Korkenzieher-Form bei Darrieus; warum?

 
ora
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Korkenzieher-Form bei Darrieus; warum?

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Gepostet: 21.07.2020 - 15:48 Uhr  ·  #1
Hallo!

1) Hat hier jemand eine Idee, weshalb die Darrieus-Rotoren
mit einem hohen Aufwand so eine Korkenzieher-Form bekommen?
Ist das wegen Anlauf oder weshalb?

2) Profile verwendet man bei einem Darrieus doch so, dass die "flache Seite" aussen ist, oder?
Das hat den Grund, da das vordere Blatt mehr Wirkungsgrad hat und dieses deshalb
quasi von der Strömung her "bevorzugt" werden sollte.
Habe ich das richtig verstanden?

Grüße
Ora
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Re: Korkenzieher-Form bei Darrieus; warum?

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Gepostet: 22.07.2020 - 06:10 Uhr  ·  #2
Hi Ora,

das mit den zum Wind auf der Vorderseite des Rotors flach gehaltenen Profilen könnte zutreffen, allerdings wird das nicht oft so gemacht. Wenn doch beim Darrieusrotor die Vektorgeschwindigkeit erheblich zur Leistung beiträgt würde ich eher vermuten dass einseitig flache, also asymetrische Profile nicht so sinnvoll sind.

Wegen der von Dir angesprochenen Helixform - das macht dann schon eher Sinn weil jede Strömung bestrebt ist, sinusförmig abzulaufen. Vorausgesetzt die Flügel werden relativ zu ihrem Drehsinn in die korrekte Richtung versetzt. Frag mich jetzt nicht in welche, musst Du selbst rausfinden.

Wenn man dagegenhält dass die Helixform beim vertikal stehenden Rotor 90° aufrecht zur Strömungsrichtung steht und somit nicht linear spiralförmig mit der Strömung mitlaufend ausgerichtet - das stimmt nur bedingt.

Die Tiefe des Rotorkreises versetzt den Strömungsverlauf und zudem beobachtet man wirkungsgemäss (man sieht es ja nicht) selbst bei kleineren Vertikalläufern dass die Strömung von unten nach oben auswandert (ausweicht?), gut zu sehen wenn die Blätter nach einem Sturm durch Fliehkraft und eben diesen Strömungseffekt verursacht nach aussen abgebogen stehen. Am unteren Ende der Blätter geschieht das so kaum.

Also wenn Du an einem Darrieusblatt (oder ähnlich) den Tragarm genau mittig im Blatt montierst wird das Blatt immer im oberen Bereich zuerst nachgeben und zwar nach aussen weg. Bei statisch wenig stabilen Flügeln wie dem C-Profil habe ich das in den Jahren beim Experimentieren oft genug so erlebt.
ora
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Re: Korkenzieher-Form bei Darrieus; warum?

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Gepostet: 22.07.2020 - 14:29 Uhr  ·  #3
Hallo Carl!

Also ich war ja auch vor noch nicht so langer Zeit der Meinung, dass symmetrisch bei Derrieus OK ist.
ABER die Theorie sagt zumindest, dass man im unendlichen v_unendlich hat,
und dann vor der ersten Rotorebene 2/3 v_unendlich und dahinter 1/3 v_unendlich (es ist mehr -egal)

Also "sieht" das hintere Blatt weniger Anströmgeschwindigkeit,
weswegen es m.E. schon sinnvoll ist, das vorne laufende Blatt aerodynamisch
leicht zu präferieren. Oder?
---
Naja- oben hat man in Bodennähe deutlich mehr Wind; gerade bei Kleinwindanlagen.
den Rest habe ich ehrlich gesagt nicht so wirklich verstanden.

Grüße
Ora
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Re: Korkenzieher-Form bei Darrieus; warum?

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Gepostet: 23.07.2020 - 08:07 Uhr  ·  #4
Hi Ora,

Wenn Du mit einbeziehst das ein asymmetrisches Blatt auf der Leeseite, also hinten laufend auch Verluste durch die dann aerodynamisch ungünstigere Anströmung haben muss relativiert sich vielleicht der Gewinn den es durch eine vorderseitig am Rotor optimale Anströmung gewinnt. Man muß zudem davon ausgehen, dass bei jedem aerodynamisch funktionierenden Profil der Anstellwinkel für größtmöglichen Auftrieb nur auf einen relativ kleinen Drehkreisabschnitt beziehen kann. Weshalb eigentlich auch nur die Vektorgeschwindigkeit erklären könnte warum der Wirkungsgrad beim Darrieus so relativ hoch ist.

Ich lege mich mit symmetrisch oder asymmetrisch besser nicht fest, Du könntest genauso gut recht haben!

Das mit dem spiralförmigen Ablaufen einer Strömung welche über ein Hindernis streicht erklärt sich am besten wenn man ein "Lampenputzer" Schilfblatt, die können mehr als 1,5 m lang werden und geben im starken Wind elastisch nach, beobachtet. So ein schwertförmiges langes Blatt - normal gerade ausgerichtet - verdreht sich über die ganze Länge zu einer Spirale wenn der Wind stark genug bläst.

Was jetzt die Ausrichtung der Blattspitzen oben nach vorne oder nach hinten gestellt bei der Helixform des Darrieusrotors betrifft - da stehe ich noch vor einem Rätsel.

Um zu beantworten in welche Richtung die oberen Blattspitzen relativ zur Drehrichtung nach vorne oder hinten zeigen müssen bin ich gerade in meinen Garten gelaufen wo ein 1 m Einflügler Helix bei mir aufgestellt ist. (Als Denkmal, hat keinen Generator).

Den Flügel hatte ich mal für Experimente von der Firma aus Breitenworbis gekauft, das sind die, die aus der Entwicklung in Bremen vom Fritz Wegner Institut hervorgegangen sind und 1-5 kw Rotoren in der FA KD Metall gebaut haben (auch schon wieder Geschichte).

Wenn mir also mein Bauchgefühl vom spiralförmigen Ablauf der Strömung her gesagt hatte, die Helix muss oben an der Blattspitze nach hinten zeigen war das falsch - zumindest beim Bremer Modell. Die Blattspitzen zeigen dort im Drehsinn im oberen Bereich nach vorne!

Wir haben gerade Sommerpause, schön dass wir hier die Lücke ein bißchen füllen können! Sonst ja schon Wochen gähnende Stille hier im Forum!

Gruß, Carl
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Re: Korkenzieher-Form bei Darrieus; warum?

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Gepostet: 23.07.2020 - 21:58 Uhr  ·  #5
Hallo Ora, Hallo Carl,
die Sache mit dem korkenzieherförmig verwundenem Flügelprofil gehört zu den noch nicht so recht aufgeklärten Mythen der Strömungslehre. In der Betrachtungsweise, nach der eine laminare Strömung die Flügel eines Windrades anströmt, geht man ja davon aus, dass der gesamte Flügel mit seiner Fläche entsprechend seines Anstellwinkels die in der anströmenden Luft enthaltene Energie aberntet (unter Berücksichtigung der physikalischen Gesetzmäßigkeiten) . Das trifft aber bei vertikal angeströmten Flügeln nur für einen relativ schmalen Winkelbereich des Drehkreises zu. Vor und nach diesen Punkt sinkt der Ertrag des Flügels Wieviel Winkelgrade ein rotierend angeströmter Flügel verwertbare mechanische Energie an die Nabe liefert, entzieht sich meiner Kenntnis. Bilde ich den Flügel nun korkenzieherartig aus, so nimmt er im günstigsten Fall im Bereich von 180 Grad des "mitlaufenden Halbkreises" Energie aus der anströmenden Luft auf. Leider trifft das nur auf ein kleines Stück der Flügeloberfläche zu, die gerade eben den passenden Anstellwinkel plus- minus einiger weniger Winkelgrade aufweist, wo noch positiver Ertrag entsteht. Bei einem Dreiflügler mit korkenzieherartigen Flügeln kann ich also davon ausgehen, dass im Bereich von 180 Grad , wo er mit der anströmenden Luft mitläuft, eine kontinuierliche geringe Energiemenge der anströmenden Luft entzogen wird, da ja nur ein Teil des verwundenen Flügels optimal angeströmt wird. Dabei tritt aber noch der Effekt auf, das im Bereich dieses "mitlaufenden Habkreises" zu jeweils 60 Grad der vorlaufende bzw. der nachlaufende Flügel ebenfalls Energie abernten, da sie sich um 60 Grad überdecken.
Soweit erst einmal von meiner Seite das ursprüngliche populärwissenschaftliche Basismodell, wie ich es mir vorstellen könnte.
Dazu käme noch ein ganzer Sack voll Effekte(Coanda etc.). Das führt aber an dieser Stelle zu weit und macht die Sache noch unübersichtlicher als sie es ohnehin schon ist.
illiat
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Re: Korkenzieher-Form bei Darrieus; warum?

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Gepostet: 24.07.2020 - 06:01 Uhr  ·  #6
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Re: Korkenzieher-Form bei Darrieus; warum?

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Gepostet: 26.07.2020 - 15:22 Uhr  ·  #7
Ich hab mich vor der ganzen Weile Mal durch massenhaft Studien und Versuchsprotokolle zum Darrieus gewühlt. Keine von denen hat in der Praxis oder im Windkanal einen eindeutigen Vorteil von Helixform oder flacher Profilseite außen ergeben. Ich habe für mich daraus geschlossen, dass es dem Darrieus herzlich egal ist, mit was für einem Flügel er betrieben wird solange er nicht zu tief und nicht zu lang ist. Es geht da also in erster Linie wohl um gefühlte Vorteile und nicht so sehr um gemessene.
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Re: Korkenzieher-Form bei Darrieus; warum?

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Gepostet: 27.07.2020 - 10:20 Uhr  ·  #8
Gefällt mir gut.
Ganz egal ist das Profil aber nicht.
Kenne nur eine nennenswerte Anwendung mit glatter Unterseite und Wölbung nach innen.
Die bekannteren aber gingen zurück zu den Wurzeln - symmetrisches Profil.
Das war so bei den SkyLine-Anlagen ( SL 10; 30) als auch bei den mit Namen Amperius, z.B. von KD-Stahl vertrieben.
Habe jetzt erst eine fotografiert.

 


Amperius VK 58, D 2,4m; H 2,4m
Die lief bei 3 bis 4 m/s sogar bereitwillig an.

Die Simulation ergibt mit verschiedenen Profilen folgendes:

 

Das 4418 wäre so ein unsymmetriesches, mit Wölbung nach innen eingebaut, oder auch anders herum (invert Simulation)

Da die Simulation die Auswirkung der Streckung anscheinend ignoriert, würde ich hier mit 175mm Breite arbeiten. Bezüglich Selbstanlauf evtl. sogar mehr.

Das mit der Helix dient wohl vornehmlich der optischen Außenwirkung.
Macht aber schon die Konstruktion, erst recht aber die Fertigung deutlich teurer.
Mag auch ein Grund sein, dass nichts mehr angeboten wird.

Ansich braucht ein 3-Blatt Darrieus zum Anlauf die Spirale nicht.
Auch muss man sich fragen, ob sie nicht sogar Nachteile hat bezüglich Zirkulation (gebundener Wirbel ums Profil). Aber da kann höchstens Ora Auskunft geben.
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Re: Korkenzieher-Form bei Darrieus; warum?

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Gepostet: 28.07.2020 - 17:15 Uhr  ·  #9
Wenn man - das war konkret eine der Fragen zur Korkenzieherform des Darrieus in diesem Thread - nach dem Sinn solcher Bauweise sucht . . .

Es sind nicht alleine die Leistungsbeiwerte, es gibt auch noch andere Kriterien.

Wenn also die Spiralform kaum oder keine besseren Leistungsbeiwerte erbringt so dürfte jedoch der Kritikpunkt der Laufruhe beim Helixläufer kaum zu toppen sein.

Möglicherweise war das sogar der Sinn des Erfinders.

