Darrieus-Rotor 2mx2m

[Sommerregen]

Hallo liebes Forum,

meinen ersten Worten möchte ich den „Machern“ dieses Forums widmen.
Super Klasse was ihr da auf die Beine gestellt habt!!! =)
Nun soll jedoch meine Zeit des mitlesens vorbei sein. Ich möchte mich aktiv mit einbringen.

Ich möchte ein Vertikalwindrad mit einen Darrieus-Rotor bauen.
Ich hoffe ihr könnt mir bei der Entwicklung und Vorbereitung mit eurem Wissen zur Seite stehen.

Ziel sollte so ein ähnliches Windrad sein.

http://cleanvertec.themen-page.at/media ... VT-V10.pdf

Ich möchte gleich die Werte des Durchmessers und der Höhe des Flügels (link) übernehmen. Also Rotordurchmesser 2m, Blattlänge 2m und 3 Blätter.
Als Profil stelle ich mir das hier im Forum besprochene DU 06-W-200 Profil vor. Welches ich später aus Sperrholz herstellen werde. <- Das ist bei Schreinern so =)

Meine ersten Fragen hierzu wären?

Welche Dimensionen sollten die Flügel in der Breite bei so einem Durchmesser von 2m haben?

Desweiteren habe ich keine Antwort darauf:

Wie weit sollte ich die „Helix“ gedreht werden? Gibt es Erfahrungswerte oder ist es gar egal?

Ich würde gern die Profilform des DU 06-W-200 trotz der „Helix“ genau dem Radius anpassen. Gut oder nicht gut?

Wäre es auch ratsam Den Flügel zur Mitte hin nach außen zu wölben? Siehe Link.

http://www.flickr.com/photos/27728235@N ... 899910246/

Welche Vorteile hätte ich dadurch?

Es handelt sich ja um einen Selbstbau. Vielleicht wird die Anlaufgeschwindigkeit trotz der „Helix“ etwas höher. Wäre es sinnvoll über einen Savonius-Rotor im Inneren nachzudenken? Oder würde dieser Savonius-Rotor die Luftströmung des Darrieus-Rotor stören?
Wenn ja welche Dimension sollte der Savonius-Rotor dann haben?

Vielen Dank für eure Hilfe

LG Sommerregen

[Bernd]

Hallo Sommerregen und herzlich willkommen hier im Forum.

Da hast du Dir ja als erstes Projekt gleich ganz schön was vorgenommen.
Zur Rotorblatttiefe würde ich zu ca. 20 bis 25cm tendieren.
Den Flügel tonnenförmig zu formen hätte evtl. Vorteile was die mechanischen Belastungen durch
Fliehkräfte anbelangt. Energetisch wäre es sicher besser wenn der ganze Flügel auf dem äusseren Radius
läuft auf dem bei tonnenförmiger Bauweise nur der mittlere Teil läuft.

Ich würde gern die Profilform des DU 06-W-200 trotz der „Helix“ genau dem Radius anpassen. Gut oder nicht gut?

Das heisst du willst das Profil im Rotorradius runden ?

Wäre es sinnvoll über einen Savonius-Rotor im Inneren nachzudenken? Oder würde dieser Savonius-Rotor die Luftströmung des Darrieus-Rotor stören?

Das käme sicher auf einen Versuch an. Sehr leichtgängig gelagerte Darrieusrotoren sollten ohne Anlaufhilfe auskommen.
Das bedeutet allerdings auch das du am besten nur einen eisenlosen Generator verwenden solltest.

Eins möchte ich noch, bezogen auf den Bau helixförmiger Darrieusrotoren, anmerken.
Prinzipbedingt kann man den Anstellwinkel des Rotorblattes nicht verändern.
Dieser Winkel ist fix und nicht veränderbar was evtl. ein Nachteil sein kann wenn man nicht
gleich beim Bau den idealen Winkel verwendet, denn den idealen Winkel kennt eigentlich keiner so recht.


Grüsse

Bernd

[Sommerregen]

Hallo Bernd, vielen Dank für deine schnelle Antwort.

