Varianten der mechanischen Sturmsicherung bei Kleinwindrädern

 
Claudius_F
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Varianten der mechanischen Sturmsicherung bei Kleinwindrädern

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Gepostet: 28.01.2023 - 16:38 Uhr  ·  #1
Hallo Forum,

vor einiger Zeit hatte ich Euch bereits meine selbst in die Praxis umgesetzte und bisher bestens bewährte Konstruktion einer manuellen Sturmsicherung zum Nachbauen bzw. als Ideengeber für den eigenen Kleinwindrad-Bau vorgestellt.

Beim Lesen hier im Forum sind mir immer wieder Fragen zu den diversen Methoden der Sturmsicherung aufgefallen. Heute möchte ich meine Meinung zu den unterschiedlichen Ansätzen zusammenfassen. Diese erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und soll auch nicht zu sehr ins Detail gehen.

Warum eine Sturmsicherung wichtig ist, zeigt schon die Tatsache, dass die Windenergie in dritter Potenz zur Windgeschwindigkeit steigt (siehe z. B. Leistung einer Windkraftanlage). Wichtig ist, eine mechanische Überlastung der Anlage zu verhindern.

Bei einem vorab angekündigten Sturm legt man die Anlage vorab an die Feststellbremse, damit der Wind die Anlage gar nicht erst in die Überlastung bringen kann. Dazu muss man aber in der Regel vor Ort sein, und die Anlage produziert bis zum Lösen der Bremse keinen Strom. Große, kommerzielle Windkraftanlagen fahren hier die Rotorblätter geregelt in Segelstellung und bringen es so zum Stillstand.

Aber es muss nicht immer ein angekündigter Sturm sein. Es reichen auch starke Böen, die große Belastungen auf ein Windrad wirken können. Und genau das ist der Fokus, auf den ich hier abzielen möchte.

Neben der mechanischen Blockade der Achsrotation (Feststellbremse) sehe ich zwei Möglichkeiten, die auf die Windkraftanlage wirkende Leistung zu verringern:

  • Belastung des Generators durch
    • Kurzschluss
    • aufschaltbare Widerstände

    Problem: Bei Ausfall des Generators ist ein Überdrehzahlschutz nicht mehr vorhanden. Die Rotorblätter können nahezu ungebremst drehen.

  • Begrenzung der Leistungsaufnahme im Rotor mittels
    • Heli-Regelung
    • Furling-Regelung
    • Blattwinkelverstellung

    Bei Heli- und Furling-Regelung (siehe Beitrag von Che) wird im Moment der größten Kreiselkräfte die Achslage des Rotors verstellt, was zu sehr hoher Belastung der Anlage führt. Einige von uns haben berichtet von Problemen mit
    • Winddruck auf Rotor
    • Größe und Gewicht der Seitenfahne
    • Achsstellung der Seitenfahne
    • Dämpfungseinrichtung

    Die Methode der Blattwinkelverstellung lässt den Rotor im Wind stehen, sodass keine durch eine Veränderung der Achslage bedingten Kreiselkräfte auftreten. Die Veränderung des Rotorblattwinkels bewirkt einen aerodynamisch ungünstigeren Anstellwinkel und damit weniger Energieaufnahme. Den genannten Vorteilen steht allerdings ein höherer mechanischer Aufwand der Realisierung gegenüber.

Wie eingangs erwähnt, habe ich mit meinem eigenen Windrad eine automatische mechanische Rotorblattwinkelverstellung in die Praxis umgesetzt. Meine Beobachtungen zeigen, dass die Regelung die Kräfte im Rotor und damit die Drehzahl zuverlässig begrenzt. Die Anlage ist inzwischen so eingestellt, dass im Moment der Windgeschwindigkeitsveränderung der Rotorblattwinkel verstellt und somit die Drehzahl angepasst werden.

Bitte beachtet, dass diese Info vor allem Anfängern dienen soll. Den Experten dieses Forums ist das alles nicht neu.

Ich wünsche allen Forumsteilnehmern für 2023 alles Gute und viel Erfolg beim Basteln, Konstruieren und Ausprobieren.

