Schnelllaufzahl aus Herstellerangaben berechnen

Um Rückschlüsse auf den cp-Wert zu machen
 
Shift89
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Schnelllaufzahl aus Herstellerangaben berechnen

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Gepostet: 20.05.2011 - 11:00 Uhr  ·  #1
Hallo liebe Mitglieder,
ist es möglich anhand von Herstellerangaben (wie genau auch immer sie sein mögen), die Schnellläufigkeit zu berechnen.

Herstellerangaben:
Die Windgeschwindigkeit ist gleich die Nennwindgeschwindigkeit, und die Drehzahl dürfte auch die Drehzahl sein, bei der die Nennwindgeschwindigkeit herrscht. Oder ist hier die max. mögliche Drehzahl gemeint? Sonst könnte man mit der Formel:

Schnellläufigkeit = Umfangsgeschwindigkeit/Windgeschwindigkeit = 2*Pi*Drehzahl*radius/Windgeschwindigkeit

die Schnellläufigkeit berechnen.

Das hab ich bei drei "Baugleichen" H-Rotoren einer bestimmten Firma gemacht, die jeweils eine Leistung von 1; 5 und 10 kW hatten.
Dabei ist mir aufgefallen, je größer die Leistung umso größer die Schnellläufigkeit 1,7; 2,5; 5,2

Anhand des cp-SLZ Diagramm, könnte man annehmen, dass die Rotoren mit kleinerer Leistung und kleinerer Schnelllaufzahl, einen niedrigeren cp-Wert besitzten, da hier der theoretisch mögliche cp-Wert schon stark abgesunken ist.



Würde mich über euere Meinung freuen.
Grüße
Carl
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Re: Schnelllaufzahl aus Herstellerangaben berechnen

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Gepostet: 20.05.2011 - 15:27 Uhr  ·  #2
Hallo Shift89,

mit der Drehzahl ist wahrscheinlich die Generatordrehzahl bei den vorliegenden Werten der Nennwindgeschwindigkeit gemeint. Hat der Rotor einen getriebelosen Generator, so kann es sich nur um die Drehzahl handeln, bei der auch die Nennwindgeschwindigkeit herrscht. Dann handelt es sich wahrscheinlich auch gleichzeitig nicht um die Leerlauf - Schnellläufigkeit sondern um Lamda, die Schnellläufigkeit unter Last, mit belastetem Generator also.

Das bei Vertikalläufern in der Tabelle die langsamen rotoren einen geringeren CP Wert aufweisen, muß relativiert werden:

Langsamläufer wie der Savonius, der Schelleken und der C-Rotor haben den Vorteil, bei Turbulenzen noch volle Leistung zu bringen und den weiteren Vorteil, die Anlaufträgheit wegen ihres relativ hohen Drehmomentes leichter zu überwinden. Bei Hochleistungsschnellläufern mit sehr schmalen Profilen sind durchaus hohe CW Werte zu erzielen, aber was nützt das, wenn jede Veränderung der Windgeschwindigkeit zur Folge hat, dass so ein Rotor sich mühsam erst wieder auf seine positiven Drehzahlen hochrappeln muß? Deshalb nutzt man Schnellläufer vorteilhaft nur an entsprechenden Standorten, wo die Strömungsverhältnisse dafür ideal sind.

Je langsamer die Profilauslegung ist, desto mehr Drehmoment bringt der Rotor für ein besseres Anlaufen auf die Waage. Was ausgewogene H-Läufer angeht, so würde ich wegen des gleichmäßigeren Antriebes einen Helixflügelläufer empfehlen, hierzu bietet die Fa. www.kd-gmbh.de eine kleine Pallette von Rotoren an, die wegen ihrer Auslegung für härtesten Einsatz im Moment wohl die beste Adresse am Markt ist. Der Rotor wurde in Bremerhaven am Fritz Wegner Institut für Polar und Meeresforschung entwickelt, in der Antaktis auf dem Messcontainer der Neumayerstation werden seit einiger Zeit zwei kleine Helix-Rotoren zur Stromversorgung dort genutzt.

Auf dem cp-SLZ Diagramm wurden die CP Werte des Savoniusrotor unter seinem echten Wert, der um 0,2 liegt, falsch angegeben, die des Darrieus zu hoch, wenn man bedenkt, dass nur die Darrieus-Rotoren mit höchster Schnelllaufzahl solche Werte erreichen dürften.

Der H-Rotor der Fa. Heidelberg Motors, der auch am Fritz Wegner Institut entwickelt wurde und in der Antarktis vor den Helix Modellen dort direkt auf der Station 1 und 2 während 18 Jahren von 1989 bis 2007 ununterbrochen seinen Dienst tat, war rechnerisch auf einen CP 0,39 ausgelegt und erreichte nach Messungen einen mittleren Wert von CP 0,31, der zwischen 0,27 und 0,36 schwankte, je nach Windverhältnissen. Die Fa. Heidelberg Motors baut jedoch keine H-Rotoren mehr, da der frühere Inhaber verstorben ist und der Sohn nicht daran interessiert ist. Das zum Vergleich und als weitere Hilfe.

Gruß, Carl
Shift89
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Re: Schnelllaufzahl aus Herstellerangaben berechnen

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Gepostet: 24.05.2011 - 10:32 Uhr  ·  #3
Erstmal vielen Dank für die ausführliche Antwort Carl,

Zitat
Langsamläufer wie der Savonius, der Schelleken und der C-Rotor haben den Vorteil, bei Turbulenzen noch volle Leistung zu bringen und den weiteren Vorteil, die Anlaufträgheit wegen ihres relativ hohen Drehmomentes leichter zu überwinden. Bei Hochleistungsschnellläufern mit sehr schmalen Profilen sind durchaus hohe CW Werte zu erzielen, aber was nützt das, wenn jede Veränderung der Windgeschwindigkeit zur Folge hat, dass so ein Rotor sich mühsam erst wieder auf seine positiven Drehzahlen hochrappeln muß?


Sind hier nur Vertikalrotoren gemeint? Oder bringen H- und Darrieuswindkraftanlagen auch volle Leistung weger ihrem hohen Gewicht und Drehoments bei turbulenten Windverhältnissen?
Savonius, Schelleken und der C-Rotor, arbeiten diese hauptsächlich nach dem Widerstandprinzip? Ich bin immer davon ausgegangen, da die H- und Darrieus hauptsächlich nach dem Auftriebsprinzip arbeiten, sind diese den anderen Bauweisen auch in turbulenten und Schwachwindgegenden überlegen, oder nicht?
XXLRay
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Re: Schnelllaufzahl aus Herstellerangaben berechnen

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Gepostet: 24.05.2011 - 11:03 Uhr  ·  #4
Das Auftriebprinzip arbeitet immer am besten bei laminarer Strömung, also ohne Turbulenzen. Ansonsten kommt es zu Strömungsabrissen und somit zu Leistungsverlusten. Das ist bei traditionellen Horizontalachsern das gleiche Problem wie beim Darrieus.
Savonius und Co arbeiten tatsächlich in erster Linie als Widerstandsläufer.
Carl
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Re: Schnelllaufzahl aus Herstellerangaben berechnen

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Gepostet: 24.05.2011 - 11:33 Uhr  ·  #5
Stimme mit XXLRay voll überein, allerdings was den Begriff Widerstandsläufer betrifft, da kann ich nicht so recht mitziehen. Ja, er kann so notfalls auch verstanden werden, es wird sogar im Lehrstoff oft so rübergebracht, aber spätestens wenn ein Rotor wie der Savonius eine Schnelllaufzahl von 1,6 auf die Pappe bringt, werde ich doch nachdenklich. Tatsächlich hat sich noch kein Mathematiker oder Physiker getraut, ein mathematisches Model zur Strömungsmechanik des Savonius zu errechnen. ist wahnsinnig kompliziert, so einfach wie das Prinzip daherkommt.

Beim C-Rotor wegen seiner niedrigen Schnelllaufzahl unter 1 könnte man eher vermuten, es sei ein reiner Vortriebsläufer bzw. Widerstandsläufer ähnlich wie die Halbschalen am Anemometer. Das Drehmoment eines Anemometers habe ich jetzt gerade nicht im Kopf, der Leistungsbeiwert beträgt jedenfalls nicht mehr als 0,1.

Woher kommt dann der Leistungsspitzenbeiwert von 0,3 am C-Rotor, wo dieser inzwischen ja schon als erreichbar vermutet wird? Höher als beim Savonius, der etwa bei 0,2 liegt! Und warum hat er in 3/4 seiner Umlaufbahn einen vom Wind erzeugten Drehimpuls, wenn bei einem Widerstandsläufer doch eindeutig die Reise zur Hälfte des Drehkreises gegen den Wind verlustreich gedreht wird?

Das müßte doch eigentlich zu denken geben.

Ich würde mich jedenfalls noch nicht auf eine solche Bezeichnung wie überwiegender Widerstands- oder Vortriebsläufer festlegen sondern erst mal abwarten was wir dazu noch herausfinden.

Gruß, Carl
Menelaos
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Re: Schnelllaufzahl aus Herstellerangaben berechnen

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Gepostet: 24.05.2011 - 18:19 Uhr  ·  #6
Nunja, ich dneke immer man sollte das ganze unter Last betrachtn und da haben sowohl savonius, als auch Lenz und "C- Rotor" alles samt eine SLZ kleiner 1. Daher zähle cih sie zu den Widerstandsläufern...und überiwegend arbeiten sie ja auch nach diesem Prinzip. Was den Wirkungsgrad eines C-Rotors angeht, da bin ich noch skeptisch. Ich würde so ein Teil echt gerne mal im WIndkanal richtig gut vermessen sehen, gebaut nach neusten Erkenntnissen. Dann hätte man mal etwas handfestes an dem man sich orientieren könnte. Seltsam dass das noch nie jemand gemacht hat :-(
Beim Lenz gibt es ja ähnliche Spekulationen...manche sagen 20% andere 30% und macne Leute munkeln sogar von an die 40% Wirkungsgrad...und da liegen Welten dazwischen...

Gruß
Max
Carl
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Re: Schnelllaufzahl aus Herstellerangaben berechnen

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Gepostet: 24.05.2011 - 21:22 Uhr  ·  #7
Hallo Max,

Klar, es gibt bisher noch keine klaren Aussagen zum CP des C-Rotors. Er leistet mehr als der Savonius, wieviel mehr, könnte ich nur aus dem Bauch schätzen. Also lieber garnicht. Wegen der Bezeichnung - Vortriebsläufer oder Widerstandsläufer - das sehe ich ziemlich entspannt: Jeder darf ihn nennen wie er will!

Gruß, Carl
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