Sturmfestigkeit

gemeinsame Forenentwicklung eines Rotorprofils

Sturmfestigkeit

Beitragvon trilobyte » Mo 26. Jan 2009, 21:07

Wie sieht es eigentlich aus beim C- Rotor bzgl Sturmsicherheit?
Kann man das Teil so bauen dass der Vorflügel die Drehzahl limitiert?
Mir ist's egal wenn der Wirkungsgrad dadurch etwas kleiner ist, lieber ich kann auch bei sturm noch strom erzeugen (das sind wohl die einzigen paar tage im jahr in denen das bei mir überhaupt sinn macht, aber das ist ein anderes thema ,-))

Bei uns hats letze Woche mal wieder gestürmt und da wird einem die zerstörerische Kraft bewusst die der Wind haben kann.
Ich hab vom Darrieus Rotor schon gelesen dass sich dieser selbst limitieren soll?

Das zu testen wird wahrscheinlich noch schwierig. ev auf dem autodach von meinem bus auf einer abgelegenen strecke:
Bild
auf der plattform oben könnte man nen testaufbau montieren. die kiste geht bis knapp 140kmh (echte) allerdings ohne windrad.
so ein kleines 50cm modell könnte man mal montieren und testen bis ca 110 oder 120 sachen.

gruss

peter
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Re: Sturmfestigkeit

Beitragvon Bernd » Mo 26. Jan 2009, 21:26

Booaah was für eine geile Idee Peter !! Ich gucke schon die ganze Zeit in meiner Bekanntschaft
nach einem Anhänger auf dem man (auf einem kleinen Masten) einen Rotor oberhalb des Autos
in den Wind hängen könnte. Leider wäre man da immer in der Wirbelschleppe des Autos und
vermutlich müsste man das Ding daher ziemlich hoch in den Wind halten.

Auf deinem T3 Dach wäre das im Grunde viel einfacher zu lösen. Natürlich bildet sich auch über
dem Bully eine Verschiebung der Strömung aus, aber trotzdem wäre das eine prima Versuchsplattform.
Mit einem 50cm Rotor liesse sich da sicher relativ gefahrlos experimentieren.

Was mit dem Canteinrotor bei Sturm passiert kann Dir nur Carl berichten, andere haben da noch keine
Erfahrungen machen können. Zumindest eine Tatsache steht mal fest: Aufgrund der sehr niedrig liegenden
Schnelllaufzahl ergeben sich vergleichweise(!) zum Darrieusprinzip sehr geringe Fliehkräfte. Auch der Hersteller
"PacWind" aus den USA, der ein ganz ähnliches Flügelprofil einsetzt, begrenzt die Drehzahl seiner Rotoren
im Sturm nicht. Sehr wichtig dürfte dabei aber eine sehr stabile Konstruktion mit möglichst wenig
Gewicht zu sein. Im Grunde hat unsere Konstruktion da einen echten Vorteil gegenüber anderen
Vertikalrotoren, was nicht heissen soll das das Prinzip per se sturmfest ist.

Grüsse

Bernd
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Re: Sturmfestigkeit

Beitragvon Carl von Canstein » Di 27. Jan 2009, 11:52

Hallo Peter, hallo Bernd! Mein "Lieblingsthema" Sturmfestigkeit! :cry: Oft genug flechte ich ja Bemerkungen zur immensen Bedeutung einer hohen statischen Stabilitaet und mechanischer Belastbarkeit des Rotors und besonders der Fluegel mit ihrer Verankerung zur Drehachse in meine Beitraege ein. Nicht ohne Grund: Der Darrieusrotor ist in Kreisen von Aerodynamikern, also den Leuten, die sich vorrangig damit befasst haben sowas als Versuchsanlage zu bauen und zu testen, wegen seiner Anfaelligkeit zur Materialermuedung und Bruch beruehmt-beruechtigt. Bisher hat anscheinend noch niemand eine andere Lehre aus vielen Fehlschlaegen gezogen, also nicht nur Aerodynamiker muss man sein, sondern auch ein gewiefter Bauingenieur mit allumfassenden Kenntnissen zu Statik und Materiallehre, um alle Belastungen berechnen zu koennen.