Viele Grüße aus SH
Claudius F
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Re: Varianten der mechanischen Sturmsicherung bei Kleinwindrädern

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Gepostet: 29.01.2023 - 22:55 Uhr  ·  #2
Erdorf
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Re: Varianten der mechanischen Sturmsicherung bei Kleinwindrädern

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Gepostet: 30.01.2023 - 00:22 Uhr  ·  #3
Vielen Dank Claudius für diese Einführung ;-)
Che
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Re: Varianten der mechanischen Sturmsicherung bei Kleinwindrädern

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Gepostet: 30.01.2023 - 09:40 Uhr  ·  #4
Zitat
Bei einigen Leeläufern werden die Flügel bei zu hoher Windlast nach hinten weggeklappt.
Bitte Beispiele nennen!
Denn bei "schlagenden Blättern", wenn das Wegklappen möglich wäre, ist bei Normalbetrieb der Winkel, den die Blätter zur Drehebene einnehmen, max. 15°. Liegt an dem Verhältnis von Fliehkraft zu Windkräften.
wieso
 
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Re: Varianten der mechanischen Sturmsicherung bei Kleinwindrädern

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Gepostet: 30.01.2023 - 10:26 Uhr  ·  #5
Zitat geschrieben von Che

Zitat
Bei einigen Leeläufern werden die Flügel bei zu hoher Windlast nach hinten weggeklappt.
Bitte Beispiele nennen!
Denn bei "schlagenden Blättern", wenn das Wegklappen möglich wäre, ist bei Normalbetrieb der Winkel, den die Blätter zur Drehebene einnehmen, max. 15°. Liegt an dem Verhältnis von Fliehkraft zu Windkräften.


Naja , ein Klassiker sind doch die ehemals Proven genannten windtrurninen


https://www.energymatters.com….Design.pdf
Che
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Re: Varianten der mechanischen Sturmsicherung bei Kleinwindrädern

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Gepostet: 30.01.2023 - 22:09 Uhr  ·  #6
Kannte ich noch nicht.

Die Kippachsen sind nach dem was ich da sehe 45° schräg in der Rotorebene, so das sich die Anstellwinkel beim sog. Schlagen zusätzlich verringern. Was ja gut ist.

Bei Gasch ist zu lesen:
"Der sich frei einstellende Schlagwinkel begrenzt sich im Normalbetrieb von selbst auf Werte unter 10°. Höhere Schlagwinkel stellen sich nur ein, wenn die Fliehkräfte wegen geringer Rotordrehzahlen zu klein sind..."

Nun ist der Mechanismus von Proven ja ne Abregel-Mechanik, die Überdrehzahlen verhindern soll. Ab einer gewissen Arbeitsdrehzahl - Normalnbetrieb eben - kippen die aber nicht mehr genug nach hinten weg, die die Fliehkräfte das verhindern.

Bin mir nicht sicher, dass das Vorgestellte auch wirklich so geht.
Selbst beim Patentamt hat man oftmals nur Ideen, die nie die Wirksamkeit bewiesen haben. ;-)
hangingloose
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Re: Varianten der mechanischen Sturmsicherung bei Kleinwindrädern

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Gepostet: 31.01.2023 - 08:14 Uhr  ·  #7
Zitat geschrieben von Che

...
Bin mir nicht sicher, dass das Vorgestellte auch wirklich so geht.
...

Denke mal dass es gehen wird. Sofern die Masse nicht groß ist.
Frage ist nur wie effektiv! Da die Blätter ja nie vollständig aus dem Wind genommen werden!
Für mich klingt das nach einer effektiven Lösung für eine Vergrößerung vom möglichen Windfenster, aber nicht nach einer Sturmsicherung.
Menelaos
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Re: Varianten der mechanischen Sturmsicherung bei Kleinwindrädern

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Gepostet: 31.01.2023 - 08:46 Uhr  ·  #8
Che
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Re: Varianten der mechanischen Sturmsicherung bei Kleinwindrädern

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Gepostet: 31.01.2023 - 10:42 Uhr  ·  #9
Die haben aber zu Anfang den Konus, und verringern den bei höheren Drehzahlen, wobei sich damit die Blätter verdrehen.
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