Onderwerp: Ideeën voor coöp development hydrogenerator?

op deze site staat een benadering voor berekening haalbare vvermogen:
energyphysics.wikispaces.com/P...Water+Turbine+System
Ik heb daarvan een excel gemaakt: drive.google.com/open?id=0BzYDELZWraqNeVVZRHJ1QWIwQjQ
Je geeft de radius in en de verwachte efficiency en ziet vermogen in watts

Sunday schreef :
Inderdaad een prima verhaal voor dit onderwerp. Ik zal het nader bestuderen. Ik zag al dat de koppelkarakteristiek voor de gesleepte schroef veel lijkt op lijnen, die ik uit Zweedse modelproeven van "Nordstrom" van 1948 heb gehaald.
De gebruikslijn van de generator of alternator voor diverse belastingen ( accu laden of ballastweerstanden ) wordt ook gegeven.
Een echt interessant verhaal.

Jan

Nog een goeie must-read in pdf: www.mdpi.com/2077-1312/4/3/59/pdf

En: ik wil m'n generator met een buis "shroud" gaan maken.
Zoiets:



Nu is mijn vraag al heel concreet: ik kan een 3D cad bestand maken en wil dan een en ander laten frezen in zwaargewicht foam kwaliteit. Die vormen kan ik dan vervolgens bekleden met carbon
Ik denk aan een foam van 200 of 300 kg per kubieke meter.
==> wat voor kwaliteit foam is daarvoor geschikt? Waar kan ik dat kopen?

Aan m'n schroef zitten tekenen. Moeilijk... ik krijg de schroefbladen niet massief. Toch leuk voor ideevorming: op deze wijze kan ik met één mal voor schroefblad er drie uit maken. De bladen worden dan in de naaf geschoven en vastgezet met rode dop.

Mooie plannen Sunday / Peper (& verdere meedenkers). Ziet er goed uit!
Mooi om te zien hoe jullie je kennis en kunde hier in stoppen. Ik geloof wel in het praktisch nut van een sleepgenerator. Een 3-8 Ah opbrengst zou al heel mooi zijn. Is een naaf met verstelbare bladen niet handiger? Dan kan iedereen zelf optimaliseren naar bootsnelheid, gewenste opbrengst en acceptabele weerstand.

Is het de bedoeling dat het een reproduceerbaar ontwerp wordt voor DHZ-ers,
of gaan jullie voor 't optimum? Naar mijn idee zou een eenvoudige, goed gekozen standaard schroef aan een massieve gesleepte as ook al goede resultaten moeten kunnen halen icm de door Peper bestelde generator. Meer volgens het Kiss principe zeg maar, al is een beetje Carbon hier en daar ook érg mooi....

En de elektrische afregeling? Kan dat na gelijkrichting en evt bucken door een standaard solar regelaar worden verzorgd?


Gerwin.

Sunday schreef :
@Buurman Sunday: Zou je de wigbevestiging in de blauwe ring van de naaf kunnen laten draaien dan heb je pitch verstelling. Die zou je dan kunnen aanpassen aan de snelheidsrange van de boot. Je zou ook verschillende bladen in de wigbevestiging kunnen aanbrengen met elk een eigen pitch aangepast aan de snelheidsrange van de boot.

@gerwinhaaijema:
dat zou dan 36-96Wh zijn bij 12V? De sleepgenerator zal in de huidige situatie niet het gehele verbruik van de apparaten aan boord kunnen dekken. In samenwerking met een zonnepaneel is er wel een behoorlijke dekking van het energieverbruik mogelijk omdat een sleepgenerator ook werkt als er geen zon is. Het een en ander wordt lastiger als er koelkasten, magnetrons, mainframes en diepvriezers aan boord gaan komen. Ervan uitgaande dat als er wind is je ook kunt zeilen en dat je dan ook een stuurautomaat wilt kunnen gebruiken (ook nachts), lijkt het voor de hand liggend dat de sleepgenerator minimaal het vermogen voor de navigatieverlichting en de stuurautomaat te laten opwekken.
Optimaliseren naar bootsnelheid is te doen door de schroefbladen aan te passen. Opbrengst en weerstand zijn evenredig met elkaar. Verhoog je de opbrengst, dan verhoog je ook de weerstand. De efficiëntie is te verbeteren door de schroefbladen te 'tunen' op de snelheid, maar dat levert maar een kleine winst in efficiëntie op. Je moet in gunstige omstandigheden rekenen dat je voor elke Watt die je 'uit het water' haalt, voor 2 Watt wordt afgeremd. Bij het gebruik van de schroef voor aandrijving is dat vaak nog slechter: voor elke Watt die je uit het water haalt wordt je voor 10 Watt afgeremd. Elke gewenste opbrengst levert dus een onacceptabele weerstand. Vandaar mijn persoonlijke keuze voor een generator die uit het water kan worden gehaald.

