Kantelbare zijvaan beveiliging van een waterpompende windmolen : dynamisch gedrag van de CWD 2000 in het veld

Kantelbare zijvaan beveiliging van een waterpompende

windmolen : dynamisch gedrag van de CWD 2000 in het veld

Citation for published version (APA):

Luykx, M. P. M. (1986). Kantelbare zijvaan beveiliging van een waterpompende windmolen : dynamisch gedrag van de CWD 2000 in het veld. (TU Eindhoven. Vakgr. Transportfysica : rapport; Vol. R-777-S). Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1986

Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne

Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at:

openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

Titel:

TECHNISCHE HOGESCHOOL EINDHOVEN AFDELING DER TECHNISCHE NATUURKUNDE VAKGROEP TRANSPORT~ISICA

Kantelbare zijvaan beveiliging van een waterpompende windmolen.

Dynamisch gedrag van de CWD 2000 in het veld.

Auteur Maarten Luykx

R 777 S april 19-86

...

_-B I _-BL. TECHN I SCHE UNIVERSITEIT

III

[I

*9305826* EINDHOVEN

Verslag van 2e stage,verricht bij de vakgroep Transportfysica, groep Windenergie, in de periede sept '85 tot maart '86.

Met .dank aan mijn stagebegeleiders Joop van Meel .en Paul Smulders· en aan Henk Oldenkamp en Ad

Samenvatting

De CWO 2000 is een waterpompende windmolen, speciaal ontwikkeld voor gebruik in ontwikkelingslanqen. Essentieel voor iedere wind-molen is een goed beveiligingssysteem, waarmee schade aan de wind-molen en pomp bij hoge windsnelheden kan worden voo£kbm~n. De Cw~ 2000 beschikt over het kantelbare-zijvaan systeem. Daarbij is de rotor excentrisch t.o.v.de kruias geplaatst en kruit hij bij een vlaag horizontaal uit de wind.

Aan dit model is al veel onderzoek verricht. Zowel aan het statische gedrag ervan.(model,windtunnel, veldt als aan het dyna-mische gedrag (model,windtunnell. Voor het eerst zijn nu metingen aan het dynamische gedrag van dit systeem op het veld gedaan. Ook zijn op het veld experimenten verricht om het dynamische gedrag te vergelijken met computersimulaties.

Belangrijke conclusies zijn:

Bij hoge windsnelheden treden oscillaties op in het dynamische gedrag, waarbij extreme belastingen op de rotor kunnen optreden. - Windtunnelmetingen en het theoretische model besch~ijven het

gednag van de CWO 2000 niet volledig. Verbetering van het model is gewenst en wel zodanig dat de demping en wrijving beter met de werkelljkheid overeenstemmen, dat het programma ook met nega-tieve kruihoeken kan rekenen en dat het windsnelheidsverloop en windrichtingverloop in de simulatie in te voaren zijn.

- D.m.v. seconde-metingen kan het dynamische ge9rag van de wind-Molen en het beveiligingssysteem goed gereconstrueerd worden.

- 3

-Inhoud

samenvatting

lijst van symbolen

Hoofdstuk 1. Inleiding

Hoofdstuk 2. Beveiliging CWO 2000

p. 4 p. 5 - 6 II

"

II 2.1 Beschrijving

2.2 Theorie & modelvorming 2.3 Veld- en windtunnelmetingen p. 7 - 8 p. 9 -10 p. 11 -12 Hoofdstuk 3. Meetopstelling II II II 3.1 Het testveld 3.2 Data-acquisitie- en verwerkingssysteem 3.3 Te meten grootheden en sensoren

p. 13 p. 15 p. 19 14 18 28 Hoofdstuk 4. De metingen II 4.1 Testomstandigheden II _{4.2 Secondemetingen}

II _{4.3 Natuurlijk gedrag & experimenten} " 4.4 Gemeten en berekende grootheden

Hoofdstuk 5. Resultaten & interpretaties

p. 29 p. 30 p. 31 p. 32 - 34

II

5.1 Bijzonderheden van natuurlijk gedrag op het veld p. 35 - 48

II

5.2 Statistische verwerking van het natuurlijke gedrag p. 49

-

59

II _{5.3 Beschrijving van de experimenten p. 60}

-71

II

5.4 Experiment & simulatie p. 72- 78

Literatuur-referenties Hoofdstuk 6. Conclusies

Appendix

II

II

A1 Bloktitels van metingen A2 Programma's A3Simulatie-parameters p. 79 - 83 p. 84 p. 85 - 86 p. 87 88 p. 89

f C

.n

p Dir. M gyr n , N ~rui p Pos. R R a T U V 0+-V o+S V w v krui v vaan y. a. y <5 p ¢ X w

Lijst van gebruikte symbolen

frequentie

vermogenscoefficient

windrichting t.o.v. de vaste aarde gyroscopisch

moment-rotortoerental (omwentelingen per sec.t kruitoerental

luchtdruk

positie van molenkop t.o.v. vaste aarde roborstraal

afstand van anemometer tot kruias temperatuur

geconverteerde voltage van potentiometer windsnelheid

schijnb.are wind werkelijke wind

snelheid van anemometer t.g.v. het kruien van de rotor.

snelheid van de windvaan t.g.v. het kruien van de roter

absolute kruisnelheid of -toerental trillingsamplitude

hoek tussen werkelijke en schijnbare wind hoek tussen vaanblad en verticaal

hoek tussen normaal op het rotorvlak en de windrichting (kruihoek)

snellopendheid luchtdichtheid

windrichting t.o.v. vaste aarde

hoek tussen normaal op het rotorvlak en ean vaste lijn op de grond (positie van molenkop)

hoekfrequentie van trilling

Hz o 2 1 2 R s Ris

"

mbar o m m

'c

m/s m/s m/s m/s m/s Ris o o (l (l 3 kg/m o Q rad/s.

- 5

-1. Inleiding

Ten grondslag aan deze stage lag de wens meer te weten te komen omtrent het dynamische gedrag van het beveiligingssysteem van de waterpompende CWO 2000 windmolen onder veldcondities. Bijzondere aan-dacht gaat daarbij uit naar het dynamische gedrag van het beveili-gingssysteem van de

Cwu

2000 onder ._~

--

-t:A'-'..LeuJ.c condities, zeals

ten derde

een storm. Bet beveiligingssysteem van de CWD 2000 heet het kantel-bare zijvaan-systeem. Een beschrijving daarvan volgt verderop in dit verslag.

Door op het windmolentestveld op de THE secondemetingen te ver-richten aan de CWD 2000 en deze te verwerken, is het mogelijk het dynamisch gedrag gedetailleerd te meten en weer te geven, om daarmee het verloop van en de verbanden tussen bepaalde grootheden te quan-tificeren. De bestudering van het dynamische gedrag van het beveili-gingssysteem middels een-seconde-metingen op het veld, sluit aan bij de navolgende drie andere deelonderzoeken, die worden of zijn uitge-voerd binnen de Windenergiegroep, te weten:

ten eerste: De opzet en uitwerking van een mathematisch model door A_ Logtenberg, met als basis de bewegingsvergelijkingen van het mechanische systeem, om het dynamische (en sta-tische ) gedrag van de CWD 2000 te kunnen simuleren in een simulatieprogramma. Zie referentie 5,7 en 8.

ten tweede Bet verrichten van metingen m.b.t. het dynamische gedrag aan een schaalmodel van een windmolen (met identiek beveiligingssysteemt in een windtunnel. Zie referen-tie 6, door N. Smits.

Bet verrichten van metingen op het testveld aan de CWO 2000 windmolen, waarbij tien-minuten-gemiddelden en l-sec-piekwaarden gemeten worden. Door Benk Molenkamp, zie

referentie 2.

Kenmerkend voor metingen op het testveld zijn de variabele wind (en weer-

X

condities. Kritiek voor de beveiliging van de windmolens zijn met name de windvlagen op het veld. Vandaar dat als bijkomend onderdeel gevraagd is het dynamisch windsignaal op het veld te onderzoeken, i.h.b. een vlagenanalyse m.b.v. seconde-metingen.

het beveiligtngssysteem van de CWO 2000 besproken worden en wordt het theoretische onderzoek en het praktische onderzoek daaraan besproken. Hoofdstuk 3 behandelt de testopstelling (testveld en meetsysteemL waarmee de metingen aan de CWO 2000 in deze stage verricht zijn. Het data-acqui-sitie en -verwerkingssysteem wordt daarin ook besproken alsmede de sen-soren waarmee de signalen gemeten worden.

In hoofSstuk 4 worden de meting~Il g~lnLLoduceerd.Wat waren de test-omstandigheden, wat voo~ soort metingen zijn er verricht en welke groot-heden zijn precies gemeten en berekend. Ho~fdstuk5 behandelt de resul-taten en de interpretatie van de metingen. Het natuurlijke gedrag op het veld -wordt besproken, de statistische verwerking ervan, de experimenten worden beschreven en vergeleken met de theorie.

In hoofdstuk 6 worden de belangrijkste conclusies gegeven en aanbevelingen voor verder onderzoek gedaan.

- 7

-2. Beveiliging CWO 2000

2.1 Beschrijving

De CWO 2000 is een waterpompende windmolen met de volgende ontwerp-specificaties, zie fiq~u= 2.1:

CWO 2000

PURPOSE : water lifting; designed for use in low

and moderate wind regimes (yearly

averages below5mlsl

ROTOR : horizontal axis; kept in up wind

posi-tion by balance of side vane and

excentric rotor; rotor diameter2m;

6blades of galvanized steel sheet;

fixed pitch

TRANSMISSION: directdrive crank mechanism with

adjustable stroke and swing arm;

strokes25-100mm; balanced pump

rod weight

CONTROL : over speed control by yawing,

SYSTEMS activated by exentric rotor and

hinged side vane system

PUMP SYSTEM : single acting piston pump with

star-ting nozzle and air chambers;

nomi-nal pump diameter65mm

TOWER : steel tubularmast;height6.5m; can

belowered by means of hinges in

the towerbase

CAPACITY :25m3_{/day at5m static head and3.5}

m/s-aYerage windspeed.

