Spørg Fagfolket: Hvorfor er vingerne forskellige på vindmøller og bordventilatorer?
more_vert
close

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

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Spørg Fagfolket: Hvorfor er vingerne forskellige på vindmøller og bordventilatorer?

Illustration: Bigstock/AlexLMX

Vores læser Amir Shahar har spurgt:

Hvorfor er der forskel på formen af vindmøllevinger og vingerne på en bordventilator?

Udover at vindmøllen drejes af vinden, og ventilatoren flytter luften, er der markant forskel, da vindmøllevinger er meget slanke, og ventilatorvinger er meget brede.

Læs også: Spørg Fagfolket: Hvorfor er der så få vindmøller i Grønland?

Henrik Stiesdal, opfinder og vindmøllepionér, svarer:

Der er flere årsager til, at der er forskel på formen af vindmøllevinger og formen af vingerne på en bordventilator.

Den mest fundamentale årsag er, at de to apparater, vindmøllen og ventilatoren, har forskellig funktion. Vindmøllen bremser luften op, og som følge af det producerer den nyttig energi, som regel i form af elektricitet. Ventilatoren accelererer luften, og som følge af det forbruger den nyttig energi, igen som regel i form af elektricitet.

Man kunne måske tænke, at den ene proces bare er det omvendte af den anden, og at det må komme ud på et, men sådan er det ikke.

En vindmølle er som nævnt et apparat, der opbremser vind og derved konverterer energi fra vinden. Det var nærliggende at tro, at så gælder det om at bremse vinden så meget op som muligt, men det duer ikke i virkeligheden, fordi luften så kommer til at ligge helt stille bag vindmøllen og derfor ikke kan slippe væk og give plads til, at ny luft kan komme gennem rotoren.

Derfor tilpasser man vindmøllens vinger, så luften bremses passende op. Nok til at man udnytter det meste af energien, men ikke så meget, at luften ikke kan slippe væk.

Læs også: Spørg Fagfolket: Hvordan løber strømmen fra min husstandsvindmølle?

Den ideelle vingebredde

Det viser sig, at man får det bedste resultat, hvis man opbremser vinden, så den et stykke bag møllen har 1/3 af sin oprindelige hastighed. Ved denne opbremsning yder en ideel vindmølle ca. 60 procent af det teoretiske maksimum.

En rigtig vindmølle har ikke ideel aerodynamik og har desuden forskellige tab i generator, frekvensomformer m.v., så den udnytter typisk omkring 45 procent af vindens energi.

Hvis vingerne er er for smalle, udtrækker vingerne ikke al den energi fra vinden, som de burde og lader for meget 'slippe igennem'. Hvis vingerne omvendt er for brede, bremser vindmøllen luften for meget op, og så falder vindmøllens produktion også.

Den ideelle vingebredde gange antallet af vinger er en konstant. Det vil sige, at en tovinget vindmølle, der kører med samme omløbstal som en trevinget mølle, skal have vinger, der er 50 procent bredere. Og en firevinget mølle skal have vinger, der er 33 procent smallere for at fungere lige så godt i den samlede rotor.

En ventilator er derimod et apparat, som accelererer luft ved at konvertere energi, typisk el. Her er der ikke nogen øvre grænser for, hvor meget luften kan accelereres. Man kan sætte lige så mange vinger på, som man vil, og de kan være lige så brede, som man har lyst til, det gælder bare om, at ventilatorens motor skal kunne trække rotoren.

Læs også: Spørg Fagfolket: Hvorfor 3D-printer man ikke vindmøllevingerne?

Stilhed koster penge

Propellerne på flyvemaskiner fungerer rent principielt på samme måde som bordventilatoren, altså ved at accelerere luften. Flyvemaskiner fra tiden op til 2. verdenskrig havde som regel to- eller trebladede propeller, med relativt slanke vinger, som kunne minde om vindmøllevinger. Når de var så smalle, skyldtes det, at datidens motorer simpelthen ikke kunne trække bredere blade.

Under krigen fik man udviklet kraftigere motorer, og så begyndte der at komme firebladede propeller med bredere blade.

Efter krigen blev stempelmotorerne afløst af de meget kraftigere turbinemotorer, og så begyndte fem- og seksbladede propeller at dukke op med endnu bredere blade. Sådanne moderne propeller er i stand til at accelerere luften meget mere end en faktor 3, som ville være ”det omvendte” af den optimale opbremsning til 1/3, som man efterstræber ved design af en vindmølle.

Ud over denne fundamentale forskel på vindmøller og ventilatorer er der en mere praktisk forskel, som har at gøre med selve anvendelsen. Bordventilatoren har jo netop det formål at stå på et bord og ventilere uden at lave for meget støj. Både for vindmøller og for ventilatorer gælder det, at vingebredden er omvendt proportional med kvadratet på rotationshastigheden. Jo hurtigere rotation, desto smallere vinger.

Men hurtig rotation er også ensbetydende med et højere støjniveau. Derfor kører bordventilatorer, som helst skal være støjsvage, typisk meget langsommere end industrielle ventilatorer af samme størrelse. Motorstørrelsen og dermed prisen bestemmes af drejningsmomentet, så hvis man fordobler omløbstallet, får man den dobbelte effekt for samme pris på motoren. Derfor er et højere omløbstal billigere, så hvis prisen betyder mere end støjen, kører man hurtigere med sin ventilator.

Spørg fagfolket

Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Hvad er så forskellen ved brug af en enkel rotor Vs multiple rotors som der nu oftest ses ved droner, flyvende biler etc? Det overstrøgne areal er jo ofte noget mindre....

  • 0
  • 0

Hvad er så forskellen ved brug af en enkel rotor Vs multiple rotors som der nu oftest ses ved droner, flyvende biler etc? Det overstrøgne areal er jo ofte noget mindre....

Ja, med det mindre overstrøgne areal må det jo kræve en større effekt at holde maskinen i luften. Med en lille drone er problemet jo nok overskueligt, da vægten vel stort set skalerer med kuben på størrelsen, mens overstrøget areal skalerer med kvadratet på størrelsen.
Fordelen er vel, at man kun behøver simple fastmonterede rotorer med faste blade og kan styre ved at regulere effekten forskelligt for hver enkelt rotor.

Men kan kan jo også have et stort overstrøget areal med flere rotorer. Det er jo hvad man har benyttet sig af ved menneskedrevne helikoptere. Her har man anvendte flere store men meget langsomt drejende rotorer. Men der skal vist alligevel trædes godt til i pedalerne!

  • 0
  • 0

En "normal" helikopter har kun een rotor, og rotorens omdrejningsmoment vil få kroppen til at dreje modsat. Det kompenseres med halerotoren.

Samme gælder en drone - men ved at bruge flere rotorer ophæver drejningsmomentet hinanden (lettest at forstå med et lige antal rotorer). Det er så dels en simplere konstruktion (end at tilføje en lodret "hale-rotor"), dels skal styringen ikke kompensere for rotation - altså meget simplere.

Måske, med udgangspunkti artiklen, er det billigere at lave flere små elmotorer til en drone, end f.eks. to store. Effekten er jo stort set den samme (samme masse = samme effekt; hastighed ufortalt). Mon ikke små, elmotorer med permanente magneter har stort moment og stor efffekt, relativt til pris ?
(Igen med udgangspunkti artiklen: hvorfor er mange ventilatorer til bad små, og hurtigt roterende med højt støjniveau ? Sikkert den billigste konstruktion - og til Ø100 mm eller lignende aftræk.

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten