Fliegendes Kleinwindenergiekraftwerk altaerosenergies /

1. Fliegendes Kleinwindenergiekraftwerk http://www.altaerosenergies.com/ Der elektrische Strom gelangt überdie Halteleinen zum Boden!

2. … neuer interessanter Link http://www.cnn.com/2014/05/12/tech/innovation/big-idea-airborne-wind-turbines/ … Google investiert in ein ähnliches Konzept

3. Frank Kameier Strömungstechnik II 8. Vorlesung Strömungsmaschinen Ventilatoren / Radialverdichter • Grundlagen • Regelung und Energieeffizienz • Strömung in Laufrad und Spiralgehäuse von Radialventilatoren

4. Aufbau eines Radialventilators http://mv.fh-duesseldorf.de/d_pers/Kameier_Frank/d_lehre/a_stroemungstechnik/Skript_stroemaschinen.pdf

5. Spiralgehäuse Jeder Ventilator ohne Gehäuse mit logarithmischer Spirale kann aerodynamisch verbessert werden! Vier-Radien-Methode (Bommes) http://mv.fh-duesseldorf.de/d_pers/Kameier_Frank/d_lehre/a_stroemungstechnik/Skript_stroemaschinen.pdf

6. Was versteht man unter einem Ventilator? Welche Rolle spielt die Kompressibilität der Luft?  Druckerhöhung < 30000 Pa Ventilatoren ideale Gasgleichung 1_HDT_Ventilatoren_dichte_differenzdruck060313.xlsx

7. Was versteht man unter einem Ventilator? Temperaturerhöhung in Folge einer Druckänderung (kompressible Strömung, Ventilator) Faustformel: pro 1000 Pa Druckerhöhung ergibt sich 1K Temperaturerhöhung 2_HDT_Ventilatoren_isentrope_temperaturerhoehung_excel2010_060313.xlsx

8. Was versteht man unter einem Ventilator? Kompressible Strömungen aus den Isentropenbeziehungen,vgl. Schade/Kunz/Paschereit/Kameier (2007) 3_HDT_Ventilatoren_kompressibel_inkompressibel_excel2010_060313_lösung.xlsx

9. Was versteht man unter einem Ventilator? Kompressible Strömung – Näherung mit mittlerer Dichte (hier: Staubsaugergebläse) Y=

10. Was versteht man unter einem Ventilator? Wann ist ein Ventilator effizient? GültignurfürRadialventilatormitrückwärtsgekrümmtenSchaufeln (efficiency grade 61 )! ErPCOMMISSION REGULATION (EU): implementing Directive 2009/125/EC of the European Parliament and of the Council with regard to ecodesign requirements for fans driven by motors with an electric input power between 125 W and 500 kW, No 327/2011, 30 March 2011

11. Was versteht man unter einem Ventilator? Wann ist ein Ventilator besonders effizient? 1.) Die Strömung muss den Schaufeln des Rotors folgen. 2.) Die Umlenkungzwischenrotierendem und raumfestem System muss optimal sein: Rotor und Stator (Laufrad und Gehäuse) müssen so nah wie möglichaneinandergrenzen! Diese Abstände müssen klein sein! Nachteil: Ventilator wird laut!

12. VDI 2081 Geräuscherzeugung und Lärmminderung in Raumlufttechnischen Anlagen Was versteht man unter einem Ventilator? Wie ermittelt man die „Akustik“ eines Ventilators?

13. Was versteht man unter einem Ventilator? VDI 2081 Geräuscherzeugung und Lärmminderung in Raumlufttechnischen Anlagen Schallleistungspegel=Schalldruckpegel + durchschallte Fläche (A0=1m2) 4_HDT_Ventilatoren_Prognose_Lw_ueber_St_011013.xlsx

14. Lüfterkennlinie • Wirkungsgrad • Schallpegel Im optimalen Betriebspunkt sind  der Wirkungsgrad maximal der Schallpegel minimal • V Δp Kennlinie optimaler Betriebspunkt η Wirkungsgrad Lw Schalldruckpegel

15. Euler-Diagramm - Drehimpulsbilanz - Verluste

16. Energieeffizienz versus Geräusche http://www.venti-oelde.de/download/prospekte/grossventilatoren-de.pdf

17. Regelung von Ventilatoren -Drosselklappe http://www.venti-oelde.de/download/prospekte/grossventilatoren-de.pdf

18. Regelung von Ventilatoren - Drallregler http://www.venti-oelde.de/download/prospekte/grossventilatoren-de.pdf

19. Regelung von Ventilatoren - Drehzahlreglung http://www.venti-oelde.de/download/prospekte/grossventilatoren-de.pdf

20. Drehzahlregelung  Abschaltung eines Großkraftwerks in der BRD Radgen (2002), Fraunhofer-Institut für Systemtechnik und Innovationsforschung, Karlsruhe 1 – Drosselklappe 2 – Drallregler 3 – Drehzahlreglung http://www.venti-oelde.de/download/prospekte/grossventilatoren-de.pdf

21. Klimazentralgerät mit freilaufendem Radialventilator (Fa. Rox)

22. Vergleich mit und ohne Spiralgehäuse über 10 %-Punkte Wirkungsgraddifferenz Siepert, H., Kennfeldverlauf eines Radialrades mit und ohne Spiralgehäuse, HLH Bd. 58, Nr. 8, 2007

