Dzieki za jakąś reakcje Panie Jurku !
A więc nikt nie wie wszystkiego i pewnie ja również nie wiem wszystkiego . Ale do rzeczy ; wydaje mi sie ż sprawność 50 % możemy włożyć do zbioru bajek  o lepszym świecie - bez problemów . Z tego co ja pamiętam to max [Cl] czyli współczynnik wykorzystania en. wiatru może dochodzić ok 40 % . I nie dla tego ze mi się tak ubzdurało  , tylko dla tego ze tak jak samochód musi mieć drożną rurę wydechową,tak powietrze  wiatrakiem  musi nadążać odpływać aby nowe ( rozpędzone ) mogło do niego dopływać .Maksymalne przyhamowanie prędkości wiatru nie może  być większe niż 0,67 * v . Widać że musi istnieć granica kompromisu między dopływem  i odpływem wiatru . W określonych warunkach powinniśmy nieco zwiększyć średnicę  śmigła , a nie kombinować np drugiego za pierwszym śmigła .
Pełny wzór na moc turbiny wiatrowej brzmi :

   N [ KW ] =0,000481 * D^2 * v^3* Cl * n[mechaniczne]

gdzie
D - średnica koła wiatrowego  [ m ]
v - prędkość wiatru [ m/s ]
Cl - współczynnik wykorzystania en. wiatru [ 0,25 - 0,38 ]
n  - sprawność mechaniczna  np [ 0,9 ]

Ponieważ siła nośna wytworzona na łopatach wiatraka niemal w całości stara się przewrócić wiatrak do tył ,powinniśmy umieć policzyć parcie osiowe wiatru P w [ kg ] : 

    P [ kg ] = 0,049 * D^2 * v^2 * Cx

gdzie
Cx - można przyjąć 1,3 - 1,5

Sądzę że jak koledzy zadadzą sobie trud policzenia przy np v = 35 m/s , to może nabiorą wątpliwości co do wytrzymałości np wieży . Dodam jeszcze że skonstruowanie "dobrej" prądnicy jest b ważne dla tego że zakładam że podczas huraganów stojan prądnicy będzie zwarty wyłącznikiem . Wtedy parcie osiowe na koło wiatrowe wynosi ok 10 % tego ile by wynosiło gdyby śmigło "było na obrotach" .
10 m/s użyłem dla tego , ponieważ Huht w swojej książce na str też użył tej prędkości .
Odnośnie Z [ TSR ] wyróżnika szybkobieżności . Sprawa wygląda  następująco - dla danego śmigła podaje sie Z = np 6 . Oznacza to że ; końcówka łopaty na wietrze o v np 5 m/s w śmigle obracającym się pod założonym  obciążeniem  ma prędkość po okręgu u - 6 * v [m/s]. Przy stałej prędkości obrotowej poszczególne punkty położone na łopacie bliżej środka mają np u * 5 u * 4 itd i wtedy ten punkt o promieniu np 5/6 * r ma Z = 5 itd . Można powiedzieć ze na obracającym sie śmigle w zależności od r mamy różne Z [TSR] . Natomiast ten podawany jako charakterystyczny dotyczy końcówki łopaty. Dla tego tak jest że dzięki temu możemy łatwo obliczyć obroty przy danej v wiatru i są to obrotu pod nominalnym obciążeniem dla danego v wiatru. Nie obciążone śmigło rozkręci sie do wyższego Z [ TSR ] o okło 25 - 40 % .

        pozdrawiam Wiutold Szmit    cdn

Ostatnio edytowany przez witold500 (2009-01-25 08:26:00)

