KD 802 over VIRYA-1.99 beschikbaar

[Adriaan Kragten]

Mijn nieuwste rapport KD 802 kan gratis gekopieerd worden van mijn website: www.kdwindturbines.nl onder het menu KD reports. De titel van KD 802 is: "Calculations executed for the 3-bladed rotor of the VIRYA-1.99 windmill (lambda design = 4.5, stainless steel blades) with the hinged side vane safety system using the generator of Hefei Top Grand type TGET260-0.5KW-350R for 24 V battery charging". Omdat er in Nederland geen bouwvergunning voor een windturbine nodig is als de rotordiameter kleiner is dan 2 m, denk ik dat er wel een markt voor de VIRYA-1.99 is. De rotor is afgeleid van de VIRYA-1.8 en de bladen en de naafplaat kunnen daardoor gemaakt worden met gereedschappen die ik al heb.

[Slooij]

dat is een mooi type ik ben benieuwd hoe groot legaal een vawt kan zijn.

[Adriaan Kragten]

Ik denk dat je voor een VAWT aan dezelfde eisen moet voldoen; dus diameter en hoogte kleiner dan 2 m. De Cp van een VAWT is echter aanmerkelijk lager dan die van de VIRYA-1.99, vooral als de VAWT geen liftmachine is. Een Darrieus rotor is wel een lift machine maar bij kleine afmetingen zijn de vereiste symmetrische profielen gevoelig voor overtrekken om dat de Reynoldswaarde laag is. Je mag dan blij zijn als je een Cp van 0,3 haalt. Daarbij heeft een Darrieus rotor geen startkoppel en moet de generator als motor kunnen werken om hem te laten aanlopen. Een Savonious rotor is nog slechter omdat hij gedeeltelijk op weerstand en gedeeltelijk op lift werkt. De maximum Cp is ongeveer 0,22. Een zuivere weerstandmachine, zoals een cup anemometer, haalt maar een maximum Cp van ongeveer 0,05. Een ander belangrijk nadeel van een VAWT is dat de rotor niet te beveiligen is omdat je hem niet uit de wind kunt draaien en bladverstelling is ook geen technisch acceptabele optie. Het materiaalverbruik van een Savonious rotor met een diameter en hoogte van 1,99 m is gigantisch en zeker een factor tien hoger dan dat van de VIRYA-1.99. Daarbij krijg je het geleverde vermogen bij een heel laag toerental en heb je of een hele zware generator nodig of een lichte generator met een versnellende overbrenging. Geen enkele VAWT zal ook maar enigszins kunnen concurreren met de VIRYA-1.99.

De VIRYA-1.99 heeft een maximum Cp van ongeveer 0,4 en een maximum vermogen bij 24 V acculaden van ongeveer 300 W bij V = 10 m/s. De cut-in windsnelheid ligt lager dan 3 m/s. Daar kun je dus toch wel wat mee ook al is de rotordiameter maar beperkt.

[Adriaan Kragten]

Ik heb nog wat onderzoek gedaan naar het al of niet nodig zijn van een bouwvergunning. Onder de 2 m rotordiameter is geen milieu rapportage nodig. Dat wordt vaak zo uitgelegd dat er dan ook geen bouwvergunning nodig is maar dat klopt niet. Of er een bouwvergunning nodig is, hangt af van de gemeente. Maar de ervaring is dat je beter geen slapende honden wakker kunt maken en dat je in het buitengebied zonder problemen een kleine windmolen kunt neerzetten als je geen buren hebt. Maar in een woonwijk ligt het anders als je buren hebt die kunnen gaan klagen. Soms is dat ook terecht omdat er kleine windturbines zijn zonder beveiliging of met rotoren die veel herrie maken.

[Slooij]

Hier word gesproken over lift van een molen dit kan nadelig zijn als het te veel lift is.
Middelpunt vliegende kracht daar word weinig over gezegt kan ik dit met elkaar vergelijken?

[Adriaan Kragten]

Lift is een aerodynamische kracht. Als een profiel met een windsnelheid W wordt aangestroomd onder een aanstroomhoek alfa dan ontstaat er een liftkracht L loodrecht op W en een weerstandskracht D (van drag) in de richting van W. Dit wordt uitgelegd in hoofdstuk 3 en figuur 3.2 van mijn openbare rapport KD 35. Normale horizontale as windturbines en Darrieus rotoren gebruiken de lift om energie aan de wind te onttrekken. Weerstandsmachines, zoals de cup anemometer of een zeilboot die voor de wind vaart, gebruiken de weerstand om energie aan de wind te onttrekken. De maximale vermogenscoëfficiënt Cp die met liftmachines te halen is, is veel hoger dan die met weerstandsmachines te halen is. Het materiaalverbruik van weerstandsmachines is ook veel hoger en daarom kun je die beter niet bouwen.

De middelpunt vliegende kracht of centrifugaalkracht is een kracht die op een massa werkt als die rond gedraaid wordt. De formule voor de centrifugaal kracht Fc is: Fc = m * r * (Omega)^2. Fc is de centrifugaalkracht in N. m is de massa in kg. r is de straal van het zwaartepunt van de massa tot de draaiingsas in m. Omega (de Griekse letter) is de hoeksnelheid in radialen per seconde. De meeste mensen voelen niet goed aan wat Omega nu eigenlijk betekent maar weten wel wat het toerental n is. Voor Omega geldt dat Omega = pi * n / 30. Hierin is n het toerental in omw/min. Als je de uitdrukking voor Omega substitueert in de formule voor Fc dan krijg je dus dat:

Fc = m * r * pi^2 * n^2 / 900

De centrifugaalkracht op de bladen van een horizontale as windturbine werkt dus naar buiten en wil de bladen strekken in een plat vlak. De resultante van de liftkracht en de weerstandskracht in de richting van de rotoras vormen samen de rotor thrust en deze kracht wil de bladen naar achteren buigen. De lift heeft het grootste aandeel in de thrust (zie KD 35 formule 4.14). De centrifugaalkracht compenseert echter een deel van dit naar achteren buigen en daardoor wordt de buigspanning in de bladvoet lager. Dit wordt uitgelegd in mijn rapport KD 684.