Hallo Atmos + friends,
bin erst später auf das Thema aufmerksam gemacht worden. Vielleicht kommt es trotzdem noch zurecht.
Ist schon bisschen verrückt. Entgegen allen Äußerungen hier bezüglich Solidity nicht unter 10%: Diese Anlage hier
http://www.ewec2007proceedings…lpaper.pdf hat ähnliche Maße wie Eure und geht offensichtlich. Eure nicht. Die 14% mehr Blattbreite wird nicht über Gedeih und Verderben entscheiden. Wie die ihre Solidity mit 0,25 errechnet haben, bleibt allerdings ein Rätsel. Ich komme auf 3,9%.
Vermutlich wurde für TSR 5 aus gelegt. Dass sie dann bei 3,5 gelandet sind mag an etwas zu großer Abbremsung durch Generator und Wechselrichter liegen.
Die Leerlauf-TSR ist übrigens etwa bei 1,6 * Nenn-TSR zu erwarten.
Hier ist zu sehen, welche Streubreite Messungen im Feld haben. Wenn Ihr in Schottland einen Standort habt, wo der Wind ein stetigeres Verhalten auf weist, mögen die Messungen zuverlässiger sein.
Wo also ist der Wurm drin, bei Euch?
Ist die Starthilfe zu gering oder geht das Profil nicht? Zu letzterem später.
Selbstanlauf ist bei der Generatorlösung nicht zu erwarten, aber Ihr startet ja mit dem Generator als Motor. Wäre zu fragen, wie hoch Ihre denn dreht.
Sollte mindestens TSR 2,8 erreicht werden. Unter dem gibt’s partiell ständig Strömungsabriss bei jedem Umlauf, bei kleineren Anlagen wegen der geringeren Reynolds-Zahl in stärkerer Auswirkung, als bei großen. Ich habe mich damit mal auseinander gesetzt:
http://www.angeo-privat.gmxhome.de/Windkraft/Darrieus_X.pdf
Das erklärt auch, weswegen ich die sinnvolle untere Grenze der Auslegungs-TSR bei etwa 3,8 an setze (gesteuerte Darrieus ausgenommen). In der Bö (auch wenn die sich nicht nach Standard verhalten) muss man mit Rückgang der TSR um den Faktor 1,4 rechnen. Es ist nahe liegend, dass ich zulässige Solidity bis 30% für Unsinn halte. Dabei komme ich mit meiner Rechnung auf TSR 2. Ein solches Windrad mag sich im Wind wohl von alleine bewegen, aber es bewirkt nichts. Windanlagen und Wind-Kraft-Anlagen sind nicht automatisch das Selbe.
Übrigens, um endlich zum
Anstellwinkel zu kommen:
Nachdem meine Ausführungen zum Darrieus-Prinzip gesehen wurden, und verstanden, wird wohl keiner mehr 8° Anstellwinkel empfehlen. Zunächst muss man sich erst mal verständigen, wie der definiert werden soll. Ganz korrekt wäre zwischen Profilsehne und Laufbahntangente im Profil-Druckpunkt. Da der aber wandern kann, je nach Anströmwinkel, kann man sich als Bezugspunkt auf die halbe Profilbreite verständigen. Der Unterschied ist bei Auslegung für TSR 5 weniger als 2°.
Besieht man sich Bild 1 in genannter Unterlage, so ist zu erkennen, dass bei TSR 5 aus Anstellwinkel 0° im Luvhalbkreis locker bis zu reichlich 9° Anströmwinkel werden. Im Leehalbkreis ist das etwas weniger. Um das aus zu gleichen, kann man bis etwa 2° Anstellwinkel (nach Außen) vor sehen. Es ist nämlich so: Was auf dem Luvhalbkreis den Anströmwinkel vergrößert, vermindert ihn gleichermaßen auf dem Leehalbkreis.
