Auslegung Furling-Sturmsicherung

 
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Auslegung Furling-Sturmsicherung

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Gepostet: 12.01.2022 - 11:54 Uhr  ·  #1
Hallo,

was mich mal interessieren würde: Welchen Spielraum hat man bei einer Furling Sturmsicherung hinsichtlich Rotordurchmesser und Versatz / Windfahnengewicht?

Würde sie bei gleichem Versatz (offset) aber geringerem Rotordurchmesser trotzdem noch funktionieren?

Wo sind da die Grenzen?

VG
Stefan
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Re: Auslegung Furling-Sturmsicherung

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Gepostet: 13.01.2022 - 09:56 Uhr  ·  #2
Hallo

Ich denke es ist die Kraft die gegen die Generatorwelle drückt.
Wirt sie zu groß schwenkt der Repeller aus.
Das richtet sich nach der entnommenen Leistung aus dem Wind.
Die Rückstellkraft muß individuell eingestellt werden, eben passen für die Leistung, bevor die Drehzahl zu hoch wird.

Gruß Aloys.
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Re: Auslegung Furling-Sturmsicherung

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Gepostet: 13.01.2022 - 21:05 Uhr  ·  #3
Genau, darum geht es mir ja...

Gibt es eine Berechnungsformel für das Offset? Zu den anderen Sachen habe ich Berechnungsformeln gefunden.
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Re: Auslegung Furling-Sturmsicherung

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Gepostet: 14.01.2022 - 09:08 Uhr  ·  #4
Hallo

Ich habe bis jetzt nur Propeller berechnet, und das kam immer sehr gut hin.

Der Repeller hat zb 4 mtr Durchmesser, 30 cm Blattbreite (im Schnitt gemittelt) auf ganzer Fläche .
Macht bei 3 Blatt dann 180 dm ²
Die gemittelte Geschwindigkeit bei 70% Radius (für Propellerberechnung) ist bei 10 mtr Wind und Schnellaufzahl von 5 dann = 70 m/sek !
Bei einer Geschwindigkeit von 10 m/sek trägt eine Fläche von 1 dm² etwa 30 g .
Der Auftrieb steigt quadratisch, also 30 g mal 7 mal 7 (70 : 10 =7 ) = 1,470 kg pro 1 dm²
180 x 1,47 kg sind dann 264 kg Druck auf die Generatorwelle.
Das ist der maximale Druck den dieser Repeller erreichen kann bei 10 mtr Wind.
Ich hoffe das hilft dir weiter.
Wird diese Belastung durch den Generator nicht erreicht ist diese Kraft aber geringer.

gruß Aloys.
Che
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Re: Auslegung Furling-Sturmsicherung

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Gepostet: 16.01.2022 - 15:58 Uhr  ·  #5
Das ist wesentlich zu viel berechneter Gondelschub!

Habe soeben mal für mein Eigenbau-Windrad mit 1,68 m D den Schub mittels QBlade simulieren lassen.
Bei 10 m/s und Nenn-TSR, also bei bestem Cp: 90N.

Die Rotorfläche ist beim 4m Rotor 5,67 mal so groß. (4/1,68)²
Also sind beim 4 m Rotor 510 N zu erwarten, in Kilo 51. Bei 11 m/s 63,5.

Bis zum Leerlauf ist lt. Simulation ein weiterer Anstieg von ca. 22% zu erwarten.

Gemessene Anhaltspunkte gibts auch hier: http://www.geopolos.de/Entwick…c528057679
Für ein 2,7m Windrad bei 11 m/s: 27 Kilo

Die einzigen Berechnungsgrundlagen für Furl-Systeme im Netz, die ich kenne, sind hier:
https://www.thebackshed.com/Windmill/Docs/Furling.asp

Grüße, Che
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Re: Auslegung Furling-Sturmsicherung

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Gepostet: 16.01.2022 - 18:06 Uhr  ·  #6
Hallo

Ich schrieb ja das es weniger sein wird, das ist aber der Druck den dieser Repeller als Propeller erreichen kann.
Und das geht ganz einfach durch falsches Pitchen was bei den Kleinen eher nicht in Frage kommt.
Aber wenn der Repeller auf Nenndrehzahl ist und plötzlich von einer heftigen Bö getroffen wird sieht das schnell anders aus.
Bei den großen brechen dann schon mal die Blätter durch oder der Mast kippt um wie schon öfter vorgekommen.

Gruß Aloys.
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Re: Auslegung Furling-Sturmsicherung

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Gepostet: 16.01.2022 - 20:31 Uhr  ·  #7
Wenn ich es genau machen will, bleibt mir wohl nichts anderes übrig als mit den vorhandenen Formeln "zurückzurechnen" um auf das offset zu kommen...

Allerdings reden wir hier über einen Unterschied von 24 cm im Rotordurchmesser.
Heißt, der von mir eingesetzte Rotor ist um den Betrag kleiner als Piggot. Ob man das vernachlässigen kann?

Am Ende hilft wohl nur der Versuch....

