Ecologieforum

Jongeren hebben de toekomst.

Dit was nooit gebeurd bij een windturbine met wiekverstelling.

Windmolenvrienden,

Even een vraagje:
Het betreft stroom draaien met een rosmolen. (zie topic J.Wardenier)

Bij conventionele aandrijving met tandwielen, riemen, ketting e.d. zal veel van het geleverde vermogen verloren gaan. ( van 3 naar 1000 toeren/minuut )
Wat denken jullie van een zelfbouw direct drive generator van bijvoorbeeld 5 meter diameter?

Groet Rinus

Daar gaat wel een paar Kg neodynium en koper inzitten;.

Kockie,

Geen Neodymium nodig. En maar weinig koper.
Het idee is een hele grote diameter generator die toch maar maximaal 1 kW hoeft te leveren.
Kleine + en - bekrachtigde spoeltjes op de rotor en ook een groot aantal kleine spoeltjes op de stator.

Electrisch bekrachtigde magneten ,vergelijkbaar met de autodynamo.
Dit moet nog uitgewerkt worden . De grote molens werken ermee.
Voor de zelfbouw molens is het nog toekomst.[/quote]

Het grote nadeel van een elektrisch bekrachtigd anker is dat er dan vermogen nodig is om het anker magnetisch te maken. Al in 1974 heb ik samen met mensen van De Kleine Aarde meegewerkt aan het ontwerpen van een zelfbouwwindmolen die gebruik maakte van een autodynamo (zie het boekje Grijp de Wind). We kwamen met autodynamo's een heleboel problemen tegen en deze problemen worden genoemd in hoofdstuk 2 van mijn gratis rapport KD 341 dat te downloaden is van mijn website http://www.kdwindturbines.nl. Voor een 12 V autodynamo trekt het veld ongeveer 2 A als het maximaal bekrachtigd wordt. Bij een spanning van 13 V kost dat 26 W. Het rendement van een autodynamo bij dat vermogen is niet meer dan 50 % wat inhoudt dat de molen mechanisch 52 W moet opbrengen voordat er iets uit komt. Dit lijdt tot een veel hogere cut-in windsnelheid dan voor dezelfde molen als die een permanent magneet anker heeft.

Het nadeel van een PM-generator met ijzer in de spoelen is dat deze een kleefkoppel heeft en als de generator niet goed ontworpen is kan daar ook nog eens een behoorlijke rimpel op zitten. Dit lijdt tot een hoge startwindsnelheid als een windmolenrotor gebruikt wordt met een lage startkoppelcoëfficiënt of een kleine rotordiameter. Bij de generatoren die ik ontworpen heb, worden de magneten scheef geplaatst (zie KD 341) waardoor deze generatoren geen rimpel op het kleefkoppel hebben en de startwindsnelheid voor de VIRYA windmolens ongeveer gelijk is aan de cut-in windsnelheid. De startwindsnelheid is de windsnelheid waarbij de rotor begint te draaien. De cut-in windsnelheid is de windsnelheid waarbij de molen vermogen begint te leveren.

Adriaan,

Samen met andere windmolenvrienden werken aan een proefopstelling, van een klein vermogen direct-drive met bekrachtigde magneten,
met daarbij jouw kennis van zaken,
zou een mooie ontwikkeling zijn.

m.bouwer wrote:Adriaan,

Samen met andere windmolenvrienden werken aan een proefopstelling, van een klein vermogen direct-drive met bekrachtigde magneten,
met daarbij jouw kennis van zaken,
zou een mooie ontwikkeling zijn.

Het zou goed zijn als iemand de VIRYA-1.36 eens zou bouwen en testen. Dit is een vrijgegeven ontwerp met een 8-polige, 3-fasen axial flux generator met zes spoelen. Ik heb zelf het anker gebouwd en een stator met één spoel om de juiste draaddikte en het aantal windingen te kunnen bepalen maar ik heb er gewoon geen zin meer in om de hele molen te bouwen. De manual van de molen inclusief alle tekeningen kan gratis van mijn website http://www.kdwindturbines.nl gekopieerd worden. Een beschrijving van de generator en de rotorberekeningen staan in rapport KD 571 dat ook gratis gekopieerd kan worden.

De in de VIRYA-1.36 toegepaste axial flux generator is eenvoudiger dan de axial flux generatoren van Hugh Piggott omdat er maar één ankerschijf met magneten wordt toegepast en omdat de spoelen niet gegoten worden. De spoelen worden geschroefd tegen een stalen statorschijf waardoor er wel magnetische verliezen optreden maar die zijn acceptabel en de generator heeft geen rimpel op het kleefkoppel omdat er geen ijzer in de spoelen zelf zit.

Ik denk niet dat het concept van de VIRYA-1.36 axial flux generator geschikt is om op te schalen naar grotere afmetingen. Voor grotere afmetingen moet je toch een dubbele ankerschijf hebben en een statorschijf met spoelen die daar tussenin zit. Dit concept wordt beschreven in de rapporten KD 522 en KD 531.

