Rotorblatt, Profil bei Windrädern

Hallo,
ich habe neulich entlang der Autobahn die Windr=E4der beobachtet, die
haben grunds=E4tzlich alle drei Bl=E4tter und schauen zum Wind, die
Bl=E4tter werden also gedr=FCckt und nicht geschleppt.
Dabei ist mir aufgefallen, da=DF die Bl=E4tter ihre gew=F6lbte Seite zu
dem Wind zeigen.
Das w=E4re richtig, wenn das Rad die Luft bewegen m=FC=DFte. Da dagegen
das Rad von der Luft bewegt werden sollte, kommt mir so vor, als das
Profil, vom Wind her gesehen, falsch herum liegt.
Wo irre ich mich?
Marco
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Marco Pagliero
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begin quoting, Marco Pagliero schrieb:
Beim letzten Satz. Die konkave Seite ist stets die Überdruckseite (weil sich auch de konvexen Seite die Strömung wesentlich schneller bewegt: die Spitzen von Propellern oder Windrädern bewegen sich immer mit dem Mehrfachen der Windgeschwindigkeit, so daß sie im wesentlichen immer tangential und nicht achsial angeströmt werden), unabhängig davon, ob die Welle vom Wind angetrieben wird oder selbst "Wind macht"), die angeströmte Seite ist abgerundet.
Abgesehen von der Anstellung besteht der grundsätzliche Unterschied zwischen einem Windradflügel und einem Hubschrauberrotorblatt nur in der entgegengesetzten Verwindung (Änderung des Anstellwinkels entlang der Blattachse) des Blatts. Die Druckseite der WKA liegt in Luv.
Gruß aus Bremen Ralf
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Ralf Kusmierz
X-No-Archive: Yes
begin quoting, Marco Pagliero schrieb:
Beim letzten Satz. Die konkave Seite ist stets die Überdruckseite (weil auf der konvexen Seite die Strömungsgeschwindigkeit höher ist: die Spitzen von Propellern oder Windrädern bewegen sich immer mit dem Mehrfachen der Windgeschwindigkeit, so daß sie im wesentlichen immer tangential und nicht achsial angeströmt werden), unabhängig davon, ob die Welle vom Wind angetrieben wird oder selbst "Wind macht"), die angeströmte Seite ist abgerundet.
Abgesehen von der Anstellung besteht der grundsätzliche Unterschied zwischen einem Windradflügel und einem Hubschrauberrotorblatt nur in der entgegengesetzten Verwindung (Änderung des Anstellwinkels entlang der Blattachse) des Blatts. Die Druckseite der WKA-Blätter liegt in Luv.
Gruß aus Bremen Ralf
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Ralf Kusmierz
Was ist eigentlich der Grund dafür, dass moderne Windgeneratoren nur so wenige und schmale Blätter haben? In Westernfilmen sieht man doch immer Windräder mit vielen Blättern, so wie bei Weihnachtspyramiden, nutzen sie den Wind nicht viel besser aus, weil sie ihm eine größere Fläche anbieten? Und wenn ja, warum baut man dann moderne Windräder ganz anders?
TIA, Martin
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Martin Klaiber
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begin quoting, Martin Klaiber schrieb:
Die modernen WKA brauchen nicht so viele Blätter, weil sie wesentlich schneller laufen - die Geschwindigkeit der Blattspitzen kann schon beachtliche Bruchteile der Schallgeschwindigkeit erreichen (ein Mehrfaches der Windgeschwindigkeit). Erreichbar ist das durch die hohen Gleitzahlen, die moderne Profile ermöglichen, und die dadurch verbesserten Wirkungsgrade. WKA sehen nur optisch so filigran aus, daß man sich fragen könnte, wieso der Wind nicht einfach ungenutzt zwischen den Flügeln hindurchbläst.
