Leewalze nutzen für Widerstands-VAWTs?

...wenn der Wind um die Ecke muss
 
o_lampe
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Leewalze nutzen für Widerstands-VAWTs?

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Gepostet: 08.10.2022 - 09:21 Uhr  ·  #1
Hallo Experten,
als Gleitschirmflieger bin ich oft mit der Thematik Leewalze konfrontiert worden. Wer als Flieger dieses Phänomen ignoriert, kann böse abstürzen.
 


Hier im Forum in der Suchfunktion habe ich diesen Begriff nicht gefunden, wohl auch weil VAWTs (zurecht) etwas stiefmütterlich behandelt werden und andere Rotoren damit Probleme hätten.
Zurecht, weil die windabgewandte Seite den Wirkungsgrad reduziert.

Aber was wäre, wenn man den Rotor strategisch dorthin setzt, wo sich eine Leewalze bildet?
An Hausecken zum Beispiel.
Es gibt schon einige Bespiele (aus SciFi-Filmen?) wo die (Hoch-) Hausecken genutzt werden, aber meist sitzt der Rotor dann 45° vor der Hausecke.
Würde man ihn zur Hälfte hinter der Ecke verstecken, würde die abgedeckte Seite von der sich dort bildenden Leewalze profitieren. (zumindest in meiner Phantasie :D )
Das wäre besonders in Häuserschluchten interessant, weil der Wind dann "durch diese hohle Gasse" kommen muss.
Verwirbelt zwar und damit für Darrieus unbrauchbar, aber Savonius und mMn. auch Ugrinsky Rotoren würden davon profitieren.
WL01
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Re: Leewalze nutzen für Widerstands-VAWTs?

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Gepostet: 08.10.2022 - 10:43 Uhr  ·  #2
Zitat geschrieben von o_lampe
Das wäre besonders in Häuserschluchten interessant, weil der Wind dann "durch diese hohle Gasse" kommen muss.
Verwirbelt zwar und damit für Darrieus unbrauchbar, aber Savonius und mMn. auch Ugrinsky Rotoren würden davon profitieren.
Ja, gibt es bereits, z.B. hier.
Das Problem ist aber wie immer die Effektivität dieser Anlagen. Direkter Wind ist im Normalfall immer effektiver als verwirbelter Lee-Wind.
Che
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Re: Leewalze nutzen für Widerstands-VAWTs?

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Gepostet: 08.10.2022 - 18:16 Uhr  ·  #3
Wo steht da was, dass die für Leewirbel gedacht sind? Würde mich doch sehr wundern.
o_lampe
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Re: Leewalze nutzen für Widerstands-VAWTs?

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Gepostet: 09.10.2022 - 08:52 Uhr  ·  #4
@WL01 @Che
Um die Leewirbel zu nutzen, muss man das Ding doch nur entsprechend positionieren? Die Frage ist, ob schon jemand einen Vergleich gemacht hat?
Die "gute Seite" in den freien Wind und die Seite, die sonst verdrängen muss, in's Lee. Dadurch wird auch diese Seite zur Energiegewinnung herangezogen.

Bei mir könnte ich das allenfalls testen, wenn ich die Rotoren horizontal "hinter den Dachfirst" montiere. Aber das soll ja nicht gut funkionieren laut @Carl.
Ausserdem habe ich ein recht flaches Dach.
Carl
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Re: Leewalze nutzen für Widerstands-VAWTs?

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Gepostet: 09.10.2022 - 12:21 Uhr  ·  #5
Wie gesagt, ein horizontal laufender Savonius schlägt stark wegen der Lastwechsel und Einflüssen der Gravitation
o_lampe
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Re: Leewalze nutzen für Widerstands-VAWTs?

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Gepostet: 13.10.2022 - 09:11 Uhr  ·  #6
Hallo Carl,
die Lastwechsel gibt es doch auch im Normalbetrieb, oder hab ich da ne falsche Vorstellung?
Ausserdem wären die Wechsel weniger ausgeprägt, wenn die Leewalze die Luft um den Rotor führt.
Carl
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Re: Leewalze nutzen für Widerstands-VAWTs?

