Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

 
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 31.01.2018 - 19:05 Uhr  ·  #21
@ Max:

mit wechselnder Windgeschwindigkeit meine ich nicht die Verwirbelung wie etwa an schlechten Standorten!

Auch bei laminarem Wind hast Du in Bodennähe fast immer relativ kurze Phasen (im Schnitt etwa 15 bis 30 Sekunden) mit wechselndem Windspeed - ausser vielleicht auf dem Meer, Küsten oder sehr weiten flachen Ebenen wo Boen vielleicht seltener auftreten.

Bis ein durch die Lastabnahme abgebremstes zugunsten höherer SLZ mit wenig Torque versehenes schmales Profil wieder auf seine volle berechnete Leistung kommt kann relativ dazu Ewigkeiten dauern.

Bei höheren mittleren Windgeschwindigkeiten spielt das weniger Rolle.
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 03.02.2018 - 11:51 Uhr  ·  #22
Schmale dünne auf hohe SLZ ausgelegte Blätter schaffen es im immer gegenwärtigen Geschwindigkeitswechsel auch oder gerade bei Schwachwind - wenn mit abbremsender Wirkung gleichzeitig auch Energie abgeerntet wird - nicht schnell genug, ihre jeweilig benötigte optimale Schnelllaufzahl zu erreichen! Der Zeitfaktor, bis die ideale Vektor - Geschwindigkeit erreicht werden kann ist zu groß für die relativ kurzen Phasen in denen der Wind auffrischt und abflaut.

Man kommt um das Einbeziehen des benötigten Drehmoments im Zusammenhang mit dem Zeitfaktor bis zur erreichbaren optimalen SLZ erreicht nicht herum. Jedenfalls bei Schwachwind - wenn man es darauf anlegt da noch minimal abzuernten.

Bei höheren Windgeschwindigkeiten ist die Reaktion weit schneller weil dort die Energiedichte auch weit grösser ist, Auswirkungen auf den Ertrag sind dort kaum noch spürbar.

Deshalb - bei Schwachwind hohe Abdeckung durch viele oder breite Flügel (und auch offenere Stellwinkel) für hohes Drehmoment und das sofortige maximale Ansprechen auf den einwirkenden Wind.
ora
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 03.02.2018 - 13:01 Uhr  ·  #23
5/3 =1,6667 - das macht 70% mehr Leistung bei einem 5-Flügler gegenüber einem Dreiflügler.
Gut- das optimale Lambda des Rotors geht um ca 20% runter.
Aber das kriegt hinten der Generator nicht mit.
Der bekommt mehr Drehmoment (Mehr Blätter) und dreht sogar schneller.
Oder wo liege ich da falsch?

Über Turbulenz gibt's hier unter Grundlagen einen Artikel- den sollte Menelaos mal lesen - da hat Carl recht.

-----------
Und den Artikel um 11:51 Uhr heute: Bei den schlanken Flügeln benötigt man natürlich ein anderes Getriebe (bspw).
Leistung = Drehzahl * Drehmoment bzw. exakter P = Omega * M.

In gewisser Weise hat Carl jedoch m-.E. Recht, da M ~ F und f ~ v^2

Dies bedeutet, dass man bei doppelter Geschwindigkeit die vierfachen Kräfte hat.
Umgekehrt müsste man bei doppelter Drehzahl die Blätter nur noch 1/4 so breit machen.
Dann bekommt man Anlaufprobleme. Korrekt.

Daraus aber zu schließen, dass man bei wenig Wind die Blätter breit machen muss ist in so fern ein Trugschluss,
da die Windgeschwindigkeit mit der 3. Potenz in die Leistung eingeht.
Da dreht sich der Rotor vielleicht schon bei 1 m/s Wind- aber es kommt nichts raus,
Da der Wind quasi keine Leistung hat.

Den Anlaufproblemen könnte man begegnen, wenn man den Rotor größer macht (das gibt mehr Drehmoment), aber die Nennleistung senkt.

Und hier das Optimum hinzukriegen- das ist die Kunst, auf einer Glatze Locken drehen zu können.

Ora.
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 07.02.2018 - 15:59 Uhr  ·  #24
Und hier das Optimum hinzukriegen- das ist die Kunst, auf einer Glatze Locken drehen zu können.

Ora - passt schon. Das Wenige, was sich bei Schwachwind ernten läßt bringt kaum Butter an die Fische.

Mit den breiten Blättern - da hatte ich geschrieben : Bei Schwachwind entweder viele schmale Flügel und... betone - ODER - breite und meinte damit natürlich nicht viele Breite sondern nur wenige, also nicht mehr als drei. Wenn Du verschiedene für Segelyachten optimierte Kleinwindräder anschaust, ja, die haben tatsächlich relativ schmale Flügelprofile, oft mehr als 6 Flügel! Die bringen dann bei Schwachwind das bißchen was drin ist, haben im mittleren Bereich eine akzeptable Leistung und stallen früher als schmale Wenigflügler bei starkem Wind.

Die Westernmill damals mit der enormen Vielzahl breiter Blätter sollte gewollt langsam drehen mit möglichst viel Drehmoment. Sie wurde früher in USA meist für Bewässerung genutzt. Es geschieht damit also auch eine Anpassung an die Arbeitserfordernisse bzw. Nutzungsweise. Das kann ja schon mit der Sorte Generator der gerade zur Verfügung steht zusammenhängen.

Insofern - man muss tatsächlich Kunst für das Finden des Optimums einsetzen. Schliesslich kommt Kunst von Können.

Gruß, Carl
ora
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 08.02.2018 - 11:32 Uhr  ·  #25
Danke.

Ora

Kann man Dir nachträglich zum Geburtstag gratulieren?
Ich meine, vor wenigen Tagen stand links noch eine "70".
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 08.02.2018 - 12:01 Uhr  ·  #26
Das ist aufmerksam, danke! :-)
ora
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 09.02.2018 - 15:21 Uhr  ·  #27
Zitat geschrieben von dabro

Hallo,

ich beschäftige mich gerade mit der Schnelllaufzahl eines 3-Blatt-Rotors. Bis jetzt bin ich davon ausgegangen, dass die optimale Schnelllaufzahl dort immer im Bereich zwischen 6-8 liegt.
Dann bin ich auf das hier gestoßen und weiß noch nicht so genau was ich davon halten soll:
http://www.heiner-doerner-windenergie.de/designphil.html
Im zweiten Diagramm (bei der Überschrift Rotorblattzahl) sieht man, das die Leistung eines Rotors durchaus bei höheren Schnelllaufzahlen noch steigen kann oder zumindest konstant gehalten werden kann, wenn die Profilgleitzahl entsprechend hoch ist.
Was sind denn die maximalen Schnelllaufzahlen von Anlagen die momentan auf dem Markt sind? Wie hoch ist die Schnelllaufzahl des Black 300 (hab mal gelesen das die relativ hoch sein soll, aber ich kann nichts mehr darüber finden)

Wäre schön wenn mir da jemand weiter helfen könnte.

Grüße
Jan



Um jetzt wieder auf den Ursprungsartikel zurück zu kommen:
In dem Link steht:
"Empfehlung: Anlagen bis 100 m Durchmesser haben 3-Rotorblätter, über 100 m nur 2-Rotorblätter.
Zwischenbemerkung:
Der Autor versteht nicht warum Hersteller von heutigen noch größeren Anlagen nicht ernsthafte Überlegungen anstellen die Investitionkosten für das 3. Rotorblattes zu überdenken. "

Grundsätzlich gilt: Was Carl sagt, ist korrekt- die WEA muss anlaufen können. Damit verbietet sich bei KWEA eine zu hahe SLZ mit zu schmalen Blättern.

