Probleme beim Bau eines grossen Darrieus

[Bernd]

Hallo Leute
Im Kleinwindforum wurde heute der Eigenbau eines grossen Darrieus mit 6m Durchmesser und
6 m Höhe vorgestellt, der leider bislang nichtmal von alleine dreht, geschweige denn
Energie produziert.

Den Bericht finde ich überaus interessant weil er zeigt wie heftig man scheitern kann wenn
man sich rein auf theoretische Grundlagen verlässt, die beim Darrieus nach meiner Auffassung
ohnehin noch weitestgehend offen und längst nicht so erforscht sind wie immer behauptet wird.
Wenn man die Gesetzmäßigkeiten die für einen Horizontalen gelten einfach für einen Vertikalen
einsetzt, dann kommen solche Bauchlandungen zustande.

Die Leute verwendeten das bekannte asymetrische Crome C 220 Profil, das eigentlich für Horizontalläufer
eingesetzt wird.
Nach meiner Einschätzung scheiterten sie bislang unter adneren weil sie insgesamt viel zu wenig Flügelfläche auf
der Kreisbahn angeordnet haben und dadurch nur wenig, zu wenig, Drehmoment erzeugen können.

http://www.kleinwindanlagen.de/Forum/cf ... 666&page=1

Grüsse

Bernd

[homatec]

Hallo Bernd,

eicgentlich will ich hier gar nichts mehr diskutieren.
Es liegt nicht an der Blatttiefe.
Dieser Rotor läuft:

http://www.neuhaeuser-windtec.de/

Diese Firma hat einen klizekleinen Vorsprung. Der zuständige Konstrukteur baut seit knapp 30 Jahren H-Rotoren.


Rechnet doch mal ein wenig wann die Maschine das Drehmoment des Getriebes überwindet. Sobald da eine Böe kommt wird der Rotor ausgebremst.
Außerdem mal nachlesen was ein Getriebe macht wenn es dynamisch belastet wird.

Grüße

Rainer

[Bernd]

An der Blatttiefe an sich liegt es auch nicht, zumindest nicht nur, sondern vermutlich eher an der geringen
Gesamtmenge an Flügeltiefe im Verhältnis zum Rotorumfang.
Man könnte sehr viele winzige Flügel, wie das nur 20cm tiefe Crome Profil einsetzen (sofern das Profil als solches
überhaupt geeignet wäre) oder weniger grössere.
Eine bestimmte Abdeckung muss man aber schon haben wenn man Energie in sinnvoller Menge erzeugen will,
schliesslich kann man mit dem TSR ja auch nicht unendlich nach oben gehen, von den Fliehkräften mal
ganz zu schweigen.
Natürlich geht es auch mit viel zu wenig Flügelfläche, aber man erzeugt dann auch viel zu wenig Energie
wie man ja beim verlinkten Rotor ersehen kann. Er wird dann zum drehenden Kunstwerk, wenn er
überhaupt dreht. Mit abgekoppelter Getriebe/Motoreinheit würde er vermutlich andrehen.

Bei dem irischen Darrieus hat der Rotor nur 3,5% Abdeckung und das was sich daraus an erzeugter
Leistung ergibt ist definitiv zu wenig um einen Generator dieser Klasse zu bedienen.
Es wird schlicht zu wenig Drehmoment erzeugt und über die Drehzahl kann man die Leistung auch nicht
reinholen, denn das TSR ist ja mehr oder minder durch die Profilform vorgegeben.

Der von Dir verlinkte Rotor hat rein optisch beurteilt sicherlich ein mindestens doppelt so
grosses Verhältnis vom Kreisumfang zu Gesamtflügeltiefe wie der bisher gescheiterte irische Rotor.
Da sieht es dann schon mal viel besser aus. Ob das dann aber optimal ist kann ich nicht beurteilen, denn
zwischen "läuft" und "läuft optimal" ist ja auch noch ein weiter Bereich.
Evtl. kannst du uns da genauere Daten nennen ?

eicgentlich will ich hier gar nichts mehr diskutieren.