Przyrzekam   że się  poprawie z tym "Pan"
Przyrzekam również że resztę pytań Jurka nie pozostawię  bez odpowiedzi . Kolego Staszku - robisz kawał dobrej roboty że popularyzujesz energetykę wiatrową w Polsce . Tyle że zapewniam Cię że jeżeli nie wytłumaczysz ludziom którzy budują wiatraki co w projekcie można  zmienić , a czego nie wolno , albo gdzie trzeba poprawić autora projektu , może  dojść  po pewnym czasie u  użytkowników turbin do zniechęcenia . Powodem będzie nie duża ilość energii [KWh] w okresach słabych wiatrów . Porządna bateria aku kosztuje co najmniej 2 ts zł . Jeżeli będzie chronicznie niedoładowana po 2 -  3 latach będzie po niej . Jak policzy się wszystkie koszty związane z budową  całego  systemu , to nie są one małe . Jak podzieli się tą sumę przez cenę 1 KWh wtedy się okaże czy ta inwestycja się opłaciła . Osobiście wykorzystuje en wiatru do jeżdżenia (melex) i oświetlenia ( częściowego ) domu . Piszesz że masz sporo energii , ale nie podajesz przy jakich pruskościach wiatru i tu jest pies pogrzebany . Najlepszy jest wiatr 7 - 8  m/s . Poza tym występują  u nas w  Polsce "spływy " wiatru z kier. N/W  które są z natury turbulentne i po mimo silnych podmuchów  energia 1 m2 jest nie duża . Musisz mówić i pisać że sukces może osiągnąć ten , kto odpowiednio wysoko zainstaluje turbinę . Że duży wpływ na "lamidarność" wiatru ma rodzaj podłoża - czy to jest równe pole czy dzielnica willowa o skośnych dachach . To drugie tło daje turbulencję do 40 - 60 m od pow. ziemi . Postaram się napisać jeszcze o innych problemach związanych z lokalizacją później .
Przy projektowaniu śmigła w zależności od ilości łopat przyjmuje się odpowiedni Z [TRS] i tak dla śmigła 2 łopatowego zakres TSR jest 6 - 9 ,
natomiast dla 3 łopatowego TSR powinien być 4 - 6 nie więcej . Również  nie jest to mój wymysł . Każda łopatka w np 3 łopatowym śmigle odbiera energię od pędzoncego  powietrza . Jeżeli będziemy mieli śmigło 3 łopatkowe b szybkobieżne , to powietrze do czasu nadejścia następnej z trzech łopat nie zdąży się rozpędzić i w rezultacie nie osiągnie sie zamierzonych obrotów .
Jeżeli chodzi o max sprawność [Cp] to mozna przeprowadzić wywód teoretyczny o maksymalnej  teoretycznej sprawności . Ale zapewniam Cię że jest ona ok 40 % .  Można różnie kombinować , tyle że po co , wystarczy nieco powiększyć D śmigła i będzie ok.
Odnośnie ilości zwojów to ja nic takiego nie pisałem . Mogę powiedzieć tylko jedno że napięcie indukowane w prądnicy  jest wprost proporcjonalne do częstotliwości  zmian pola magnetycznego ,  wprost proporcjonalne do długości przewodnika w tym polu magnetycznym i proporcjonalne do siły pola magnetycznego . Natomiast moc prądu elektrycznego  jest iloczynem prądu w obwodzie [A] i napięcia [V] w części zewnętrznej obwodu . Tyle tylko że ten sam prąd płynie również przez źródło prądu  ( czyli prądnicę ) . Natomiast źródło ma w sobie opór na którym podczas przepływu prądu wydziela sie ciepło . Musimy dążyć do jak najmniejszego oporu źródła - ale o tym innym razem .
Trzeba rowikłać ten węzeł gordyjski wielu zależności . Proponuje jednak wrócić do śmigła i omówić je do końca , a potem zajmiemy sie  prądnicą .
  Witold Szmit  cdn