Herr Doerner lehrt an der Uni Stuttgart Windenergie (oder Windkraft- egal).
Trotzdem erzählt er Unsinn. Beweis:

Anlagen kann man simpel skalieren: Verdoppelt man den Durchmesser, und skaliert alle Blattmaße mit dem Faktor 2, so vergrößert sich die Fläche 4 und das Drehmoment um den Faktor 8. Die Tipspeed bleibt gleich.
Die Anlage ist exakt dieselbe (Wenn man von Re- Einflüssen absieht). Also die Leistung ist 4x so hoch.
Weswegen dann eine Anlage unter 100m etwas anderes sein soll wie über 100m bleibt ein Geheimnis von Prof. Doerner...

Das war der Beweis von der simplen Logik her. Nun der physikalische (Das ist eingescannt aus den Göttiger Veröffentlichunge von Betz mit Anmerkung von Prandtl)



Hier ist bspw ein 8-blättriger Rotor dargestellt.
Dreht die Anlage schneller oder bekommt sie mehr Blätter rücken die Spiralen näher zusammen.
Somit kann man theoretisch durch schneller drehen erreichen, dass man weniger Blätter braucht.

Die Intention ist- da hat Herr Doerner recht - die Anlage möglichst schnell laufen zu lassen.
Heisst hohes TSR des Rotors. Dann rücken die Spirallinien dicht zusammen und der Induzierte Widerstand (der aus den Randwirbeln) wird reduziert.
Schnell: Getriebe wird günstig!

Warum macht man es dennoch nicht? Weil man sonst über 80 m/s dreht bzw drehen muss und das wird zu laut.

Offshore mögen 2-blättrige OK sein, aber bei onshore braucht man 3 Blätter, damit's nicht zu laut wird.

Ora
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 09.02.2018 - 18:34 Uhr  ·  #28
Es hat nicht nur mit Lärmentwicklung zu tun das man 3 - Flügler vorzieht. :-)

Um die Einflüsse der Schwerkraft auf die großen Anlagen mit mehr als 100m langen Flügeln einschätzen zu können - deren Gewicht man locker mit dem eines Sattelschleppers vergleichen könnte - genügt es beide (menschliche) Arme seitwärts waagerecht abzuwinkeln und abzuwarten, wie lange man das ohne verkniffene Miene aushält. Bei herunterhängenden Armen fällt das meist lockerer aus.

Zwar wird der Einfluß der Schwerkraft in der Rotation durch die Fliehkraft abgemildert in der Regel jedoch nicht aufgehoben. Das Ergebnis sind Schwingungen.

Auch die Passage des Flügels unten vor dem Turm und der höhere Winddruck im oberen Durchgang bewirken bei 2flüglern eine je Flügel andere Wechselbelastung die unerwünschte Schwingungen hervorruft.

Bei Dreiflüglern ist der Lauf etwas ausgeglichener und lindert Materialermüdung und Verschleiss!

Carl
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 09.02.2018 - 19:06 Uhr  ·  #29
Zitat geschrieben von Carl

Bei Dreiflüglern ist der Lauf etwas ausgeglichener und lindert Materialermüdung und Verschleiss!
Carl


Absolut korrekt. Es gibt natürlich noch andere Gründe-
Auch Optik- wenn sich ein 2-Flügler dreht ist das nicht sehr chic.
Da fällt man immer um :-(

ora
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 10.02.2018 - 11:20 Uhr  ·  #30
[quote="ora"]

Da fällt man immer um ...


Wollen wir hoffen, das Doerner nicht umfällt. Veraltet sind einige seiner Thesen dann ja wohl! :-)
ora
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 10.02.2018 - 15:13 Uhr  ·  #31
Ja- irgendwie sind seine Bilder auch gefühlt nicht ganz richtig. Folgendes:



Und zwar zeigt es, dass mit steigender Blattanzahl die Verluste sinken. Das ist konform mit meiner Spirale oben.
Die Steigerung ist aber m.E. zu hoch- ganz verstehe ich es nicht.
Auch zeigt das Bild, dass mit sinkender Blattanzahl das SLZ bei optimalem CP steigt.
Was aber ignoriert wird: Fügt man Blätter hinzu, reduziert sich das optimale SLZ des Rotors.