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Gepostet: 13.10.2022 - 12:24 Uhr  ·  #7
Natürlich gibt es die gleichen Lastwechsel im vertikalen Betrieb, das Problem liegt in der Schwerkraft die unterschiedlich auf die Schaufeln einwirkt je nach ihrer Stellung im Drehkreis.

Diese Lasten haben auch einen Einfluss auf den Verlauf der strömungsbedingten Lastwechsel. Mal verstärken sie diese mal mindern sie. Und natürlich spielt dabei auch die Fliekraft eine Rolle, in dem Zusammenhang vielleicht sogar positiv wie eine Dämpfung .

Man kann möglicherweise durch Leichtbauweise und vor allem mit einem geringen Rotordurchmesser - ich würde da ohne extrem leichte und starke Bauweise wie mit Carbon nicht über 25 cm Durchmesser hinausgehen wollen - also man kann die Schwerkraft Einwirkungen dann wahrscheinlich so im beherrschbaren (langlebigen) Bereich gestalten, ob letzteres mit dem erwünschten Nutzungsergebnis - sprich: Leistungsprofil in Watt - im Einklang stehen kann müsstest Du selber herausfinden, ich kenne keine Beispiele für Versuche dieser Art.
cerco
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Re: Leewalze nutzen für Widerstands-VAWTs?

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Gepostet: 14.10.2022 - 22:03 Uhr  ·  #8
..eine LeeWALZE ...die ist niemals stationär nutzbar, wer Flugmodelle am Hang gelandet hat, der weiss das . Mal heftige Abwinde, mal nix , eben Chaos :-)

Oder hat da jemand andere Erfahrungen?
Carl
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Re: Leewalze nutzen für Widerstands-VAWTs?

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Gepostet: 15.10.2022 - 02:33 Uhr  ·  #9
Jürgen in einem anderen Forum hatte vor etwa 10 Jahren eine stationär in die Windrichtung positionierte Einleitfläche vor einen Vertikalläufer gesetzt und damit bis zu 20% höhere Energieausbeute erzielt.

Wenn wir tief im Themenbereich Vertikalläufer unseres Forums hier graben finden wir vielleicht noch eine genauere Beschreibung mit Anleitung dazu bei den Threads mit C-Rotor. Das hatte Jürgen damals freundlicherweise diesem Forum noch spendiert bevor er forenmäßig inaktiv wurde.

Man müsste viel Geduld haben und hier oder dort im Forum "daswindrad" stöbern.

Also 20% mehr von dem relativ geringen Wirkungsgrad den Vertikalläufer bringen und nicht etwa 20% mehr Leistungsbeiwert von den theoretischen 59% nach Betz. Das stand so da und ich zweifle auch nicht daran dass es korrekt so ist.

Von anderer Seite habe ich Ähnliches in Erinnerung, in Frankreich wurden Versuche mit Savoniusrotoren an einer Wand als einleitender Strömungsverstärker gemacht mit ähnlichem Ergebnis.

Dadurch wird zwar nicht der Wirkungsgrad des Rotors besser aber mit mehr Strömungspotenz kommt dann eben auch mehr Butter auf die Fische.

Die Leitfläche war fest mit einem bestimmten Einleitwinkel vor dem Vertikalläufer positioniert auf einem Teststand.

Geplant war es, so eine Einleitfläche von einer Windfahne gedreht immer in Windrichtung ausgerichtet zu halten was jedoch etwas schwierig bzw. aufwendig werden kann.

Jedenfalls hätten wir hinter so einer Einleitfläche ähnliche Verhältnisse wie hinter einer schrägen Dachfläche.

Ich gehe davon aus, dass Cerco zwar recht damit hat, dass die Windverhältnisse an einem Hang meist extrem turbulent sind, allerdings ist die Situation da für ein fre fliegendes Modell anders geartet als für ein fest am Boden installiertes System.

Die Turbulenzen werden da aufgefangen und energetisch umgesetzt.

Ob solch ein waagerecht leicht hinter dem First eines Daches installierter Rotor dann was bringt dürfte auch von der Hauptwindrichtung abhängen damit es möglichst oft von dem Dach dann als Einleitfläche profitieren kann.

