Vertikal vinge

[kenneth]

Är det någon som har ritningar på hur en optimal vinge ska se ut åt ett vertikal vindkraftverk?
Vingarna som jag har på mitt verk nu är öppna men skulle väl få ännu mera kraft ur en hel droppformad vinge??

[PowerMizer]

Sök i Karros trådar. Hon kan sin sak...

[Karro]

Optimal, nej. Jag har en del idéer, men de ska provas ut. Just nu står det hela lite stilla bara, pga. en hel del olika orsaker.

Det optimalaste kanske är att försöka kopiera windforce, som man kan se hur det ser ut på bilderna.

[kenneth]

Vad tror ni om formen på denna vinge från ecokraft?
http://www.ecokraft.se/vawt-ecowing-300-utan-lack-/92-1

[Karro]

Den vertikala vingen, eller H-rotorn som jag kallar den, har vissa problem.

Ett av de problemen som hembyggare kanske råkar ut för har med löptalet att göra.
En H-rotor kan man säga har konstant löptal, dvs. den verksamma rotationshastigheten varierar med vindhastigheten och löptalet varierar ganska lite.

Så om man dimensionerar för en viss spänning och effekt, för låt oss säga 8 m/s, så kommer den med samma löptal endast ge halva spänningen vid 4 m/s. Med en horisontalaxlad turbin kan man tänja på löptalet, så att den snurrar, även om det inte är lika effektivt, även vid 4 m/s, men för H-rotorn kan det innebära antingen totalstopp eller att den inte laddar alls. Så man får lätt dålig prestanda utanför den vindhastighet man räknar med.

En MPPT med anpassat program borde kunna matcha den varierande rotorhastigheten och ärligt sagt tror jag att varje kommersiell konstruktion att lita på nog kommer fram till samma sak.
Problemet är mer för hobbyggaren som vill linda sin egen generator och frågar hur många varv som ska lindas.
Det finns liksom inget rätt svar.

Man kan alltid underdimensionera generatorn, och låta H-rotorn snurra med den hastighet den vill snurra med. I motsats till den horisontalaxlade har H-rotorn ett maxlöptal som den aldrig snurrar fortare än.
Så t.ex. dimensionera för 6 m/s och så strunta i att man man kan få högre effekt vid högre vindhastighet.
Man kanske också kan göra något smart med en omkopplingsbar generator för lågvarv och högvarv.

Den här effekten kan man också kompensera med kordan på vingen och med antalet vingar.

[kenneth]

Så med andra ord är det ingen ide att försöka bygga ett vertikalt vindkraftverk om man inte vill satsa halva sin livstid på att föröka komma på något som kanske skulle kunna fungera i teorin men inte i verkligheten.

Måste väl nog ändå försöka sätta upp min lenz2 igen, kanske kan det vara kul för något att se på.

Titta där snurrar byfånens vindkraftverk!!

[McB]

Går knappt bygga något som alltid funkar som Karro skriver, bättre satsa på max effekt vid en medelvind och hoppa över topparna.
Hoppas du fattar vad jag menar.

[Karro]

En horrisontalaxlad turbin kan man belasta så hårt att den bromsas ner rejält, för att få rätt utspänning även vid stark vind. En H-rotor kan inte bromsas till under löptal 1, då stannar den. Den måste få öka varvtal när det blåser starkare.
Kanske en bilgenerator inte är så dum ändå, för den går att reglera utspänningen på och kan alltså hänga med på det varierande varvtalet på rotorn.

Lentz är nog bra om man vill bygga något som är enkelt och fungerar i alla väder. Låg verkningsgrad, men lite krångel.

Eller en H-rotor där man just siktar på en låg medelvind och stannar vindturbinen om det blåser starkare.