Wenn man sich die Größenverhältnisse und Wind- und Blattgeschwindigkeiten klarmacht, stellt man aber fest, daß die "Luftwurst", die durch die Rotorfläche hindurchtritt, recht effektiv in ziemlich dünne Scheiben geschnitten wird - die Blätter werden nicht etwa frontal (axial), sondern fast tangential angeströmt, ähnlich den Tragflächen eines Flugzeugs. Dadurch erzeugen die Rotorblätter einen kräftigen Drucksprung in der Rotorebene - die der bewegten Luft (dem Wind) entnommene Energie bzw. Leistung ergibt sich aus dem Produkt von Kraft mal (Axial-)Geschwindigkeit, und die Kraft ist gleich dem Produkt aus Differenzdruck mal Rotorfläche.
Unglücklicherweise bremst der Überdruck vor dem Rotor die Anströmung ab, wodurch sich der Luftstrom aufweitet - effektiv fließt also weniger Luft durch die Rotorfläche, als wenn dort gar kein Windrad wäre, und auch noch langsamer. Wie hoch der optimale Drucksprung bzw. Durchtrittsgeschwindigkeit der Luft ist, ergibt sich aus einer Optimierungsrechnung, die man bei Betz findet - sie ist übrigens von der speziellen Konstruktion des Rotors unabhängig.
Die "Western-Windräder" (gewöhnlich für Wasserpumpen, gibt es hier im Blockland auch) sind natürlich nicht aerodynamisch optimiert, aber dadurch auch deutlich billiger: schräg angestellte Blätter, fertig. Für die Anwendung haben sie außerdem einen entscheidenden Vorteil: mit ihrer Drehmomentkennlinie schaffen sie auch einen Schweranlauf gegen ein konstantes Lastmoment - hochgezüchtete WKA müssen dagegen erst im Leerlauf hochlaufen, bevor sie Wellenleistung abgeben können.
Gruß aus Bremen Ralf
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Ralf Kusmierz
Hi,
Stehen die Blätter zu eng, liegt das jeweils nächste im Wind- schatten des vorherigen, das ja die Luft etwas bremst und ablenkt, und hinter sich (in Drehrichtung) also langsamere und zudem in gegen die Drehrichtung strömende Luft hinter- lässt. Dirty Air heißt das in der Formel 1... Die vielen Flügel bringen also nicht sooo viel, um eine große Fläche abzudecken ist es also besser, längere Flügel zu nehmen und davon dann weniger (leichter). Dazu kommt noch die Geschwindigkeit: Die Drehzahl ist zwar bei den Western-Dingern höher, aber die Geschwindigkeit der Blätter dennoch kleiner, weil sie so kurz sind. Damit ist auch die "dirty air" weniger. Bei kurzen Blättern also viele, bei langen Blättern wenige nehmen. Genau das machen die auch:-) Und offenbar sind wenige große Räder mit wenigen Blättern billiger als viele kleine mit vielen Blättern - vermutlich auch wegen der Generatoren, es muss ja an jedem Rad einer sein.
mfg. Gernot
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Gernot Zander
"Martin Klaiber" schrieb :
Hallo Martin, der Grund ist vor allem, das heute sehr auf einen guten Wirkungsgrad geachtet wird. Dafür ist es notwendig, das die Rotorblätter sauber angeströmt werden. Daher sind weniger Rotorblätter darin besser.Die stören sich auf ihrer Kreisbahn viel weniger gegenseitig. Mit den vielen kleinen Flügelchen kann man, ziemlich "brutal" Drehmoment erzeugen. Für Wasserpumpen z.B.
Grüße Oliver
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Oliver Moder
Moin,
Martin Klaiber schrub:
Zuzüglich zu dem schon gesagten: Flügel kosten Geld, je weniger Flügel desto billiger ist die WKA. Klingt trivial, ist aber nicht zu vernachlässigen. Der Wirkungsgrad spielt hingegen bei Windenergie an sich garkeine Rolle! Wirkungsgrad bedeutet, wie viel Strom erzeuge ich wenn ich soundsoviel Windenergie 'verbrauche'. Aber: Windenergie kostet nichts. Die WKA darf ungestraft so viel Wind bremsen/vernichten/verbrauchen wie sie will. Was zählt ist, wieviel Strom macht das Ding und was kostet die Anschaffung.