Warum das ?

Sobald da eine Böe kommt wird der Rotor ausgebremst.

Hmm... bislang dachte ich immer Wind treibt ein Windrad an ? Im Ernst, erklär bitte mal wieso eine
Böe ein Windrad nicht kurzfristig beschleunigen, sondern sogar abbremsen sollte. Das wäre ja ganz bitter.

Außerdem mal nachlesen was ein Getriebe macht wenn es dynamisch belastet wird.

Es arbeitet dann vor sich hin. Es geht schneller kaputt, es verliert an Wirkungsgrad oder was willst du damit sagen ?

Grüsse

Bernd

[homatec]

Hallo Bernd,

das Böenproblem eines Auftriebsläufers:

Gehen wir von einer 1,5 fachen Windgeschwindigkeit aus.
Die Windgeschwindigkeit wird größer, die Drehzahl bleibt aufgrund der Trägheit gleich.
Somit ändert sich schlagartig die Schnellaufzahl um den Faktor 1,5.
War der H-Rotor vor der Böe bei einer Schellaufzahl von 3, dann hat er duch die spontane änderung nur noch 3 / 1,5 = 2.
Mit dieser kleinen Schellauzahl liefert der Rotor kein Drehmoment mehr da Ihm die Stömung im Umlauf abreißt.

Wenn in diesem Moment die Generatorlast anliegt wird der Rotor gebremst.

Höhere Windgeschwindikeit bringt also nur mehr Leistung wenn die Schnellaufzahl konnstant bleibt.
Das gilt für alle Auftriebsläufer. Allerdings ist der H-Rotor hier einer der dynamischten Bauformen.
es entsteht ein sprunghafter Drehmomentaufbau z.b bei 2,5 von 5 % auf 100 %.

Grüße
Rainer

[homatec]

Hallo,

hier noch die passenden Grafiken.
Für den Betrachtungsfall kann das Cp gedanklich durch das Drehmoment ersetzt werden.
http://www.windturbine-analysis.netfirms.com/index-analyse.htm

grpsoliditycp.gif (5.15 KiB) 19993-mal betrachtet

Grüße

Rainer

[Bernd]

Bedeutet das nicht, das die Steuerung den Rotor in einer Böe nur etwas entlasten muss ?
Ein MPPT Regler würde (sollte) das sofort bemerken und entsprechend eingreifen.
Ganz ohne Last sollte der reine Leerlaufwiderstand eines Generators aber keine Probleme bereiten, egal
ob Böe oder nicht und genau das ist ja das was die Leute da gerade ausprobieren.

Nungut, aber eigentlich waren wir ja bei dem Darrieus der gar nicht erst andrehen bzw. nicht weiter
drehen wollte. Hier dürften nicht plötzliche Böen der Grund sein sondern ein konstruktives Problem.
Vermutlich reicht das aufsummierte Drehmoment der Flügel nicht aus den Generatorwiderstand zu überwinden,
und das nicht mal im Leerlauf ohne Nutzleistungsentnahme.
Woran mag das also liegen wenn nicht an zu wenig Flügelfläche auf der Kreisbahn ? (ich glaube immer noch das
das der Hauptgrund ist) Ist das Crome Profil für einen Darrieus völlig ungeeignet ? Was kann es noch für
andere Gründe geben ?

Die Neuhäuser H-Rotoren hab ich mir mal näher angeguckt. Erstaunlich finde ich das es viele mit nur 2 Flügeln gibt.
Als Beispiel hab ich mir mal das 10 KW Modell heraus gepickt.
Der Rotor hat die Dimensionen von 6 m Durchmesser und 5,4 m Höhe, das macht 32,4 m².
Bei 10,9m/s liefert es laut Hersteller 10.000 Watt bei vermuteten 90 U/min (angegebene Rotorhöchstdrehzahl)
Sein daraus errechnetes TSR liegt bei niedrigen 2,6, was ich sehr wenig für einen 2 Flügler Darrieus mit so
schmalen Blättern finde. Kann das stimmen ?
Der Wirkungsgrad liegt rechnerisch bei 38,6 %.

