Physikalische Zusammenhänge beim H-Rotor

Meine Bilddatei war zu Groß. Entschuldigung für die vielen Klicks, die somit vegebens waren..

Hallo Carl,
mit Vektorgeschwindigkeit meinst du da die Resultierende aus der vom Wind erzeugten Anströmgeschwindigkeit und der Umfangsgeschwindigkeit? Den Ansatz habe ich auch gehabt, nur fehlt mir da der weitere zusammenhang.

XXLRay bringt das wohl sehr gut auf den Punkt. Der Darrieus-Rotor hat bei geringeren Windgeschwindigkeiten noch nicht das Drehmoment, um das, was XXLRay so prächtig formuliert hat, laminares Anliegen der Strömung am Profil durch ausreichende Vektorgeschwindigkeit, zu erzeugen. Das kann innerhalb der Bereiche von geringen Windgeschwindigkeiten bis zu dem Punkt, wo ausreichend Strömung vorhanden ist, bedeuten, dass der Rotor zwar anfängt zu drehen, nicht jedoch mit optimalem Leistungsbeiwert. Genauer als XXLRay kann ich es nicht erklären.

Es bekannt, dass je nach Profilauslegung diese Eigenschaften veränderlich sind. Dein Modell hat im Rotorzentrum ein Strömungselement, welches mich an eine Bauversion von Ropatec erinnert. Eigentlich sollte so die Zweiflügelversion auch ausreichen. Ropatec und auch andere Anbieter nutzen für H-Darrieus-Technik kaum noch schmale schnellläufige Blätter, obwohl solche bei genügend starkem Wind als Schnellläufer sehr gute (wohl die besten) Leistungsbeiwerte erzielen könnten. Das ist immer eine Frage des Standortes, wo kann man dauerhaft mit starken und (auch wichtig dafür) gleichmäßigen Strömungsverhältnissen rechnen? Stark böige Winde sind nämlich auch schlecht, weil die Anlaufträgheit zwischen den Strömungsspitzen verhindert, dass eine regelmäßige optimale Leistung aufgebaut werden kann.

Auch Dein Profil ist ja recht breit und dient so einer Nutzung etwa bei mittleren Windgeschwindigkeiten.

Es gibt andere Profile hier im Forum, schau Dich um, diese sind zwar Langsamläufer, haben aber dafür keine Probleme mit Turbulenzen, dürften sich im Leistungsbeiwert den Ergebnissen dickflügeliger konventioneller Darrieus-Profile annähern und haben keinerlei Anlaufprobleme oder Reaktionsträgheiten. Als absolut turbulensverträglichste Flügelversion würde ich für kleine H-Rotoren die aus dem Savonius-Prinzip hervorgegangene Flügel-Version beim C-Rotor vorschlagen. Auch der Lenz-Rotor scheint gute Ergebnisse zu erbringen. Was Turbulenzverträglichkeit betrifft, so scheint mir allerdings der Savonius - und damit auch der C-Rotor - bisher noch nicht übertroffen.

Inzwischen scheint Ropatec sogar dazu überzugehen, den größeren Aufwand mit 6 Rotorblättern zu betreiben, um bei schwächerem Wind Leistung und in böigem Wind die Anlaufträgheit zu überwinden. (Ich habe das nur gerüchtweise gehört und will mir damit nicht die Finger verbrennen)

Andere Hersteller arbeiten von der Leistung her erfolgreich mit mechanisch anstellbaren Blattwinkeln der Flügel, allerdings problematisch, im Winter kann´s vereisen und mechanische Belastungen bedeuten auch Verschleiss.

Es ist - zumindest in der Planung und Konstruktion - aufwendiger, die Darrieus - H - Rotoren mit Blättern in Helixform zu versehen, mit solchen sind aber mit geringerer Blattzahl gleich gute oder bessere Ergebnisse zu erzielen weil hier das Drehmoment weniger von den Zyklen abhängt, das Drehmoment ist gleichmäßiger verteilt.

Konstruktiv hat der H-Rotor mit konventionellen Profilen - besonders auch bei größeren Abmessungen wichtig - den Vorteil, dass die Flügel durch ihre geschlossene Form einen statisch stabilen Körper mit relativ hoher Torsionsfestigkeit bilden.
Auch größere Rotoren in der H-Bauweise würde ich mit der Helix-Form als z.Z. besten Bauweise nennen.

Ein weiterer Vorteil scheint bei der Helixform durch die Eigenschaft der Strömung, sich beim Auftreffen auf Hindernisse in spiralförmigen Wirbeln abzuwickeln gegeben zu sein. Die Spiralform bildet wie ein Judokämpfer den Weg des geringsten Widerstandes unter Nutzung der Energie der angreifenden Komponente, der "Gegner" wird elegant und effektiv "abgewickelt".