Es gab mal vorübergehend die Idee, noch weniger Rotorblätter zu bauen. 2 oder nur ein Rotorblatt (dann mit einem Gegengewicht) wurden durchaus mal gemacht. Tatsächlich sind solche Anlagen zunächst wirtschaftlicher als die üblichen mit 3 Blättern - weil billiger. Aber mechanische Probleme und Probleme mit Eisansatz und Lärmbelästigung haben dazu geführt, dass diese Ideen wieder in den Schubladen verschwunden sind. Gerade die skurilen Teile mit nur einem Rotorblatt eiern ganz gewaltig, wenn sich da an dem Rotorblatt im Winter Eis angesetzt hat. Und sie machen eine Menge Biegemoment auf die Welle. Und so richtig schön laufen sie erst, wenn die Blattspitzen im fast-Schallgeschwindigkeits-Bereich laufen. Aber eine Windmühle, die pro Umdrehung zwei mal einen Überschallknall erzeugt, will keine im Garten stehen haben...
Das theoretische Optimum des Wirkungsgrades liegt IMO zwischen 3 und 4 Blättern. Komisch zwar, aber in der Rechnung, bei der dieses Resultat herauskommt ist die Blattzahl eine sozusagen Fließkommavariable. Man rundet dann. Und natürlich hin zum preiswerteren.
CU Rollo
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Roland Damm
Ok, danke an alle für die Erklärungen. Zu Deinem Absatz habe ich aber doch noch mal eine Frage: bei Flugzeugturbinen werden ja auch viele kleine Blätter verwendet, dabei drehen Turbinen höher als Kolbenmotoren und der Außendurchmesser großer Turbinen von Passagierjets ist nicht kleiner als der üblicher Sportflugzeuge. Der Anteil der 'dirty air' müsste bei Jetturbinen also sehr hoch sein. Warum macht man es dann dennoch so?
Nochmal TIA, Martin
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Martin Klaiber
Moin,
Martin Klaiber schrub:
Etwas andere Baustelle, das was man vorne am Triebwerkseinlauf sieht ist ein Kompressor. Dort wird Luft komprimert ergo kann man nicht mehr von der Vereinfachung ausgehen, dass Luft inkompressibel ist (was bei WKA weitgehend zulässig ist). Das hat einen Einfluss auf die Strömung. Außerdem schaufeln die den Luftstrom nicht nur mit einem solchen Schaufelrad sondern da sind ein paar hintereinander die sich mit umgedrehten nicht-rotierenden Schaufeln abwechseln. Ein einzelnes Schaufelrad mit so vielen Schaufeln bei so einer Drehzahl wäre vermutlich nicht sonderlich effektiv. Aber so ist es dennoch so, dass sich die Luft mächtig schnell durch das Schaufelrad bewegt. Weitaus schneller, als der Wind durch eine WKA weht. Das Problem bei solchen Sachen ist, wenn ein Flügel durch die Luft geht, dass dann der nächste Flügel erst dann kommt, wenn sich die umgebende Luft schon weitgenug wegbewegt hat. Bei so einem Turbinenkompressor bewegt sich die Luft so schnell, dass die Flügel ruhig dichter beieinander sein dürfen.
CU Rollo
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Roland Damm
[Flugzeugturbine]
Nachträglich schönen Dank für die Erklärung. Inzwischen ist mir noch eine Zusatzfrage dazu eingefallen ;-)
Warum funktionieren sie eigentlich bei Regen? Bei einem Kolbenmotor verhindert der Luftfilter ja, dass Regen in den Motor gerät, auch wenn die Luftfeuchtigkeit natürlich hoch ist. Flugzeugturbinen saugen aber das ganze Wasser ein, und bei dem Luftdurchsatz müssen das erhebliche Mengen sein. Warum erlischt dadurch nicht die Verbrennung, bzw. warum kann sie überhaupt starten?
TIA, Martin
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Martin Klaiber
Ein Autogenbrenner brennt auch bei Regen. Die Kühlwirkung reicht wohl nicht aus.
Michael Dahms
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Michael Dahms
Moin,
Martin Klaiber schrub:
Nein. Oder wo soll der Wasserabscheider sitzen? Was da an Wasser in den Ansauger rein geht, geht auch durch den Motor durch, egal ob Luftfilter oder nicht.
Das Wasser mag kühlen, aber die absolute Sauerstoffmenge wird durch das Wasser nicht verringert.
Es gab oder gibt Versuche, in einem Hubkolbenmotor wärend der Verbrennung Wasser zusätzlich einzuspritzen. Der Trick wäre, dass das Wasser bei der Verbrennung verdampft, die Verbrennung kühlt (teilweise erwünscht) aber dann der viele Wasserdampf als Arbeitsgas in der Expansionsphase zur Verfügung steht um Arbeit zu tun.
Gut, man sollte schon zusehen, dass das Wasser nicht schon vor der Verbrennung verdampft.
Aber bei den 'Profi-'Turbinen wird sowieso alles Regenwasser vom ersten Flügelrad nach außen geschleudert und die Luft(/Wasser) die außen lang läuft wird nicht der Verbrennung zugeführt sondern im Nebenstrom einfach nur nach hinten gepustet.
CU Rollo
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Roland Damm
Roland Damm schrieb:
Aus unsicherer Quelle habe ich erfahren, dass im zweiten Weltkrieg vor allem in Flugzeugmotoren gezielt Wasser eingespritzt wurde, um die Leistung und den Wirkungsgrad zu erhöhen. Angeblich wird damit auch noch die Schadstoffzusammensetzung deutlich entschärft. Weiß da wer Genaueres? Wenn das stimmt - wieso macht man das nicht auch mit modernen Motoren? Weil das Wasser im Winter einfriert und damit mehr Schaden als Nutzen anrichten kann?
Servus Christoph Müller
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Christoph Müller
*=?ISO-8859-15?Q?Christoph_M=FCller?=* wrote on Wed, 06-06-21 08:10:
Es bringt nichts. Leistung und Wirkungsgrad werden nicht besser. Ich habe dazu noch irgendwo ein paar Artikel. Bei Flugzeugen ist es anders. Oben ist die Luft dünn, man kann und sollte sie also höher verdichten. Auf dem Boden und beim Start hat man dann massive Klopfprobleme, und die lassen sich unterdrücken. Der Motor läuft dann schlechter als ein auf Bodenverhältnisse optimierter aber besser, als wäre er nur extrem überfettet und spät gezündet und das reicht.
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Axel Berger
man macht es nur bei hochleistungsmotoren und turbinen, weil es relativ aufwendig ist. schliesslich muss man ein zweites fluessiges betriebsmittel vorhalten, transportieren und einspritzen.
du kannst nachruestsets fuer dein thumpmobile beim freundlichen tuner nebenan kaufen, es wird allerdings auch und vor allem von serioesen anbietern verbaut.
das zugrundeliegende prinzip ist AFAIK ladeluftkuehlung durch die verdampfung des wassers, es wird in den ansaugtrakt bzw. bei turbinen in die brennkammer eingespritzt.
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frank paulsen
Danke für die Info.
Servus Christoph Müller
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Christoph Müller
Axel Berger schrieb:
Frank scheint anderer Meinung zu sein. Wenn's nichts bringt, dann scheint eher der finanzielle Aspekt gemeint zu sein.
Klingt einleuchtend.
Recht viel schlauer fühle ich mich jetzt auch nicht, weil unterschiedliche Meinungen festzustellen sind, die ich nicht verifizieren kann.
Servus Christoph Müller
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Christoph Müller
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bringt da einen recht netten ueberblick ueber die anwendung in autos.
zu den schiffsmotoren, in denen wassereinspritzung zur schadstoffreduktion verwendet wird, finde ich so ad hoc nix, habe mir das aber mal live ansehen duerfen.
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frank paulsen
Interessante Seite. Ein's hätte mich noch interessiert. Es ist die Rede von einer Leistungssteigerung von ca. 30...40%. Kommt die Leistung nun durch die optimaleren Brennvorgänge oder wird auch 30...40% mehr Treibstoff eingespritzt? Darüber lässt sich die Seite leider nicht aus. Wenn einfach der Wirkungsgrad erhöht wird, dann wäre das ja DER Hit, wenn wieder mal die Ölpreise steigen.
Servus Christoph Müller
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Christoph Müller

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