Windgenerator (ontwikkeling & bouw van wind-genset)

[m.bouwer]

Mooie nieuwe ontwikkeling: Molens in Finland van onze Nederlandse Lagerwey.
Met innovatief enkelvoudig hoofdaslager.

[m.bouwer]

Met deze stormachtige wind zien we een aantal van de Vestas V66 molens in windpark Piet de Wit in vaanstand staan.
Hoe ervaren zelfbouwers dit geweld?

[midwoud1]

Rinus.

De grote molens gaan bij zeer harde wind in vaanstand ( automatisch of afstand bediend via SCADA )
De zelfbouwers hebben eenvoudiger middelen : Furling staart en kortsluiten van de stator spoelen.
Bij harde wind wordt de propeller uit de wind geduwd en komt daardoor in een lager toerental.
Gaan we nu electrisch remmen dan komt de propeller weer terug in de wind .
Als de windkracht groot genoeg is, kan de propeller de windkracht de remkracht overtreffen en daardoor in een ongecontroleerd hoog toerental komen met een burnout tot gevolg.
Hier heb ik een molen met automatische wiekverstelling ,het toerental komt nooit boven de 350 Rpm.
Met storm gaan de wieken in de vaanstand. Zeer veilige situatie. Geen runaway en verbrande stators.
Door de technische mechanische en electronische complexiteit zullen zelfbouwers dit niet gaan toepassen .
Maar dat kan je niemand kwalijk nemen.

[Dutch John]

Hier in het zuid-oosten valt het wel mee met dat geweld. Een of twee keer per jaar, als er rukwinden van meer dan 90 km/h aangekondigd worden, dan strijk ik de mast voor een onderhoudsbeurt aan de turbine. Een vaanstand zit er niet op. Wel een elektrische rem, maar die gebruik ik nooit.

Groet,
DJ

[m.bouwer]

Goed dat je de molen makkelijk kan strijken.
Voor zelfbouwers eigenlijk een voorwaarde om het benutten van windenergie plezierig te maken.

[midwoud1]

De beste ontwerpen voor zelfbouw windgeneratoren zijn van Hugh Piggott en Dan Fink en Bartman ( Otherpower )
Deze blijven heel lang goed werken met flinke harde wind.
Ook zijn onderdelen zoals wieken en PMG generatoren los te koop, complete molen kan ook.
Ik zit hier in Noordwest Holland en daar kan het flink te keer gaan met de wind (November - Februari )
Toen ik met vaste wieken draaide heb ik ook hier de molen gestreken voor dat er een storm kwam met max. pieken 10 Bft.
Dat is veel rustgevender als dat je het wiekenstel hoort gillen ,daar slaap je ook beter van.

[Adriaan Kragten]

Met de afgelopen stormen heeft het prototype van de VIRYA-1.65 die op een 14 m hoge toren staat gewoon doorgedraaid. Ik heb nu meer dan 25 jaar ervaring met de kantelende-zijvaan-beveiliging en het toerental en de axiale kracht worden voldoende begrensd om de molen ook bij hoge windsnelheden draaiend heel te houden. Maar ook andere beveiligingssystemen waarbij de rotor uit de wind draait kunnen bij hoge windsnelheden goed functioneren als de juiste geometrie toegepast wordt (zie rapport KD 485 voor algemene beschrijving van vijf systemen).

Als de molen bij storm plat gelegd moet worden om hem heel te houden dan zal je altijd een keer te laat zijn. Een uitzondering geldt voor gebieden waar tornado's voorkomen. Tegen een tornado kun je haast niet beveiligen en ze worden ruim genoeg van te voren aangekondigd om de molen op tijd plat te kunnen leggen.

[m.bouwer]

Ook de meeste Piggots overleven zware stormen meestal wel en leveren dan maximaal.
Maar is even strijken niet veel gunstiger om je materiaal te sparen?

[Adriaan Kragten]

Maar is even strijken niet veel gunstiger om je materiaal te sparen?

Ik denk dat je onderschat hoe veel werk het is om een toren te strijken vooral als het een getuide paal is zoals op de foto. Als de beveiliging goed ontworpen is dan moeten de krachten ook bij hoge windsnelheden voldoende begrensd worden en zou strijken dus niet nodig moeten zijn.

[m.bouwer]

Adriaan,

Als 1 van de tuidraden vastzit aan een elektrisch liertje is hijsen en strijken toch alleen maar een druk op de knop?

[Adriaan Kragten]

Adriaan,

Als 1 van de tuidraden vastzit aan een elektrisch liertje is hijsen en strijken toch alleen maar een druk op de knop?