Bei kleineren Rotoren für Hausgebrauch, Bastler und andere geringfügige Nutzungszwecke könnten die turbulenzunempfindlicheren Bauweisen (Savonius, c- und Lenz-Rotor) schon wegen der Standortfrage und der einfachen Konstruktionsweise der Flügel einen Sinn machen, auch weil die Stabilität bei kleineren Abmessungen noch sehr leicht zu beherrschen ist.

Ich hoffe, ich habe keinen Roman geschrieben , Gruß, Carl

Nein, weniger Luft gelangt deswegen nicht zwangsweise in den Innenraum. Laminar heißt in diesem Fall nicht unbedingt, dass die Luft nur außen um den Rotor herum fließt. Das heißt nur, dass sie am Flügel laminar ist, was sowohl Ober- als auch Unterseite betreffen kann.

Ein weiterer Flügel fügt auch mehr Wirbelschleppen hinzu. Deswegen hat man in der Regel bei weniger Flügeln auch eine größere Schnellaufzahl. Das ist aber auch wieder abhängig von der Länge der Profilsehnen (Stichwort Solidity). Prinzipiell sorgt eine ungerade Anzahl Flügel für gutmütigere Lastwechsel und somit für ein gleichmäßigeres Laufverhalten.

Vielleicht entdeck ja auch Windfried diesen Thread. Der kann das bestimmt kompetenter beantworten.

Hi Adonio,

Also vorweg gesagt, hast Du Dir mit dem Darrieus, insbes. ungesteuertem, eines der schwierigsten WKA-Typen ausgesucht,
deren Vorteile, außer Designaspekten, in das Reich des Händlergeschwafels fällt.
Ob der Gesteurte so viel Vorteile hat, wie www.envergate.ch versichert, auch das muss erst nachgewiesen oder zertifiziert werden.
Links dazu findest Du ganz unten in meiner "Visitenkarte".

Sehe ich das richtig, dass Dein Messaufbau ein 4-Blatt-Darr. ist und nicht so ne "Lösung" ala ropatec ?

Ohne nachzurechnen sehe ich, dass wegen der Solidity (Flächenverhältnis) die Nenn-TSR in Bereichen liegt, wo sie nicht hin gehört.
Irgendwas unter 2,5. Nachteile habe ich mehrfach beschrieben.
Schau mal in "Visitenkarte" bei Darr.-Prinzip nach.


Geh mal hier rein, und dann in den Beitrag Nr. 1. Forum/cf3/topic.php?p=19216#real19216
Da siehst Du eine Darr.-Kurve mit ner Nenn-TSR zu der ich ja sagen würde. (Solidity nicht benutzen!)
Trozdem hat auch die unter TSR 1,5 Wirkungsgrad gegen 0.

Deine Anlage wird also irgendwie doch bischen beschleunigen, bis sie in TSR-Bereiche kommt, wo der Wirkungsgrad besser wird.
Ab da geht es dann munterer aufwärts.



Frage: Belastet, obtimal belastet, oder Leerlauf? Letzteres ist übrigens ansich Nichts. Egal.

Beim Absenken von V_w ehöht sich automatisch die TSR, solange Drehzahl nahezu konstant.
Wenn TSR vorher unter Nenn-TSR (Optimum), dann Anstieg des Wirkungsgrades und damit Leistungsgewinn.

Bei Bö fast Stehenbleiben, wenn Bö abflaut, dann putzmunter. Gibts wohl blos bei Darr. Besonders bei mit zu geringer nenn-TSR.

Zu Deinem Aufbau:

Schlankheitsgrad der Flügel arg ungünstig, zu kurz, trotz Endscheiben.
Wenn Saugkanal, dann schlechter Einlass. Besser in Form eines angetäuschten Ansaugtrichters wie bei Saugvergasern (MOPED).
Wenn Druckkanal, dann hoffentlich Wirbel entfernt mit mindestens einer Lage Maschendraht, engmaschig.

Dann muss sich der Strahl ausweiten können (Strahltheorie), da V_w auf 1/3 verlangsamt wird .
Dafür Laufdurchmesser schon reichlich groß, es sei denn, Druckkanal bläst ins Freie.

Soweit erst einmal.
Gruß, W.

Nein, "laminar" bedeutet, dass direkt am Flügelprofil die Strömung anliegt. Das kann auch der Fall sein, wenn der Flügel nicht 0° in der Umgebungsströmung liegt. Im Wikipedia-Artikel zur Tragfläche kannst du ein Strömungsbild sehen, bei dem die Strömung am Flügel laminar ist, obwohl der Flügel schräg zur Umgebungsströmung steht. Hier kann man das auch sehr schon sehen. Trotz extremen Winkels verläuft die Strömung direkt am Flügel laminar:

http://www.youtube.com/watch?v…re=related

Wird ein bestimmter Winkel (Angle of Attack) bzw. eine Strömungsgeschwindigkeit überschritten, kommt es zum Strömungsabriss. Das kannst du in diesem Video sehen:

http://www.youtube.com/watch?v=Ti5zUD08w5s&feature=fvsr

Vielleicht hilft dir auch das Video How Airplanes Fly (1968)

Darf ich mal fragen, welchen Hintergrund du überhaupt hast? Hast du in deinem Studium bisher überhaupt mit Strömungslehre zu tun gehabt?