Nunja, was unterscheidet das Neuhäuser Produkt so wesentlich von dem anderen Windrad das ebenso gross ist
und bisher nicht mal von alleine an-oder weiter läuft. Woraus kann sich so ein grosser Unterschied ergeben ?
Ist es die Profilform ? Liegt es daran das die Blätter beim Neuhäuser 3x so tief sind ?

Grüsse

Bernd

[homatec]

Hallo Bernd,

das Problem der Schnellaufzahl ist angekommen.
Daher hat auch der Schwizer Rotor mit Blattverstellung so gute Werte. Dessen Arbeitspunkt liegt bei einer viel kleineren Schnellaufzahl und hat eine Größere Bandbreite.

Über eine MPPT Regelung am Generator bekommst du das nicht in den Griff, ohne die Windgeschwindikeit zu messen.
Nur eine reine Batterieladung wird bei einem H-Rotor nie gehen. (Jedenfalls nichtz mit einem vernünftigen Jahresenergieertrag)

Der 2 Blatt Neuhäuser hat einige Vorteile gegenüber dem 3 Blatt. Wie wir wissen reicht ja eine 1 Blatt Maschine um effizient zu sein.
Derzeit findet ein Test mit dem neuen 5 KW Rotor in Lünen statt. Ich darf hier aber nicht allzuviel preisgeben.
Der beschriebene 10er mit neuem Genarator ist bisher Theorie, die allerdings auf Erfahrung zurückgeht die 39 % halte ich für zu hoch.
http://www.innovations-report.de/html/berichte/energie_elektrotechnik/bericht-3078.html
Der Konstrukteur von Neuhäuser arbeitete 91 bei Heidelberg Motor.
Soweit ich weiß arbeitet der "Wind Willy" immer noch und hat Stürme mit 250 KM/h überlebt.
Bei der Neumayer III wurd eine HWAT installiert.

Nun aber zum Irischen H-Rotor. Ich vermute dass das Getriebe viel zu hohes Bremsmoment erzeugt.
50 NM sind recht kräftig.
Bei Versuchen mit einer anderen Firma hatten wir bei einem 2 m Rotor gerade mal 150 Ncm Anlaufmoment.
Erst mal raus und nur gegen eine Bremse fahren.
Meine Anmerkung bezüglich des dynamischen Verhaltens bei getrieben ziehlt auf die Massenträgheitsmomente . In diesen Formeln steckt immer ein Quadrat. Aus meiner sicht wird ein H-Rotor mit Getriebe nie gehen.
Die Ropatec Konstruktionen sind da dann besser.

Grüße

Rainer

[Bernd]

Ich dachte immer das ein MPPT Regler genau das macht, also z.B. wenn das Windrad seine
Drehzahl senkt, dann nimmt die Regelung die Leistungsentahme zurück und prüft ob nun die
Drehzahl weiter sinkt. Ist das der Fall wird die Leistungsentnahme weiter zurück genommen und so weiter
bis die Drehzahl wieder steigt.

50Nm hört sich wirklich viel an, ich war auch geschockt. Man muss ja bedenken das diese Kraft quasi
"ständig" und "nutzlos" aufgebracht werden muss. Das Getriebe als solches ist daran aber nicht wirklich schuld,
bzw. nur zu einem kleinen Teil. Es liegt schlicht an der nötigen hohen Übersetzung von 1 : 16.
Der Generator selber hat mit 2,8 Nm, bezogen auf sein Verhältnis von Nennleistung und Nenndrehzahl
normale bis günstige Werte. Vielleicht sind besonders leicht anlaufende Generatoren, zb. eisenlose, beim
anlaufschwachen Darrieus einfach zwingend erforderlich ?

Thema Anlaufmoment, gucken wir uns das mal genauer an.
50 Nm Anlaufmoment bedeuten umgerechnet das man jeden der 6m hohen Flügel mit einer Gewichtskraft von
ca. 560 Gramm nach vorne drücken müsste um eine Drehbewegung zu erreichen. Hört sich ja nicht so viel
an und ist es auch nicht. Auch wenn nicht alle Flügel günstig zum Wind stehen sollten, dann sollten bei 15m/s
1660 Gramm "Schub" auf die 3 Flügel verteilt, alle CW-Werte und Widerstandschübe, Auftriebe und Anstellwinkel
etc. mit einberechnet doch drinn sein. Ich meine diese "Startleistung" würde selbst ein 5 jähriger festhalten
können. Sollte so ein grosser Darrieus wirklich sooo schwach im Anlauf sein das ihn ein kleiner
Junge im Stillstand selbst bei sehr stürmischen 15m/s mit der Hand festhalten kann ? .....hmmm..
Ich bleibe bei meiner These, 50 Nm sind nicht viel für so ein riesen Windrad. Daran scheitert es nicht.
Es scheitert daran das die geringe Gesamtflügelfläche keine 50Nm zusammen bringen. Evtl. unterstützt
von einer wenig geeigneten Profilform, das kann ich aber nur mutmaßen, dazu fehlen mir die Erkenntnisse.

Bei Versuchen mit einer anderen Firma hatten wir bei einem 2 m Rotor gerade mal 150 Ncm Anlaufmoment

Das sind umgerechnet nur 1,5 Nm oder anders ausgedrückt statt der 1660 gr. nötigen "Gesamtschub" (alle Flügel
zusammen gerechnet) wie beim irirschen, dann bei diesem 2m Rotor "nur" ca. 150 Gramm Gesamtschub die
in allen Flügeln zusammen gerechnet für den Beginn einer Drehbeweung sorgen würden.

Wer aufgepasst hat hat gemerkt das 1660gr zu 150gr nicht 50Nm zu 1,5Nm entsprechen
Beim kleinen ist es im Verhältnis weit mehr, weil die Hebelarme dort viel kürzer sind, genau 1/3 der irischen.

Setzen wir die Windradfläche ins Verhältnis ( 36 m² beim irischen, vermutete 4m² bei dem 2 m Rotor), dann
sieht es schon gaaanz anders aus. Beim irischen muss jeder m² Windradfläche dafür sorgen das in allen Flügeln
zusammen ca. 46 gr. "Startschub" pro m² Windradfläche entstehen, vorher dreht er nicht an.
Beim 2m Rotor muss jeder der unterstellten 4m² Windradfläche dafür sorgen das 37 gr. Startschub enstehen.
so gesehen also kein grosser Unterschied mehr.

So kann man sich täuschen lassen von hohen Nm Angaben. Bezogen auf die Windradgrösse muss der 2m Rotor
fast genauso starken Anlaufschub pro m² Windrad aufbringen, um die eigentlich gering erscheinenden 1,5 Nm
zu überwinden, wie der irische mit 36m² und 50 Nm.

Meine Anmerkung bezüglich des dynamischen Verhaltens bei getrieben ziehlt auf die Massenträgheitsmomente .
In diesen Formeln steckt immer ein Quadrat. Aus meiner sicht wird ein H-Rotor mit Getriebe nie gehen.

Da kann ich leider nicht folgen was du ausdrücken willst oder warum das nicht gehen würde.

Grüsse

Bernd

[windsau]

Das Rotorblatt vom irischen Darrieus hat eine flache Unterseite. Sieht nach einem modifizierten Clark Y aus. Besser sind Blätter die an der Unterseite (Innenseite des Rotors) im hinteren Bereich eine Hohlwölbung haben (konkav). Besonders für den Start.

[Bernd]

Hier kann man sich das Profil mal aus der Nähe betrachten (oder auch kaufen)
http://www.windenergie-technik-crome.de/ProfilCK220.htm

Grüsse

Bernd