Dreibein statt wackeligem Mast :-)

 
Che
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Re: Dreibein statt wackeligem Mast :-)

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Gepostet: 14.11.2021 - 21:27 Uhr  ·  #21
Nur musst Du entgegen nehmen, dass in Normalbetrieb die aerodyn. Kräfte am Blatt wesentlich geringer sind als die Fliehkräfte. Letztere drücken immer nach Außen. Die Luftkräfte aber nicht immer nach innen. Von Kompensation keine Spur.

Auch gibt es die Double Disk Theorie, die besagt, dass die Verlangsamung des Windes bei 2 Wirkebenen (Disks) sich auf diese aufteilt.

Für Dich im Anhang mal noch Anströmungen und Kräfte eines Blattes in 6 Stellungen, oder auch eines 3-Blattrotors in 2 Stellungen. Der wahre Wind kommt hier von oben. Der Auftrieb ist blau, die Anströmung pink..
Da wirst Du auch sehen, dass der Auftrieb im Luv-Halbkreis nach innen, im Lee-Halbkreis aber nach außen gerichtet ist.

Die Konsequenzen für asymmetrische Profile mit den beiden möglichen Einbauarten einzuschätzen, wird Dir gelingen.
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Dreibein statt wackeligem Mast :-)
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Re: Dreibein statt wackeligem Mast :-)

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Gepostet: 15.11.2021 - 11:16 Uhr  ·  #22
Hallo

Zur sicheren Befestigung der Flügel muss man wohl eh komplett durchbohren.

Das ist bei holen Schalenflächen sicher Flicht um ein auseinander reißen zu verhindern.
Oder das Profil in eine dicke Rippe, die ausen herum angeortnet ist, einpassen, und daran befestigen.
Bei Schalenflächen trägt die Aussenhaut alle Kräfte.

Gruß Aloys.
Carl
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Re: Dreibein statt wackeligem Mast :-)

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Gepostet: 15.11.2021 - 16:26 Uhr  ·  #23
Soweit sind wir zwar noch lange nicht, den theoretischen Erörterungen sollten EIGENTLICH vorher noch praktische Versuche mit den verschiedenen vorgeschlagenen Varianten am kleinen Modell folgen:

Mit V-Trägern hat man bei Darrieus-Rotoren gute Erfahrungen gemacht, das mit der angepassten Rippe aussen als Verstärkung würde mir nicht genügen. Ich würde ringsum eine relativ breite VA Stahlblech Manschette genügender Materialstärke vorschlagen, mindest 4 mm, plus Flansch aussen noch extra dazu, mehrere Bohrungen durch die Flügel mit eingepassten Stahlhülsen durch welche dann die Schrauben kommen und an den Tragarmen breite Auflage - Flansche mit Bohrungen für die Verschraubungen.

Ausschäumen wäre vielleicht auch gut, wenn die Flügel offen unten abgesägt sind und man den oberen Flügel mit einem Spant abdichten könnte wäre es möglich, nur die Befestigungsstelle sektionsweise durch Ausschäumen zu stabilisieren.
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Re: Dreibein statt wackeligem Mast :-)

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Gepostet: 15.11.2021 - 20:04 Uhr  ·  #24
Danke für die vielen Antworten. Ich interpretiere es ja sehr positiv dass Ihr schon so ins Detail geht.
Dem Bauer (dem ich ehrlich den Link hierher gegeben hab) machen die vielen Details eher Angst.

Mir ging es mit dem Dreibein-Thema hier ja eher um das Grundsätzliche.
Ich bevorzuge den Darrieus auch nur deshalb weil die Konstruktion eines "normalen" Windrades aufwendiger wird. Bei 10 kW müsste wohl auf jeden Fall eine elektrische Windausrichtung her, also auch komplett digitale Steuerung.

Was haltet Ihr von meinem Konzept, die drei Flügel starr an den runden Mast zu montieren und den Generator unten auf die Platform. Wie dick sollte dieser drehbare mast wohl sein ? Findet sich dafür noch ein Kugellager ?
Oder ein Ring aus "vielen" Inliner-Rollen um den perfekt runden Mast als Kugellager-Eigenbau ? Bei wenigen Hz könnte sich der Lärm in Grenzen halten.

Im Moment ist also eher wichtig, ob man so einen 9 Meter Durchmesser Darrieus halbwegs grob zusammen bauen kann. Danke da wieder an die Details zur Aufhängung. Im Moment ist das genaue "Wie" gar nicht so wichtig sondern nur das es "irgendwie" schon gehen wird.

Denn klar hab ich ja auch schon gesagt, dass wir bei so einem Monster sicher einen 2x1 300 Watt Modell bauen würden.

Hab heute die gps Koordinaten des angedachten Standort erhalten und werde ihn mir morgen mit dem Bauer zusammen anschauen. Dem Geländeprofil nach scheint der Standort mir okay. Nach Westen keine Bebauung und nach Norden so 12% Steigung, welche den Wind mehr Richtung West drücken könnte. Allerding liegt das Dorf so 1 km im Windschatten von "Fichtelgebirge" Höhenzug (250 Meter höher) der von Südwest nach Nordost verläuft (Gefrees - Schwarzenbach (liegen aber beide auf der anderen=westlichen Seite). In seinem Windschatten müsste der Westwind aber auch von Südwest nach Nordost ziehen, und da wäre das Windrad voll im Wind.

das Roland und Dankeschön .
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Re: Dreibein statt wackeligem Mast :-)

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Gepostet: 15.11.2021 - 21:03 Uhr  ·  #25
Zitat geschrieben von Che
Die Konsequenzen für asymmetrische Profile mit den beiden möglichen Einbauarten einzuschätzen, wird Dir gelingen.

Ehrlich gesagt will ich die perfekte Theorie gar nicht verstehen.
Denn wir werden bestimmt kein 45 m² Monster bauen ohne die Blätter noch justieren zu können. Was ja technisch auch nicht schwierig ist da die Blätter eh an dünnem Dreistern befestigt werden müssen. Da also ein Gelenk zu realisieren und mit Stange zum Mast zu fixieren wird das geringste Problem sein.
Auch brauch man dann nur ein Blatt maximal zu verdrehen um das Windrad bei Sturm lahm zu legen.

Mit dem Modell testen wird final ob die Wölbung nach innen kommt (wahrscheinlich) oder nach außen (unwahrscheinlich).

Wichtiger ist die Frage, ob die Flügel vielleicht grundsätzlich ungeeignet für Darrieus sind.
Sie sind ja nur für radiale Kräfte gebaut worden. Die Fliehkräfte beim Darrieus werden die Flügel aber nach außen durchbiegen wollen. Kern nur aus Pressholz. Wieviel Glasfaser im Mantel stecken weiß ich nicht.

Die zwei Mercedessterne würde ich aber mit Seilen verspannen. Da wäre es auch kein Problem, die Flügel mittig zum Mast hin gegen die Fliehkräfte abzuspannen.

Hier mal eine Zahl zur Fliehkraft. Wenn der gesamte 5-6 Meter lange Flügel 30 kg wiegt, der Radius zu 4,5 Meter gewählt ist und wir die Leistung auf 10 m/s auslegen (= 8kW bei 30% Wirkungsgrad), dann gilt mit F = m v² / r = 30 * 100 / 4,5 = 667 N = 67 kg.

Das würde schon eine M5 Schraube halten - Nur um so die Größenordnung der Fliehkraft einzuordnen.
Che
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Re: Dreibein statt wackeligem Mast :-)

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Gepostet: 15.11.2021 - 22:03 Uhr  ·  #26
Nur hast Du unterschlagen, dass die Bahngeschwindigkeit bei TSR 3 3*10 m/s ist, also 30. Da kommt nach Rechnung dann 6000N raus, in kG 600! Respekt?
Lässt sich testen, indem ein Blatt an den Einspannstellen unterstützt wird und mit Sandsäcken gleichmaßig belastet.

