Śmigło 4,5 m

[slawekmechanik]

pelne uznanie panie sonar slawek jaworzno pozdrawiam

[klistron]

Panie Sławku dziękuje za uznanie.
Ostatnie wiatry nieźle kręciły. Dołożyłem dwa stopnie regulacji ? łącznie pięć, ale zdarzają się jakieś zwłoki w reagowaniu bo i tak podmuchy wyłączały przetwornicę przekraczając na aku 30V, ana obciążeniu dochodziło do 60V. Amperaży nie uchwyciłem na dodatkowym obwodzie. Po obrotomierzu widziałem jednak że przekroczyłem pod obciążeniem dotychczasowe obroty osiągając 256 obr/min. W końcu koniec łopaty uzyskał 60 m/sek.

[klistron]

Witaj Kisoft
Przepraszam że dopiero dzisiaj odzywam się na Twoje zapytanie. Padnięty dysk utrudnił mi odzyskanie fotek z obróbki śmigła.
Obecnie jest wiele wartościowych materiałów w tym temacie między innymi opracowania Hugh Piggotta.
Ja startowałem z innego pułapu. Stąd u mnie dopiero dziewiętnasta próba różnych śmigieł z pleksi, blach aluminiowych, stalowych i z drewna w końcu zapewniła oświetlanie garażu i alarm przeciw włamaniowy. Na elektryczne otwieranie drzwi garażu nie zawsze starczało energii. Było to śmigło dwu łopatowe z drewna o średnicy 3 m i w 1978 r. w całości wykonane ręcznie z użyciem struga, ośnika, dłutka i młotka.
Dziesięć lat później było już sporo przydatnych urządzeń do tego celu.
Na stolarskiej strugarce i pilarce, wstępnie obrabiałem mechanicznie deskę na planowany kształt łopaty.
Reszta elektrycznymi ręcznymi: piłą łańcuchową i tarczową, strugarką, kątową piłą i szlifierkami krążkowymi i taśmową.
Młotek dłuto i ośnik staram się jak najrzadziej używać.
W 1988 r tak wyglądało 4.3 m śmigło do alternatora 1000W (największy odzysk to 430W)

Z przekładnią 4x na pasku klinowym.

[klistron]

Rysunki mam w IntelliCAD i na razie jest problem z wrzuceniem ich do postu stąd poniższy opis.
Co do kształtu to po pewnym czasie zauważyłem że kąty na łopacie zależą od płynnego wzrostu tangensa kąta natarcia (?dropu? do szerokości łopaty).
Dawniej lansowane było 6.5 stopnia na topie i płynne przejście do 18 stopni w pobliżu osi obrotu.
Z czasem malał kąt na topie schodząc do 2.5 stopnia a nawet 1.5 stopnia zapewniając większą szybkobieżność. Zachowanie 18 stopni w pobliżu osi obrotu w małych śmigłach, zostało spowodowane wymogami konstrukcyjnymi i wytrzymałościowymi oraz znikomą do odzyskania częścią energii wiatru w tym rejonie.
Nie przeczę że trochę eksperymentuję. Obserwuję wykonane śmigło, mierzę osiągi i następne staram się wykonać lepsze pod istniejące warunki wietrzne.
Poniżej kilka zdjęć z ostatnio obrabianego.

Doklejanie przy osi obrotu poprawia start.

Po drugim nasączaniu pokostem.

[TOMMASZ]

Piękne śmigła,pokost długo schnie ale nic lepszego nie ma do drewna,nadaje drewnu nawet elastyczności.

[klistron]

Śmigło Fi 4.5 m po pół roku.

Pół roczna eksploatacja szybkiego 4.5 m śmigła na niskim maszcie dała praktyczne obserwacje, pozwalające wysunąć kilka wniosków.
Lekki i niezbyt długi statecznik zapewniał łatwe odchylanie się dość znacznego śmigła od wiatru bez zagrożeń pomimo paru gwałtownych burz.
Przy podmuchach z 16 m2 pola wiatrowego następował znaczny przyrost mocy powodujący częste przekraczanie progu ładowania i wyłączanie przetwornicy DC24/AC230 pomimo pięciostopniowego regulatora. Po obniżeniu w regulatorach progu z okolic 28.8V na 26.5V sytuacja poprawiła się. Wcześniej następuje przerzut energii do bojlera a akumulatory utrzymywane w niższym napięciu są w stanie odbierać "gwałtowne" większe amperaże, stąd wyłączanie przetwornicy nadmiarem napięcia ograniczone zostało do sporadycznych przypadków burzowych.
W większości czasu z małych wiatrów do 3.5 m/s uzyskiwano znikome moce w granicach 10 do 140W
Średnie wiatry generowały moc w granicach 150 do 800W. Rzadkie duże wiatry, czasami dawały chwilowe przekroczenia 1.2kW przy około 260 obr/min
a koniec śmigła dochodził do 60m/s.