OPERATING : -cut-in :2.5mls

WIND SPEEDS -rated :6mls

-survival:40mls AERODYNAMIC:-A(design):1.5 PROPERTIES -Cp (max):0.3 -solidity: 0.35 •typical design wind speed: 3 mls

WEIGHTS : total (excl. foundation): ±150 kg

COST : materials ± US$150.- (in The

Ne-therlands) .

STATUS : one is operating inTheNetherlands

since April 1983 and another one in Sri Lanka since June 1983 .

Fig. 2.1 Ontwerpspecifica-ties van de CWO 2000.

Uitgangspunten bij het berekenen van meclianiscne oelastingen (reft. 131 :

n (oelastL ~ 2 R!s max

n_max(onnelastL ~ 2.8 Ris_. n..."_KrUJ:,max = Q.16 'RIa.

Deze CWO 2000, waaraan de veldmetingen omtrent dynamisch beveiligingsgedrag hebben plaatsgevonden, is uitgerust met het kantelbare zijvaanmechanisme. Dit beveiligingsmechanisme, gebaseerd op het uit de wind kruien van de rotor, moet ervoor zorgen dat:

het rotortoerental begrensd blijft, i.v.m. dynamische krachten op de pomp,

- de aerodynamische krachten op de rotorbladen en kop en de krachten op de gehele constructie binnen de perken blijven,

- er zo weinig mogelijk opbrengstverlies optreedt.

Vooraanzicnt en bovenaanzicht van het kantelbare zijvaan systeem zijn af-gebeeld in de volgende twee figuren, figuur 2.2 en figuur 2.3.

I

U

excentrisch t.o.v. de kruias is geplaatst en dat de vaan schar-nierend is opgehangen. Bij lage windsnelheden is er een evenwicht tussen het m.oment op de rotor en op he~ vaanblad als het rotor-vlak ongeveer loodrecht op de wind staat. Bij hogere windsnelheden of een vlaag wordt het vaanblad opgetild en is er dan geenmomen-tenevenwicht meer. De rotor kruit uit de wind tot een nieuw

even-Fig.2.2 Vooraanzicht van de CWO 2000 met het kantelbare zijvaan mechanisme.

wichtspunt bereikt is en kruit weer terug in de wind als de vlaag wegvalt en de windsnelheid afneemt.

Fig.2.3 Bovenaanzicht van een windmolen met een kantelbare zijvaan. Voor een waterpompende

windmo1en is een goed func-tionerend beveiligingssys-teem onmisbaar. Van belang is met name het beveiligings-gedrag van de molen in extreme

weersgesteldheden. Men kan dit beveiligingsgedrag nu statisch of

dynamisch beschrijven. Hierna wordt kort weergegeven wat voor theoretisch dan wel praktisch onderzoek er verricht is aan het beveiligingsgedrag van windmolens met het kantelbare zijvaan mechanisme.

9

-2.2 Theorie &modelvorming

Aan het gedrag van het kantelbare zijvaan principe van de CWD2000 is veel theoretisch onderzoek verricht. Uitgaande van de ideale vermogenskarakteris-tiek (zie figuur 2.4i is de ideale kruihoekkarakterisvermogenskarakteris-tiek af te leiden (zie figuur 2.5, referentie 71. Deze legt iets vast van het statische beveiligings-gedrag. Gaa~ men uit van een statisch model van de kw~telb~rc

molen, dan is op grond daarvan de kruihoekkarakteristiek voor dat systeem te berekenen (zie figuur 2.6.1. Deze vertoont redelijke overeenkomst met die, verkregen uit lO-minuten veldmetingen (referentie 81.

_," V

L...:-~-L. ...L.

-Fig.2.4Ideale vermogens-karakteristiek.

Fig.2.5 Ideale kruihoek-karakteristiek. 30

'~I

90 - - - - . . . . _

60j

r----~:..._...L.._---- ~

Fig.2.6 Berekende kruihoek-karakteristiek.

Ook is een mathematisch model opgezet, op basis van de drie bewegings-vergelijkingen van het systeem. Dit mathematische model vormt de basis voor het theoretische onderzoek aan o.a. dynamisch gedrag. Zie referentie 5 en 10. Momenteel is men daar zover mee dat er een computersimulatie van het dynamische gedrag van een dergelijk beveiligingssysteem 'mogelijk is, zie referentie 5 en 8. Daarbij. zijn allerlei systeemparameters variabel te kiezen en zijn voor de presentatie van de simulatieresultaten vele uitvoermogelijkheden. Zie figuur 2.7.

r\. . (dynamic)

B_{max (quasi statitl}

b

t(s1

...

Fig.2.7 Uitvoer van het simulatieprogramma: Respons van het systeem op een stap in de windsnelheid van 0 naar 12 m/s (geen dempingL

- 11

-2.3 Veld- en windtunnelmetingen

De metingen aan het beveiligingsmechanisme van de CWO 2000 zijn onder te verde len in veldmetingen en windtunnelmetingen. Daarbij heeft men dan nog de keus om het gedrag statisch dan weI dynamisch te meten en onder~

zoeken.

Tot voor kort waren alle veldmetingen, geddarl ~an de C~~ 2000 op hat THE-testveld, tien minuten metingen. Dit is een internationaal afgesproken meettijd (I.E.A.l om opbrengstmetingen aan windmolens mee te doen. Het houdt in dat aIle gemeten grootheden over tien minuten worden gemiddeld en dan worden geregistreerd. Uit deze tien minuten metingen zijn gegevens te halen m.b.t. het gemiddelde beveiligingsgedrag op het veld, dat, omdat het hier een niet-lineair systeem betreft, niet gelijk hoeft te zijn aan het statio-naire gedrag. Uit deze metingen zijn o.a. gemiddelde kruihoekkarakteristiek, toerensnelheidskromme en opbrengstkromme te verkrijgen. Zie figuur 2.8, figuur 2.9 en figuur ~.10 (referentie 2 en

4L.

40

to

o

• +

10 Fig.2.8 Kruihoekkarakteristiek uit 10 min metingen.

o

n

1

( (((s)

t. of-Fig.2.9 Toerensnelheidskromme uit 10 min. metingen.

1.1'

5

-:1J

' 1-

...

S

I

0 U _~s

-.v

_("'/~)

Fig.2.10 Opbrengstkromme uit 10 min. metingen.

Wat deze tien minuten metingen m.b.t. beveiligingsgedrag nog meer opleveren, zijn de zogenaamde piekwaarden. Dit zijn maximale waarden van gemeten groot-heden die tijdens de meetperiode zijn opgetreden. Interessant uit het oog-punt van beveiliging zijn dan een sec. piekwaarden voor het rotortoerental, kruisnelheid, gyroscopisch moment en windsnelheid. Voor de CWO 2000 zijn ooit piekwaarden voor de eerste drie genoemde grootheden voorgekomen van respec-tievelijk: n

=

5 Ris. n.. • O..;iRls en M .. = 1.2 R2/ / , zie

refe-max • Kru1 ,max gyr, max

rentie 2 en 4.

Bet (echteL stationaire gedrag kan door wind-tunnelmetingen worden vastgelegd. Dergelijke

metingen zijn al vaak uitgevoerd, zie figuur 2.11 , referentie 7. 90 80 10 60 50 30 120

i

10

O

~

...

I...=:=;:::::;:::::;:~~...-...-...--~....,...

__...I

~s)

5

10

Fig.2.11 Statisch beveiligings-gedrag, gemeten aan een onbelast model in een windtunnel.

In een windtunnel is aan een schaalmodel ook het dynamische gedrag van het beveiligingssysteem met kantelbare zijvaan onderzocht. Zie referentie 6. Bet enige dat in dit kader dan nog rest is onderzoek doen naar het dynamische beveiligingsgedrag op het veld, en wei aan de CWO 2000. Dat nu is hoofd-onder-werp van dit verslag.

13

-3. Meetopstelling

De metingen voor dit onderzoek zijn verricht aan de CWO 2000 windmolen op het testveld van de TH-Eindhoven, waarbij het aanwezige meetsysteem ter beschikking stond om de meetgegeveos te verwerven en uit te werken.

3 • 1 Bet testveld

Bet meet- of testveld is gelegen op het terrein van de THE. Bet ligt midden in een open veld, ten oosten van de TR-genouwen. Zie figuur 30 1.

.... ' 1:13.500

Fig.3.1 Plattegrond TH Eindhoven.

o, 100 ZIllI lOG 4llO 500",

Ten noorden, oosten en zuiden van het testveld staan op ~ 80 meter afstand tijen van bomen met een hoogte van + 15 meter. De windmolenlocaties zijn geplaatst in een NNW-ZZQ lijn, zodat de wederzijdse beinvloeding van de molens minimaal is. rmmers, de meeste voorkomende windrichtingen zijn tus-sen NNO en OZO en tussen WNW en ZZW. Zie figuur 3.2 met de plattegrond van het testveld en met de windroos. Een gedetailleerde beschrijving van het testveld is te lezen in referentie 3. Voor de metingen van windsnelheid en windrichting in deze stage is de mast gebruikt die vlak naast de lier van

locatie 5 staat. Zie figuur 3.2. Dit is een 12 meter hoge mast met anemometers en windvaantjes op diverse noogten. Er zal naar gerefereerd worden als "mast" of als "K.v.d.L.-mastll

• De CWD2000 is geplaatst op locatie 5, alwaar de

af-stand van de CWO 2000 rotor tot de mast + 6 meter bedraagt. Bij de metingen in deze stage was aldaar het waternivo in de put die van het

grondwater-n~vo (2

a

3 meterl: sinds februari 1986 is de put gesloten en is de maximale diepte zeven meter.

Het circuit dat het opgepompte water bij de CWD 2000 aflegt is als voigt: Uit de put naar het opvoervat op vier meter hoogte in de molen, weer terug naar beneden, vandaar naar een brede buis en via die buis naar de flowmeter en weer terug naar de put. De flowmeter zit 1 meter onder de grond in een betonnen bake Daarin bevinden zich ook twee stopcontacten en een waterkraan.

fence

windmill location (No.)

well (depth in m,) mast (he ight in mJ winch --- - data lines

D

o

5 10m. •

__=-'=--=:1-='

lD

o

[]]

.'2m.

