Windmolenproject donderdag 29 maart

De eerste bijeenkomst na de winterstop, de stop heeft even wat tijd gecreëerd om eens flink aan de slag te gaan. Hieronder een beeldverslag van de verschillende handelingen bij het maken van de Savonius turbine:

Belangrijk is nauwkeurig en symmetrisch te werken dit voor de balans in de turbine. Lassen op de dunne plaat is niet wenselijk omdat spanning a.g.v. warmte resulteert in golving van de plaat. De as aan de turbine bevestigen d.m.v. flenzen verdient zeker de voorkeur hoewel dit de kosten wel verhoogt. Het lassen van de bladen tussen de dek- en onderplaat is bij gebrek aan alternatieve bevestigingsmogelijkheden nog een probleem. Het resultaat laat dus wat verbeterpunten zien maar is in principe goed werkbaar.

Tijd voor de proefopstelling. In eerste instantie op maar 3,5 meter en zonder generator. Het is belangrijk dat je goed weet wat het toerental van de turbine kan gaan worden om dit af te stemmen met de overbrenging naar de generator. Whatever: the chickens don’t mind!

Windmolenproject donderdag 30 november

Met een flinke opkomst van zo’n 9 personen starten we de avond met bespreking van de voortgang. De voortgang bij de voorbeeldturbine stagneert enigszins. Het lijmen van de magneten op de rotor met speciale metaallijm van Permabond op basis van epoxy en polymeer is niet gelukt: de rotor en de magneten eerst ontvet en daarna opgeruwd, vervolgens de lijm op de magneten aangebracht en op een nauwkeurige schaalverdeling bij kamertemperatuur op de rotor gelijmd. Na het geklieder en de stank van de lijm lijkt de verbinding uiterst stevig.

Echter, een paar dagen later de rotor terug de werkplaats in gebracht en daar ging het al mis. Waarschijnlijk nekte de temperatuurovergang van 20ºC naar 2ºC de verbinding. De specificaties geven aan dat deze lijm -20ºC tot +160ºC aankan, niet dus. Sommige magneten zitten al meteen los, anderen overleven een lichte tik met hamer niet. Conclusie: niet bruikbaar! Omdat de meeste lijmen voor metaal op basis van epoxy zijn gaat deze methode het dus niet worden. Voorlopig gaat de molen dan geïnstalleerd worden met de DC wasmachinemotor. Hier is alles al voorgewerkt en levert meteen zo’n 25V bij 900 tpm.

De discussie richt zich daarna op allerlei technische problemen waaronder ook weer de rem die de turbine moet begrenzen bij te hoge toerentallen. Een specifieke turbine levert bij een bepaald toerental een bepaalde spanning. Door te testen waar de kritieke grens ligt kun je de turbine remmen met behulp van een weerstand (NE555 voltage controlled schakelaar), een servomotor en een schijfrem. De NE555 schakelt bij een instelbaar voltage en gebruikt vervolgens het geleverde voltage van de turbine om de servomotor in te schakelen welke op zijn beurt de schijfrem aantrekt.
Te overwegen is het vrachtwagenprincipe: de rem wordt door spanning ontgrendeld. Valt de spanning weg door defect o.i.d. dan gaat de rem automatisch in. Alleen vraagt dit iets meer schakelingen en overdenkingen want een molen begint normaal met weinig tot geen spanning. Als het werkt wel de veiligste oplossing omdat een defect van de timer, weerstand o.i.d. de turbine automatisch remt.

Remco

Windmolenproject 16 november 2017

De bijeenkomst van 16 november was goed gevuld met 8 personen. We hadden twee ziekmeldingen en wederom een nieuwe aanmelding. Hein had zijn motor gekoppeld aan de schoepen van een oud waterrad. De lagers moeten nog aangeschaft worden. Ben benieuwd of dit gaat werken. Mijn turbine heb ik gepresenteerd (details zie onderstaande).

Dan gaat de discussie weer over de rem van de turbine. De variomatic versnelling van een scooter zou ik uitzoeken, dat is er echter nog niet van gekomen. In theorie zou het toepasbaar moeten zijn.

Ger heeft een andere oplossing, zij het ongeveer hetzelfde principe als de variomatic: de centrifugaal regelaar. Bij stationaire stoommachines wordt dit blijkbaar toegepast en het werkt m.b.v. de centrifugaal kracht. Deze kracht zorgt ervoor dat de twee slingers (KG) bij specifieke toerental door de buitenwaartse kracht twee koppelingsplaten op elkaar drukken.

