PASIRADIO

Kirjoittaja Aihe: *Windside parempi kuin klassinen?  (Luettu 4236 kertaa)

TV:stä tuttu Arto

  • Hero Member
  • *****
  • Viestejä: 1633
  • Karma: +0/-0
  • SäteilyIONI eroosiotaivaita by TVO/Forttum.
*Windside parempi kuin klassinen?
« : Toukokuu 12, 2010, 18:36:25 ip »
"Ote Windside -tuuliroottorin kokoa koskevasta lausunnosta:

Ok, mutta ovatko nuot tietosi päivitetyt windsidespiraalituuliturbiinin ("korkkiruuvi"- ei varsinaisesti Savonius!) suhteen?: http://tuulenpuoli.fi/faktoja_nakokohtia.php

http://kuvaton.com/k/UNE.jpg


Yleistä

Windside -tuuliroottorin rakenteen pääkomponentteina on kaksi poikkileikkaukseltaan lähes puoliympyrän muotoista spiraaliksi pituussuunnassa kierrettyä siipeä. Nämä sijaitsevat kiertosymmetrisesti pystysuoran akselin suhteen. Siipi on kolmidimensionaalisesti käyristynyt ohut kuori. Siivet kiinnittyvät keskiakseliin ja tasapainottavat toistensa keskipakovoimat.

Roottori voidaan laakeroida joko ulokkeeksi tai tukea molemmista päistään. Rakenteen oma paino vastaanotetaan aksiaalilaakerilla. Tuulen vaikutuksesta roottoriin syntyy tuulen suuntainen vastusvoima ja kohtisuorassa oleva vääntömomentin aikaansaava nostovoima. Nämä vastaanotetaan radiaalilaakerien avulla. Siipien kierrosta johtuen siiven poikkileikkaukseen kohdistuvasta aerodynaamisesta voimasta syntyy myös pystysuora komponentti, joka kevittää rakenteen painoa.

Tähän mennessä on tehty vain pieniä Windside -tuuliroottoreita. Suurimmat tähän astiset ovat olleet halkaisijaltaan 1 m ja korkeudeltaan 4 m, eli projektiopinta-alaltaan 4 m2. Periaatteessa kokoa voidaan kasvattaa skaalaamalla kaikkia mittoja säilyttäen geometria muuttumattomana. Koon kasvattaminen vaikuttaa kuitenkin moniin sekä aerodynaamisiin että rakenteellisiin tekijöihin.


Aerodynaaminen toiminta

Tuuliroottorin aerodynaamiseen toimintaan koko vaikuttaa Reynoldsin luvun kautta lähinnä vastuskomponenttiin, jos geometrinen muoto ja väliaine - ilma - ovat samanlaiset. Esimerkiksi 10 m/s tuulella 1 m halkaisijaisen tuuliroottorin Reynoldsin luku on noin 660 000. Koska Windside roottorin siiven kehänopeus on aina lähes sama kuin tuulen nopeus, ainoastaan halkaisija vaikuttaa Reynoldsin lukuun. Tällä Reynoldsin lukualueella yli kymmenkertainen mittojen kasvatus ei vaikuta vielä merkittävästi roottorin aerodynaamiseen toimintaan. Reynoldsin luvun kasvaessa on todennäköistä pieni vähennys vastuksessa ja pieni lisäys nostovoimassa. Nämä molemmat tekijät parantavat suuren roottorin toimintaa.


Keskipakovoimat

Windside -tuuliroottorin kehänopeus pysyy muuttumattomana ( = tuulen nopeus ) halkaisijasta riippumatta. Näin ollen siiven pinta-alayksikköön kohdistuvat keskipakovoimat ( v potenssiin kaksi/r ) pienenevät halkaisijan kasvaessa. Keskipakovoimien suhteen tilanne on sitä edullisempi mitä isompi roottorin halkaisija on!

Pyörteiden irtoaminen sylinterimäisen rakenteen takana, von Karmanin pyörrerata, aiheuttaa jaksollisia kuormia rakenteeseen. Näiden taajuus f = 0,2 V/D, jossa V on tuulen nopeus ja D rakenteen halkaisija. Esimerkiksi 10 x 40 m roottorilla 40 m/s tuulessa f = 0,8 Hz. Taajuus laskee halkaisijan kasvaessa tai tuulen nopeuden hidastuessa, mutta sama riippuvuus on myös Windside -roottorin pyörimisnopeudella. Siten koosta riippumatta ominaisvärähtelyjä vastaan jäykistetyn roottorin resonanssiin ei pitäisi olla mahdollista. Toisaalta pyörreradan aiheuttamien värähtelyjen haittaa vähentää myös Windside roottorin spiraalimainen muoto, mikä estää pyörteen irtoamisen samanaikaisesti koko roottorin korkeudelta.


Energiansaanti

Rakenteen kokovaikutusten selvityksen yhteydessä tehtiin myös arvio energian saannin tehokkuudesta riippuen siitä mikä on alhaisin tuulen nopeus, jossa generaattori alkaa toimia. Vuotuinen tuulennopeusjakauma mallinnettiin beeta-jakaumalla välillä 0-40 m/s. Tuuligeneraattorin pintayksikköä kohden keräämä energia on verrannollinen tuulen nopeuden kolmanteen potenssiin. Integroimalla tuulen todennäköisyystiheysjakauman ja tuulen nopeuden kolmannen potenssin tulo saadaan vuotuiseen energiansaantoon verrannollinen luku.

Tämä riippuu siitä mikä on alhaisin nopeus, jossa generaattori alkaa toimia. Liitteessä 2 on esitetty laskelman kulku 4 m/s vuotuisella keskituulennopeudella ja verrattu aloitusnopeuksiin 2, 4 ja 6 m/s. Tulos osoittaa, että jos energian tuotto alkaa 2 m/s, on kokonaissaanto 28,7 % parempi kuin jos energian tuotto alkaa vasta 6 M/s tuulen nopeudella. Parannus heikkenee keskituulen nopeuden kasvaessa ja kohoaa keskituulen nopeuden pienetessä. Laskelma on vain suuntaa antava, sillä energiaintegraalista puuttuu generaattorin hyötysuhteen riippuvuus tuulen nopeudesta.


Yhteenveto

Suoritettu arvio koon kasvatuksen vaikutuksista Windside -tuuligeneraattorin toimintaan osoittaa, että aerodynaaminen toiminta paranee, mutta rakenteen muodonmuutokset ja jännitykset kasvavat sekä ominaisjaksot pienenevät. Rakennetta on helppo jäykistää, jolloin muodonmuutokset saadaan rajattua ja ominaisjaksoluvut riittävän suuriksi resonanssin synnyn estämiseksi. Näillä edellytyksillä Windside -roottori voidaan teknillisesti toteuttaa hyvinkin suurena, esim. 50 x 200 m.

Professori Mauri Määttänen
Teknillinen korkeakoulu
24.11.1995"

...juu WS:t olivat patentoituja, ei kilpailua, ei ilmeisesti koko aikana paljoa kehitystäkään, koska markkinarako oli selvä... sama puute lienee GasEK:llakin...

sfnet.keskustelu.energia

16,17, 18.11.2010 mumeroisarjat 300-310 > 610-620.
+Korjattu SUPO:n jäljiltä, Päivitys 24.11.2010.
http://sfnet.fi/group.php?id=27984&newsgroup=sfnet.keskustelu.energia&sid=
Tuosta vaan eteenpäin. . .