Nee dat is het niet en op die manier een toren omlaag halen is zeer gevaarlijk. Ten eerste zitten er meestal ook tuidraden op een ander niveau dan het hoogste die je ook los moet maken. Het grootste probleem is echter dat je een toren gewoon niet kunt laten zakken (of overeind kunt zetten) door alleen maar aan de bovenste tuidraad te trekken. Je hebt altijd ook een hulpmast nodig. Als je een toren laat zakken zonder hulpmast dan neemt het moment dat de toren door het gewicht uitoefent sinusvormig toe met de kantelhoek. De afstand tussen de kabel en het draaipunt van de toren neemt echter af naarmate de toren lager komt. De trekkracht in de kabel neemt daardoor zeer sterk toe naarmate de toren lager komt en wordt oneindig groot als de toren vlak ligt. Je hebt daarom een behoorlijk lange hulpmast nodig die er voor zorgt dat er ook als de toren vlak ligt, nog een behoorlijke afstand is tussen de kabel en het draaipunt. Deze hulpmast verwijder je nadat de toren overeind gezet is omdat hij anders erg in de weg zit. Maar als je de toren omlaag wilt halen dan moet je de hulpmast eerst weer plaatsen. Je moet dan een kabel aanbrengen tussen de top van de toren en de top van de hulpmast en een kabel tussen de top van de hulpmast en de lier en dat is best een hoop werk.

Bij een toren die met vier tuidraden getuid is kun je de twee draden die aan de zijkanten zitten gewoon laten zitten en deze draden verhinderen dat de toren bij wat zijwind, dwars op het scharnier kan uitbreken. Maar soms gebruikt men drie tuidraden en dat vereist een toren waarvan de onderkant en het scharnier voldoende stijf en sterk is om zijdelings uitbreken te voorkomen. Of je hebt tijdelijk een paar extra tuidraden aan de zijkant nodig om zijdelings uitbreken te voorkomen.

Een probleem met getuide masten is ook dat men soms haken gebruikt in plaats van harpsluitingen. Als de toren geplaatst wordt dan wordt de trekkracht in kabels met spanners op niveau gebracht. Maar na verloop van tijd kan de kabel rekken of kan de fundering van een kabel wat uit de grond getrokken worden. De kabels komen dan los te staan. Bij een windstoot kan er er één kabel zo los komen te staan dat de haak los komt. De hele toren valt dan onderste boven als de wind van een andere kant komt. Je mag dus nooit haken gebruiken in de kabels van een getuide toren. Ook als er geen haken in de kabels zitten dan nog kan wat kabelspeling bij windstoten een grote piekbelasting in de kabel geven. Dit is één van de redenen waarom ik niet van getuide masten houd en waarom al mijn VIRYA-windmolens slanke vrijstaande masten hebben. Een andere reden is dat de eigenfrequentie van een getuide mast behoorlijk hoog kan zijn en dat de rotor door deze eigenfrequentie heen gaat bij een hoge windsnelheid waarbij er veel energie in de rotor zit een de toren gemakkelijk kan worden aangestoten. Slanke vrijstaande masten hebben een lage eigenfrequentie.

[m.bouwer]

Laten we bijvoorbeeld uitgaan van een mast van 10 m, een hulpmast van 5 m. en een molenkop van 50 kg.
Maximale trekkracht op de lier-tuidraad bij het strijken: neem 200 kg

Het is logisch dat je een hulpmast gebruikt. Deze kan gemonteerd blijven als de mast rechtop staat (ligt dan op de grond)

Stel dat je 4 x 2 tuidraden toepast. ( 2 tuidraden op de hulpmast ) Waarom zou je tuidraden willen losmaken alvorens de mast te strijken?

Wat de fundaties voor de verankeringspunten van de bevestigingspunten van de tuidraden betreft:
Geen twijfel dat jij die kunt uitrekenen (grote veiligheidsmarge nemen)

Over eigenfrequentie van de mast willen we graag een boom opzetten omdat je als zelfbouwer je mastconstructie zelf kunt bepalen.

[Adriaan Kragten]

Over eigenfrequentie van de mast willen we graag een boom opzetten omdat je als zelfbouwer je mastconstructie zelf kunt bepalen.

Ik kan alleen iets zeggen over eigenfrequenties van vrijstaande masten. Een vrijstaande mast heeft meerdere eigenfrequenties of harmonischen. De tweede harmonische ligt ongeveer een factor tien hoger dan de eerste harmonische maar de werkelijke factor hangt af van de massaverdeling tussen de torenmassa en de kopmassa. Bij de eerste harmonische buigt de toren in een richting en verplaatst de torentop zich dus. Bij de tweede harmonische blijft de top op zijn plaats maar komt er een buiging in twee richtingen in de toren. Je hebt meestal alleen maar te maken met de eerste harmonische.