De onderste koppelingsplaat is gefixeerd aan het frame, de bovenste koppelingsplaat meedraaiend met de turbine en op en neer beweegbaar door KG. Tussen de koppelingsplaten een veer. Afhankelijk van het toerental, het gewicht van KG en de sterkte van de veer wordt de bovenste plaat met kracht X op de onderste koppelingsplaat gedrukt wat de turbine afremt. Alweer genoeg stof tot nadenken.

Het construeren van het frame waarin de turbine gaat draaien.

Koker 40/40/3 is de maat voor deze constructie het mag ook 30/30/3 zijn. Alle delen op de tekening worden gecodeerd en dit gebeurt ook op het kokerprofiel. Alles wordt vervolgens overmaats gezaagd.

De schuine kanten worden afgetekend en dan kan alles op de definitieve maat gezaagd worden. Om een goede doorlas te bevorderen wordt een kleine negatieve correctie gehanteerd op de tekening maat, er gaat 5 mm van elke tussenmaat af. Uiteindelijk is dit het resultaat:

Dan worden de gaten voor het lagerhuis geboord.

Zorg voor nauwkeurige maatvoering. Begin met een kleine maat boor (Ø4) en schaal vervolgens stapsgewijs op naar in dit geval Ø10. Met een boor Ø14 even de scherpe randen verwijderen door een facetrandje te maken. Wel zo netjes. En zie hier het resultaat:

Nu verandert de werktekening in een lasmal.
Zorg ervoor dat de bodemplaat dik genoeg is. Ik heb een 10 mm MDF plaat gebruikt voor de tekening en deze van onder verdikt met een 18 mm plaat. Naarmate de mal groter wordt (ik heb al eens een mal van 3,60 mtr. gemaakt voor spanten) is het belangrijk dat het platte vlak ook recht blijft. Dit richt ik dan uit m.b.v. een metselkoord en voldoende body (balken) zodat hij niet krom wordt als gevolg van doorhangen. Als de maatvoering goed is zou het gelaste deel omgedraaid ook precies moeten passen in deze mal, hieruit blijkt dan de nauwkeurigheid. Check=goed, dus nauwkeurig getekend!


Optioneel is bij de laspunten een gat in de onderplaat te maken zodoende het MDF te sparen voor verbranding en de bereikbaarheid (onder/boven) te vergroten. Effectief en goedkoop is een dergelijke mal zeker. En ondanks het ‘brandbare’ materiaal toch nog vaak herbruikbaar. Het resultaat ziet er goed uit.

En dan blijkt al snel dat het wel heel werkbaar uitziet maar het uiteindelijk toch niet is. Ik had gekozen voor lagerhuizen vanwege eenvoudige montage en degelijkheid. De lagerhuizen zijn echter gevuld met vet en dit maakt de rotatie weliswaar heel ‘smooth’ maar met toch wel wat weerstand, teveel weerstand voor een dergelijk kleine turbine. Het Savonius model zou door zijn groot bladoppervlak waarschijnlijk wel gaan draaien zij het echter met relatief veel wind. Ik zal dit t.z.t. nog testen. Ik ga de lagerhuizen nu dus vervangen door groefkogellagers maar moet dan zelf de ophanging hiervoor maken of kiezen voor insertkogellagers.

Windmolenproject 2 november 2017

Stipt om 19:00 uur starten we met een man of 6. De bladen van Maarten zijn gemaakt, al was het niet gemakkelijk en zijn er concessies gedaan. De lengte van 1 meter kreeg de wals niet verwerkt, de platenwals is te licht voor 1½ mm plaat. Door 30 cm eraf te halen kreeg ik ze tot een diameter van 22 cm.

Voor wat betreft mijn Gorlov turbine leg ik mijn werkmethode uit: simpel en efficiënt. Een goede, nauwkeurige 1:1 tekening op MDF-plaat is tevens de lasmal. Aan de hand van deze tekening kunnen de losse onderdelen op maat gezaagd worden. Vervolgens wordt de tekening een mal en hoe dat in zijn werk gaat zien jullie in de komende verslagen.