Ik ga uit van materiaal dat ik goedkoop kan krijgen, werk dat ik om niet er aan doe, spullen die uit de 'bouwmarkt komen', zodat het reproduceerbaar zou kunnen zijn voor DHZ-ers.
Daar valt deniet onder, want de hydrodynamiek daarvan is voor voortstuwing gemaakt en niet voor het genereren van vermogen uit langsstromend water. Die 'mis aanpassing' aan het gestelde doel levert de slechte effectiviteit zoals hierboven beschreven op. Dat wil niet zeggen dat het niet kan. In een kleine boot moet je echter effectief met de aanwezige energie om gaan (of een lang verlengsnoer naar de walstroom hebben).

Peper gaat niet voor mooi (althans niet voor boten en sleepgeneratoren). Dat is het leuke van een DHZ project, dat mag een ieder dan ook zelf invullen.

De uitgang van de generator is met de huidige stand van zaken in de Switched Mode Power Supplies eigenlijk niet meer ter zake doende. Ik heb voor een 24V generator gekozen omdat de 16 SMPS fly-back converters voor mijn 16 100Ah LiYFePO₄ bij 25V de hoogste effectiviteit hebben. De converters kunnen 6W aan en 16 x 6W = 96W. Dat is het maximale vermogen dat ik kan converteren om in mijn accubank te stoppen. Bij 24V is dat ongeveer 4A. De converters starten al bij 3V ingangsspanning en bij 42V ingangsspanning verbrandt de schakel mosfet, dus ik heb een heel groot bereik waarbinnen de generator mijn accubank gaat laden (de werking komt overeen met een MPPT lader). Dit betekent dat de schroef niet hoeft te worden aangepast op het juiste toerental van de generator, maar juist kan worden aangepast op de hoogste effectiviteit van de omzetting en daarmee op de laagste 'afremming'.
Voor mij is de ideale afregeling niet via een buck of boost converter (van ca 95% effectiviteit), maar van een fly-back converter met een hoog-frequent transformator, waarmee ik dan binnen een grote range de spanning kan bepalen en waarvan de uitgang ook nog eens zwevend is (en de effectiviteit daalt tot rond 85-90%). Dit voorkomt 'zwerfstromen' en de daaraan gekoppelde elektrolytische corrosie (niet dat ik daar erg veel last van heb in die drijvende Tupperware doos van mij).
Groeten, Peper.

Go west schreef :
@ Peper.
Je noemt dat je voor elke Watt die je uit het water haalt er 2 Watt weerstand ontstaat. Volgens bovengenoemd diagram klopt dat aardig. Bijv. bij 4,5 Nm en 7,5 t/s en 3 m/s sleepsnelheid wordt het (mechanische) vermogen dat de schroef levert ca. 210 W. De sleepweerstand is ca. 130 N, dus 130 * 3 = 390 W.
Bovengenoemd diagram is gebaseerd op meetwaarden aan modelschroeven, die gemaakt zijn voor normale voortstuwing. In deze meetwaarden zit dus al het effect van het minder optimale bladprofiel voor het slepen. Hopelijk kloppen de getallen een beetje bij de latere praktijktesten.

Jan

Die praktijktesten komen dichterbij:

3 fase generator 24V 100W nominaal

De achterkant.
Dinsdag kan ik er weer mee spelen!
Ik ga een houder maken waar het ding inpast zodat het aan het hek kan worden vastgemaakt (of op mijn aangehangen roer of zie maar waar) en aan de voorkant moet er een opnemer komen voor de flexibele as.
voor de eerste test heb ik al een flinke plas 'stil water' (zonder stroming) geregeld en een boot met iets van 35pk aan bbm, zodat alle snelheden mogelijk zijn.
Groeten, Peper.

De flexibele as

Nou dat kan niet moeilijk zijn toch? Een dikke gevlochten lijn en klaar. Zo iets heb ik nog wel ergens in mijn 'magazijn'.
Dat ligt toch effe anders... Het 12mm koord blijkt 11mm te zijn (daar is wel overheen te komen) en over een kleine afstand wel torsiestijf te zijn, maar over de 20m lengte krult het ding op als een dolle. Is eigenlijk nog geen probleem, de sleepschroef mag best dicht achter de boot komen. Ik schat echter in dat de kronkels in het koord een deel van de roterende energie weer aan het water gaan afgeven in plaats van aan de generator.
Nu heb ik van buurman Sunday een heel mooi RVS kousje 'uit één stuk' gekregen voor 11 tot 12mm koord en dat wil ik wel gaan gebruiken. De verbetering van de torsiestijfheid moet dan ergens anders vandaan komen.

