Ak bola turbína bez záťaže, tak máš pravdu. Je to veľmi pomalé v takom silnom vetre. Aj keď rýchlosť vetra v nárazoch veľa nehovorí o skutočnom, resp. priemernom vetre. Momentálne nie je iná cesta, ako skúšať meniť uhol nastavenia krídel, možno aj pri oboch otočeniach (konvexná - konkávna).

https://youtu.be/oI101fEMtrA

Rpm could be a little bit higher. I need to build a tsr meter for fine tuning.

My airfoil was not specified by the seller. There are small dents in the corners.

but I'm little bit concerned about maintenance issues. Previously I've used Avid's brake in my electric scooter.

 Dá sa to aj jednoduchou pákou, ale keď už tam je ten disk, nie je lepšie použiť napr. takúto cyklobrzdu? Alebo niečo modernejšie aj s kotúčom?

I sketched a simple brake that can be operated on the base level with a rope or a wire. Attachment to the generator and pole needs some sort of adapters but that is not a problem. Brake lever needs to be assembled with slight offset because I don't want to cut a hole through the pole:)

 Tommi, po tých niekoľkých rokoch prevádzky mojej VAWT som dospel k presvedčeniu, že elektrická brzda je fajn, ale v naozaj extrémnych prípadoch je dobré mať možnosť turbínu mechanicky zastaviť. Zvlášť v prípadoch, ak by elektrický skrat menej výkonného generátora neudržal vrtuľu v rozumných pomalých otáčkach počas veľmi silného vetra. To je tiež hlavný dôvod, prečo tvrdím, že generátor by mal mať vyšší výkon, ako je vypočítaný výkon vrtule. 

Teoreticky, ak je vrtuľa zabrzdená skratom generátora, nemala by sa rozbehnúť do vztlakových otáčok, ale dá sa to pri extrémnom vetre a slabom generátore naozaj zaručiť? V tom najlepšom prípade by sa mohol generátor neprimerane zohriať. Ja som zažil situáciu, keď sa moja zabrzdená vrtuľa točila pri víchrici 40 RPM. Od 60 RPM začína u nej nárast RPM vztlakom a potom už začne stúpať rýchlobežnosť a nemal som vtedy nič ďalšie, čím by som ju brzdil (teraz mám mechanickú brzdu ovládanú ručne lanom).  

A úplne iná situácia je, keď potrebuješ zabrzdiť skratom generátora už točiacu sa vrtuľu pri víchrici, aby si zachránil jej integritu a integritu okolia :-). Slabý generátor by ju asi na chvíľu spomalil, a keď by sa z neho následne zadymilo, vrtuľu by už nebrzdilo vôbec nič. 

Preto ak je možnosť urobiť aj mechanickú brzdu, tak jednoznačne áno. Ako sa hovorí: nikdy nehovor nikdy. Nemôže sa stať, že nikdy nenastane situácia, kedy ju budeš potrebovať...

Tvoja všestrannosť je obdivuhodná. Vlastný regulátor je určite krok správnym smerom. Neviem však, či je správne použiť len meranie prúdu. Lepšie regulátory pre veterné malé turbíny merajú napätie, prúd, vypočítajú výkon, vyhodnocujú pokles napätia spôsobený záťažou a následne záťaž korigujú. Hodnoty napätia a výkonu sa programujú do tabuľky. Myslím, že pre arduino existujú takéto hotové programy. Minimálne pre MPPT pre solárne použitie, ktoré ale pre vietor nie je vhodné.  

Wings won't rotate any more because of the single bolt attachment -> balance remains fixed.

It was a windy day yesterday - so far electric brake i.e. shortcut seems enough to brake the turbine. Maybe I need to add some remote controlled locking mechanism in addition. There are threaded holes for a disk brake assembly in the bottom side of the generator but I'm not sure if that is needed.

I've planned a diy charging controller using a heavy duty buck converter, Arduino and a hall effect current sensor (ACS758LCB or equivalent). That would make a nice side project.