I I I I I •

•

O

"luT~T---J~9m~i-~T:

T

~T- -~--

--

-0

6- -••

70

₀

35m. 20m. 6m. 50 , I I m . . . . ( ' ) ' . I I . : di tc h ,~ : : ID III III 111 ~ .12 m. 111

wind run rose (for open terrain)

Fig.3.2 Plattegrond van het windmolen-testveld op de THE •

15

-3.2 Data-acquisitie en -verwerkingssysteem

Bij de metingen worden aIle data verzameld door een automatisch gegevens-acquisitie en verwerkingssysteem, gebaseerd op een Apple II microcomputer. Gedetailleerd is dit meetsysteem beschreven in referentie 1.

We kunnen in het gebruik van het meetsysteem enkele functies onderscheiden, nl. het meten, het weergeven van metingen in tabel of grafiek en het statis-tisch verwerken van de metingen. Deze hoofdfuncties worden vervuld door het softwarepakket "MONITOR". De gebruiker dient kleine programma's te schrijven, uitgaande van:

- "SAMPLE", het meetprogramma, voor de definitie van de meet-signalen, van de kanaalnummers, van de meettijd en van de informatie die je op het beeldscherm wilt hebben tijdens de mettngen.

- "FORMULAS", formuleprogramma, voor het berekenen van fysische grootheden uit de metingen.

De data worden verzameld door middel van het prograI!lIIla "MPROG", onderdeel van het pakket MONITOR. Dit programma bemonstert iedere seconde de ingangs-kanalen. De ingangssignalen zijn afkomstig van sensoren, die via een blik-sembeveiliging zijn verbonden met speciale interface kaarten in de Apple II. De ingangssignalen kunnen puIs frequent (afkomstig van een reed-relaisL 6f analoog ( afkomstig van bv. een potmeterl zijn. De sensoren zijn bevestigd in de windmolen en in de meetmast.

Nadat een bepaalde hoeveelheid data is verzameld, wordt deze gecombineerd in een datablok en op een data-disk opgeslagen. Zie figuur 3.3.a.

Fig.3.3a OVerzicht van liet meetsysteem tijdens de metingen.

Nadat de metingen zijn beeindigd, kunnen verwerkingsprogramma's, onderdelen van het MONITOR-pakket,gebruikt worden om de data te onderzoeken en om

eventuele afgeleide grootheden te berekenen. Daarvoor zijn formuleprogramma's nodig - door de gebruiker te schrijven - waarin de te berekenen grootheden worden gespecificeerd en waarmee deze worden berekend uit de gemeten data. Zie voor de situatie tijdens de data-verwerking figuur 3.3b.

Fig. 3.3b Overzicht van het meetsysteem tijdens de data-verwerking.

De verschillende uitvoermogelijkheden van de verwerkingsprogramma's uit het MONITOR-pakket worden in de volgende figuren met toelichting weergegeven. Een uitgebreide omschrijving is te vinden in referentie 1.

Een typisch voorbeeld van de uitvoer van het BIN-SORT programma is hieronder te zien:

" ' " 111_ • aa 211I CUI " ' "

=:m~~1~=I_nllll....2

1I

--

"211III/I1 _ ..I • "'IA 1112.-118• _AII1I I IIJII IELIIIIlI' I'll

I_

I 511 1.176 1.:11 o.m 1.22 I . " .311 .1419 .m ...2 2... <.11 .m .f2l2 .MS -10.1 lLi 111.' ZLI 2 II _till 1.3' l.IN 1.11 I. . . . .101 .m3 .m -3M 20.3 <.'1 <.01 .m .0$2 -5.11 I'.l 1M.'Il.l 3II

...

l.17:I .11'

.-

.m

-

..

•sot -Zl.I 11.4 (.'1 <.01 ...11 .011 -I." 22.1 1...1 11.1 • J1 0.616 2.11 '.lOI l.511 .!tIS .m -.Ill .121. -37.4 20.1

...

.,

.041

.-

.«11 l.O" D.' 11/.3 2'.'

I

II'

..m l.1I 4.111 1.12 .!tIS .192 .IID .146 -3'" 17.1 -.'Il .017 .tllI .01:1 Ll92 30.1 IlLl 24.1 I 113 _"'II l.U ••141 l.Ol

.-

.111 -.0:11 .112 -3M 20.1 •••11 .031 I.lill .m 11.11 11.3 121.3 ZL2 1 .11 10m l.4I 1.434 2.:14 I.... .llO -.0511 .113 -41.3 26.l ·.011 .0:11 I.m

....

lloll ..1 Il1.6 32.1 I .It 6.019 l.42 ..011 2.42 1.013 .1t1 -.029 .11' -3M 20.1 -.121 .013 1.:104 .041 11.11 31.1 t3l.111.1 , 1" ..126 loU ..122 l.lI

.-

.119 -.Ill .110 ... Zl.1 -.120 .ttO I.IlI .0S1 2MI It.l IlL' It.l 1.1272' 1.17:1 l.12 ..902 2.1' .t1l6 .1"

-

....

.m -41.2 21.' -.111 .022 I.'" ••11 21.61 21.0 141.2 21..

II'"

1.613 2003 l.m I.ft

.-

.131 -.*

....

-42.1 11.2 <.01 .120 _2.0" .041 3"'1 21.1 IlI.2 26.1 12'" LI92 l.1I l.m 1.11 ."12 .141 - ••1. 1.11 -42.' ll.2 .01Z! .023 l.l6O .1& lLlt 2M 1:11.' 21.4

13n' !.I4Z 2.11 I.m I." ••tIl .1" .1121 1.11 -42.1 Zl.1 .om .OZI 2.m .05l IS." 23.2 112.:1 Zl..

I.m 9.112 2.04 ••110 1.13 1.111 .Ill .2342 1.31 -42.1 I'"

.-

.OZ' 2.111 .001 11.04 21.l 161.1 21.1 ., 10l 1'.10 l.1'

I""

1.13 1.11I .llI .31$1 l.lI -41.' _1..'

.-

.021 2.112 .052 ll.ft 21.l III.' 21.1 1110 11.11 l.II II.~ I." ."11 .114

.-

1.J1 -37.0' 13.1

.-

.021 3."1 .04' 1l.42 It.l m.I 19.1 17 II 12." 1.14 12.2. 1.57 1.021 .121 .47" 1.Zl -54.1 20.1

.-

.021 3.lIl .041 61." 20.1 ID.3 20.1 113 l1.13 MI 13.57 2.21 .tIll .114 2.11 2.31 -40.1 23.1 .112' .031 3.113 .1lI

71."

3.st 191.4 20.' I "

-.

13.:lI 1.57 I.... 1.'3 1.046 .123

.-

1.0l -4'.' 17.t .13Ol .Oll 3.1 .1lS7 _"'Of 13.0 201.3 30.'

.llI 1.142 .m 3O.1I 2M 146.4 lO.1 _ 1.411

loll 1.11! 2."

.-

.11l <.11 .1Il -41.1 22.3 <.01

Fig.3.4 Voorbeeld van een BINSORT prograrnma-uitvoer-tabel.

De kop van de tabel geeft de bin-parameter en bingrootte, de eerste kolom geeft het bin-nummer, de tweede bevat het aantal metingen die binnen die 'bin' vallen. De andere kolommen bevatten steeds de gemid-delde waarde en de standaarddeviatie.

- 17

-De tabellen kunnen ook in de vorm van grafieken gepresenteerd worden, zie figuur 3.5.

n

VERT: •=lOOIDIV ItlIII : v-IVlll.lll/SI =.5/DIV

~

I

n

I 4

Fig.3.5 Voorbeeld van BINSORT programma-uitvoer van grafieken.

Ret programma PRINT DATA print de data die op de data-disk staan. Er zijn daarbij drie mogelijkheden:

a. de titelinformatie van elk blok printen.

b. de berekende grootheden voor elke meting uit elk blok printen. c. de gemeten data van iedere meting printen.

Achtereenvolgens staan de voorbeelden van deze mogelijkheden in de figuren 3.6, 3.7 en 3.8.

DATE TII'IE BT II ~I'I

He

NO ttl If' HE

BLOCK 1 86-01-14 15:21:31 1 1 300 11 11 11 0 0 BLOCK 2 86-1)1-14 15:26:39 1 1 300 11 11 11 0 ;) BLOCK 3 86-01-14 15:31:47 1 1 300 11 11 11 0 0 BLOCK 4 86-01-14 15:36:56 1 1 300 11 11 11 0 () BLOCK 5 86-01-14 15:42:05 1 1 300 11 11 11 () ₀ BLOCK 6 86-01-14 15:47:13 1 1 300 11 11 11 () ₀ BLOCK 7 86-01-14 15:52:22 1 1 300 11 11 11 (} ₀ BLOCK 8 86-01-14 15:57:31 1 1 300 11 11 11 0 0 BLOCK 9 86-01-14 16:02:40 1 1 300 11 11 11 0 0 BLOCK 10 90-01-14 10:07:49 1 1 300 11 11 11 0 0 BLOCK 11 86-01-14 16:12:58 1 1 300 11 11 11 0 0) BLOCK 12 86-01-14 16: 18: 07 1 1 300 11 11 11 0 0 BLOCK 13 86-01-14 16:23:16 1 1 300 11 11 11 0 0 BLOCK 14 96-01-14 10:28:25 1 1 298 11 11 11 0 0 BLOCK 15 86-01-14 16:34:22 1 1 300 11 11 11 0 0 BLOCK 16 86-01-14 16:39:31 1 1 300 11 11 11 0 0 BLOCK 17 86-01-14 16:44:40 1 1 300 11 11 11 0 0 BLOCK 18 86-01-14 16:49:49 1 1 298 11 11 11 0 0 BLOCK 19 86-01-14 16:55:28 1 1 299 11 11 11 0 0 BLOCK 20 86-01-14 17:02:05 1 1 299 11 11 11 0 Q BLOCK 21 86-01-14 18:03:10 1 1 300 11 11 11 () ₀ BLOCK 22 86-01-14 18: 08: 18 1 1 300 11 11 11 0 0

BLOCK 1 85-11-27 14:03:57 BT=1 TI=l NIt=300 NC=l1 ND=l1 Nl=l1 N2=0 NE=O

.+fff CVD 2000 (13) fffff

"

V-KVDl("lSI _{V-2000(lt/5) V2000/Vkvdl dVkvdl/dt DIR2.-DIRk. dPOS/dt(R/5} N IRISI DELTAlDESI

1 3.56 2.78 .7808 .44 -18.2 0 1.5 -12.6 2 3.17 2.78 .8769 .05 -8.43 0 1.45 14.06

..

