Bilder vom Bau des Windrades (Typ: Savonius Rotor)  

Ziel: 

Eine Konstruktion die zu großen Teilen (Lagerung wahrscheinlich ausgeschlossen) in Afrika mit lokal vorhandenen Materialien gefertigt werden kann. Hierfür bietet sich der Savonius Rotor an (Allgemeine Vorteile und Nachteile sind unten aufgeführt). Das Laufrad wurde hier in Flechtbauweise hergestellt (leicht und sehr beständig). Das Flechtmaterial kann auch aus Palmblättern etc. bestehen. Die Bauweise erweist sich als besonders wetterbeständig, leicht (Lagerschonend) und nachgiebig gegenüber schnellen Lastwechseln (böiger Wind).  

Einsatzgebiet:

Das Windrad soll direkt (ohne elektrische Energie) eine Pumpe (nach Möglichkeit ohne Getriebe) betreiben welche Salzwasser für eine Meerwasserentsalzung + Saline fördert.

Bild1, Bild2 (Fertigung der Grund- Mittel und Oberplatte und einstecken der Stäbe)

Bild5,Bild6,  (Flechten der oberen Stufe und Fertigstellung)

Bild7, Bild8, (Lagerung / eingeklebte Außenringe der oberen und unteren Lager) es wurden Kegelrollenlager verwendet. Bei der oberen Lagerung kann die Kegelrollenlagerung nur verwendet werden, wenn eine Galgenkonstruktion zur Halterung zur Verfügung steht, eine einfache Verspannung lässt das Kegelrollenlager mit abnehmbaren Außenring nicht zu.

Bild9, Bild10, (untere Stützkonstruktion zur Lastverteilung / hier bieten sich die Reststücke der Holzplatten an)

Bild11; Bild12; (Rotor auf dem Prüfstand mit Ventilatoren ) 

Bild13 (im Freien verspannt mit Stahlseilen)

Video (100 MB): Rotor im Betrieb (ohne Last) bei 13-20 km/h Windgeschwindigkeiten (böiger Wind)

Der Rotor wurde auf dem Prüfstand bereits mit guten Ergebnissen getestet und wird, sobald eine Galgenkonstr. im Außenbereich steht und ein Generator (oder Pumpe) angeschlossen ist, vermessen (Leistung in Abhängigkeit der Windgeschwindigkeit).

Allgemeine Informationen (Vor- und Nachteile von www.wikipedia.de kopiert)

Vorteile:

• Einfacher Aufbau und einfache Montage
• Hohes Drehmoment bei relativ niederer Drehzahl
• Unabhängig von der Windrichtung, keine Windausrichtung erforderlich
• Einsatz schon bei extrem niedrigen Windgeschwindigkeiten ab (2-3 m/s)
• Koppelung mehrerer Rotoren zu einer größeren Anlage möglich, sowohl im horizontalen als auch im vertikalen Verbund
• sturmsicher durch selbstständige Leistungsbegrenzung
• Kaum wahrnehmbare Laufgeräusche
• Hohe Toleranz gegen jede Turbulenz, die standortbedingt im Wind enthalten sein kann, und ohne spürbare Wirkungsgradverluste bei abrupten Änderungen der Anströmungsrichtung.
• Der Savonius-Rotor verträgt böige Windverhältnisse, weil er durch seine Massenträgheit abrupte Strömungswechsel gut ausgleichen kann.
• Im Gegensatz zu den Rotoren mit horizontaler Drehachse, bei denen das Gewicht der Rotorblätter in Bezug auf die Richtung der Schwerkraft unterschiedliche Belastungen auf die Blattstruktur ausübt, abhängig davon, ob sich die Blätter gerade senkrecht oben, unten oder seitlich im Drehkreis befinden, hat der Savonius-Rotor den Vorteil, dass seine Blattschaufeln auf ihrer vertikalen Drehachse von der Gravitation gleichmäßig belastet werden.
• Ein weiterer Vorteil gegenüber Rotoren mit horizontaler Drehachse besteht in der Zweipunkte-Lagerung, eine oben und die andere im unteren Bereich. So werden alle Belastungen auf zwei relativ weit auseinander liegende Lagerpunkte verteilt, wodurch die Lagerung dann weniger anfällig für Verschleiß wird.

Nachteile:

Als Nachteil des Savonius-Rotors muss davon ausgegangen werden, dass seine möglichen Leistungsbeiwerte mit geschätzten 28 % unterhalb derer des Darrieus-Rotors oder derer von Anlagen mit horizontaler Rotordrehachse liegen.

Wie bei allen Rotoren mit vertikaler Drehachse sind die Schaufeln beim Savonius-Rotor aufgrund der ständigen Wechsel der Anstellwinkel zur einwirkenden Strömung Lastwechseln ausgesetzt, welche im Zusammenspiel mit den Fliehkräften Schwingungen oder Materialbelastungen verursachen können. Eine ausgeprägte Unwucht aufgrund der zyklisch unterschiedlich starken Belastung durch die Strömung während der Rotation ist charakteristisch für den Savonius-Rotor, auch wenn die Gewichtsverteilung perfekt austariert ist. Diese durch Lastwechsel verursachte Unwucht kann jedoch minimiert werden, indem statt der zwei Schaufeln eine größere Anzahl, meist drei, angeordnet werden.

Unwucht kann aber auch bei starker Strömung durch Verformung entstehen, wenn die Konstruktion nicht ausreichend stabil gehalten ist.

Ein weiterer Nachteil ist es, dass der Savoniusrotor relativ zu anderen Anlagentypen nicht sehr groß gebaut werden kann, weil ab einer nicht genau bestimmten Größe von etwa 25 Quadratmetern zur Strömung ausgerichteter Frontalfläche Unwuchten in sehr schwer beherrschbarem Umfang auftreten können. Kleinere Rotorabmessungen mit einer durch feststehend aufgestellte Einleitflächen verstärkten Strömung können hier Abhilfe schaffen.

Man kann den Savonius-Rotor auch mit horizontal liegender Drehachse betreiben, hier entstehen dann aber durch die zusätzlichen Lastwechsel durch Gravitation höhere Beanspruchungen als bei vertikal stehender Drehachse. Im Betrieb des Rotors unter Wasser in einer Strömung laufend ist der Gravitationseffekt dann wegen der spezifischen Gewichtsrelativierung kleiner oder hebt sich auf.

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