Das wissen wir ja spaetestens seit "Growian", bei Horizontallaeufern/HAWT, und bei spaeteren Bauten hat man das ja inzwischen produktiv umgesetzt. Diese leiden schliesslich auch unter Lastwechseln, die hier aber auf der Schwerkraft beruhen.

Man nehme ein 6 m langes Wasserrohr in der Mitte balancierend hoch, beide Enden biegen sich dann nach unten! Was dann bei grossen ueber 50m langen Fluegeln an einer Windmuehle geschieht, bei der jeder Fluegel mehr als ein mittlerer Lastwagen wiegen kann, brauche ich nicht weiter zu definieren, die Last zerrt nach unten, mal von der einen Seite des Fluegels (jeden Fluegels) mal von der anderen, je nach Stellung der Fluegel im Umlauf.

Dieses Problem haben wir ja beim Darrieus Rotor nicht, solange wir nicht allzu tollkuehn sind und ihn auf einer horizontal liegenden Drehachse laufen lassen wie auf dem nachfolgenden Foto!

Kollektion komplett 134.jpg


Aber!!!

Leider haben wir es beim Darrieusrotor mit anderen ebenso dramatischen Lastwechseln zu tun, die auf Dauer ebenso gravierend fuer Ermuedungsbruch sorgen koennen. Es sind Lastwechsel, die interaktiv durch Fliehkraft und wechselnden Winddruck, welcher ja beidseitig im Umlauf auf jede Fluegelseite einwirkt verursacht werden. Also nicht nur die unterschiedliche Anstroemung des Windes ist es, die an Fluegel und Verbindung zur Drehachse stoesst, zerrt und verdreht, sondern auch der Umstand, dass der Wind auf einer Seite des Rotors mit der Fliehkraft arbeitet und auf der anderen (der zum Wind gerichteten Seite) gegen sie!!!

Wie gesagt, haben die Horizontalbauer ihr Problem weitgehend im Griff, zumindestens bei kleinen und mittleren Anlagen. Bei ganz grossen Bauten mit bis zu 6 Megawatt Leistung haben wir ja noch keine Langzeitergebnisse! Oder?

Ich will Euch nicht entmutigen, aber davon, eine 100% sturmfeste Anlage selber zu bauen, war ich selbst mit meinen guten handwerklichen Kenntnissen noch weit entfernt. Bei einem Orkan, als sich der Knoten des Seiles loeste, mit dem der Rotor festgesetzt war, war es lebensgefaehrlich, zu versuchen, diesen wieder abzubremsen. Ich musste mich unter Dach zurueckziehen und 24 Stunden warten, bis das fuerchterliche Unwetter vorbei war. Haette sich da der Fluegel vom Tragarm losgerissen, so waere nicht auszudenken gewesen, was alles haette passieren koennen. Es war auch so schlimm genug!

Der Fluegel (Einfluegler) war oben und unten vom Tragarm abgeklappt (durch die Fliekraft) und hing so wie ein umgelegtes Viktoria- Zeichen nach aussen weg.

Das war mir vorher schon passiert mit dem gleichen Rotor, auf dem beim ersten Hurrikan zwei Fluegel nach aussen abklappten. Ich dachte damals, ich haette etwas gelernt und habe beim Einfluegler dann entsprechende Verstaerkungen eingebaut. Der Rotor hatte ja einen Durchmesser von 2,40m bei nur 1m Fluegelhoehe! Das ergibt bei hoher Drehgeschwindigkeit immer noch auch bei so kurzem Fluegel eine recht hohe Belastung durch die Fliehkraft, die sogar ausreichen koennte um einem die Ohren abzureissen!

Als ich dann auf Gran Canaria meine Zelte (und den Rotor) abbaute, kam der naechste Schreck! Ich hatte den Fluegel schon abgebaut und wollte auf einer Leiter stehend den 70kg schweren Ringgenerator vorsichtig vom Turm nehmen und herunter auf ein vorbereitetes Podest herunterlassen. Die Leiter lag gegen den Turm gelehnt und war zur Sicherheit auch dort festgebunden. Als der Turm sich dann ploetzlich unverhofft langsam zur Seite neigte, Gott sei Dank hing der Generator noch mit einer Schraube am Mast verbunden fest, bekam ich (in 6m Hoehe) einen gewaltigen Schreck! Ich schaffte es, von der Leiter herunterzukommen, ohne dass der Turm sich weiter neigte, er hing zum Glueck noch in den Verspannungsseilen!

