Warum aktiver H-Rotor?

Warum aktiver H-Rotor?

Beitragvon seb » Do 3. Mär 2011, 22:25

Hallo an Alle,

Basierend auf dem Wissen, daß der Flügel eines VAWT aus etwa +/- 27 Grad angeströmt wird und die meisten Flügelprofile derart hohe Anströmwinkel nicht vertragen, liegt der Schluss nahe, die Flügel in günstigere Anstellwinkel zu bringen....wo keine Strömungsabrisse provoziert werden.
Daher macht ein aktiver Darrieus sehr viel Sinn!

Hier nochmal eine Grafik zur Visualisierung des "Pendelns" des Anstellwinkels:
relat.Windrichtung.jpg
relat.Windrichtung.jpg (21.37 KiB) 12673-mal betrachtet


Und hier noch etwas nach dem selben Prinzip, nur als "umgekehrte" Funktion- als
Schiffsantrieb: (fein zum Spielen :D )
http://www.voithturbo.de/media/iVSPVoit ... gramm3.exe

Die Mechanik für ein Windrad ist um einiges einfacher! Ich versuche mal eine Animation dazu zu
erstellen...

Die Firma "Envergate" stellt nach diesem Prinzip ihre VAWT her.

Mir stellt sich die Frage:
Rechtfertigt sich der Aufwand dieser "Mehr"-Mechanik durch Steigerung des Wirkungsgrades?????
Hat jemand da Erfahrungswerte?

Viele Grüße

Sebastian
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Sebastian


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Re: Warum aktiver H-Rotor?

Beitragvon homatec » Fr 4. Mär 2011, 16:51

Hallo,

schau dir mal dies Filchen an
http://www.youtube.com/watch?v=C3a6LAzNsds
Achtung hat 30 min.
Das kommt dabei raus wenn Hubschrauberleute eine VWAT bauen.

Generell zu deiner Frage.
Ja die Blattverstellung strigert den Gesamtwirkungsgrad erheblich.
Das liegt an dem wesentlich größeren Bereich der Schnellaufzahl der zumr Drehmomenterzeugung genutzt werden kann.
Nie vergessen wenn eine Boe kommt sinkt die Schnellaufzahl.
Der H-Rotor braucht aber mindestens 3-4 um keinen Strömungsabriss zu haben.
Die von dir beschriebne TSR 2 Betrachtung geht nicht!

Von Bruno im Kleinwindanlagen Forum bibt es eine Bauanleitung für einen H mit Windfahne.

Grüße
Rainer
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Re: Warum aktiver H-Rotor?

Beitragvon Bernd » Fr 4. Mär 2011, 17:26

Ich weiss nicht wieso immer wieder behauptet wird das ein H-Rotor immer mit einem TSR von 4 (oder mehr) laufen sollte.
Mir ist nicht ein H-Rotor bekannt der so ein hohes TSR nutzt und dabei noch effektiv arbeitet, ausser denen in Simulationen. :)
Je höher das TSR wandert, desto nachteiliger sind die Einflüsse der Tragarme, weil deren Dimensionen dann im Verhältnis zu
den immer kleiner und filligraner werdenden Flügelblättern stärker ins Gewicht fallen. Bei einem HAWT hat man dieses Problem
bei einem hohen TSR nicht. Das aber nur nebenbei.

Alle mir bekannten in der Praxis laufenden und nennenswert effektiven H-Rotor Modelle funktionieren bei einem TSR von gut 2 bis ca. 3
Auch die Rotorblätter auf meinem Prüfstand rotieren in etwa mit einem TSR von ca. 2,5. (keine genaue Messung möglich)

Vielleicht ist es aber auch nur ein Bemaßungsfehler ? Wenn wir das TSR auf der Gegenwindseite angucken ist es höher als
das auf dem Weg quer zum Wind oder mit dem Wind.
Ich gebe daher für das TSR eines VAWTs immer den Wert an der sich aus dem Vergleich der Geschwindigkeit des Rotorrandes
zu der Geschwindigkeit des Windes ergibt.

Grüsse

Bernd
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Re: Warum aktiver H-Rotor?

Beitragvon Bernd » Fr 4. Mär 2011, 17:50

Hatten wir dieses Black Hawk Windrad hier nicht schonmal besprochen ? :roll:
Oder es war im Amiforum, kann auch sein.

