10 kw C- Rotor

[Carl von Canstein]

Wie Robert schon sagte sind 40° vom Umlaufkreis als Gesamtfluegeltiefe ein Anhaltspunkt, um daraus zu errechnen wieviel 3 oder 4 Fluegel tief sein koennen. Aber die Frage von Robert, ob bei groesseren Diametern weniger Fluegeltiefe nottut ist ganz richtig. Da die Fluegel bei groesseren Diametern laenger in den relevanten Anstellwinkeln zur Stroemung verweilen als ein schnell rotierendes kleineres Windrad, duerfte das auch Rueckwirkungen auf das Reaktionsverhalten derselben in der Stroemung haben.
Nur - wie sich das nun konkret verhaelt, das wuessten wir hier auch ganz gerne!!!
Deshalb kann Dir bisher auch niemand mit gutem Gewissen genaue ideale Abmessungen der Fluegeltiefe zu Deiner veranschlagten Rotorgroesse liefern.
Was die Fluegelanzahl betrifft: mit 4 Fluegeln laesst sich vielleicht ein bessereres Ergebniss erzielen, doch auch hier will ich mich nicht festlegen, ich uebernehme keine Verantwortung fuer Dinge, die wir noch nicht in der Praxis ausprobiert haben!
@Menelaos:
Bei meinem Einfluegler mit Kontergewicht hatte ich den Nachteil durch etwas geringeren Wirkungsgrad hinzunehmen, dafuer gleich zwei Vorteile zu verzeichnen, die mich vorlaeufig auch in Zukunft am Einflueglerkonzept als Option festhalten lassen:
1.stens der geringstmoegliche Bauaufwand
2.tens die Moeglichkeit den einen Fluegel im Sturm in abgebremsten Zustand so zur Stroemung auszurichten, das er dem Sturm den geringstmoeglichen Widerstand bietet.
Denn auch im abgebremsten Zustand wuerde ich die Kraefte, die sonst am durchstroemten Fluegel insbesondere bei Mehrflueglern wirksam werden, nicht unterschaetzen.
Dort, wo ich mein Modell aufgebaut hatte, konnte das sehr einfach durch Festbinden mit einem Seil geschehen, da der Wind kaum die Richtung wechselte.
Die Fluegelnase zeigte dann genau in den Wind und bot wenig Widerstand!
Das geht mit mehreren Fluegeln nicht zu machen!
Ob sowas hier in Deutschland irgendwo in dieser einfachen Form moeglich ist, kann ich nicht beantworten. Eine Bremsautomatik mit Ausrichtung zur Stroemung bei starkem Wind stelle ich mir etwas kompliziert und aufwendig vor.
Gruss, Carl

[Bernd]

Ich zitiere mal aus unserer Zusammenfassung über den C- Rotor:

" Derzeit empfehlen wir beim 3 Flügler ein Verhältnis von Gesamtflügeltiefe zum Rotorumfang
von ca. 1:2,5 (Stand Dez 2011) "

Das entspricht einer Gesamtflügeltiefe (alle Flügeltiefen aller Flügel incl. deren Vorflügel zusammen genommen)
von ca. 40% des Rotorumfangs, der Rest des Rotorumfangs ist "flügelfrei".
Mithin sollten, hochgerechnet aus den Messwerten unseres 50cm Testrotors, sämtliche Flügel zusammen
genommen ca. 1/2,5 des Rotorumfangs abdecken.
Um die Terminologie um den C- Rotor nochmal zu festigen hier folgende Grafik:



Grüsse

Bernd

[Constant]

