Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

 
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Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 07.12.2009 - 11:47 Uhr  ·  #1
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
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 07.12.2009 - 17:24 Uhr  ·  #2
Hallo Jan,

Ich persönlich würde keine SLZ größer 7 wählen. Zum einen müssen die Profile sehr genau gearbeitet sein um die Verluste klein zu halten. Zum anderen sind Rotoren mit hoher SLZ nich so dolle Kräftig im Anlauf. Da bracuht man dann irgendwann eine ANlaufhilfe oder aber einen extrem leicht laufenden Generator.

Gruß
Max
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 08.12.2009 - 10:08 Uhr  ·  #3
Hallo Max,

danke für deine Antwort. Das mit dem genauer fertigen war mir klar, aber stimmt, den Anlauf muss man ja auch noch beachten...

Hmm, mir geht es aber eigentlich mehr um das theoretische Wissen. Mir ist schon klar, das die meisten Windkraftanlagen eine SLZ zwischen 6-8 haben, aber mich würde mal interessieren was so machbar wäre.
Der Vorteil wäre ja ganz klar, das ich den Generator bei höheren Drehzahlen kleiner Dimensionieren könnte. Außerdem werden die Flügel schlanker und wirken in der Landschaft vielleicht weniger störend.
Mal angenommen man hätte einen Generator mit sehr geringem Anlaufmoment und könnte die Flügel sehr genau fertigen. Was wäre dann wohl für eine Schnelllaufzahl erreichbar? 10?
Mich würde noch immer interessieren was es so auf dem Markt gibt... was sind denn die maximalen Schnelllaufzahlen bei käuflichen Kleinwindanlagen. Der Black? Oder hier die Whisper 200 von Southwest Windpower: http://www.windenergy.com/products/whisper_200.htm
diese Flügel sehen extrem schlank aus, weshalb ich mal eine hohe Schnelllaufzahl vermute.
Leider ist in den Diagrammen immer nur die Leistung über der Windgeschwindigkeit angegeben und niemals die Drehzahl.
Weiß vielleicht jemand was?

Grüße
Jan
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 08.12.2009 - 12:09 Uhr  ·  #4
Hallo Jan,

Zitat
er Vorteil wäre ja ganz klar, das ich den Generator bei höheren Drehzahlen kleiner Dimensionieren könnte. Außerdem werden die Flügel schlanker und wirken in der Landschaft vielleicht weniger störend.


Das ist eben der riesengroße Vorteil eines Scheibengenerators. Das Haltemoment was er dem Rotor entgegensetzt ist da nur so hoch wie die Lagerreibung, also quasi nichts. Da muss man sich um den Anlauf dann keine Gedanken machen.
Die Flügel müssen mit steigender SLZ, da hast du Recht, schlanker werden. Da fangen die Probleme dann aber schon an. Es gibt, wenn man optimal auslegt, für jede SLZ einen bestimmten Flächenfüllungsgrad der reinen Rotorblattfläche zur gesamten überstrichenen Rotorfläche welche sich auf alle Flügel aufteilt. Will man also zum Beispiel einen 3-Flügler mit SLZ 7 bauen, so sind die Blätter breiter als bei einem Zweiflügler gleicher SLZ. Schlankere blätter heißt aber auch dünnere Blätter. Das knappert gewaltig an der Stabilität. Noch mehr "knappert" das wenn man dann auch noch bedenkt dass Rotoren mit sehr hoher SLZ auch wesentlich größeren FLiehkräften ausgesetzt sind. Es treten also enorme Zugkräfte an der Nabe aus welche jene auch aufnehmen können muss. Diese Kräfte sind um ein Vielfaches Größer als der WInddruck auf den Flügel. Bei einer 6 m ANlage mit SLZ 7 sind das zum Beispiel mehrere Tonnen bei größeren WIndgeschwindigkeiten, das wird gerne unterschätzt.

Man wird also bei hohen SLZ Rotoren mit wenigen Flügeln bauen, Zweiflügler werden da oft verwendet.
Diese haben dann aber auch wieder ihre ganz eigenen Nachteile, da sie ohne Massenträgheitsausgleich sehr unruhig laufen umd beim in oder aus dem WInddrehen die ANlagen statisch sehr hoch belasten und Vibrationen auslösen.

Was die Baukosten des Generators betrifft, ganz klar, da ist eine hohe SLZ natürlich wünschenswert. Baugröße, Materialkosten und auch der Innenwiderstand lassen sich so recht klein halten...und dennoch, ich würde und werde für meine Rotoren immer eine SLZ zwischen 4,5 und maximal 7 wählen. Theoretisch lassen sich mit einer SLZ um 7 herum die besten Wirkungsgrade erzielen, praktisch sieht das dann aber wieder ganz anderes aus, vor allem im Bereich des Selbstbaus.