Chwilami czuję się jak "pogromca mitów" z programu  TV Discovery  .
Odnośnie kol. Jerzego to kończąc odp na ten post mogę powiedzieć że ; te wszystkie straty o których piszesz rzeczywiście występują w turbinie wiatrowej . Szczególnie duże znaczenie ma opór tzw indukcyjny . Czyli wyrównywanie ciśnienia w okolicy końcówki łopaty . Te same zjawiska występują w lotnictwie , pewnym sposobem na zmniejszenie wpływu oporu indukowanego jest wyokrąglanie końcówki łopaty . Jedna z Niemieckich firm produkująca duże jednostki , "zagina" końce łopat tak jak to jest zrobione we współczesnych samolotach komunikacyjnych . Prawdą jest również że łopata musi być gładka i nie tylko w tedy kiedy jest nowa ale i po 5 - 10 latach .
Sprawa jest na tyle skomplikowana że wydaje mi się że żadna firma nie jest w stanie wszystkiego przewidzieć i robi sie prototypy które następnie sie testuje , a kiedy wyniki są ok , wdraża się do produkcji .

Jednak musimy się czegoś trzymać . Proponuje liczyć śmigło wiatraka teoretycznie , a na wszystkie np niedokładności wykonania czy różne  straty powiększyć nieco D śmigła , aby uzyskać założoną moc przy określonych obrotach .

Kol Staszek sprowokował mnie abym dokładniej wytłumaczył jak to jest z tym napływem powietrza na łopatę więc ;

stoimy przodem do wiatraka  który stoi (jest zatrzymany) , a wiatr wieje z
V - 5 m/s . Te 5 m/s możemy przedstawić graficznie jako wektor długości np 5 cm . W tej sytuacji przy prawie prostopadłym ustawieniu łopatki powietrze ześlizguje się z lekko skośnie ustawionej płaszczyzny . Co więcej za łopatką tworzy się wir i wytwarza się bardzo maleńka składowa siła na skutek "ześlizgiwania" sie powietrza ze skośnej płaszczyzny  .  W takiej sytuacji nie ma mowy o pracy profilu .Tym tłumaczy się trudny rozruch turbiny szybkobieżnej wiatrowej .

Jednak kiedy pozwolimy łopacie ruszyć z miejsca , sprawa sie zmienia . Oprócz wektora V - wiatru ( 5 cm ) stopniowo musimy dodać wektor U [ m/s] który odzwierciedla nam prędkość  np końcówki łopaty . jeżeli łopata ( podczas rozpędzania ) osiągnie również U - 5 m/s . Czyli wektor U też będzie miał
5 cm , wtedy suma geometryczna wektora V i U spowoduje że powietrze napłynie  na łopatę nie równolegle do osi,tylko pod kątem 45 stopni . Dlatego że trójkąt równoramienny o bokach 2 X 5 cm jego kąt wierzchołkowy  45 stopni . Wtedy możemy powiedzieć że osiągnęliśmy Z [TSR] wyróżnik szybkobieżności 1 .

Jednakże nasze testowe śmigło ma TSR np 5 ( TSR końcówki ). W związku z tym jego prędkość obrotowa i obwodowa będzie rosła aż osiągnie 25 m/s ( pod obciążeniem ) Wtedy wypadkowa  naszego  trójkąta  V , U  będzie pod dużo mniejszym kątem . jednak wtedy nastąpi zjawisko odebrania od pędzącego powietrza energii , a objawi sie to zmniejszeniem (przyhamowaniem)  prędkości V tuż przed kołem wiatrowym . To co nam zostanie to ok. 2/3 V wiatru . To musimy użyć do wykreślnej metody wyznaczenia KĄTA NAPŁYWU POWIETRZA NA PROFIL ŁOPATY NA DANYM PROMIENIU . Wystarczy nawet graficznie wyrysować dla kilku promieni łopatki te trójkąty gdzie V będzie const tylko U będzie się zmieniał proporcjonalnie do TSR [Z] i prawie gotowe .
Dodać jeszcze muszę że występuje jeszcze jedno zjawisko "śrubowego" odpływu powietrza za turbiną . Wektor Us dodaje sie do wektora U dla tego że ta "śruba " jest skręcona w przeciwną stronę do kierunku obrotów i dla tego się sumuje z U prędkością  ruchu po obwodzie punktu łopatki .