Hallo oelco

Hört sich toll an deine Pläne. Achtung: Diese Größenordnung verzeiht keinen, (absolut keinen) Fehler. Ich rate dir zuerst mal zu zwei bis drei Wochen theoretischer Beschäftigung und Rechenaufgaben, bevor dein Entschluss definitiv ist. So ein Projekt schüttelt man nicht einfach aus dem Hemdärmel. Ich rate dir zuerst mal dir einen anderen kommerziellen Vertikalachser im Internet anzuschauen, auch wenn dies jetzt hier nach Werbung riecht. Klicke auf: www.ganwing.net ,dann auf Produkte wobei du dir den 6,0D anklickst. Dort findest du bereits eine Menge technischer Daten. Dann gehst du auf Sitemap mit der Bildergalerie. Vergrößere die Bilder von der Montage und schaue sie ganz genau (jedes Detail) an. Achtung: Dieser Rotor dreht ziemlich genau fünf mal schneller als ein C- Rotor, was natürlich zu den dementsprechend höheren Drehmomenten führt.
Ich versuche jetzt mal meine Überlegungen reinzubringen, ohne dich bevormunden zu wollen, bzw. deine Kenntnisse in Frage zu stellen.
Du kannst vermutlich bereits an den Fotos feststellen, dass deine Achse von einen Klein-Lkw wenig bis nicht geeignet ist.
Also beginnen wir mit der Antriebswelle. Ich rate den Kollegen immer bei einem Horizontalachser einen Wellendurchmesser von 1% des Flügeldurchmessers. Bei 4 Meter Durchmesser wären es bereits 40 mm. Bei dem C- Rotor genügt dies allerdings wegen dem hohen Drehmoment auf keinen Fall. Hier sind mindestens 1,5 % angesagt, was dementsprechend mindestens 60 mm wären. Auch 70 mm Durchmesser kann nicht schaden. Achtung: Für die Antriebswelle darfst du auf keinen Fall hochlegierten Stahl insbesondere Federstahl verwenden. Dieser führt unweigerlich zu nicht beherrschbaren Schwingungen.
Deine Tragarme müssen irgendwie drehbar gelagert werden. Ein dickwandiges Rohr wie auf den Fotos ist hierbei eine sinnvolle Lösung. Ich würde mindestens 120 besser 140 mm Durchmesser für dieses Rohr wählen. Dann kommen wir zur Lagerung. Oben ist ein konisches Lager gut geeignet, um das Gewicht besser aufnehmen zu können. Unten muss du jetzt dafür sorgen, dass die Materialausdehnung garantiert bleibt. Hier muss es nicht unbedingt ein teures und wenig sinnvolles Kugellager sein. Bei den niedrigen Umdrehungszahlen würde ich eher ein Gleitlager aus Bronze einsetzen. Allerdings rate ich dir dazu dieses Lager in zwei oder drei Schalen zu fertigen. So kannst du das unvermeidbar entstehende Lagerspiel sehr leicht nachregeln und Klimpergeräusche vermeiden. Weil der C- Rotor sehr langsam dreht, benötigst du ein Getriebe, am besten ein Planetengetriebe, von etwa 1 zu 50 um bei 10 m/sec Wind am Generator etwa 1500 Umdrehungen zu erreichen.
Logisch dass die Größe des Getriebes dem Drehmoment der Antriebswelle entsprechen muss. Zwecks langer Lebensdauer rate ich dazu, das Getriebe auf das doppelte Drehmoment auszulegen, auch wenn hierdurch zwei % zusätzlicher Leistungsverlust unumgänglich sind. Als Alternative bleibt ein sehr großer (selbst gebauter????) Ringgenerator. Wenn du, wie auf den Fotos das Getriebe und den Generator nach unten setzt, muss deine Antriebswelle durch das Rohr hindurch und zusätzlich noch mal unten im Inneren des Rohres gelagert werden. Ich würde ihn nach oben auf den Rotor setzen. Dies ist nicht nur preiswerter, sondern technisch ebenfalls wesentlich einfacher herzustellen. Zwischen dein Getriebe und die Antriebswelle muss zusätzlich eine Kupplung um Schwingungen zu reduzieren.
Deine Tragarme benötigen jetzt eine Befestigung. Hierzu würde ich aus Stahlblech von 10 bis 12 mm Dicke zwei Scheiben mit 60 besser 75 cm äußerem Durchmesser rausbrennen und diese an den Lagerschalen befestigen. Die Tragarme würde ich am Außenumfang miteinander verbinden, um ungleichmäßiges Dreh- sprich Biegemoment zu vermeiden. Auch würde ich, wie bereits Bernd erwähnt hat, mehr als drei Flügel wegen deren Breite benutzen. Ich würde allerdings eine Anzahl von fünf oder sieben bevorzugen, anstatt sechs. Ich vermute, ohne dies beweisen zu können, dass eine unsymmetrische Anzahl weniger schwingungsanfällig wäre.
Ich hoffe mit meinen Überlegungen zu einem weiteren Anstoß deines Projektes beigetragen zu haben.
Viel Erfolg
Constant

[Carl von Canstein]

Hallo Constant!
Zumindest in Deinem Hinweis, dass ein sehr grosser Rotor lieber nicht so aus dem Handgelenk geplant und gebaut werden sollte, muss ich Dir beipflichten.
Allerdings:
Deine Angabe, dass bei hoeherer Schnelllaeufigkeit automatisch ein hoeherer Drehmoment entsteht, kann ich nicht recht verstehen. Eher haben doch langsam laufende Windraeder statt Schnelllaeufigkeit dann das ausgleichend hoehere Drehmoment!
Dann die Vorgabe, fuer die Rotorachsstaerke mindestens 1% des Rotorumfanges zu waehlen, ist mir fuer Horizontallaeufer, nicht jedoch fuer Rotoren mit vertikaler Rotordrehachse bisher nur aus dem Heft: "Windkraft, ja bitte" von Christian Kuthz bekannt.
Man wird beim Vertikallaeufer wohl kaum mit weniger auskommen, das kann ich sehr gut nachvollziehen!
Allerdings haengt das auch immer stark von der Gesamtkonstruktion ab.
Wenn man die Staerke dieser Achse plant, muss man den Aufhaengungspunkt des Rotors kennen. Liegt dieser genau im Schwerpunkt der Belastungen, sind die Parameter anders als wenn die auftretenden Kraefte starke Hebelkraefte ausueben koennen wie z.B. bei einer Lagerung unterhalb der untersten Rotorebene statt im zentralen Rotormittelpunkt.
Was die Frage zu einer Lagerung in einem Gleitlager oder Kugellager am unteren Lager betrifft, dazu kann ich nichts sagen, ich bin kein Maschinenbauer, klingt aber gut. Frage: Warum genuegt ein einfaches Kugellager nicht? Biegekraefte werden doch vermutlich dort durch den Hebelarm der Achse abgeschwaecht!
Andererseits habe ich mich schon oft gewundert, dass beim Tretlager eines Fahrrades gewoehnlich ausgerechnet die linke der Kette gegenueberliegende Seite staerker abnutzt. Das ist noch ein Raetsel fuer mich!
Bevor die moeglichen Lasten berechnet sind, kann man doch eigentlich keine noch Vorgaben machen!
Der Vorschlag der drehbar gelagerten Tragarme scheint mir die Konstruktion sehr zu komplizieren. Das habe ich auch noch nicht ganz verstanden.
Dann zu dem Vorschlag 6 oder 7 Fluegel zu verbauen:
Da graust es mir erstmal davor!
Spaetestens dann, wenn man einmal einen grossen Rotor mit vielen Fluegeln gebaut hat, freut man sich, wenn es mit weniger Fluegeln auch geht.
Der Arbeits- und Materialaufwand bei einem Vielfluegler liegt nun mal hoeher bei einer solchen Menge an Fluegeln, wie Du sie vorschlaegst.
Mein Einflueglermodell hatte gegen alle Erwartungen keine uebermaessigen Probleme mit den Schwingungen, im Gegenteil, ich hatte den Eindruck, dass der Rotor so weicher lief als bei den vielen Lastwechseln durch mehrere Fluegel. Kann sein, dass bei mehreren Fluegeln Schwingungen und Lastwechsel gegenlaeufige Frequenzen bekommen koennen, die dann eine ganz eigene Qualitaet der Materialbelastung ausmachen.
Deinen Aussagen zu Generator, Kupplung und Uebersetzungsgetriebe will ich nicht hineinreden, kann dazu nur sagen, dass eine so robuste Ausfuehrung wie vorgeschlagen nur Gutes tun kann. Ein Mehr an Sicherheit ist nie zuviel!
Zu guter Letzt noch eine Reklamation:
Der Link zu Deinem kommerziellen Vertikalrotor funktioniert leider nicht!
Gruss, Carl

[Constant]

