Vertikalaxlad vindsnurra

[flu]

Hej

jag har under en tid sökt information om vindsnurror och hemmabyggen och läst en hel del. Har dock inte börjat bygga något själv ännu men hoppas komma igång under sommaren.

Är det någon som har erfarenhet av att bygga en Vertikalaxlad vindsnurra. Det finns många ritningar och teorier men jag har inte sett så mycket praktisk erfarenhet.

Jag funderar antingen få att koppla den till en generator eller en vätskebroms.

Känner någon till en principskiss på hur man pumpar vatten med en vindsnurra ?

mvh, Ulf

[Zigge]

Ska du pumpa vatten är ju ett vindhjul en bättre lösning. Lågt löptal och högt vridmoment är ju vad man eftersträvar då.

HAWT
http://www.agr.gc.ca/pfra/water/wind_e.htm

VAWT (om du nu måste...)
http://www.southcom.com.au/~windmill/pumps.htm

Gifanimation som visar hur pumpen fungerar
http://www.aermotorwindmills.com/cylinder.htm

[benno]

Enklast är väl en "Savoniusrotor"Nackdel:låg verkningsgrad
Billig att åstadkomma!

[Bo]

med en vertikalaxlad är väl att man kan få stort vindfång utan att överskrida 2-metersdiametern på rotorn, där gränsen lär gå för att bygga utan att behöva fråga om lov först.

[flu]

Jag har fastnat för att bygga en vertikalaxlad vindsnurra men är öppen för argument. Enkelheten tilltalar mig och  utseendet. Sedan tror jag att man kommer igång snabbare med att experimentera som privatperson.

Det finns ett VAWT projekt som pågår med framgång (har dock ej sett några oberoende tester):

TMA, Inc. (Terra Moya Aqua) has developed a vertical axis wind turbine design using a combination of fixed and rotating vanes. They report efficiency similar to other wind turbine designs, but with less vertical height and visual impact. This design also reduces bird injury because birds avoid the fixed vanes. This design has not yet entered commercial production.

http://www.tmawind.com/index.htm


Angånde bygglov misstänker jag att de som jobbar på stadsbyggnadskontoret tänker på en horisontell axel eftersom den är vanligast.

/Ulf

[Zigge]

Jag har set liknande VAWT-projekt med öppna rör som sägs uppnå hög verkningsgrad, men jag vet inte vad jag ska tro om det hela.
Vad som annars talar emot den där konstruktionen är ju att turbinen står på marken där vinden är som mest turbulent och vindhastigheten som lägst.

Savoniusturbinen är ju den som är lättast att konstruera och jag var faktiskt också på gång med en sådan, men när jag såg hur låg verkningsgrad den hade var jag inte lika sugen längre. )

[Richard]

med en vertikalaxlad är väl att man kan få stort vindfång utan att överskrida 2-metersdiametern på rotorn, där gränsen lär gå för att bygga utan att behöva fråga om lov först.

Gäller det bara för diametern?
Eller också för högt av turbinen själv?
Om man sätter en HAWT på en tio meter ,då kan ger en VAWT mycket mer effect.
Om om lagern beskriver ingen högt av dem turbinebladen hos en VAWT.

[Bo]

för en vertikalaxlad vindturbin föreställer jag mig vara en blåsig husknut. - Hörnet av en lada t ex där de starka vindarna alltid kommer från samma håll. I Skåne från sydväst.

Man bygger då ett skydd så att bara yttre hälften av rotorn är exponerad för vinden.

[Skytten]

Jag har gjort en modell till en vertikal snurra, har testat den i vind, den gick som tusan när Gudrun härjade, och den startar själv.

Den har en diameter på 0,4 m och en höjd på 80 cm.

Jag testade den för att kolla om det skulle löna sig att göra en HÖG snurra med en diameter på 2 meter, vilket inte kräver tillstånd, men ger lite effekt.

Det funkar, men jag är ännu inte säker på om det blir mer än om en vertikal har samma diameter. Det blir ju tyngre grejor och centrfugalkrafterna är ganska stora.


Jag vek en plåt över rören, så de fick profilen av en droppe, och den har fyra vingar.  

Den snurrar flera gånger fortare än vindhastigheten, men kräver uppåt 5m/sek för att starta.

[Bo]

- Är alltså periferihastigheten högre än vindhastigheten?