Elke draaiende windmolenrotor veroorzaakt een trilling die evenredig is met het toerental in omw/s. Deze trilling wordt veroorzaakt door een mechanische of aerodynamische onbalans. Bij het rotortoerental waarbij de rotortrilling gelijk is aan een eigenfrequentie van de toren wordt de toren aangestoten en als deze situatie enige tijd duurt dan kan de toren behoorlijk in resonantie gebracht worden. Er kunnen dan zeer grote spanningen in de toren optreden. Er zijn twee manieren om dit probleem te ondervangen.
1) Er wordt een stijve mast gebruikt die een tamelijk hoge eigenfrequentie heeft en het maximum toerental van de rotor wordt door de beveiliging zodanig begrensd dat het nooit hoger kan worden dan de eerste harmonische van de toren. Dit werkt eigenlijk alleen voor rotoren van water pompende windmolens omdat die rotoren met een lage snellopendheid en dus een laag maximum toerental hebben en omdat de vakwerkmasten van deze molens meestal een erg brede basis hebben en daarom erg stijf zijn.
2) Er wordt een slappe mast gebruikt die een tamelijk lage eerste harmonische heeft en er wordt voor gezorgd dat deze harmonische door de rotor gepasseerd wordt bij een lage windsnelheid van ongeveer 3 m/s. Bij 3 m/s zit er nog maar weinig energie in de wind en in de rotor en de resonantie die in de toren optreedt als het toerental van de rotor gelijk wordt aan de eerste harmonische blijft daardoor beperkt. Het is wel zo dat je in dit geval moet voorkomen dat het maximum rotortoerental gelijk kan worden aan de tweede harmonische maar omdat deze zeer veel hoger ligt dan de eerste zal dit bij een rotor waarvan het toerental bij hoge windsnelheden beperkt wordt, niet gauw optreden.

De eerste en de tweede harmonischen kunnen redelijk eenvoudig berekend worden als de toren een buis is met overal dezelfde diameter en wanddikte en als de totale massa die op de torenkop rust bekend is. Het meest recente rapport waarin ik deze berekeningen uitgevoerd heb is rapport KD 582 (niet vrijgegeven) waarin een alternatieve buismast voor de VIRYA-4.2 en de VIRYA-4.6B2 berekend wordt. Als de toren geen buis is maar een slanke vakwerkmast, dan verloopt de massaverdeling en de stijfheid van de toren en dan kan ik dit soort berekeningen niet uitvoeren.

Van een bestaande toren kan de eerste harmonische eenvoudig gemeten worden en hierbij maakt het niet uit wat voor soort toren het is. De kop met de rotor en de generator moet dan al wel gemonteerd zijn. Men bevestigt een lang touw aan de torentop en geeft daaraan kleine rukjes. Het is gemakkelijk om dit zo te doen dat de toren in resonantie komt. Men telt dan het aantal wisselingen in een minuut en deelt de uitkomst door 60. Dit is dan de frequentie van de eerste harmonische.

Resonantie kan niet alleen optreden in de toren maar ook in vaanarmen en hiervoor geldt eigenlijk hetzelfde als voor de toren.

De hulpmast mag geen hoek van 90 graden met de hoofdmast maken omdat dan de afstand tussen de kabel en het draaipunt nul wordt als de toren rechtop staat. Ik gebruik een hoek van ongeveer 70 graden. Maar dit houdt in dat de hulpmast een hoek van 20 graden met de horizon maakt als de toren overeind staat. De hulpmast zit dan erg in de weg als je regelmatig om de toren heen loopt en daarom haal ik hem altijd weg.

[midwoud1]

Een jaar geleden is een wiekenstel van een NUON windturbine bij Medemblik afgebroken en het IJsselmeer gevallen.
Mogelijk een samenloop van omstandigheden.
Haarscheurtjes in de hoofdas . Deze is ultrasoon gecontroleerd ???
Resonantie in de mast en wieken .
Een twee blad wiekenstel is extra gevoelig voor het veroorzaken van resonantie.
Extra trilling bij draaiende wieken en kruien van de gondel.

Screen Shot 12-03-15 at 08.57 PM.JPG

[m.bouwer]

Adriaan,

Ook wat de eigenfrequenties betreft is het dus aan te raden om bij het zelfbouwmolen-ontwerp uit te gaan van
een conische slanke vakwerkmast zoals jij gebruikt.
Heb je zelf de frequentie van de eerste harmonische wel eens kunnen meten op de manier die je beschrijft?

Het lage windregime: Is het voor jou een optie om de mast te tuien en naar een grotere wiekdiameter te gaan?