Empfehlung Hobby Kleinwindanlage

WL01 - zitiere: "Aber dazu gibt es Formeln, Formeln und wieder Formeln,..."

Ja, und es hat sich noch kein Physiker getraut ein komplettes vollumfassendes mathemathisches Modell vom Savonius zu machen....

@Magnus: Ich finde auch faszinierend wie einfach und baulich beherrschbar die Konstruktion ist, das Komplizierte übernimmt schliesslich die Strömung!

Bei den kleinen ElvWis reicht es den Savonius direkt auf die Generatorwelle zu koppeln, die Elvwis Generatoren sind auch sehr stabil gebaut mit fetter Achse und großen Lagern - die können schon was ab.

Bei der Größe die Du planst ist es total korrekt den Generator mit Lagerstufen abzukoppeln.

Zur Stabilität: Ganz richtig gesagt sind lange schmale Rotoren - wie man sie wählen würde wenn man höhere Drehzahlen braucht - bei Generatoren ist das ein Thema - wegen der Biegemomente ungünstig, es sei denn man kann in mehreren Abständen zwischenlagern um solche zu vermeiden.

Breite und dafür kürzere Savonius Formen nimmt man gerne um Wasserpumpen anzutreiben - z.B. Membranpumpen die Heinz Schulz in seinem Buch schon aus Autoreifen gebaut hat. Je breiter der Savonius desto größer das Drehmoment aber auch um so kleiner die Drehzahl.

Wenn man mit dem geringeren Wirkungsgrad leben kann ist der Savonius eine geniale Lösung.

Oh, ein hübsches Beispiel, wahrscheinlich mit durchgehender Drehachse um so den hoch gebauten Rotor statisch zu stabilisieren. Schliesslich hat der keine zwischengelagerten Stufen. Aber dadurch dass die Halbschalen in drei Stufen zueinander versetzt sind stabilisiert das auch!

Man versucht manchmal den Darrieus mit dem Savonius zu kombinieren, der Darrieus hat ja einen höheren Wirkungsgrad aber leider nicht das Dtrehmoment und die Turbulenzverträglichkeit des Savonius. Jedenfalls nicht in der Anlaufphase in der die optimale Vektorgeschwindigkeit noch nicht erreicht ist.

Da gibt es beim reinen Darrieus bei mäßigen Windverhältnissen das Problem der Anlaufträgheit bei zyklischen Wechseln der Windgeschwindigkeit (Boenverhalten). Wenn der Wind in einer Boe am stärksten ist und danach gleich wieder abflaut hat der Darrieus an diesem Spitzenpunkt noch nicht seine optimale Drehzahl für diese maximale Windphase erreicht und kann seine bei stärkerem Wind ansonsten recht guten Qualitäten noch nicht nutzen.

Deshalb ist der Darrieusrotor eigentlich besser für höhere Windgeschwindigkeiten geeignet.

Und der Savonius deckt dafür den Schwachwindbereich und sehr turbulente Standorte auch solche mit Starkwind hervorragend ab, leider mit geringerem Wirkungsgrad als der Darrieus , aber bei Schwachwind in jedem Fall besser und dann auch mit mehr Ertrag als der Darrieus.

Die persönliche Lehre die ich daraus ziehen würde ist die, dass wenn Darrieus und Savonius überhaupt kombiniert werden dann eher so dass der Savonius den Darrieus nicht behindert, also nur als Anlaufhilfe und relativ unauffällig

Aber das ist rein gefühlsmäßig gesagt, ob der Binopterus besser oder schlechter ist - da würde ich mich nicht festlegen.

Interessant beim Binopterus sind die Einleitflächen (auch wenn diese den Windgeschwindigkeiten bei 135 kmh nicht standhielten.

Das erweitert die Strömungsintensität um einiges, in einem anderen Forum hatte ein "Andre" eine Einleitfläche vorgestellt die weniger anfällig der Windrichtung nachgeführt kleinflächiger gehjalten werden konnte. Bei optimalem Anstellwinkel der Einleitfläche konnte so eine um 20% höhere Energieausbeute generiert werden.

Einzig die Windnachführung ist dabei konstruktiv nicht so ganz einfach zu bewältigen.