Dat kousje is een eitje natuurlijk, ik maak in dat koord een 'Boarderbastiaanse' oogsplits en klaar!
Nou, dat kun je wel weer schokken Peper... Het koord is heel stug. Misschien is het voor gerekt om kruip en rek in gebruik te verminderen. Bovendien heeft het geen gevlochten binnenzijde maar is de kern van polyester 'haar'. Ik doe nog een poging om over een lengte dit 'haar' door een gaatje in de mantel eruit te halen, maar het resultaat is bedroevend. Ik ga niet eens proberen dit haar dan weer retrograad in de mantel terug te stoppen, ik zie zo al dat dit niet zal lukken. Afknippen die halve meter! Gewoon 'old school' een oog met takeling maken.

De mantel maak ik met een vlammetje 'smelt warm' en knijp dan de twee delen achter het kousje tegen elkaar. Ze lassen vast en het kousje zit er mooi in. Met de rest van het stuk doe ik een eindje verder van het kousje het zelfde en zo zit het aan elkaar met daartussen een opening. Daar waar de lijn aan elkaar zit gesmolten leg ik elk een genaaide takeling over de weer vast genaaide gesmolten verbinding. Misschien niet zo sterk als een 'Boarderbastiaanse oogsplits' maar toch zeker sterk genoeg om de sleepschroef mee te trekken.
Het stuk met het kousje erin is beslist 'torsie stijf', nu de rest nog.

Ik heb een stuk van 10m RVS 'flexibele slang' besteld. Helaas was er dat niet in AISI 316L maar alleen in AISI 304. Nu zal de sleepschroef niet zijn hele leven in het water liggen en verwacht ik geen enorme corrosie, maar het kan zijn dat deze gevlochten mantel niet helemaal de juiste keuze is op het gebied van corrosiebestendigheid. Aan de andere kant, voordat de mantel is weggecorrodeerd, ben ik misschien al wel heel lang dood...
De torsiestijfheid van de mantel is heel groot. En het is een heel gepielemoos om het koord door de mantel heen te krijgen. Eenmaal er doorheen wordt het duidelijk dat er toch behoorlijk ruimte zit tussen koord en RVS mantel. Dat bevalt me niet echt, maar wat daaraan te doen...
De mantel kan wel mooi tot over de takeling worden heen geschoven en ik zal de mantel met RVS draad van 0,4mm dia bij het kousje vastzetten en ook tussen de twee takelingen in vast priegelen.

Er los overheen geschoven ziet het er in mijn ogen degelijk uit.
Al werkend krijg ik een ingeving! Het 11mm koord kan mooi in een half duims tuinslang (binnen diameter van ca 12mm) en de RVS mantel heeft een minimale binnendiameter van 16mm en dat is ook de buitendiameter van een half duims tuinslang. Zo vul ik de ruimte tussen mantel en koord mooi op en neemt de torsiestijfheid flink toe.
Alles bij elkaar heb ik dan een 10m lange flexibele as, waarvan de laatste meter rigide is door de holle as van de schroef. Ik heb niet berekend hoeveel koppel ik via de flexibele as kan doorgeven zonder dat deze 'opkrult', maar ik verwacht dat het voor de sleepgenerator wel zal werken!
Groeten, Peper.

De flexibele as is af

Dan denk je wel even een flexibel koord van 11mm dia door een 13mm dia tuinslag heen te trekken... Nou mooi niet! "Ho es even Peper, jij bent toch een ouwe vonkentrekker... jij hebt toch zeker wel een trekveer met spido in je magazijn?"
Ja, da's waar die heb ik... effe pakken. Daar staat ook nog een spuitbus met siliconen spray... ook effe meenemen!

Zo, even wat siliconespray in de tuinslang en dan de trekveer erdoor. Dat gaat als een warm mes door boter. De spido hoeft er niet aan te pas te komen.
Met een stukje RVS draad maak ik het koord aan de trekveer vast en dan hatsee het koord door de tuinslang en in één vloeiende beweging de tuinslang met koord in de mantel, klaar!
Bij het RVS kousje maak ik met het RVS draad een 'fantasie takeling' om het kousje en de RVS mantel goed vast te maken.
Dat moet ik later wel met krimpkous afwerken want er blijven scherpe draaduiteindjes uitsteken en die 'hangen' zo maar in je vel!
Daar waar het koord de holle schroefas in gaat, komt nog een extra stuk RVS mantel om het koord tegen schavielen te beschermen.