[klistron]

Wietrznych dni ostatnio nie brakuje.
http://www.youtube.com/watch?v=dKmjWlSRn2U

[klistron]

Słyszalny szum na powyższym filmie jest prawie niezauważalny. Wywołany jest nadmiernym wzmocnieniem nagrywarki kamery która próbuje uchwycić nawet najcichsze odgłosy.

[klistron]

Wiatrak fi 4.5 m przetrwał pierwsze uderzenie dzisiejszej nawałnicy przez około 10 minut, na pełnym uzwojeniu – ma wtedy wolniejsze obroty.
Gdy uruchomił wszystkie spirale obciążające: to jest jedną 9 Ohm i cztery 7 Ohm, a w akumulatory 29 V wtłaczało cały zakres miernika 20A
W obawie o prądnicę zatrzymałem wiatrak, zwierając uzwojenie grube to jest 2/3 całości.
Na tokarce przy takim zwarciu przekraczany był miernik 50 A już na jednej fazie.
Wiatr musiał być bardzo duży bo pomimo zwarcia, śmigło kilka razy rozpędzało się do pełnego ładowania aku oraz włączało jedną do dwóch spiral.
W końcu zostało na wszelki wypadek związane linką do masztu.
Wnioski:
1.Tak duże śmigło o Z=4x było by bardzo trudne do zatrzymania i groziło by spaleniem prądnicy.
2. Śmigło o Z=8x szybciej i efektywniej kręci się przy małych wiatrach oraz jest łatwiejsze do wytrącenia z ciągu przy dużych wichurach.

[Waldemar Pachoł]

Ryzykant z Ciebie. Zwieranie prądnicy (jako zabezpieczenia przed silnymi wiatrami) skutkuje jej spaleniem, bo

w pewnym momencie wiatr będzie mocniejszy niż "zwarcie" na prądnicy i zakręci śmigłem.

A wnioski są jak najbardziej poprawne. Śmigło o Z=8 odbiera z wiatru tylko 30% tego co śmigło o Z=4.

[klistron]

Spoko, przy takich testach pewien przemyślany zakres ryzyka trzeba podjąć, aby ustalić graniczne wartości. Możliwości tej prądnicy sprawdziłem wielokrotnie na „sucho” , stad bez obaw. Tokarkę potrafiła prawie zatrzymywać przy zwarciu.
Czekałem na test praktyczny granicznych możliwości śmigła.
Zatrzymywanie realizowane jest nie na pełnych obrotach, bo z tym radzą sobie regulatory –(5 stopni regulacji), oraz uchylenie boczne no i konstrukcja śmigła które może dojść jedynie do konstrukcyjnie narzuconych obrotów.
Zaskoczeniem był pierwszy przypadek tak dużego porywu wiatru powodujący start szybkiego śmigła o Z=8x z pełnego zatrzymania przy zwartym uzwojeniu prądnicy. Powtórzyło się to 3 razy we wspomnianych wyżej 10 ciu minutach. Oczywiście po przekroczeniu progu ładowania włączały się regulatory i zduszały obroty. Wydaje mi się w powyższej sytuacji, że szacowanie na 30% tego efektywnego śmigła na małe wiatry, jest zbyt pesymistyczne.

[klistron]

Zadaniem tego śmigła nie jest odbieranie wielkich mocy z krótkotrwałych porywów wietrznych.
Głównym założeniem konstrukcyjnym było zapewnienie niezbędnych obrotów i wystarczającej mocy do ładowania 24V i 48V akumulatorów
przy cięgle wiejących małych wiatrach.
Średnie wiatry do 8 m/s przekazują wystarczającą moc do zamontowanej prądnicy.

[klistron]

Pierwsze próby nowej amerykanki z trzema stopniami wyprowadzeń.
SEM VDC dla 280 obr to 91.6V 183.3V i 276V.
Obciążana do granic możliwości silnika tokarki -nieznacznie powyżej 1100W.

Obr/min , V obc , Natężenie, Odebrana moc bez strat
238 66V 16.8 A 1110 W
180 95V 12 A 1140 W
208 169V 7 A 1183 W
Po zakończeniu prac nad sterownikiem prześle zdjęcia z pomiarów

[klistron]

Kolejne testy z jednej fazy amerykanki – silnik tokarki za słaby aby sprawdzić całość.
Mierzone jest napięcia i amperaże zmienne. Obciążenia to spirale odpowiednio sukcesywnie
dopinane a obroty utrzymywane w okolicach 289 -291 RPM.