Ich habe den Sinn der Blattverstellung noch nicht ganz verstanden.
So wie ich ihn verstehe ist es eine Art " Anti Aufschwing - Anti Pendel Einrichtung".
Ich verstehe es so das die Selbstverstellung dazu führt das das Windrad immer schön in einer Ebene läuft.
Die Verstellung bügelt eine Eier-Bewegung selbstätig aus.

Einen energetischen Vorteil, wie eine Verstellung abhängig von der Position im Kreisumlauf, kann ich
nicht entdecken. Habe ich etwas übersehen ?

Grüsse

Bernd
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Re: Warum aktiver H-Rotor?

Beitragvon homatec » Fr 4. Mär 2011, 19:23

Hallo Bernd,

Das Black Hawk Windrad nutzt die Pendelbewegung um die Blätter anzustellen.
Das ist ganz schön tricki um erst mal durchusteigen, dann wird klar wieso das genauso funktioniert wie mit einer Windfahne.

So jetzt aber generell zur Schnelllaufzahl. Wir sind uns einig dass ein H-Rotor eine Mindestgeschwindigkeit benötigt um den Anstellwinkel der Blätter in einem Bereich zu halten bei der die Strömung nicht abreißt.

Erstaunlicher weise konnte die Firma Innoenergie mit Ihrem Rotor im Windkanal auch bei TSR 2,5 Leistung abnehmen. Auf einem Hausdach in San Bartolome auf der Insel Lanzarote sah dass dann schon ganz anderst aus. Es war in der recht verwirbelten und böigen Umgebung keine Lastabnahme aufgrund einer langsamen Regelung möglich !! Sobald Last anlag und eine Boe kam Stand der Rotor.
Im nachhinein logisch: Zu kleine TSR -> Strömung reißt ab -> kein Drehmoment = Vollbremsung.

Wenn du jetzt aber mit 4 als Nenngeschwindigkeit fährst und dann eine doppelte Windgeschwindigkeit von den Boe bekommst bleibt der Rotor auf Drehzahl. Trotzdem sollte meiner Meinung nach die Last weg in der Boe.

Wenn jetzt aber die Anstellwikel um ca +/-3 nachgestellt werden hast du schon bei ca. TSR 1,5 -2 Drehmoment.
Das ist das ganze Geheimnis.

Hast du schon mal getestet ob du im Freiland ähnliche Meßwerte wie im Windkanal erzielen kannst?

Hier noch mal die Grafik. (Cp ist proportional zum Drehmoment)
Quelle: http://www.otherpower.com/windbasics2.html
TSR-CP.jpg
TSR-CP.jpg (23.46 KiB) 12626-mal betrachtet


Grüße
Rainer
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Re: Warum aktiver H-Rotor?

Beitragvon homatec » Fr 4. Mär 2011, 20:55

Hallo,

Hier noch ein lesenwertes Patent.
US 5518367_Cross_wind_axis_wind_turbine.pdf
Giromill mit Stellflügeln
(284.15 KiB) 321-mal heruntergeladen

Der Anmelder schreibt noch bei Yahoo in der Gruppe small-wind-home

Grüße

Rainer
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Re: Warum aktiver H-Rotor?

Beitragvon Bernd » Sa 5. Mär 2011, 00:59

Das Black Hawk Windrad nutzt die Pendelbewegung um die Blätter anzustellen.
Das ist ganz schön tricki um erst mal durchusteigen, dann wird klar wieso das genauso funktioniert wie mit einer Windfahne.


Du hast also den Sinn dieser Erfindung erfasst, ich habe es leider noch nicht. :)
Erkläre uns/mir doch bitte mal mit wenigen Worten wo der Sinn liegt. Ich meine jetzt nicht " Der Sinn liegt im Anstellen der Flügel " :)
Sondern ich meine was möchte der Erfinder bezwecken ?
Das die Taumelbewegung zu einer Flügelanstellung führt ist offensichtlich, aber warum ?

Ich verstehe es nach wie vor so das der Flügel eine Taumelbewegung durch aktives Anstellen eigenständig ausgleichen kann, mehr nicht.
Liege ich falsch ?