Het chassis van de turbine wordt zo gemaakt dat er verschillende modellen turbines in geplaatst kunnen worden. Dus in ieder geval Savonius en Gorlov en mogelijk variaties op beiden. Ik begin met een Gorlov turbine.

Er ontstaat een discussie over de manier hoe de turbine te remmen om te hoge toeren te vermijden. En dit is nou het voordeel van het project en deze groep mensen, allerlei ideeën passeren de revue:
Een van de ideeën is het gebruik van de vario transmissie van een scooter. Doordat de transmissie instelbaar is, dus bij verschillende toerentallen mogelijk te schakelen, zou dit een toepasbare methode kunnen zijn om de turbine vanaf een bepaald toerental af te gaan remmen. Of dit ook daadwerkelijk toepasbaar is gaan we uitzoeken. Verder worden wegdraaibare wieken geopperd, alleen is dit tamelijk ingewikkeld te construeren en leent de soorten turbines (de bladen) Savonius en Gorlov zich hier niet voor. Het kortsluiten van twee fasen van de dynamo is nog een optie. Alleen moet er dan wel met een 3 fasen dynamo gewerkt worden en dat is bij ons in veel gevallen niet zo.

Aan het eind van de bijeenkomst worden nog snel de maten van de rotor van een motor opgemeten.

Het probleem met het plaatsen van magneten op de rotor zou mogelijk eenvoudig op te lossen zijn met 2-componenten metaallijm. Dit wordt in de komende weken uitgeprobeerd.

Op naar de volgende bijeenkomst.

Remco

Windmolenproject 19 oktober 2017

Met bijna volle bezetting en één nieuw gezicht starten we de avond. We gaan meteen aan de slag met het doormeten van de overgebleven dynamo’s. Alle dynamo’s werken naar behoren en leveren zo’n 14,4V. Daarna komt de voortgang ter sprake: wie gaat wat doen? Een aantal deelnemers heeft al aangegeven een afwachtende houding aan te nemen. Dus voorlopig niets maken maar afwachten waar de anderen uitkomen.

Maarten gaat voor model met schoepen (links). De schoepen maken we van 1,5 mm gegalvaniseerde plaat, rond gebogen in schalen van 1 meter lang met een diameter van zo’n 20 cm.
Ondergetekende houdt zich bij het Savonius model (rechts), met een totale diameter van 40 cm en zo’n 70 cm hoog. Een kleintje dus.

In de loop van komende week worden de materialen voor deze molens aangeschaft en gaan we aan de slag.

Remco

Windmolenproject 5 oktober 2017

Vijf man sterk zijn we deze keer aanwezig met twee afmeldingen. Ik heb een aanvraag gedaan bij het Arcus college om gebruik te kunnen maken van de metaalwerkplaats. Dat kan in verschillende vormen: of daadwerkelijk daar aan de slag gaan, of mogelijk een gecombineerd project met de studenten aldaar. We wachten af en hopen op een positieve uitkomst. We gaan er van uit dat het Arcus college ook een duurzaam hart heeft en dan komen de oplossingen vanzelf.

Vervolgens een afspraak gemaakt met de gemeente Brunssum betreffende de mogelijkheden van het plaatsen van een kleine turbine. De samenwerking met de gemeente verloopt heel soepel. De betreffende ambtenaar die ik gesproken heb was in ieder geval zeer coöperatief en persoonlijk heel enthousiast en wilde graag het eindresultaat komen bekijken. Ik heb de ambtelijke molen blijkbaar flink aan het werk gezet met mijn vraag. Er was weinig tot niets op gemeentelijk niveau hierover bekend, meerdere afdelingen zijn aan de slag gegaan.

Met het afvallen van de traditionele 3-wieken turbine komen we wat betreft regelgeving in een gebied met meer mogelijkheden. De turbine valt dan in de zogenaamde kruimelgevallenregeling en mag niet hoger dan 3 meter boven het maaiveld uitkomen. Het betreft dan een anders zijnde bouwwerk zoals bijv. airco. Meer dan 3 meter (max. 5 meter) boven het maaiveld is er een stedenbouwkundige afweging vereist. Een decibelmeting is in alle gevallen een vereiste.

Mijn idee is om een kleine Savonius en/of Gorlov turbine te bouwen, max. 50 cm hoog met ongeveer 30 cm diameter, en deze aan de zijkant van het huis grenzend aan mijn buren te plaatsen. Daar is een vrij smalle doorgang (3 meter) en altijd een natuurlijke windverplaatsing. Voorwaarde is dan natuurlijk wel dat de turbine stil moet zijn, dat is sowieso een must in het stedelijke gebied.