Ett exempel:
Låt oss säga att vi siktar på 6,2 m/s (det hela bara taget ur luften som ett exempel).
Låt oss säga att vi räknar med en diameter på 1 meter och löptal 2 och 12V ut (fför att få det enkelt att räkna)
Då skulle H-rotorn snurra med 2 varv per sekund = 120 rpm.
Skulle det då blåsa 12,4 m/s skulle 120 rpm ge löptal 1, och rotorn skulle stanna. Den måste alltså tillåtas att snurra fortare, till 240 rpm, vilket ger 24V ur generatorn.
Blåser det storm med 18,6 m/s så behöver turbinen rotera med 360 rpm och ger 36V ut.

Skulle det blåsa 3,1 m/s skulle rotorn rotera mede 60 rpm och ge 6V ut. Kanske den kan snabba upp sig till löptal 3, i detta räkneexempel, men det ger ändå bara 9V. Kanske den till och med skulle kunna komma upp i löptal 4, men då blir verkningsgraden så dålig att den kanske snurrar fför sig själv, men ger ingen uteffekt.

Ett räkneexempel alltså. Kanske effektmax är vid löptal 3, dock kan den bromsas ner till löptal 2 utan problem, endast med förlust av verkningsgrad. Men löptal 1 är en sorts magisk gräns.

Varör är ganska lätt att inse, för när det är löptal 1 så snurrar vingen i medvind lika fort som vinden och vingen i motvind lika fort mot vinden och de tar ut varandra helt.

[Raptor50]

Varör är ganska lätt att inse, för när det är löptal 1 så snurrar vingen i medvind lika fort som vinden och vingen i motvind lika fort mot vinden och de tar ut varandra helt.

Tack.. Detta har jag nämligen funderat på..

[M8e]

Fast savoniusverk snurrar alltid långsammare än vinden, och dessa är vertikala.

[Sumpfan]

Eller så bygger man en H-rotor med variabel Ø.. Högre varvtal = Större Ø... Eller??

[Sumpfan]

Spånar lite

En flygplansvinge som färdas i 70km/h i en motvind på 30km. Färdas genom luften i 100Km/h. Vid 9°negativ anfallsvinkel (tänk H-rotor) har den vingen jag tänker på en negativ lyftkraft på 480N. Lyftkraften verkar vinkelrätt mot luftströmmen. Vid 9°verkar 480N 30cm från centrum på rotorn. Detta ger ett moment på typ 70Nm.. Eller?

[Karro]

Jag tror inte man kan räkna riktigt på det sättet.

Lyftkraften kommer att verka omväxlande dragande och tryckande i ledd mellan vingen och rotationsaxeln, och blir alltså en helt värdelös kraft som bara skapar vibration och materialutmattning.
Men om man räknar kraftkomposanterna på vingprofilen i luftströmmen, så finner man att förutom normalkraften, så blir det en liten kraft som tenderar att driva vingprofilen framåt, mot luftströmmen. Det är den kraftkomposanten som driver H-rotorn att rotera och den kraften som man tar ut som energi.

Att lyfkraften verkar omväxlande åt båda håll på vingen, är skälet till att man gärna väljer en symmetrisk vingprofil. Detta även om man ofta väljer en asymmetrisk ändå, av helt andra orsaker.

Om det inte fanns någon vind, skulle anfallsvinkeln bli 0 grader (inte riktigt sant, då vingen tvingas i en crikel). Men då vinden blåser vinkelrätt mot vingen så förändras vindriktningen och ger vingen en sorts virtuell anfallsvinkel. Så om vingen har löptal 3 så skapas en anfallsvinkel på ca 20 grader, när vinden står vinkelrätt mot vingen, dvs. rakt uppifrån. Att vinden blåser mot vingens platta sida skapar alltså inte "luftmotstånd", utan istället en anfallsvinkel som ger lyftkraft och framdrivande kraft. Den största anfallsvinkeln är i det läget. Har man en vingfprofil som klarar 20 graders anfallsvinkel är allt väl, annars kommer vingen att stalla i delar av varvet.

