Møllekollapset er næsten opklaret
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
By signing up, you agree to our Terms & Conditions and agree that Teknologiens Mediehus and the IDA Group may occasionally contact you regarding events, analyzes, news, offers, etc. by telephone, SMS and email. Newsletters and emails from Teknologiens Mediehus may contain marketing from marketing partners.

Møllekollapset er næsten opklaret

Mysteriet om, hvordan to uafhængige bremsesystemer kunne svigte samtidig på den kollapsede vindmølle ved Halling på Djursland, nærmer sig en opklaring.

Der opstod efter alt at dømme en ny og uforudset fejlkombination under nedbremsningen, som endte med at smadre møllen totalt.

Møllen var på vej til at blive standset af to teknikere. Den kraftigste opbremsning sker ved at udslå luftbremserne i vingetipperne, og denne procedure var netop overstået.

Næste skridt mod en fuldstændig standsning er at aktivere den mekaniske bremse, der virker på gearkassens hurtigtkørende aksel øverst oppe i mølletårnet - ikke den aksel, som møllevingerne sidder på, men akslen, der driver generatoren og sidder længere bagude på den anden side af gearkassen.

Denne bremse tog af en uopklaret grund meget hårdt fat, og da de tunge vinger stadig roterede med stor inerti på den langsomme aksel, knustes gearkassen mellem de to aksler i ét nu.

Piskesmælds-syndrom for vindmøller

Ifølge havari-analytikerne afleverer gearkassen i knusningsøjeblikket sådan et ryk i vingerne, at energien forplanter sig ud i vingespidserne som et piskesmæld - og rykker luftbremserne af.

Befriet for bremser af enhver art kan vinden drive vingerne op i en vanvittig fart, hvor vindkræfter og centrifugalkræfter til sidst bøjer dem ind mod tårnet, og de knuses og spredes ud over markerne.

Havarieksperterne giver forklaringen i Ingeniørens debatforum

Forklaringen fremgår af en debat på ing.dk, hvor eksperter fra Risø sammen med centralt placerede industrifolk på lige fod med læserne.

»For at analysere dette usædvanlige lasttilfælde, som så vidt vides ikke er set før, har vi lavet nogle foreløbige beregninger, som viser, at denne chock-påvirkning ser ud til at kunne forplanter sig ud i vingerne, hvor den har effekt som et "piskesmæld", der kan medføre så store accelerationer, specielt i vingetippen, at inertilasterne overskrider vingetip-akslernes styrke.

Vingetippen er desuden mest sårbar for denne påvirkning i udfældet tilstand, idet akslen da skal tage hele påvirkningen. Løbskkørslen er altså et resultat af et helt usædvanligt sammenfald af hændelser, hvori indgår, at gearet havarerer og blokerer på et uheldigt tidspunkt,« forklarer eksperterne Flemming Rasmussen og Peter Hjuler Jensen, Godkendelsessekretariatet for Vindmøller, Risø, i debatten.

Efterforskningen, som skal føre frem til en endelig havarirapport, sker på Risøs godkendelsessekretariat for vindmøller, som samarbejder med Energistyrelsen.

Dokumentation

Debatten kan følges her
Den foreløbige havarirapport

Emner : Vindmøller
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

"Befriet for bremser af enhver art kan vinden drive vingerne op i en vanvittig fart, hvor vindkræfter og centrifugalkræfter til sidst bøjer dem ind mod tårnet, og de knuses og spredes ud over markerne."

Det er for såvidt ret befriende at man fra vindmøllebranchen ved uheld som dette (modsat fx flybranchen, DSB og forsvaret, hvor man bevidst plejer at nøle med konklusionen indtil mediestormen har lagt sig!) tør komme med et bud på en løsning på et så tidligt tidspunkt, men det er ifølge min mening ikke præcis dét forløb, som man ser i den publicerede video!

Der er ikke noget om at vingerne "bøjes mod tårnet" pga vindpresset. Møllens endeligt skyldes:

  1. En af rotorvingerne mister den yderste del (bremsen?) ca 90 grader før en tårnpassage.

  2. Ca 90 grader senere (altså ca ved tårnpassagen) begynder denne vinge at flænses.

  3. Flænsningen varer mindre end 180 grader og rotorakselen bremses voldsomt pga den øgede luftmodstand.

  4. Det voldsomme bremsemoment får hele møllehatten til dels at vride sig (med uret) og det får desuden møllehatten og rotorakselen til at vippe forover.

  5. Det er den vippede rotoraksel der gør at en efterfølgende vinge (nr. 2 efter den flænsede!) rammer tårnet hådt , langt fra vingens tip!

  6. Tårnet deformeres og mister sin skalvirkning og folder sig.

  • 0
  • 0

...modsat fx flybranchen, DSB og forsvaret, hvor man bevidst plejer at nøle med konklusionen indtil mediestormen har lagt sig!

  • hvis der her sigtes til flyvehavarier, er dette noget VÅS!: Havarirapporternes konklusioner frigives, så snart de foreligger. Men en tilbundsgående udersøgelse af et flyvehavari er nu engang noget mere kompliceret (og dermed længere varende) end et mølle-ditto, ikke mindst fordi der ifm. flyvehavarier altid er mennesker direkte involveret. Desuden 'forsinkes' sådanne undersøgelser af, at komponenter mv. i reglen skal detailundersøges i udlandet.
    At man fra officiel side (bortset fra en s.k. 'foreløbig havarirapport', som udsendes senest syv dage efter havariet) ikke fremsætter gisninger/teorier mv., før den endelige undersøgelse er afsluttet, finder i hvert tilfælde jeg særdeles vel motiveret!
  • 0
  • 0

Er det kun mig der synes at det lyder helt vanvittigt at montere bremsen på generatorsiden af gearkassen?

Ja, den kan være mindre idét momentet vingerne kan påvirke den med gennem 1:10 gearkasse er lavere, men man kan jo opnå samme bremseeffekt ved at styre strømmen i generatoren..

Er der rent faktisk nogen der har regnet på det moment som gearkassen udsættes for?

  • 0
  • 0

Er det kun mig der synes at det lyder helt vanvittigt at montere bremsen på generatorsiden af gearkassen?

Ja, for det virker jo mere som den bremse er en parkeringsbremse; er det ikke sådan det er tænkt?

Man får desværre en mistanke om at der i branchen har dannet sig nogle "dårlige vaner". Noget kan måske skyldes dårlig økonomi, i hvert fald i forhold til tidligere generøse afregningspriser, men hvis man standardmæssigt har brugt en parkeringsbremse som den primære bremse, er det jo sjusk eller dårligt ingeniørarbejde i udarbejdelsen af vedligeholdelsesrutinerne!

  • 0
  • 0

Jeg tror, at hændelsesforløbet på Djursland er næsten, men ikke helt, som det beskrives i det tidligere indlæg. Nu skal det siges, at det er svært at se så meget på de berømte videoer, men så vidt jeg kan se, sker der (opstillet med den tidligere trin-nummerering) følgende:

  1. Der sker noget på en af rotorvingerne, og noget mørkt forlader den ca 90 grader før en tårnpassage. Jeg gætter på, at det ikke er en vingetip – de var jfr. montørerne faldet af allerede ved selve initieringen af uheldet. Det er snarere en del af tipmekanismen i hovedvingen eller blot støv fra et begyndende brud.

  2. Ca 90 grader senere (altså ca ved tårnpassagen) åbner vingen i limsamlingen.

  3. Da vingen er ved at være opad, er bruddet langt fremskredet, og store dele løsnes fra vingen.

  4. Masseubalancen fra de manglende vingedele får hele mølletoppen til at vride sig og vippe forover. Der er ikke nogen effekt af noget bremsemoment. Der overføres ikke drejningsmoment mellem rotor og maskine, eftersom gearet er defekt. Om der er mere eller mindre luftmodstand på en vinge er ligegyldigt for drejningsmomentet i hovedakslen – der er ikke noget moment (ud over et meget lille hidrørende fra accelerationen af hovedakslen og eventuelle endnu fungerende geardele). En forøget luftmodstand på en vinge kan til gengæld give en forskydningskraft, men den er nok underordnet i forhold til kræfterne fra masseubalancen.

  5. – 6: Enig

Mvh Henrik Stiesdal

  • 0
  • 0

Helt tilbage fra pionertiden har der været diskussion om det fornuftige i at placere den mekaniske bremse på gearets hurtige aksel. Mange af de tidlige møller havde bremse på den langsomme aksel, altså hovedakslen, og på Bonus (nu Siemens Wind Power) holdt vi fast i bremsen på den langsomme aksel meget længe, vistnok længere end nogen anden dansk fabrikant.

Helt op til 150 kW møllestørrelsen var der kun bremse på hovedakslen. Der måtte vi så også erkende, at vi var ved at have nået grænsen for, hvad man realistisk kunne med en bremse på denne placering alene.

450 kW mølletypen, der bl.a. er opstillet i Vindeby Havmøllepark, havde livrem og seler – en stor bremse på hovedakslen, og en ekstra bremse på gearets hurtige aksel. Men trods den dramatiske fremtræden af den store bremse foran gearet, forsynet med kæmpestor skive og seks store kalipre, og det lilleputagtige indtryk af bremsen på gearets hurtige aksel, forsynet med en meget mindre skive med en enkelt, lille kaliper, var det den lille, der lavede 2/3 af arbejdet.

På møller over 450 kW blev bremsen på den langsomme aksel af så lille betydning for det samlede bremsemoment, at den blev opgivet.

På nutidens store møller er gearudvekslingen typisk af størrelsesordenen 1:100. Bremsen på den hurtige aksel er en alvorlig sag, med to store skiver og to meget store kalipre. At erstatte den med en bremse på den langsomme aksel, der har samme kapacitet, er ganske simpelt ikke realistisk. Man kan godt lave en langsom bremse, men den vil kun kunne fungere til parkering i lav vind.

Det forhold, at det kan give problemer, når bremsemomentet skal gennem gearet, har man naturligvis indset helt fra starten tilbage i 1970’erne. At indse det var dog ikke det samme som, at man havde styr på det, og det var først med de bedre beregningsmodeller og bedre målinger, at man i 1980’erne for alvor fik momenterne på plads.

Siden først i 1990’erne har beregning og måling af bremsemomentet gennem gearet været en helt integreret del af den dokumentation, man skal levere for at få sin vindmølle typegodkendt.

Et af de tiltag, man ofte gør for at skåne gearet, er at køre med to niveauer for bremsemomentet, et lavt "dagligniveau", som anvendes i alle normale situationer, og et højere "nødbremsemoment", som kun anvendes, hvis der er fejl på det primære sikkerhedssystem.

I vore dage er bremser på den langsomme aksel helt væk på møller med gear. På møller uden gear, som fremstilles af nogen udenlandske fabrikanter, er bremsen selvsagt nødt til at være på den langsomme aksel, og der må man så finde sig i, at der som regel er et noget lavere bremsemoment til rådighed.

Endelig angående kommentaren om, at man standardmæssigt har brugt en parkeringsbremse som den primære bremse, så mener jeg ikke, at det er retvisende. En 600 kW mølle af nogenlunde den årgang, som havarerede på Djursland, har typisk drejelige vingetipper som den primære bremse og skivebremsen som den sekundære bremse. Den sekundære bremse bruges fortrinsvis til parkering, men den tjener også til at være back-up i det tilfælde, at der skulle være noget galt med den primære bremse.

Jeg kender ikke de nærmere data for den mølletype, som havarerede på Djursland, men normalt vil bremsen på en 600 kW mølle med drejelige vingetipper kunne standse møllen, selv hvis en eller to vingetipper svigter.