Ich würde gern die Profilform des DU 06-W-200 trotz der „Helix“ genau dem Radius anpassen. Gut oder nicht gut?

Das heisst du willst das Profil im Rotorradius runden ?

Genau, ich habe das eben mal gezeichnet. Siehe Dateianhang.

Ich erinnerte mich, dass du mal einen Beitrag dazu geschrieben hast. Nach etwas suche fand ich ihn hier wieder: viewtopic.php?f=3&t=414#p5444

Was meinst du nun, soll ich die Krümmung abschwächen? Um wie viel? 1/4, 1/3 oder 1/2?
Hmm, keine Ahnung.
Wenn ich doch nur die Schnelllaufzahl ungefähr abschätzen könnte.

Wäre es sinnvoll über einen Savonius-Rotor im Inneren nachzudenken? Oder würde dieser Savonius-Rotor die Luftströmung des Darrieus-Rotor stören?

Das käme sicher auf einen Versuch an. Sehr leichtgängig gelagerte Darrieusrotoren sollten ohne Anlaufhilfe auskommen.
Das bedeutet allerdings auch das du am besten nur einen eisenlosen Generator verwenden solltest.

Ja, mit dem eisenlosen Generator hab ich mir auch so gedacht. Ich hab da schon paar Ideen zwecks Alternativwerkstoff zu Metall oder Multiplex.
Später würde mir wünschen, dass du mir meinen Scheibengenerator auch mal berechnest. So richtig komme ich damit noch nicht klar.
Aber ich möchte erst einmal den Rotor bauen.

Eins möchte ich noch, bezogen auf den Bau helixförmiger Darrieusrotoren, anmerken.
Prinzip bedingt kann man den Anstellwinkel des Rotorblattes nicht verändern.
Dieser Winkel ist fix und nicht veränderbar was evtl. ein Nachteil sein kann wenn man nicht
gleich beim Bau den idealen Winkel verwendet, denn den idealen Winkel kennt eigentlich keiner so recht.

Ich habe mich nun doch entschieden auf die Helix zu verzichten. Somit könnt den Anstellwinkel später immer noch etwas verändern. Danke für deine Anmerkung.

PS: Wie du im Anhang sehen konntest, habe ich mich für 22cm in der Profiltiefe entschieden. Danke dir.
Das Profil zeigt auch in die richtige Richtung? Der Schwung zur Mitte?

Mir ist nun doch noch etwas aufgefallen. Das Profil, welches ich an den Kreisradius angepasst habe, befindet sich genau Mittig zum Quadranten des Kreises (R=1000mm) weil Anstellwinkel=0 Spitze und Profilende haben den gleichen Abstand zum Kreismittelpunkt. Jedoch ist das bei deinem Beitrag (siehe Link oben) nicht so. Da liegt der Quadrant des Kreises im Profil weiter vorn. Habe ich das dann doch Falsch gezeichnet?
LG
Sommerregen

[Bernd]

Hallo Sommerregen, der Beitrag auf den du dich beziehst ist schon sehr alt. Zwischenzeitlich hat
sich doch einiges getan und es sind neue Erkenntnisse hinzu gekommen.
Heute würde ich vermutlich das Profil nicht mehr auf die Kreisbahn krümmen wollen.
Ich habe gelernt das das Profil im Kreisumlauf wechselseitig von vorne angeströmt wird, mal von
der einen Seite und mal von der anderen Seite, je nach TSR das bei ca. 2,5 liegen dürfte.
Ich bilde mir ein das eine Krümmung auf den Radius bei einer der Anströmungsrichtungen vielleicht
Nachteile ergeben könnte, ich weiss es aber nicht genau.

0 Grad Anstellwinkel wären aus meiner Sicht und meinen bisherigen Versuchen vermutlich ideal.
Das wäre der Fall wenn Profilnase und Heck den gleichen Abstand zur Rotormitte aufweisen.
In alten Beiträgen war das noch nicht berücksichtigt bzw. noch nicht bekannt.

Die Auftriebsseite des Rotorblattes würde ich zum Rotorinneren hin montieren.
Es ist in der Regel die Seite die bei Profilabbildungen nach oben zeigt.