Daarna word de holle as in de RVS buitenmantel geschoven en voorlopig maar vastgezet met een slangklem van pb-staal. Later (als alles werkt) zal ik hier met RVS draad wel weer een 'fantasie takeling' maken om de RVS buitenmantel strak tegen de 'schroef' aan te trekken.

Als alles goed werkt en er hoeven geen verbeteringen te komen, kan het gele koord worden afgeknipt en met een 'interferentieschroef' in de holle schroefas worden vastgezet. Uiteindelijk zit de holle schroefas met schroef dan vast aan de RVS mantel en aan het gele koord.

De torsiestijfheid is voldoende als, achter een boot gesleept, het geheel niet draait en er geen 'krullen' in de flexibele as ontstaan. Dat wil zeggen er is 100% slip.
Wordt eenmaal de generator aangekoppeld, dan wordt de slip omgezet in rotatie en zou er geen reden tot 'krullen van de as' zijn. Dat is het ijkpunt voor het goede functioneren van de as.
Groeten, Peper.

Mooi Peper, ben benieuwd naar resultaten. Eigenlijk ben jij al heel ver nu he?

Ik krijg momenteel hulp van de maker van m'n 3D ontwerp app Shapr3D om correcte schroef te tekenen.
Dat is fijn.

Ondertussen speel ik met twee gedachtes:
1. een oude gedachte waarbij de shroud en schroef één geheel vormen; shroud draait simpelweg mee:


2. Een nieuwe gedachte waar een shroud met eigen vaste impeller erin, als bovenstaande tekening maar dan in combinatie met daarin -daarbinnen- een tegengesteld vrij draaiende impellerschroef die via antitorsie naar generator gaat. Gedachte is dat daarmee de impellerschroef efficiënter aangedreven wordt. Dit principe wordt ook toegepast in straalmotoren...

Stel je maakt de bladen aan de shroud vast. (eerst een kopie maken onder een andere naam en daarmee gaan experimenteren). Laat dan de naaf weg en de bladen worden dan in het centrum eindstandig. Dan heb je een 'binnenste buiten' schroef gekregen. Plak dan magneten 'op de shroud' en teken een huis met de wikkelingen over het geheel heen.
Een vlak wordt bepaald door 3 punten en je kunt dan met 3 lagerbevestigingen voor en achter de shroud met de magneten laten draaien in 6 schuin geplaatste keramische lagers. De shroud met de schoepen wordt door de schuine lagers 'in het midden' gehouden en je kunt met een triangle slepen aan de buiten ring.
Maak je dit van carbonvezel versterkt polyester, dan kun je de magneten daarin 'mee werken' en oxideren de neodymium magneten niet omdat zij van zuurstof zijn afgesloten.
Wikkel je de spoelen op een glasvezel wikkeldoorn (een PUR-schuim wikkeldoorn kan ook, zolang er maar geen magnetiseerbaar metaal of geleidend materiaal in zit) die je met de spoel op de juiste plek plaatst (3 spoelen voor 2 magneten) dan heb je een coreless 3 fasen generator (of ringmotor), die geen aanloopkoppel vraagt groter dan de eigen inertie.
Dan heb je de nieuwe uitvoering van de 'Torquejet' en ook een 'JetGen' als sleepgenerator...
Hou me vast! Dit is waanzinnig genoeg om uit te proberen!
Groeten, Peper.

Oh ja, in m'n enthousiasme nog iets vergeten. Een shroud die 'meedraait' geeft door de weerstand van het water voor de draaiende shroud verlies van vermogen. Indien dit wordt gecompenseerd (en het liefst overgecompenseerd) door de vermogenswinst van de shroud in de vorm van het tegen gaan van turbulentie aan de tip van de bladen, is een meedraaiende shroud zinvol (misschien is het verlies kleiner als de meedraaiende shroud heel glad is).
De tweede versie met een vaste shroud die tevens de stator-vinnen voor de turbine vasthoud, maakt het wel mogelijk om zonder wrong in de schroefbladen te werken zoals jij nu de bladen in je turbine hebt getekend. Hoeveel je dan aan vermogen wint... weet ik niet, maar de constructie van de draaiende vinnen/bladen of hoe je ze ook noemen wilt is veel eenvoudiger!
Peper.

dit lijkt toch wel heel erg op wat jullie willen ontwikkelen: Waterlily Personal Turbine
www.waterlilyturbine.com

Erg leuk! En goedkoop ook.
Capaciteit is wel klein in vergelijking met mijn doelstelling.