Magnetic flux and induced voltages calculated as function of angle. Flux max to min happens in 10 steps. Coil width L equals to the distance of two magnets. Simulated width range is L+1..L-6 i.e. 8 steps. I've considered coil resistances so that one width step changes the resistance by 0.05 units. Result of the simulation is that power optimized coil width is slightly smaller than the distance between two adjacent magnets. Naturally reality is more complex than that.

 Prúdy v cievke sa navzájom nezrušia, ale sčítajú, ak nad dvomi ramenami jednej cievky práve prechádzajú dva opačne orientované magnety. Šípky na tom obrázku znázorňujú smer prúdov.

Samozrejme, že napätie generátora ešte nič nehovorí o jeho výkone. Ale v každom prípade je rozdiel, či nejaké cieľové napätie dosiahne pri 150, alebo 300 RPM. 

Ale ok, rob to ako uznáš za vhodné... :-)

I've studied the theory already some 30 years ago but I believe it hasn't really changed that much :)

Situation is actually more complex than what you explained. Max instantaneous voltage does not mean max average power on the load. For power you need to consider the dynamics i.e. integral of the voltage when the magnets pass the coil. I'll run some simulations tomorrow to demonstrate this. Moreover, if the coil overlaps magnetic flows in opposite directions they cancel each other. Even if there is no overlap the resistance will increase with bigger coil. Resistance is no good.

 Nemal som v úmysle prednášku o teórii, myslel som hlavne konkrétne tento obrázok: www.vawt.om2cm.sk/sites/default/files/cievka_a_magnety.jpg  a že je potrebné sa snažiť dosiahnuť ten stav, že cievka bude dostatočne široká, aby obe jej ramená pokrývali v istej chvíli dva susedné magnety. Pretože to znamená, že napätie bude dvojnásobné. 

Samozrejme, vaša situácia je komplikovanejšia, lebo musíte vychádzať z rozmeru, ktorý majú tie brzdové kotúče. Možno by vo vašom prípade lepšie vychádzalo použitie nie 9, ale 12 cievok a 16 magnetov...  To by chcelo presne si to nakresliť... 

Prípadne ešte táto stránka sa zaoberá geometriou: http://www.vawt.om2cm.sk/?q=node/565

I understand the theory of electromagnetic induction. Voltage is proportional to the change in the magnetic flow intensity within the coil area. It doesn't help to extend the area much larger unless there is really equal magnetic flow available. Magnets are N48 grade 50x15x15mm from supermagnete.de. I've used also N42 grade 40x20x10mm.

Optimal geometry is also dependent on the actual dimensions and materials used etc. Larger resistance is bad for the performance. Glycol cooling might improve the efficiency and help to keep the resin temperature below breaking point but that may be too much. The smaller the air gap the better the inducting force. I'll test and select number of turns and geometry at some point.

 Ak je na foto budúca cievka, nepáči sa mi jej geometria. Skús pozrieť http://www.vawt.om2cm.sk/?q=node/480

Tá stredová os s trojuholníkovým profilom bude určite lepšia. Ale predsa len, kúsok hrubostennej trubky väčšieho priemeru by mal mať lepšiu odolnosť proti deformácii. Nehovoriac o tom, že nová trubka by bola zaručene rovná bez ohybu. 

I haven't had enough time to complete this generator yet.

I got the new center support in place. It is made of 3 flat bars (4x40mm) welded in one piece. There is still some welding left in the top part but it was getting bit cold and pitch-black so I'll continue tuning next weekend.

 180 cm je maximálna dĺžka predávaných krídel? Počkám si na tvoje výsledky. Možno to bude perspektívny profil... 

B&C Wind Generator Store
https://bcenergy.aliexpress.com/store/2828045

I'll hoist the blade structure to the workshop in one piece for center piece upgrade. The mast is 8m at max with three supporting guy-wires but I won't need more than the 2m base for as long as any modifications are needed.

