Tuulivoimalan ropelli?

[raimå]

Hohhoijaa, pitäis jostain löytää nyt vuodenvaihteen jälkeen motivaatiota aloittaa "kevätkunnostus". Ehkäpä ensi viikonloppuna sitten...

Luin lomilla erästä kirjaa jossa kyseenalaistettiin melko nasevasti tuulivoimaloiden lapojen/ropellin muoto. Eli eikös se nyt niin mene että kun pinta-alaa lisää, pito kasvaa ja siihen sitten säädettävä "nousu" niin voisi olla tehot jotain muuta kuin tämänhetkisillä "hammastikuilla"!?! Ei meinaan kovin kovaa kulkisi meikäläisten paatit tuon mallisisilla ropelleilla:)

Onko tässä kyseessä jonkinsortin salaliitto vai olenko ihan metsässä ajatuksen kanssa kuten kirjan kirjoittajakin:)

[RistoA]

Juu, kuutamolla olette

Pari ajatustä noiniinkuin täkynä.

Iso pinta-ala lisää kitkaa ja kitka häviöitä.
Propelin lapa on vähän niinkuin siipi, vähän niinkuin purjekoneen siipi. Purjekoneissa käytetään pitkiä ja kapeita siipiä.
Propeli aiheuttaa akseliin momenttia, mikä sitten pyörittää generaattoria. Mitä pitempi varsi, sitä suurempi momentti..
jne.

Risto

[Mile]

Tässä on aivainsana "sivusuhde" , "aspect ratio" noilla voi hakea asiasta lisää tietoa.

Juju on siinä, että lavan tai siiven käjen ympäri pyörähtää aina vähän, ikäänkuin ohitse ilmaa tai vettä, mitä se väliaine sitten onkaan; sama koskee niin lentokoneen siipeä, potkurin lapoja - ilmassa ja vedessä, kaikkia siipiä.

Tämä ohi "hulahtaminen" synnyttää siiven kärkeen pyörteen tai paremminkin on osa siiven pyörivää sirkulaatiota. Sitä tajuaa kun ajattelee niin, että paine pyrkii pakenemaan siiven käjen ylitse alipaineen puolelle. Mitä raskaampi kuormitus siivellä on, sitä voimakkaampi ja pidemmälle siiven väärälle puolelle ylettyvä pyörre. "kärkipyörre" "wing tip vortex" - noit voi googlettaa. Tuo pyörre syö sitä isomman osan siiven kannosta mitä lyhyempi siipi, mutta voi myös äärimmilleen vietynä synnyttää nostetta suurilla kohtauskulmilla, mitä hyödynnetään etenkin deltasiipisissä sotilaslentokoneissa, ja aikoinaan mm. Concordessa.
Normaalitilanteessa pyörre vain syö nostetta tai potkurin/ turbiinin tapauksessa hukkaa tehoa.
Kun siipi on pitkän kapea huiska, niin kärkipyörrekin pysyy kaukana tyvestä, ja haukkaa vain pienemmän osan siiven tehollisesta pinta-alasta..

Itse asiassa tuulivoimalan kaltainen pitkälapainen propelli olisi myös veneessä tehokkain mahdollinen, mutta käytännön syistä sellaisen helikopterin roottorin asentaminen veneen alle ei oikein ole mahdollista. Potkuri on aina kompromissi.
Valaan tai kalan pyrstö on tehokkaimpia tunnettuja propulsiolaitteita, ja nekin toimivat aivan samoilla säännöillä kuin mikö tahansa siipi. Pyrstö ei suinkaan "potkaise" vettä taakse, vaan aina ui veden läpi siiven tapaan, ja siipi synnyttää nosteen jota työntää kalaa, vastavaikutuksena myös vettä siirtyy vastaavan impulssin verran taakse.

[Veli-Matti]

Eikös nuo modernien sukellusveneiden potkurisydeemit ole aivan kehityksen huippua sillä hyvän hyötysuhteen omaava potkuri on myös äänetön ja siihenhän sukellusveneissä on myös pyritty. Ei niiden perässä ole mitään tuulivoimalan siipiä...

[Mile]

No isoja ne ainakin ovat. Ja lavoiltaan verrattuina johonkin yksipotkurisen konttialuksen potkuriin nähden melko siron solakoita ja pitkän huiskeita - vaikkakin käyriä.