Wiekverstelling heeft grote voordelen. Toch niet terug te vinden in je ontwerpen.
How come?

m.bouwer wrote:Wiekverstelling heeft grote voordelen. Toch niet terug te vinden in je ontwerpen.
How come?

Volgens mij heeft bladverstelling voor kleine molens meer nadelen dan voordelen en daarom hebben al mijn kleine molens vaste rotoren die bij hoge windsnelheden uit de wind gedraaid worden. Maar ik heb behoorlijk wat onderzoek gedaan naar bladverstelling voor wat grotere rotoren en één rapport daarover, KD 437, "Ideas about a pitch control system for the VIRYA-15 windmill - - - " is openbaar (maar niet gratis). De VIRYA-15 heeft een 2-bladige rotor met een diameter van 15 m. De rotor en het bladverstelmechanisme zijn wel berekend maar de molen is nooit uitgetekend omdat het project waar de molen voor bedoeld was niet door ging.

Bij bladverstelling moet je een aantal zaken goed in de gaten houden anders wordt het systeem instabiel. Bladverstelling kan aangestuurd worden door het aerodynamisch moment, door een centrifugaal moment of door een extern moment zoals bij grote molens het geval is. Ik houd niet van externe aansturing omdat het systeem weigert als er ergens iets uitvalt of als de aansturing niet automatisch werkt. Het aerodynamisch moment is tamelijk klein en daarom werkt bladverstelling die alleen aangestuurd wordt door het aerodynamisch moment alleen goed als de bladlagering erg licht loopt. De richting van het aerodynamisch moment is ook zodanig dat alleen positieve bladverstelling mogelijk is (bij positieve bladverstelling wordt de instelhoek groter).

Bij bladverstelling die aangestuurd wordt door een centrifugaalmoment zit er op de bladas een gewicht dat een moment veroorzaakt. Dit moment hangt echter niet alleen af van het toerental maar ook van de plaats van het gewicht. De plaats van het gewicht moet zo gekozen worden dat het moment bij een constant rotortoerental maar beperkt verandert als het gewicht beweegt tussen de twee uiterste standen. Wij hebben toen ik nog bij de TU-Eindhoven werkte metingen gedaan aan een Australische Dunlite windmolen waarbij dit helemaal niet klopte. Als de molen het toerental bereikte waarbij het gewicht begon te bewegen dan sloeg dit in één keer door naar de andere uiterste stand waardoor de rotor sterk afremde. Pas bij een veel lager toerental schoot het gewicht weer terug naar de beginstand en kwam de rotor weer op gang. Er was eenvoudig af te leiden dat het gewicht gewoon op de verkeerde plaats zat. Bij een goed ontworpen bladverstelmechanisme is er telkens weer een geringe toerentalverhoging nodig om naar een nieuwe positie te gaan.

Een ander veel voorkomend manco van bladverstelmechanismes is dat de bladlagering te zwaar loopt waardoor er hysteresis op de bladbeweging zit. De belasting op de lagering door de centrifugaalkracht en de rotorthrust kan zeer hoog worden, vooral als de lagers dicht bij elkaar zitten en zelfs rollagers kunnen dan toch te veel wrijving hebben.

Op een centrifugaalgewicht werkt behalve een centrifugaalkracht ook het eigen gewicht. De centrifugaalkracht werkt t.o.v. het blad altijd naar buiten maar de richting van het eigen gewicht wisselt voor een rond draaiend blad. Daardoor zit er een rimpel op het totale moment. Om geen last van deze rimpel te hebben moeten de bladbewegingen van de twee of drie bladen mechanisch aan elkaar gekoppeld worden. Als je met al deze factoren rekening houdt dan krijg je een tamelijk gecompliceerde constructie, vooral voor een 3-bladige rotor. Deze constructie wordt veel te duur en is veel te moeilijk om te maken voor een klein molentje, vooral als dit in ontwikkelingslanden gemaakt moet kunnen worden. Maar voor middelgrote molens voor westerse landen ligt het anders. De Lagerwey 18/80 heeft een heel mooi systeem waarbij de bladen ook nog eens kunnen scharnieren zodat een buigend moment niet aan de as doorgegeven wordt.

Is er wel eens gedacht aan telscopische rotorbladen? Bladen die verder uit/inschuiven naar gelang het toerental op of afloopt?

Adriaan,

Kunnen we na het lezen van je betoog zeggen dat bladverstelling het beste kan gebeuren door een extern moment mits er een fail safe systeem achter zit?
Voor onze kleine molens hoeft zo'n systeem niet echt ingewikkeld te zijn.

