Gesteuerter Darrieus - was ist dran?

Hallo zusammen,

erstmal vielen Dank für die Blumen. Trotzdem, in Punkto Eleganz geb ich mich klar geschlagen. Hab mir das Model von Schraubär angesehen und muss feststellen, dagegen ist mein Design doch ehr klobig (wenn man es aus der Nähe sieht). Und, @ Schraubär, das wird schon laufen, davon bin ich überzeugt.
Ja das Rastmoment ist ein zentrales Problem. In meinem Fall 0.7Nm. Daraus ergibt sich rechnerisch, und soweit ich das nach nur zwei Testläufen beurteilen kann auch praktisch, eine Anlauf-Windgeschwindigkeit von 4..5m/s.
Wünschenswert wären 2m/s. Aber ohne rastmomentfreien Generator ist da nichts zu machen. Bin für jeden Hinweis dankbar.
Ich hab den Motor geöffnet, weil ich die Steuerung der Flügelanstellwinkel in den Stator hinein gebaut habe. Wo er ohnehin offen war habe ich auch versucht das Rastmoment zu verringern. Aber nicht alle Rezepte aus dem Internet führen zum Erfolg. Verrunden der Kanten des Ankers hat jedenfalls nichts gebracht, auch keinen Schaden.

Zum Anlaufverhalten: Das erste mal ist sie auf der Fahrt vom Montageort zum Testort, etwa 800m über einen Feldweg. Nur ganz kurz, dann hab ich sie lieber kurzgeschlossen. War mir doch zu heikel. Am Testort dann Ernüchterung. Bei etwa 2..4m/s ist sie nur ein- oder zweimal freiwillig von selbst angelaufen. Mit anwerfen lief sie dann ohne Last mehrmals eine Weile, bevor sie in einem Windloch wieder abgesoffen ist. Erkenntnis des Tages: Prinzip geht, Autotestfahrten sind machbar, aber erstmal braucht es mehr Wind für einen stationären Testlauf mit Leistungsentnahme.
Mehr Wind gab es dann ein paar Tage später und hier das Ergebnis:

@Christian Das sind natürlich viele Fragen auf einmal. Da muss ich mich erstmal sortieren, und jetzt muss ich erstmal ins Bett. Nur soviel: Es geht ohne Windfahne! Soweit ich deine Fragen überflogen habe, sind viele davon genau die Fragen die ich mir auch gestellt habe. Und noch ein Hinweis: Die Steueramplitude, also der Winkelbereich in dem die Flügel verstellt werden ist nicht fest bei dieser Turbine, sondern wird mit steigender Schnelllaufzahl kleiner. Übrigens ohne elektronische Ansteuerung.
Ach dies noch am Rande: Wenn man Elektrizität mit Wind erzeugen will und über einen auch nur einigermaßen brauchbaren Standort verfügt, ist eine konventionelle horizontale Windturbine das ökonomischste. Ich wollte vor allem Spannung, nicht unbedingt elektrische...
Gruß, Stefan

Sehr schöner Ansatz.. und oftmals die richtige Grundlage. Ohne Spaß an der Sache geht es nur selten mit irgendwas weiter.

Ich bin ja auch neugierig wie Du das mechanisch die Steuerung umgesetzt hast.


Gruß und weiterhin viel Rückenwind
Uwe

Deine Aussag, Stefan, dass die Steueramplitude Deiner Anlage von der Schnelllaufzahl abhängig ist, irritiert mich ein wenig.
Meintest Du wirklich die Schnellaufzahl oder eher die Umdrehungsgeschwindigkeit ?
Magst Du näher darauf eingehen wie Du das gelöst hast ? Eine Art Zentrifugalverstellung ?
Weiterhin würde ich mich sehr für einige Detailfotos interessieren. Verstellst Du die Flügelnase ?
Was ist das für eine gelbe Aufnahme am oberen Tragarm Deines Rotors ?

Gruß
Basti

@ Aloys
Das mit den Blechen erscheint mir plausibel. Einen ähnlichen Effekt auch bezüglich der abnehmenden Magnetfeldstärke, hätte ich mir von der Verrundung versprochen. Nachmessen hat wie gesagt ergeben, dass weder Rastmoment noch Spannungskoeffizient messbar (von mir messbar) beeinflusst wurden. Generator modifizieren ist aber in jedem Fall vorbei. Für die Tests geht es so und dann heißt es einen anderen Generator beschaffen (@ Max: vielen Dank für den Tipp.) oder gleich selbst bauen? Ist aber alles bis auf weiteres nicht dran.
@Max TSR2
Hier mal die Charakteristik der Turbine so wie ich sie inklusive kleiner Fehler des Istzustandes heute (Unwucht, Flügel unterschiedlich schwer, -1.4°Anstellwinkel nach aussen) simuliert habe.
(Den "Radius-Parameter" werde ich wohl auch in Zukunft nicht messen können... Die hellblaue Linie ist übrigens das Drehmoment für eine ideal gebaute Turbine...)

Anmerkung zur Leistungs-Skale: Die absolute Leistung (und damit natürlich auch das absolute Drehmoment) können von der Simulation bei höheren Schnelllaufzahlen nicht richtig widergegeben werden. Die notwendige Simulation der Aerodynamik ist sehr primitiv. Insbesondere die globale Strömung wird durch ein ziemlich rudimentäres Modell abgebildet, ich mag da gar nicht drüber reden.

Wie du siehst, Max, liegt das Optimum bei Schnelllaufzahl=2.4. Die gegenüber der Simulation niedrigere Schnellaufzahl im Test scheint mir plausibel wenn ich irgendwelche in der Simulation nicht oder nicht genügend berücksichtigten aerodynamischen Widerstände annehme. Optimale Effizienzen sind allerdings eigentlich bei höheren Schnelllaufzahlen zu erwarten. Genau wie du sagst so um die 4. Insofern bin ich auch am skeptischsten was die bisher geschätzte Effizienz angeht. 20% erscheint mir recht hoch angesichts der niedrigen Schnellaufzahl. Das wird sich dann ja mit den Testfahrten klären...

Ansonsten kann man anhand der Graphik verfolgen was so passiert und die Beobachtungen in der Praxis widersprechen dem erstmal nicht.

Am Anfang liegt die Steuerung im Anschlag, ist maximal und variiert nicht. Ab TSR=0.8 löst sich die Steuerung aus dem Anschlag und die Steueramplitude, und also die auch die Anstellwinkel, werden kleiner. Die Variation zeigt, dass die Turbine ordentlich durchgeschüttelt wird. Die Regelung der Leistungsentnahme sorgt dann dafür, dass die Beschleunigung im Arbeitspunkt aufhört und die Turbine stabil arbeitet.

Der Knackpunkt ist jetzt, dass an problematischen Standorten der Wind sehr variabel ist. Sobald eine hinreichend heftige Böe einfällt muss der Anlaufbereich durchfahren werden, und die Turbine schüttelt sich. Die konkrete Arbeit an diesem Punkt verschiebe ich aber, bis ich mehr über die tatsächliche Charakteristik weiß.

An dieser Stelle nochmal die Frage, ob jemand eine Möglichkeit für Testfahrten kennt. Sagen wird mal einen aufgegebenen Militärflugplatz, soll es ja geben, wo man sich mit den aktuellen Nutzern oder Besitzern über solche Tests verständigen kann.

Gruß, Stefan