"Ehrlich gesagt will ich die perfekte Theorie gar nicht verstehen." Mit nur bischen Rumbasteln wird es aber selten gut.

"Auch brauch man dann nur ein Blatt maximal zu verdrehen um das Windrad bei Sturm lahm zu legen." Ist eine Illusion.
Denn es erzeugt aerodynamische Unwucht. Wirst schon genug Mühe haben, Massenunwuchten zu vermeiden.
Carl
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Re: Dreibein statt wackeligem Mast :-)

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Gepostet: 16.11.2021 - 01:15 Uhr  ·  #27
@Roland.

Da Du mit einer Bodenlagerung geliebäugelt hast, Generator am Boden - ist es kein weiter Weg bis hin zu einer Kreisbahnlagerung auf der die Flügel mit Rollen aufliegen und Magnete über eine in die Bahn eingelassene Wicklung führen.

Nichts für ungut, das ist mehr ein Scherz. Der Bauer würde sich vor den Medien kaum noch retten können :-)
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Re: Dreibein statt wackeligem Mast :-)

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Gepostet: 16.11.2021 - 08:24 Uhr  ·  #28
Zitat geschrieben von Che

Nur hast Du unterschlagen, dass die Bahngeschwindigkeit bei TSR 3 3*10 m/s ist, also 30. Da kommt nach Rechnung dann 6000N raus, in kG 600! Respekt?
Lässt sich testen, indem ein Blatt an den Einspannstellen unterstützt wird und mit Sandsäcken gleichmaßig belastet.
...
"Auch brauch man dann nur ein Blatt maximal zu verdrehen um das Windrad bei Sturm lahm zu legen." Ist eine Illusion.
Denn es erzeugt aerodynamische Unwucht. Wirst schon genug Mühe haben, Massenunwuchten zu vermeiden.


Ja danke. 600 kg passt auch vom Gefühl viel besser zu so einem Monster.

Okay wenn besser keine mechanische Verstellung. dann macht Mal Vorschläge für elektrische oder mechanische Bremse.
Eine Pkw Scheibenbremse könnte schon reichen.

Bei fast 30 Meter Umfang und 10 m/s Wind sind es auch nur 1 Hz bzw 60 Rpm.
Da braucht es mindestens ein Kette mit 10:1 die 20 kW aushält. Und für 600 rpm wird es immer noch schwierig einen Generator zu finden ?
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Re: Dreibein statt wackeligem Mast :-)

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Gepostet: 16.11.2021 - 12:56 Uhr  ·  #29
Fällt Euch ein besserer oder günstigerer Generator als dieser 4-6 kW BLDC ein: ebay.de/itm/124882548403

 
 
 


92% Wirkungsgrad und 4 kW bei 900 rpm passen doch ganz gut. Eine 15:1 Kettenübersetzung müsste sich mit einer Stufe machen lassen.
Die vollen 400V Drehstrom erreicht man aber wohl erst bei 2000 rpm. 30:1 geht wohl nur in zwei Stufen :-/
Dann aber könnte man direkt eine Wärmepumpe dran hängen ?
Die bräuchte halt ein elektronisches Entspannungsventil um die Aufnahmeleistung zu regeln.

Bekommt man so ein Ding bei Gelegenheit auch für 300 Euro ?

Es wäre noch ein PV-Speicher denkbar. An dessen Hochvoltbatterie könnte man einen 5-10 kW Frequenzumrichter hängen und an dessen Drehstrom einen 150€ Asynchronmotor als Generator. Der wird über Schütz zugeschaltet wenn das Windrad die Drehzahl erreicht hat um Strom in das parallele Drehstromnetz des Frequenzumrichters einzuspeisen.
Da sich der PV-Speicher auch für den Eigenverbrauch der 14 kW PV-Anlage rechnen würde, käme der Motor + Frequenzumrichter gebraucht mit 250€ hin. Allerdings 10% Weniger Wirkungsgrad des Asynchron plus die Verluste des Fequenzumrichter.