Hallo Carl
Zuerst zu deiner Reklamation. Hier habe ich zu später Nachtzeit einen Buchstaben verwechselt. Richtig muss es heissen: www.ganwind.net . Dann im Anfangstext die Geschichte mit dem Drehmoment. Dies ist schwer verständlich geschrieben, bzw. es fehlt ein entscheidendes Wort. Logischerweise ist deine Aussage richtig. Der Rotor GanWind) von der Firma Lehmkuhl (nicht meiner) dreht schneller und hat das geringere Drehmoment. Deiner bzw. der C- Rotor das fünffach grössere. So war es gemeint. Leider kann man kann es textmässig anders verstehen.
Die Geschichte mit dem Tretlager von deinem Fahrrad ??? Da muss ich noch überlegen. Liegt vermutlich an den ungleichmässigen Kurbelbelastungen oder du hast in deinem linken Bein mehr Kraft als Rechts !!???
Gruss
Constant

[Bernd]

Dies Ganwindanlage sieht sehr interessant aus. So ganz verstehe ich das Wirkprinzip aber nicht.
Für einen Auftriebsläufer wären die Flügelproportionen viel viel zu gross.
Für einen Widerstandläufer stimmt hingegen die Flügelform auch nicht.
Anscheinend arbeitet der Ganwindrotor 6.0 aber doch nach dem Widerstandsläufer Prinzip, denn
seine Maximaldrehzahl beträgt lediglich 66 U/min und das obwohl er bei Sturm weiter arbeitet,
ich muss also als Grundlage für diese maximal Drehzahl von 66U/min Orkan mit 32/ms annehmen.
Eine kurze Rechnung : Rotordurchmesser (6,3m) mal 3,14 = 19,3m Umfang
Wenn der Rotor nie schneller als 66U/min dreht (und bei Sturm laut Prospekt weiter Strom produziert)
dann dreht dieser Rotor also bei Orkan max. 66 U/min bzw. 1,1U/sek.
Der Rotor dreht also bei 32m/s Wind mit 1,1 U/Sekunde, das ergibt eine Schnelllaufzahl von 0,66.
Es scheint also doch ein Widerstandsläufer zu sein ??
Selbst wenn die 66U/min sich auf die Nennwindgeschwindigkeit von 12m/s beziehen würden, dann
wäre die Schnelllaufzahl auch nur sehr magere 1,79..... alles sehr merkwürdig.


Verwunderlich auch folgende Passage des Prospektes :

"sehr hohe Energieausbeute (mehr als 38%, Horizontaldreher max. 27%) durch unsere zum Patent
angemeldete TurboWings-Technologie"

Bislang wusste ich noch nicht, das ein Horizontalläufer nur max. 27% Wirkungsgrad hat. Ich war immer
davon ausgegangen das die neusten kommerziellen HighTech Rotoren von bislang 45% auf jetzt
sogar knapp über 50% Wirkungsgrad gelangt sind. Wer hat denn nun recht ? Ich dachte auch immer das
die Vertikalläufer in aller Regel den Horizontalen vom Wirkungsgrad unterlegen wären.
Gut das nun klar ist das es genau anders herum ist.

Irgendwie ist das in jedem Prospekt immer das gleiche. Da wird Müll erzählt das es nur so brummt, selbst
dann wenn das Produkt an sich vielleicht gut ist, aber ich hätte dann schon kein Vertrauen mehr in eine
Firma deren Produkt es nötig hat so etwas zu veröffentlichen.

Grüsse

Bernd

[Carl von Canstein]

@ Bernd:
Du sprichst mir aus der Seele! Das Ganwindprojekt hatten wir doch irgendwo schon gesehen? Na egal, dieser Rotor arbeitet offensichtlich mit einer stroemungsverstaerkenden Leitflaeche im Innern des Rotors, welche bei ganz spezifischen Anstellwinkeln der Fluegel in Aktion tritt, andererseits aber dem Wind wenig Widerstand bietet, sobald die Fluegel ausserhalb ihrerer maximalen Arbeitsbereiche auf der Umlaufbahn stehen.
Zum deshalb angeblich erhoehten Wirkungsgrad faellt mir lediglich ein zu vermuten, dass diese Flaeche im Zentrum in Teilbereichen auch eine abschattende Wirkung haben duerfte, was den Mehrgewinn vielleicht wieder relativiert.
Viel Tamtam mit sehr wahrscheinlich unserioesen Leistungsangaben, das wuerde ich genauso vermuten!
@ Constant:
Die Missverstaendnisse sind voll beseitigt!
Zum Tretlager: Nein, mein rechtes Bein ist das Staerkere!
Aber mir faellt eine Loesung ein:
Ich hatte dieses Phaenomen nach einer zweiwoechigen Radtour festgestellt, bei der das Tretlager extrem beansprucht wurde. Wahrscheinlich hat sich die Lagereinstellung gelockert und da die Achse von der Kette vielleicht auf der rechten Seite mehr oder weniger in Position gehalten wird, konnte sich das Spiel im Lager nur mehr auf der linken Seite so stark auswirken. Links waren die Kugeln des Konuslagers nach der Reise wie vom Osterhasen eifoermig abgewetzt, rechts noch in kugelfoermiger Verfassung erhalten!
Es handelte sich um einen Tripp durch die Lavawuesten von Lanzarote und Fuerteventura, der Sand und Staub des quarzreichen Gesteins dort waren offensichtlich ein gutes Schleifmittel!
Gruss, Carl

[Bernd]

Die Höhe der Leistungsangabe von 38% Wirkungsgrad finde ich gar nicht mal sooo unglaubwürdig Carl.
Die aller besten Vertikal Auftriebsläufer mit hohem TSR sollen ja in etwa in diesem Bereich gelangen können.
Ob das Ganwindmodell dazu gehört bleibt offen, insbesondere wenn dessen TSR derart niedrig liegt was
ja angeblich laut Betz einen hohen Wirkungsgrad verhindert.
Aber insbesondere diese ganzen "Fehlinformationen" drumherum lassen einen dann doch zweifeln.
Ich gehe immer davon aus das ein gutes Produkt sowas nicht nötig hat.

Aber wir schweifen ab, es ging hier ja um den Bau eines sehr grossen Canteinrotors.

Grüsse

Bernd

[Carl von Canstein]

Hallo Bernd :
Ich hielt bisher 30% Wirkungsgrad bei Vertikallaeufern allgemein fuer die absolute Grenze des Machbaren obwohl es in der Theorie fuer Darrieus-H noch Moeglichkeiten bei sehr hohen Vektorgeschwindigkeiten geben soll.
Ich erinnere mich diesbezueglich schwach an Windfrieds Ausfuehrungen im Kleinwind.de Forum, der soetwas bis auf´s Messer verteidigte.
Woran ich allerdings nicht recht glauben kann, weil wir es bei den Nacaprofilen immer mit symmetrischen Profilen zu tun haben, die naturgemaess nie einen optimalen Auftrieb wie asymmetrische Profile erreichen duerften. Da gibt es sicherlich Abstriche zu machen, die bei der Theorie mit der hohen Vektorgeschwindigkeit vielleicht uebersehen wurden.
Natuerlich - wie meistens, versteife ich mich nicht darauf, recht zu haben, von mir kommt da eher eine Infragestellung als eine Behauptung!
Worin siehst Du die Chance einer derart hohen Energieausbeute? Gibt es praktische Beispiele einer solchen Konstruktion, die sowas schafft? Das mit den maximal 30% habe ich von Joerg Kroegsgard in Risoe/Kopenhagen vor 15 Jahren als ich dort war als Wert erfahren, den aber das Versuchszentrum dort mit einem groesseren H-Darrieus-Rotor Modell auf dem Testgelaende nie erreicht hat. Man sprach von guten 20% die man am dortigen Testmodell guenstigstenfalls ermittelt hat, 30% waren also das maximale, was man theoretisch evtl. noch fuer machbar hielt.
Insofern bin ich vielleicht nicht auf dem neuesten Stand!
Gruss, Carl

[Bernd]

Hallo Carl, es war weniger der Wert 38% der mich störte, als der Wert von max. 27% die ein
Horizontalläufer max. erreichen sollte. Ich denke da wissen wir doch alle das es da weitaus
bessere gibt.
40% für den besten Auftriebs Vertiakalläufer ist mir so aus diversen Pubikaionen noch in Erinnerung,
ohne das ich jetzt spezielle Modelle oder Hersteller nennen könnte.

Aber ich denke wir sollten zurück zum grossen C- Rotor kommen, darum geht es doch
eigentlich in diesem Thread.

Grüsse

Bernd