100m/s Blattspitzengeschwindigkeit. Ein wenig laut.

Und "Empfehlung: Der Konstrukteur sollte für eine Horizontalachsen-Anlage (Freifahrende Turbine),
mit 2 oder 3 Rotorblättern, eine Schnelllaufzahl zwischen 6 und 8 im Nennbetriebspunkt wählen. "
Ich kenne eine Anlage, die mit ca. 9,5 läuft- und das sehr gut. Mit Kohle geht das locker.

Und da unten sein Raddampfer-Beispiel. Meine Meinung:
EIne VAWT ist leider unterlegen, da immer ein Blatt entgegen der Windrichtung läuft.
Und das bremst. Mit einem guten HAWT-Rotor bekommt man bei einer Großen
eben ein cp von ca. 0,50 hin, also 85% vom optimalen cp. D.H nur 15% Verluste.
Da tut jedes bisschen Zusatzwiderstand eines VAWT weh.

Er hat sicher viel für die Windenergie getan, aber ein kleines Update sollte da nicht schaden.

Ora
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 11.02.2018 - 07:47 Uhr  ·  #32
[quote]
Er hat sicher viel für die Windenergie getan, aber ein kleines Update sollte da nicht schaden.
[/quote]

So sehe ich das auch. Über- oder Untertreibung gehört nicht zum Lehrstoff genau so wenig wie voreilige Prognosen, z.B. 2 - Flügler betreffend. Bisher wurden die Probleme der 2 - Flügler noch nicht gelöst! Jedenfalls nicht ohne kostspieligen Mehraufwand.

Was VAWT`s betrifft, da hast Du auch recht, vergessen braucht man dennoch nicht, dass technische Vielfalt unter bestimmten Vorbedingungen trotz der unterschiedlichen Leistungsbeiwerte noch gewinnbringend genutzt werden kann.

Gruß, Carl
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 14.02.2018 - 08:51 Uhr  ·  #33
Hallo!

Bei 2-flüglern hat man als Hauptproblem das Rotorhauptlager. DAs ist deutlich stärker belastet.
Das Problem hatte übrigens der "Growian". Hat Carl bereits ausgeführt.
Das resultiert aus der Turmpassage der Blätter und dann gibt's in der Physik noch ein lustiges Phänomen:
(das weiss ich NICHT sicher, ob das einen Einfluss hat) Dass sich Körper nicht stabil um alle Achsen drehen.
(Wenn man einen Backstein dreht und wirft kann er sich nach einiger Zeit nicht um alle Achsen drehen-
Dieser Physik-Unterricht ist schon arg lange her).

ABER - bei großen Maschinen - das kostet ein 37m-Blatt vielleicht 70000 Euronen.
Wenn man da ein Blatt weglassen kann, kann man das Hauptlager um 2500 Euro stabiler machen und dann klappt das auch.
Grobe Schätzung.
OK- das cp- sinkt- s. Diagramm oben. Ob sich das wegen dem cp "lohnt" ist etwas anderes.
Ich hab's mal gerechnet. Mal kucken, ob ich's noch finde.
Das optimale TSR geht hoch, was die Reduktion im optimalen cp etwas relativiert.
0,01 oder 0,015 war das cp geringer.

Das "Optimale Rotorblatt" von der Verwindung etc ist übrigens völlig identisch,
ob's nun ein 1-Flügler oder ein 10-Flügler ist.

Viele Grüße
ora
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 14.02.2018 - 22:47 Uhr  ·  #34
Konkret: Ich habe gerechnet, dass das optimale CP
mit cp=0.482 und SLZ von 7,7 bei einem 3-Flügler
auf cp=0.462 mit SLZ von 9,7 beim 2-Flügler herunter-/hochgeht.
Die Zahlen erheben keinen Anspruch auf Allgemeingültigkeit,
aber der Trend ist klar.
Das sind über 4% weniger cp.