Gibt es einen effizienten Motor mit eigener Magnetfeld-Spule ? Ähnlich einem DC Motor mit Kohlen. Solch einer scheidet aber wegen Wirkungsgrad <70% aus.

Vielleicht wäre es Sinnvoll, die Darrieus Flügel neu zu bauen.
Ich könnte mit Heizdraht eine Mechanik bauen, mit der man aus 10cm XPS Platten 180 Profile für drei 6m Flügel schneidet. Davon immer 60 Stück zu einem Flügelkern verkleben und viermal mit 400 g/m² Glasfaser umwickeln. So ein Flügel sollte knapp unter 10 kg wiegen und die Kosten für alle drei Flügel unter 200 €
Dann wäre die Fliehkraft nur 1/3 bis 1/5 und es bräuchte keine Experimente zur Flügelausrichtung etz.

Das normale Windrad ist auch noch nicht vom Tisch.
Man könnte zwei LKW-Radaufhängen für die horizontale Achse nehmen und die drei Flügel auf die Felge "schrauben". Für die Drehachse der Gondel könnte eine hintere Traktor-Radaufhängung dienen.

Der Standort wäre in 10-15% steilem Hang. Der Bauer würde aber gerne Plattform aufschütten. Wenn man keine IBC-Container nimmt müsste nur ein Dreibein so 2 Meter in den Berg verlängert werden. Die anderen zwei Verlängerungen würden im aufgeschüttetem Plateau verschwinden.

Finden sich irgendwo Winddaten für das Fichtelgebirge ?
Wenn ich optimistisch mit 50 Windtagen und 3 kW Ertrag ausgehe, dann wären dass 50 x 24 x 3 = 3600 kWh.
Da Wind eher im Frühjahr und Herbst sind und so die 3600 kWh schon gut zum Heizen per Wärmepumpe genutzt werden können, wären so 1000€ Ersparnis denkbar ?

Ich denke, nur das Monster mit 9x5 oder 9x6 qm Fläche macht Sinn. Die 1 Hz stören den Blick nicht und machen kaum Krach und ein paar hundert Watt könnten auch bei leichter Briese immer drin sein.
Ein 2-3 kW Windrad mit nur 4 Meter Durchmesser dreht sich am Ende nur bei Sturm :-(

Wie ich schon sagte, Detailfragen sind noch nicht wichtig.
Der Bauer wäre schon gerne ein begeisterter Selbstversorger, an Motivation sollte es also nicht mangeln.
Er soll sich aber in der nächsten Woche entscheiden, ob er mein Dreibein und meine Flügel will oder nicht.

Also entscheidet Ihr Euch mal ob Ihr ihm abratet oder zusprecht.

das Roland und Dankeschön
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Re: Dreibein statt wackeligem Mast :-)

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Gepostet: 16.11.2021 - 13:49 Uhr  ·  #30
Hier die mittleren Windgeschwindigkeiten am Standort in 10 Meter Höhe, 100m, 120m und 140m:
 

Quelle: energieatlas.bayern.de
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Re: Dreibein statt wackeligem Mast :-)

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Gepostet: 16.11.2021 - 14:45 Uhr  ·  #31
Wie wäre es denn mit einem 6,5 kW Stromaggregat ? Bekommt man gebraucht auch schon für 100 Euro und die gibt es auch stehend. Und mit zwei Kupplungen könnte man im Notfall sogar Windenergie auf Benzin oder Flüssiggas umstellen. Wenn man auf den Verbrenner verzichtet ist vertikal/horizontal natürlich egal.

"Der Wirkungsgrad der Synchronmaschine (ca. 95…99 % in Abhängigkeit von der Baugröße und der nötigen Erregerleistung) liegt aufgrund der synchronen Strom- und Spannungsphasen generell über dem der Asynchronmaschine." de.wikipedia.org/wiki/Synchronmaschine
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