Mvh Henrik Stiesdal

  • 0
  • 0
  1. Masseubalancen fra de manglende vingedele får hele mølletoppen til at vride sig og vippe forover. Der er ikke nogen effekt af noget bremsemoment. Der overføres ikke drejningsmoment mellem rotor og maskine, eftersom gearet er defekt. Om der er mere eller mindre luftmodstand på en vinge er ligegyldigt for drejningsmomentet i hovedakslen – der er ikke noget moment (ud over et meget lille hidrørende fra accelerationen af hovedakslen og eventuelle endnu fungerende geardele). En forøget luftmodstand på en vinge kan til gengæld give en forskydningskraft, men den er nok underordnet i forhold til kræfterne fra masseubalancen.

  2. – 6: Enig

Mvh Henrik Stiesdal

Mit hovedærinde var nu at pege på at mølletoppen vipper og at det er dét der får én rotorvinge til ikke bare at røre ved tårnet, men nærmest kollidere med det! Jeg er også ret sikker på at mølletoppen også vrider sig (med uret) i horisontalplanet og denne virkning kan ikke skyldes masseubalance, men et moment! Lad mig sámmenligne med en dørstopper. Hvis man placere dørstopperen et forkert sted, kommer der et moment på dørhængslet. Den rigtige placering er 2/3 fra hængslet. Hvis man placerer den tættere på hængslet kommer der et pres på hængslet ind mod karmen. Hvis man placerer den længere ude (end 2/3), vil hængslet tendere at rive sig løs fra karmen. Det er dette der skete med møllen på Djursland. Man skal tænke på at rotorvingen flænses fra enden af. Den pludselige ekstra luftmodstand dér påfører rotorakselen et moment som får hele mølletoppen til ar vride sig i horisontalplanet og dette giver naturligvis masseubalance i rotorplanet!

  • 0
  • 0

..
..
Helt op til 150 kW møllestørrelsen var der kun bremse på hovedakslen. Der måtte vi så også erkende, at vi var ved at have nået grænsen for, hvad man realistisk kunne med en bremse på denne placering alene.
..
..
Mvh Henrik Stiesdal

Nu bliver det her jo lidt i bagklogskabens klare lys, men her burde man have overvejet væskefriktionsbremser, selv det måske ville kræve lidt ekstra plads!

  • 0
  • 0

På dumpere som denne
http://www.volvo.com/dealers/da-dk/Volvo/p...
har man 3 stk. kalibere på hvert hjul på skiver der er ca. 70cm i diameter (beregnet til at bremse 70ton ned med ca 60km/t)

I møllehuset er god plads, så det burde være muligt med en skive på +3 meter i diameter + en del store kalibre til at bremse vindmøllerotoren ned ved fejl..
Selvfølgelig har 20 tons vinger også en god portion inerti, men man må kunne bremse det ned. (uden at jeg har regnet på det)

/J

  • 0
  • 0

Dette havari pejer på den uheldige egenskab, at bremser kan havarere inden drivmomentet ophører.
Reelt: Tippen kan falde af inden vingen falder af.

Derfor er bremsning med vridning af hele vingen principielt mere sikkert end bremsning med vridning af tippen og fortsat drivning på vingen.

Mvh Tyge

  • 0
  • 0

Jeg er helt enig i, at da først én vinge er svigtet, vipper mølletoppen, og det giver den meget voldsomme kollision af vinge 3 med tårnet (hvor vinge 1 er den, der går i stykker, og vinge 2 er den, der følger bagefter). Stødet fra vinge 3’s kollision får så vinge 2 til at bryde sammen uden at røre tårnet.

For så vidt angår kræfter og momenter, så kan det selvfølgelig nemt blive en lidt akademisk diskussion, som næppe har den store interesse for læserne. Men lige et par supplerende bemærkninger her:

I din første beskrivelse omtaler du et voldsomt bremsemoment, som har konsekvenser for havariets forløb. Men der er ikke noget bremsemoment eller drejningsmoment i hovedakslen, i hvert fald ikke, hvis man med denne betegnelse mener noget, som forsøger at vride hovedakslen. For at der skal være sådan et moment, skal der være noget, som holder igen i den anden ende af hovedakslen, og det er der ikke – den er fri. Der kan være et helt minimalt moment fra acceleration af selve akslens masse, men det kan ikke kaldes ”voldsomt” i denne sammenhæng.

Derimod kan der være bøjningsmomenter i hovedakslen og mølletoppen, og det fremgår med al tydelighed af videoen, at der er meget store bøjningsmomenter.

Da først vinge 1 desintegrerer, hvilket den gør for alvor på vej mellem kl.9 og kl.12, mister rotoren kontakten med størstedelen af vingens masse. Af den årsag opstår der en stor masseubalance, fordi rotoren stadig har massen af de to andre vinger. Massen fra vinge 1 mangler for alvor fra kl. 10-11, massemidtpunktet rykkes derfor fra rotorcentrum ud et sted midt mellem vinge 2 og 3, i pos. kl. 4-5. Denne masseubalance giver en stor tværkraft i rotorcentrum. Da rotorcentrum er noget foran tårncentret og noget foran hovedlejet, giver den store tværkraft anledning til et stort bøjningsmoment. Det er dette bøjningsmoment, som vipper mølletoppen lidt til siden og meget nedad, og derfor giver anledning til, at vinge 3 rammer tårnet.

Mvh Henrik Stiesdal

  • 0
  • 0

Jeg kan forsikre om, at alle typer bremser er overvejet, inklusive væskebremser. Men det er ikke let at lave væskebremser, som til daglig ikke giver friktion, men som i en nødstuation kan give fuldt moment indenfor 0.5 s eller deromkring. Vi så på det i sin tid og fandt det ikke realistisk. Så vidt jeg ved, anvendes væskebremser heller ikke i andre industrier, hvor man kan få brug for med ultrakort varsel at kunne pålægge et stort moment.

Mvh Henrik Stiesdal

  • 0
  • 0

For så vidt angår kræfter og momenter, så kan det selvfølgelig nemt blive en lidt akademisk diskussion, som næppe har den store interesse for læserne. Men lige et par supplerende bemærkninger her:

I din første beskrivelse omtaler du et voldsomt bremsemoment, som har konsekvenser for havariets forløb. Men der er ikke noget bremsemoment eller drejningsmoment i hovedakslen, i hvert fald ikke, hvis man med denne betegnelse mener noget, som forsøger at vride hovedakslen. For at der skal være sådan et moment, skal der være noget, som holder igen i den anden ende af hovedakslen, og det er der ikke – den er fri. Der kan være et helt minimalt moment fra acceleration af selve akslens masse, men det kan ikke kaldes ”voldsomt” i denne sammenhæng.

Derimod kan der være bøjningsmomenter i hovedakslen og mølletoppen, og det fremgår med al tydelighed af videoen, at der er meget store bøjningsmomenter.
...Mvh Henrik Stiesdal

Min brug af "bremsemoment" er måske ikke det mest klare for den ekstra modstand som en flænset vingetip yder, men det var nu dét jeg mente. Om det er "din" eller "min" årsag der har fået mølletoppen til at vride sig, kan måske synes være en akademisk diskussion, men at "dørstoppereffekten" er der, er du sikkert med på; spørgsmålet er bare hvor stor betydning den har haft!

  • 0
  • 0

Indrømmet - alt kan tænkes! Der er ikke nogen naturlov, som siger, at man ikke kan dimensionere en fyldestgørende bremse på den langsomme aksel af en vindmølle, uanset hvor stor møllen bliver.

Min påstand er imidlertid heller ikke, at det ikke kan lade sig gøre, men derimod, at det ikke er realistisk.

Det vil nok være relevant med et par uddybende bemærkninger for at forklare dette nærmere.

I høj vind holder man så at sige kunstigt en vindmølle nede i effekt. Den tilgængelige effekt vokser med vindhastigheden i 3. potens, og hvis en vindmølle fik lov til det, kunne den i høj vind lave langt mere effekt end det, som transmissionssystem og generator fornuftigvis er dimensioneret til.

På en vindmølle af lidt ældre type som den, der havarerede på Djursland, holder man møllen nede i effekt ved at fastholde dens omløbstal på den nominelle værdi, som her sikkert har været 27-30 o/min. Når man sådan holder omløbstallet fast, mens vinden stiger, bliver vingerne mindre effektive (man bruger betegnelsen af det "staller"), og den stigende effekt i vinden ganget den faldende effektivitet fra vingerne giver en nogenlunde jævn effekt uanset hvor meget det blæser.

Så længe man altså fastholder omløbstallet!

Hvis først møllen får lov at løbe hurtigere, stiger drejningsmomentet med omløbstallet i 2.potens (hvorved effekten stiger med omløbstallet i 3. potens), og det indebærer, at man meget hurtigt når op på, at rotoren kan yde et drejningsmoment, som er mange gange det nominelle moment. I høj vind kan man, afhængig af, hvor tunge vingerne er, nå op på dobbelt moment i løbet af kun 1 sekund. En bremse skal altså reagere meget hurtigt for at kunne nå at "fange" møllen, når den vil "stikke af" (ordene i anførselstegn er de begreber, der vandt indpas i de første år, hvor mølle-løbskkørsler var meget mere almindelige end nu).

Det er ikke nogen let opgave at lave en stor bremse med en stor skive, hvor man med sikkerhed har et moment på det dobbelte af det nominelle drejningsmoment i løbet af måske 0.5 s fra det tidspunkt, hvor man opdager, at noget er galt. En stor skive på hovedakslen vil ofte slå lidt under omløbet, der vil være deformationer fra lejeslør, udbøjning m.v., og derfor vil klodserne ikke være helt henne ved skiven til at begynde med. Når så bremsen skal på, skal der flyttes store oliemængder meget hurtigt, uden at det sker med så alvorlig stødbelastning, at man beskadiger vingerne. Og der er erfaringen altså, at det er vanskeligt at gøre, uden at systemerne bliver urealistisk dyre.

Luftbremserne er en helt anden sag. De virker ikke ringere, når først møllen stikker af, tværtimod. Det er derfor, at kræfterne er lagt i at lave så sikre luftbremser, som det har været realistisk muligt, og det er derfor, at de mekaniske bremser har de typer, placeringer og størrelser, som de har - det anses simpelthen for urealistisk at antage, at en mekanisk bremse kan udføres, så den giver samme sikkerhed som luftbremserne.

Der er faktisk nogen, som har prøvet. En udenlands fabrikant forsøgte sig med møller helt op i 600 kW klassen uden luftbremser, blot med en kæmpestor mekanisk bremse. Men resultaterne blev også derefter.

I modsætning til den ældre stall-regulerede mølle med fastmonterede vinger har moderne pitchregulerede møller med drejelige vinger det på en anden måde. Når først de kommer op over 12-13 m/s, reguleres effekten ved at dreje vingerne. Det har den virkning, at rotoren i høj vind stort set ikke kan løbe løbsk. Hvis man slipper en pitchreguleret mølle ved 25 m/s, løber den kun lidt op i fart og stabiliserer sig så. Ikke så farligt - men stadig langt fra behageligt!

Mvh Henrik Stiesdal

  • 0
  • 0

Tak Henrik.
Måtte lige google dig for at "se" i hvilken stilling du er ansat. Altid godt med faglige kvalificerede svar.
/J

  • 0
  • 0

Følger med stor interesse med i debatten omkring bremsning af vindmøller, og har fgl. kommentarer

Hvorfor serviceres en mølle i kraftig vind, hvor risikoen for en fejl manøvre kan få fatale følger som på den omtalte, det er heldig der ikke er omkomne ved havariet?

Vedr. nedbremsning, vil det være muligt at dreje møllen 90 grader ud af vind eller er gyro effekten for stor så der opstår store vibrationer i tårn og vinger?

Mvh Tommy

  • 0
  • 0

Nå, der kom du først Tommy. For det er squ da en oplagt tanke bare at krøje hele møllen ud af vinden. Og man skulle tro at man også ville kunne gøre sådan noget manuelt - og ja hvorfor ikke også via den netforbindelse man har til møllen?
Men du har da lidt ret i at der vil komme nogle hæftige gyrokræfter, men man kan jo bare gøre det tilstrækkelig forsigtig til at der ikke sker noget. 1 grad hver 5. sek kunne den nok holde til, og så ville det kun tage 7,5 min inden et havari vil være afværget. Underligt at man ikke bare gør det. Det virker da som den allersimpleste ting at gøre.

