswelle befestigt ist, hängt die Verformung des Substrats und damit die Änderung der Resonanzfrequenz mit dem auf die Welle wirkenden Drehmoment zusammen. Mit anderen Worten: Der Aufnehmer arbeitet als frequenzabhängiger Dehnungsmessstreifen.

Da die Aufnehmer mit Funkfrequenzen arbeiten, ist es einfach, Signale drahtlos an sie zu koppeln. Daher können TorqSense-Sensoren auf rotierenden Wellen eingesetzt werden und kontinuierlich Daten liefern, ohne dass die inhärent unzuverlässigen und unbequemen Bürsten und Schleifringe, die oft in herkömmlichen Drehmomentmesssystemen zu finden sind, erforderlich sind.

"Wir haben uns für den RWT420 entschieden, weil er bequem kabellos funktioniert und sich leicht an einer vorhandenen Welle in unserem Versuchsaufbau befestigen lässt", so Kevin Harnett, Maschinenbauingenieur bei OpenHydro. "Außerdem verfügt dieses Sensormodell über eine integrierte Elektronik und einen seriellen Ausgang, so dass wir es direkt mit einem Laptop in unserem Testlabor verbinden können. Das ist eine sehr unkomplizierte und bequeme Lösung"

OpenHydro verwendet den RWT420-Sensor in Verbindung mit der TorqView-Software von Sensor Technology. Diese bietet die Wahl zwischen einer Skala, einem digitalen Balken und einem Diagramm zur Anzeige von Drehmoment, Drehzahl, Temperatur und Leistung. Die Software bietet außerdem Möglichkeiten zur Echtzeit-Darstellung und zur Datenaufzeichnung und kann gespeicherte Ergebnisse als Dateien ausgeben, die mit Matlab und Excel kompatibel sind.

"Wir haben festgestellt, dass sowohl der Sensor als auch die Software sehr einfach zu handhaben sind", so Kevin Harnett, "und der Sensor hat sich unter den harten Betriebsbedingungen in unserem Labor als sehr widerstandsfähig erwiesen. Wir haben auch eine ausgezeichnete technische Unterstützung von Sensor Technology erhalten, was sehr hilfreich war, da wir vorher noch nie mit Sensoren dieser Art gearbeitet haben. Insgesamt sind wir sehr zufrieden mit dem Produkt und dem Service, den wir erhalten haben, und der Sensor liefert wertvolle Daten für unsere Entwicklungsarbeit."

Der Beweis, dass diese Entwicklungsarbeit Früchte trägt, wurde Ende 2009 erbracht, als OpenHydro im Auftrag seines Kunden Nova Scotia Power die erste kommerzielle Gezeitenturbine in der Bay of Fundy, Kanada, in Betrieb nahm

Diese 1-MW-Anlage kam am 11. November vor Ort an und war am 17. November betriebsbereit, rotierte mit den Gezeiten, sammelte Daten und produzierte Energie.