Rotor mit vertikaler Drehachse unter Wasser

Wie macht man das?
 
Carl
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Rotor mit vertikaler Drehachse unter Wasser

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Gepostet: 11.05.2011 - 17:09 Uhr  ·  #1
Man kennt eine Reihe verschiedener Vertikalläufer und weil alle durch die Bank weniger Leistungsbeiwert haben als Horizontalläufer, fragt man sich doch zu recht, warum überhaupt erst einen Vertikalläufer aufstellen? Wirtschaftlich macht er als Kleinwindanlage kaum Sinn, der Bau oder Anschaffung ist meist teurer als Solarzellen, größere Anlagen braucht man auch nicht aufstellen, weil Horizontalläufer groß auch besser sind.

Ganz kleine Durchströmturbinen wie Savonius und andere, die anteilmäßig ihren Antrieb als Vortriebsläufer gewinnen, können manchmal etwas Sinn machen, dort wo extreme Turbulenzen vorherrschen, an Hausecken hinter Bäumen und anderen Hindernissen in der Strömung bringen sie noch Leistung, wenn andere schon ständig falsch angeströmt werden oder in wechselnder Windgeschwindigkeit zu träge reagieren... Aber auch da kann oft mit Solarzelle wartungsfreier und bequemer das bißchen Strom erzeugt werden, was man vielleicht für das Gartenhäuschen braucht. Größere Vertikalläufer müssen extrem stabil gebaut werden, dürfen aber nicht schwer sein, also, was soll´s?

Der H-Rotor von Darrieus mit konventionellen Profilen braucht im Gegensatz zu Durchströmturbinen einigermaßen gleichmäßigen Wind, ihm machen die Turbulenzen zwar auch nicht so sehr zu schaffen wohl aber die wechselnde Windgeschwindigkeit. Weil er relativ wenig Drehmoment hat, dauert es zu lange, bis er wieder auf Touren kommt. Selbst die Helix-Darrieus-Rotoren plagt soetwas noch, obwohl sie von allen Darrieus-Typen diejenigen sind, die am gleichmäßigsten angeströmt werden.

Also Fazit - Vertikalläufer links liegen lassen? Nein! Die Zukunft der Vertikalläufer liegt unter Wasser. Ganz einfach: Erstens weil in den Strömungen in Fluß und Meer 6000 mal so viel Energie enthalten sein soll, wie die gesamte Menschheit verbraucht, Tag für Tag. Und zweitens, weil man für eine InFlow-Technik besser auf Rotoren zurückgreift, deren Drehachse über Wasser liegen kann, während sich bloß der Rotor untergetaucht im Wasser dreht. Wer die Wartungsintervalle bei U-Booten kennt, bei denen Dichtungen wegen Wasserdruck, Korallen- und Algenfraß, Elektrolyse wie auch Korrosion oft zu erneuern sind, weiß, was gemeint ist! Und das Beste, die Strömungsgeschwindigkeiten bleiben immer etwa gleich. Kein Sturm, der einem den Rotor zerlegt!

Deshalb lohnt es sich also, mit Vertikalachsern weiterzu experimentieren. Das muß nicht unbedingt im Wasser sein, mit Wind kann man auch einiges testen, neu erfinden, verbessern und weiterentwickeln. Ich fände es natürlich super interessant, wenn jemand im Wasser schon mit Vertikal-Rotoren erste Erfahrungen gesammelt hat und diese hier zeigen könnte. Ich selber habe einmal aus einer Konservendose einen Savonius-Rotor gebaut und mir in einem Bewässerungskanal halb die Arme abreißen lassen. Also - Wumm steckt da schon bei kleinen Abmessungen dahinter! Übrigens: der Savonius - Rotor muß ganz im Wasser untergetaucht sein. Dann läuft er am besten. Er kann stehen oder liegen, ganz egal, funktioniert immer. Ich bin sowas von gespannt, ob hier jemand neue Ideen hat, wie man in dieser Richtung die Wasserkraft auch dort nutzen kann, wo noch keine Wasserkraftwerke stehen! Am Bach, unter der Brücke, auf einem Floß oder sonstwie. Das ist doch immer sehr spannend. Vielleicht kann man den Amerikanern und Engländern noch was vormachen, denn die experimentieren mit Horizontalläufern und Generatoren, alles einige Meter unter Wasser abgetaucht!