  • 0
  • 0

Der er vist to spørgsmål til besvarelse, nemlig dels et om forsvarligheden i service i høj vind, dels et om urkrøjning.

Som jeg har hørt om sagen, var der ikke tale om normal service, men derimod om et udkald til udbedring af en fejl på møllen.

Bortset fra det, så er man nødt til at lave vindmøllerne, så det er forsvarligt at arbejde på dem i stort set al slags vind. Der er en overgrænse på vindhastigheden for, hvornår folk må være i møllen, men det har mere at gøre med risiko forbundet med at operere med døre og luger, end det har at gøre med risiko forbundet med selve driften.

Angående det andet spørgsmål - ja, det vil være muligt at dreje møllen ud af vinden, og gyrobelastningerne er faktisk ikke særlig store.

Man kan her se dels på den aktuelle løbskkørselssituation, dels på en dagligdags situation.

Først løbskkørslen – det er jo her, at det med gyromomentet er mest relevant.

Gyromomentet kan beregnes som T = I w1 w2, hvor

T = Gyromomentet
I = Inertimomentet af rotoren
w1 = rotorens vinkelhastighed
w2 = krøjningens vinkelhastighed

Inertimomentet for en rotor af denne størrelse kan være på niveau 300.000 kgm2. Ved en løbskkørsel, hvor tippen når op i nærheden af lydens hastighed, er omløbstallet for en 40 m rotor af størrelsesordenen 150 o/min, så vinkelhastigheden er noget med 15 rad/s. Møllen krøjer måske med 0.5 - 1 grad/s, hvilket svarer til 1/10 o/min, eller 0.01 rad/s. Gyromomentet bliver så

T = 300.000 kgm2 x 15 rad/s x 0.01 rad/s = 45.000 Nm = 45 kNm

Dette moment er helt forsvindende i forhold til andre laster på møllen.

Når det er sådan fat selv under løbskkørsel, så er gyrobelastningerne selvsagt af endnu mindre betydning under normal drift.

Der er til gengæld et andet og mere væsentligt spørgsmål om de ekstralaster, der opstår på grund af den skæve anblæsning på rotoren under udkrøjningen. Her vil vingerne under en del af omløbet køre mere eller mindre i modvind, mens de på den modsatte side kører lige så meget i medvind. Det kan give ændringer i vindens indfaldsvinkel på vingerne, som kan medføre meget store veksellaster. Det vil kræve en nærmere aerodynamisk og strukturel analyse at vurdere, om disse belastninger vil være forsvarlige.

I den aktuelle situation gjorde servicefolkene det eneste rigtige, nemlig at skynde sig bort, da først møllen var ude af kontrol.

De fleste moderne vindmøller har en eller anden form for fjernovervågning, og på nogle typer indebærer det også muligheden for fjernkontrol fra enhver PC, blot man har adgangskoden. Hvis møllen på Djursland havde sådan fjernkontrol, kunne man i sikker afstand og med adgang til en PC have krøjet med møllen. Men det ville have krævet en fagmand til at tage ansvaret, en ”backinggruppe” til at lave en hurtig aerodynamisk beregning – og så også en dyb indånding! Sagt på en anden måde, så ville det efter min vurdering ikke have været realistisk eller forsvarligt at forvente, at servicefolkene på egen hånd skulle beslutte den slags.

Mvh Henrik Stiesdal

  • 0
  • 0

Mange tak for det meget uddybende svar Henrik. Interessant læsning.
Hvis det nu ikke havde blæst en halv pelikan den dag møllen løb løbsk, kunne man så ikke forestille sig at en krøjning på forsvarklig vis ville kunne stoppe en mølle uden belastnig (andre bremser)?

Mvh Ricky

  • 0
  • 0

Foruden Henriks beskrivning af krøjning som en vanskelig bremse, findes også vanskeligheder for krøjning som sikkerhedsfunktion:
1. Krøjningen er afhængig af vindretningen hele tiden
2. Krøjningen kan vanskelig bygges fail safe
3. Krøjningen kan vanskelig bygges redundant
4. Krøjningen kan vanskelig bygges hurtig < 1 s
5. Krøjningen kan vanskelig bygges uden effekttilførsel

Henriks tidligere beskrivning af 2 gange 3 redundante og fail safe vingedrejningssystemer opfylder ovenstående krav til sikkerhed mod for høje omløbstal på vindmøller.
Hvis systemen er i drift (manøvreres) eller prøves regelmæssigt, vil jeg tro at sikkerheden mod for høje omløbstal er lige så god som for dampturbiner, selv om man ikke kan "lukke for vinden".

Mvh Tyge

  • 0
  • 0

Nu skal det siges, at det er svært at se så meget på de berømte videoer,
...
...
Mvh Henrik Stiesdal

Jeg har kun set én videooptagelse, den fra TV2 (hvor kameraet har stået ca 45 grader til højre fra den retning vinden kommer fra, og med nogle grene i forgrunden). Er der en anden offentligt tilgængelig videooptagelse?

  • 0
  • 0

...Men det er ikke let at lave væskebremser, som til daglig ikke giver friktion, men som i en nødstuation kan give fuldt moment indenfor 0.5 s eller deromkring...

Mvh Henrik Stiesdal

Øhh, hvorfor skulle de dog nødvendigvis virke 100% på bare 0,5 s?? Møllen i Hornslet var da løbsk i 2½ time. Hvis det alligevel tager noget tid før at møllen kommer op i rpm, må det da være fint nok at en sekundær nødbremse bare virker hurtigs muligt, eller hvad?

Jeg har tidligere lavet denne ubehjælpelige tegning: http://www.fluii.dk/uploadok.asp?name=Flui...üthje&id=1876)

I normal drift ville tromlen være tom = en ganske lille modstand. I en nødsituation ville tanken skulle fyldes med en væske. Det er ikke noget der behøver tage ret lang tid. Hvorfor ikke bare have en væskebeholder oven på denne rotor/stator-opbygning, åben en ventil og lad tyngdekraften om at få væsken ned i rotor/stator-huset? Hvad slags væske der benyttes er vel heller ikke så vigtigt. Det kunne være vand, olie, glasfiberopslæmning, majsmelsjævning - ja, you name it. Så længe det kan løbe af sig selv er det vel fint.
Jeg kan ikke forestille mig at det skulle tage mere end ½-1 minut at opnå den totale bremseeffekt.

Det er vel hverken en dyr eller kompliceret løsning - og ideen er hermed din og Siemens - kvit og frit.
OK, Vestas må også bruge den:)

Mvh Morten

  • 0
  • 0

Morten, jeg tillader mig at svare. Henrik behøver måske en frilørdag.

Tak for tegningen, fine farver. Væskebremser vil man nu bygge med omvekslene stillestående og roterende skiver. De findes også for høj effekt og har den gode egenskab, at bremsemomentet stiger med omløbstallet

Vandbremser er kendt helt fra udviklingen af de første moderne strømningsmaskiner, og kan fungerer med glykol for vindmøller.
Men de ovennævnte indvendinger for krøjning gælder også for en væskebremse.

Ved beregning af hele rotorns inerti indgår udvekslingen i i kvadrat, dvs er i=100 blir generatorrotoren i^2=10000*IG/IM gange 'trøgere' end møllen. Hvor skal væskebremsen indgripe og med hvilket moment?

Det aktuelle havari var ikke ved ekstrem vindhastighed, og måske heller ikke ved 'optimal' vingevinkel.
Det skal man regne med for at være på den sikre side.

Henriks angivelse af tid for møller på 0,5 s er nok korrekt. Tænk på en asynkromotorstart på et par s.
En turbine og vel også en mølle skal fanges inden 0,1 af denne tid dog med hensyn til den større inerti. Man stoler på at gearet kan overføre moment.

Den hurtigste dampventil til denne sikkerhedsfunktion, jeg har designet, lukker på 0,014 s. 100 MW fjernvarmeturbine uden veksel.

Alt som alt bedømmer jeg de 2*3 sikkerhedssystemer, som Henrik har beskrevet, som toppen af ~30 års gediget udviklingsarbejde mod sikre vindmøller.

Mvh Tyge

  • 0
  • 0

Tyge har jo på glimrende vis redegjort for det meste, så her kun svar på det, som vist stadig er udestående.

Til Ricky: Jo, hvis det ikke blæser for meget og møllen ikke er i for høj hastighed, så kan man godt forestille sig, at krøjning på forsvarlig vis vil kunne stoppe møllen. Men undervejs dertil vil man let komme ud over, hvad møllen er designet til.

Det indgår som en del af godkendelsesgrundlaget, at man skal kontrolberegne møllen i drift ved pludselige vindretningsskift. I meget lav vind skal man antage alle vindretninger, herunder fra siden og også lige bagfra, men for vindhastigheder over 10 m/s behøver man ikke antage mere end ca. 60 grader vinkelafvigelse. For endnu højere vindhastigheder falder den maksimale afvigelse, man skal regne med, gradvist ned mod 45 grader ved 40 m/s. I blot middelhøj vind vil en 90 graders udkrøjning altså ligge udenfor det normale designgrundlag.

Når stor krøjefejl er en fæl lastsituation, så skyldes det, at vinden så ikke længere er nogenlunde vinkelret på vingens bevægelsesretning, men bliver mere eller mindre parallel med bevægelsesretningen.

For at redegøre for, hvad vingen oplever, kan det være bekvemt at forestille sig et trykcenter. På en vindmølle er trykcenteret et punkt på vingen, der ligger 2/3 ude mod tippen.

En mølle som den, der havarerede på Djursland, har en tiphastighed på ca. 60 m/s, så trykcenteret bevæger sig med ca. 40 m/s.

Hvis vindmøllen kører ved 20 m/s med næsen lige op i vinden, oplever trykcenteret en resulterende vindhastighed på (20^2 + 40^2)^0.5 = 45 m/s, og vinklen mellem rotorplanet og den resulterende vind er arctan(20/40) = 27 grader (hvis man ser bort fra, at vindmøllen selv påvirker vinden – det kan vi godt tillade os her). Disse værdier varierer lidt under omløbet, fordi det blæser mere oppe end nede, men det betyder ikke ret meget.

Hvis vindmøllen derimod er 60 grader krøjet ud af vinden, er sagen en helt anden. Her vil trykcenteret opleve to helt forskellige situationer, afhængig af, om vingen er på vej frem mod vinden eller på vej væk fra den. På vej frem mod vinden ser trykcenteret en resulterende vindhastighed på 58 m/s med en indfaldsvinkel på 10 grader (ikke plads til trigonometri her, men det er let at regne efter), og på vej væk fra vinden ser trykcenteret en resulterende vindhastighed på 25 m/s med en indfaldsvinkel på 24 grader. Kræfterne på vingen er en funktion af kvadratet på den resulterende vindhastighed, og også af indfaldsvinklen. Derfor vil vingen opleve meget store veksellaster under hver omdrejning, hvoraf de høje laster ligger langt over daglige laster.

Det kan være, at vingen kan holde til det, men man er i hvert fald oppe og spise af sikkerhedsfaktorerne.

Til John: Ja, der er i det mindste to forskellige. Se vedlagte links:

http://www.tv2oj.dk/vis_nyhed.asp?AjrDcmnt...
http://nyhederne.tv2.dk/article.php/id-105...

Til Morten og spørgsmålet om væskebremsen og nødvendigheden af hurtig aktivering:

Problemet er, at vindmøllen i høj vind bliver bedre til at udnytte vinden, hvis den får lov til at løbe op i hastighed.

Man får nok bedst en fornemmelse af sagen ved at se på et taleksempel.

Lad os tage en vindmølle med hoveddata som den på Djursland – 600 kW, 43 m diameter, 27 o/min nominelt omløbstal. Lad os forestille os, at den kører ved knap 25 m/s, dvs. lige under den vindhastighed, hvor den automatisk stopper. Pludselig bliver det netudfald, så belastningen på generatoren bliver væk. Hvad sker der så, hvis luftbremserne ikke virker?

Effekten lige før netudfaldet er P = 600 kW. Når belastningen falder væk, er denne effekt til rådighed for acceleration. Omløbstallet er 27 o/min, svarende til en vinkelhastighed w på 3 rad/s. Inertimomentet I er 300.000 kgm2.

Drejningsmomentet er M = P/w = 600 kW / 3 rad/s = 200 kNm.

Accelerationen er så dw/dt = M / I = 200.000 Nm / 300.000 kgm2 = 0.67 rad/s2.

Efter 1 s er vinkelhastigheden så 3.67 rad/s, svarende til 1.2 gange nominelt omløbstal.

Drejningsmomentet på sådan en vindmølle stiger i høj vind med kvadratet på omløbstallet, og effekten stiger med omløbstallet i 3.potens (fordi effekten er momentet gange vinkelhastigheden). Så efter 1 s er det ikke længere et spørgsmål om at skulle aftage 600 kW, men 600 kW x 1.2^3 = 1040 kW. Og efter 1 s er accelerationen ikke længere 0.67 rad/s2, men 0.67 rad/s x 1.2^2 = 1 rad/s2.

Løbskkørsel af en vindmølle i høj vind er derfor i høj grad en selvforstærkende proces. Jo længere der går, inden man får fat i den, desto hurtigere løber den, og desto højre bliver det moment, den kan yde, og som man skal overvinde for at få den bremset ned.

Hvor hårdt skal man så have fat, hvis man er lidt tid om det, og møllen kan holde til at løbe stærkt, mens man får bygget sit bremsemoment op?

Den tilgængelige effekt er proportional med vindhastigheden i tredje potens:

P = 0.5 x rho x Cp x v^3 x A

Hvor
P = effekten
rho = luftens massefylde = 1.225 kg/m3
Cp = virkningsgraden = ca. 0.45
V = vindhastigheden = her 25 m/s
A = rotorarealet = her 1500 m2

En hurtig udregning viser, at der er 6500 kW til rådighed ved 25 m/s. Bremsen skal være lidt større end det, der skal til for at give denne effekt, for ellers er der intet overskud til at tappe rotationsenergien og sænke hastigheden.

Altså: Vi har brug for en bremse på måske 12 gange den nominelle effekt, hvis vi er 5-10 sekunder eller mere om at få sat bremsen.

Dette er ganske simpelt ikke realistisk, og det er baggrunden for, at vindmøllebremser skal kunne levere det ønskede moment så hurtigt som muligt, og i hvert fald indenfor noget i retning af 0.5 s. Og så er det selvfølgelig også baggrunden for, at luftbremser er at foretrække frem for mekaniske bremser.

Mvh Henrik Stiesdal

  • 0
  • 0

Hej Henrik.

Tak for din gennemgang og tid på sådan en dejlig lørdag.

Det er bestemt ikke et forsøg på at trætte jer allesammen, men..
Både du samt Tyge synes at lægge meget stor vægt på at et nødbremseanlæg skal være placeret efter gearet - på den hurtiggående aksel. Jeg har godt forstået, at er fordi at erfaringer viser 150 kW-møller er grænsen hvis man vil bruge bremseskiver og bremseklodser.
Men er det ikke sådan, at når først gearet er havareret, så kan alle verdens sikkerhedssystemer ikke hjælpe - hvis altså de er placeret efter gearet?
Her hjælper så kun hydrauliske drejbare vingespidser, drejbare vinger eller at dreje møllehuset ud af vinden. Men når det nu også svigter - som i dette tilfælde - hvad er der så tilbage at lege med? 3 møllevinger fæstnet til den langsomroterende aksel - her siger min logik, at det er den aksel man skal ha' et nødsystem på.
Og, OK. Så en skivebremse kan så ikke klare en bremseeffekt på 6500 kW, som var brug for i dette tilfælde. Som jeg læser det, siger i så at, det vil en væskebremse heller ikke kunne - "det er simpelt hen ikke realistisk" siger du, Henrik.
Hmm. 2 min. googling og her er linket: http://www.kahn.com/info/dynamometer-100.pdf

Det er godt nok et måleinstrument og dermed sikkert dyrt osv. men de har altså væskebremser der kan absorberer helt op til 80000hp/ca 60000 kW. Ja, OK den vejer så også ca. 10 ton, men deres 108-130 model kan klare 16000hp hvilket er knap 12.000 kw. Her er vægten så nede på 2 ton. Det er godt nok ved 10.000 rpm, men mon ikke den kan holde vinge-rpm i skak til vinden løjer af.

Nå, nu skal jeg ikke pine jer mere.
Held og lykke med at finde et egnet bremsesystem, så en lignende debat ikke opstår alt for tit.

Mvh Morten

  • 0
  • 0

Hej Morten

Du er desværre galt afmarcheret mht. ydeevnen fra vandbremsen. Både moment og effekt er relevant, vi har brug for begge dele. Og derfor er omløbstallet, hvor man får sin effekt, helt afgørende.

Når man ønsker at bremse en vindmølle, der løber løbsk, skal man undervejs passere forbi det omløbstal, hvor den yder størst moment. Hvis vinden er ca. 25 m/s, yder vores eksempel-mølle 6500 kW ved ca. 80 o/min, og her er momentet 1000 kNm.

Det, der er galt med vandbremser, er, at de skal have fart på for at yde noget. Det gælder også de vandbremser, du har fundet. De kan ganske vist yde en vældig effekt, men det er ved meget høje omløbstal. De har til gengæld vandbremsens ugunstige karakteristik, og her endda mere ugunstig end man kan opnå med andre rotordesigns.

Tag den største model fra den leverandør, du har fundet frem, dvs. den model, som vejer godt 10 tons. Den yder imponerende 59.000 kW ved 3000 o/min, men ydelsen falder til knap så imponerende 2200 kW ved 1000 o/min. Hvis man ekstrapolerer karakteristikken nedad, ender man med... 1 sølle kW ved 80 o/min. Det behøver vist ikke yderligere kommentar.

Man kan godt lave vandbremser, som har en bedre karakteristik, dvs. ikke går så ugunstigt med faldende omløbstal, men en vandbremse, der skal kunne yde 1000 kNm ved 80 o/min, er en helt anderledes stor og tung sag end de maskiner, du har fundet frem her. Og glem ikke kravet om, at momentet skal kunne pålægges kort tid, hvis man skal undgå farlig overhastighed.

Svaret på spørgsmålet om vindmøllers sikkerhed ligger derfor nu en gang ikke i vandbremser. Det ligger i effektive luftbremser suppleret med simple mekaniske bremser. Og det primære sikkerhedssystem i form af luftbremserne skal i sig selv være redundant, dvs. det skal kunne tåle, at dele af systemet svigter, eksempelvis at en af de tre vingers luftbremser ikke virker.

Mvh Henrik Stiesdal

  • 0
  • 0

Jeg har ikke læst hele striben af indlæg, så jeg vil kun kort indrømme, at jeg troede, man kunne dreje (vride) hele vingen (naturligvis alle tre), hvorved møllen bremses ganske frivilligt. Og da den yderste trediedel af vingen som bekendt drejer næsten i sin egen plan, skal hele vingen kun vrides måske 10-15 grader, før det samlede moment fra vinden bliver nul.
Og da alle moderne møller kan vride vingerne som en naturlig del af effekt-optimeringen, er det en driftssikker sag, der allerede er tilstede.
Som en ekstra sikkerhed kan man så installere centrifugal-udløste bremsefaldskærme i vingespidserne. Det må være den billigste nødbremse.
Har jeg misforstået noget?

  • 0
  • 0

Hej Morten du skriver:

"Men er det ikke sådan, at når først gearet er havareret, så kan alle verdens sikkerhedssystemer ikke hjælpe - hvis altså de er placeret efter gearet?"
Jo det er helt rigtigt og slet ikke uvæsentligt.

Det er en fordel med bremsen på eller nær ved energikilden dvs. for en mølle på vingerne.
Det er fiffigt at udnytte de tre vinger til tre gange to redundante og fail safe sikkerheds bremsesystemer.

Skal man indvende kan det være mod diversiteten, dvs. de 6 bremsesystemer er for ens.
Et par gamle eks. på diversiering:
1. Tog kan udrustes med både hjul- og skinnebremser. Men det har man vist ikke mere? Også upraktiskt?
2. Biler kan have både mekaniske og hydrauliske bremser.

Det betyder, at de 6 bremser kunne være mere forskellige, men det er de måske allerede i detaljer?

Mortens henvisning er til et dynamometer, og det kan holde imod et moment, men kan hverken bremse momentant eller til lavt omløbstal.
Det er dog muligt at konstruere bremser til en mølles krav, men det er ikke så enkelt og, som Henrik skriver, upraktiskt.

Møller har i dag egnede styr- og nødsystem, men debatten og udviklingen går videre, hilser Tyge

  • 0
  • 0

Vedr. løbsk-kørsel:
Henrik Stiesdal skrev højt oppe, bl.a.
"Hvis først møllen får lov at løbe hurtigere, stiger drejningsmomentet med omløbstallet i 2.potens (hvorved effekten stiger med omløbstallet i 3. potens), og det indebærer, at man meget hurtigt når op på, at rotoren kan yde et drejningsmoment, som er mange gange det nominelle moment".
Det lyder ikke helt "fysisk"!
Det er OK, at den maksimalt opnåelige effekt vokser med 3. potens af vindhastigheden - op til den effekt, som møllen er dimensioneret til.
Hvis så generatoren svigter, løber møllen naturligvis hurtigere, fordi bremsemomentet bortfalder, - men at momentet derved skulle vokse, kan ikke passe. Tværtimod aftager momentet, men da møllen løber frit, vokser dens omløbstal, indtil momentet bliver nul. - Så er omløbstallet konstant, højt. Og kan den ikke tåle det, havarerer den.
Men før dette indtræffer, skal møllens omløbstal altså reduceres, og det kan ske på mindst 4-5 måder, som er beskrevet ovenfor.
En af metoderne er at krøje hele møllehatten 90 grader, så vinden kommer ind parallelt med rotationsplanen. - Men her siger "fysikkens impulsmomentsætning", at hvis dette sker for hurtigt, belastes hele møllehatten med så stort et "bøjende moment" (kendt fra en gyro - eller et roterende hjul), at hatten kan knække af. Derfor er denne metode en sikker, men langsom måde at stoppe møllen på.

  • 0
  • 0

Hej alle.

Tak for alle tilbagemeldninger. Jeg acceptere gerne at en væskebremse ikke er en mulig løsning. Det er jer der er eksperterne.

Jeg har et lille opfølgende spørgsmål: Hvordan er møllernes gear dimensionerede? Er de faktisk kun stærke nok til normale driftsituationer? Hvis ikke er det så af vægtmæssige eller økonomiske årsager? Måske kunne der gøres noget den vej om. Min generelle opfattelse er at der "ofte" er gear-mæssige problemer der opstår på møller (af forskellige leverandøre, og alder). Synes at huske at en del havmøller for noget tid siden alle havde problemer med deres gear, der mere eller mindre alle skulle udskiftes.

Noget andet: Måske kunne det tænket at denne opsathed på at sikkerhedssystemet skal kunne leverer fuld moment på under 0,5 s kan skabe et problem i sig selv. Når man læser den foreløbige haverirapport står der "Under opstarten af møllen lige før den skal kobles på nettet lyder der støj fra møllehatten og montøren trykker på stopknappen. Umiddelbar herefter kommer der et brag (formodentlig gearkassen der havarerer), møllen ryster kraftigt og kabelholdere
mv. rasler ned i tårnet. Rotoren stopper brat et øjeblik med kører så videre.
Det konstateres, at møllen ikke kan styres fra kontrolpanelet og stoppes med den
mekaniske bremse. Af hensyn til egen sikkerhed forlades møllen hurtigt. Uden for
møllen konstateres, at de aerodynamiske bremser (drejelige tipper) er knækket af."