Diese 2° im Druckpunkt ergeben sich bei Konzipierung für TSR 5 schon bei Anordnung der Profisehnenmitte tangential zur Laufbahn, dort also 0°.
Nun zum Profil:
Das Crome-Profil ist sicher nicht gekauft worden, weil es speziell für Darrieus entwickelt wurde, sondern weil es verfügbar ist. Da im Luvhalbkreis bei dieser Anordnung die Anströmung von der falschen Seite kommt, dürfte es eigentlich nicht gehen (man kann damit beim Flugzeug sicher keinen Rückenflug machen), aber in der Kreisbahn sind Zustände, als wäre der Luftstrom gekrümmt. Da biegen sich Profile virtuell. Wie, darüber habe ich in folgendem Link philosophiert:
http://www.angeo-privat.gmxhom…rrieus.pdf
Dar gestellt sind nur die Skelettlinien, die in der Bedeutung die Profilmitte aus machen.
Besonders günstig scheint der Fall „rot“ zu sein, also Krümmung der Skelettlinie entsprechend Bahnkreis. Nur daraus wird in der Kreisbahn von der Wirkung her ein symmetrisches Profil. Eigentlich müsste man umgedreht heran gehen und z.B. ein NACA 0021 auf die Kreisbahn biegen, und das dann für die Flügel verwenden, aber das hat wohl noch keiner gemacht. Ist auch durchaus konstruktiv schwierig.
Dadurch, dass die gerade Unterseite vom CK 220 virtuell eine Krümmung zum Drehzentrum bekommt, sollte sich da irgendwas an Auftrieb tun, auch im Luvhalbkreis. Wenn nicht, war die ursprüngliche Krümmung möglicherweise zu groß und kann nicht ausreichend kompensiert werden.
Anordnung nach Fall „blau“ ist erwägbar, bleibt aber gewagt. Immerhin ist eine Fa.. die das versucht hat, vor Kurzem Pleite gegangen. Wollten aber auch mit zu großen Flächen bei TSR um 2,5 ernsthaft Windenergie gewinnen.
Vielleicht hat das aber auch was Gutes, dass Euer Windrad noch nicht in Gang gekommen ist. Bei einer 30kW-Anlage werdet Ihr keine Anfänger sein, trotzdem die Frage, wie sieht es denn aus mit der Sturmsicherung?
Die Drehzahl sollte auch bei Sturm nicht wesentlich höher gehen, als die Nenndrehzahl von 15m/s. Läuft sie im Sturm ungebremst hoch, zerlegt sich das Ganze, denn die Wirkung der Fliehkräfte ist dann wesentlich höher, als die der Windkräfte! Als Generatorbremse ist eine Anordnung mit Riemengetriebe aber nicht sicher. Rippenbänder können durch rutschen. Auch Zahnriemen können gerade in dem Moment reißen, in dem sie gebraucht werden. Immerhin ist das Kurzschlussmoment wesentlich höher als das Nennmoment.
Da sind Generatoren mit eisenlosen Wicklungen übrigens im Vorteil, da es keine Sättigungseffekte gibt. Lastkraftrippelarme Generatoren sind hingegen inzwischen möglich, auch wenn die Spulen auf Eisen gewickelt sind.
Soweit, so gut, bei Riementrieb braucht Ihr noch eine mechanische Bremse, die auch richtig angesteuert wird, um Überderehzahlen zu vermeiden.
Selbst für Abregeldrehzahl muss die Festigkeit der Komponenten nach gewiesen sein. Entweder man simuliert die Kräfte für den worstcase mit Sandsäcken, dabei Achse waagerecht, oder es wird die Festigkeit elegant mit der Finiten-Elemente –Methode (FEM) simuliert. Falls nicht bekannt, so hilft in diesem Fall ein nachschlagen bei Wikipedia.de nicht. Was da steht, mag mathematisch richtig sein, macht aber nur müde.