Adriaan geeft een goede uitleg van aktieve wiekverstelling bij klein windturbines.
We hebben te maken met complexe konstruktie van mechaniek en elektronika.
Rinus en ik zijn de enigsten die hier mee bezig zijn , en we kunnen aspirant molenbouwers niet kwalijk nemen om mee te denken of mee te bouwen .
Het is niet de bedoeling om het commercieël op de markt te brengen , maar wel voor eigen gebruik mogeliijk met schaal vergroting.
Mijn eigen ontwerp werkt hier al 4 jaar zonder problemen. En wordt hoofdzakelijk gebruikt voor verlichting, PC , TV ,waterkoker.

Telescopische bladen gaat niet lukken want de bladhoek moet verstelbaar zijn en je hebt ook nog te maken met buigkrachten waardoor
de telescoop werking het niet doet.

Bladverstelling met failsave is onder de aandacht geweest bij Peter en Marijn van Innotech.

JantjeV8 wrote:Is er wel eens gedacht aan telscopische rotorbladen? Bladen die verder uit/inschuiven naar gelang het toerental op of afloopt?

Er is in het verleden een kleine molen op de markt geweest (waarvan ik het merk ben vergeten) waarbij de bladen door de centrifugaalkracht in de bladen naar buiten bewogen. De instelhoek werd groter doordat in de bladlagering een schroefspindel zat met een hele grote spoed. Maar ook hier werkt het eigen gewicht mee als het blad omlaag staat en tegen als het blad omhoog staat en het koppelen van de bladen is lastig als de bladen naar buiten bewegen. De TU-Delft heeft een jaar of 20 geleden een prototype gebouwd van een grote molen waarvan alleen de wiektippen naar buiten bewogen en verdraaiden. Naar wat ik me er van kan herinneren werkte dit erg goed ondanks dat er geen mechanische koppeling tussen de tippen van verschillende wieken zat.

m.bouwer wrote:Adriaan,

Kunnen we na het lezen van je betoog zeggen dat bladverstelling het beste kan gebeuren door een extern moment mits er een fail safe systeem achter zit?
Voor onze kleine molens hoeft zo'n systeem niet echt ingewikkeld te zijn.

Ik zou zelf voor middelgrote molens de voorkeur geven aan bladverstelling die aangestuurd wordt door het aerodynamisch moment, door een centrifugaalmoment of door een combinatie van beiden. Bij grote windmolens wordt echter altijd een extern moment gebruikt. Men kan alle drie de bladen afzonderlijk aansturen met ieder een eigen motor of de bladen mechanisch koppelen en dit mechanisme bedienen via een as die door het hart van de rotoras loopt.

Het voordeel van aansturing door een extern moment is dat men allerlei soort signalen kan gebruiken om de bladen te verstellen. Men kan bijvoorbeeld het toerental, het vermogen, de temperatuur van de olie in de tandwielkast, de windsnelheid of bepaalde trillingen gebruiken maar men kan ook de rotor stil zetten door de bladen ongeveer 90° te verdraaien. Het nadeel is dat er een bepaald vermogen nodig is om de aansturing te bekrachtigen. Als de generator doorbrandt of als de computer uitvalt die alles aanstuurt dan gaat de zaak niet automatisch naar de veilige stand tenzij daar speciale voorzieningen voor getroffen zijn. Een dergelijk noodsysteem om de zaak te bekrachtigen wordt echter normaal nooit gebruikt en het kan weigeren als het die ene keer nodig is. Er zijn gewoon dingen echt goed fout gegaan met grote molens door dit probleem (zie het einde van het filmpje op mijn website) en ik geloof niet dat je het 100 % veilig kunt krijgen maar dat geldt voor alles.

Ongeveer 20 jaar geleden waren er bij mij in de buurt ongeveer 30 mensen die allemaal hun eigen molen gebouwd hadden en ombeurten gingen we bij elkaar kijken. In de omgeving van Asten woonde een tuinder die een 6 m netgekoppelde molen gebouwd had met bladverstelling. De kop had een prachtige constructie met mechanische koppeling van de bladen en een hydraulische cilinder die de bladbeweging aanstuurde. Die aansturing deed je alleen handmatig. Ik heb tegen hem gezegd dat dat automatisch moest gebeuren en dat het systeem bij het uitvallen van het net naar de veilige stand moest gaan maar hij vond dat niet nodig. Tijdens een onweersbui was hij er te laat bij en sloeg het ding op hol. De toren brak af bij de fundering en het hele ding viel dwars door zijn kas heen. De wet van Murphy gaat altijd een keer op voor windmolens.

Hij was niet de enige bij wie het fout ging. Alle mensen die een molen hadden zonder deugdelijke beveiliging kwamen een keer aan de beurt. Na een jaar of vijf was ik één van de weinigen bij wie de molens nog overeind stonden. Toch heb ik veel later ook nog een keer een rotor (van de VIRYA-4.2) verspeeld omdat de bladen tijdens zeer zware windstoten zover doorbogen dat ze de toren raakten. Ik heb de afstand tussen de wiektippen en de toren verhoogd door de rotoras op de tekeningen een tilthoek van 5° te geven maar ik heb de molen niet meer opnieuw opgebouwd.