W praktyce jednak  to Us ma znaczenie w przypiastowych rejonach gdzie TSR jest małe . Główna moc łopaty wydziela się pomiędzy połową a końcem i tam to Us nie ma dużego znaczenia

To co wyznaczyliśmy np wykreślnie  to napływ powietrza . Do tego napływu musimy teraz ustawić profil . I tak w zależności  przy TSR 6 używamy ok 1 stopnia przy TSR 3 - ok 2,5 st    przy TSR 2 - 6 st .
To jest KĄT NATARCIA PROFILU .  Zmienny kat  natarcia wypłaszcza nam skręcenie łopatki .  Jeżeli tak zaprojektujemy śmigło na pewno będzie dobrze chodziło !!!


Dla wszystkich chętnych którzy chcieli by samodzielnie zaprojektować dowolne śmigło pragnę przedstawić gotowe dane z uwzględnieniem podstawowych zjawisk występujących w obrębie łopaty poruszającej się po okręgu . Dane te dotyczą łopaty obciążonej momentem zaciążającym w wielkości dla danej prędkości wiatru . Śmigło niedociążone rozkręci się do większych obrotów , natomiast przeciążone nadmiernym momentem zwolni . W obu tych przypadkach sprawność aerodynamiczna spadnie .

Wyróżnik Szybkobieżności     Kąt napływu powietrza    Kąt ustawienia łopatki
Z lub TSR [U/V]                         [ stopnie ]                  kąt ten częściowo  zależy od profilu
                                                                                  dla clark Y   [stopnie]
                                                                                                     
    2    --------------------------------------   17,5  ---------------------------   11,5
    3    --------------------------------------   12,2  ----------------------------    8,0
    4    --------------------------------------     9,4  -----------------------------   7,4
    5    --------------------------------------     7,5  -----------------------------   6,8
    6    --------------------------------------     6,35 ---------------------------    5,6

Te dane wystarczą dla wykonania dowolnego trójłopatowego śmigła . Szerokość zaproponowaną przez Hugh można przyjąć za prawidłową , z tym że ew proponowałbym nieco poszerzyć łopatkę w tych rejonach gdzie występują większe średnie prędkości wiatru . Powód tego jest taki że przy V - powyżej 6 - 8 m/s turbina jest przeciążona ( w tym systemie ) i realny TSR maleje . Aby nieco powiększyć  moment obrotowy śmigła korzystnie jest poszerzyć nieco łopatkę aby podnieść moc turbiny w zakresie V 6 - 10 m/s .
Dziś zmierzyłem dokładnie kąt ustawienia końcówki łopaty którą zaimportowałem s USA . Kąt ten wynosi 7 stopni . Daje to trochę do myślenia .
Co by nie mówić na ten temat u Hugh kąt ten jest za mały . Śmigło będzie się obracać ale nie uzyska takiej sprawności jak wykonane prawidłowo .
Jeżeli miało by być zaprojektowane inaczej to wydaje mi się że wręcz odwrotnie niż u Hugh . Mniejszy TSR . Gubilibyśmy wtedy najmniejsze V wiatru , ale powyżej 5 m/s takie śmigło miało by większą sprawność .

ps dzięki za wykresy napiszę co myślę na ten temat , ale wstępnie uważam że jest i dobrze i źle , bo jak sam Staszku napisałeś jest spora różnica  czy pracujemy ze stałym napięciem np na baterie aku , czy wszystko jest ruchome .



    Pozdrawiam wszystkich entuzjastów energetyki wiatrowej Witold Szmit cdn

Ostatnio edytowany przez witold500 (2009-02-01 11:55:09)