We moeten aan de slag en we gaan verder met het testen van de motoren. In ieder geval stellen we vast dat de dynamo’s werken, zo’n 14,4 V wordt gemeten. Het amperage meten is een lastiger verhaal. Waarschijnlijk wordt dit bemoeilijkt door de elektronica in de motor die er voor zorgt dat de accu niet overladen wordt. In ieder geval meten we naast de 14,4 V niet veel stroom. Na nog eens alle draden goed te hebben nagelopen bleek de multimeter niet goed ingesteld (10A), na correctie werd er toch nog 2A gemeten.

Na de meting wordt de constructie besproken. We spieken even op internet. De hoeveelheid informatie is teveel van het goede en helpt dus niet echt. Dan maar een eenvoudig tekeningetje zelf maken, wel zo overzichtelijk.

Op naar de volgende bijeenkomst!

Remco

Windmolenproject 21 september 2017

Voorafgaande aan deze bijeenkomst ben ik bij een metaaldraaier geweest om de rotor van mijn motor te laten afdraaien zodat er losse neodynium magneten op gemonteerd kunnen worden. Omdat de rotor nog vrij groot was en de draaibank maar een lichte motor had kon er maar max. 1 mm per keer afgehaald worden. Uiteindelijk duurde de hele draaicyclus zo’n ¾ uur.

De montage van de magneten vormde een volgende uitdaging. Het is nog niet zo makkelijk om tussen de rotorplaatjes schroefgaten te maken om de magneten te bevestigen. De gaten zijn moeilijk op juiste afstand te boren. Vervolgens de draad tappen wat ook niet bij elk gat succesvol blijkt. De schroeven pakken niet overal. Geen succes dus en wordt vervolgd met een alternatieve bevestigingsmethode (daar ga ik mijn hoofd eens over breken)!

Om 19:00 zijn we maar met 4 man sterk (waar is de rest?). Met de testbank worden een aantal motoren getest waaronder mijn motor met (deels) gemonteerde magneten.

Met een 19,2 V een matig resultaat, in vergelijk met de DC wasmachine motor van bijeenkomst op 10 augustus. Helaas vergeten het amperage te meten. Dan doen we dan maar de volgende keer. Omdat er maar een klein groepje mensen aanwezig is houden we het na een uurtje voor gezien.

Windmolenproject 7 september 2017

De eerste bijeenkomst na de zomervakantie. We hadden een aantal opdrachten:

  1. Neem je dynamo mee dan kunnen we deze testen: dus 12V spanning erop en kijken wat hij oplevert.
  2. Regel een accu of zonnepaneeltje voor de startspanning.
  3. Tevens is het dan goed om te kijken wat voor molen je wilt. Dus maak een globale schets van hoe jij je molen ziet: ophanging, model, soort wieken etc.

We hadden een draaier gevonden om de rotor af te draaien, helaas kon er geen tijdige afspraak gemaakt worden. Dat zal voor de volgende keer zijn.

Er was een klein groepje van 5 personen aanwezig. We zijn begonnen met het testen van een dynamo. Wiel heeft van restmateriaal een eenvoudig maar doeltreffend testbankje gemaakt. Maarten had een zonnepaneeltje gekocht wat een 12 V spanning leverde en Hein had een accu. Helaas had ons aandrijfmotortje te weinig toeren om resultaat te meten. Voor de volgende keer moeten we beter voorbereid zijn.

Er is ook al wat voorwerk gedaan betreffende de bladen van de molen. Met een platenwals kom je een heel eind. Op de foto rechts een proefje voor de Savonius turbine met daaronder het getordeerde blad van de Gorlov turbine. Deze laatste zal nog een hele uitdaging worden.

De bedoeling is om proefopstellingen te maken van de meest gangbare types turbines. In het klein dan wel te verstaan en dan ook zonder generator eraan gekoppeld. Met een rotatiemeter kunnen we dan bij gelijke wind belasting meten welk blad het meest geschikt is. Helaas had nog niemand een schets van zijn gewenste molen gemaakt. Dus dat wordt ook iets voor volgende bijeenkomst.

Remco

Windmolenproject 10 augustus 2017: het moment van de keuzes!

