Hilfe für's Bemaßen eines Darrieus Rotors gesucht!

 
Burnsi
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Hilfe für's Bemaßen eines Darrieus Rotors gesucht!

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Gepostet: 02.10.2022 - 17:34 Uhr  ·  #1
Hallo allerseits,

ich plane einen kleinen Darrieus Rotor in Helixform, als Geschenk für meinen Vater zu bauen, der selbst einige Windräder in seinem Garten hat (nur aus Spaß an der Sache und der Optik, Strom erzeugt er bislang nicht damit, dafür gibt es auch nicht genug Wind bei uns).

Jetzt habe ich mich etwas schlau gemacht und mich für das EN0005 Profil entschieden, ich möchte drei Blätter mit meinem 3D-Drucker herstellen und muss noch eine Befestigung konstruieren – darüber mache ich mir allerdings keine Sorgen.

Jedoch macht mir die Dimensionierung Probleme, ich weiß, dass ich einen Durchmesser von 15-20cm anstrebe und eine Höhe von 25-30cm.

Meine Flügel habe ich diesem Paper gezeichnet, aber ich weiß nicht wie genau ich das Bemaßen soll, wie finde ich das richtige Verhältnis von Länge bzw. Breite der Flügel zu Durchmesser des Rotors.

Es wäre mir eine große Freude, wenn mir jemand hier weiterhelfen könnte, entweder mit einer idiotensicheren Erklärung oder einem Link, den ich bis jetzt noch nicht gefunden habe. Vielen Dank :)

PS: Der angehängte Screenshot zeigt meinen aktuellen Stand, ich bin mir sicher, dass das so noch nicht ganz richtig ist, aber ich bin mir nicht sicher was ich ändern muss
 
XXLRay
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Re: Hilfe für's Bemaßen eines Darrieus Rotors gesucht!

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Gepostet: 02.10.2022 - 21:20 Uhr  ·  #2
Burnsi
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Re: Hilfe für's Bemaßen eines Darrieus Rotors gesucht!

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Gepostet: 03.10.2022 - 08:46 Uhr  ·  #3
Danke XXLRay, das hab ich schon mal verstanden!

Gibt es sonst nichts zu beachten?
 

Der Anstellwinkel der Flügel kommt mir komisch vor, aber vielleicht muss er auch genauso sein, ich habe da als Laie leider keine Erfahrung mit ^^

Aus interesse wüsste ich gerne noch, ob es für die Höhe und den Durchmesser des Rotors auch ein besonderes Verhältnis gibt (habe gerade d=20cm;h=30cm weil es so einigermaßen gut aussieht.
 


LG

Burnsi
Che
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Re: Hilfe für's Bemaßen eines Darrieus Rotors gesucht!

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Gepostet: 03.10.2022 - 09:47 Uhr  ·  #4
Zunächst mal Burnsi, solche kleinen Gesamtmaße wirst Du wohl nur in Wasser erfolgreich laufen lassen können.
Da wäre die Reynoldszahl gleich mal um den Faktor 15 größer als in Luft.

Schnelle Auskünfte - 5% - sind nicht automatisch richtige Auskünfte. Auch lässt man bei kleinen Anlagen - dazu zähle ich schon
1,5 m D - etwas größere Flächen zu, wegen den geringen Re-Zahlen eben, und damit der Selbstanlauf noch leidlich gelingt.
So hatte ich im Nachtrag von http://www.geopolos.de/Quellen…tionen.pdf geschlussfolgert:
175 mm breit bei D 1,5m. Das sind 11,7% beim Dreiflügler.

Da Dein Profil dem Goe 222 ähnelt, wirst Du dem Link auch entnehmen können, dass sich solche stark gewölbten Profile nur bedingt eignen. Und wenn schon, dann zwingend mit der Wölbung nach innen!