Zijn maar 18cm in doorsnee.
Als je er nou vier combineert dan heb je binnen een frame van 40X40 cm 100watt output. Toch niet verkeerd? Maar goed...ben een complete nono op dit gebied.

Vinni

Dat zie je goed Vinnie, maar de vraag is hoeveel je de boot dan afremt... en of je dat dan nog leuk vindt.
Zou 25W voldoende vermogen zijn om je energiebehoefte te dekken (en dat zou best kunnen met led kajuit-verlichting en navigatie-verlichting en navigatie op een tablet), dan is dit een prima ding! Leuk is dat je dan ook bij stilliggen de getijdestroom kunt gebruiken voor het opwekken van stroom.

Zou je een stuurautomaat hebben die slechts 25W verbruikt, dan is dit de perfecte match! (wel nog een zonnepaneeltje van een Watt of 30 erbij)
Groeten, Peper.

Sunday schreef : onder het tabje "Specifications" staat: "12V version available - contact for details"

Ik vermoed dat het een afgeleide van 5 Volt bij 5 Amp is dus 2,5 A bij 12 Volt

25W is 25W, bij welke spanning dan ook! In het gunstigste geval zal de generator de boot voor 50W afremmen. Dat is niet veel, maar het opgewekte vermogen is ook niet veel. Ik vind het wel een 'lief ding' en het neemt niet veel ruimte in. Echt iets voor 18 tot 24ft zonder koelkast of magnetron en als aanvulling op een zonnepaneel op 'donkere dagen'.
Groeten, Peper.

De 'Waterlily' is alleen niet geschikt om te slepen, het huis moet immers stil worden gehouden ten opzichte van de draaiende schroef. Dan heb je al twee sleeplijnen nodig en ik hoef niet uit te leggen dat dat niet lang goed gaat. Je kunt hem wel gebruiken met een starre verbinding die hem onder water houdt, vergelijkbaar met de Watt & Sea. Die doet echter 300 of 600 Watt, dus factoren meer dan de 'Waterlily':

En kost ook een paar factoren meer: de basis uitvoering is van 3500 tot iets meer dan 5000 Euries {slik]

Buurman Sunday en ik hebben al eens gebrainstormd over een sleep triangel (analoog aan de triangel boegspriet van Sunday) om een generator te slepen. Dat zou met de waterlelie het probleem van de 'counter rotation' elimineren. Dan wordt het een klein en fijn geprijsd generatortje dat ook als windmolen kan werken. Dus ook als je niet zeilt en aan de wal ligt.
Echter alleen voor de zeiler die led verlichting heeft en de marifoon spaarzaam gebruikt. Geen koelkasten of magnetrons en stuurautomaat en dus zelf aan het roer zit.
Zouden ze het ding in 24V kunnen leveren, dan ga ik ervoor.
Groeten, Peper.

Als ik kijk naar de Waterlily dan vermoed ik dat deze gemaakt is voor lagere watersnelheden dan waar wij doorgaans mee varen. Dit uit zich in een relatief grote oppervlakte en kleine bladhoek. Prima voor een beekje of voor wind, maar niet voor zeilen met 5-6-7 knopen en bij een surf nog sneller. Dan neemt de drag snel toe en mogelijk worden de krachten op de bladen en/of de as zo groot dat er schade optreedt.

De Watt&Sea heeft om deze reden een variabele pitch, die automatisch ingesteld wordt (waarschijnlijk om het toerental optimaal te houden).

Die €Xr van mij met LOA < 7,50m en 5 meter waterlijn en 1800kg haalt 7 knts? Als dat gebeurd, word ik dronken en moet ik een week aan de beademing!
Boven de 7 knts komt een gesleepte generator 'uit het water' en gaat 'waterskiën'. Boven de 7 knts zul je dus een buitenboordmotor-achtige constructie moeten gebruiken. De waterlelie is geen ding voor de 'Il Cigno' zoveel is wel duidelijk! Overigens is pitch verstelling om het toerental te optimaliseren om een goede spanning te krijgen bij gebruik van een buck/boost regelaar niet nodig.
De pitch verstelling kan wel interessant zijn om het rendement zo hoog mogelijk te houden en daarmee de afremming van de boot bij gebruik tot het minimum terug te brengen. Dat je ooit meer dan 60% rendement gaat halen is echter onwaarschijnlijk. Go West heeft dat in zijn berekeningen voor geoptimaliseerde schroeven al aangegeven.
Groeten, Peper.