23. Radialventilator – Betrieb in einem Trocknungsofen (warm/kalt Betrieb) ungeregelter Weg - Stand der Technik - idealer Weg (temperaturgeregelte Drehzahl) kalt warm 15_HDT_Trocknungsofen_kalt_warm_Kennlinienhochrechnung_070313.xls

24. Frank Kameier (Professor for Fluid Mechanics and Acoustics) Sophia Schönwald Robert Heinze Tobias Pohlmann University of Applied Sciences Dept. of Mechanical & Process Engineering - Institute of Sound and Vibration Engineering - Industrial centrifugal fans – low energy consumption and low noise design Introduction / State-of-the-art The Cordier-Diagram Influence of blade design on efficiency The “Düsseldorf” design methodology CFD results Summary http://en.wikipedia.org/wiki/Centrifugal_fan

25. Industrial ventilation fan for a broad operating range There is no benefit of a centrifugal fan with forward curved blades to a machine with backwards curved Blades. … the common industrial view is different!

26. The Diagram of Otto Cordier from 1953 non-dimensional rotor speed Which machine can provide pressure rise and flow rate with high efficiency? non-dimensional rotor diameter

27. The Cordier-Diagram by WilliBohl 1980 non-dimensional rotor speed (specific speed) compressors turbines Which machine can provide pressure rise and flow rate with high efficiency? The impeller design influences the overall efficiency! specificspeed Not considered in the Cordier-Diagram! non-dimensional rotor diameter (specific diameter) specificdiameter

28. Different blade curvatures of centrifugal fans radial tipped forwardcurved backwardcurved

29. Influence of the blade design on efficiency, pressure rise and the non-dimensional power

30. Performance in comparison backwards/forward curved blades “Backwards curved” needs higher rotational speed and results in same performance with much higher efficiency!

31. “Düsseldorf” design tool Graphical user interface based on EXCEL connected to AutoDesk for 3-D design.

32. “Düsseldorf” design procedure

33. “Düsseldorf” impeller design (Bommes – design concept) impeller/inlet nozzle gap - a main importance from acoustical point of view

34. “Düsseldorf” impeller design (Bommes – design concept) Horvat (2009) found new impeller /casing position for an improved acoustics. (Cut-off with big round nose and moved position into the casing volute.)

35. “Düsseldorf” impeller design (Bommes – design concept) 3-D design of casing and impeller are available for further CFD and FEM calculations.

36. Investigation of up-stream effects on the flow in an impeller blade section impellerwithvolutecasing free-wheelingimpeller withoutcasing

37. Investigation of up-stream effects on the flow in an impeller blade section free-wheelingimpeller withoutcasing impellerwithvolutecasing

38. Investigation of up-stream effects on the flow in an impeller blade section free-wheelingimpeller withoutcasing impellerwithvolutecasing … fromacousticspointofview: withvolute – no blade passingfrequencyfree-wheelingimpeller – with blade passing frequency

39. Variation of the casing width – Ph.d.-Thesis Schönwald 2014 30% increasedwidth 60% increasedwidth

40. Variation of the casing width – Ph.d.-Thesis Schönwald 2014 30% increasedwidth 60% increasedwidth

41. Variation of the casing width Original 60% increased width

42. Summary – • Industrial centrifugal fans – low energy consumption and low noise design • Centrifugal fans designed with the guidelines of L. Bommes have anefficiency up to 87% with moderate noise emission. • The “Düsseldorf” design concept allows to design a complete machine for any application in a few steps. • The “too” often used centrifugal fans with forward curved blades should not be used any more. The efficiency of 60 % results in “energy wasting”. For a permanent running 20 kW machine around 6000 € could be saved in one year. • Accurate CFD calculations are only possible with a hexahedral impeller grid and transient calculations over a minimum of 3 revolutions.

43. Optimale Position der Einlaufdüse - Einfluss der Spaltströmung auf die Kennlinien - http://mv.fh-duesseldorf.de/d_pers/Kameier_Frank/d_lehre/a_stroemungstechnik/Skript_stroemaschinen.pdf

44. Optimale Position der Einlaufdüse - Einfluss der Spaltströmung auf die Kennlinien - 44

45. Parametrisierung der Radien (Positionierung der Einlaufdüse) Einlaufdüsenradius Spaltweite Spaltlänge Die gedachte Verlängerung der Tangente am inneren Ende der Einlaufdüse soll den Deckscheibenradius durch beide Enden schneiden. Deckscheibenradius

46. Strömungsführung des Spaltstroms (CFD-Rechnung) Optimale FührungSekundärströmung in der Ecke

47. Abgedichteter Spalt an der Einlaufdüse 47 DichtbandAbdichtung des Spaltes zwischen Laufrad und Einlaufdüse.

48. Dimensionsloses Kennfeld – mit und ohne abgedichtetem Spalt Aufwertung der Ventilatorkennlinie durch Abdichtung des Spaltes.

49. Spezifischer Schallleistungspegel: Normierung auf die Förderleistung Der spezifischer Schallleistungspegel nach Madison … … ermöglicht eine Vergleichbarkeit von Strömungsmaschinen unterschiedlicher Bautypen. Referenzgrößen

50. Spezifischer Schallleistungspegel versus Wirkungsgrad „effizient“ abernicht „leise“ „effizient“ abernicht „leise“ Der Spalt ist Bauteil mit akustischem Einfluss! Der Spalt ist Bauteil mit akustischem Einfluss!