_{2.78 3.17 1.140 .05 <'01 (.01 1.35 -12.6} .J 4 2.39 3.17 1.326 .05 <'01 -.012 1.35 -5.62 5 2 2.39 1.195 .05 -14.0 <'01 1.25 -16.8 6 2 2 1 .44 -21.0 0 1.15 -23.9 7 2 1.61 .805 .44 -!06. COl 1.1 -22.5 S 2.78 2 .7194 1 .,., -2b.7 <.01 1.1 -12.6 .... 4 .. 9 2.39 2.39 1 .OS -46.4 <.01 1.15 1.406

Fig.3.7 Voorbeeld van PRINT DATA uitvoer van berekende grootheden.

fff CWD 2000 (11) fff _{BLOCK 1 FIRST SA"PLE: 85-11-27 14:03:57 ~EASURIN6 TINE l~TERVAL 1 SECOND}

BLOCK 1 85-11-27 14:03:57 BT=l TI=1 NI'l=300 NC=ll ND=11 Nl=11 N2=1) NE=O

II GUI QIl2 QU3 QU4 QU5 QU6 QU7

Qua

QU9 QUI0 QUl1 1 119 1 79 13 183 203 6 30 0 0 8 2 138 0 79 6 182 203 6 29 0 0 7 3 119 1 77 0 183 203 7 27 I) _{0 6} 4 124 0 74 0 182 203 7 27 0 0 5 5 116 0 75 10 183 203 5 25 0 0 4 6 111 0 75 15 182 203

"'

23 0 0 4 7 112 2 74 76 182 203 3 22 0 0 4 8 119 1 75 19 183 203 4 22 0 0 6 9 129 1 76 33 183 203 5 23 0 0 5 10 133 1 76 17 182 203 8 25 0 0 6 11 146 1 77 36 182 203 7 27 0 0 5 12 151 0 77 35 182 203 6 29 0 0 5

Fig.3.8 Voorbeeld van PRINT DATA uitvoer van geregistreerde data.

Ret programma PLOT DATA print de grootheden uit een bepaald formule-programma als puntjes in een grafiek tegen de tijd. Maximaal negen groot-heden kunnen zo tegelijk in grafiekvorm geprint worden. Zie figuur 3.9.

,

iff CWD 2000 1111 iff BLOCK 1 FIRST SAMPLE: 86-01-14 15:21:31 I'lEA5URINS TIllE INTERVAL 1 SECOND

\ V-KVDUIl/S) IV-2000(1'I/5) ~ (R/51

I

Y (RISI !POS (DEal [IlELWDE61 !IlIR \fiE6i .1

IV ! 2010 I 2010 ! 510 I

.51

0 , :iilOrbO !

14°1

0 1 36°1 B • I ,:

l'

("

I,',

t .'

"; ,

,,'

I 4

t

',! "

t

,:',: .

T :-;.. ,

t:

l, : " ' , ' ,:,', T' I I ' t ! I ' +:=: ' , ',"',' t , '

t '.

I

I·

.'

I··· \:::

I :.

I ·

I '\

I ; ,,\

I ;(

1:::'

I ':,\

::

I,)

t

r:'"

.(

t \\'

1;:,

t

<

,',

1

19

-3.3 Te meten grootheden en de sensoren

Het programma, dat gedetailleerd als "SAMPLE CWD 2000" in de appendix (A2) staat afgedrukt, specifieeert de grootheden die bij de metingen iedere seconde worden gemeten. In deze paragraaf zal ik besehrijven:

- Welke die gemeten grootheden zijn, - Hoe ze in het vervolg aangeduid worden,

- Met welke opnemer (sensorl ze gemeten worden, - Waar die opnemer zich bevindt,

- welke de ijkformule is, om van gemeten signaal naar de waarde van de grootheid te komen,

- De eventuele meet(onlnauwkeurigheid,

- Hoe de grootheden op disk geregistreerd staan.

Standaard worden de volgende grootheden gemeten:

!. WINDSNELHEID

De signalen die worden geregistreerd zijn afkomstig van anemometers, type Maximum ( met reed-contacten) .

Een anemometer is in de 12-m KvdL-mast geplaatst op 6 meter hoogte (N.B. dit is dezelfde hoogte als de rotorkop van de CWD 20001. De windsnelheid ervan wordt aangeduid als V-Kvdl (m/s) en het signaal staat op disk gere-gistreerd als QU(ll) • Het nunnner ervan IS 26.

De andere anemometer ,is op de meetarm van de CWO 2000 gemonteerd en draait mee met de rotorkop. Hij steekt naast het rotorvlak zoln 40 em uit en zijn afstand tot het rotorvlak is 20 em. Zie figuur 3.11. De windsnel-heid die ermee gemeten wordt, wordt aangeduid als V-2000 (m/s1 en is op disk geregistreerd als QU(7L Het nummer va~ deze anemometer is' 27.

De ijkformule van de anemometer is: V = .39 x f + .44 (m/s) waarin f= aantal pulsen per seconde, zie referentie 11.

Door de korte meettijd (1 seeondeL is er sprake van een beperkt oplossend vermogen in de windsnelheid, gemeten met een anemometer.

Voor f = 10 Hz is de fout + 1 Hz dus 10 %,

er dus sprake van een sterk oplopende pereentuele fout. Deze pereentuele fout in V is te sehrijven als:

% fout

=

=

.39 .39 x f + .44 .39 V (m/s) x 100 % x 100 % (zie. figuur 3.10)

en is voor V

>

5 m/s altijd lager dan 8 %.

Fig~3.10 De pereentuele fout in

de windsnelheid V t.g.v. het beperkte oplossende vermogen.

'0

'to

.... V

(""s)

De afstand van de anemometer in de CWO 2000 tot de kruias is 110 + 2 em. Deze afstand, R , is aangeduid in figuur 3.11.

a

Fig.3.11 Sehets van bovenaanzieht van Ct~2000

met positie van anemometer.

~

R"

~

\\0 GlI\'\

.,1

21

-Deze afstand van de anemometer tot de kruias is van belang, omdat de anemometer,wanneer de rotor kruit, een extra windsnelheid "ziet". Deze

-+

is tegengesteld gericht aan de snelheid van de anemometer zelf, V kru~.

en staat altijd loodrecht op het rotorvlak gericht, zie figuur 3.12.

waarin n

krui het kruitoerental is'(rechtsom negatief, linksom positiefl. Deze extra windsnelheid telt vectorieel op bij de werkelijke windsnelheid

V ,

waarvan je de grootte eigenlijk wilt weten, tot een schijnbare wind

-+w -+

V . Deze laatste

Iv I

bepaald het signaal dat de anemometer afgeeft. Zie

s s

figuur 3.12, waarin de situatie is geschetst voor drie verschillende wind-richtingen.

®

...

.

Fig.3.12 Windsnelheden en windrichtingen bij anemometer (en windvaan) die veranderen t.g.v. het kruien.

De absolute fout, die men maakt wanneer men het bovengenoemde signaal

-+

4-beschouwd als de werkexijke grootte

I

V

I

van de windsnelheid Y, is maximaal

-+ w w -+

wanneer V loodrecht op het rotorvlak staat, en minimaal wanneer'V

even-w w

wijdig aan het rotorvlak gericht is. Zie figuur 3.12. De absolute waarde van deze fout staat in figuur 3.13 als functie van het kruitoerental en met als

parameterde gemeten kruihoek delta. Voor de fout in V-2000 t.g.v. het kruien van de rotor kunnen we schrijven:

fout in v-2000 =

IV I - IV 1

s w waarbij +V = +V s s + V , o,n

k

.L.

Bij benadering geld voor deze fout:

w ru~

I

~

I - IV

I~

cos _\)

~

x v_{k '}

s w g ru~

waarbij 0g= hoek normaal met

V

s en 0echt= hoek normaal met

V

w' zie fi-guur 3.12 en figuur 3.13.

\~I

(rvtl

s)

Vh

•

V20~

6~

1

f

(I 0

2-

30°

'0

d

1

0 Bo 4f 42. d) VlknW.

(R/

S)

--....-Fig.3.13 Absolute fout in v-2000 t.g.v. het kruien van de rotor.

Onder niet-storm condities is het kruitoerental gewoonlijk lager dan

0.1 Ris zodat we dan te maken hebben met een maximale fout in V-2000

van ~ 0.5 m/s. Komen windsnelheden rond de 10 m/s of hoger voor, dan

kunnen maximale kruisnelheden optreden tot 0.25 Rls. De fout in V-2000 hangt dan sterk af van de waarden van

°

en is maximaal 1.8 m/s. Dit is een relatieve fout van 20 %, als V-2000 ~ 10 mls •

Conclusie hiervan is dat onder stormcondities voor de windsnelheid ter plekke van de rotor het beste V-KvdL kan worden gekozen.

23

-II. WINORICHTING

Opnemer hiervoor is een wind-vaan, gemaakt door WEG (THE1, op 12 meter hoogte in de mast geplaatst en werkend d.m.v. een.360 graden potmeter.

De ijkformule is: Windrichting = 360/256 x U (gradenl

waarin U de geconverteerde waarde van het potmeter-voltage is. De groot-heid wordt aangeduid met ~kvdl' in forrr~lepIo9ramma'aala DIR (DEGl of als DIR-KVDL. Het signaal is op disk geregistreerd als QU(41 .

De minimaal detecteerbare verandering van windrichting is 1.4 0

De referentielijn van de windrichting, d.i. die lijn waarlangs de wind-richting nul is, is evenwijdig aan de lengtewind-richting van het veld geko-zen, zie figuur 3.14.

• [j";.

0-;)"

"'

_"'

epic

td

I

--~

_{- O-'J"}

•

t·:·

Fig.3.14 Defini.tie van hoeken van windrichting, delta,

~n positie op het meetveld.