EDIT:
Ich glaube nun das die Erschaffer hoffen das der Wind das Kegelförmige Windrad aus der horizontalen Drehebene drückt.
Dabei sollte das Windrad aus Windrichtung gesehen vorne herunter gedrückt werden und hinten "den Arsch hoch" heben.
Die Hochachse des Windrades neigt sich also in Windrichtung.
Wenn ich da richtig liege dann wage ich stark zu bezweifeln das so etwas so ausgeprägt funktionieren würde das es
zu einer ausreichend starken Verstellung der Blätter im Umlauf führen würde. Zudem dürfte der Effekt stark von der
Windstärke abhängen. Bei wenig Wind hat man vermutlich kaum mit einem positiven Effekt zu rechnen.
Ich könnte mir auch vorstellen das das ganze nur sehr träge auf wechselnde Wndrichtungen reagiert, denn der Rotor
dürfte einen ausgeprägten Kreiseleffekt besitzen.

Mal ganz nebenbei bin ich nicht sicher ob diese Konstruktion auch schon mal bei Orkanstärke getestet wurde.
Die Rotorblätter einseitig gelagert in den Wind zu hängen finde ich schon ganz schön mutig. ;)

Grüsse

Bernd
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Re: Warum aktiver H-Rotor?

Beitragvon Bernd » Sa 5. Mär 2011, 08:03

Sobald Last anlag und eine Boe kam Stand der Rotor.
Im nachhinein logisch: Zu kleine TSR -> Strömung reißt ab -> kein Drehmoment = Vollbremsung.

Das ist ein gern genannter Mythos das ein Windrad durch böenbedingtes verändern des TSR seine Drehzahl reduziert
oder gar stehen bleibt. Tatsächlich kann ein Windrad durch eine Böe deutlich aus dem Peakpoint seiner Leistungskurve
herausgebracht werden weswegen sein Wirkungsgrad dann mehr oder minder stark sinkt. Tatsächlich steigt durch die Böe
aber gleichzeitig natürlich auch der Energiegehalt des Windes stark an z.B. um das 8 fache wenn die Böe mit der doppelten
Windgeschwindigkeit daher kommt. Das wird dabei immer gern vergessen!
Im Resultat erzeugt der Rotor in der Böe TROTZ (stark) gefallenen Wirkungsgrades weitaus mehr Leistung als zuvor, er beschleunigt
und das nicht gerade schlecht. Es ist auch genau das was man an Windrädern in der Realität beobachten kann die bei konstanter
Last von eine Böe getroffen werden.
Ich sah bislang noch keins das durch eine Böe langsamer geworden oder gar stehen geblieben wäre.
Natürlich habe ich aber auch nicht alles gesehen was es so an Absonderlichkeiten gibt.

Zum hohen, angeblich nötigen TSR damit die Ströming nicht abreisst und Leistung erzeugt werden kann.
Theoretisch klingt das natürlich alles völlig logisch, aber in der Praxis haben sich solche Windräder mit hohen TSR nicht bewährt.
Nicht nur das sie ein sehr schlechtes bis sehr sehr schlechtes Anlaufverhalten zeigen, auch erzeugen ihre filigranen Miniflügel
im Jahresschnitt wenig nutzbare Leistung. Zum Teil mag das auch daran liegen das sie "Mimosen" sind die nur unter Idealbedingungen
eines Windkanals ihre Höchstleistung abgeben können. In der Praxis kann der Ackergaul mehr von nutzen sein als das Rennpferd.

Schau dir mal den Test in Holland an. Er ist ein gutes Beispiel dafür das H-Rotoren mit einem hohen TSR im Realbetrieb nur sehr
wenig Nutzleistung erzeugen. So hat das nach allen Regeln der (theoretischen) Kunst konzipierte "Turby", das von Anhängern der
"Miniflügel - hohes TSR" Fraktion gerne stolz als Musterbeispiel guter Konstruktion genannt wird, mit Abstand die schlechtesten
Testergebnisse gezeigt.
Die Ergebnisse waren sogar so schlecht das man sich als VAWT Anhänger nur dafür schämen kann.
Dafür ist es umso teurer, es ist ja ein Hightech Windrad. ;)

Das krasse Gegenteil, ein H-Rotor mit grossen (für mich zu grossen) Flügelblättern und einem TSR von unter 2 hatte
hingegen gute Praxiseigenschaften und mit die höchste Kilowattanzahl der getesteten VAWTs im Testzeitraum erzeugt.
Das liegt nach meiner Einschätzung zumindest zum Teil wohl auch an den viel unkritischeren Lauf- und vor allen Anlaufeigenschaften
seiner grossen Flügel. Vielleicht erntet es in der Spitze weniger, dafür im Jahresdurchschnitt mehr.
"TSR von 2 kann man vergessen" kann so also auch nicht ganz stimmen.

Man darf die Theorie nicht soweit treiben das man nur noch an eine Sache denkt. Ein Windrad hat auch Starteigenschaften,
Beschleunigungseigenschaften (gerade die werden gerne ignoriert) und eine mehr oder minder breitbandige oder eben leider manchmal
auch zu spitze Leistungskurve und und....... und ein VAWT kann auch mit einem TSR von nur 2 im Jahresschnitt mehr Leistung erzeugen als
eines mit einem TSR von 4 oder 5, das ist mal Fakt. Nicht jedes VAWT muss zwingend erst bei einem TSR von 3 oder 4 beginnen zu arbeiten.
Da spielt auch die Profilgeometrie eine Rolle und viele andere Faktoren.
Rainer wenn das alles so einfach wäre hätte das Turby wohl mit Abstand die besten Resultate im Test geholt. :(

Vielleicht gelingt uns ja zusammen hier im Forum das Wunder ein schnell drehendes VAWT zu entwerfen das nicht nur im Windkanal
gute Leistungen zeigt sondern auch in der Praxis besteht. Ob ich allerdings die Fliehkräfte eines TSR von 4 oder gar mehr haben
möchte ist eine andere Sache. ;)


Grüsse

Bernd
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Re: Warum aktiver H-Rotor?

Beitragvon Bernd » Sa 5. Mär 2011, 08:48

Noch was, diese 50 Jahre alte Grafik da oben sollte man eigentlich gar nicht mehr zeigen, auch wenn sie überall
umher kursiert. Die Kurven sind doch recht "pauschalisierend" durch den Erschaffer der Grafik geformt worden.
Das Problem ist nämlich das jeder denkt das das gezeigte da 100% Fakt ist und immer genau so zutreffen muss.

Ich denke aber das da nicht alle Kurven wirklich zutreffend sind zumindest nicht die des Darrieus.
Wenn dessen Kurve immer so verlaufen würde wie dort in magenta eingezeichnet, dann hätte ich auf meinem Teststand
niemals die Ergebnisse messen können die ich nunmal messen konnte bzw. hätte ich nicht 1,6 Watt und damit die höchste
jemals durch mich auf dem kleinen Teststand und seinen Ventilatoren gemessene Leistung ermitteln können,
sondern schlicht 0 Watt.
Vielleicht gilt die Kurve für den zwiebelförmigen Ur-Darrieus aber mein H-Rotor hat keine so extrem spitze Leistungskurve
die so extrem spät beginnt und so krass zum geringen TSR hin abfällt.


Grüsse

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Re: Warum aktiver H-Rotor?

Beitragvon Bernd » Sa 5. Mär 2011, 09:32

Ihr merkt ich habe einen Schreibflash. :)

Vielleicht wäre im Hinblick auf das Thema aktive Blattverstellung am VAWT auch die Kontruktion des amerikanischen
Tüftlers Sharp einen Blick wert. Bei seinem " Sharp VAWT " verstellen sich die Flügel selbstätig ohne das eine Mechanik
zum Einsatz kommt.
Zu diesem Zweck sind die Flügel drehbar an der Vorderkannte gelagert, fast wie bei einer Fahne.
Der Clou ist ein Gegengewicht das über die Lagerung vor den Flügel hinaus ragt.

Nach Angaben des Mr. Sharp ist seine Konstruktion JEDEM anderen Windrad haushoch überlegen.
Es kann 50% mehr ernten als das beste andere und bla bla bla...............
(Es ist der Typ von dem ich neulich erzählte der jeden Eid schwört das seine Idee den höchsten Wirkungrad der Welt hat,
obwohl er in über 30 Jahren nicht eine einzige Messung gemacht hat)

Trotzdem ist der Typ nicht unintelligent sondern nur verblendet. Seine Konstruktion erscheint aber simpel und durchdacht.
Seine Konstruktion ist mechanisch sehr einfach zu realisieren und nachzubauen.
Auch das Anlaufverhalten soll sehr gut sein was ich mir sogar vorstellen könnte.
Leider neigt der Gute dazu immer extrem viel Text zu schreiben (sogar mehr als ich :) ) was seine Ausführungen nicht unbedingt
verständlicher macht. Hier die Kurzfassung seiner Technik, es gibt noch ein 30 Seiten Dokument.

http://www.windgen.org/Sharp_Cycloturbine.pdf

Grüsse

Bernd
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