Laut deren Auskunft arbeitete der Savonius und der Darrieus voneinander unabhängig, die Koppelung mit der Drehachse erfolgte über eine Art magnetischer Kupplung. Außerdem arbeiteten sie als ich nach ca. einem halben Jahr nachfragte an zwei anstatt der abgebildeten drei Savonius-Schalen. Nur hatte ich nach den zwei Jahren das Gefühl, dass sie insgesamt maximal zwei bis drei Protomodelle erzeugt hatten und als die verkauft waren, einfach aufhörten, weil die Produktion zu teuer und zu aufwändig wurde (ein Binopterus hätte nach KV -inkl. Montage und Steuergeräte- € 7.800,00 gekostet und zwei hätten sie mir um rund € 12.000,00 angeboten, wenn ich sie gleich genommen hätte).

Kopie Schriftverkehr:


Ja, eine Fluiddynamische Grenzschicht bildet sich zumeist erst bei langen Geraden/Flächen/Mauern und dann sind auch diese Re-Zahlen relevant. Bei kurzen Strecken (also bei Windrädern) ist sie nicht so sehr erforscht aber da sind Re-Zahlen eher nicht so von Relevanz. Aber solch eine Fluiddynamische Grenzschicht ist m.A. die einzige in der Literatur erwähnte Möglichkeit, wo das Fluid /die Strömung "außen herum ausweicht".

Ich habe auch nichts anders gesagt, je länger die Fläche, desto höher die Re-Zahl und desto größer die Verwirbelung und desto kürzer die laminare Grenzschicht. Die Betrachtung erfolgt jedoch hier bei Flügelprofilen und ihren Weg durch die Aerodynamik.

Im Thread ging es jedoch um die laminare Grenzschicht eines unbeweglichen aber sich drehenden Vertikalläufers und ob hier ab einer gewissen Geschwindigkeit die an der Windturbine vorbeistreichende Strömung durch die Fluiddynamische Grenzschicht ohne Einfluss auf den Vertikalläufer bleibt, da der rotierende Körper dann als ein zusammenhängender Körper gilt. Sprich die Strecke, die der Wind an der Windturbine vorbeiströmt ist sehr kurz und damit ist auch die Re-Zahl sehr gering.

@ WL01:
Hatte nur bemerken wollen, dass selbst bei Kleinwindrädern und Blattbreiten von 10 cm und weniger sehr wohl darauf geachtet wird, ob die Profile bezüglich Re-Zahl brauchbar sind. Die Grenzschicht also mehrheitlich turbulent ist.

Vermutlich meintest Du aber den Effekt, dass runde Körper ab einer bestimmten Geschwindigkeit bzw. Re-Zahl windschlüpfrig werden, weil die Grenzschicht ab da turbulent wird. Vorgezogen durch spezielle Oberflächen wie beim Golfball.

Daraus aber die Sturmsicherheit von Wid.-Läufern ab zu leiten, halte ich für so kühn, dass es messtechnisch bewiesen werden müsste. Auch Formelwerk erscheint mir fehl am Platze, da die Richtigkeit auch hier durch Messungen überprüft werden muss.
Also kann man auch gleich messen.

Die aerodyn. relevante Länge genügt nicht, denn es kommt für die RE-Zahl auf das Produkt von L und v an.
Mit welchen Re-Zahlen in Versuchen gearbeitet wurde, ohne dass Leistungsabfall zu verzeichnen war, im Gegenteil,
kann man im Anhang ergründen. Hier hinzu gefügt, da meine bisherige Bezugsquelle im Netz inzwischen inaktiv ist.

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Wenn Wid.-Läufer Strömungsanteile haben, allerdings eher gering, da die Öffnung (der Überlapp) beim besten klassischen Savonius (mit 2 Halbschalen) nur 10% beträgt,
dann ist nach meinem Verständnis ab einer gewissen Drehzahl die Wechselfrequenz (Luftstrom ja einmal von der einen, danach von der anderen Richtung) möglicherweise so hoch, dass nichts mehr strömt.

Geht aber nur, wenn das Zentrum wenigstens geringfügig geöffnet. Beim fälschlicherweise als Querdstromrotor bezeichneten 3-blättrigen Savonius fällt in seiner effektivsten Bauweise (s. Anhang) das ganz weg, denn dann ist er im Zentrum geschlossen.