III. LUCHTDRUK

Opnemer hiervoor is een electronische barometer in de meetcabine. De ijkformule is: p = U x 5 (mBarl met U= geconverteerd voltage. De grootheid wordt aangeduid als p (mBarl en is op disk geregistreerd als QU(6). De minimaal detecteerbare verandering in luchtdruk is 5 mBar.

IV. TEMPERATUUR

Opnemer hiervoor is een electronische thermometer, gemaakt door WEG (THE) en gemonteerd in een stralingsschild op 6 meter in de mast:

De ijkformule is: T = 1.5 x U - 273 (Oct. De grootheid wordt aan-geduid door T(DEG Cl en is geregistreerd op disk als QU(51. De minimaal detecteerhare verandering van temperatuur is 1.5 DC.

Speciaal met het oo~ op beveiligingsgedrag worden de volgende grootheden gemeten:

V. RarORTOERENTAL

Opnemer hiervoor is een reedcontact, dat geplaatst vlakbij een schijf om de rotoras met twintig magneetjes erop, iedere keer een pulsje geeft als er een magneetje passeert.

De ijkformule is: N = f I 20 (RIs) met f= aantal pulsjes per sec. De grootheid wordt aa~geduidmet N(Rls), ook weI met n (RIs). Op disk is het signaal geregistreerd als QU(8J.

Bij zeer lage toerentallen (lager dan 0.5 RIs) krijgen we t.g.v. het beperkte oplossende vermogen hoge percentuele fouten in het toeren-tal (hoger dan 10

%1.

Zie p.20 bij wiiasnelheid. ~r geldt nameltjk dat:

% fout in N

=

~0~.~0~5~~ N (Rls)

VI. KRUITOERENTAL cq. -SNELHEID

x 100 % .

Opnemer hiervoor is een metalen cylinder met 30 groeven erin en een magnetische pick-up. Aan de cylinder zit een rubberen ring (diameter 33

mm)_ die tegen de torenpijp (diameter 60 mmL draait. Zie figuur 3.15. Het aa,ntal afgegeven pulsjes per seconde is rechtevenredig met de absolute waarde van

de kruisnelheid.

De ijkformule is Y = f x 33

I

60

I

30 (s-l[. De grootheid wordt aangeduid als Y (Rlst en is op disk geregistreerd als QU(10t.

De minimaal detecteerbare kruisnelheidsverandering met deze opnemer is

.... 25 ...

.. 0

leit(t

5itELH~IO

-OPtJeMeR

Fig.3.15 Schets van zijaanzicht van positie-en kruisnelheidsopnemer.

VII. KRUIHOEK (Delta)

Dit is de hoek tussen de windrichting en de normaal op het rotorvlak. Opnemer hiervoo~ is een windvaan (type PRP[ met een 360 graden potmeter, geplaatst op de meetstang van de CWO 2000.

De ijkformule is: kruihoek=360/256 x U - 180 (gradenL , waarin U het geconverteerde voltage is. De grootheid wordt aangeduid door

DELTA(DEGt, heeft als symbool <5 en is op disk geregistreerd als QU(lL. De ijkformule is zodanig, dat 0=0 wanneer de wind loodrecht op het rotorvlak staat. Vanuit die stand neemt 0 positief toe als de molen links-om uit de wind kruit, en wordt 0 steeds meer negatief als de molen rechts-om kruit. Zie figuur 3.14.

De minimaal detecteerbare verandering van

0

is 1.4 graden.

De windvaan staat, evenals de anemometer, op de meetstang van de CWD 2000, op een afstand van 1.1 m tot de kruias. Ten gevolge van de kruibeweging

van de molen (krui toerental n. .L beweegt de windvaan met een snelheid

J<ru~ ..

V_vaan en voelt hij een extra wind -V_vaan•

ter plekke, zal de windvaan niet de richting aangeven van de werkelijke

~ ~

wind V , maar van de schijnbare wind V , die de vectoriEHe som is van

~ ~ s

V en -v In figuur 3.16 is deze situatie geschetst voor twee

ver-w vaan

schillende windrichtingen.

N.B. Hierbij verwaarlozen we het dynamische gedrag van de windvaan.

Fig.3.16(Wind-}snelheden en richtingen ter plaatse van de windvaan, bij een kruibew~ging.

De delta die gemeten wordt,

6 ,

is dus de hoek zoals aangegeven in figuur

9

3.16, nl. de hoek, tussen schijnbare windrichting en normaal~ Beschouwen we deze hoek als de werkelijke

0,

nl. de hoek tussen normaal en werkelijke windrichting, dan maken we een fout in de hoek, die we a noemen. Deze a

~

is afhankelijk van n. " van

Iv I ,

en van 0 • Er geldt namelijk het

Kru1 w 9

volgende:

v =v =2x'ITxR xn.

vaan krui vaan Krui =6.9xnkrU1"

Uit figuur 3.16 leiden we af dat:

v vaan sin

6

V_w 9 sin a

=

m.a.w. sina = sino 9

De waarde van a die hieruit voIgt, is uitgezet in figuur 3.17. Daaruit blijkt dat de invloed van de kruibeweging op de vaanstand

maximaal is als delta ~ 90 graden is. Bijvoorbeeld, bij een kruisnelheid van 0.3 Rls, die een v van 2 m/s geeft, en een werkelijke

windsnel-vaan

- 2"1 -I~ 8 'Zo 'TO O.Z ~----o.' 80

Fig.3.17 Fout in delta t.g.v. de kruisnelheid van de windvaan zeHf.

VIII. POSITIE (stand van de kop)

Hieronder verstaan we de stand van de rotorkop of het rotorvlak t.o.v. de vaste grond. In deze stage is daarvoor een opnemer gemaakt. Deze be-staat uit een huis, bevestigd aan de molenkop, met een 360'graden potme-ter, waaraan een wieltje zit dat tegen de torenpijp ronddraait. Zie fi-guur 3.15. De diameter van het wieltje is 63.7 mm, die van de torenpijp is 60.5 mm.

D_{e ~J}. 'kf_{ormu e}l '_~s: P S₀

₌

360_{256 x 60.5}63.7 _{x U.}

De grootheid wordt aangeduid als POS(DEGL of als 'stand van de kop' met als symbool

X,

zie figuur 3.14, en is op disk geregistreerd als QU(3L.

De minimaal detecteerbare verandering van positie is 1.4 graden. De draairichting van de potmeter is ze gekozen, dat

X,

evenals

6,

groter wordt als de molen linksom kruit.

De referentielijn, d.i. de lijn die vastlegt voor welke richting van de normaal op het rotorvlak de posit~e nul gesteld wordt, kan ingesteld worden door het wieltje te verdraaien. Het beste is deze nullijn hetzelfde te kiezen als de nullijn van de windrichting, zie figuur 3.14. Men moet echter voorkomen dat de molen tijdens het kruien door zijn nulstand van positie gaat (i.v.m. het niet exact gelijkzijn van de beide diameters en de nulstand van de potmeterl, dus zonodig dient men ve6r te gaan meten de nullijn te verdraaien. Van belang is tevens dat de torenpijp ter plek-ke voldoende stroef is, opdat het rubberen wieltje niet slipt.

WAT WORDT NIET GEMETEN ?

!!a!e!.f.!.o!!.~n_w~t~r~i~.o_i~ deyut_

Dit vanwege het feit dat metingen aan opbrengsten en rendement al uitgebreid zijn verricht door middel van 10 minuten metingen, zie referentie 2 en 4. Het meetprogramma biedt echter weI de mogelijkheid waterflow en -nivo te meten, mits daarvoor de juiste sensoren aanwezig zijn.

Positie van het vaanblad

Beschouwen we het beveiligingsgedrag van het kantelbarezijnvaan-systeem, dan hoort de positie van het vaanblad t.o.v. de verticaal daar eigenlijk ook bij. Die positie is in deze stage echter niet ge-meten. Enerzijds omdat er (nogL geen eenvoudige opnemer voor was, en anderzijds omdat het meten van die positie bij secondemetingen niet veel zin heeft. Uit computersimulaties blijkt namelijk dat het vaan-blad zich in fracties van een seconde instelt op een verandering in de windsnelheid en dat de kruibeweging en vaanbeweging ~ sterk ge-koppeld zijn. Een veel kortere meettijd zou dus nodig zijn om iets zinnigs te zeggen over het dynamische gedrag van het vaanblad bij metingen op het veld.

- 29

-4. De metingen

In dit hoofdstuk zal ik uiteenzetten:

-wat de testomstandigheden tijdens de me~ingen waren (H4.11, -waarom het seeondemetingen zijn en waar de gegevens ervan ztjn

opgeslagen (H4.21,

-waarom op het veld experimenten zijn v~.cLlcht,

-welke grootheden uit de metingen berekend zijn.

4.1 Testomstandigheden

Tijdens de meetperiode (van nov '85 tot jan '86 ) opereerde de CWO 2000 onder de volgende eondities:

pomp:

loeatie

put

opvoervat molen

Pomp met drijvende klep. De drijvende klep wordt toegepast om het startgedrag van de molen te verbeteren. Doordat de klep bij lage toerentallen open blijft, vraagt de pomp geen koppel en kan de rotor sneller op gang komen. Bij hogere toerental-len benadert de drijvende klep het gedrag van een gewone .klep en geeft dan nauwelijks verlies.

Maximale slag 10 em.

Pompdiameter 6.8 em; slagv~~ume 0.363 liter. 5 (zie figuur 3.2)

waternivo gelijk aan dat van het grondwater, 2

a

3 m diep. Doorziehtig perspex vat op 4 m hoogte in de toren bevestigd. Aan het bevestigingspunt van de vaanarm aan de molenkop is een ijzeren pijp bevestigd van ~ 1m lang. Deze is horizontaal en evenwijdig aan het rotorvlak gemonteerd en loopt uit in een V-vormig uiteinde. Bovenop deze meetstang is een windvaan be-vestigd en onderop een anemometer. Zie figuur 4.1

'Fig.4.1 Sehets van het vooraanziaht van de CWO 2000 met meetstang.