Die meisten käufliche WIndanlagen liegen mit der SLZ auch so zwischen 4 und 6. Beim Black bin ich mir nicht sicher aber der hat auch einen sehr kleinen Rotor welcher schnell zu beschleunigen vermag.

Gruß
Max
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 04.06.2015 - 15:30 Uhr  ·  #5
Servus,

will das Thema noch einmal aufgreifen. Wie hoch ist die SLZ des Black300 denn nun? :-)

Danke

Gruß
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 05.06.2015 - 17:48 Uhr  ·  #6
Och- da hatte sich Max ja ins Zeug gelegt!
Die Verbindung dieser ausführlichen Ausführungen mit meinen Grundlagen -Artikel bzgl. Aerodynamik gibt Aufschluss
über die Zusammenhänge.

Etwas genervt:
Du meinst die OPTIMALE SLZ DES ROTORS, oder?
Nur konkret- wenn man sich die Bilder der Bläck anguckt, sieht man ,dass hier jede Berchnung versagen wird.
Da die Profile von Klein-WEA für diese meist nur bedingt geeignet sind
ist das alles etwas schwierig zu sagen.
-------------------
Zum Link:
Heiner Doerner erklärt das gut, leider gilt bei manchen Sachen "knapp daneben ist auch vorbei".

Der Arminius

Ich sehe gerade: Die Black kann man von 3 auf 5 Blätter nachrüsten.
Bedeutet also quasi eine "Fehlauslegung" der 3-Blatt-Anlage.
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 06.06.2015 - 07:34 Uhr  ·  #7
Genau! Ich brauch ne ungefähre SLZ vom Rotor für meine Berechnungen, wobei ich in etwa vermute was hinten raus kommt. Eine Spanne von z.B. 6-7 würde mir auch reichen, dann weiß ich das ich nicht mit ner SLZ von geschätzten 5 rechnen kann etc.
Ansonsten muss ich blind, wie in einem meiner Fachbücher angezeigt, ein Lambda von 7 für 3 Blättrige Repeller auswählen.
Bedingt reicht mir also auch völlig aus :)

Gruß
Alex
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 06.06.2015 - 09:06 Uhr  ·  #8
Meiner meinung hängt die optimale Schnellaufzahl auch vom Wind ab.
Stärkeres Windangebot macht hohe Schnellaufzahlen sinnvoll , niedrigere Winde niedrigere Schellaufzahlen.
Würd sie selber eher bei 5 anssetzten, überhaupt bei Selbstbau.
Gruß Hans
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 06.06.2015 - 12:44 Uhr  ·  #9
Hallo

Ich würde bei der optimalen Schnellaufzahl auch die Umpfangsgeschwindigkeit mit in die Rechnung nehmen.
Irgentwann zerlegt sich schließlich jedes Windrad.
Da sollte man eine Obergrenze fest legen zb: 150 m/sek, das ist gerade für die kleinen schon heftig.
Wenn die in Starkwindgebieten stehen und noch bei 20 m Wind richtig arbeiten, wirt das schon bei SLZ von 7,5 erreicht, und bei plötzlichem Lastabfall oder Böen sofort überschritten.
Da muß auch dringent auf eine Statik der Blätter geachtet werden was Fliekräfte und Biegung angeht.
So könnte die SLZ geringer, die Blattiefe aber grösser gewählt werden.

Gruß Aloys.
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 06.06.2015 - 20:44 Uhr  ·  #10
Zitat geschrieben von doelle4

Meiner meinung hängt die optimale Schnellaufzahl auch vom Wind ab.
Stärkeres Windangebot macht hohe Schnellaufzahlen sinnvoll , niedrigere Winde niedrigere Schellaufzahlen.
Würd sie selber eher bei 5 anssetzten, überhaupt bei Selbstbau.
Gruß Hans


Leider genau umgekehrt:
Und zwar braucht eine niedrige mittlere Windgeschwindigkeit ein schlankes, langes Blatt.
(Umbekehrt: Bei höherer sind die Blätter breiter und kürzer).
Und ein schlankes Blatt hat eine hohe optimale SLZ
(oder man nimmt ein Blatt weniger, wenn man die Struktur nicht mehr reinbringt).