Vähän saman näköisiä potkureita on kehtielty lentokoneisiinkin kuin noissa sukellusveneissä



ja mallia sirppi



Jonkinlaista hdennäköisyyttä noissa ... pitkähköt hoikat lavat, ei mitään mikkihiirenkorvia.

Sukellusveneissä yksi tärkeimpiä ominaisuuksia lienee se äänettömyys, samaan pyritty myös lentokoneissa käyrillä lavoilla.

[RistoA]

Mistä muuten se neropatti päätteli, että kaikki nykyiset tuulivoimalat ja kaikkien aikojen muut rupelivehkeet on suunniteltu perustaltaan väärin?

Risto

[raimå]

Hehe tulihan tästä vihdoin keskustelua:)

Sanottakoon että tämä kirjan kirjoittaja kirjoitti yhteiskunnallisia asioita ja ehkä pyrki tuolla erikoisella "salaliittoteorialla" esittämään että asia ei aina ole niinkuin media sanoo, vaan pitää itse funtsata mitä ympärillä tapahtuu. Tosin viittasi hän myös kepeästi purjeveneen purjeen tuulipinta-alaan...

Okei itse ymmärrän nyt hyvin kuinka eri periaatteella voimaloiden siivet on suunniteltu. Eli tuulen paine/työntö ei niitä pyöritä vaan "noste" kuten lentokoneen siivissäkin. Ja voimaloiden siivekkeethän on säädettävissä kuten lentokoneessa jolloin varmaan saadaan optimoitua tämä noste.

Mutta miksi niitä ropelleita on aina vain kolme?

[Veli-Matti]

Neljään ei ole varaa ja kahdella se ei pyöri tarpeeksi vinhasti - siispä kolme siipeä

Aikoinaan kun puolitosissaan tai - hulluuksissaan funtsailtiin ja tutkittiin että kuinkas perhanan yksinkertaista se olisi tehdä toimiva matalanveden (max 3-4m) sukellusvene tuli perehdyttyä noihin rakenteisiin sen mitä yleisissä tiedostoissa ja kirjoissa sitä oli.

Saimme sen opuksista käsityksen että suuren hyötysuhteen ja potkurin hiljaisuuden välillä on aivan suora suhde, hyvä potkuri kun ei aiheuta hälyääniä millään luistolla, kavitaatiolla tms "vikatoiminnolla". Ja hintakin on useita prosentteja valmiin sukellusveneen hinnasta eli kymmeniä miljoonia euroja/taaloja/kpl... Melkoista hienomekaniikka koska lavat ovat täysin säädettäviä ja niitä on joissakin tapauksissa jopa 12kpl...

Tosin meille olisi kelvannut vähän halvempikin potkuri...

[Simon]

Sanoisinko itse asiassa sanonkin, onha mahtava homma tälle foorumille kun joukossa on kaveri, joka äkäisesti laskee potkurin nousut ja muut.
Ja sitten vielä ilmailu ja sukellusveneet ja olikohan vielä tuulivoimalakin
Kiitokset siitä Mile

[Mile]

Veli-Matti

Oikeassa olet, kavitointi aiheuttaa melua ja muutakin haittaa; ja hukkaa tehoa ; paitsi jos puhutaan oikeista superkavitoivista ja täyskavitoivista potkureista.
Kaikki veden pyörteily aiheuttaa kohinaa, ääntä, ja saattaa jopa olla havaittavissa tarkoilla kaikuluotaimilla tai muilla härpäkkeillä sen kuunneltavan akustisen melun lisäksi. Eikä mikään näistä ole kiva juttu jos aikoo pysytellä vihulaisen tavoittamattomissa, mikä kuitenkin on se sukellusveneiden perimmäinen idea.

Pitää muistaa että kokonaishyötysuhde on kaikkien osatekijöiden summa, ei pelkästään potkurin. Iso putkuri vaatii suuren välitysuhteen, tai valtavan kokoisen moottorin suuri moottori veisi sukellusveneessä tilaa liikaa, ja vaihdekin hukkaa tehoa, ja vaihteilla vielä oma käyntiäänensäkin sukellusveneenkin potkuri/voimalaitteisto on kompromissi.

