Innerer Aufbau eines Flügels der Firma Ropatec

[thowabu]

Hallo Ekofun,

wir reden hier nicht von 50 kg.
Ropatec´s Kennwerte zum Rotor von deren WebSite:
---
Nennleistung: 6.000W
Durchmesser und Höhe: 4,7m x 2,5m
Gewicht: 760 kg
Cut-in: 3m/s
---

Das ist schon (k)ein kleiner Brummer !
Es geht auch primär nicht um die Kinetische Energie des Rotors.
Wir haben hier ein Problem mit den Fliehkräften !

Ausserdem wurde das Windrad bei 12m/s automatisch per Generator (!) runtergebremst.
(Website Betreiber)
Da frage ich mich doch nach der Mech. Bremse...
Wenn der Rotor steht müssen exakt 0W Leistung verbraten werden.
Lediglich das Haltemoment (bedenke : Haft- anstelle von Gleitreibung der Bremse und das Drehmomentverhalten der Auftriebsläufer)
Allerdings Griff die Generatorbremse (steht so auf deren Website) bei den Böen nicht mehr und das Teil drehte hoch.
(eine Mech. Bremse wird nicht erwähnt !?!)

Das Teil hat mehr Durchmesser als Höhe.
Je grösser der Durchmesser -> grösseres Omega -> grössere Fliehkraft.
Die Masseverteilung kenne ich nicht, für eine theoretische Betrachtung aber auch egal.
Schätze aber das meiste geht in Richtung Lagerung und Generator.
Vielleicht 15% bei den Flügeln.

Fzentrifugal = m*Omega^2*r (für einen Massepunkt!)

Meine Schlüsse aus der Formel :
- Das Omega geht quadratisch in die Gleichung ein, welches Linear zur Drehzahl ist...
Je schneller wir uns drehen umso <Quadratisch> grössere Kräfte müssen wir aushalten.
- Je grösser der Massenzuwachs um dem Fz entgegenzuwirken um so mehr lineares Fz wird erzeugt.
- Je kleiner der Radius umso unkritischer wird es.

Wie verhält sich die Massenzunahme für das grössere Fz ?

Wenn man jetzt weiss das der Wind/die Fliehräfte immer einen Angriffspunkt findet (Schwachstelle),
wo würdest Du eine Sollbruchstelle anbringen ???

PS: Ja eine Bremse kann ausglühen und Fading gibt es auch. Aber Du hast jede Menge Wind zur effektiven Kühlung Ausserdem ist hier auch eine Brems-regelung- angebracht.
PPS: Ja, das ist auch passiert ! Die anderen Mäste sind auch abgeknickt. Deshalb ist es auch gut das mein Rohr aus duktilem Mat ist...
PPPS: Rotationsengerie des Körpers : Erot = 0.5 I * Omega^2 <-- Da ist schon wieder ein hässliches Quadrat !

[HRotorland]

Hallo Thowabu,

"Vielleicht ist es auch gut das sich "nur" der Flügel verformt und der rest der Aufhängung heil bleibt.
Somit bleibt der Unfall eher lokal ?!?"

Zuerst hab ich gedacht, dass deine Denkweise korrekt ist. Aber ich hab nachgedacht, was ist wenn diese verformung bei großen umfanggeschwindigkeit aufträt? Natürlich nicht symmetrisch bei jeden Flügel, sondern kaotisch...dann kann so große Umwucht auftreten, denke ich, was den ganzen Rotor zerrissen kann.

"Je grösser der Durchmesser -> grösseres Omega -> grössere Fliehkraft."

wie kommt das raus? Soviel ich weiss, Umfanggeschwindichkeit hängt von Flügelgeometrie an (wenn alle andere Parameter die selben sind, also Belastung, windstärke, usw). Mit größere Durchmesser wird Drehzahl kleiner (weil Umfanggesshwindlichkeit die selbe bleibt), dann aber wegen den großeren Durchmesser wird Centrifugalkraft kleiner. Oder irre ich mich damit?

Grüsse,

Roland

Hallo Ekofun,

wir reden hier nicht von 50 kg.
Ropatec´s Kennwerte zum Rotor von deren WebSite:
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Nennleistung: 6.000W
Durchmesser und Höhe: 4,7m x 2,5m
Gewicht: 760 kg
Cut-in: 3m/s
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Das ist schon (k)ein kleiner Brummer !
Es geht auch primär nicht um die Kinetische Energie des Rotors.
Wir haben hier ein Problem mit den Fliehkräften !

Ausserdem wurde das Windrad bei 12m/s automatisch per Generator (!) runtergebremst.
(Website Betreiber)
Da frage ich mich doch nach der Mech. Bremse...
Wenn der Rotor steht müssen exakt 0W Leistung verbraten werden.
Lediglich das Haltemoment (bedenke : Haft- anstelle von Gleitreibung der Bremse und das Drehmomentverhalten der Auftriebsläufer)
Allerdings Griff die Generatorbremse (steht so auf deren Website) bei den Böen nicht mehr und das Teil drehte hoch.
(eine Mech. Bremse wird nicht erwähnt !?!)

Das Teil hat mehr Durchmesser als Höhe.
Je grösser der Durchmesser -> grösseres Omega -> grössere Fliehkraft.
Die Masseverteilung kenne ich nicht, für eine theoretische Betrachtung aber auch egal.
Schätze aber das meiste geht in Richtung Lagerung und Generator.
Vielleicht 15% bei den Flügeln.

Fzentrifugal = m*Omega^2*r (für einen Massepunkt!)

Meine Schlüsse aus der Formel :
- Das Omega geht quadratisch in die Gleichung ein, welches Linear zur Drehzahl ist...
Je schneller wir uns drehen umso <Quadratisch> grössere Kräfte müssen wir aushalten.
- Je grösser der Massenzuwachs um dem Fz entgegenzuwirken um so mehr lineares Fz wird erzeugt.
- Je kleiner der Radius umso unkritischer wird es.

Wie verhält sich die Massenzunahme für das grössere Fz ?

Wenn man jetzt weiss das der Wind/die Fliehräfte immer einen Angriffspunkt findet (Schwachstelle),
wo würdest Du eine Sollbruchstelle anbringen ???

PS: Ja eine Bremse kann ausglühen und Fading gibt es auch. Aber Du hast jede Menge Wind zur effektiven Kühlung Ausserdem ist hier auch eine Brems-regelung- angebracht.
PPS: Ja, das ist auch passiert ! Die anderen Mäste sind auch abgeknickt. Deshalb ist es auch gut das mein Rohr aus duktilem Mat ist...
PPPS: Rotationsengerie des Körpers : Erot = 0.5 I * Omega^2 <-- Da ist schon wieder ein hässliches Quadrat !

[Bernd]

Hallo Roland,
du kannst beim Antworten auf einen Beitrag auch einfach unten den Knopf "Antworten" benutzen, du musst nicht unbedingt auf "zitieren" klicken,
denn das führt dazu das der ganze Text des anderen nochmal mit hinein kopiert wird und die Beiträge dann sehr lang werden.

Mit größere Durchmesser wird Drehzahl kleiner (weil Umfanggesshwindlichkeit die selbe bleibt), dann aber wegen den großeren Durchmesser wird Centrifugalkraft kleiner

Ja das ist richtig. Die Drehzahl geht im Quadrat in die Berechnung ein und der Durchmesser ohne Quadrat.
Je grösser der Durchmesser bei sonst gleichen Aufbau, desto ungefährlicher werden die Fliehkräfte.
Ein kleiner Durchmesser kann durch die dann auftretenden hohen Drehzahlen sehr gefährlich werden.

Grüsse

Bernd

[HRotorland]

Hallo Bernd,

du hast recht, in Zukunft werde ich den antworten Knpof benutzen!

Grüsse,

Roland

[Ekofun]

Hallo Thowabu,

meiner Meinung nach haben wir es mit Centrifugale Kraft und mit Kinetische Kraft zu tun bei Windräder. Bei Centrifugale Kraft wollen Flügel weg fligen,also diese Kraft will Rotor zerreissen.

Kinetische Kraft hat im Betrieb nicht Einfluß auf Windrad,aber bei Bremsung dann kommt die zum Vorschein.
Windrad bei große drehzahl soffort abbremsen ist fast unmöglich(große Windräder),eben wegen enorme kinetische Kraft die vom Masse in Kg und Geschwindigkeit in m/s abhängig ist. F = m * v^2 / 2.

So denke ich das beide Kraftarten sollten berücksicht werden besonderes bei größeren Windräder.Für Flügelaufhängung(befestigung) und für Bremse sollen Kräfte ermittelt werden und danach Materialien aussuchen.
Und Bremsvorgang sollte langsam(weich) aber immer stärker werden so dass Windrad langsam zum Stilstand gebremsst wird.Abruppte Bremsvorgang macht sie kapput,oder Bremse muss Überdimensionirt das Tonnenkräfte aushalten kann.
Wie das technisch gemacht werden soll weiss ich noch nicht,denke aber das Windrad soll nicht unbedingt still werden soll weiter drehen aber so das er nichtdurchleuft.Das erfordert aber eine Bremse die nach Windraddrehzahl reagiert,meiner Meinung nach.

Wie auch immer,bei Windräder kommen viele wichtige Faktoren zusammen die ,wenn nicht beachtet werden, können Windrad zu Schrot machen,wie diese Beispiel vom Ropatec zeigt.

Grüße

Ekofun

[HRotorland]

Hallo Constant,

ich hatte eine Frage für dich, weil diese Meinung interessant finde:

"Schaum in Flügeln und anderen Schwerkraft (mögliche Unwucht) belastete Teilen ist IMMER eine schlechte Lösung. Auch geschlossenporiger Schaum gast noch aus und füllt sich auf Dauer mit (feuchter) Luft."