Mir stellt sich immer noch die Frage warum beim Helix oft - auch beim Modell von KD-Metall die Flügelspitzen oben relativ zum Drehsinn nach vorne gerichtet werden. Kann es sein, dass bei der Konzeption nur Laufruhe angestrebt und andere Kriterien vernachlässigt wurden?

Die Frage wird man sich stellen dürfen.

Instinktiv würde ich vermuten dass gerade anders herum - Flügelspitzen oben nach hinten gerichtet - der Strömungsverlauf der ja immer vom Boden weg nach oben ausweicht - in Wirbeln - für die Helixform besser wäre.

In jedem Fall für die Überwindung des Luftwiderstandes hielte ich die Ausrichtung oben nach hinten für optimaler weil dort die Luft mit höherer Geschwindigkeit abströmt.

Wie gesagt aus dem Bauch heraus so vorgestellt und nicht unbedingt mit Gewissheit behauptet !
Che
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Re: Korkenzieher-Form bei Darrieus; warum?

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Gepostet: 29.07.2020 - 12:26 Uhr  ·  #10
Laufruhe, ja vielleicht.
Von 2-Blatt H-Rotoren wurde ab und an berichtet, dass sie da Schwierigkeiten hätten. Von 3-blättrigen auch?
Zitat
der Strömungsverlauf der ja immer vom Boden weg nach oben ausweicht
Ist das so?
Vielmehr gibt es auch hier die Strahlerweiterung, und da durch - zumindest Kurzmast - nach unten nicht behindert,
also eher gleichmäßig verteilt zwischen Oben und Unten.
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Re: Korkenzieher-Form bei Darrieus; warum?

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Gepostet: 29.07.2020 - 15:52 Uhr  ·  #11
Ja, das gilt auch für Dreiflügler.

Höhere Laufruhe beim Helix ja, denn jedes mal wenn sich während der Rotation die Strömung hinten auf der Leeseite von einem senkrecht stehenden Blatt ablöst hört man das auch. Nicht nur beim Darrieus-Rotor als einzigem Vertikalläufer. Es hört sich an wie wupp, wupp, wupp, in relativ schneller Folge, nicht zwingend störend laut aber bei kleineren Modellen auch schon bei weniger Windstärke deutlich hörbar.

Kleinere haben eben eine höhere RPM und die Strömung löst sich so öfter von den Flügeln ab.

Als weit entfernten Vergleich für das ruhigere Verhalten der Helix-form könnte man die schräg gestellten Wicklungen bei einem Permanent Generator heranziehen wenngleich es eigentlich auch so verständlich ist. Solche Generatoren haben einen seidigen Verlauf, das Kogging der Magnetfelder ist weniger ruckelig .

Der Darrieus Helix-Läufer reagiert also ebenso nur unter komplett anderen Vorgaben.

Was die Annahme des Ausweichens einer dann nach oben zu verstärkten Strömung betrifft so ist das rein eine Vermutung von mir.

Es wäre jedenfalls nicht durch die höhere Strömungsgeschwindigkeit erklärbar dass sich bei nur 50 cm hohen C-Profilen (das konnte ich ja oft genug nach Stürmen beobachten) in Turmhöhe von 5 / 10 m die oberen Hälften der mittig an Tragarmen fest geflanschten Flügel nach aussen verbiegen und die unteren Hälften nicht, die können sogar nach innen stehen was wohl eher einem mechanisch übertragenen Biegemoment den der Flügel über seine Streckung auf Höhe der mittig angebrachten Tragarmverbindungsstelle ausübt und nicht der Strömung an sich direkt zuzuordnen ist.

Der Höhenunterschied von 50 cm Flügellänge sollte eigentlich keine so deutliche Wirkung zeigen denn so stark ist der Unterschied der Strömungsgeschwindigkeit auf so kleinem Höhenabschnitt eher nicht.

Beim Helixläufer von KD Metall sieht man die Tragarme V -förmig von der Nabe zu den Flügel führend was vielleicht konstruktiv dieses Ausbiegen oben verhindern soll. Genauso waren auch die Tragarme des H-Rotors auf der Neumeier Station gestaltet der während 18 Jahren dort problemlos die Stromversorgung unterstützte. Der KD-Metall Helix ist aus der Entwicklung von dort hervorgegangen es sind die gleichen Entwickler die damals am Fritz Wegner Institut am Antarktis-Rotor gearbeitet haben.