Grüsse

Bernd

[Sommerregen]

Die Auftriebsseite des Rotorblattes würde ich zum Rotorinneren hin montieren.
Es ist in der Regel die Seite die bei Profilabbildungen nach oben zeigt.

Hallo Bernd,

ah ok, also hab ich es doch falsch herum gezeichnet.
Ich werde nun das Profil ohne Krümmung verwenden. Vielen Dank dir.

LG

Sommerregen

[Constant]

Hallo Sommerregen
Du hast dir gleich zu Anfang eines der schwierigsten Projekte rausgesucht. Gut dass du dich zuerst mal ernsthaft informieren willst. Im Prinzip hast du beim Darrieus zwei Möglichkeiten, wobei beide aerodynamisch und dann in der Ausführung sehr unterschiedlich sind aber keine im Endeffekt besser. Möglichkeit 1: Du benutzt ein symetrisches Profil (z.B. DU 06-W-200) oder Möglichkeit 2: ein asymetrisches Profil (z.B. Naca 2415) Um gute Leistungen zu erzeugen sollte dein Darrieus mit Schnelllauf 3,5 bis 4 drehen. Damit beginnen bereits die Probleme mit der Fliehkraft. Ein Profil aus Holz ist mit 200 mm Tiefe oder mehr und (nur) 2 Meter Durchmesser für einen TSR 3,5 bis 4 bereits zu breit. Ein schmaleres Profil (sprich dünneres) ist zwar leichter, aber du hast trotzdem mit Sicherheit Festigkeitsprobleme. Bei einem gleich grossen Flügel und doppeltem Durchmesser hast du zwar die gleiche Geschwindigkeit in m/sec aber nur die halbe Fliehkraft, weil der Radius in die Rechnung eingeht. Schau dir jetzt meine Zeichnung an und stell dir vor es wäre eine Uhr. Mit einen symetrischen Profil kannst du nur Leistung von 10 bis 2 Uhr und von 4 bis 8 Uhr umsetzen. Bei 3 und 9 Uhr werden die Kräfte durch den Mittelpunkt geleitet.
Wenn du einen Anstellwinkel vorgeben würdest, hättest du ggf. höhere Auftriebskräfte. Du kannst dieselben aber nicht nutzen, weil sie IMMER im 90 Grad Winkel zur Anblasrichtung und NIE im Anstellwinkel des Flügels arbeiten. Daran solltest du bei der Auslegung (Festigkeit) der Tragarme denken. Ein symetrisches Profil hat immer einen niedrigeren Auftrieb als ein asymetrisches Profil. Ein positiver Anstellwinkel in einer Richtung (z.B. von 10 bis 2 Uhr) ist auf der gegenüberliegenden Seite von 4bis 10 Uhr negativ. Trotzdem kann ein geringer Winkel von z.B. 1 Grad einen kleinen Vorteil bieten, weil auf der Vorderseite die Windgeschwindigkeit noch höher ist. Es versteht sich dann auch von sebst, dass bei diesem Profil ein Savonius im Zentrum, wegen den Verwirbelungen nur Nachteile bieten wird. Anders bei der Möglichkeit 2. Ein asymetrisches Profil kann NUR Leistung zwischen 10 Uhr und 2 Uhr erzeugen. Auf der Rückseite ist der Anstellwinkel so schlecht, dass du NUR Abbremsung ereichen kannst. (Achtung: sehr ungleichmässige Belastung in den Tragarmen). Also vorne einen Optimalen Anstellwinkel wählen und den Wind MAXIMAL abbremsen. Hier kann dann auch ein Savonius im Zentrum nicht mehr stören, sondern nur noch Vorteile bringen, weil verwirbelter und zusätzlich durch den Savonius weiter abgebremster Wind weniger Reibung am Darrieus Flügel erzeugt, als eine (SCHöNE) Stallbremsung.
Gruss
Constant

[Bernd]

Ein TSR von 3,5 oder 4 wird ein praxisgerechter Darrieus wohl nie erreichen.
Falls doch wird es vermutlich eine Mimose sein die im praktischen Betrieb (Anlauf etc.) versagt.
Wenn ein Darrieus mit einem TSR von 2,5 rotiert so dürfte das nach meiner Einschätzung schon viel sein.
In diversen Simulationen mit unterschiedlichen Blattprofilen lag das jeweilige TSR fast immer in der Gegend
von 2 bis 3, wobei diese Art Simulation immer etwas mehr ausspruckte als real zu erzielen war.
Siehe www.vawts.net

Grüsse

Bernd

[Sommerregen]

Hallo Constant und Bernd,

danke für eure Beiträge!!!