Gruß, Carl
XXLRay
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Re: Rotor mit vertikaler Drehachse unter Wasser

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Gepostet: 11.05.2011 - 21:57 Uhr  ·  #2
Bei großen Fallhöhen sind bestimmt Francis- , Pelton- oder sogar Ossberger-/Banki-Turbinen besser geeignet. Bewegt sich das Wasser aber nahezu waagerecht, kann ein Darrieus- oder Savonius-Design gut geeignet sein. Auf youtube gibt es das ein oder andere Video von Vertikalachsern im Wasser.
Carl
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Re: Rotor mit vertikaler Drehachse unter Wasser

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Gepostet: 12.05.2011 - 08:06 Uhr  ·  #3
Ja klar, ganz eindeutig sind InFlow typische, also langsame Fluß- oder Meeresströmungen für die Nutzung von Durchström-Rotoren gemeint. Der Savonius-Rotor ist bei kleinen Rotorabmessungen m.E. die beste Lösung, er ist dann kompakt und stabil, seine Schwächen - wie Neigung zu Unwucht bei Lastwechseln und Wechselwirkung zur Masse in der Fliehkraft - sind dann noch leicht zu kompensieren und das Bauprinzip ist sowieso einfach und leicht zu verstehen. Obwohl prinzipiell die Baugröße im Vergleich zur Nutzung an der Luft unter Wasser bei den dort eher geringen Drehzahlen größer sein kann.

Auch mit Darrieus-Rotoren und Nacaprofilen wurde schon experimentiert, allerdings ist es möglich, dass Schnellläufer durch den sich dort wegen der hohen Dichte des Wassers bildenden hohen Fahrtwiderstand beeinträchtigt werden. Kennt man ja, das Fahrzeuge, je schneller sie sein sollen, proportional bald mehr PS brauchen, als sie km auf den Tacho bringen!

Andere Lösungen gibt es laut einer Studie von Prof. Nguyen Nimh, der 1978 an der Ecole Politechnique de Thies im Senegal ein Projekt durchführte, bei dem ein damals neuartiger und bis heute weitgehend unbekannt gebliebener Durchström-Rotor mit dem Savonius-Rotor verglichen wurde. Er schreibt: Dieser Rotor ist in seiner Leistung mit einem Beiwert von 0,2 gleichauf mit dem Savonius-Rotor, kann aber mit einer erheblichen Einsparniss an Bauaufwand und Materialkosten hergestellt werden.

Später wurde der "Thies-Rotor", den ich so nenne, weil nicht nachgewiesen ist, wer der Erfinder ist und weil ich keinen anderen Namen weiß, mehrmals neu erfunden, zunächst von Andre Schelleken, der die beim Thiesrotor ähnlich wie beim Darrieus-Rotor linear zur äußeren Drehbahn angestellten Blattelemente dann wieder ähnlich wie beim Savonius-Rotor anwinkelte. Bei allen Varianten waren die Turbinen wie beim Original Savonius oben und unten durch eine kreisrunde Scheibe abgedeckelt.

Der nächste "Neuerfinder" war dann Robert Keding aus Hamburg, der erstmals auf die runden Abdeckelungen verzichtete und einen sehr eleganten Rotor mit Naca-Profilen kreierte, der mit Vorflügeln nach dem Thies-Konzept bei zwar weniger Auftrieb, dafür jedoch umso mehr Drehmoment durch Vortrieb bei Anströmungen aus seitlichen und hinteren Anstellungen erzielte.

Fast zeitgleich kam Serge Gilbert aus Frankreich, er meldete wie Keding sein Patent dazu in den 80 er Jahren an und hatte ein fast identisches Konzept wie dieser, mit dem Unterschied, das Robert Keding versucht hatte, die Flügelrandverluste dadurch zu minimieren, daß er den Spalt zwischen Vorflügel und Nacaprofil von unten nach oben zu verjüngte.

1989 wurde ein weiteres Patent zum "Thies-Rotor" angemeldet, dem Erfinder wurden nach einer kostenpflichtigen (damals 800,00 DM) Recherche beim Patentamt in München die oben angezeigten Vorerfinder genannt (nicht aber das "Thies-Projekt" von Prof. Nguyen Nimh) und da diese bis dahin letzte Anmeldung einige Verbesserungen hinsichtlich der Voranmeldungen aufweisen konnte, wurde 7 1/2 Jahre nach der Anmeldung im Jahr 1996 ein weiteres Patent erteilt, welches inzwischen frei und ohne Lizenzgebühr für jeden nutzbar zur Verfügung steht.

Dieses Patent wurde auch schon hier im Forum vorgestellt, bearbeitet und weiterentwickelt. Ein erster Versuch, in einem Trog im Wasser mit einer Handkurbel angetrieben, den Strömungsverlauf zu erkennen, wurde in Youtube dokumentiert. Der Youtubenutzer, der diesen Versuch dort vorstellt, hat das Pseudonym Marcel, das Rotor-Konzept, mit dem er das Experiment ausführt, nennt er dort C-Rotor. Der Leistungsbeiwert nach heutigem Entwicklungstand der Weiterentwicklungen bewegt sich auf 0,3 zu. Dies ist auf die im Patent dokumentierte Nutzungsmöglichkeit der Flügelrandverluste unterbindenden Abdeckkappen an den Flügelenden sowie an die cw verbessernde bogenförmige Führung der Leitblechform linear auf dem Drehkreis zurückzuführen. Eine weitere Leistungsverbsserung wurde hier im Forum durch eine verjüngende Ausbildung des ursprünglich halbrunden Vorflügelprofils erzielt. Weitere Experimente und Verbesserungsversuche sind im überall auf der Welt im Gange.

Gruß, Carl
XXLRay
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Re: Rotor mit vertikaler Drehachse unter Wasser

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Gepostet: 12.05.2011 - 08:46 Uhr  ·  #4
Carl
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Re: Rotor mit vertikaler Drehachse unter Wasser

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Gepostet: 12.05.2011 - 13:51 Uhr  ·  #5
Das ist wahr. Allerdings hat man unter Wasser die Möglichkeit, auf Material wie Stahl auszuweichen, die Belastung durch Fliehkraft und Unwucht ist wegen geringerer Strömungsgeschwindigkeit weit geringer als im Wind. Unter Wasser wiegt Stahl auch weniger. Oben hatte ich versehentlich den Namen des Professors aus Thies/Senegal falsch angegeben, er heißt Nguyen Vinh, nicht Nihm. Wenn jemand interessiert ist, versuche ich die Seiten mit seinem Projekt hier hochzuladen, es steht im Buch Energies Eoliennes von Desire Gourieres von 1980 im Verlag Edicion Eyrolles, Paris.
Gruß, Carl
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Re: Rotor mit vertikaler Drehachse unter Wasser

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Gepostet: 12.05.2011 - 15:47 Uhr  ·  #6
Carl
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Re: Rotor mit vertikaler Drehachse unter Wasser

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Gepostet: 12.05.2011 - 22:23 Uhr  ·  #7
Ja, allerdings, die Kosten steigen überdurchschnittlich mit der Größe, deshalb macht es vielleicht Sinn, bei größeren Abmessungen auf die noch zu ermittelnde leistungsfähigste Version des Thies-Rotors umzusteigen. Unter Wasser ist dieser noch nicht ausgiebig erprobt worden. Da man schon daran denkt, Horizontalläufer auf Schwimmkörpern offshore in tieferem Wasser aufzustellen, ist es möglich, darüber nachzudenken, ob man nicht gleichzeitig die Meeresströmung nutzen könnte. Für uns in Deutschland geht das kaum, aber da wir die Welt mit Technik beliefern, ist da vielleicht noch Luft drin.
jensen66
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Re: Rotor mit vertikaler Drehachse unter Wasser

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Gepostet: 12.05.2011 - 22:31 Uhr  ·  #8
Hallo zusammen

ich glaub Du meins so was,http://www.zotloeterer.com/unser_unternehmen/wasserwirbeltechnik.php
Carl
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Re: Rotor mit vertikaler Drehachse unter Wasser

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Gepostet: 12.05.2011 - 23:12 Uhr  ·  #9
Hallo jensen66, nein, nicht ganz. Wasserwirbeltechnik ist zwar auch eine gute Möglichkeit, besonders an Bächen und den Ufern von kleinen bis großen Flüssen, gemeint war jedoch eine andere Technik, die mit "InFlow" bezeichnet wird. Hierzu werden frei in einer Strömung stehende oder schwimmende am Boden verankerte Rotoren genutzt, ohne dass da das Wasser durch eine Bewehrung eingeleitet werden muß. Dazu gehören Flussströmungen und Meeresströmungen zugleich. Je nach Rotor-Bauweise genügt hierbei eine Fließgeschwindigkeit von 1m/sec bis 3 m/sec für wirtschaftliche Energieerzeugung. Durchströmturbinen wie z.B. der Savonius-Rotor bringen schon bei unter 1 m/sec recht beachtliche Leistung, bei Schnellläufern wie dem Darrieus-Rotor müssen es mindestens 2 m/sec oder je nach Blattauslegung und Anzahl der Blätter mehr sein.
Carl
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Link zu Versuchsaufbau Vertikal-Rotor unter Wasser

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Gepostet: 13.05.2011 - 14:31 Uhr  ·  #10
Hallo, hier ein Link zu einem Experiment in einem Waschtrog. :

http://www.youtube.com/watch?v=OWmHxUoWjgM

Bitte nicht lachen, ich finde das super wenn überhaupt jemand auf die Idee kommt!!! Man sieht so doch schonmal viel besser als in der Luft, wie der Strömungsverlauf im umgekehrten Sinn ist. Marcel wird bald auch in einer echten Strömung experimentieren. Das hier ist nur das Vorspiel.
boulder
 
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Re: Rotor mit vertikaler Drehachse unter Wasser

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Gepostet: 06.06.2011 - 22:42 Uhr  ·  #11
Zitat geschrieben von Carl

Man kennt eine Reihe verschiedener Vertikalläufer und weil alle durch die Bank weniger Leistungsbeiwert haben als Horizontalläufer, fragt man sich doch zu recht, warum überhaupt erst einen Vertikalläufer aufstellen? Wirtschaftlich macht er als Kleinwindanlage kaum Sinn, der Bau oder Anschaffung ist meist teurer als Solarzellen, größere Anlagen braucht man auch nicht aufstellen, weil Horizontalläufer groß auch besser sind.

Ganz kleine Durchströmturbinen wie Savonius und andere, die anteilmäßig ihren Antrieb als Vortriebsläufer gewinnen, können manchmal etwas Sinn machen, dort wo extreme Turbulenzen vorherrschen, an Hausecken hinter Bäumen und anderen Hindernissen in der Strömung bringen sie noch Leistung, wenn andere schon ständig falsch angeströmt werden oder in wechselnder Windgeschwindigkeit zu träge reagieren... Aber auch da kann oft mit Solarzelle wartungsfreier und bequemer das bißchen Strom erzeugt werden, was man vielleicht für das Gartenhäuschen braucht. Größere Vertikalläufer müssen extrem stabil gebaut werden, dürfen aber nicht schwer sein, also, was soll´s?

Der H-Rotor von Darrieus mit konventionellen Profilen braucht im Gegensatz zu Durchströmturbinen einigermaßen gleichmäßigen Wind, ihm machen die Turbulenzen zwar auch nicht so sehr zu schaffen wohl aber die wechselnde Windgeschwindigkeit. Weil er relativ wenig Drehmoment hat, dauert es zu lange, bis er wieder auf Touren kommt. Selbst die Helix-Darrieus-Rotoren plagt soetwas noch, obwohl sie von allen Darrieus-Typen diejenigen sind, die am gleichmäßigsten angeströmt werden.

Also Fazit - Vertikalläufer links liegen lassen? Nein! Die Zukunft der Vertikalläufer liegt unter Wasser. Ganz einfach: Erstens weil in den Strömungen in Fluß und Meer 6000 mal so viel Energie enthalten sein soll, wie die gesamte Menschheit verbraucht, Tag für Tag. Und zweitens, weil man für eine InFlow-Technik besser auf Rotoren zurückgreift, deren Drehachse über Wasser liegen kann, während sich bloß der Rotor untergetaucht im Wasser dreht. Wer die Wartungsintervalle bei U-Booten kennt, bei denen Dichtungen wegen Wasserdruck, Korallen- und Algenfraß, Elektrolyse wie auch Korrosion oft zu erneuern sind, weiß, was gemeint ist! Und das Beste, die Strömungsgeschwindigkeiten bleiben immer etwa gleich. Kein Sturm, der einem den Rotor zerlegt!

Deshalb lohnt es sich also, mit Vertikalachsern weiterzu experimentieren. Das muß nicht unbedingt im Wasser sein, mit Wind kann man auch einiges testen, neu erfinden, verbessern und weiterentwickeln. Ich fände es natürlich super interessant, wenn jemand im Wasser schon mit Vertikal-Rotoren erste Erfahrungen gesammelt hat und diese hier zeigen könnte. Ich selber habe einmal aus einer Konservendose einen Savonius-Rotor gebaut und mir in einem Bewässerungskanal halb die Arme abreißen lassen. Also - Wumm steckt da schon bei kleinen Abmessungen dahinter! Übrigens: der Savonius - Rotor muß ganz im Wasser untergetaucht sein. Dann läuft er am besten. Er kann stehen oder liegen, ganz egal, funktioniert immer. Ich bin sowas von gespannt, ob hier jemand neue Ideen hat, wie man in dieser Richtung die Wasserkraft auch dort nutzen kann, wo noch keine Wasserkraftwerke stehen! Am Bach, unter der Brücke, auf einem Floß oder sonstwie. Das ist doch immer sehr spannend. Vielleicht kann man den Amerikanern und Engländern noch was vormachen, denn die experimentieren mit Horizontalläufern und Generatoren, alles einige Meter unter Wasser abgetaucht!

Gruß, Carl


Hallo Carl!

Ja ich möchte mal die Idee aufgreifen"Savonius unter Wasser" ist sicher besser wie Propeller oder Wasserrad, ich werde erstmal Modelle bauen und dann das ganze testen.

Gruss boulder
Carl
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Re: Rotor mit vertikaler Drehachse unter Wasser

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Gepostet: 07.06.2011 - 09:31 Uhr  ·  #12
Hallo Boulder.

Ich bin erfreut, dass Du den Gedanken aufgreifen willst. Auch hochkarätige Wissenschaftler sind der Meinung, dass die Zukunft der Rotoren vertikaler Drehachse mit Wasserkraft geschrieben wird. Mit Namensnennungen muß ich vorsichtig sein, was mir im Vertrauen gesagt wurde, bleibt unter Verschluss.

Natürlich wäre es wunderbar, wenn Du Deine Experimente hier dokumentieren könntest. Es ist sehr spannend!

Gruß, Carl
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