Een zevental deelnemers heeft zich verzameld voor de zesde bijeenkomst van ons project. Het moment van de keuze: gaan we een bestaande motor aanpassen of kiezen we voor een dynamo? Een groot deel kiest -voor het gemak- voor de dynamo maar wil daarna toch ook een bestaande a-synchrone motor ombouwen. Alles op z’n tijd. We starten met één motor (die van mij) als proef om aan te passen. Als dit goed gaat zal de rest ook volgen.

Volgende keuze is het soort windmolen: de VAWT (Vertical Axis Wind Turbine) heeft de voorkeur. Alhoewel klein kan deze toch, ook bij minder wind, nog aardig wat opleveren, is zo goed als stil en past bijv. aan de muur van een huis of op het dak. Verder is het voordeel dat de overbrenging van de opgewekte stroom geen probleem vormt omdat deze turbine onafhankelijk van de windrichting is. Dit i.t.t. de traditionele wiekenmolen waar wieken en generator 360˚ moeten kunnen draaien en de stroomopwekking via sleepcontacten naar de gelijkrichter en omvormer moet worden geleid. En als laatste ook niet onbelangrijk: er zijn geen gemeentelijke verordeningen voor windturbines aan of op een huis, dit i.t.t. voor vrijstaande modellen.

Na een stevige zoektocht in de opslag bij mijn werkplaats nog een wasmachinemotor gevonden met permanente magneten een zogenaamde brushed DC motor. Deze zijn ook brushless te krijgen en dan uitgerust met transistors voor de omkering van de stroomrichting. Mijn motor met 1000 rpm aangedreven levert toch al gauw zo’n 25 VDC:

Het voordeel van een dergelijke motor is dat er geen voorspanning nodig is voor de elektromagneten. Wel is hier ook een overbrenging nodig om het meest effectieve toerental te krijgen. Een mooie ontwikkeling op dit gebied is de generator van de fa. Exro (http://www.exro.com/). Dit is een ‘normale’ generator waar echter d.m.v. elektronica spoelen wel of niet ingeschakeld worden en zo de generator zich aanpast aan de weer/wind omstandigheden waardoor de opbrengst wel 50% hoger dan normaal kan liggen.

Iedere deelnemer die een motor gaat ombouwen schaft zijn eigen magneten aan. We hebben een lokale draaier gevonden die voor ons de rotor wil afdraaien. Nu eerst nog wachten op de bestelde magneten. Dat levert tijd op om na te denken over de wieken van de VAWT: worden het schoepen, wieken oftewel type Savonius of Darrieus of misschien toch maar de Gorlov variant? Wat een keuzes, het maakt het er niet makkelijker op!

Remco

27 juli 2017: het ‘teardown’ moment, we gaan ervoor!

Om 19:00 uur starten we, snel nog de spullen in de auto, en andiamo naar de Mijnzetellaan. Stipt op tijd aangekomen staan al een aantal deelnemers te wachten. Meteen komen al weer vragen naar boven zoals: waarom geen dynamo i.p.v. een elektromotor. Is de rotor van een elektromotor ook niet magnetisch? En wat is dan het verschil met de dynamo? Enzovoort, enzovoort. Deze basiskennis vragen zullen nog wel vaker komen bovendrijven en de basiscursus is dan ook geen overbodige luxe. Na het klaarzetten van de motoren en gereedschap gaan we aan de slag.

De ervaren sleutelaars haal je er zo tussenuit, de beginnelingen natuurlijk ook. Kreten als: “Hoe krijg ik dit los?”, “Wat is dit?”, “Help!” etc. Nu begint het echt vorm te krijgen en zie je dat mensen zich samenpakken en het sleutelen echt leuk vinden.

Uiteindelijk heeft iedereen zijn motor gedemonteerd. Bijzonder is te zien hoe motoren die al een respectabele leeftijd hebben nog piekfijn van binnen uitzien. Nu kunnen we in levende lijve de stator en rotor aanschouwen en de wikkelingen proberen te volgen. Dit maakt de theorie ook veel inzichtelijker.

Ook meten we de afzonderlijke windingen nog even door om zeker te zijn dat we een werkende motor hebben. Iedereen, nou ja bijna iedereen, heeft een doosje, tas of kratje meegenomen om zijn motor inclusief onderdelen in op te slaan. Iedereen gaat enthousiast naar huis. Op naar de volgende bijeenkomst!