Schallquellen bei Windkraftanlagen: Aerodynamik
Aerodynamische Schallquellen
Wenn der Wind mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf verschiedene Objekte trifft, hört man Geräusche. Bei den Blättern von Bäumen und Sträuchern oder bei einer Wasseroberfläche entsteht ein zufälliges Gemisch von hohen Frequenzen, das als weißes Rauschen bezeichnet wird.
Der Wind kann auch Oberflächen in Schwingung versetzen, was oft bei Teilen von Gebäuden, bei Autos oder sogar bei einem antriebslosen Segelflugzeug passieren kann. Diese so angeregten Oberflächen produzieren ein eigenes Geräusch. Wenn der Wind auf eine scharfe Kante auftrifft, kann er einen einzelnen Ton erzeugen, wie das bei Blasinstrumenten der Fall ist.
Schallentwicklung von Rotorblättern und das Gesetz der fünften Potenz
Rotorblätter machen ein leicht schwirrendes Geräusch, das man hören kann, wenn man sich relativ nahe bei der Anlage befindet und die Windgeschwindigkeit recht gering ist.
Rotorblättter müssen den Wind bremsen, um Energie auf den Rotor zu bringen. Bei diesem Prozeß erzeugen sie einen gewissen Pegel an weißem Rauschen. Wenn die Oberflächen der Rotorblätter sehr glatt sind (was sie aus aerodynamischen Gründen auch sein müssen), wird nur ein kleiner Teil des Schalls von der Oberfläche her stammen. Der Großteil kommt von der leeseitigen Kante der Blätter. Deshalb ist in der Industrie eine sorgfältige Formgebung der Hinterkante sowie besondere Sorgfalt bei der Montage der Rotorblätter zur selbstverständlichen Praxis geworden.
Der Schalldruck steigt mit der fünften Potenz der Windgeschwindigkeit relativ zur umgebenden Luft. Daher laufen moderne Windkraftanlagen mit großen Rotordurchmessern auf einer sehr kleinen Drehzahl.
Design der Rotorblattspitzen
Da die Spitze eines Rotorblattes um vieles schneller läuft als die Blattwurzel, wird auf die Formgebung der Spitze das Hauptaugenmerk gerichtet. Wenn wir die Form verschiedener Rotorblätter im Lauf der Zeit betrachten, werden wir auf geringfügige Veränderungen ihrer Geometrie stoßen, die auf jeweils neue Forschungsergebnisse zurückzuführen sind.
Diese Forschung wird auch im Hinblick auf eine Steigerung der Leistungsfähigkeit betrieben, da die Großteil des Drehmoments eines Rotors von den äußeren Bereichen der Blätter kommt. Außerdem sind die Strömungsverhältnisse im Bereich der Rotorspitzen extrem komplex im Vergleich zum Strömungsverlauf an den restlichen Stellen.
Forschung für leisere Rotorblätter
Die Forschung für leisere Rotorblätter schreitet immer weiter fort, aber wie im Abschnitt Schall ist nur mehr ein kleines Problem beschrieben wird, werden diese Forschungsergebnisse großteils zur Steigerung der Drehzahl und damit des Energieertrages verwendet, weil die Schallentwicklung aufgrund der notwendigen Entfernung zu Nachbarhäusern kein Problem per se ist.
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Letzte Änderung 10. Mai 2003
http://www.windpower.org/de/tour/design/quietae.htm
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