Sukellusveneen tilannetta helpottaa se, että syvällä veden alla potkuriin ei vahingossakaan imeydy ilmaa, ja veden paine pitää kavitoinnin kurissa paljon pidemmälle kuin lähellä pintaa. Kavitointi edellyttää sellaista painetta että vesi tässä paineessa ja lämpötilassa "kiehua", hyvin alhaista painetta, sitä alhaisempaa mitä kylmempää vesi on. Tärkeintä sukellusveneessä on lapojen aiheuttamien paineiskujen eliminointi - potkuri on viety kauas taakse etäälle mistään peräsimistä ja vakauttimista., Lavat ovat käyriä, ja niitä on monta jotta kuormitus yhtä lapaa kohti pysyy aisoissa. Lapojen tarkka muotoilu on taidetta, siinä pitää kyetä optimoimaan virtaus kaikissa suunnissa lapojen pinnalla, potkurin läpi, ja pitää virtaus mahdollisimman pyöteettömänä tästä kaikesta seuraa hyvä hyötysuhdekin.
Mutta sama potkuri ei välttämättä olisikaan se paras mahdollinen rahtilaivassa tai myöskään off-shore 1 kilpaveneessä.

[Olli M]

Mutta miksi niitä ropelleita on aina vain kolme?

Olen ymmärtänyt, että tuulimyllyissä on kolme lapaa vain ulkonäön takia. Silloin lapojen pyöriminen kuulemma häiritsee kaikkein vähiten. Tehoon lapojen määrällä ei pitäisi olla juurikaan väliä.

[happo]

Ihan näin puskista huutelen, kaksilapainen ropeli voi pysähtyä neljään eri asentoon, kolmilapainen kolmeen, maan vetovoiman johdosta näin, toki muilla ko. härveliin kohdistuvilla vastuksilla on omat merkityksensä myös. Joku viisaampi tietää onko moisella merkitystä. Toinen asia jola on enemmän painoarvoa, on se että enemän lapoja tarkoittaa enemmän ääntä.

[CC]

Ihan näin puskista huutelen, kaksilapainen ropeli voi pysähtyä neljään eri asentoon, kolmilapainen kolmeen, maan vetovoiman johdosta näin, toki muilla ko. härveliin kohdistuvilla vastuksilla on omat merkityksensä myös. Joku viisaampi tietää onko moisella merkitystä. Toinen asia jola on enemmän painoarvoa, on se että enemän lapoja tarkoittaa enemmän ääntä.

Täh?

[Mile]

Yksi seikka noissa tuulivoimalan lapojen lukumäärässä vaikuttaa myöskin, nimittäin sen lapakoneiston monimutkaisuus, paino. Monta lapaa säätömekanismilla = monimutkainen, kallis ja painava koneisto.

# lapaa pyörii varmaankin tasapainoisemmin tuulessa kuin kaksi lapaa; tarkoittaa että jos on vain kaksi lapaa niin torniin ja napaan vaikuttava momentti lienee vaihtelevan voimakkaammin kuin kolmen lavan tapauksessa. Vaihteleva momentti = väsyttävä kuorma, rakenteet pitäisi tehdä paljon vahvemmiksi kuin kolmella lavalla.
Ehkä ... tämä oli ihan puhdas arvaus. Voi kuitenkin olla osa totuutta. Tuulen nopeus lienee erisuuri lähellä maan pintaa kuin lapa ylhäällä korkeuksissa, ja itse torni aiheuttaa vielä häiriön tuuleen. Veikkaukseni on että vapisee vähemmän kolmella lavalla kuin kahdella - lukitaan vastaus.

No on siinä sekin että jos olis vain kaksi lapaa, niin lapojen ja tornien tulisi olla pidemmät jotta sama teho saavutetaan kuin kolmella lavalla. Tuulivoimalan teho lienee aika lähellä suhteessa lapojen lukumäärään ( kun ropellin halkaisija pysyy vakiona ). Nimittäin nuo pyörivät niin hitaasti että ottavat talteen vain murto-osan lävitseen virtaavan ilmavirran energiasta, eli ilmaa puhaltaa lapojen välistä ilman että juuri jarruttavat virtausta.

[Pukatti]

Gookletin nopeasti tuommoisen: http://www.tuulivoimatieto.fi/kolme_lapaa" onclick="window.open(this.href);return false;
Siinä muutakin asiaa aiheesta.