Weiterer Link: http://www.geopolos.de/Quellen/Darrieusprinzip_n.pdf

H zu D Verhältnis geht bei Dir i.O. Bis runter zu 1 ist vertretbar. Schlanker lässt aber Generatoren mit etwas höherer Drehzahl zu. Die werden dadurch kleiner und billiger.
FamZim
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Re: Hilfe für's Bemaßen eines Darrieus Rotors gesucht!

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Gepostet: 03.10.2022 - 11:39 Uhr  ·  #5
Hallo

Wie zuvor schon beschrieben sind kleine Abmessungen eher Problematisch.
Bei 20 cm Durchmesser gehe ruhig auf 5 bis 6 cm Profiltiefe.
Das Profil ist auch eine richtige Keule mit etwa 30 % Profildicke, das sehe Ich aber nicht als Hinderniß.
Zur angesprochenen Profilsehne -- lege das Profil auf eine grade Fläche und makiere den vordersten Punkt an der Nase.
Von dort zur Hinterkante läuft die Profilsehne, die gleichzeitig eine Nullgradlinie ist.
Diese Punkte müßen zur Achse einen gleichen abstand haben , eher noch die Nase weiter nach aussen, so 5 bis 10 ° .
Der Puckel (Oberseite des Profils ) wie von Che beschrieben auch zur Achse hin.
Drucke mal ein 10 cm langes gerades Tetobjekt.
Darin auf jeder Seite eine kleine Öse reingeschraubt etwa 25 % von Vorn.
Daran je einen Bindfaden und damit in den Wind halten, am besten senkrecht .
So sieht man das Verhalten des Profils schon einmal vorher.

Gruß Aloys.
Che
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Re: Hilfe für's Bemaßen eines Darrieus Rotors gesucht!

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Gepostet: 03.10.2022 - 12:58 Uhr  ·  #6
Aloys, Du hattest auch stark asymmetrische gewölbte Profile. Allerdings hat es nur zum Windspiel gereicht, also ohne wirklich Leistung abnehmen zu können. Und das hat aus meiner Sicht nicht nur was mit schlechtem Standort zu tun.

Im Anhang noch eine Grafik, welche den Zusammenhang von Blattbreite und TSR (Schnelllaufzahl, Tip Speed Ratio) darstellt.
Eigentlich: Blattbreite c * Blattzahl n / Durchmesser d = Solidity, Flächenverhältnis y.
y = f (TSR)


Bei meiner Empfehlung "Blattbreite = 0,117 * Durchmesser D" wäre bei 3 Blättern und D 1,5m das y = 0,35.
Mit dem in die Grafik ergibt ca. TSR 2,25. Bezüglich Anlauffähigkeit vermutlich akzeptabel.
Allerdings: Bestes Cp wohl allgemein inzwischen bei TSR ca. 2,8 anerkannt! Ist auch in meinen zuvor veöffentlichten Links bei den Simulationen zu erkennen.

PS: Grafik hat Streubreite! Je nach Profil etc.
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Re: Hilfe für's Bemaßen eines Darrieus Rotors gesucht!

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Gepostet: 03.10.2022 - 14:07 Uhr  ·  #7
Ich meld mich mal wieder zurück...

Erstmal vielen Dank für eure ganzen Einwände!
Die Flügel sind jetzt mal umgedreht worden und haben eine andere Größe. Die Sehne ist jetzt tangential zur Laufbahn.

Jetzt mit D=0,2m und c=0,0234m komme ich genau auf die 11,7%.
 

 
 

Das Testobjekt drucke ich mal eben aus, wenn ich daraus schlauer werde melde ich mich wieder.

Che, aus deinen Links geht hervor, dass ein NACA 0018 Profil unter Umständen besser wäre. Wenn dieses bei geringen Windgeschwindigkeiten in meinem Fall auch anlaufen würde, könnte ich ggfs. auch dieses verwenden, eine mechanische Last ist schließlich nicht geplant für dieses Projekt.
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Re: Hilfe für's Bemaßen eines Darrieus Rotors gesucht!