Der Arminius
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 07.06.2015 - 00:35 Uhr  ·  #11
Also Arminus hier schreibst du etwas Mist wenn du das ernst meinst.
Therorethisch kann man berechnen was man will praktisch ist das aber manchmal ganz was anderes, den die Physik und Aerodynamik lassen sich nicht bescheißen.
Tatsache ist das für Windräder mit niedrigen Schnellaufzahlen schon kerzengerade große Bretter genügen für passable Leistung in dem Windgeschwindigkeitsbereich wärend diese bei hohen Schnellaufzahlen diese schlank und sehr exakt berechnet ausgeführt sein müssen.
Deiner Schlussfolgerung müssten z.b. langsame Autos perfekt aerodynamisch geformt sein während Supersportler jenseits der 300 km/h ruhig klobig sein können....

Gruß Hans
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 07.06.2015 - 19:44 Uhr  ·  #12
Zitat geschrieben von doelle4

Also Arminus hier schreibst du etwas Mist wenn du das ernst meinst.
Therorethisch kann man berechnen was man will praktisch ist das aber manchmal ganz was anderes, den die Physik und Aerodynamik lassen sich nicht bescheißen.
Tatsache ist das für Windräder mit niedrigen Schnellaufzahlen schon kerzengerade große Bretter genügen für passable Leistung in dem Windgeschwindigkeitsbereich wärend diese bei hohen Schnellaufzahlen diese schlank und sehr exakt berechnet ausgeführt sein müssen.
Deiner Schlussfolgerung müssten z.b. langsame Autos perfekt aerodynamisch geformt sein während Supersportler jenseits der 300 km/h ruhig klobig sein können....

Gruß Hans

Hallo!
Dass ich "Mist" schreibe, passiert zwar, aber selten.

Und es ist einfach nachzuvollziehen:
Eine Anlage, die wenig Watt/Quadratmeter bringt (Schwachwindanlage), muss schmale Blätter haben.
(Den Auftrieb, den man erreichen kann, ist proportional zu Auftriebsbeiwert mal Blatttiefe. )
Und schmale Blätter bzw. niedrige Solidity bedingen eine hohe SLZ.

Praktisch läuft dies bestens, nachdem es theoretisch genau so ausgelegt wurde.

Das ist richtig:
Formel-1 Rennwagen haben einen miserablen CW-Wert. 0,5 oder 0,6 oder so.

Der Arminius
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 07.06.2015 - 22:39 Uhr  ·  #13
Das mit dem Formel 1 Auto kann ich nachvollziehen weil die Endgeschwindigkeit gegen Anpressdruck (+Überleben) eintauschen.
Zum Rest: Seis drumm jeder hat seine Philosophie je nach verwendeten Materialien und Aufwand.
Gruß Hans
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 19.03.2016 - 13:58 Uhr  ·  #14
Hallo Arminius,

Zitat: "Eine Anlage, die wenig Watt/Quadratmeter bringt (Schwachwindanlage), muss schmale Blätter haben."

Wir sind doch bei Kleinwindanlagen?

Kommt vielleicht drauf an, wie viele Blätter Du meinst, die Abdeckung bei Schwachwind muß stimmen.. Gerade bei Schwachwind wählt man gewöhnlich eine größere Flächenabdeckung weil dann das Drehmoment früh stark genug für den Anlauf zur Verfügung steht. Ich habe noch nie gehört, dass man das mit schmalen Blättern macht, eher mit langsameren relativ breiten und tiefen Profilen, die sehr früh anlaufen und so auch weniger empfindlich auf die üblichen kleinen Wechsel der Windgeschwindigkeiten in diesem Bereich reagieren. Dann braucht man auch nicht eine Vielzahl von Flügeln. Ein sehr schmales Blatt läuft spät an (2,5 - 3 m/sec und bleibt dann auch früher stehen. Schwachwindläufer werden meist mit kleinerer Schnelllaufzahl genommen, also mit voluminöseren Flügeln. Deshalb verstehe ich nicht, warum Du gerade den Schwachwindbereich ideal für diese Blattform erkennen kannst. (Schwachwind ist bei uns so um die 3 m/sec, oder meintest Du mit Schwachwind etwas anderes?

Gruß, Carl
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 14.01.2018 - 01:25 Uhr  ·  #15
Du hast Recht-ABER das sind 2 verschiedenen Paar Schuhe.
Wenn Du breitere Rotorblätter verwendest, sinkt zwangsläufig die SLZ des Rotors.
Was wieder ein schlechteres cp bringt.

Viel Fläche, aber schlanke Blätter.
Die Theorie ist unabhäng von Groß- oder Kleinwind.