Ein weiteres Hindernis ist die Statik und Bauweise von gewöhnlichen Dächern und Dachstühlen. Ein Sturmschaden kann da eine teure Angelegenheit werden.

Die Sache mit einer durch eine Einleitfläche verursachten Leewalze dürfte Potenzial haben, rein technisch sehr wohl, läßt sich allerdings nicht überall umsetzen.

Eine Speziallösung wäre das vielleicht, also ohne jeden Anspruch auf breite Anwendung bzw. ohne große Aussichten auf Marktanteile, so würde ich das einschätzen.
cerco
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Re: Leewalze nutzen für Widerstands-VAWTs?

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Gepostet: 15.10.2022 - 22:01 Uhr  ·  #10
Danke, gute Ausführung.
Wir sehen immer auch wieder Häuser mit großer Dachfläche frei nach SW-W-- wenn da im Wirbel was ginge.. Nur der Unterdruck im Orkan, da fürchte ich, liegt das Problem. Technisch sicher zu lösen, doch nach unseren Erfahrungen zu selten relevant..
Carl
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Re: Leewalze nutzen für Widerstands-VAWTs?

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Gepostet: 16.10.2022 - 04:50 Uhr  ·  #11
Unterdruck im Orkan und dann noch die Belastungen einer solchen Konstruktion auf ein gewöhnliches gedecktes Dach - ich würde sowas auf keinen Fall auf mein Dach montieren.

Es sind die Wetter - Extremfälle für die ein Windrad ausgelegt sein sollte - und das gilt natürlich auch für normalerweise vom Architekten für zusätzliche Dachbelastung nicht eingeplante Statik bei Vibrationen, Druck- und Zugkräften von Windturbinen.

Das sollte allerdings niemanden deran hindern auf andere (positive) Weise Einleitflächen für Windräder zu nutzen. Solche gibt es nicht nur auf Dächern.
o_lampe
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Re: Leewalze nutzen für Widerstands-VAWTs?

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Gepostet: 16.10.2022 - 08:01 Uhr  ·  #12
Ist euch schonmal aufgefallen, dass nach einem Sturm, Dachziegel immer auf der Lee-Seite rausgerissen wurden? Da war nicht allein der Orkan-Unterdruck sondern die Leewalze bei der Arbeit.

@Carl
Ich habe deine Luggersegel-Kette angeschaut. Ich frage mich, ob die bei Verspannung parallel zum Dachfirst auch anlaufen würde?
Dabei ist nur das obere Segel im Wind, der Rest ist versteckt hinter der Kante.
Wenn es nicht soviel Arbeit wäre, die Segel zu basteln, wäre eine solche Kette schnell montiert.
3D-Druckbare Segel gibt es wohl nicht ?
Carl
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Re: Leewalze nutzen für Widerstands-VAWTs?

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Gepostet: 16.10.2022 - 11:52 Uhr  ·  #13
Meinst Du den Kettenrotor mit mehreren kleinen Rotoren die gemeinsam ein Drahtseil antreiben?

Wenn ja, sowas müsste achsial zur Windrichtung stehen also wenn alles, also auch die Windrichtung parallel zum Dachfirst steht gäbe es dort doch keine Leewalze.

Zumindest wäre es zwar möglich eine Rotorenkette berührungsfrei über ein Dach zu spannen (zwischen Rohre die an der Hauswand oder am Boden verankert das Dach nicht behelligen) und leichte Segel auf Carbonstangen gespannt so wie z.B. bei meinen Modellen richten weniger Schaden an wenn mal was reißt.

Manchmal findet man ja auch schon vorhandene Befestigungspunke, Bäume, Lichtmasten etc. zwischen denen man was aufspannen kann. Oder man spannt eine Rotorkette zwischen sein Wohnmobil und dem nächsten passenden Baum.