Det lyder som om de mekaniske bremser har taget for hårdt fat og revet alle tænder af gearet eller knækket en aksel. Kunne man forestille sig at hvis bremsen havde leveret sin effekt lidt mere behersket at ulykken ikke var sket? Just a guess.

Hvis det blot var bremseklodserne der var røget ville man vel kunne styre møllen ved at øge generatorens belastning?

Mvh Morten

  • 0
  • 0

Hej Holger
Det du skriver er rigtigt for lastbortfald på turbogeneratorer ved konstant indløbstryk: Omløbstallet kan stige til det dobbelte af det nominelle, men de fleste både turbiner og generatorer vil eksplodere langt inden.

For en ubelastet mølle, tror jeg, at omløbstallet stiger til ca det dobbelte ved vindhastighed ca stophastigheden.
Ved højere vindhastighed forøges omløbstallet over det doppelte nominelle.
Henrik kan vel verificere dette?

Derfor kan man sige, at vindmøller er farligere end turbiner med hensyn til omløbstal, men til gengæld kan vindmøller ikke eksplodere af for højt tryk!

Mvh Tyge

  • 0
  • 0

Hej Holger

Nu om dage har alle moderne vindmølle vinger, som kan drejes på møllenavet. Det bruger man, som du skriver, til optimering af energiproduktionen, og det bruges også til at dreje vingerne, så de virker som luftbremser. Før i tiden kaldte man det at kantstille vingerne, men i industriens pidgin er termen nu om dage, at man ”pitcher” vingen.

Vindmøllen, der havarerede på Djursland, var af en ældre type, hvor vingerne er fast monteret på møllenavet og ikke kan drejes. Derfor er de forsynet med luftbremser i form af en drejelig vingetip på et par meters længde, monteret på en kulfiberaksel.

Centrifugal-udløste bremsefaldskærme i vingespidserne lyder besnærende, og det har også været prøvet på visse vingetyper i 1980’erne, og det virker for det meste, men ikke altid. Faldskærmene og deres ophæng slides af bevægelser under omløbet, så de ryger af efter et vist stykke tid. De kan også let ødelægges, hvis de kommer ud ved et lidt for højt omløbstal. Endelig var selve fastgørelsen af faldskærmen i den mest udbredte vingetype med denne løsning ikke helt robust nok. Vi har i en periode serviceret en serie møller med sådanne vinger i USA, og ind imellem skete der det næsten tragikomiske, at faldskærmen rykkede vingetippen af, så tippen blidt svævede til jorden bag møllen, mens møllen selv løb løbsk.

Mvh Henrik Stiesdal

  • 0
  • 0

Hej Holger

Angående drejningsmoment, så forholder det sig, som jeg skriver. Hvis først møllen får lov at løbe hurtigere, stiger drejningsmomentet, som vingerne yder, med omløbstallet i 2.potens (hvorved effekten stiger med omløbstallet i 3. potens), og det indebærer, at man meget hurtigt når op på, at rotoren kan yde et drejningsmoment, som er mange gange det nominelle moment.

Det er selvfølgelig korrekt, som du skriver, at man ikke nødvendigvis får noget særligt moment gennem akslen, for hvis der ikke er belastning på generatoren, overføres kun det moment, der skal til for at accelerere de roterende dele i hovedaksel, gear og generator. Så er der jo overskud af moment - og det går til at accelerere rotoren.

I virkeligheden er den nævnte regel ikke helt korrekt, for vingernes virkningsgrad indgår også i ligningen. For en mølle som den på Djursland, er virkningsgraden lav, når den kører og producerer i høj vind (for ellers ville effekten blive alt for høj), og den lave virkningsgrad er opnået ved at holde møllen på et meget lavere omløbstal end det, som den selv har lyst til af have. Når man lader den løbe op i far, stiger virkningsgraden, og så stiger det moment, den kan yde, faktisk lidt mere end med kvadratet på omløbstallet.

Bemærk, at jeg skriver om momentet, den kan yde. Hvis man ikke holder igen på akslen, yder den det ikke til andet formål end acceleration af rotoren. Og når først den når ligevægtshastigheden, har du fuldstændig ret – så yder den ikke noget moment, eftersom accelerationen er afsluttet. Men så snart man forsøger at bremse den, begynder den at yde moment, og størrelsen af momentet følger i runde tal de regler, der er beskrevet før.

Forholdene omkring det såkaldte gyromoment, der kommer ved ændringen af impulsmomentet under krøjning, er beskrevet i et indlæg ovenfor, 07.03.2008 kl 18:05.

Mvh Henrik Stiesdal

  • 0
  • 0

Hej Morten

Du argumentere for en bremse på langsomt gående aksel, men den væskebremse du henviser til vil blive monstrøs hvis den skulle virke på langsomtgående aksel.
Bremse effekten afhænger af hastigheden i 2´potens, hvilket betyder at den i en mølle med 1:100 ratio bliver 10000 gange større.

  • 0
  • 0

Hej Morten

Vindmøllegear dimensioneres ud fra et lastspektrum, som man beregner med en såkaldt ”aeroelastisk” beregningsmodel, dvs. en model, der tager højde for vindmøllens dynamik. Man gennemregner en lang række lasttilfælde, herunder alle de stopsituationer, man kan forestille sig, og eksempelvis er bremsens dynamiske virkning nøje modelleret. En af udfordringerne er, at friktionskoefficienten mellem bremseklodser og skive afhænger af overfladetemperaturen, så det skal man have med i sin model.

Når man har beregnet alle lasterne, sammensættes de i et lastspektrum. Gearet dimensioneres så til det lastspektrum ganget med visse sikkerhedsfaktorer. De sikkerhedsfaktorer, vi som minimum anvender til vindmølledesign i Danmark, er fastlagt af Det Norske Veritas.

For en sikkerheds skyld indgår kontrolmålinger af gearbelastningerne i den last-verifikation, man udfører på sin prototype. Man kontrollerer simpelthen ved måling på hovedakslen og gearets hurtige aksel, at vindmøllens dynamik er korrekt modelleret, og at faktorer som bremseklodsernes karakteristika er beskrevet tilstrækkelig godt.

Gearproblemer har desværre plaget vindmølleindustrien i perioder. I modsætning til, hvad man skulle forvente, har de som regel ikke været forårsaget af ukorrekt beskrivelse af lasterne, men af dimensioneringsfejl, materialefejl eller andre årsager.

Hvad angår din kommentar om, at det af havarirapporten kan konkluderes, at den mekaniske bremse kan have taget for hårdt fat og ødelagt gearet, så har du fat i et væsentligt forhold. Det er altid en balance mellem at få bremsen til at tage fat hurtigt og på samme tid undgå, at der kommer for store oversving på momentet. Det er noget af det, specialisterne arbejder med i designfasen og ved verifikationen på ens prototype.

Og ja, hvis det forholder sig som beskrevet, kunne man godt forestille sig, at en blødere aktivering af bremsen kunne have gjort en forskel. Jeg vil dog tro, at gearet har haft en latent skade, og at der her er tale om et sammenfald af uheldige omstændigheder, som har givet en stor momentspids på et særlig uheldigt tidspunkt. Om tingene kunne have været gået anderledes ved andre omstændigheder er, som du selv skriver, rent gætværk,

Man kan godt anvende generatoren til at assistere ved bremsning, men kun, hvis den indkobles præcis ved synkront omløbstal, ellers giver den alt for stor stødbelastning.

Mvh Henrik Stiesdal

  • 0
  • 0

Nu har jeg lige for sjov beregnet de momenter, den pågældende rotor sandsynligvis har kunnet yde ved 25 m/s som funktion af omløbstallet. Jeg har antaget, at 27 o/min er nominel hastighed:

n M P
o/min kNm kW

27 182 513
30 233 731
40 546 2288
50 772 4044
60 852 5354
70 822 6023
80 743 6228
90 654 6166
100 562 5890
110 468 5387
120 372 4679
130 277 3768
140 178 2617
150 77 1216
160 -24 -397

Hvis man kontrolregner, går momentet til at begynde med lidt mere end kvadratisk med omløbstallet, men senere bliver stigningen hurtigt mindre.

Det maksimale moment optræder ved ca. 65 o/min (ikke 80 o/min som tidligere gættet), og det er ca. 5 gange nominelt moment. Den maksimale effekt optræder ved ca. 80 o/min og er ca. 10 gange nominel effekt.

Et sted mellem 150 og 160 o/min er momentet 0, og dette er det stabile omløbstal under friløb.

Mvh Henrik Stiesdal

  • 0
  • 0

Hej igen, Henrik Stiesdal.
Jeg giver mig ikke frivilligt, for jeg forstår ikke (fysisk), hvorfor momentet skulle stige, når møllen løber hurtigere. Det er jo differensen mellem vingens hastighed og vindkraftens komposant i bevægelsesretningen, der giver momentet, og den hastighed aftager, når møllenvingens hastighed øges. (Vi fysikere kalder det den relative hastighed i forhold til vinden).
Eller sagt på en helt anden måde: HVIS momentet virkelig voksede med omløbshastigheden, så skulle møllen jo dimensioneres til et højere omløbstal, for så ville den leverede effekt fra den samme mølle jo vokse med mindst 2. potens af omløbstallet (fordi både momentet og omløbstallet vokser, og effekten P = M * 2pin (momentet gange vinkelhastigheden). Så ville du/I/vi bygge mindre hurtigt roterende møller, som er meget billigere.
Så, undskyld, det KAN ikke passe.
Men du må meget gerne prøve at overbevise mig!

  • 0
  • 0

Sad lige med nøjagtig samme undren som Holger Skjerning. Er meget spændt på at høre Henriks svar - for ja, så måtte møllerne da kunne gøres ret kost-effektive.

Mvh Ricky

  • 0
  • 0

Hej igen, Holger Skjerning

Helt i orden med ønsket om at forstå fysikken – al respekt for det!

Det kan passe, og det passer skam! Men jeg tror, at noget af misforståelsen kan skyldes, at du ikke helt er opmærksom på, hvilken mølletype vi har at gøre med her. Det er selvsagt helt legitimt.

Forklaring uden brug af figurer er lidt vanskelig, men jeg gør et forsøg – og beder om forståelse, hvis det bliver lidt knudret.

Mølletypen her er en ældre type, som betjener sig af såkaldt stallregulering. Vingerne er fast indstillet på navet og kan ikke drejes. Effektregulering opnås ved, at man holder omløbstallet konstant. I høj vind har vingerne lyst til at løbe hurtigere, end generatoren giver dem lov til, og ved at man holder dem nede i fart, forringes deres virkningsgrad. Det viser sig, at forringelsen i virkningsgrad med stigende vindhastighed nogenlunde kompenserer for den kraftigt stigende effekt, der er til rådighed i vinden, så møllens afgivne effekt er næsten konstant i høj vind. Og det er, hvad man er ude efter.

For at redegøre for, hvad vingen oplever, kan det være bekvemt at forestille sig et trykcenter. På en vindmølle er trykcenteret et punkt på vingen, der ligger 2/3 ude mod tippen.

En mølle som den, der havarerede på Djursland, har en tiphastighed på ca. 60 m/s, så trykcenteret bevæger sig med ca. 40 m/s rundt i rotorplanet.

Hvis vindmøllen kører ved 20 m/s med næsen lige op i vinden, oplever trykcenteret en resulterende vindhastighed på (20^2 + 40^2)^0.5 = 45 m/s, og vinklen mellem rotorplanet og den resulterende vind er arctan(20/40) = 27 grader (hvis man ser bort fra, at vindmøllen selv påvirker vinden – det kan vi godt tillade os her). Disse værdier varierer lidt under omløbet, fordi det blæser mere oppe end nede, men det betyder ikke ret meget.