Um gute Leistungen zu erzeugen sollte dein Darrieus mit Schnelllauf 3,5 bis 4 drehen. Damit beginnen bereits die Probleme mit der Fliehkraft. Ein Profil aus Holz ist mit 200 mm Tiefe oder mehr und (nur) 2 Meter Durchmesser für einen TSR 3,5 bis 4 bereits zu breit. Ein schmaleres Profil (sprich dünneres) ist zwar leichter, aber du hast trotzdem mit Sicherheit Festigkeitsprobleme.
Constant

Da es sich um ein Selbstbau und noch dazu mein erstes Windrad handelt, wird wie Bernd schon gesagt hat, die Schnelllaufzahl irgendwo bei 2,5 liegen. Weshalb ich auch einfach mit der Profiltiefe die mir Bernd empfohlen hat arbeiten werde. Ich vertraue da auf sein wissen und die Erfahrung.

Möglichkeit 1: Du benutzt ein symetrisches Profil (z.B. DU 06-W-200)
Constant

Genau so werde ich es machen. Also erst einmal auf den Savonius im Zentrum des Darrieus verzichten. Sollte der Anlauf des Darrieus denn noch nicht von selbst erfolgen, so werde ich den Savonius (ca. 2/3 Durchmesser des Darrieus) einfach unterhalb des Darrieus befestigen. Den Savonius möchte ich so lagern, dass er vom Darrieus mittels Freilauf überholt werden kann. http://de.wikipedia.org/wiki/Freilauf_(Mechanik)
Was meinst du zu meinen Überlegungen?

Abbremsen bei Sturm möchte ich die beiden Rotoren ähnlich wie hier schon im Forum von windikus geschrieben. viewtopic.php?f=3&t=1636&hilit=bremse&start=20
So könnte ich mit dem Darrieus auch den Savonius bei Sturm abbremsen. Ich arbeite jedoch noch an einer Mechanik welche alle Flügel des Darrieus beim Abbremsen 100 prozentig gemeinsam im gleichen Anstellwinkel verstellt.

Es gehört nicht ganz hier hin. Aber sollte ich den Savonius benötigen, würde ich gern folgendes Profil verwenden:
http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Profile-benesh.png

jedoch hab ich nie eine genaue Zeichnung (Maßstabsgetreu oder dxf) des Profils gefunden. Vielleicht kann mir jemand hier im Forum da weiterhelfen.

Meine bisherigen Überlegungen zum Thema Mast. Ich bin der Meinung, dass es für mich am einfachsten ist den Mast selbst mit rotieren zu lassen. Also Darrieus und auch Savonius sind fest am Mast befestigt. Als Material habe ich mich für eine Metallstangestange Ähnlich dem Material einer Gerüststange entschieden. Dieses selbe Material würde ich für die Tragarme des Darrieus verwenden. Nachteil: es schon etwas schwerer. Ich bilde mir nun ein, dass wenn ich den gesamten Mast axial und radial mit sehr hochwertigen Kugellagern lagere, das ein Anlauf trotz des hohen Gewichtes kein Problem ist.

Wie seht ihr das?


PS: Kleinwindkraftanlagen sind meist bis 10m Narbenhöhe Genehmigungsfrei. Jedoch von Bundesland zu Bundesland unterschiedlich. Wie sieht es denn da bei Windkraftanlagen auf Dächern aus? Könnte ich mein Windrad einfach auf mein Flachdach der Scheune (Höhe=11m) befestigen?


Vielen Dank an euch.

LG

Sommerregen