Windgenerator (ontwikkeling & bouw van wind-genset)

[m.bouwer]

Midwoud,

Twee-bladig wiekenstel heeft ook vele voordelen en kan heel lang goed functioneren.
Als zelfbouwer maak je het jezelf een stuk gemakkelijker als je een molen met twee wieken maakt.

[Adriaan Kragten]

Adriaan,


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?

De eigenfrequentie van de toren van de VIRYA-4.2 heb ik gemeten op de beschreven manier. Het is al weer lang geleden maar ik meen dat hij ongeveer 2 Hz was. De VIRYA-4.2 draait onbelast bij een windsnelheid van 3 m/s en doet dat met een toerental van ongeveer 175 omw/min = 2.9 omw/s. De rotor passeert de eigenfrequentie van de toren dus al bij een lagere windsnelheid dan 3 m/s. Als het toerental in omw/s gelijk is aan de eigenfrequentie van de toren dan zie je de toren een beetje schudden maar bij wat hogere toerentallen verdwijnt dit.

Als ik de mast zou tuien dan wordt de eigenfrequentie opeens veel hoger en misschien wel 6 Hz. Het rotortoerental wordt dan gelijk aan de eigenfrequentie van de toren bij een veel hogere windsnelheid en de trilling in de toren die dan optreedt is niet meer te verwaarlozen. Nu is het wel zo dat de eigenfrequentie van een getuide toren erg afhangt van de plaats waar de bovenste tuidraad bevestigd is. Hoe lager, hoe lager de eigenfrequentie. Je moet de tuidraden trouwens altijd zo laag bevestigen dat de bladen er niet tegenaan kunnen komen. Een getuide toren trilt zodanig dat de toren een zeer flauwe S-vorm aanneemt.

[Adriaan Kragten]

Midwoud,

Twee-bladig wiekenstel heeft ook vele voordelen en kan heel lang goed functioneren.
Als zelfbouwer maak je het jezelf een stuk gemakkelijker als je een molen met twee wieken maakt.

Het grootste nadeel van een 2-bladige rotor is dat het gyroscopisch moment in de rotoas fluctueert terwijl dat voor een 3-bladige of meerbladige rotor niet het geval is (het gyroscopisch moment in een blad fluctueert altijd). Het is maximaal als de bladen verticaal staan en nul als de bladen horizontaal staan. Het gyroscopisch moment is evenredig met het traagheidsmoment van de rotor, met het toerental van de rotoras en met het toerental van de kruias.

Grote windmolens worden met een kruimotor op de wind gericht en dit gebeurt met een dermate laag toerental dat het gyroscopisch moment verwaarloosbaar is. Het nadeel van grote 2-bladige rotoren is echter dat het lijkt of de rotor onregelmatig draait omdat veranderingen in de buurt van de horizon veel sterker door het oog worden waargenomen. Bij grote rotordiameters en relatief lage torens treedt er ook een trilling op doordat de windsnelheid toeneemt met de hoogte en het bovenste blad daardoor meer lift krijgt.

Wanneer een vaan gebruikt wordt om de molen op de wind te richten, kunnen tamelijk hoge kruitoerentallen optreden, vooral als de kop een laag traagheidsmoment heeft. Je kunt de rimpel op het gyroscopisch moment in de bladen en voor een 2-bladige rotor dus ook in de rotoras, sterk verminderen door de bladen elastisch aan de naaf te bevestigen. De 2-bladige VIRYA-4.2 heeft elastische bladophanging en de toren kruit traag omdat het traagheidsmoment van de kop vanwege de lange vaanarm erg hoog is. De VIRYA-4.2 was daardoor bijna trillingsvrij.

[m.bouwer]

Op Fieldlines toont Atasan2006 ons zijn zelfbouw molen met 9,4 m diameter.
Extra opvallend hierbij is de bediening van de wiekverstelling d.m.v. een kabel die zijdelings verbonden is met de staart.

[Adriaan Kragten]

Extra opvallend hierbij is de bediening van de wiekverstelling d.m.v. een kabel die zijdelings verbonden is met de staart.

Volgens mij wordt de wiekverstelling gewoon door het toerental gestuurd (als er al wiekverstelling op zit) en is het doel van de kabel om de vaan 90 graden te verdraaien zodat de molen uit de wind draait.

[midwoud1]

Schematische tekening van Atasan's staart bestuurde wiekverstelling.
Leuk bedacht maar het gaat niet werken .
Een kleine bladhoek verandering heeft al enorme invloed de propeller.
Snel wisselende toeren en onrustig gedrag.