Evtl. könnte auch ein kleiner Unterschied in der höhenbedingten Windgeschwindigkeit das entscheidende Zünglein an der Waage für die Auslenkung sein weil durch hohe Fliehkräfte bei extrem schneller Umdrehungszahl - wie es ungebremst im Sturm ja vorkommen kann - der Auslöser für diese einseitig im oberen Bereich stattfindende Auslenkung gegeben ist, sehr schwer zu beurteilen.

Gruß, Carl
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Re: Korkenzieher-Form bei Darrieus;

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Gepostet: 30.07.2020 - 14:11 Uhr  ·  #12
Hallo,
befasse mich schon länger mit den Darrieus-Helix Rotoren. Habe mir GfK Formen für die Blätter gefertigt.
Blattlänge 2,10m, Durchmesser 2,00m. Profil DU-06-W-200. Nachteil "HELIX": der Einstellwinkel ist durch die Fertigung vorgegeben, und kann nur in sehr geringen Maßen verändert werden. Der Rotor läuft ohne Vibrationen, sehr gleichmäßig,
bei 2 m/sek. an. Mehr als 7m/sek. habe ich am Standort noch nicht gemessen ( auch nicht bei Sturm) .
Leider kann ich durch die schlechten Windvehältnisse zwischen den Häuser keine optimalen Test durchführen.
Aussehen tuts schon mal ganz gut !!
 
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Re: Korkenzieher-Form bei Darrieus; warum?

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Gepostet: 30.07.2020 - 14:14 Uhr  ·  #13
Schönes ding
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Re: Korkenzieher-Form bei Darrieus; warum?

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Gepostet: 01.08.2020 - 07:46 Uhr  ·  #14
die Kd Stahl ist auf jeden Fall die einzige Darrieus- Anlage die ich kenne die vernünftig läuft. Hatte sie vor einigen Jahren in Husum gesehen und da lief sie prima, obwohl sie auf dem Messegelände alles andere als optimal stand. Super vor allem auch ijr Schwingungsdämpfungskonzept - sowas kostet dann natürlich auch ordentlich was - das ist auch okay da es meiner Meinung nach da keine Konkurrenz gibt...
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Re: Korkenzieher-Form bei Darrieus; warum?

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Gepostet: 01.08.2020 - 09:13 Uhr  ·  #15
Expertenmeinung, danke!
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Re: Korkenzieher-Form bei Darrieus; warum?

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Gepostet: 01.08.2020 - 10:42 Uhr  ·  #16
nunja...auf jeden Fall ein Erfshrungsbericht aus der Praxis. Ich bin ja sonst eher kein Freund der Vertikalen...aber die KD ist wirklich super bzw. tut das was man erwarten - nämlich funktionieren!
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Re: Korkenzieher-Form bei Darrieus; warum?

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Gepostet: 01.08.2020 - 12:04 Uhr  ·  #17
Das mit dem Experten war absolut nicht ironisch gemeint, der Blick für das Wesentliche war gemeint.
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Re: Korkenzieher-Form bei Darrieus; warum?

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Gepostet: 02.08.2020 - 10:15 Uhr  ·  #18
Zitat
aber die KD ist wirklich super bzw. tut das was man erwarten - nämlich funktionieren!
Aber wo Licht ist gibt es eben auch Schatten.

Sind letztens zu 2 Amperius gerufen worden, s. vorherige Fotos.
Befürchtung, Windungskurzschluss hat sich nicht bestätigt. Dafür Gleichrichter-Kurzschluss, und kein Durchfluss mehr. Bei beiden Anlagen, auf einem ca. 50m hohen Hochhaus.

Möglicherweise kapazitiver/induktiver Überspannungseintrag von einem nahen Blitz.
"Sinnigerweise" hat die Steuerung 2 Varistoren zur Üb-Spannungsableitung nach den Gleichrichtern.
Sie gehören aber davor. Eine Diode vom jeweiligen Paar ist immer gesperrt.