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Gepostet: 03.10.2022 - 14:47 Uhr  ·  #8
1. Symmetrische Profile ernten eben auch den Leehalbkreis ab, während sich asymmetrische mit dem in Luv begnügen müssen, und in dem anderen quasi im "Rückenflug" durch gehen. S. Anhang. (Wind kommt von Oben)
Wie "gut" das geht, kannst Du Dir denken.

2. Stark gewölbte dicke Profile, zumindest das Goe 222 ist bei geringen Re-Zahlen schlecht oder nicht geignet.
Sowas kann man simulieren mit QBlade. Wenn sich da noch bei Re 100.000 oder gar 60.000 ne nennenswerte Gleitzahl (Cl/Cw) ergibt, dann gut.
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Re: Hilfe für's Bemaßen eines Darrieus Rotors gesucht!

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Gepostet: 03.10.2022 - 17:55 Uhr  ·  #9
Habe jetzt mehrere Tests gemacht, am besten funktioniert hat es mit dem NACA 0018 Profil, aber etwa 5cm Sehnenlänge, bei den berechneten 2,3cm war das einfach zu "instabil". Jetzt habe ich jedenfalls verstanden, dass man nicht 1:1 von Groß auf Klein alles Übernehmen kann.

Ich denke, ich bleibe bei den 5cm und werde damit einen ersten richtigen Flügel anfertigen.
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Gepostet: 03.10.2022 - 18:09 Uhr  ·  #10
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Gepostet: 03.10.2022 - 21:07 Uhr  ·  #11
Yes.

@ Burnsi
5 cm * 3 = 15cm /20 cm (D) = 0,75 (Solidity) Damit in die Grafik kommst Du auf TSR 1,5.
Was soll so ein Scheiß? Ich meine auf jeglichen Wirkungsgrad kannst auch Du nicht verzichten.

Allerdings, diese Chinadinger haben auch sehr breite Blätter. Auch deshalb mögen sie eher nur Kunst am Bau sein.
Vielleicht kannst Du die Solidity über Photometrie ermitteln.

Ja was denn für Tests?
Zitat
2,3cm war das einfach zu "instabil"
ja was denn? Mit 2 Streben jeweils wirst Du schon abfangen müssen.
Idealerweise angreifend nahe der "Besselschen Punkte", jeweils 0,23L von den Enden der Blatthöhe L. (Nicht der gestreckten Blattlänge!)
Burnsi
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Gepostet: 04.10.2022 - 16:27 Uhr  ·  #12
Also gut, weil ich nicht mit den Chinadingern verglichen werden will (Proportionen stimmen immerhin optisch überein mit meinen 5cm, also sicherlich ähnliche Solidity), investiere ich nochmal etwas aufwand in die berechnete Flügelgröße.

Zugegebenermaßen habe ich nicht auf die genaue Befestigung geachtet. Mein Flügel war innen hohl und so habe ich ihn „aufgespießt“ mit einem Draht. Dabei hat der kleine Flügel sehr stark im Wind gewackelt, vielleicht lag das auch an der suboptimalen Oberfläche (kleinen Flügel schnell mit großer Düse gedruckt).

Mit Blatthöhe ist schon die Extrusionslänge gemeint?

Ich mache wenn ich Zeit habe einen weiteren kleinen Flügel und teste ihn unter besseren Bedingungen, wenn dieser dann wie erhofft funktioniert, denke ich, werde ich in Serie (n=3) gehen
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Gepostet: 04.10.2022 - 21:46 Uhr  ·  #13
Blätter einzeln kannst Du garnicht testen. Helixblätter schon garnicht. Was Dir FamZim da eingeflüstert hat, ist ein Ei.
Erst im Zusammenbau (wirst Du in Luft keinen Erfolg haben wegen zu kleiner Abmessungen eben).
Aber dann kannst Du immer noch an einer Stange montieren und auf einem Steg laufend, durchs Wasser ziehen.
Musste ich auch damals. Abb. 7 in http://www.geopolos.de/Entwick…c528057649

Grob gedruckt übrigens: 3D hat manchmal (oder immer?) lausige Oberflächen. Auch das kann nachteilig sein.
Etwas rauhe Überfläche (Schleifpapierspuren) kann bezüglich kleiner RE-Zahlen Vorteile bringen. Aber keine regelrechten Profilverfälschungen!
XXLRay
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Gepostet: 05.10.2022 - 12:37 Uhr  ·  #14
FamZim
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Re: Hilfe für's Bemaßen eines Darrieus Rotors gesucht!

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Gepostet: 05.10.2022 - 12:38 Uhr  ·  #15
Hallo

Da es nichts gib was es eben noch nicht gibt wurde auch von einem User ein H Rotor mit einem Flügel und Gegengewicht gebaut der lief dann auch, genauere Daten weiß ich allerdings nicht , sah aber nach mindesten 2 m Durchmesser mit "tiefem" Blatt aus.
Meine Versuche mit unterschiedlichen Blättern und ~ 30 cm D liefen alle nicht,bis auf den mit Wölbung nach innen und mit etwas Einstellwinkel.
Das "Erklärungsbild" gehört längst überarbeitet , wird aber immer wieder "genau so" hier reingestellt, das wurde selbst von Einsteller schon geschrieben . und ?????????????????

Gruß Aloys.
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Gepostet: 06.10.2022 - 20:45 Uhr  ·  #16
Zitat
Das "Erklärungsbild" gehört längst überarbeitet
Du meinst das hier?

 


Ja,
da hat sich bezüglich Wölbungsanordnung der Prof. Gasch geirrt. Lässt darauf schließen, dass er sich wohl nur theoretisch mit dem Darr. beschäftigt hat. Das aber ansonsten durchaus richtig.
Quelle: Gasch | Twele, Windkraftanlagen, 7. Auflage (Farbige Ergänzungen in der Grafik sind von mir.)

Hatte ich im Text beim "Darr.-Prinzip" darauf hin gewiesen, aber wer liest schon Text, wenn er ein Bild sieht?
Da das aber so ist, müsste ich das tatsächlich mal ändern.

Wäre noch zu erwähnen, dass Du mit einem speziellen gewölbtem Profil einen Darr. tatsächlich recht gut zum Laufen bekommen hast. Allerdings wohl im D mindestend 2* 30cm, und ohne nennenswerte Leistungsabgabe.
Aber als Windspiel hat es wohl ganz gut funktioniert, oder?
FamZim
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Gepostet: 07.10.2022 - 09:49 Uhr  ·  #17
Ja genau !

Das, und das in Beitrag 8 weiter oben.
Mit im letzten Beitrag geformte Flächen lief ein H Rotor ohne andrehen gar nicht an, also in Kleinvormat komplett durchgefallen.
Mit Wölbung zur Achse hin dann schon besser, und mit leichten Anstellwinkel bei 14 cm Blattiefe (3 bis 4 °) schon bei leichten Luftbewegungen.
Das von mir verwendete Profil wurde in einem Rekortmodell verwendet.
Dabei muste das Modell mim Vergleich zu anderen Konstrukten bei gleicher Motorleistung ein Zusatzgewicht , nach Bodenstart einen großen Kreis fliegen, also schon langsam, Sieger war das Modell mit der grösten Tragkraft, also kleinem Wiederstand bei hohem Nutzen.
Meine Windspiele haben auch 5 Blätter um möglichst schon vor dem Wind alles abzuernten.
Turbinen decken auch den gesammten Umpfang mit Blättern ab, bei sehr gutem Wirkungsgrad.

Gruß Aloys.
Burnsi
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Gepostet: 07.10.2022 - 18:49 Uhr  ·  #18
Ich hoffe ihr seid alle gut durch die Woche gekommen, ich jedenfalls habe endlich wieder Zeit zum tüfteln.

Noch paar Sachen zum Drucker: Die ersten Tests hatten keine gute Oberfläche wegen falschen Einstellungen (Materialklumpen auf der Oberfläche). Diesen Bedienfehler bin ich losgeworden außerdem benutze ich jetzt eine kleinere Düse und kann so die tatsächliche Form viel besser abbilden.
Falls es nicht klar war: Die Testflügel sind waren gerade, die Helixform kommt erst am Schluss für den ganzen Rotor.

Mal ne ganz dumme Frage:
Kann ich das ganze nicht noch kleiner machen, aber dann den kompletten Rotor drucken und das dann in Wasser testen?
Meine Überlegung ist, dass ich so das verhalten von meinem Rotor in Luft „simulieren“ könnte und dabei einiges an Material und Zeit sparen kann.

Läuft im Wasser nichts, erhöhe ich die größe bis es klappt und schließe darüber auf die benötigte Größe für das windbetriebene Modell.

Und wenn alle Stränge reißen überprüfe ich nochmals, ob ich die räumlichen Ausmaße des Ganzen nicht doch steigern kann
Che
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Gepostet: 07.10.2022 - 20:51 Uhr  ·  #19
Zitat
Kann ich das ganze nicht noch kleiner machen, aber dann den kompletten Rotor drucken und das dann in Wasser testen?
Du musst anfangen, mit Re-Zahlen zu arbeiten!
Musst durch Profilsimulation raus finden, bei welch geringer Re-Zahl noch Gleitzahlen von - ich sage mal mind. 20 - raus kommen.
Die musst Du in der Praxis, hier Wasser, erreichen.

Als Geschwindigkeit ansich die Vektoren c bzw. c' in dem Bild 2-25. Vereinfachend die Ufangsgeschwindigkeit. Nicht die des wahren Windes (v1)!

Wenn Dir das alles zu theoretisiert ist, dann mache Deine Versuche nach gut Dünken, und gib alles was nicht funktioniert hat ins "Museum der Irrtümer".

Nach neuerlichem Überlegen:
Bei D 0,3m solltest Du in Luft vielleicht doch mit 5cm breiten Blättern arbeiten. Damit bezüglich Re-Zahl und Anlauf evtl. irgendwas passiert.
Allerdings wird bei übergroßer Solidity die Betriebskurve sehr schmal und spitz und der Cp immer geringer, wie diese älteren Grafiken zeigen.

 
FamZim
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Gepostet: 08.10.2022 - 12:02 Uhr  ·  #20
Hallo Burnsi

Da die Natur Ihre eigenen Gesetze hat und sich nicht um unsere Formeln kümmert, müssen Wir einsehen das so ein Projekt an der untersten Grenze des möglichen angesiedelt ist und nicht weiter verkleinert werden kann.
Eine raue Oberfläche kann nur von Vorteil sein das bringt eine Turbulente Strömung an die Blätter.
Denke darann wie schnell sich bei der Drehung die anströmwinkel positief und negatief bei jeder Umdrehung ändern.
Da sind glatte und laminare Profile absolut untauglich, die Berechnung unsererseits akzeptiert die Natur eben nicht, sie läst sich zu nichts zwingen.
Drucke die Profile in kurzen Teilen und setze sie durch auffädeln dann zusammen.
Zu Deiner Erkentniß------------
Läuft im Wasser nichts, erhöhe ich die größe bis es klappt und schließe darüber auf die benötigte Größe für das windbetriebene Modell. --------------
kann man nicht wirklich vergleichen, da andere Rehzahlen, die hundertfach daneben liegen.
Vorschung ist auch nur Ausprobieren und Ergebniße vergleichen.

Gruß Aloys.
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