Sensorer i Chalmers testvindkraftverk: Kalibrering och validering av töjningsgivare i tornet
Typ
Examensarbete på kandidatnivå
Program
Publicerad
2021
Författare
Angervall, Fredrik
Lindenbaum, Lisa
Blom, Linn
Kristensen, Rasmus
Mattsson, Klara
Hallberg, Oscar
Modellbyggare
Tidskriftstitel
ISSN
Volymtitel
Utgivare
Sammanfattning
I dagsläget är Chalmers testvindkraftverk placerat på Björkö, men har tidigare
funnits i flera olika versioner. I början av 2019 började en tornkropp av trä byggas
till testvindkraftverket av företaget Modvion AB, Hisingsbacka. Tornet är byggt av
trämoduler vilket möjliggör att man kan bygga högre torn som enklare kan
transporteras på allmänna vägar.
För att övervaka och undersöka tornets hållfasthet har ett stort antal sensorer av
olika slag installerats i testvindkraftverket, där ibland de töjningsgivare arbetet
behandlar. Resistansen i töjningsgivarna förändras när tornet utsätts för
belastningar, detta eftersom töjningsgivarna antingen dras ut eller trycks ihop.
Målet är att kalibrera dessa sensorer, för att kunna övervaka töjningar och
böjmoment i tornet med hjälp av förändringar i sensorernas utslag. I tornet är
sensorerna placerade på tre olika höjder, två helbryggor i stålfoten, tornets botten,
samt fyra stycken kvartsbryggor på två olika nivåer uppe i tornet. För att kalibrera
sensorerna genomfördes en provdragning av vindkraftverket, där en rundsling
fästes runt torntoppen och belastades med en viss kraft. Utböjningen av tornet
mättes med en lasermätare för att ge en ytterligare bild av tornets egenskaper.
Utböjningen beräknades även analytiskt samt genom simuleringar av tornet i
Ansys med en modell skapad i CATIA V5.
Ekvationer för vardera sensor har tagits fram för att kunna avgöra det böjmoment
och de töjningar som tornet utsätts för. Under kalibreringen valdes den mätning
med minst påverkan från vind och solljus, däremot har ingen kompensation gjorts
för att få bort påverkan från dessa faktorer helt. Det bidrar till en osäkerhet i
resultatet eftersom väderförhållandena skiljde sig åt mellan vardera mätning som
använts för validering. Olika sensorer har haft olika antal felkällor och därför
skiljer det sig till vilken grad ekvationerna anses vara korrekta.
Sammanfattningsvis är momentekvationerna för sensorerna mer pålitliga än de
töjningsekvationer som tagits fram. För att i framtiden fastställa exakta ekvationer
krävs ytterligare arbete med att fastställa och kompensera för felkällor i
kombination med en provdragning i optimala väderförhållanden.
Ett delmål med arbetet var att undersöka egenfrekvensen för Chalmers
testvindkraftverk, vilken lyckades bestämmas och valideras genom olika metoder.
Ytterligare ett delmål var att uppdatera den redan befintliga tornmodellen i
programvaran Ashes, ett program av Simis AB. Modellen uppdaterades utefter den
verkliga geometrin och kalibrerades utefter resultaten från de analytiska
beräkningarna.
Beskrivning
Ämne/nyckelord
Vindkraftverk , Töjningsgivare , Sensorkalibering , Wheatstonebrygga , Strukturanalys , Ashes