Screen Shot 12-09-15 at 10.44 AM.JPG

[m.bouwer]

Midwoud,

Maar als je eenmaal zover bent dat je de mogelijkheid hebt om je wieken te verstellen
is de stap naar een actuator en een besturing niet meer zo groot toch?

[midwoud1]

Actuator bedient hier de bladhoek verstelling..
Ik ben uitgegaan van een IC chip van een automotor toerenteller .
Deze zet de pulsen van één fase van de generator om in een variabele gelijk spanning tussen 1 en 5 volt.
Deze spanning gaat in een Arduino microcontroller . met C software programma.
Met de Arduino kan je aan en uitschakelen op ieder punt tussen 1 tot 5volt.
Dus we hebben een signaal wat geschakeld wordt door gewenst toerental.
Ook kan je de tijd bepalen van de schakelduur in stappen van een milli seconde. 500 millies = 0,5 sec
Dit signaal wordt via een relais met omkeer schakeling naar de actuator gestuurd.
Hiermee hebben we automatische wiek verstelling voor een constant toerental bij variabele windsnelheid.
Het werkt hier al jaren zonder problemen.
Het nadeel voor molenbouwers is, dat je met een ander vakgebied te maken hebt als mechaniek.
In plaats van propellerbladen schaven ,en ijzer lassen moet je nu aan de gang met condensatoren,weerstanden,halfgeleiders en soldeerbout.

[Adriaan Kragten]

Als de verdraaiing van de vaan toch de bladverstelling aanstuurt dan vind ik het een onlogisch systeem. Als het toch handbediend is, dan is het 90 graden uit de wind draaien voldoende om de molen bij hoge windsnelheden te beschermen. Dan heb je helemaal geen bladverstelling nodig. Maar bij een handbediend systeem ben je altijd een keer te laat en daarom is toch ook bladverstelling (of een automatisch werkend uit-de-wind-draai-systeem) nodig maar dat moet dan wel automatisch werken en aangestuurd worden door het toerental (of de axiale kracht). Een dergelijk systeem met een mechanisch aangestuurde bladverstelling terwijl de molen toch ook met de hand via verdraaiing van de vaan uit de wind te zetten was werd jaren succesvol toegepast in o. a. de Amerikaanse Jacobs. Bij de Jacobs was het zelfs zo dat de vaan door een veer uit de wind gedraaid werd. Als er ergens iets kapot ging in de kabels en overbrengingen van de torenvoet naar de kop dan draaide de kop automatisch uit de wind en daardoor bleven Jacobs molens heel lang heel.

Het meest safe is om de bladverstelling aan te sturen via de centrifugaalkracht werkend op massa's in de rotor omdat die kracht altijd aanwezig is bij een draaiende rotor. Een andere optie om het toerental te detecteren en met een externe energiebron de bladverstelling aan te sturen maar dan is er meer kans op storing als er ergens in die keten iets uitvalt.

[midwoud1]

Beveiliging windmolen bij harde wind.
Hier mogelijk om de bladen in de vaanstand te zetten, dmv. een schakelaar. (Handmatig)
Deze gebruik ik ook om de molen te laten draaien na een periode van stilstand in vaanstand.
Werkt mooi bij opstarten met weinig wind.
Goede optie om de molenkop 90 graden te draaien dmv.scharnierende staart en trekkabel (handmatig ).
Of een failsafe toepassen op basis van centrifugale kracht.
Moet ik nog uitdenken vanwege het complexe mechaniek samen met de mechanisch aangedreven wiekverstelling.

[m.bouwer]

Bij moderne grote molens is het streven om de faalrisico's zo goed mogelijk te elimineren. Daar hangt nogal een kostenplaatje aan.
Zelf bouwers kunnen ( bijvoorbeeld door samenwerking van verschillende disciplines ) zonder veel kosten zeer goed functionerende fail-safe systemen maken.

[m.bouwer]

Streven naar fail-safe begint voor ons bij actieve wiekverstelling.

[m.bouwer]

Zelfbouwers zien de voordelen van actieve wiekverstelling wel maar zeggen vaak dat het te gecompliceerd is.
Wiekophanging en besturing eenvoudiger maken is de uitdaging.

[midwoud1]

Fail-safe systeem extra beveiling bij hoge toeren, propeller.

Screen Shot 12-17-15 at 08.38 PM2abc.jpg

[m.bouwer]

Centrifugaalregeling toevoegen kan natuurlijk, maar het wordt er niet eenvoudiger op.

We willen graag van gedachten wisselen over de mogelijkheden om
de besturing en bediening van de wiekverstelling zoals je die je nu hebt
fail-safe te maken.