Also, das klingt irgendwie unschön, und gewiss nicht einladend für ein Neumitglied.

Man muss für dieses Forum nicht studiert haben!

Richtig ist, dass es Sinn macht, einiges über Strömungslehre zu wissen.
Woher dieses Wissen stammt, ist letztlich zweitrangig, und die Aneignung ist irgendwie -Studieren.

Der Adinio wird gerade dabei sein und nen heißen Kopf haben.

Unklarheiten einfach mal zu erfragen, auch dazu ist so ein Forum da. Da geht es schneller.
Geht übrigens auch per Privatnachricht (PN).



Visualisierungen dürfen nicht mit Simulationen verwechselt werden (und letztere nicht automatisch gleichgesetzt mit der Praxis )

Bei dem Anstellwinkel und dem dünnen Profil wäre die Strömung in der Praxis gewiss längst abgerissen. Ist zudem abhängig von der Re-Zahl.
Fehlt auch die Bildung des Anfahrwirbels an der Hinterkante. Siehe Forum/cf3/topic.php?t=2200&page=last#last_post

Gruß, W.

Hallo Carl & Ihr anderen,
nachdem ich Adinio wie ich hoffe in die richtigen Spuren geschickt habe, bleibt ein Wenig Zeit, auch hier gezielt zu antworten.
Schreibe meine Kommentare der Schnelle wegen einfach mal in Deinen Text mit anderer Farbe.



Gruß vom Windfried

Hallo Windfried,

wegen der Einschätzung der Helix-Bauweise könnte man eine interessante Beobachtung mit einbeziehen: Hast Du mal ein breites langes Schilfblatt (das von dem Lampenputzer-Schilf) im Wind beobachtet? Es verdreht sich in Spiralform von unten nach oben rechts herum, weil der Wind in Spiralform ablaufen möchte. Normalerweise wächst es gerade hoch. Die Firma K.D. Maschinenbau ist ganz davon abgekommen, Endkappen oben auf die Helix zu setzen, dort war man anfangs auch davon ausgegangen, dass Endkappen Randverluste vermeiden helfen.

Gruß, Carl

Hallo Windfried
Natürlich lassen sich vom Schilf keine direkten Rückschlüsse auf den Helixläufer ableiten. Das habe ich mir selbst aus den Fingern gesogen, mich kennt ja jeder für meine eigenwilligen Ideen, das muß man tolerieren... Das Schilf sich im Wind verdreht (und zwar nur dann), stimmt aber. Ich sagte nur, dass es möglich wäre, dass - je nach Drehrichtung des Helix-Rotors - die natürliche Wirbelbildung beim Ablauf der Strömung einen Effekt haben könnte. Die Drehung verläuft nach der Corioliskraft rechts herum. Ich merke auch an meinen kleinsten C-Rotoren, dass sich die oberen Flügelhälften mit der Zeit bald nach aussen verformen, die untere Hälfte aber nicht davon betroffen ist, bei Anbringung der Tragarme genau auf halber Flügelhöhe. Da geschieht also etwas, die Strömung scheint nach oben ablaufen zu wollen. An der Fliehkraft kann es nicht liegen, dann müssten beide Flügelhälften betroffen sein. Da nun zu fragen, ob dies bei der Helix eine vorteilhafte Wirkung erzielen könnte, ist wirklich nur Frage, nicht Antwort. Natürlich behaupte ich garnichts, ich beobachte nur.

Das Weglassen der oberen Endkappen bei KD scheint mit Messergebnissen, die diese Firma gemacht hat, zusammenzuhängen. Sie hatten ja vorher Endkappen gehabt und sagen selber eindeutig, das bringt nichts. Schliesslich fertigt KD nach Entwicklungsergebnissen des gleichen Entwicklers, der die Helix-Rotoren der Neumaier-Station konzipiert hat. Das ist eine sehr seriöse Firma. Die Rotoren werden sehr robust gebaut, kosten aber auch.... Du kannst das nicht wissen, die Firma ist bisher wenig bekannt, aber es ist so. KD hat die Fertigung und Vertrieb übernommen, nachdem die ursprüngliche Fertigung von Venco Power (Twister) von KD übernommen wurde. Der Twister hatte Endkappen, die neueste Serienfertigung von KD verzichtet auf die Endkappen weil sie - zumindest wurde mir das auf meine Frage gesagt - keinen Vorteil bringen. Hergestellt wird in Serie, 1 KW und 5 KW. Alles andere mit dem "geheimen" Spiraleffekt habe natürlich ich selber "dazugedichtet".

Gruß, Carl