Dann hat man nur noch Widerstandswirkung, und bestenfalls Verdichtungsschwingungen in den Kammern.

Entschuldigung Magnus, wenn ich Dich mit Wortspielen vielleicht brüskiert habe. War nicht meine Absicht.
Aber ich halte es für durchaus kompliziert mit der eventuellen bauartbedingten Sturmsicherheit.

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@ Carl:
Anstatt Deine Unwissenheit zur übelen Nachrede zu benutzen, hier bezüglich meiner 3,5 m/s,
könntest Du endlich mal begreifen, was es mit dem Jahresmittelwind auf sich hat!
Hier im Bild http://www.geopolos.de/Entwick…age044.png
sind Geschwindigkeitsverteilungen über ein Jahr für 2 Standorte mit Mittelwind 5,4 enthalten als auch für einen mit 4,1 (Berlin).
Und da gehen die Windstärken sichtbarlich zumindest bis 11 m/s hoch, wenn auch zu einem geringen Prozentsatz.

Es ist nicht richtig, dass jeder Windkraftrotor irgendwann automatisch in den Stall gerät!
Normalwindräder werden mit zunehmender Vw wegen den steigenden Re-Zahlen immer munterer.
Zumindest, wenn man keine Maßnahmen ergriffen hat, das zu verhindern.

"Soviel mir bekannt ist sind aerodynamische Profile mit hoher SLZ dafür bekannt, sich bei Sturm eher zu zerlegen als dass sie an irgendwelche Stall -Grenzen vorstoßen."
Einverstanden. Warum aber hast Du dann in #29 geschrieben?
"...aber welcher Rotor stallt denn eigentlich nicht beim Erreichen einer für ihn relevanten Windgeschwindigkeit?"

Wie in meiner Untersuchung nachzulesen ist, habe ich zumindest bei 12, teilweise auch bei 14 m/s die Festigkeit simuliert.
(Dsw. beim 50-Jahres Wind bzw. bei der 50 jahres-Bö für eine Windklasse mit zugeordnetem Jahresmittelwind 4 m/s.
Da gehts hoch bis 35,5 m/s.)

Einschränkungen ergeben sich, da ich Leerlaufdrehzahlen verwendet habe. Einfach weil ich es als Illusion angesehen habe, bei Leistungsüberhöhungen 25-fach über der Nennleistung da noch was mit Ersatzlasten zu machen.
Auch ist bezüglich Stall durch Überlastung, also Abwürgen, bei Wid.-Läufern so gut wie nichts möglich.

Reserven tun sich auf, da durch plastische Verformungen sich Geometrieen ergeben, die wesentlich fester sind.
Sieht anschließend der Rotor aber nicht mehr so aus, wie vorher.
Beispiel:
Wenn ein Rohrzylinder sich durch zu viel Druck aufweitet zu einer Form wie ein Bierfass, so hält diese Form wesentlich mehr Druck aus. Muss nur das Material diese Aufweitung auch zulassen.

Das Buch vom Dr. Heiz Schulz bezüglich Savonius-Rotor habe ich fast durch. Hätte mich mit ihm übrigens gut verstanden.
Unter "Sicherheitsanforderungen" schreibt er, wohl nicht ohne Grund:
"Ein wichtiges Teil ist die Bremseinrichtung, die unbedingt in der Lage sein muss, den Rotor bei höchsten Windgeschwindigkeiten aus voller Drehzahl abzubremsen und fest zu stellen."

Später mehr.

Mich würde schon interessieren, wie sich die verschiedenen Rotor Bauweisen und Profile verhalten würden wenn die Windgeschwindigkeit über die bekannten Grenzwerte (z.B. Sturm usw.) ansteigt.

Gibt es dazu auch praktische Untersuchungen?

"...aber welcher Rotor stallt denn eigentlich nicht beim Erreichen einer für ihn relevanten Windgeschwindigkeit?" Das war mehr Frage, keine Feststellung.

Stall ist sicher eher der Begriff für den Zustand der eintritt wenn die Strömung nicht ausreicht um Auftrieb zu erzeugen, ähnelt jedoch der Situation wenn die Strömung einem Rotor ausweicht weil die Abdeckung der Rotorfläche zum Wind zu groß wird

Nicht konstruktiv so ist, sondern - AUGENMERK - durch hohe Drehzahlen bewirkt wird.