[Skytten]

Ja perfialhastigheten är mycket mer än vindhastigheten, detta gäller de flesta typer av verk även de vanliga vertikala. En Savonius klarar inte mer än vindhastigheten.

Ett medvindssegel t.ex driver en båt i medvind ungefär som vindhastigheten,
den "knuffas" av vinden, men vind snett från sidan kan båten gå snabbare än vinden.  Detta därför att båten inte "knuffas" utan "dras" av luftströmmen. Utformningen av rotorn är viktig för maximal effekt.

[Bo]

du talar om och som ändå inte är en savoniusrotor. Vad är den då?

[Skytten]

Det finns i detta fall två typer de som håller ungefär vindhastigheten de har fördelen att det är ganska bra moment i rörelsen, men de kan inte tävla med de mer högvarviga som kan gå upp till 10 ggr fortare än vindstyrkan. Man får skilja på vindens styrka och den lokala vindhastigheten som strömmar över rotorn, och där är utformningen viktig.
Du lyfter inte ett Boing 747 med den fartvind som uppstår när planet rör sig i luften, utan det är den lokala luftrörelsen vid de speciellt utformade vingarna som får planet att lyfta, och kraften är inte i vindtiktningen, utan snarare 90 grader från.

Grovt kan man säga att samma sak sker med en vindsnurra, den tycks ju snurra lika mycket MOT vinden som MED om den är vertikal.

Jag skickar en bild på min modellsnurra som funkar hyfsat.

[Bo]

Då handlar det alltså om att det blir ett övertryck invändigt och ett undertryck utanför som båda förstärks av centrifugalkraften.

[Skytten]

Det är så skitkomplicerat att förklara, det finns teorier, som man kommit fram till icke genom att räkna först utan genom experiment först och siffersnickrandet sen.

Under och övertryck, ja - annars är det ingen vind. Luftens viskositet har betydelse. Den luft om passerar verket har samma hastighet såväl före som efter, men den tar mer plats efter, hade den bromsats upp, skulle det ju snart blåsa tillbaka . Så den luft som kommer i rotorns sveparea expanderar utöver denna strax bakom.  Luft har ca 1/10 av vattnets viskositet det är därför det blåser mer en bit upp, mark eller vattenytan bromsar genom friktion och just för att luften är seg, gäller det en bit upp innan det saknar betydelse.

Bäst är att prova sig fram och/eller att forma rotorn efter andras erfarenhet, det finns mycket på nätet om hur rotorn ska se ut, de är förståss mer eller mindre seriösa, men om det är ett universitet eller liknande som ligger bakom, så är det nog ingen fara.

Jag kom på att droppformen var effektivare än en dubbel flygplansvingeprofil.

[Bo]

- Det är därför den tar mer plats.

Jag blev sugen på att experimentera själv och jag skall ha som utgångsteori att luften sugs ut genom snurran av ett undertryck som skapas av vinden och att centrifugalkraften sedan gör resten. Tänker man så, är man noga med att underlätta för lufttillförseln uppifrån och nerifrån in i snurran.

[Skytten]

Jo men det som kan kallas undertryck bakom snurran driver inte den, och det omgivande lufttrycket jämnar ut det ett stycke bakom.

Det är komplicerad areodynamik, det är svårt att teoretiskt beräkna, och det är därför man använder vindtunnlar i rymd, flyg och annan industri, när areodynamiken ska utprovas.

Det  är ganska komplicerade luftströmmar, lokalt och idealt driver alla rotororna snurran i alla positioner runt varvet (även i "motvindsriktningen"). Den luft som pga sin viskositet formar en luftröm "ingår" på sätt och vis i rotorns design.

Det är som sagt inte lätt att beskriva det som sker, teori finns och man kan göra beräkningar, men det hela provas med olika utförande i vindtunnel.

En vindtunnel har jag inte till mitt förfogande, men att jag övergav den vanliga dubbla flygplansvingformen, var ett resonemang med mig själv, då jag tänkte att en fallande droppe själv tar sin form och att kanske skulle jag modifiera rotorformen så den fick en droppform.

Det är dessutom lätt och billigt att att tillverka en sådan rotor, jag vek en plåt över ett rör och skapade en spets som en lång droppe, vid praktiska försök, visade det sig bättre än vad jag hade före.
Rotorn är således inte spetsig i framkant, utan rund - helt cirkelformad, den ska inte byggas för minsta "luftmotstånd" utan för effektiv "lyft i vingarna".

Jag tror inte centrifugalkraften har en avgörande del i rotationen, dess riktning är ju inte i rotationsriktningen.
Centrfugalkraften är snarare ett problem, då det är påfrestande för konstruktionen, och gör rotorn extra tung och därmed minskar dess effektivitet, jag tror att detta är en av anledningarna att man ser få vertikala verk.

[Bo]

att vinden skapar ett undertryck runt snurran medan trycket innanför vingprofilerna är det normala atmosfärtrycket. När rotationen ökar, minskar trycket ytterligare på bladens utsida p g a rotationen medan det eventuellt ökar på insidan om luften där dras med i en virvel. Man skall inte vara rädd för snurrans tyngd, om den är väl balanserad finns det ingen olägenhet med tunga vingar som tål centrifugalkrafterna.

Undertrycket runt snurran beror alltså på en aerodynamisk lag om att summan av statiskt och dynamiskt tryck är konstant. Sök på Bernoullis lag.

[Zigge]

Det behövs inga universitet för att bygga turbinblad.

Om man tänker sig en flygplansvinge så är den plan på undersidan och böjd på ovansidan. Detta gör att vinden får en längre väg att gå på ovansidan, vilket ökar vindens hastighet och "suget" på ovansidan ger lyftkraft.
Om vingens vinkel mot vinden blir för stor släpper vinden från vingens ovansida och planet stallar.

En vindturbin ser likadan ut, men är det en vanlig horisontalaxlad blir hastigheten högre ju längre ut mot bladets spets man kommer och därför är bladet vridet.
Vindturbinen är lite svårare att tänka sig utan bild och här använder man istället lyftkraften för att få turbinen att snurra.
Stallreglerade vindkraftverk (stora) där vrider man bladen tills vinden släpper från vingens ovansida och när det sker stallar turbinen.

Plättlätt!  

[Skytten]

Vem som helst kan bygga ett verk som snurrar, men för att få optimal verkan, kan det faktiskt inte se ut hur som helst, de stora vindkraftsbyggarna lägger ner mycket på detta. Stall är något som inträffar och används ofta på mindre verk istället för att vrida rotorn i för hård vind, stall inträffar vid ett visst varval på en enskild rotor.
Teoretiskt hänvisas ofta till  Bernoullis , Reynolds och andra "lagar" liksom Magnuseffekten, detta är inte helt ur spår, utan olika sätt att se på problemet, men det finns ingen "ideal" utformning ännu, och ingen komplett teori.

Erfarenheter från flyg och de vanligaste typen av vindsnurror (horisontella) är långt komna och dessa typer står för nästan alla verk.

T.o.m den färg (ej kulör)du målar snurran med kommer att inverka på hur bra den går.

Att centrifugalkraftens effekter på utmattning av materialet på vertikala snurror är ett STORT problem är välkänt. Liksom att de kan kasta isbitar som är livsfarliga, och flyger en rotor av pga utmattat material vill jag inte vara i närheten.

Vikten har betydelse, såväl kostnadsmässigt som effektmässigt.

Det finns skäl att anta att det inte är mer ekonomi att bygga vertikala snurror.

Min tanke med att ändå experimentera med en sådan var just att kanske få en snurra som kunde ge 4 Kw vid en rotorradie på 2 meter, vilket som bekant inte behöver byggnadstillstånd, de tror jag är möjligt, med en 2m rotor kan man anta att en horisontell snurra aldrig kan fås att ge 4KW.

Vid samma vindstyrka ökar den modell jag byggde sitt varvtal med ca 30% när det stod på ett hustak och vinden kom mot takets sluttning.


Antalet rotoblad har ingen betydelse för snurrans effekt det är arean den sveper som avgör det hela. Men på en vertikal snurra är det svårt att få den att starta själv med en till två rotorer, speciellt om de är fasta.  Tre borde gå att få att starta, men jag fann att den var svårare att balansera, det behövs inte många grams obalans för att det blir problem med obalans på höga varv.

Den jag gjorde med fyra rotorer, blir givetvis tyngre, men var lättare att få balanserad. Den startar själv vid ca 5/ms och uppnådde inte stall  när Gudrun gick fram, och jag försäkrar det var höga varv, så höga att jag inte kunde mäta, endast en suddig siluett av snurran framträdde..