Ora
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 15.02.2018 - 08:24 Uhr  ·  #35
Das wäre schon interessant, 4% über die durchschnittliche Lebenserwartung von 20 Jahren abgeglichen mit dem konstruktiven und materiellen Mehraufwand für ein auf Zweiflügler ausgelegtes verstärktes Baukonzept was schon bei der Errechnung Kosten verursacht.

Die Ingenieure bei Großanlagen sind nicht alle so freigebig wie unsere Forenmitglieder ! :-)
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SLZ Black 600

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Gepostet: 26.02.2019 - 23:01 Uhr  ·  #36
Um nochmal auf das Thema Black zurück zu kommen:

Ich würde gerne die Schnellaufzahl der Black 600 wissen oder zumindest die Drehzahl bei einer Windgeschwindikeit, damit ich mir das ausrechnen kann. Ich habe im Netzt nichts dazu finden können, auch nicht im Black-Forum. (Was ja auch verständlich ist, da die meisten sich die Anlage mit Zubehör komplett kaufen und da das dann irrelevant wird.) Ich habe hier von Max mitbekommen das er die SLZ der Blaxck 300 um die 7-8 schätzt, Carl schrieb in diesem Thread allerdings das er eine SLZ von 4 gemessen hätte. Weiß jemand die SLZ der Black 600?
Da man die Rotorblätter der 600er für ca 120€ noch bekommen kann wären die doch für ein Eigenbau mit entsprechend ausgelegten Scheibengeni ganz brauchbar, oder?
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 01.03.2019 - 12:07 Uhr  ·  #37
Hallo!
Ich fürchte, dass Du mit der Bestimmung der Schnelllaufzahl Probleme bekommen wirst:
Zwar sind das ganz kleine Profile und diese sind sehr empfindlich bezüglich ihrer Reynolds Zahl.
(Weiterhin sind noch eine Empfindlichkeit von der Turbulenz der Angestellten an Strömung verzeichnen. )
Hier müsste man für die Berechnung den kompletten Rotor für die Profile mit mehreren Reynoldszahlen durch rechnen.
Das machen nicht einmal alle Anlagenbauer von Großwindanlagen.
Und dass es gerade bei KleinWEA besonders notwendig ist, wissen die wenigsten.
Aerodynamisch sind kleine komplizierter als große!

Die Schnellaufzahl 7-8: Da nehmen die Hersteller Profilpolaren, die gut aussehen und dann werden sie für die Rotorrechnungen benutzt.
Ob die Re-Zahl das hergibt- wird nie geprüft.
Diese kleinen Profile habe nämlich den Nachteil, dass ihre Leistung in den Keller geht, wenn die Reynolds Zahl nicht ausreicht.
Und dann haben wir kleinen Schnellaufzahlen, wie sie Carl gemessen hat.
Es kann sogar sein, dass mit dem Aufkleben von Zackenband sich die Aerodynamik der Profile deutlich verbessert und damit auch die Schnelllaufzahl steigt. Ich gehe sogar davon aus.
---
Selbst bei GroßWEA gibt es die Probleme: Wer mal mit dem Zug die Strecke Ki-HH fährt, sieht westlich der Bahnstrecke in der Nähe von NMS einen Windpark-Vestas- Auf der Luvseite sind die Blätter in gewissen Bereichen ziemlich schmutzig- das sind mit 99%iger Wahrscheinlichkeit Ablösungen.

Der WP performt auch nicht gescheit.
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 01.03.2019 - 18:32 Uhr  ·  #38
Ah.. Das kenne ich sieht man tatsächlich sehr oft bei älteren Vestasanlagen. Enercon hat damit scheinbar nicht so das Problem damit.
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 01.03.2019 - 22:20 Uhr  ·  #39
Stimmt- Enercon hatte bei den ersten Winglets aber den Dreck in der Beuge der Winglets.
Ein Design ändert man nicht, wenn's nicht nötig ist. Kochen alle nur mit Wasser.
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