Na ja und normalerweise der Stall wenn das Flugzeug durch Absinken der Fluggeschwindigkeit absackt, davon ist hier ja nicht die Rde.

Mit der Rotationsgeschwindigkeit verändert sich auch das Abdeckungsverhältnis, der Rotor wirkt geschlossener auf die Strömung, natürlich verändert sich als Gegenkomponente auch der Druck aus der Strömungsrichtung, aber das da, wenn wir wohlmeinend mal annehmen es wäret so, würde zumindest aufzeigen dass das Drehzahl und Windgeschwindigkeit nicht linear zueinander verlaufen:

"Normalwindräder werden mit zunehmender Vw wegen den steigenden Re-Zahlen immer munterer."

Im Bereich niedriger Windgeschwindigkeiten ok, das läßt man gelten, stimmt so. Aber im interessanten Bereich, also dort wo wir uns eher wünschen das das Windrad an Grenzen stößt - nennen wir mal das dehnbare Wort Eigensicherheit, sieht es dort nicht wieder anders aus?

Nämlich dass mit dann entsprechend "munterer" Drehzahl die durchströmte Fläche noch mehr dicht machen würden, sage ich mal, so:

Wenn die Flügel rasend schnell flitzen wirkt das doch fast wie eine geschlossene Fläche und die Frage ist ab wann nimmt der Wind den Weg des geringeren Widerstandes vermehrt eher aussen herum statt eine Drehgewindigkeit bis ins Unendliche zu bewirken?

Wohlgemerkt, das ist einfach genug nur Frage.

Stall ist in jedem Fall mit "Strömungsabriss" zu übersetzen. (also Ende des Auftriebes an einem Flügelprofil) Physikalischer Hintergrund, wenn sich die laminare Grenzschicht ablöst und turbulent wird.


Ich denke es geht aber hier um zwei verschiedene Dinge:
Einmal um die Grenzschicht, die sich an den Flügeln der Windräder bildet. Hier hat @Che entsprechende umfangreiche Untersuchungen durchgeführt.
Und zum Zweiten um die Grenzschicht, die sich bildet, wenn der Vertikalläufer ab einer gewissen Geschwindigkeit für die Windströmung als eine durchgehende Wand (Körper) gesehen wird -ob man hier einen "Stall" sehen kann, bezweifle ich einmal-. Dann gäbe es fast keine Beeinflussung des Windrades durch die Windströmung mehr und das Windrad wird demnach auch nicht mehr schneller (Ich denke da an Wasserströmungen, die einen permanenten Strudel erzeugen, die Hauptströmung hingegen ohne Beeinflussung daran vorbeiströmt). Fast deshalb, weil es ja trotzdem noch den Magnuseffekt gibt, bei dem der Wind den Dreh-Körper in eine Richtung ablenkt/verbiegt und damit zerstören kann.

Ich habe tatsächlich vor einigen Jahren gehofft, dass der C-Rotor für den ich nach noch unbekannten Eigenschaften suchte unendlich weiter hochdreht.

Da alle verschiedenen Bautypen ganz individuelle Eigenschaften haben ist es meine Meinung dass dies eine Chance ist und keine Schwäche. Es gibt immer Nischenanwendungen wo das eine das andere ersetzen oder ergänzen kann.

Ich bin nicht dazu gekommen das beim C-Rotor herauszufinden, auch nicht bei anderen Bautypen, aber Wissen läßt sich in der Technik nicht durch Glauben ersetzen, die Frage ist noch offen solange keine praktischen Versuche vorliegen.

Was den Glauben betrifft, ich glaube dass WL01 recht hat. Nur geschlossene Turbinen durch die unter Druck eine Strömung geht bieten derselben keine Ausweichmöglichkeit um den Rotor herum. Wasserturbinen zum Beispiel.

Selbst Mantelturbinen (Windenergie) lassen Strömung aussen herum zu.

Ein Beispiel für eine individuelle Eigenschaft: Der monogonal laufende Rotor. Die meisten Rotoren arbeiten in nur eine Strömungsrichtung, von der Rückseite angeströmt verweigern sie ihren Dienst.

Wozu man die monogonale Variante nutzen könnte? Das ist immer eine separate Frage wenn man auf spezielle Eigenschaften stößt

Mich interessiert sowas trotzdem.

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