Vingen er vredet en lille smule, men det er mest ind mod roden, og ved trykcenteret er vridningen på denne vinge kun ca. 2 grader. Så når vinklen mellem rotorplanet og den resulterende vind er 27 grader, er indfaldsvinklen i forhold til profilet i trykcenteret 25 grader.

Når man skal beregne kræfterne, der opstår som konsekvens af den resulterende vinds passage hen over et aerodynamisk profil, betjener man sig af to koefficienter, opdriftskoefficienten Cl og modstandskoefficienten Cd, hvor l og d står for hhv. lift og drag. Pr. konvention er Cl vinkelret på den resulterende vind, og Cd er parallel med den resulterende vind, og positiv i dennes retning. Disse koefficienter finder man i et aerodynamisk opslagsværk. Det klassiske er ”Theory of Wing Sections” fra sidst i 1940’erne.

Ved en indfaldsvinkel på 25 grader er det aerodynamisk profil, som anvendes på den relevante vinge, dybt stallet. Cl er ca. 1, og Cd er ca. 0.3.

Opdriften (Lift) på et bladelement (et udsnit af vingen) beregnes med formlen

L = 0.5 x rho x A x v^2 x Cl

Hvor

L = opdriften
rho = luftens massefylde, 1.225 kg/m3
A = vingeudsnittets areal
v = den resulterende vindhastighed
Cl = opdriftskoefficienten

Modstanden (Drag) beregnes på tilsvarende vis.

Lad os se på et bladelement med enhedsarealet 1 m2 ved trykcenteret. Opdrift og drag er hhv.

L = 0.5 x 1.225 x 1 x 45^2 x 1 N = 1240 N.
D = 0.5 x 1.225 x 1 x 45^2 x 0.3 N = 370 N.

Kraften Fp i rotorplanet, dvs. i drivretningen, er

Fp = sin(27 grader) x L - cos(27 grader) x D = (560 – 330) N = 230 N

Kraften Fv vinkelret på rotorplanet, dvs. i en retning, der prøver at bøje vingen bagover ind mod tårnet, er

Fv = cos(27 grader) x L + sin(27 grader) x D = (1100 + 170) N = 1270 N

Her har vi altså kræfterne på vores bladelement. En kraft i bevægelsesretningen på 230 N, som giver et bidrag til drejningsmomentet, og en kraft i vindens retning på 1270 N, som forsøger at bøje vingen bagover.

Når man skal finde det samlede drejningsmoment, skal man lave samme beregning for hele vingen, opdelt i bladelementer, og så addere resultaterne. Og så skal man lige huske, at der er tre vinger. Men for forklaringen på drejningsmomentets stigning med omløbstallet, kan vi nøjes med at se på vores ene bladelement i trykcenteret.

Lad os nu se, hvad der sker, når vi øger omløbstallet, f.eks med 50%.

Ved nominelt omløbstal bevæger trykcenteret sig med ca. 40 m/s rundt i rotorplanet. I overhastighedssituationen bliver denne hastighed nu 60 m/s. Hvis vindmøllen fortsat kører ved 20 m/s med næsen lige op i vinden, oplever trykcenteret en resulterende vindhastighed på (20^2 + 60^2)^0.5 = 63 m/s, og vinklen mellem rotorplanet og den resulterende vind er arctan(20/60) = 18 grader. Vi trækker igen 2 grader fra på grund af vingens vridning og får en indfaldsvinkel på 16 grader.

Ved denne indfaldsvinkel er det aerodynamiske profil i begyndende stall. Cl er ca. 1.25, og Cd er ca. 0.08. Profilet er altså mere effektivt end før, fordi opdriften er større og modstanden er mindre.

Vi beregner igen opdrift og modstand:

L = 0.5 x 1.225 x 1 x 63^2 x 1.25 N = 3040 N.
D = 0.5 x 1.225 x 1 x 63^2 x 0.08 N = 190 N.

Kraften Fp i rotorplanet, dvs. i drivretningen, er

Fp = sin(18 grader) x L - cos(18 grader) x D = (940 – 180) N = 760 N

Kraften Fv vinkelret på rotorplanet, dvs. i en retning, der prøver at bøje vingen bagover ind mod tårnet, er

Fv = cos(18 grader) x L + sin(18 grader) x D = (2890 + 60) N = 2950 N

Her har vi de nye kræfter på vores bladelement. Et bidrag til drejningsmomentet, som er 3.3 gange højere end før, og et bidrag til at bøje vingen bagover, som er 2.3 gange højere end før.

En faktor 3.3 på bidraget til drejningsmomentet ved en faktor 1.5 på omløbstallet er lidt mere end den kvadratiske sammenhæng, og det har at gøre med, at trykcenteret ser en relativt stor forskel i indfaldsvinkel end det vil være tilfældet længere inde ad vingen. Men som det ses, giver hastighedsforøgelsen en kraftig forøgelse af drejningsmomentet.

Man kan regne videre ved højere omløbstal. Her vil geometrien og de aerodynamiske parametre efterhånden komme til at give et faldende bidrag til drejningsmomentet, og for denne vinge opstår der ligevægt ved 5 x nominelt omløbstal, når vinden er 25 m/s.

Sagen er en helt anden for moderne, pitchregulerede vindmøller, hvor vingerne justeres med forkanten op mod vinden i høj vind. Her giver en hastighedsforøgelse i høj vind en reduktion af momentet. Og som nævnt indledningsvist, kan det være årsagen til misforståelsen.

Så til spørgsmålet om dimensioneringen. Man kan ikke ”snyde” som foreslået, dvs. bare køre hurtigere altid og så få mere energi. Man kan ganske vist sagtens lave mere effekt i høj vind, men ikke i lavere vind, her går det den modsatte vej, hvis man kører hurtigere end nu. Og det duer ikke at dimensionere møllen kun til høj vind, for det er der alt for lidt høj vind til.

Valget af den rigtige generatorstørrelse til en bestemt rotor er et af de mange tekniske virkefelter for vindmølleingeniører, hvor man har mange parametre i spil – prisen for komponenterne, hvor mange fuldlasttimer, man kan opnå, de resulterende belastninger osv.

Den generelle tendens i disse år er faktisk den omvendte af den, du foreslår. Møllerne får generelt lidt mindre generator pr. rotorareal. Alt andet lige bliver møllerne derved bedre optimeret til lavere vindressourcer, og det skyldes naturligvis, at man begynder at udnytte vindenergi også på placeringer, som ikke har optimale vindforhold, eksempelvis i Østeuropa.

Jeg håber, dette gav en forklaring, ellers spørg bare videre!

Mvh Henrik Stiesdal

  • 0
  • 0

Tak Henrik igen.

Til: Henrik Stiesdal, 08.03.2008 kl 22:33:
"Nu har jeg lige for sjov beregnet de momenter, den pågældende rotor sandsynligvis har kunnet yde ved 25 m/s som funktion af omløbstallet. Jeg har antaget, at 27 o/min er nominel hastighed:

n....... M.... P
o/min kNm. kW

27.... 182. 513
60.... 852 5354
150.... 77 1216"

Ved radien 20 m giver n=150 o/min hastigheden vp=314 m/s och acc. ap=4935 m/s^2.

Ved storm vs~50 m/s blir disse værdier tilsvarende større, så vi må håbe, at Poul-Henning Kamp nu forstår, at det ikke er latterligt at regne lidt på løbskkørsel af vindmøller (eller turbiner).

Alle andre forstår vel også, at vindmølleindustriens sikkerhedsarbejde er helt nødvendigt for teknikkens gode rygte.
Det gælder ikke mindst servicefolkets arbejde i møllerne.

Det kan illustreres med et andet eks.:
En sporvogn blev stående låst og bremset mit i trafikken i Gøteborg. Politi og folk stressede personalen til at koble sikkerheden bort, og sporvognen rullede ned og dræbte nogen af dem, der stod og ventede på den.

Lærdom: Vind- og potentiel energi er farligere, for de findes også, når man ikke ønsker, hilser Tyge

  • 0
  • 0

Hej Henrik

Igen tak for den yderst uddybende forklaring. Man skal godtnok holde tungen lige i munden når man læser beregningerne.
Nå, men det lyder som om konklutionen er, at man forsøger at optimere møllen til at yde mest på årsbasis - kontra det den koster at bygge (gear, generator osv), og så lever man med at man egentlig går glip af en hel masse effekt ved høje vindhastigheder. Er det ikke nogenlunde det du giver som grund?

Mvh Ricky (som for nylig er startet hos Vestas :-))

  • 0
  • 0

Henrik Stiesdal:
Alene grundigheden af din gennemgang sandsynliggør rigtigheden!
Jeg har optegnet vektordiagrammerne for vindens og vingens hastigheder ved trykcentret for vingen. Din indfaldsvinkel - både ved normal hastighed og ved den 50% større vindhastighed er vi enige om.
MEN ... der hvor min tvivl kommer ind, er alene der, hvor du oplyser:
"Ved denne indfaldsvinkel er det aerodynamiske profil i begyndende stall. Cl er ca. 1.25, og Cd er ca. 0.08. Profilet er altså mere effektivt end før, fordi opdriften er større og modstanden er mindre.
Vi beregner igen opdrift og modstand:
L = 0.5 x 1.225 x 1 x 63^2 x 1.25 N = 3040 N.
D = 0.5 x 1.225 x 1 x 63^2 x 0.08 N = 190 N.
Kraften Fp i rotorplanet, dvs. i drivretningen, er
Fp = sin(18 grader) x L - cos(18 grader) x D = (940 – 180) N = 760 N" . Citat slut.
Her indrømmer jeg, at min viden om "stall" er begrænset til lidt viden om flyvinger, hvor jeg har opfattet det sådan: ved stall svigter vingens bæreevne, så opdriften bliver mindre, og flyet taber højde. - Og dette sker jo ved lav hastighed, hvor vi taler om forøget hastighed for vindmøllevingen???
Men her siger du, at både den fremadrettede kraft på møllevingen (og altså momentet) og den bagudrettede (=opdriften på flyvingen) bliver større, - selv om vinden kommer ind "mere forfra".
Det er denne "uoverensstemmelse", der generer min blindtarm!
Og da jeg så ved, at endnu større vingehastighed nødvendigvis giver lille (eller nul, eller negativt) drejningsmoment, ja så tillod jeg mig at tvivle på det voksende moment.
PS. I min undervisning gennemgik jeg kun vindmøllens funktion ved normal drift, og viste hvorfor vingens profil er "snoet" for optimalt moment.
Kan du - med ord - forklare, hvorfor min opfattelse af "stall" her giver forkert resultat ???

  • 0
  • 0

Hej Ricky

Jo, det er en god opsummering af, hvordan man fastlægger hoveddata for en vindmølle. Man søger at frembringe en konstruktion, der kan levere den lavest mulige energipris, og det gøres ved at maksimere årsproduktionen pr. investering. Resultatet er et kompromis mellem rotordiameter og effekt. Man kunne sagtens lave en vindmølle med relativt lille rotor og stort transmissionssystem (gear og generator m.v.), og den ville være god til at udnytte høje vindhastigheder, men på årsbasis vil den bare have en alt for høj energipris.

Når man taler om disse ting, bruger man ofte begrebet ”rotorbelastning”. Det er et udtryk for, hvor meget man med sin generator belaster rotoren, og det beregnes ganske simpelt som generatoreffekten divideret med rotorarealet.

Før i tiden havde MW-vindmøllerne fra Bonus (nu Siemens Wind Power) en rotorbelastning på ca. 430 W/m2. Det havde vist sig at være et passende niveau for møller, som skulle anvendes på et bredt spektrum af placeringer, fra lav til høj middelvind. Som tiden er gået, har markedet imidlertid flyttet sig mere hen i retning af lavere middelvind, og derfor er nutidens møller generelt designet med lavere generatorbelastning. For den type, der sælger bedst for tiden, er belastningen således 340 W/m2.