 Nevedel som, že krídla sú hliníkové. To je samozrejme o dosť pevnejšie, nič to ale nemení na tom, že stred bude potrebné posilniť. 

Kde sa dajú také krídla kúpiť?

Maybe I need to rebuild a stronger center piece to minimize the risk of destruction in stormy weather. I just need to get it centered and right angled exactly. This is where my miniCNC might become handy - aluminium templates for correct angles and hole positions.

The top inner bolts helped only in the initial assembly and cutting the horn extensions to correct lengths. it would have been much easier with identical set of top and bottom horns and connectors already in the beginning. After all, mistakes are made for learning :)

Aluminium blades are really rigid and I don't believe that AoA changes at all top-down. Although the blades are hollow there are two longitudinal support walls inside each blade. One 180cm blade weighs 6kg.

 Šikmé podpery celkom určite pomôžu, môže to byť aj oceľové lanko. Lepšia by bola kovová rúrka. Ale aj tak by mala byť tá stredová konštrukcia silnejšia. 

Vidím na obrázku, že horné uchytenie krídel je k stredovému krížu prichytené len jednou skrutkou. Ak sa ti to čo len trochu uvoľní a pohne, hneď bude vlastne iné AoA v hornej časti krídla... Ak sa zmení len jedno krídlo a ostatné zostanú v pôvodnom nastavení, bude sa to správať nevyvážene.

Na svoje vlastné CNC nemám čas. Nedá sa robiť všetko. Z toho dôvodu si diely nechávam rezať laserom vo firme. Ale diely, ktoré musia zostať rovné (ploché), ako napríklad diely pre generátor, boli po rezaní laserom deformované teplom. Preto ich už teraz nechávam rezať v inej firme, ktorá robí rezanie vodným lúčom.

Supporting structure is hand made using available scrap metal. I can make it somewhat stronger by adding vertical supports between the top-down horns. It is bit difficult to get the needed accuracy without proper CNC machinery.

There is a hinge in the bottom of my mast and it is fairly easy to use it for balancing. But I just need to wait for calm air to do it. And then strong enough wind again to test it.

Do you use CNC cut parts?

See my miniCNC
http://www.vawt.om2cm.sk/?q=node/1047

 To už vyzerá lepšie... :-)  Kmitanie ale nemusí byť spôsobené nesprávnym vyvážením. Mám silný dojem, že stredová os celej vrtule je príliš tenká a slabá. Neudrží silu ťahajúcich krídla vo vrchnej časti. Budú tým veľmi trpieť samotné krídla. 

https://youtu.be/dVs3882N7XM

There is still some correction needed in weight balancing and I haven't tested different angles of attack.

with variable AoA setups. Solidity was fixed. NACA4415 seemed to start quite well with 0deg AoA. But without proper test env (wind tunnel etc.) it is impossible to get accurate test results. Some papers recommend slightly negative (-6deg) AoA. Because camber line is hidden I'll prepare some cardboard stencils using fixed values (0deg, +-3deg, -6deg) for adjustment. In addition I could repeat the tests with blades turned over.

In 2015 I built a 1kW axial flux generator that was based on Volvo's brake disks and accessory trailer axis. But the bearing seemed bit too tight for VAWT use. So, now I'm using a commercial maglev low rpm generator instead.

 Keď tak veríš malým modelom turbíny, prečo nastavuješ uhol nastavenia na veľkosti 1:1? :-) Súhlasím, že fyzika by mala byť rovnaká, za predpokladu dokonalého zmenšeného modelu a v rozumnom merítku. Niečo veľmi malé a ľahké sa bude točiť skoro vždy a pri veľmi malých modeloch je problém rozlíšiť rozdiely pri rôznych nastaveniach. Tie rozdiely potom narastú v takom pomere, ako je pomer veľkosti modelu k originálu...

Budem samozrejme rád všetkým ďalším informáciám o tvojom projekte.

I've read a lot about self starting VAWT airfoils and different studies available in the web. There doesn't seem to be too many practical instructions for DIY purposes. Your web pages are just perfect in this context. So, I'll iterate as needed. It is okay for me to test multiple setups and even fail if I only learn something new each time.

But I must say I slightly disagree on small scaling value - as a hobby I fly various RC devices and I think there is really not much difference in the air flow physics compared to 1:1 sized flyers. And I actually got the scale model working with tsr >> 1. Naturally, size matters considering vibrations, turbulence, ground effect, kinetic energy etc. But in general, physics laws are universal.

In the summertime I was visiting a local wind mill park construction site (9 x 3MW, node height 130m, wing span 60m, area ~11 000m2). Generator output voltage is 700Vdc and transmission lines are ~6km to the grid transformer site - the visit was kind of inspiration to me and also a proof of strong enough winds in the area.

I'll let you know how my project proceeds.

 Správne nastavenie uhla nastavenia krídel môže trvať dlho, hlavne ak nie je možnosť oprieť sa o predchádzajúce skúsenosti iných konštruktérov s rovnakým profilom krídel. Najťažšie to má ten, kto ide v snehu prvý :-)

Malé modely nedávajú relevantné výsledky. Sympatická snaha, ale v reále bude aj tak všetko inak. 

Ten CN regulátor by mohol stačiť. Bude dôležité správne zadefinovať výkonovú krivku. Má rozhodne priaznivejšiu cenu ako napríklad Midnite, ktorý vie obsluhovať veternú turbínu.

If that doesn't help I'll turn the blades convex out. I had set the cut-in voltage so that there should not have been any load yet. Before building the wind mill I used a small scale model to see how NACA4415 Darrieus speeds up.

It has been a windy day today in Finland (7m/s 10 min average, gust 15m/s) but I have no access to the wind mill before the next weekend. Hopefully nothing is broken yet. My controller is a Chinese made solar + wind hybrid. It allows to program cut-in & max rpm & voltage vs. power curve manually.

Thanks for you comments.

 Ak sú to údaje o turbíne bez záťaže, tak niečo nie je v poriadku. Tie otáčky pri 5 m/s sú nízke. Obvodová rýchlosť by mala byť asi 3x vyššia (rýchlobežnosť 3-4), ako rýchlosť vetra. Krídla pohybujúce sa vo vztlaku (in lift) musia byť pri 5 m/s také rýchle, že jednotlivé krídla nevidieť a vytvoria súvislý priesvitný valec. Doterajší výsledok celkom určite znamená nesprávne nastavenie krídel.

Zaujímalo by ma, aký je rozdiel oproti pôvodnému stavu, keď boli listy naopak.

V silnejšom vetre to môže fungovať, ale musí to fungovať už pri 5 m/s. Ak nie, treba skúsiť zmenu uhla. Podľa obrázku mám dojem, že by mal byť uhol menší. 

Pomohlo by, vidieť tvoju turbínu na videu...

Príklad jednej z mojich prvých turbín, ktorá sa nechcela rozbiehať pri vetre 5 m/s: https://www.youtube.com/watch?v=44RCfipkubY

Ale pri vetre 7-8 m/s už krídla leteli správne: https://www.youtube.com/watch?v=rCJO6rtcLkg

Tieto krídla som potom už ďalej neskúšal nastavovať, ale prešiel som na súčasný profil krídel. Jeho nastavovanie tiež nebolo jednoduché a rýchle.

So solárnym regulátorom s MPPT to nebude ok. Treba použiť tú druhú možnosť - nastavenie krivky napätie-výkon - http://www.vawt.om2cm.sk/?q=node/861.  

Concave outside, 3 blades, blade length 1.8m, diameter 1.1m. 130rpm at 5m/s wind (8-10m/s gust). 130rpm equals to only 7.5m/s radial speed - I need to wait for bit stronger winds to get it running properly. My controller has optional modes for automatic MPPT or voltage vs. power so I need to test which one works better. Maybe higher cut-in voltage helps too.

My adapters are connected with M12 bolts to the alternator levers and M8 bolts to the blades. So it is possible to test both concave and convex options just by modifying the adapters only.

I'm using mild steel and tig welding for the supporting frame. Unfortunately I don't have access to heavy steel cutting CNC so tolerances are not the best possible. However, it helps a bit to cut all the lengths and drill all the holes at once for all the 3 levers.

 Ja mám konvexnú stranu (strana s priehlbinou v profile) na vonkajšej strane obvodu. Odborník na aerodynamiku hovorí, že to má byť tak. Ale už som to videl aj naopak. Ako u všetkého, koľko odborníkov, toľko názorov. Ak by si to testoval na obe strany, ocením nejaké informácie o výsledkoch.

Uzavretie koncov listov "čiapkami" ako píšeš, má podľa rôznych zdrojov zvýšiť výkon preto, lebo prúdenie vzduchu pri koncoch krídel nemôže skĺznuť do strany. Hovorí sa o 5, alebo viac percentách. Som ochotný tomu veriť. Nikdy som to ale neporovnával - bez a s.

How about direction of the airfoil curvature - when using non-symmetric airfoil what do you think is there any difference in using inwards or outwards curvature?

One more question - I wonder if blade end covers or caps improve the efficiency - have you tested the difference with and without?

 Ahoj Tommi,

toto sú základné otázky, a ako vidieť z výsledkov rôznych výrobcov, nie sú na ne ešte presné odpovede. VAWT fungujú s rôznymi profilmi krídel. Ja mám S809. Funguje podľa mňa dobre. Iní presadzujú symetrické profily, ako NACA 0018, NACA 0020 a podobne. Je údajne nejaký zázračný profil DU 97-W300 alebo niečo podobné. Treba si len vybrať a skúšať.

Tak isto je to s uhlom nastavenia krídla (uhol, ktorý zviera spojnica medzi najvzdialenejšími bodmi nábehovej a odtokovej hrany krídla so stredom ramena držiaceho krídlo). Ja som ho nastavil pri testovaní. Neviem ho presne zmerať, lebo je ťažké vidieť "os" nesymetrického profilu. U spomínaných symetrických profilov sa hovorí o uhle cca 8 stupňov. U mňa to určite nie je 0, ale je to tiež menej ako 8.... Inak, pri rôznych priemeroch turbíny sa krídla môžu chovať inak. Vhodný uhol nemusí byť rovnaký pre rôzne priemery. Tu sa nedá povedať nič iné, len že treba testovať a testovať. Je to problém, ak nie je veterný tunel... :-) Je potrebné urobiť uchytenie krídel tak, aby sa dal uhol nastavovať.

Počet krídel - čím menej, tým vyššia rýchlobežnosť - vyššie otáčky ale aj nižší krútiaci moment a teda aj horšia rozbehovosť. Niekto prišiel na to, že optimum bude 3. Platí to pre HAWT, a u VAWT asi tiež. Ale sú úspešné aj 4 krídla. 5 krídel je bežných pri väčších priemeroch domácich VAWT.  Nemyslím si ale, že 3 sa vyvažujú horšie ako 4.

Solidity asi 0,2. Čím väčší priemer turbíny, tým viac krídel alebo širší profil. Priamo súvisí s počtom krídel.

Čo sa týka turbíny Darrieus s pridaným tlakovým Savoniom pre rozbeh, tak to je podľa môjho názoru zbytočné až kontraproduktívne. Dobrý Darrieus sa rozbehne bez problémov sám. Pridaný Savonius potom len prekáža a brzdí. Nemá zmysel, aby sa turbína točila vďaka nejakej pomoci tlakovej časti pri vetre do 3 m/s. Taký vietor aj tak nemá skoro žiadnu využiteľnú energiu.