Uzyskana moc 1 fazy łącznie ze stratami wynosi:

przy 13.3A 1036W strata 146W sprawność 86%

przy 11.4A 884W strata 106W sprawność 88%

przy 7.9A 614W strata 51W sprawność 92%

Dobór odpowiedniego obciążenia zapewnia w miarę wysoką sprawność.
Właściwym projektem prądnicy, do przewidywanego napięcia i amperaży odbiorników, uwzględniając zależności
prawa Ohma: to jest, oporu, napięcia i obciążenia, zapewnimy sobie wysokie parametry sprawności.
Obecne mierniki zapewniają wystarczającą dokładność pomiarów napięcia i natężenia zmiennego (VAC i AAC) do pomiarów w granicach realnej pracy prądnic. Dlatego aby amatorsko uniknąć "wąskich gardeł" mostków prostowniczych i ich trudnych do określenia strat zakłócających trafną ocenę, ja preferuje ocenę sprawności jednej fazy prądnicy na napięciu zmiennym.

[klistron]

Kilka razy obliczeniami starałem się naprowadzić na trafne wnioski w zakresie mocy i strat w budowanych prądnicach.
Przeglądając Forum często obserwuje szczególnie u początkujących pasjonatów energii wiatrowej, podążenie w ślepa uliczkę: wepchnięcia kilogramów miedzi bo to MOC. Sądzę że doświadczeni koledzy poprą mnie przy poniższym sprostowaniu.
Nieopatrznie ktoś wcześniej wypowiedział się, że "MOC PRĄDNICY TO KILOGRAMY MIEDZI" bez zaznaczenia że, tylko AKTYWNEJ, będącej w rejonie oddziaływania strumienia magmatycznego. W amerykance to ta część będąca pod magnesami a w rdzeniówce to tylko ta w żłobku. Pozostała miedz jest miedzią nieaktywną, wymuszoną wymogami konstrukcyjnymi prądnicy, przynoszącą dodatkowe straty, oraz obniżającą możliwą do uzyskania, maksymalną moc prądnicy. Jeżeli są możliwości to dążmy do jej skrócenia a zmniejszymy straty w statorze i poprawimy sprawność prądnic.

[Waldemar Pachoł]

Zgadza się, tylko pamiętaj, że tu większość wie o "mniejszym źle". Ktoś kto buduje dany typ prądnicy nie zawsze da się przekonać do innego rozwiązania.
Pasjonaci nie zawsze robią coś po to by liczyć zyski.

[shinobi]

Witam i pozdrawiam wszystkich,

Mam 2 pytania do "majstersztykowej" turbiny kolegi Klistron, a właściwie chodzi o układ grzałek.

1. Czy wspomniane grzałki 400+500+500W mogą załączać się w trybie stopniowanego zwiększania obciążenia: 400, 500, 900, 1000, 1400W?

2. Czy nie lepiej jest zamontować 3 grzałki o różnym napięciu np. 48V, 110V i 230V, aby prądnica byłą obciążana napięciem dostosowanym (mniej lub bardziej) do aktualnych warunków wiatrowych. Czy wtedy sprawność byłaby największa?

[klistron]

Widząc powyższe zapytanie nasuwa mi się refleksja że nie zostałem właściwie zrozumiany.
Ja preferuję łatwą ocenę możliwości budowanej prądnicy, testem z jednej cewki na napięciu
zmiennym, ale przed nawinięciem pozostałych cewek. Mamy wtedy jeszcze możliwość manewru
w ilości zwojów łącznie w FAZIE do przewidywanego napięcia prądnicy przy zakładanych (planowanych) obrotach.
Gdy mamy już cały stator to testujemy go w takim zestawie w jakim będzie pracował, np:
a) z mostkiem prostowniczym który doda swoje straty, ale uprości sposób przyłączenia
obciążenia, zapewniając równomierne obciążenie wszystkich faz jedną grzałką.
b) bez mostka prostowniczego i jego strat z bardziej skomplikowanym sposobem przyłączania
obciążenia, osobno na każdą fazę.
Konstruktor musi sprawdzić lub zadecydować co się bardziej opłaca.
Ja w eksploatacji prądnicy stosuję obciążenie mieszane z dwóch powyższych sposobów.

[klistron]

Wspomniany wyżej sposób z trzema grzałkami na różne napięcia, dał by wysoką sprawność gdyby były wiatry od 7 m/s i w górę. Niestety na co dzień są one w granicach 2 do 4.5 m/s i czasami nieco wyżej, dając realne obroty mojego śmigła w granicach 40 do 120 RPM.
Gdy trafi się 150 RPM to jest już co obserwować, no a powyżej 200 RPM to są rzadkie i krótkotrwałe przypadki. Stąd pewne kompromisy i moja specyficzna „polityka” odbioru energii: małe wiatry to małe natężenia, stąd małe niegroźne straty i tu odpuszczam wysoką sprawność, aby jednak odbierać możliwą do uzyskania energię z małych obrotów, bez przesadzenia z grubością drutu nawojowego. Duże obroty to duże moce i natężenia i tu wysoka sprawność zapewnia że prądnica jest rzadziej narażona na przegrzanie i pójście z dymem.

[klistron]

Na maszcie jeszcze stara amerykanka 40 neodymów. Ksawery rozpędzał ją do 1600W. Musiałem odciążyć statecznik aby szybciej się składał bo obciążenie maksymalne miałem przewidziane na 1400W.