Mvh Henrik Stiesdal

  • 0
  • 0

Hej Holger Skjerning

Det er jo lidt af en udfordring at skulle gøre det med ord, uden figurer, men jeg skal gøre et forsøg!

Stall-fænomenet på vindmøllevinger er præcis det samme fænomen som på flyvinger, og virkningen på opdrift og modstand er den samme, men konsekvensen er en anden.

Alle aerodynamiske profiler beregnet til at skabe opdrift har nogle grundlæggende træk til fælles. Ved en indfaldsvinkel på 0 grader (dvs. vind lige ind forfra på profilet) er opdriften (kraften vinkelret på den resulterende vind) og modstanden (kraften parallel med den resulterende vind) begge små. Ved stigende indfaldsvinkel øges opdriften næsten lineært med indfaldsvinklen. Modstanden øges også lidt, men som regel i meget begrænset omfang.

Ved en vis indfaldsvinkel ophører den lineære stigning af opdriften som funktion af indfaldsvinklen, og opdriften bliver nogenlunde konstant indenfor et begrænset vinkelområde. For højere indfaldsvinkler falder opdriften hurtigt, ofte til et plateau på måske ¾ af maksimalværdien. Ved høje indfaldsvinkler går liftkurven over i en sinusform, og ved en indfaldsvinkel på 90 grader er opdriften 0.

Ved den indfaldsvinkel, hvor opdriftens stigning ophører, stiger modstanden kraftigt. Årsagen til begge forhold er, at luftstrømningen på vingens overside (her bruger vi fly-terminologi – på vindmøllen er det læsiden) ikke længere følger vingen, men separerer i store, turbulente hvirvler. Man siger, at vingen staller.

Aerodynamiske profilers egenskaber klarlægges ved vindtunnelmålinger. Man bruger at beskrive dem ved en række koefficienter, herunder opdriftskoefficienten og modstandskoefficienten. Disse koefficienter bruges i den klassiske formel for kræfter fra en strømmende medium:

Kraft = ½ rho v^2 A C

Hvor C er hhv. opdriftskoefficienten Cl eller modstandskoefficienten Cd

For et moderne aerodynamisk profil med en tykkelse som den, der anvendes i flyvinger og i møllevinger, kan værdierne for Cl og Cd typisk være

Vinkel Cl Cd
0 0.47 0.01
4 0.93 0.01
8 1.30 0.01
12 1.38 0.03
16 1.36 0.08
20 1.20 0.19
25 1.04 0.31
30 1.02 0.44

Det ses, hvordan stall i området 12-16 grader indebærer, at opdriften ikke fortsætter stigningen fra de lave indfaldsvinkler, og at modstanden samtidig stiger kraftigt.

Lad os nu se på, hvad der sker i stall på hhv. en flyvemaskine og en vindmølle.

Hvis man flyver ligeud på normal vis i en flyvemaskine, er der ligevægt mellem opdrift og tyngdekraft.

Ved normal hastighed opererer man med en forholdsvis lav indfaldsvinkel. Hvis man nu reducerer på motoromdrejningstallet, bliver flyets hastighed mindre. Jfr. formlen ovenfor, bliver opdriften så også mindre, da hastigheden v reduceres, hvilket endda indgår kvadratisk i opdriften. For at holde højde er man derfor nødt til at forøge indfaldsvinklen, ellers er opdriften ikke længere lig med tyngdekraften. Man forøger i praksis indfaldsvinklen ved at stikke næsen på flyveren lidt mere opad.

Man kan jo så forsøge sig med igen at reducerer på motoromdrejningstallet, og samme historie vil gentage sig – hastigheden falder, derfor falder også opdriften, og for at holde højde er man igen nødt til at forøge indfaldsvinklen ved at stikke næsen på flyveren endnu lidt mere opad.

Det her går jo kun til en vis grænse. Når man kommer under en kritisk hastighed, fører det lille nøk opad med næsen til stall. Den forøgede indfaldsvinkel kommer op i området 12¬-16 grader. Her opnår man ikke den højere opdrift, som er nødvendig for at kompensere for den reducerede hastighed. Til gengæld stiger luftmodstanden på vingen kraftigt, hvilket yderligere reducerer hastigheden og gør situationen endnu værre. Flyveren ”falder igennem”. Hvis det sker på et moderne fly i stor højde, er skaden normalt ikke så stor – næsen vender nedad, så indfaldsvinklen igen bliver mindre, flyet dykker, så det får mere hastighed, begge dele tjener til at modvirke stall, og efter et dyk på måske et par hundrerde m kan man have hastighed nok igen. Men hvis det sker i lav højde, er der ikke plads til at få tingene på sporet igen, og så havarerer flyet.

Lad os så vende os mod vindmøllen, mere bestemt mod den ældre type, der havarerede på Djursland. På sådan en mølle er stall ikke et uønsket fænomen, der giver anledning til en havaririsiko, tværtimod er stall en metode til at regulere effekten.

Man fastholder med generatoren vingens hastighed i rotorplanet. Når den ydre vindhastighed stiger, forøges indfaldsvinklen. Over en vis vindhastighed optræder der stall, og møllen bliver mindre effektiv. Det sker ved vindhastigheder, hvor den tilgængelige effekt i vinden stiger kraftigt. Og det kan faktisk lade sig gøre at konstruere møllevinger, der netop får så meget ringere virkningsgrad i høj vind, at det passer med den forøgede effekt, der er til rådighed, så resultatet, dvs. den effekt, møllen yder, bliver nogenlunde konstant.

Ved normal drift i høj vind er indfaldsvinklen måske 25 grader. Her er vingen dybt stallet, opdriftskoefficienten er omkring 1, og modstanden er høj.

Når generatorbelastningen falder væk og møllen løber op i fart, kommer vinden ind ”mere forfra”, som du skriver. Det gør, at opdriften stiger kraftigt. Dels forøges vindhastigheden (som indgår kvadratisk i formlen til beregning af kraften), dels ændres indfaldsvinklen sig fra det dybt stallede område med en indfaldsvinkel omkring 25 grader, til det område, hvor det er lige før, profilet ikke længere er stallet, omkring 16 grader, hvor opdriftskoefficienten er højere. Opdriften stiger så kraftigt, at selv om den komposant, der trækker vingen fremad i rotorplanet, udgør en mindre andel af hele opdriften (fordi sinus til indfaldavinklen er mindre), er den alligevel meget større end før.

Vi valgte at regne ved en 50% hastighedsforøgelse, og det var der, vi havnede på en indfaldsvinkel på 16 grader. Hvis accelerationen fortsætter, bliver indfaldsvinklen mindre og mindre, og man kommer ned i det ustallede område. Her falder opdriften igen, og ved et tilstrækkeligt højt omløbstal bliver opdriftens komposant i drivretningen så lille, at der opstår ligevægt mellem den og modstandens komposant i den modsatte retning. Ved dette omløbstal ophører accelerationen.

Sammenfattende kan man sige, at når vindmøllen løber op i fart, er virkningen af den forøgede hastighed over profilet og den forøgede opdrift mere end rigelig til at kompensere for, at opdriftens komposant i drivretningen bliver relativt mindre, fordi vinden kommer ind ”mere forfra”.

Håber, det er tilstrækkelig forklaring, ellers skriv igen.

Mvh Henrik Stiesdal

  • 0
  • 0

Henrik: Fremragende forklaring, som jeg i mit energikursus ville give rent "13" for. - Ja, altså med en gamle skala!
Nu er jeg HELT overbevist, og jeg fortryder lidt, at dette fænomen ikke var med i min gennemgang.
Omvendt er du vist også med på, at min tvivl og fortolkning (uden denne stall-viden) var ret logisk.
Stor tak for din tålmodighed. Jeg vil nu fordøje denne viden, og evt. vende tilbage.
Du skylder næsten at fortælle, hvorfor du ligger med denne specialviden. Om ikke her så evt. til holgers@get2net.dk

  • 0
  • 0

Hej Holger

Også jeg er imponeret af Henrik, både viden og evne til at formidle.
Gå ind på:
http://www.windsofchange.dk/WOC-81-86.php#top
så forstår man "Virkelighedens hårde skole".

Vi, som sysler med damp- og gas-turbinehistorie, kan blive helt misundelige på vindkraften for dette arbejde, vi kender ikke tilsvarende, desværre.

Du kan også Google på Henrik Stiesdal for at finde mere teknik.

Mvh Tyge Vind, Ph. D. rotorstabilitet

  • 0
  • 0

Hej Holger Skjerning

Det er jo lidt af en udfordring at skulle gøre det med ord, uden figurer, men jeg skal gøre et forsøg!

Stall-fænomenet på vindmøllevinger er præcis det samme fænomen som på flyvinger, og virkningen på opdrift og modstand er den samme, men konsekvensen er en anden.
...
...
Sammenfattende kan man sige, at når vindmøllen løber op i fart, er virkningen af den forøgede hastighed over profilet og den forøgede opdrift mere end rigelig til at kompensere for, at opdriftens komposant i drivretningen bliver relativt mindre, fordi vinden kommer ind ”mere forfra”.

Håber, det er tilstrækkelig forklaring, ellers skriv igen.

Mvh Henrik Stiesdal

OK, det bliver jeg så nødt til at gøre! ;-) Der er jo den forskel mellem flyvinger og rotorvinger at hastigheden ikke er den samme for rotorvingens tip og rod. Nu kommer du vel ikke specifikt ind på det at indfaldsvinkelen varierer for rotorvingen, men jeg kunne tænke mig en lille uddybning på dette punkt. Jeg ved ikke om rotorvingen normalt er vredet sådan at den staller samtidigt over hele vingen? Man kunne vel i princippet udnytte en over- eller underkompensation mht indfaldsvinkelen; gør man det i praksis?

  • 0
  • 0

Hej Henrik

Idet jeg forstår hvis du er ved at være udmattet af alle de lange besvarelser, tillader jeg mig at spørge dig (eller andre der har lyst til at svare) om en ting der har plaget mit hoved lidt på det sidste. Og det har ikke noget med vindmøller at gøre, men med moment og effekt i en bil:
Hvis jeg ønsker at lave den hurtigst mulige overhaling, og at der under denne forekommer et gearskifte, bør man så skifte gear lige efter maks-moment-rpm eller lige efter maks-effekt-rpm? Med andre ord, hvor accellerer bilen hårdest? Min fornemmelse siger ved maks-effekt, men hvis jeg tænker mig om, kommer jeg i stedet frem til maks-moment.
Nogen der har et bud?

Mvh Ricky

P.S. Dette er da vist ved at være en af de længste debattråde her på sitet.

  • 0
  • 0

Til Holger:
Tak for de venlige bemærkninger! Man bliver aldrig for gammel til at fornøje sig over, at nogen har kunnet bruge ens forklaringer til noget.

Og ja, jeg kan sagtens forstå din tvivl og første fortolkning, det ville være helt naturstridigt at have et andet udgangspunkt.

Der er en meget simpel forklaring på, at jeg og mange andre fra den tidlige generation af møllefolk (heriblandt Peter Hjuler, Flemming Rasmussen og Strange Skriver, der også blev inviteret af Ingeniøren til at bidrage i denne forbindelse, samt eksempelvis Erik Grove-Nielsen, hvis arkiv-sider Tyge henviser til ovenfor) ligger inde med specialviden på området. Forklaringen er, at også vi til at begynde med i pionertiden tilbage i 1970’erne stod lidt undrende overfor, hvad der egentlig foregik. Og at vi derfor var nødt til at sætte os grundigt ind i sagerne for at forstå mekanismerne.

Stall-regulering af vindmøller var kendt fra bl.a. Gedser-møllen, og denne reguleringsform var med sine simple virkemidler eminent egnet til selvbyggere og den tidlige industri, fordi man ikke behøvede lave drejemekanismer til vingernes montage på navet. Man kunne nøjes med at bolte vingerne fast til navet, forudsat at vingeform, indstillingsvinkel på navet, omløbstal og generatoreffekt var nøje afpasset til hinanden. Så alt var såre godt – hvis bare man sørgede for at holde møllen under kontrol. Men kom man for skade at slippe den i høj vind, tog pokker ved den, og var den først løbet løbsk, kunne den ikke bremses igen. Det forekom umiddelbart ikke logisk, netop som du selv har påpeget - hvorfor pokker var bremsen så nyttesløs, blev glødende uden at det rigtig battede noget? Der skulle flere havarier til dengang, før vi rigtig begyndte at forstå, hvad der foregik. Da først erkendelserne var der, blev det til gengæld pligtviden for mølleingeniører at kunne forklare stall. Og erkendelsen af det umulige i at nedbremse med en mekanisk bremse, når først møllen løb løbsk, førte også til udviklingen af luftbremser. Det var noget, Erik Grove-Nielsen (nævnt ovenfor) var nøglespilleren i.

Nu om stunder er stall-fænomenet ikke længere pligtviden for nye ingeniører, for med den pitchregulering, som alle nyere møller anvender, kommer man kun undtagelsesvist ind i stall-området.

Til John:
Ja, det er fuldstændig korrekt, at en vindmøllevinge adskiller sig fra en flyvinge derved, at hverken rotationshastighed eller indfaldsvinkel er den samme ud ad en vindmøllevinge. Disse værdier afhænger af den radielle position. Her har en møllevinge mere til fælles med en flyvemaskines propel eller med en skibsskrue.

Det var for at kunne gøre en nødvendig simplifikation, at jeg valgte at lave forklaringerne med reference til trykcenteret, dvs. et sted på vingen, der kan siges at være repræsentativt for, hvad den oplever. Det blev såmænd langt nok endda!

En vindmøllevinge er rent faktisk vredet, så man i et vist omfang korrigerer for, hvordan indfaldsvinklen ændrer sig med positionen ud ad vingen. Og det er for at kompensere for den lavere hastighed rundt i rotorplanet, at den inderste del af vingen er bredere end den yderste. Men man kan ikke få det til at passe ved alle vindhastigheder, og hvis man skulle lave den inderste del helt optimalt, ville den blive både bredere og mere ubekvemt vredet, end der er praktisk af hensyn til fremstilling og transport. Derfor er formen på den inderste del af vingen altid et kompromis mellem, hvad man kunne ønske sig rent aerodynamisk, og hvad der er praktisk muligt.

En konsekvens af, at den inderste del af vingen ikke har den helt ideelle aerodynamiske form er, at den staller før resten. Med din terminologi en form for overkompensation mht. indfaldsvinklen, som bliver for stor på vingens inderste del.

Her er der nu i øvrigt en spøjs detalje. Stall på den inderste del sker ikke ved så lav vind, som man umiddelbart beregner sig til med helt klassiske beregningsmetoder baseret på propelteori. Forklaringen på det er en anden forskel mellem flyvinger og møllevinger: På flyvinger optræder der kun meget begrænset strømning ud ad vingen, men på møllevinger kan der være en ret kraftig radial komposant af strømningen over vingen, og den har tendens til at forsinke stall på vingens inderste del. Det var en del af forklaringen på, at man i de tidlige år til tider havde svært ved at undgå, at møllerne ville producere for høj effekt i høj vind. De stallede simpelthen for sent.

Til Ricky:
Når man skal regne på acceleration, skal man have fat i den mest klassiske af alle klassikerne, nemlig Newton’s 2. lov:

Kraft = masse x acceleration

Hvis man gerne vil have høj acceleration, og massen er konstant, så skal man maksimere sin forskydningskraft mod vejbanen. Så længe der ikke forekommer skridning mellem hjul og vejbane, er forskydningskraften lig med drejningsmomentet divideret med hjulets radius. Derfor: Det er drejningsmomentet, der skal være maksimalt.

Effekten er jo kraften gange hastigheden. Der indgår imidlertid ikke noget med hastigheden i disse betragtninger, og effekten er derfor ikke relevant.

I denne sag vandt din omtanke altså over fornemmelsen!

I øvrigt kan det være en smule mere indviklet end som så. Den samlede acceleration afhænger jo ikke alene af momentet lige før gearskiftet, men også momentet lige efter. Hvis momentet stiger jævnt op mod et plateau, kan det give mening at vente til et omløbstal, der er en smule over omløbstallet for maksimalt moment, for så er momentet efter gearskiftet lidt højere, og den samlede acceleration kan derved optimeres. Det kan man beregne ud fra momentkurven.

Men uanset hvad, så er det altså momentet og ikke effekten, der tæller, når man skal maksimere sin acceleration.

Mvh Henrik Stiesdal

  • 0
  • 0

Jeg vil gerne kommentere det med maksimal acc.
Forklaringen er sådan set perfekt, men jeg vil give Ricky Rølle et par positive ord:
Hvis du kører i f.eks. 4. gear, så vil acc. være maksimal, når momentet er maks. - Men effekten vokser med omløbstallet (moment*omløbstal).
Hvis du så skifter til 3. gear, løber din motor hurtigere, og både effekten og accelerationen bliver større - ved SAMME moment (hvis momentkurven er nogenlunde flad). Og det passer sammen, fordi momentet ved hjulene bliver større pga. det lavere gear. Og acc. altså også større! - Så juridisk (og fysisk!) KAN man vel påstå, at højere effekt giver højere acceleration !!!
Så de to beskrivelser er to sider af samme sag. Og så er Ricky's tvivl jo ganske forståelig.
Man kan også sige det på en anden (mere folkelig) måde: Det er motorens EFFEKT, der bliver til bilens kinetiske energi. - Og det betyder jo, at den kinetiske energi vokser hurtigst, hvis effekten er maksimal. - Og dermed også maks. acceleration.
Men maks. maks. acc. opnås (som Henrik skrev) ved at skifte gear ved de rigtige omløbstal, så både moment og effekt er tæt på det maksimale! - Evt. med en trinløs udveksling!
Er vi enige????

  • 0
  • 0

Jeps - vi er enige.

I mit svar begik jeg den synd at teoretisere uden at se nærmere på data. Gamle Newton har selvsagt stadig ret, men forbeholdet om gearingen vejer rent faktisk så tungt, at det kommer til at dominere.

Lidt data:

En klassisk bilmotor har en momentkurve, der kan tilnærmes ganske godt med et polynomium. Momentet er

M = -4 n^2 + 40n

hvor M er momentet i % af maksimalt og n er motoromløbstallet i 1000 o/min.

Maksimalt moment opnås ved 5000 o/min. Ved 6000 o/min er momentet 96% af nominelt, og ved 7000 o/min er momentet 84% af nominelt.

Det er altså ved 5000 o/min, man har maksimalt moment og dermed også maksimal acceleration.

MEN: I en normal bil er springene i gearing på vej opad gennem gearene normalt altid sådan, at udvekslingen i næste højere gear er mindre end 84% af udvekslingen i det foregående gear. Springene er størst mellem de lave gear, så 2.gear typisk kan have en udveksling på 60% af udvekslingen i 1. gear, og så 5. gear typisk kan have en udveksling på 80% af udvekslingen i 4. gear.

Da momentet reduceres til 84% ved at gå fra 5000 o/min (max moment) til 7000 o/min (max omløbstal), mens ethvert geartrin reducerer udvekslingen med mellem 60% og 80%, må konklusionen være, at man skal vente med at skifte gear, til omdrejningstælleren står på det maksimalt tilladte. Det vil i praksis sige maksimal effekt.

Så svaret burde have været: Den største acceleration opnås i det enkelte gear ved toppunktet af momentkurven (der i eksemplet ovenfor er 5000 o/min), men det bedste sted at skifte er, hvor momentet er faldet til samme procent af det maksimale moment som det højere gears udveksling er i procent af det aktuelle gear. I praksis vil det normalt sige, at det bedste sted at skifte er nær max. omløbstal.

Mvh Henrik Stiesdal

  • 0
  • 0

Puha, den var ikke så simpel alligevel :-) Og tak for de grundige svar.
Jeg er også af den klare opfattelse (erfaring), at på benzinmotorer (specielt motorcykler) skal motoren bare have masser af omdrejninger for at trække maksimalt, men jeg burde nok have nævt at den pågældende bil er en diesel.
Specs. er: maks effekt 66 kW ved 4000 rpm og maks moment 205 NM ved 1900 rpm. Altså en temmelig stor forskel i de to omdrejningstal - hvilket også må gøre spørgsmålet ekstra relevant.
Uden jeg altså har nogen målinger på det, så opleves det som om det overhovedet ikke kan betale sig at køre den længere op end 25-2600 rpm. Så lige for denne bil (Peugeot 206) virker det som om man skal holde sig i nærheden af maks moment.
Nå, nu skal denne tråd jo heller ikke blive en ørkenvandring ud i momenter (selv om den er ret interessant). Så besvar kun hvis I har lyst :-)

Mvh Ricky

  • 0
  • 0

Hej Ricky

Jeg tror, vi holder her - vi er efterhånden kommet langt fra spørgsmålet om den teknologiske baggrund relevant for et møllehavari, og det kniber, at der er tid i dagen til at bruge krudt på detaljer i bilers acceleration.

Derfor: Held og lykke med optimeringen af accelerationen!

Mvh Henrik Stiesdal

  • 0
  • 0

Jeg har længe forgæves forsøgt at få folk i Ingeniørens maskinrum til at rette op på nogle debattråde hvor jeg har deltaget, men hvor mit navn er blevet udskiftet med "Kim Ståhl"! Jeg ved ikke hvem "Kim Ståhl" er, men en "pilfinger" har været inde i Ingeniørens arkiv og ændret "John Larsson" til "Kim Ståhl"! Da denne fejl ifølge Ingeniørens webansvarlige i dag ikke kan rettes, bliver jeg nødt til at deklarerere følgende:

"Ingeniøren har i sit debatarkiv en række tråde med min deltagelse, men hvor mit navn, John Larsson, er blevet erstattet med "Kim Ståhl". Jeg har undersøgt alle debattråde, hvor navnet "Kim Ståhl" forekommer. Alle disse debatindlæg med forfatteren "Kim Ståhl" er forfattet af mig, John Larsson, og jeg har derfor nu valgt at komme med denne rettelse i alle de korrupte debattråde!

Venlig hilsen
John Larsson"

  • 0
  • 0

Men godt at se at du stadig er i live og holder galden flydende :-)
Navnet overfor minder mig lidt om en værkfører eller sådan noget på en forlængst nedlagt fabrik, men han er nok sagesløs i dette!
Hvad skete der dengang du stoppede med at skrive?
(Kender godt dette at blive uvenner med en avis, for mit vedkommende blev det så bare Pølletikken - eller egentlig ophørte det vel bare af sig selv)

  • 0
  • 0

Nja, Jens Arne, det der med "galde" er vel forhåbentlig ikke det jeg har været mest kendt for, men jeg synes at det er lidt sølle at et seriøst debatforum ikke kan finde ud at rette op på en åbenlyst forkert forfatter!
Jeg er ikke og har heller aldrig været uvenner med Ingeniøren; jeg var jo langt tidligere en honoreret free lance-medarbejder. Det skete bare det at den daværende chefredaktør ikke kunne lide et af mine indlæg, så han fjernede det bare uden at fortælle mig noget om årsagen. Jeg troede at jeg bare havde glemt at trykke "send" og forsøgte mig igen et par dage senere. Det blev straks fjernet samtidig med min adgang til at skrive. Jeg fik en mail om at jeg ikke kunne være med mere, hvis jeg ikke lovede at opføre mig ordentlig! Da, jeg aldrig kunne få den daværende chefredaktør til at forklare hvordan jeg havde været "uordentlig", kunne jeg selvfølgelig ikke love ham at være "ordentlig". Derfor kunne jeg ikke skrive skrive og forklare sagen for alle dem der der i debatten spurgte hvor jeg var blevet af henne! Der var jo ikke FB-adgang den gang!

  • 0
  • 0