Minskar löptalet så stallar vingen i större delar av varvet, vilket är orsaken till att H-rotorn får problem när löptalet går mot ett. Vingen överstegrar och det blir ingen lyftkraft som kan generera den framåtdrivande kraftkomposanten. Har man en assymetrisk vingprofil så kanske den ger tillräcklig lyftkraft vid delar av varvet, även vid löptal ett eller under ett, så att rotorn börjar snurra. Eller så förlitar man sig på att en kastvind ska få upp löptalet på vingprofilen såpass att turbinen börjar snurra år rätt håll och därmed börja generera kraft som får den att snurra fortare.

Vill man ha en lugnt snurrande H-rotor, så väljer man en vingprofil som klarar stor anfallsvinkel, dvs. tjock. Ju tunnare vingprofil, desto högre löptal krävs för att det hela ska fungera och ju fortare snurrar det alltså.

[Sumpfan]

Cycle.JPG (31.36 KB) Visad 10922 gånger

Typ nått sånt eller?

[Karro]

En pil, där jag har ritat in vindriktningen. Rotorn roterar motsols.



I diagrammet betyder V den "vind" som skapas av rotationen. Storleken är utmärkt som -ωR, men det behöver vi inte bry oss om just nu.

Kraften som skapas av den blåsande vinden betecknas som U.
Den kraftkomposant som bildas av den blåsande vinden och fartvinden betecknas med W. Det är alltså den vind och vindriktning man skulle tycka vinden blåser med om man sitter på vingprofilen.
Den vinkel α (alfa) som visas på bilden är anfallsvinkeln, eller alltså den vindriktning som man skulle tycka att vinden blåser ifrån om man skulle sitta på vingprofilen.
Normalkraften, märkt N, är den kraft som är i riktning mot centrum. Det är lika med lyftkraften på vingprofilen och en helt onödig kraft i det här fallet, då den bara skapar vibrationer.

Eftersom vingen rör sig fortare än vinden som blåser, så är V = U * löptalet

Vid bilden längs till vänster så ligger vingen med plattsidan mot vinden och då skapas en "virtuell" vind W som blåser lite snett utifrån och in med en anfallsvinkel α framifrån.

Tittar man när vingen har gått lite längre, längst ner i höger på bilden, så har W, alltså den "virtuella" vinden bytt riktning och blåser inifrån och ut, men fortfarande med en vinkel alfa snett framifrån. Vinkeln är väldigt mycket överdriven på bilden. I själva verket är den mycket spetsigare då ju V är flera gånger större än U.

Den sista vingen är rakt upp. Där ser man att vinden fortfarande blåser inifrån, men att vinkeln alfa nästan krypt till noll. När vingen är rakt upp blir vinkeln noll och W = V + U. Vinkeln byter riktning och vi är tillbaka till bilden längst till vänster.

Vid motsatt ställe, när vingen är längst ner, så är W = V - U och alfa=0 och byter riktning. Vinden blåser där rakt bakifrån och motverkar fartvinden. Halva varvet har vingen anfallsvinkel från ena hållet och andra halvan från andra. Vändpunkterna är högst upp och längst ner.

Dessutom ligger vingen i lä av de andra vingarna på turbinen i högersidan av diagrammet, men det kan man bortse ifrån för förståelsen. Detta då man får räkna totalt på vingarna sammanlagt. Det man förlorar på en av vingarna, vinner man på de andra. Man kan bygga en H-rotor med en vinge, och det har också gjorts. Att man delar upp det på 3 vingar, där varje delvinge tar en 3:e-del av effekten, är av praktiska skäl. Inte att 3 vingar ger 3 ggr så hög uteffekt som en. Alla 3 vingarna samverkar som om de vore en, förutom att 3 vingar jämnar ut de varierande krafterna, så att de blir jämnare utåt sett.

Jag förstod inre riktigt din riktning, men om du tänkte likadant är det helt rätt.