Mit schlanken Blättern schafft man es auch nur, die Maschine eher stallen zu lassen:
Für wenig Watt/Quadratmeter braucht es schlanke Blätter. Dann kriegt man die Nennleistung runter.
Was nutzt bei Schwachwind eine Maschine, die erst bei 16 m/s Wind ihre Rated Power erreicht?!


Schlanke Blätter: Segelflugzeuge. Die haben nicht umsonst schmale Flügel.

Ora
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 25.01.2018 - 10:13 Uhr  ·  #16
Hallo

Der Vergleich mit Segelflugzeugen ist denkbar suboptimal.
Es wirt eine eliptische Auftriebsverteilung angestrebt, der ganze mitlere Flächenbereich hat gleichen Auftrieb.
Das ist beim Rotor unmöglich.
Das Flugzeug ist immer gleich schwer, im Gegensatz zum ständig wechselnden Druck des Rotors gegen den Mast.
Bei gleich bleibendem Gewicht fliegt der Segler bei zb 80 kmh und 0,8 m Sinkgeschwindigkeit (langsam) mit SLZ von 22 .
Im Schnellflug mit 200 kmh und 5 m sinken, mit SLZ 11 .
Die benötigte Leistung ist daher für hohe Geschwindigkeit 5 m sinken zu 0,8 m sinken 6,25 mal höher bei gleichem Gewicht.
Die Antriebsleistung ist auch vollkommen verbraucht und nichts mehr übrig, für einen Generator.
Bringt man den Segler bei 80 kmh auf ein sinken von 1,6 m/sek wäre die Antriebsleistung doppelt so hoch, und 50 % könnte genutzt werden.
Bei 200 kmh braucht man dafür dann 10m sinken um das zu erreichen.
Also runter mit der SLZ und grössere Flächen nehmen.
Nur mal so zum diskutieren.

Gruß Aloys.
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 26.01.2018 - 11:08 Uhr  ·  #17
Zur Frage SLZ Black (Modell300) : Meine - 3 Flügler - macht bei 3 m/sec Wind etwa 4 RPsecond, heißt ca. SLZ 4 berechnet aus zurückgelegtem Weg aus dem Rotorumfang im Vergleich zur Windgeschwindigkeit. Das es bei Black 5 Flügel als Nachrüstsatz gibt - keine falsche Auslegung des 3 Flügelmodells sondern Anpassung an reine Schwachwindstandorte
oder mehr Torque für Direktanschlüsse von Verbrauchern mit höheren Innenwiderständen als z.B. beim Akkuladen. 8-) Hallo!
ora
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 30.01.2018 - 21:49 Uhr  ·  #18
Wenn man an einen 3-Flügler die selben Flügel - aber 5 macht - dann sollte klar sein, dass die Kiste ~70%
mehr Nennleistung hat und dann brennt einem der Generator weg. Prima Idee!
Wenn nicht die Kiste vorher umkippt, da der Turmschub auch 70% höher ist...

------
Was hat das mit der elliptischen Auftriebsverteilung zu tun?
Segelflugzeuge haben deshalb schlanke Flächen, da diese wenig Reibungswiderstand haben.
Rechnet's einfach mal nach- ganz einfach. Mein Chef hat's mir auch nicht geglaubt.
Der ist jetzt Chef bei Airbus. :-) Deshalb fallen die immer runter, weil er nie nachrechnen wollte.
Aber nach der Nachrechnzung schon. Einfach A=G setzen und W ausrechnen.
SInd 10 Zeilen.

ora
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 31.01.2018 - 17:29 Uhr  ·  #19
Hey Ora,

70% mehr Nennleistung ist ja wohl eher Spass.

Du vergisst vielleicht bei Deiner Rechnung, dass es bei Schwachwind ganz besonders auf das Anlaufverhalten ankommt. Torque ist da der Nenner. Du willst Last abnehmen, nicht fliegen und das kostet. Wechselnde Windgeschwindigkeiten - wie sie in Bodennähe ständig vorkommen - verhindern bei relativ wenigen und schmalen Profilen ein schnelles Ansprechen und Hochfahren.

Ehe der belastete Repeller auf volle Touren kommen kann kommt schon wieder die Phase mit nachlassendem Wind.

Ok so?

Gruß, Carl
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Re: Maximal sinnvolle Schnelllaufzahl

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Gepostet: 31.01.2018 - 18:43 Uhr  ·  #20
war natürlich Spaß Carl und hat mit Verwirbelungen etc. auch nichts zu tun. Wir betrachten solche Prozesse grundsätzlich bei laminarer an und Abströmung.
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