Bisher hatte ich so eine Kette mit 12 Rotoren (40 cm Durchmesser pro Rotor) 2 Jahre im Garten laufen, Schwachwindgebiet, aber Stürme hat sie so ohne Abbremsung auch schon weggesteckt. Da hängt alles von der Qualität der Konstruktion ab aber man kann auch sagen das kleine Rotoren so ab unter 50 cm Durchmesser bedeutend weniger Sturmempfindlich sind, die stecken ungebremst richtige Orkane weg die ein normales Windrad ungebremst nicht übersteht.

Leichtbau mit modernen Materialien ist dabei aber auch der Schlüssel...

Der Vorteil so vieler kleiner Rotoren ist die schnellere Drehzahl für die dann auch viele Generatoren mit höherer Nenn-Drehzahl geeignet sind und da sich das geringe Drehmoment bei vielen kleinen Rotoren hintereinander ja summiert und auf die gleiche Drehachse überträgt - (Stahlseil in Katheodenform hängend) - kommt beim Generator auch entsprechend genug Drehmoment an.

Ob sich solche Segelrotoren drucken lassen? Prinzipiell müssen solche Luggersegel nicht elastisch biegsam wie Folie oder Stoff sein. Man könnte jedes Blech in beliebige Form gebogen (also auch total flach)als Lugger aufhängen oder aufspannen.

Was das Kunstoffmaterial beim Drucker in der Praxis dann aushält - nicht nur statische Belastungen sondern auch UV-Einstrahlung und sonstige Einflüsse, damit kenne ich mich leider nicht aus, als Opi mit 75 Jahren habe ich noch hundertausend andere Dinge zu lernen und die Zeit drängt...
o_lampe
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Re: Leewalze nutzen für Widerstands-VAWTs?

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Gepostet: 17.10.2022 - 09:10 Uhr  ·  #14
Genau diese Rotorkette meine ich.
Normalerweise würde sie sich nicht drehen, wenn der Wind von der Seite kommt, weil sich die Kräfte vom oberen und unteren Segel ausgleichen.
Nur bei einer Leewalze würden sich die Kräfte addieren.
Damit hätte man zumindest die Möglichkeit den optimalen Bereich hinter der Dachkante zu finden. Ansonsten tappt man ja ziemlich im dunklen.

Ich habe schon eine Idee, wie ich die "Segel" lasern kann. Das geht noch schneller als 3D drucken und beim Material habe ich Auswahl. Sperrholz oder Plexiglas z.B.
Carl
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Re: Leewalze nutzen für Widerstands-VAWTs?

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Gepostet: 17.10.2022 - 12:07 Uhr  ·  #15
Ja gut, einen Versuch ist es vielleicht wert.

Allerdings: So eine Rotorkette muss leicht durchhängen wie eine Kateode (Kette). Sie ist ja zwischen Drucklagern (Achsiallager (z.B. Wabel einer Rollfock) oder Konuslager (z.B. Fahrradnabe) aufgehängt. Wie das dann mit der Leewalze hinter einem Dachfirst übereinstimmt - keine Ahnung soweit.

Das musst Du schon selber herausfinden.

Zu viel Zug auf die Lagerung würde Reibungsverluste und Verschleiss bedeuten, also zu stramm darf man die Rotorkette nicht spannen, auch wenn man sie lieber strichgerade hätte.

Mit einem Stahlseil aufgespannte Rotoren übertragen das Drehmoment ohne Verluste auch wenn das Seil etwas durchhängt. Mit etwas Gefühl bekommt man die optimale Spannung gut hin.

Die Achtung auf die Zugkräfte gilt auch für das Gewicht der Rotorkette. Je weniger Gewicht desto weniger Reibung dann in den Lagern.

Durch so ein Drucklager bzw. Achsiallager sollte man auch den Generator abkoppeln falls dieser nur normale Radiallager hat die für achsialen Zug oder Druck absolut nicht ausgelegt sind.

Radiallager kann es herausziehen wenn die Kugeln durch falsche Belastung an den Rand der Lagerrille gezogen abnutzen und verschleißen.

Das mag bei grossen Lagern etwas länger dauern - generell gilt immer: Radiallager bei radialer Belastung, Achsiallager bei achsialer Belastung!

Ansonsten: Viel Glück!
FamZim
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Re: Leewalze nutzen für Widerstands-VAWTs?