Zwei Tage lang war ich sehr deprimiert, denn ich wusste nun nicht mehr, wie ich ohne Kran den Generator herunterbekommen sollte. Ich konnte das Ganze ja nicht so stehen lassen und einfach ohne Loesung des Problems nach Deutschland zurueckkehren.

Das 15cm starke Mastrohr aus verzinktem und versiegeltem Wasserrrohr war auf halber Hoehe mit einem Gewinde mit dem unteren noch breiteren Sockelrohr durch ein Verbindungsstueck verbunden. Nun ist so ein Rohr an der Stelle, wo das Gewinde hineingeschnitten ist, nicht mehr 5mm stark, sondern nur etwa 3mm oder weniger. Zudem, was man von aussen nicht sehen konnte, hatte sich trotz dicker Fettschicht Rost ins Gewinde gefressen, weil immer Regenwasser am lackierten Rohr nach unten lief. An der weissen Farbe des Rohrs waren keine verdaechtigen Rostspuren zu sehen! Um es kurz zu machen, das Rohr war an dieser Stelle im Gewinde ganz abgebrochen, wohl schon seit dem letzen Orkan unbemerkt, und hatte die ganze
Zeit nur in den Drahtseilen der Verspannung aufrecht stehend den Eindruck von guter deutscher Wertarbeit erweckt!

Beim naechsten Sturm oder bei einem Seilbruch waere dann sicher das boese Erwachen gekommen! Gut, dass ich alles noch vorher abbauen konnte. So konnte unser Ansehen im Ausland noch einmal gerettet werden!

Als ehemaligem Seemann faellt einem fuer ein Problem dann doch meistens eine Loesung ein. Ich wollte mir wegen der Gefahr fuer Leib und Leben fuer andere von niemandem helfen lassen, andererseits konnte ich auch keinen Kran dort einsetzen, da war kein Zugang dafuer. Ich schiente also das Mastrohr mit mehreren langen Balken wie ein gebrochenes Bein, nur viel stabiler und nach der Erholung vom ersten Schreck schaffte ich es dann zwei Tage spaeter doch noch mit Hilfe der Leiter den Generator herunterzuholen und den Turm abzubauen. Dieser Generator ist mit zwei weiteren Reserve-Schweiss-Ringgeneratoren mit allem meinem Hab und Gut in einem 20 Fuss Ueberseecontainer heil in meinem neuen Domizil in Deutschland angekommen und harrt nun dem naechsten Einsatz entgegen. Einen Ringgenerator mit 18! fast faustgrossen kupferbandumfassten Echtmagneten (zum Selbstmagnetisieren) findet man ja nicht so leicht wieder! Allerdings weiss ich noch nicht so recht, was ich damit vorhabe, denn fuer mein kleines Windrad dort war der Generator mehr als 10fach ueberdimensioniert. Vielleicht tausche ich ihn noch um oder mache doch selbst was Groesseres damit.

Na, ja, Ihr habt jetzt eine spannende Geschichte gehoert und werdet das beim Bau Eurer eigenen Anlage hoffendlich nicht in den Wind schlagen!

Gruss, Carl
Carl von Canstein
 

Re: Sturmfestigkeit

Beitragvon trilobyte » Di 27. Jan 2009, 14:47

Hallo Carl

Ich wollte eigentlich eher eine Diskussion anregen wie man das Teil Sturmtauglich hinkriegt, nicht wie unmöglich es ist ,-))

Zurück zum Thema: Was kann man tun damits Sturmtauglich wird?
Muss man es Stillegen oder kann man es laufen lassen?
Helfen ggf Bremsklappen? (Ich meine User Soderica hat sowas an seinem Darrieus Rotor verbaut)
Ist es besser den Rotor Radius nicht allzugross zu machen um die Fliehkräfte kleiner zu halten? Oder ist das kontrapruduktiv weil es dann umso schneller dreht?
Auf was muss ich bei der Materialwahl achten? Welches Material ist widerstandsfähiger gegen Ermüdung? Ist Rostfreier Stahl geeignet? (Das kann ich im gegensatz zu Alu gut schweissen)
Bringt es was den Vorflügel bewusst grösser zu machen? Wie kann man einen Strömungsabriss bei hohen windgeschwindigkeiten erreichen?