GROB sind bei Piggott die Offset-Werte 18 - 20 mal kleiner als der Rotordurchmesser.
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Re: Auslegung Furling-Sturmsicherung

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Gepostet: 17.01.2022 - 11:06 Uhr  ·  #8
Hallo

Stelle mal die Furlingmechanik so ein das der Generator bei 40 bis 50 kg Druck ausschwenkt.
Das sollte dann beim überschreiten der Vollast ein setzen.
Beim Auffrischen des Windes oder bei einer Bö steigt der druck sehr plötzlich und der Rotor schwenkt aus dem Wind.
denke mal ein flugzeug -- fliegt bei 100 kmh , aber die Reisegeschwindigkeit ist 200 kmh .
Die Tragfläche kann dabei das 4 fache an Auftrieb erzeugen wenn plotzlich das Höhenruder voll gezogen würde.
Die Flächen von Flugzeugen werden deshalb für 6 bis 10 G berechnet und dürfen bei böigem Wetter nicht so schnell fliegen.
Die Belastung in G (Erdbeschleunigung) merkt der Pilot aber direckt und regelt das .
Kleinwindanlagen haben aber keine entsprechende Regelung.

Gruß Aloys.
Che
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Re: Auslegung Furling-Sturmsicherung

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Gepostet: 17.01.2022 - 17:46 Uhr  ·  #9
@ Stormbreaker:
"Unterschied von 24 cm im Rotordurchmesser. " Bezogen worauf? Bei 4 m D wäre es nicht viel.
Da korrigiert man sowas mit dem Gewicht an der Windfahne, denn das bewirkt die Rückstellung.

Habe den Eindruck, dass bei Piggott zu früh ausgelöst wird. Bedingt dadurch, dass als Lademaschinen gedacht.
Da ist der Rotorschub geringer, da unterhalb der Nenndrehzahl gefahren wird. Ist dadurch bedingt, dass der Generator durch die nahezu konstante Batteriespannung am Hochdrehen gehindert wird.
Bei Verwendung zur Netzeinspeisung wird man in der Nähe vom Windfahnenarm auf die Windfahne noch etwas Flachstahl aufmontieren müssen. Einfach zur Gewichtserhöhung.

@ Aloys:
In Deiner Rechnung ist bei der Geschwindigkeit ein Denkfehler. Ich zitiere mal: "Die gemittelte Geschwindigkeit bei 70% Radius (für Propellerberechnung) ist bei 10 mtr Wind und Schnellaufzahl von 5 dann = 70 m/sek !"
Bei TSR 5 und 10 m/s hättest Du an der Blattspitze 50 m/s. Das * 0,7 = 35 m/s, also die Hälfte.
Dann kommst Du mit der Kraft auf 66 Kilo, wenn ich das nicht falsch gerechnet habe.

Es geht überschlägig auch folgender Ansatz:
Eine Kraft * eine Geschwindigkeit = Eine Leistung
F * v = P
Hier die Geschwindigkeitsdifferenz Delta_v. Die ist im Optimum nach Betz 2/3 v, also bei 10 m/s 6,6 m/s.
Umgestellt
F = P / Delta_v

P_aer für 16 m² bei 10 m/s 13043W (100%)
Angenommener Rotor-CP: 0,35
P_Rotor: 4565W (35%)

F = 4565W / 6,6m/s = 690N ; In Kilo 69
Ist etwas mehr als 510 N, wie es QBlade ausgewiesen hat, aber für einen Überschlag schon ganz gut.

Übrigens:
"Wird diese Belastung durch den Generator nicht erreicht ist diese Kraft aber geringer". Ist nicht richtig.
Sondern, wenn der Rotor mit Überdrehzahl läuft, weil der Generator ihn nicht abbremsen kann, wird der Rotorschub größer!

Das Verfahren s. oben lässt sich auch bei Modellpropellern anwenden. Nur ist das Delta_v, der Schlupf, da geringer.
Aus meinem Gedächtnis nicht mehr als 20% der Bahngeschwindigkeit, zumindest im Normalflug, als nicht beim Start.
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Re: Auslegung Furling-Sturmsicherung

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Gepostet: 17.01.2022 - 20:41 Uhr  ·  #10
Hallo Che,

Danke für deine wertvollen Hinweise!

Es geht hier um einen knapp 3 metrigen Rotor, der 4,2 Meter Repeller ist ein anderes Projekt. :)
Ich glaube, dass ich das Prinzip furling hinsichtlich der Kräfte, Momente und Gewichte noch nicht hundertprozentig verstanden habe. Wenn ich es aber mal rekapituliere, so steht ja im Falle einer "aktiven Sturmsicherung" der ausgeschwenkte Rotor samt Gondel schräg zum Wind und die Windfahne schräg nach oben (axial betrachtet) idealerweise noch im Wind. Das Gewicht der Windfahne muss also so hoch sein, dass ihre Gewichtskraft größer als der Auftrieb vom Wind ist (laienhaft formuliert). So...

Die Quintessenz für mich wäre: Den Versatz kann man grob an Piggott orientieren, wichtiger ist jedoch das Austarieren der Windfahne.

Dazu habe ich auch schon mal das excel-tool bemüht.
Che
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Re: Auslegung Furling-Sturmsicherung

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Gepostet: 18.01.2022 - 09:59 Uhr  ·  #11
Am Ende Windfahne mit Seil so fixieren, dass sie zur Seite nicht weg kann, sich aber heben.
Und dann von Vorn an der Rotormitte drücken, und feststellen, ab wenn der Rotor zur Seite geht und die Windfahne sich hebt.
Ist aber lediglich der Beginn der Abregelung.
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