4.2 Secondemetingen

In het laatste deel van hoofdstuk 2 is al gezegd dat in deze stage veldmetingen zijn verricht aan het dynamische beveiligingsgedrag van het kantelbarezijvaanmechanisme van de CWO 2000. om nu dynamisch gedrag te meten, houdt men de meettijd liefst zo kort mogelijk. De (tot nu toeL kleinst mogelijke meettijd met het gangbare mee~systeemis een seconde. AIle metingen die in deze stage zijn verricht, zijn dan ook een-seconde-metingen, waarbij iedere seconde de te meten grootheden worden gemeten.

Deze metingen aan de CWO 2000 zijn verricht in de periode van

27-11-85 tot 14-1-86. AIle gemeten data staan geregistreerd op disk in blokken van 300 metingen (= 5 minutenL.

De bloktitels van deze metingen, afgedrukt met behulp van net PRINT DATA programma, staan achterin de Appendix. Ze geven informatie over de datum , over het aantal metingen, over het aantal blokken op de datadisk en over het aan~al meetkanalen. Tevens Zijll erbij eventuele bijzonderheden genoteerd, bijvoorbeeld over de weerscondities.

De metingen zijn, tenzij bij de bloktitels A1 anders vermeld, altijd belaste metingen. D.w.z. dat de molen water pompt d.m.v. een zuigerpomp.

31

-4.3 Natuurlijk gedrag & experimenten

In hoofdstuk 2 is reeds ter sprake gekomen het theoretisch simuleren van dynamisch beveiligingsgedrag. Wil men nu theorie en praktijk kunnen vergelijken, dan is het interessant het dynamische gedrag op het veld te vergelijken met het gesimuleerde dynamische gedrag in het simulatiepro-gramwa, onder zoveel mogelijk dezslfde condities; randvoorwaarden en bij die parameterwaarden, karakteristiek voor de CWO 2000.

Noodzakelijk daarvoor is op het veld af en toe een "beginsituatie nul" te creeren, omdat men bij simulatie ook begint bij een tijdstip nul, met bekende randvoorwaarden. Op het veld realiseert men dat door bepaalde handelingen te verrichten, van nu af aan "experimenten" geheten.

Bij die experimenten houdt men bv. de rotor vast en draait men de rotor op een bepaalde positie t.o.v. de wind. Men probeert die positie zo goed mogelijk vast te houden en laat op een gegeven moment alles los. Zo zijn dus bepaalde begin- en randvoorwaarden op het veld te realiseren, natuurlijk weI binnen bepaalde grenzen van nauwkeurigheid.

Een groot verschil tussen de computersimulatie en de situatie op het testveld is, dat men bij simulatie mooie stappen in de windsnelheid kan kiezen, terwijl men op het veld niets te kiezen heeft. Het windsignaal heeft er een fluctuerende sterkte en richting en is slechts zelden zo mooi stapvormig in de tijd.

Het merendeel van de metingen aan de CWO 2000 in deze stage bestaat uit zgn. vrije metingen of metingen van het natuurlijke gedrag. Daarbij wordt niet ingegrepen in het gedrag van de molen en wordt zo het

natuur-lijke gedrag van de molen op het veld gemeten. Resultaten en analyse van dit soort metingen vindt u in hoofdstuk 5.1 en 5.2.

De overige seconde metingen aan de CWD 2000 zijn experimenten. Voor een beschrijving van de resultaten ervan en voor een vergelijking met het theo-retische gedrag zie hoofdstuk 5.3 en 5.4.

4.4 Gemeten en berekende grootheden

De grootheden die gemeten worden zijn al uitvoerig aangeduid in

hoofd-stuk 3.3. Hierna zullen voornamelijk de berekende grootheden toegelicht worden.

om

de verwerkingsmogelijkheden van het meetsysteem te kunnen gebruiken, dient de gebruiker formuleprogramma's te schrijven, waarmee uit de geregis-treerde data bepaalde grootheden berekend kunnen worden.

Voor deze stage zijn geschreven: -FORMULAS CWO 2000 ("l}M.L. -FORMULAS CWO 2000 {"2}M.L. -FORMULAS CWO 2000 ("3iM.L.

De volledige listings van deze programma's staan met een toelichti~gover enige trues, afgedrukt in de appendix A3. Hieronder voigt een korte beschrij-ving van ieder programma.

Het eerste formuleprogramma berekent uit de geregistreerde waardes van de sensorenoutput aile gemeten grootheden:

1- V-Kvdl(m/s>- windsnelheid in de mast 2. V-2000(m/sL windsnelheid bij CWO 2000 3. N _(RlsL rotortoerental

4. y _{{Rlsl kruitoerental}

5. POS (DEGl positie van de kop 6. DELTA (DEGL delta

7. DIR (DEGi windrichting in de mast 8. T {DEG Ci temperatuur

9. p (MBARL luchtdruk

De eerste zes hiervan zijn grootheden die direct te maken hebben met het beveiligingsgedrag van de molen.

1. V-KvGil

2. LAMBDA ~, de snellopendheid, relateert het rotortoeren-tal aan de windsnelheid (V-2000L, en is

gedefi-ni~erd als

A=

v

3. Y 4.

I

dPos/dt I 5.

I

NxdPos/dtI 6. Dir-Kvdl 7. Dir-2000 33

-Een andere manier om de (absolute kruisnelheidt te berekenen is deze te halen uit de tijdsafge-leide van de positie van de kop. Rekenen we die om naar rotaties per seconde , dan kunnen we beide grootheden onder 3. en 4. met elkaar vergelijken en zo dus ook de werking van de opnemers, de puls-frequente (Yl en de analoge (Posl.

Dit is een belangrijke grootheid m.b.t beveili-ging, omdat deze de gyroscopisclie kracliten op de rotor. bepaal_t.

Windrichtingop 12m hoogte in de mast.

Dit is de windrichting ter plaatse van de rotor van de CWO 2000.

Met de windvaan op de meets tang van de molen meten we Delta 0 , de windrichting t.o.v. de normaal op het rotorvlak. Zie figuur 3.14.

Met de positieopnemer meten we de positie van de rotorkop t.o.v. de vaste grond, hoek x,zie figuur 3.14. Uit deze twee grootheden kunnen we de stand van het windvaantje in de molen t.o.v. de vaste grond oepalen. Daze duiden we aan als ~2000 of DIR-2000 en wordt berekend als:

~2000

=

180 - X +

0

, zie figuur 3.14.

8. Delta(2 sect

3 9. RHO (kg/m L

De referentielijn v~n Dir-2000 is de nullijn van de positieopnemer. Is deze gelijk aan de nullijn van de windvaan in de mast dan zijn Dir-2000 en Dir-Kvdl rechtstreeks te vergelijken. Is de lijn verschoven dan is die verschuiving met het derde formuleprogramma te berekenen.

De gemeten waarde van delta wordt hierbij met voortschrijdende middeling over twee seconden ge-middeld. Dit om te zien hoeveel invloed deze mid-deling heeft op het signaal van delta, dat ruisach-tig lijkt.

De dichthei~ van de lucht wordt berekend uit de druk

en de temperatuur, en is in zoverre van belang, dat aerodynamische krachten evenredig

z~jn

met

~pv2.

6. dPos/dt (Rlsl 1. V-Kvdl (m/s} 2. v-2000 (m/s)

3." V-2000/v-Kvdl Deze grootheid geeft informatie over de verhouding

van beide windsnelheden, gemeten met anemometers op dezelfde hoogte ~6mL en op enige afstand van elkaar (+ 7m} .

2

4. dV-Kvdl/dt (m/s 1 De tijdsafgeleide van de windsnelheid in de mast. Deze wordt berekend omdat het informatie geeft over het windsignaal zelf; nl. wat voor (snelle) stij-gingen van de windsnelheid komen voor? Het ant-woord daarop is van belang voor beveiliging, immers, snelle stijgingen van de windsnelheid zorgen voor grote belastingen op de molen.

5. Dir-2000 - Dir-Kvdl Deze geeft het verschil tussen de berekende wind-richting bij de CWO 2000 en de gemeten windrichting in de mast. Bij statistische verwerking is de gemiddelde waarde hiervan de verschuiving van de nulstand van de positieopnemer. Zie figuur 3.14 en bij "2 onder punt 7. Dir-2000.

Hiermee berekenen we de grootte van de kruisnel-heid en het teken. We kunnen dan zien hoe snel de rotorkop linksom (positiefl of rechtsom (negatiefl draait.

7. N (RlsL 8. DELTA (DEGL 9. POS(DEGl

Dit derde formuleprogramma is Lh.b. geschreven om te worden gebruikt met het programma BIN SORT, t.b.v. statische verwerking van de meetgegevens.

35

-5. Resultaten en interpretaties

In dit hoofdstuk komen de resultaten van de secondemetingen mbt het dy-namische gedrag van het beveiligi~gssysteemvan de CWO 2000 ter sprake. Zowel de metingen van het natuurlijke gedrag op het veld als de experimen-ten worden hierbij belicht en geinterpreteerd. Beide worden in grafiek met tijdas gepresenteerd (HS.! en H5.3i. Bet natuurlijke gedrag is statistisch ver-werkt, de resultaten daarvan staan in hoofdstuk 5.2. In hoofdstuk 5.4

worden tens lotte de experimenten vergeleken met computersimulaties.

5.1 Bijzonderheden van natuurlijk gedrag op het veld

Het natuurlijke gedrag op het veld is aanschouwlijk te maken met behulp van PLOT DATA. Daarmee kunnen we het verloop van bepaalde grootheden tegen de tijd in grafiekvorm uitprinten. In dit hoofdstuk zal ik aan de hand van PLOT DATA-uitvoeren van metingen verscheidene bijzonderheden illustreren, zoals extreme waarden van rotor- en kruitoerental en het gedrag van de molen bij sterke windvlagen.

Bij elke uitvoer wordt een kort commentaar gegeven over hetgeen er in die bepaalde grafiek te zien is. Aan het einde van dit hoofdstuk 5.1 worden eni-ge bijzonderheden eni-getalsmatig in een taoel sameneni-gevat.

N.B. Bij de toelichting op de grafieken staat (IL voor "links" en (rl voor"rechts"

··

·

.

:

~

1f

~

..

'.i~·:'/":'·

..;....

~:.'.~

--_.-...

~..:-

.•.:."

~.,-",·.···_~·:·;···,.A''''v·i,·.,··.··'''':''~:,,:

••

,,~"

••:...-.:....:"'.:. '"

I

-

J E

..

..

_~

_ t (min) r

-

z. 3

Data-disk ML-2000-1, blok 1, ("1) Data disk ML-2000-1, blok 1, ("2) (l): Illustratie van het natuurlijke gedrag voor onbelaste rotor. We zien hoe

de molen reageert op een stijging in de windsnelheid van 1 naar 10 m/s (in 12 sec.I. Het toerental gaat van 1 naar 2.6

RIs,

de molen kruit over 900 uit de wind en delta gaat van -400 naar +600 • Als tweede zien we hoe op een

zaag-tand-piek in de windsnelheid (5+9+5 mist zowel toerental, positie als delta oak een piekvormige reponsie vertonen.

(r) :Uitvoer m;b.v. het 2e form.prgr. voor onbelaste molen. Opvallend is de hoge snellopendheid

A,

die tussen 2 en 4 ligt. Verder is te zien dat als we de kruisnelheid berekenen uit de positie, dit voor lagere waarden leidt tot een beter oplossend vermogen.

De windrichting Dir-2000 lijkt veel op die in de mast, Dir-kvdl, een geringe onderlinge verschuiving is te constateren.

~et kruihoeksignaal 0, gemiddeld over twee seconden, verschilt niet wezenlijk van het normale seconde-signaal

O.

Delta is dus zeker geen ruisachtig signaal.

- 37 ....

. _. o ~

...

:"~- ~

,./

I~:

Data disk ML-2000-1, blok 15, ("lL Data disk ML-2000-2, blok 2, ("11

(11 Natuurlijk gedrag; rotor belast met pomp. Bij demontage van de pomp bleek dat door de vorst de porien van de drijvende klep (schuimL vol water geraakt waren en dat net water erin was bevroren. Daardoor werkte de klep niet meer als drij-vende klep. Dit is duidelijk te zien aan het toerentalverloop. Komt de wind-snelheid beneden de 3 m/s dan gaat de rotor stil staan. Bij de vijfde minuut zien we hoe een gelijkmatige stijging van de windrichting in de mast (DIRL leidt tot een daling van de positie POS. Zie ook figuur 3.14, waarin is te zien dat een st~jging van ~kvdl leidt tot een daling van X.

(rL Zogauw de windsnelheid boven de 7 m/s komt zien we oscillaties optreden in N, Pos en

O.

Na de langzaam oplopende vlaag in de 2e minuut (tot 13 m/sL zien we in de 3e minuut (bij pijltjeL zowel bij het toerental als de kruisnelheid tegelijk een maximum optreden, van resp. 3 Ris en 0.18 Ris ; hetgeen leidt

2 2' tot een gyroscopisch moment van M = 0.55 R Is •

...

.

-~.,~.:

..

~

...

~

...:. 0_

·... 0 > . '. ..' "....: 3 ... -.. ..._ _ . • ~ (f CD I ~ .

;;0 ,.; _, -:,.::..

J.;..:..••., ..::-

1\ : :.-: ;;., ,::..:.._.::,..:: :: .

s .

-.

.. ..:"-.--:"\:.:'

i

t

•.

Data disk (" 1} Data disk ML-2000-2, blok 29, ("11

(1) Hier zien we hoe een variatie van windsnelheid en windrichting kan re-sulteren in een grote variatie van delta (tussen +120° en _40°) en van de positie (over 160 gradenl en in een teruggang van toerental van 2.5 naar 0.7 Rls. Maximale kruitoerental hierbij is 0.11 Ris.

(rL Een sterke slingerbeweging van 0 en X , veroorzaakt door een korte stijging en afname van de windsnelheid tot 2

mis,

gecombineerd met een draaing van de windrichting over 1000 en weer terug! De kruihoek Q slingert van 140 naar beneden de -600, de molen kruit terug in de wind en draait door de

39

-...

:

.

. _ . ... - .•• O~ - , . - - ,,'0" , •...: . , . ' : '. .

~.,:.,

. ... -./-

-

' . ' " ~ ..,...,..~ ~S

:e

_...

....

_ ... 0

:;:

~

Vlk,w"

?-...

'" m -_ac ~

=: ..

~

..

~

...:_:..:

' ...O~ ;;:: u; iC

'.::'.-:;.:.".. -. i

'~-...: o~ <> '"

'-.0

Data disk ML-2000-3, blok 2, {nlL

...

w:;>-0 .... .... : ....:_:..' : . . . . .

i ..

V\

'"

(11 Bij een windsnelheid die varieert rond 10 m/s (tussen 8.en 14 mist, zijn hier goed de oscillaties te zien in toerental, positie en delta. De

trillingstijd van die'oscillaties varieert tussen 6 en 8 seconden, de trillingsamplitude voor het toerental 2 Ris (tussen 1 en 3 RIsL, voor de positie 6.5 x 180

=

1100 , en voor de kruihoek

6

100° (tussen 0 en 100°

L.

De trillingsfrequentie is dus 0.15 + 0.02 Hz.

Met de pijltjes zijn maximale toerental van 3.3 Ris en maximale kruitoe-rental van 0.163 Ris aangegeven. Dit laatste max. treedt op als kruihoek en positie sterk op en neer gaan, als gevolg van het windsnelheidsverloop.

Cd

Hier treedt in de vijfde minuut een maximaal kruitoerental op van 0.26 Ris.

Daarb~j ts het rotortoerental 3.3 RIs, hetgeen leidt tot een gyroscopisch

O 87 21 2 d ,. d ' 1 1 '

-moment van . R s . We erom z~Jn e osc~ at~es te zien, zogauwv boven

00 -~-- ::: . .:'. ~..""':':'.;

:"::"

=

~*

.-

..\... §;;; N _ . ! ! ~I :.,.

--:::l

-···

I

~;

'.: : .•..•. ' '. '.: ·'••..c

~

..•,. . .':: .., ' :•.._:: ; .

A_ftC

-__.' :..:....-'.:

~

!ill -

.~

....

~.

.

J

J~~

i~- o~ ; lCl.n~

=- .

..

'" 0- _

-

.:;.

...

-

_

. _:--0 _ _ .. ...,. -,.', .". ' , ''.,;':'~""'" ..:•._..:...

-

..

=

...

• £: -:; 00 - . . - '• . ",:' 8 en .:- .,' .. Nii

Ei

: %0

Data disk ML-2000-3, b10k 30, ("11 Data disk ML-2000-3, D10k 32, ("lL

(1) Hier treedt een maximaa1 rotortoerenta1 op van 3.6 R/s, bij een windsne1-heid die gedurende veertig seconden hoger dan 10 m/s is (v=12 m/sf. Ook hierbij weer osci11aties.

(rl In de vijfde minuut t~eden hier maxima1e windsnelheden op van 18 m/s. De windsnelheid is gedurende een minuut hoger dan 10 m/s

(v

= 13 m/sL Gevolg: sterke oscillaties in toerental (van 2.7 tot 1 R/s~in positie over 80 graden en in delta van 110 tot 20 graden. De trillingstijd ervan 1igt rond de 6 seconden.

41

--~

r.p

!

~

-'..

h '

~

.••: .

..-.::-.~;~

..: '..; ..; · ; . •,.:.w__ _ . h.. ·•••••W : .

~

, : ' . : . _

~

Q O OQ ~ I f W ~ -;;

.:"'-'-:<~;'-;"N"''''''''''''

•._.:

~

'-' __

~_·~ ""~

d•..-.:" _._..

!

0 0 0 = ;. ~ .~',''''

...

:~..:.;.

::

. t5 : s '; ...~... =.

...

i':.ll r 1

Data disk ML-2000-3, hlok 35, ("1) Data disk ML-2000-4, hlok 2, ("11

(11 In de tweede minuut is de windsnelheid gedurende 60 seconden hoger dan 10

mis, met een gemiddelde van 13 m/s. Gevolg: oscillaties, maximale kruitoe-rentallen van 0.2 Rls, maximale rotortoekruitoe-rentallen van 3.5 Ris.

De nulstand van positie(pos)is hier verkeerd ingesteld. Dit is te zien aan het regelmatig. door de nulstand gaan van de positie gedurende de 3e,4e en

5e minuut.

(rL Hier zijn de snelle oscillaties zeer goed te zien. Bij een gemiddelde windsnelheid van 10 m/s is de trillingstijd 6 seconden, en de top-top waarden van de trillingen voor het rotortoerental 1.5 Ris en voor delta en positie zoln 65 graden.

..

-

3 ..,. s

- . l : (_.)

Data disk MI-2000-4, blok 6, ("1[- Data disk ML-2000-4, blok 9, ("11

(1) Bij de pijl treedt tegelijk een max. rotortoerental op van 3.8 Ris en een max. kruitoerental van 0.29 Rls, zodat het gyroscopisch moment daar 1.1 R2/s2

wordt! De molen draait daarbij in zijn beveiligingsrichting (linksom). Gedurende de laatste vier minuten is v zoln 12 m/s.

De oscillaties in het begin van de tweede minuut bij een v van 13 m/s hebben een top-top waarde van 2.2 Ris voor het toerental (tussen 0.7 en 2.9), voor delta 100 graden en voor positie 90 graden. De triIIingstijd ervan is 5

a

6 seconden.

(r) Een ongekend snelle toename van de windsnelheid op het einde van de 4e minuut. Die neemt daar toe van 5 tot 18 m/s in drie seconden! Gevolg is een

op-lopend toerental en een snel uit de wind kruien van de rotor. De molen draait over 95 graden, delta gaat van -30 naar 95 graden.

43

-! ,··\..'·::..:_.: ;:

~:N

_..

~~

:.:.:.::-.. :·..v-

~:

..'/..:

_.~

..':

~:,

•..

..,,;~

'-: ,..

~

_0

0;

ft!

-

! III ; : .:.,~. '" '.' :"":'~":>

.' .., :"'... ..'