usw. ,-)

gruss

Peter
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Re: Sturmfestigkeit

Beitragvon Bernd » Di 27. Jan 2009, 15:54

Hallo Peter
Die Störklappen beim Darrieus wirken bremsend weil dieser Rotortyp mit mehrfacher
Windgeschwindigkeit rotiert. Wenn da eine Klappe ausfährt ist das fast wie beim Flugzeug, das
ist dann eine regelrechte Luftbremse die in ihrem Umfeld auch noch die Anströmung zerstört.

Der durchströmte Rotor rotiert aber nur etwa mit Windgeschwindigkeit und daher dürfte so eine
Klappe nur auf der Gegenwindseite eine Wirkung zeigen. Vermutlich ist diese Wirkung aufgrund
der geringen Drehzahl auch da noch viel schwächer als beim Darrieus.

Der Durchmesser des Rotors scheint für die Fliehkraft relativ egal zu sein. Ein grösserer Rotor
rotiert viel langsamer, hat aber längere Tragarme, beim kleinen Rotor ist es genau umgedreht.
Ich denk mal das die Fliehkräfte genau gleich sein werden

Grössere Vorflügel reduzieren die Drehzahl und steigern die Leistung, so kann man es kurz zusammen fassen.
Im Augenblick dreht der Rotor aber auch mit "normal grossen" Vorflügeln unter "Normalwind" sehr langsam,
es ist fraglich ob man da unbedingt grössere Vorflügel nehmen sollte, denn dann wird die Generatorauslegung
wieder schwierig. Übrigens reduziert ein halbrunder Vorflügel gegenüber einem windschnittigen gleicher Grösse
die Drehzahl ebenfalls erheblich.

Was den Strömungsabriss anbelangt, bisher wissen wir nichtmal ob sich überhaupt in einem nennenswerten
Bereich eine laminare Strömung um den Flügel legt. Das mit dem Strömungsabriss wäre glaube ich eher
was für das Darrieus Prinzip.

Ich möchte aber dennoch nochmal darauf hinweisen, das unser Rotor im Sturm ca. 4 - 5 mal langsamer
rotiert als ein herkömmlicher Darrieus-Rotor. Bei dem Darrieus hätte ich wirklich Angst wenn der auf
Drehzahlen von vielleicht jenseits der 1000 kommt... :(

Grüsse

Bernd
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Re: Sturmfestigkeit

Beitragvon trilobyte » Di 27. Jan 2009, 16:48

@Bernd: also einfach mal Bauen, auf den T3 Schrauben und testen obs das Teil nicht Zerlegt bei 120kmh?

Was ist ein realistischer wert für einen sturm im Flachland?
Ich glaube bei Lothar wurden ca 110kmh erreicht?

gruss

Peter
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Re: Sturmfestigkeit

Beitragvon Bernd » Di 27. Jan 2009, 16:57

Ich glaub ab 30m/s heisst es Orkan, das wären um die 108km/h.
Ich kann ja mal kurz ausrechnen wie schnell (grob geschätzt) der 50cm Rotor dann drehen würde.
Moment...

Also es sollten im Leerlauf ungefähr 15 U/sek sein oder 900/min. (Falls man die bisherigen Messwerte
einfach für so hohe Windgeschwindigkeiten ansetzen kann, aber es geht ja mehr um die Hausnummer)
Das ist schon heftig. Wäre es ein Darrieus wären es aber sogar um die 3000 U/min, owei....

Grüsse

Bernd
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Re: Sturmfestigkeit

Beitragvon Carl von Canstein » Di 27. Jan 2009, 17:12

@Peter: Ich halte es fuer moeglich, den Rotor so zu konstruieren, dass er sich auch bei einem Jahrtausendsturm nicht zerlegt. Das geht aber schwer mit nur einem Tragarm auf eine Fluegellaenge, die vielleicht sogar hoeher ist als der Rotorradius. Meine Blaetter haben die Stuerme dann am besten ueberstanden, wenn sie noch kuerzer als der Rotorradius waren oder man bringt ueber die Fluegellange verteilt zwei oder mehrere Tragarme an. Auch darf die Montage nicht auf kleinster Flaeche als Punktverbindung sondern sollte wirklich so breitflaechig wie moeglich verankert werden. Schau Dir das Knie an Deinem Bein an, dort wird der Knochen auch breiter, die Gelenkkapsel ist ein Hammer gegen den Schenkelknochen. Das sagt dann ja wohl alles, was Du fuer stabiles Bauen wissen musst. Ich wollte Euch auch nicht entmutigen sondern vor allem, dass Ihr meine Fehler (um solche handelt es sich) nicht wiederholt! Gruss, Carl
Carl von Canstein
 

Re: Sturmfestigkeit

Beitragvon Huracan » Di 27. Jan 2009, 17:47

wie was, horizontaler C- Rotor? Da werde ich wach! :shock:

Übrigens als Denkhilfe mal wieder überschlagenes:

sollte ein 9m²-Rotor mit einem 2KW-Generator ausgerüstet sein, bringt das mit 20% Wirkungsgrad und 12m/s Wind gerechnet = ca. 1,9kW Leistung.

Die gleiche Anlage hat jedoch bei einem Sturm mit 20m/s und Nenndrehzahl eine Leistung von ca. 8,6kW zu verarbeiten. (Bei 30m/s sind es dann schon knapp 30kW)

Frage: wo sollen die überschüssigen 6,6kW bleiben? (zur Erinnerung 2kW im Wasserkocher brauchen für einen Liter Wasser keine 2Minuten um es auf 100° zu bringen)

Ich suche da nach einer Lösung, die diesen, wenn auch seltenen Fall, mitnimmt.
Habe auch mal etwas gesehen, was wie ein Quirl im Wasser rührt und somit bei zu viel Drehzahl Wasser erwärmt.
Dazu sind die "Flügel" des Quirls normaler Weise eng an der Achse anliegend, erhöht sich die Drehzahl, zieht die Fliehkraft den Quirl im Wasser auf und er rührt das Wasser warm.
Die Idee fand ich nicht schlecht und sie wird bei mir so, oder in ähnlicher Form sicherlich Verwendung finden.
Die Drehzahlbegrenzung verspricht mir eine gute Sturmfestigkeit, abgesehen von der Konstruktion, die dann im Stand 30m/s abkönnen muß.
Dazu muß ich sagen, daß ich die Energieentnahme vom Rotor am unteren Ende des Mastes eingeplant habe und mir diese Idee somit einfach umzusetzen vorkommt. Bis jetzt.

Bestens H.
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Re: Sturmfestigkeit

Beitragvon Bernd » Di 27. Jan 2009, 21:26

Schöne und realistische Darstellung welche Leistungen bei einem riesigen C- Rotor in etwa
zu erwarten sind. Ja wenn man sich vor Augen hält was bei Sturm für Leistungen im Generator
entstehen dann ist man schon verblüfft.

Leider ist der Leistungsanstieg mit zunehmender Windgeschwindigkeit so furchtbar überproportional hoch.
30KW bei Orkanstärke hört sich gigantisch an, aber man muss ja in diesem Moment nicht 30KW abnehmen,
sondern einen Wert den die dahinter liegende Technik sowie der Generator selber gerade noch verträgt.
Wäre das technisch möglich ?

Irgendwie ist es absurd, gerade dann wenn ein Windrad seine höchste Leistung erbringen kann, muss es
meistens abgeschaltet/begrenzt werden. Wie machen das wohl die Hersteller die explizit in ihren Prospekten
schreiben " keine Sturmabschaltung nötig " ?

Huracan, wie willst du die Welle bis zum Boden herunter bekommen ? Oder denkst du nicht an die
Verwendung eines Mastens ? Ich lese gerade das du doch einen Masten benutzen willst.... Soll sich der ganze
Masten drehen ?

Irgendwie finde ich es auch total blöd, das die Wechselrichter nur in einem engen Spannungsfenster
arbeiten. Gibt der Generator eine zu hohe Spannung ab, dann zerstört er damit den Wechselrichter genau
in dem Moment, da das Windrad seine grösste Leistung erzeugen kann.

Grüsse

Bernd
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