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Gepostet: 17.10.2022 - 16:32 Uhr  ·  #16
Hallo

So eine Kette quer zum Wind halte ich für gefärlich.
Der Zug auf das Seil nimmt mit stärker werdendem Wind auch erheblich zu, weit mehr als das Vorspannen gegen Durchhang.
Hat schon mal jemand das schlagen der Seile an Fahnenmasten beobachtet.
Das ist nur ein sehr dünnes Seil, aber es schaukelt sich in der Bewegung auf.
Das wird auch so ein Seilrotor machen,hinter oder über dem Dachfirst, nicht nur wegen dem Seil , da sind die Rotoren auch im Spiel!

Gruß Aloys.
Carl
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Re: Leewalze nutzen für Widerstands-VAWTs?

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Gepostet: 17.10.2022 - 19:35 Uhr  ·  #17
:-) Quer zum Wind mit leicht durchhängender Rotorkette - sie darf nicht zu stark gespannt sein - na ja, das kann schaukeln!

Mir geht noch nicht ganz klar auf wie eine Leewalze da dann optimal sein soll. Das Luggersegel erlaubt zwar, weil es sich automatisch zur Windrichtung anwinkeln kann Abweichungen von einer frontal auf so einen Horizontalläufer der als Segelrotor gestaltet ist, das geht aber nicht bis direkt von der Seite angeblasen sondern maximal bis 30° Abweichung nach beiden Seiten.

Wobei immer optimale Leistung nur mit Wind direkt von vorne erzielt wird.

Einzelne schmale Leichtbau Savonius Rotoren in einer Kette in Kateode auf Stahlseil würden wohl besser die Strömung nutzen - so vermute ich jedenfalls - aber dann erst recht nicht ohne Geschaukel!

Das Anstellverhalten in einem Vertikal Achsial System ist dahingegen im vollen Umkreis automatisch, das Segel kann sich dort im gesamten Rotordrehkreis auf die jeweilig veränderte Windrichtung einstellei und dabei die Segelmanöver "Halsen" und "Kreuzen" ausführen ohne das man Hand anlegen muss.

Hier habe ich das mit der Funktionsweise der Segelmanöver etwas ausführlicher erklärt, der Artikel wurde mit Hilfe einiger hoch kompetenter Mitautoren in Wikipedia von mir verfasst, auch die Bleistiftzeichnung:

https://de.wikipedia.org/w/ind…ov=acrw1_0
o_lampe
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Re: Leewalze nutzen für Widerstands-VAWTs?

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Gepostet: 18.10.2022 - 08:58 Uhr  ·  #18
Das ganze Vorhaben ist ja geprägt von Kompromissen, angefangen von der fehlenden optimalen Hausecke. Daher der Versuch auf dem Dach mit leichgewichtigen Segeln.
Ich könnte eine Kombination aus solidem Sperrholz Mittelstück und 'Paddeln' aus extrudiertem Polypropylen bauen.
Auf dem Dach könnte ich beliebig viele Stützlager anbringen gegen aufschaukeln und zur besseren Positionierung.
Carl
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Re: Leewalze nutzen für Widerstands-VAWTs?

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Gepostet: 18.10.2022 - 09:06 Uhr  ·  #19
Bist Du für vorherige Experimente und Probeläufe auf Dein Dach angewiesen?

Wäre das nicht gefährlich dauernd auf dem Dach herumklettern zu müssen wenn was geändert werden möchte?

Es gibt doch bestimmt irgendwo Mauern oder sonstige landschaftliche Verwerfungen wo man sowas ohne im Krankenhaus zu landen ausprobieren kann.
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Re: Leewalze nutzen für Widerstands-VAWTs?

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Gepostet: 19.10.2022 - 09:19 Uhr  ·  #20
Ich habe gestern den ersten Entwurf eines Rotors gemacht.
Ziel war es aus DIN A4 Grösse mit möglichst wenig Verschnitt einen "Querwind"-Rotor zu konstruieren.

 


Ich habe allerdings schon eine Idee, wie ich das noch optimieren kann.
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