Es handelt sich um die virtuelle Aufteilung der Geometrie in eine große Zahl ausreichend kleiner Teilelemente. An dessen Berührungspunkten, Knoten genannt, werden die Belastungsgrößen ermittelt und zur Rechnung weiter gegeben. Der Rechner wird dabei echt zu dem, wie er heißt. Diese kleine Simulation einer Flügelhälfte für einen Darrieus für den Generator der Black 300 hat 1,5h gedauert!
MPa entsprechen N/mm²
Neben Kräften, Gewichten und Winddrücken können auch die Wirkungen der Fliehkräfte simuliert werden. Als Ergebnis bekommt man Verschiebungen, Durchbiegungen und vor allem mechanische Spannungen. Letztere richtig zu bewerten, ist dann Aufgabe des Ingenieurs. Ergebnis ist dann: Hält oder hält nicht. Dabei kann man erwarten, dass der Fehler nicht höher als 10% ist, wenn alles richtig gemacht wurde.
Ich kann mit solcher Simulation behilflich sein. Grundlage dafür ist eigentlich eine 3-D-Konstruktion, um gewandelt ins SAT-oder Step-Format. Wenn Ihr so etwas nicht habt, so genügt nur für den Flügel (um den geht es ja hauptsächlich) auch ein 2D-Profilschnitt im DXF-Format.
Fazit:
1. Wenn Ihr mittels Generator als Motor auf genügend hohe TSR an treibt, müsste das Teil zumindest ohne Lastabnahme weiter laufen, denn Lastkraftrippel dürften sich nicht aus wirken, wenn erst mal in Schwung gekommen.
2. Gelingt das wirklich nicht, so müsst Ihr das Crome-Profil mal entsprechend der Kreisbahn gebogen skizzieren und das Ergebnis aerodynamisch diskutieren
3. Mit marginalen Anstellwinkel-Veränderungen, lassen sich die Profilwirkungen entweder im Luv- oder im Leehalbkreis ggf. verbessern und auf einander an gleichen.
4. Wenn Ihr trotz Allem die Tensidity erhöhen wollt, so schlage ich vor, 3 zusätzliche gleiche Flügel vor zu sehen. Kommt dem Design mit dem relat. dicken Mast auch entgegen.
Insgesamt 5 oder 7 Flügel mögen zwar etwas besser sein. Ist aber auch konstruktiv in der Nachrüstung komplizierter.
Habe so etwas übrigens schon laufen gesehen.
Die viel beschriebenen Verwirbelungen in Lee sind nicht so groß wie oft beschworen. Da irrt auch die Fachwelt. Hinter einem Flügel, an dem die Strömung sauber an liegt, gibt es bis auf die Randwirbel gar keine nennenswerte Verwirbelung, wohl aber eine Wellenbewegung. Luft, die komprimiert wurde, will auch wieder expandieren, so man sie lässt.
Das vorteilhaft zu nutzen gelingt bisher wohl nur den Vögeln, wenn sie in Keilform fliegen.
5. Wenn eine Festigkeitssimulation nach der FEM-Methode benötigt wird – ich kann helfen.
Am Ende noch einen Link zu einem interessanten skandinavischen Forum zum Thema, aber Achtung, Ladezeit ist selbst mit DSL recht lang! Die haben gleich am Anfang eine Darr.-Berechnung für das Profil DU-W-06-200, obwohl sie letztendlich ein völlig anderes benutzt haben. Es scheint also eine entsprechende Software zur Darr.-Berechnung zu geben. Wer die auf reißt, wenigstens auf Englisch und möglichst preiswert, bekommt einen virtuellen Orden.
http://www.maskinisten.net/vie…&start=all
So, das ist eine ganze Menge Holz. Dafür habe ich ein halbes Jahr nichts geschrieben. Was eh klar ist bitte überlesen!
Gruß vom Windfried
Auch wenn mann die richtige Zutaten hat, braucht mann eine rezepte um eine gute Gericht zu kochen 
(jaja ich weiß franzosen...X-)) )