Weswegen Varistoren auf der Gleichstrom-Seite, wurde schnell klar. Ist wohl irgendwie ne Multisteuerung adaptiert worden.
Sind 4 Einphasen-Wechselstrombrücken verbaut worden. Bereit für bis zu 4 Phasen ohne Verkettung oder bis 8 mit Verkettung.
Also 8 AC-Eingänge. Da wollte man nicht für jeden einen Varistor vor sehen.

Nun ist die Situation wie bei fast allen bekannten Darrieus-Erzeugern. Pleite.
Die SL-Anlagen (Skyline) gibts nicht mehr (Casaenergia). Nur http://www.silentfuturetec.at hat noch was, zumindest auf den Webseiten.

Amperius jedenfalls hat keine Webseite mehr und KD keine Ersatzteile.
Käme vielleicht alternativ ein "eierlegendewollmilchsau"-WR in Frage, wie meine Partner sagen, für 3500 EUR.
Der muss aber auch richtig parametriert werden.
Vielleicht wechseln wirversuchsweise auch nur mal die Gleichrichter. Dahinter sollten ja die Varistoren wirksam gewesen sein.
Kommt aber noch einiges an Steuerung. Müssen immerhin die 2 Min überbrückt werden, bis die WindiBoy endlich einspeisen.

Was KD recht gut gelöst hat, ist die Verankerung auf einem Flachdach mittels Gewichten.

 


Auch ist der Fuß in den Blitzschutz eingebunden worden. Ob der Schwingungsdämpfer an der Mastspitze (hier nicht zu sehen) metallische Verbindung hat, einen Blitz auch weiter leiten würde, wäre zu überprüfen. Wenn nicht, gehört da ne flexibele Brückung hin.

Da Blätter aus GFK/CFK: Ob da Kupfergeflecht eingelegt wurde möchte ich fast bezweifeln. Also wird der Flügel bei Blitz-Einschlag gesprengt. Bei Kohlefaser-Anteil ist das zu erwarten.

Haben gefordert, um die Anlagen noch 1 bis 2 Fangstangen zu errichten. Entsprechend höher als die Windräder selbst.
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Re: Korkenzieher-Form bei Darrieus; warum?

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Gepostet: 02.08.2020 - 13:56 Uhr  ·  #19
Pleite bezieht sich wohl eher auf die finanziellen Schwierigkeiten denen Hersteller von Darrieusrotoren generell ausgesetzt zu sein scheinen, KD fertigt tatsächlich schon längere Zeit nicht mehr, der Vertrieb und Weiterentwicklung wurde meines Wissens schon vor 2-3 Jahren von Breitenworbis nach Nordhausen unter eine andere Dachfirma ausgelagert oder anderweitig übernommen.

Ein Blitzschaden kann eigenlich jeder Anlage passieren, dass hier anscheinend in der Elektrik nicht für alle Eventualitäten vorgesorgt war zeigt eigentlich nur das der verdammte Teufel immer im Detail steckt!

OK, das sagt keineswegs dass die Anlage sonst Mängel hat. Es ist eben eher eine Nischenanwendung, unter normalen Standort - Bedingungen wird man eher Horizontalläufer vorziehen.

Das ist eben auch der Grund warum viele Hersteller von Vertikalläufern auf dem Markt wenig Erfolg haben. Eigentlich keiner, stimmt.

Man kann die konstruktive Leistung der Entwickler bei KD beim Bau dieser Anlagen durchaus weiter loben, schade dass der Markt dafür nicht die idealen Bedingungen bietet denn das mit der Gewitterstörung ließe sich wohl noch beheben?

Blitzschaden ist sowieso eine Gemeinheit!
Che
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Re: Korkenzieher-Form bei Darrieus; warum?

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Gepostet: 02.08.2020 - 21:30 Uhr  ·  #20
Ob KD-Stahl tatsächlich gefertigt hat, ist die Frage. Ansich nennen sich die Anlagen Amperius.
Wenn Blitzschaden passiert trotz gründlicher Vorsorge, ist das was Anderes.
Hier aber eher fahrlässig.
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