Denkst du das rein Theorisch, oder hast du Erfahrungen damit? Soviel ich weiss, Schaum ist sehr gut gegen Rezonanz und dinamische belastungen, und gibt mehr stabilität und die Produkt wird steifer damit. Nicht selten findet man Schaum in Propeller inneren. Ein Komposit Propeller -oder andere Teile, zum Beispiel Windrad Flügel - ist geschlossen, und kann nicht vorstellen, wie Luft und Feuchtigkeit reindringen kann. Oder wenn irgendwie Wasser reinkommt, ich denke das ohne Schaum nicht besser wird die Lage, weil dann die Feuchtigkeit ohne Probleme zusammen kommen kann und gibt größeren Umwucht wie mit Schaum gefüllt.

Schaum ist nicht gleichdick, damit bin ich einverstanden, aber zum Besipeil Airex Schaume, was in Luftfahrt benutzt wird ist genügend Stabil und gute Qualität. Ebenso Schaum aus epoxidharz ist sehr stabil und denke nicht das mit der Zeit seinen Gewicht erheblich verliert. Größeren Umwucht gibt versmutzung auf den Flügel ausseren (oder Eis).

Also zusammengefasst bin ich an der Meinung das Schaum hat seinen Zweck in Flügel inneren, man muss nur in gewiss halten, was für Belastungen der Schaum tragen darf, und was nicht.

Freundliche grüsse,

Roland

[Bernd]

Hallo Roland, ich bin genau deiner Meinung.

Grüsse

Bernd

[Constant]

Hallo Roland
Meine Erfahrung ist einige Jahre alt, und bezieht sich ueberwiegend auf PU-Schaum. Die meisten Ergebnisse waren sehr schlecht. Es kann sein, dass der Schaum sich inzwischen verbessert hat. Trotzdem sind Verstaerkungen, immer noch leichter als Schaum, wenn auch sehr viel arbeitsaufwendiger.
Gruss
Constant

[HRotorland]

Hallo Constant,

Aha, dann verstehe ich warum du diese Meinung hast. Ein paar Jahren habe ich auch in der Pu industrie verbracht, und ich weis auch dass PU Schaumen unbeständig sein können. PVC schaum, und epoxidharz Schaum ist viel zuferlässiger und ich bin an der Meinung dass PS schaum ist ebenso gut. PU Schaume benutze ich nur mit polystrene Harzen, in jeden anderen Fall benutze ich etwas anderes.
Man muss nur den richtigen wählen, dann geht alles ohne Probleme.

Freundliche grüsse,

Roland

[thowabu]

Gerade weil die Unwucht aufgetreten ist, ist der Mast umgeknickt und hat deren "Experiment" beendet.
Der Rotor *muss*, da freie -- ohne Last- Drehend, bei ich nenne es mal volle Überdrehzahl gewesen sein.
Jedenfalls war der Rotor nicht mehr bei Nenndrehzahl

Bei den letzten Versionen sind aber keine fetten Brocken durch die Gegend geflogen.
Unwucht ist immer "Chaotisch" und nicht Rotationssymetrisch.

Wie Du am Totalschaden siehst ist die Leerlaufdrehzahl auch von der Windgeschwindigkeit abhängig.
Technisch müsste man nun mit der grössten jemals gemessenen Vwind rechnen.
(glaube 300km/h ??? ca 80m/s )


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Mit größere Durchmesser wird Drehzahl kleiner (weil Umfanggesshwindlichkeit die selbe bleibt), dann aber wegen den großeren Durchmesser wird Centrifugalkraft kleiner


Ja das ist richtig. Die Drehzahl geht im Quadrat in die Berechnung ein und der Durchmesser ohne Quadrat.
Je grösser der Durchmesser bei sonst gleichen Aufbau, desto ungefährlicher werden die Fliehkräfte.
Ein kleiner Durchmesser kann durch die dann auftretenden hohen Drehzahlen sehr gefährlich werden.
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Ja, aber in meinem Gedankenexperiment wollte ich nicht die Rotorgeometrie verändern.
Ich wollte zeigen das es sehr schwierig wird einen Rotor zu bauen der wirklich "Drehzahlfest" wird.

Die Kinetische Energie ist bei einer echten Drehzahlregelung kein Problem.
Du erstickst das Problem sozusagen schon im Keim, bevor es zum echten Problem wird.
Klar das der Rotor die Leistung und die damit einhergehenden Kräfte ableiten muss,
aber wir schiessen hier nicht mit einem Projektil auf einen Flügel !?


PS : @ HRotorland Ja klar wird die Drehzahl mit dem Durchmesser kleiner *aber* wenn Du über die Designdrehzahl kommst, kommst mit quadratischer Abhängigkeit aus dem Bereich der Sicherheitsreserve, oder ?