I:'

:.. '

;

-co.' .,.' .-;-: " ."" ;; Ol!::;;", .: '.... ,' 0·· ....·i'.' .::".: $~ E-"f' ..:

.*

~ ~ It!

=

rp

f

8

f J

.'

.;"-~i·

...

:.:'·.~·.~··;:~,···.v

•.

'.~:···~

...j:···

~

'..".".:.. !I

I

;;

_...

-'" !2o ',.

7

"1

y-

-=!.!

e o '" ~ a; . . !!5

i

=: :::'..:':.:.::.': :.:.: .'::."::.:.:.:' ':

' '.':

::...

:-§ _

.

.AAA1\~AAA~IA··.:'· ':~.•:.:.... ._.'1\ /I.f1.~ •

w.;s

~ ~"

,-•.

:IVV-VWV1~~V"01. / " ' . :I.~.~..: .•••JV'_ ' v - '~".: ~

"'1&5'+---+:'2.&4

; Ii: Ii:

iii;;;_{... .-.••.,; ...~:.:.? ~}

: i ,:",.,;,,:' ','.'"":,: ....:..:,.: "..,- ./ /:,-'.: :,.: ::- ::...

II

;::L:o ... ~ . 0:>

i

-;;,'i4 :c:;; '" iii ,.... .,' ,.... V,""'.. c

8:

iii ' ' ? ...' " : ..' • . . . . ., ...' ••/ .."'.:.,N. . - -' .. . -: if .,-: -:..-:.. ~:\ _.,J ..,.,V... ••.••. "'.". ' - . - ~ • » 0 O~ N

-Data disk ML-2000-4, blok' 21, (" 1)

(1) Hier zien we drie verschillende types gedragingen van de molen voor drie verschillende windsnelheidsregimes:

We zien dat de gemiddelde delta bij hoge windsnelheden in de orde van 60 graden ligt en dichter bij nul voor lagere windsnelheden. Ook zien we dat de positie en het toerental gedurende de 4e en Se minuut minder snel oscil-leren dan tijdens de 1e en 2e minuut. Zetten we de getallen op een rijtje:

trillingstijd delta (gem.1 n(gemt v

₌

11 m/s S

a

6 sec. 60 graden 2.3 R/s v

₌

7 m/s 8

a

9 sec. 40 graden 2.0 R/s

v

₌

4 m/s 0 graden 1.2 R/s

Om dUidelijk inzicht te krijgen in het dynamische gedrag van het bevei-ligingssysteem in storm, zetten we in de volgende plaatjes naast elkaar een stel metingen voor storm en voor niet-storm:

-.... ',' ..-.. . ~. 3 -e(~) : ...~_. 4_. _ _

-J : .... _..•.•.: ... : O P

...

Prot Data uitvoer, Data disk ML-2000-4, blok 1,13, ( " 11

storm

sterke vlagen (tot 17 mlsl

v

=

10

a

11 m/s.

niet-storm

lage v (=5.5 mls1

positie en delta.

Pos en Delta gemiddeld lager. rustig verloop van toerental, n gemiddeld iets lager.

minder snelle oscillaties in wordt delta laag of zelfs

negatief dan komt dat door het even wegvallen (sterk af-nemenl van de wind.

hogere kruitoerentallen.

~ is hier 0.26 Ris. Met een toerental uan 3.75 Ris geeft dat

45 --.:.:.. :_:.":':v· :",::.:t..:·_ : '-_.~:'_"-: : ..-, .. , : ','... ., . - , ...~. . . . .' - ...P, :: .!.;: 0 ' "

=i

..'

i ..

~ '~~',"""","",""" ,.<.., :

..

...

-f5!!! " ' $

-....: ':._, ,' _::.,',''''..,..:':'~~.'.'" ....

...

'~'.' ... ..'.

..

:..:... , .:.:.._ :

-

:...'

-

',,;.'::-:

--.•

'

..: : ". ::.,..

'~

" :..

~..

.. ·· ·..

A~~:

..,.··:.,..

;':'!..:':'.;.''~"~-"'.":- : ~...,.

s""

"':"!::.•~·,

-"'..' -..,' ...' .: . '.'\, .... {"2L hoger.

ze zijn aIleen onderling duidelijk 2 2 0.2 R /s • blok 1,13, <5 gem altijd lager dan disk ML-2000-4, 2 2 0.5 R /s tot Data =1.5

Plot Data uitvoer,

M

gyr A = 2.2, M

gem gyr

Dir-2000 correleert op It oog sterk met Dir-kvdl, storm:

A

- gem niet-storm: verschoven. N .,~. ",:".': '..\" •../...~.::.. ...~.../... "S.T'o1t.H' .. :... ' . r.o • .: '. '; •• ,. : .':::.::'::~' ••• " .. ...~.:i ...; ':. ': :..~'~.. .,..,..;.:.::..;..,.,."""""""'+;,.!';:...~..,-~~:t."':.:.,..-_,"'..,.. ,;..•.•-'..,~"'..P..':-.,-,',.:..'-!, "•.:.,;--'-''-'.''"...:".;'': ,'0.;..""";:;••" '••,.,~.;,-•••:"'.;,-~+-'-'.~.,., ",~"."'.'7.:>.•7,"'..":7,.. '"

...

-

...:...,:.:.. -1t

Plot Data uitvoer, Data disk MI-2000-4, blok 1,13, {"3[.

I

lQ

nknAM:

tel...

; 3

:

:..,"

:',.'

"",'"

'i~

IAAII..,· .. ,

~

..__

~. .---...~'~

.':./-.".,: :

_~~ ~._.~.v.

__.:_'.:';.,./...

~ ~

ill:! ..; :.,'.:'-'.:.: ,::

.'~

../..

~.:

...,..

~~

...: '.

·:·.;···:··vvuv~W". :....: ~i

i ...

!

Cf'2.0oo-cf"'-dl

! ... S! !5 ~ ~=lw= ""'!':-::::'..".; .,... ..,.;:.;.:..""•..~ -'i-,.,..;.::;...,:;~ :':':':....,.:..,:"".;;..;,,;.

.,.f.-"'""'

~

.,.;...,..:'"...,...

-=..":.:,...-'-'("'* .;-..-""" .".;,:..:~-..;_ - ::,:."'"..~•.:"',::'"..~~.~--:,"".,...,.~.' =~

; A:;:

cJ.'(/dJ'. :;::; ; :;s:

cili

. .',.. .,' :". .:..:.•'.:.' :.

..

. -,

.. :..:,•.'": : : :..:..::::.._.: : ::__ : _/:_'.::: ': _:..:.._..

..: :

. .•. :.:.._.: .'.: '. ',..:...

:

!_i ~n ~i

i

:~

ii

:i

uit vorige plaatje:

storm niet storm

In V-2000/V-kvdl is in beide situaties weinig verschil te zien.

windsnelheid meer constant en gemiddeld lager.

variatie in de tijdsafgeleide van de windsnelheid in de mast is groter. snellere en grotere oscillaties in de kruisnelheid (tussen -.2 Ris en +.2 RlsL Dir-2000 - Dir-kvdl gemiddeld lager.

...

, :', ..,.~. .~. .-...•.

-._

...:"'~""'" .' -'.:" ' .. .~..:-~..._.c ...,.__• :...~:. \,.: -. _ '~'... '..."'...~:.I"-o: '/ ..'\' ...: ...

-

••..: _. .. ..'.... .. ' __ .e.: __ ..

:;

.:•.'.>':-:_.'...:;:.•....:..:-./::::..•..

:~.::

•.:.,:,..:\/',..:.•

::'.:.~

...:::•...".:.:...:...

~

.•:.,.;...-;:.'..:/:...,:..

~!

~ iii Ii: ....\ •.'w...._- y"~"'...: ,...~./'I·""'"""""''''''-'_'-·'e·-·:·''''-'···:~:&·:·-'''···'\;''A...-y ...;:~\"...., ...-.N~twl...,·~.."""·,.-.;"

I

'",,L ~ :~.. :,":':'~. 2. 1 ₃

Plot Data uitvoer, Data disk ML-2000-4, blok 1,13, ("41.

Met dit form.prgr. worden naast de beide windsnelheden de hoeken van positie, delta en Dir-2000 of dezelfde schaal uitgeprint. Dir-2000 wordt berekend uit delta en de positie, zie H4.4.

Zetten we resumerend enkele maxima, gegevens m.b.t. oscillaties en wind-snelheden, verkregen uit de Plot Data-grafieken, bij e!kaar, dan krijgen we de volgende tabellen

47

-MAXIMA

(RlsL 2 2 oscillaties?

Data-disk n

krui (RIs) n Mqyr(R Is 1.

Ml-2,blok 2 0.18 Em 3

₌

0.55 Ml-3,blok 2 0.16 3.3 ja i-lL-3,blok 26 0.26

en

3.3 0.87 ML-3,blok 30 0.15 en 3.6 0.54 ja ML-3,blok 35 0.20 3.5 0.65 ja ML-4,blok 2 0.18 en 3.4 -. _0.62 ja ML-4,blok 6 0.29 en 3.8 1.1 ja ML-4,blok 1 0.26 en 3.75 0.98 ja

Tabel 5.1 Gegevens betreffende maxima van krui- en

rotortoerental en van het gyroscopisch moment.

Hieruit zien we dat maximale belastingen op de rotor meestal optreden, wanneer er sprake is van oscillaties in het dynamische gedrag.

OSCILLATIES

Data-disk top - top - waarde

n (Rlsl

0(°1

Pos (~ trillingstijd (sec) v (m/sL Ml-3, blok 2 2 100 110 6-8 10 ML-3, blok 32 1.7 90 80 6 13 ML-4, blok 2 1.5 65 65 6 10 ML-4, blok 6 2.2 100 90 5

a

6 13

Tabel 5.2 Gegevens van oscillaties . .

Beschouwen we nu de oscillaties als sinusvormige trillingen die beschreven worden door top-top waarde en trillingstijd. Met amplitude en frequentie als parameter krijgen we dan: x

=

R sinwt Lezen we veor x de positie van de molen en voor & de halve top-top waarde van de positie, dan kunnen we hieruit het maximale kruitoerental berekenen.D.m.v. : x' = Rw coswt volgt dan namelijk: