GEÏNTEGREEDE PROEF schooljaar Guylian Cacquaert Roy Paridaen

PROVINCIAAL TECHNISCH INSTITUUT EEKLO Roze 131 9900 Eeklo

GEÏNTEGREEDE PROEF schooljaar 2012-2013

Guylian Cacquaert Roy Paridaen

PROVINCIAAL TECHNISCH INSTITUUT EEKLO Roze 131 9900 Eeklo

GEÏNTEGREEDE PROEF schooljaar 2012-2013

Guylian Cacquaert Roy Paridaen

Woord vooraf In het zesde jaar Elektro-Mechanica moet elke leerling een eindwerk maken om een diploma te halen. Dit eindwerk heet de Geïntegreerde Proef of kortweg GIP. Mijn opdracht was het theoretisch en praktisch uitwerken van een windmolen. Dit houdt in dat ik een volledig mechanisch en elektrisch dossier maak van een windmolen. Onze GIP is een Europees project over hernieuwbare energie in samenwerking met 6 andere scholen waaronder KaHo Sint-Lieven. Deze test is belangrijk voor mij omdat je alle kennis die je in het secundair onderwijs hebt geleerd, nodig hebt. Graag wil ik enkele leerkrachten bedanken voor de begeleiding bij onze GIP. Eerst en vooral dank ik Dhr. Schrooten en Dhr. Van den Eeden die instonden voor de algemene begeleiding van het project. Dhr. Schrooten stond ons ook bij met algemene raad binnen het vakgebied elektriciteit. Dhr. Moerman bedank ik voor alle hulp en het advies dat we kregen voor technisch tekenen en sterkteleer. Verder gaat mijn dank uit naar Dhr. Deneir voor zijn tips uit de praktijk. Tot slot dank ik mevr. De Dycker voor de begeleiding voor Engels, mevr. Pauwels voor de verbeteringen voor Nederlands, en zeker niet te vergeten mevr. Vander Veken voor de steun bij Frans.

Inhoudsopgave Woord vooraf ........................................................................................................... 5 Inhoudsopgave ........................................................................................................ 6 1

Inleiding ......................................................................................................... 9

2

Logboek....................................................................................................... 10

3

Opgave ........................................................................................................ 12

3.1

Opgave houtkliefmachine ............................................................................ 13

3.2

Algemene opgave........................................................................................ 13

3.2.1

Voorbereidend studiewerk .................................................................... 14

3.2.2

Technisch Tekenen Mechanica ............................................................ 15

3.2.3

Technologie – praktijk mechanica ......................................................... 15

3.2.4

Laboratorium (meettechniek) ................................................................ 16

3.2.5

Elektriciteit............................................................................................. 16

3.2.6

Elektronica ............................................................................................ 17

3.2.7

ICT ........................................................................................................ 17

3.2.8

Taalintegratie ........................................................................................ 18

3.3

Samenbundelen van de oplossingen........................................................... 19

4

Voorbereidend studiewerk ........................................................................... 21

4.1

Sterkteleer ................................................................................................... 22

4.2

Lasberekeningen ......................................................................................... 25

4.3

Materiaal keuze ........................................................................................... 29

4.3.1

Constructie Bouwstaal .......................................................................... 29

4.3.2

Algemeen machinebouwstaal ............................................................... 30

4.3.3

Aluminium ............................................................................................. 31

4.3.4

Bouten .................................................................................................. 32

4.3.5

Moeren .................................................................................................. 34

4.3.6

Lasdraad MIG/MAG .............................................................................. 35

4.3.7

Koper .................................................................................................... 36

4.3.8

Oppervlaktebehandelingen voor bevestigingsartikelen ......................... 37

4.3.9

Ontginning van metalen ........................................................................ 39

4.3.10 Meten van hardheden ........................................................................... 42 5

Technisch Tekenen Mechanica ................................................................... 49

6

Technologie-praktijk Mechanica .................................................................. 50

6.1

Praktijk Mechanica ...................................................................................... 51

6.1.1

Praktische vervaardiging van de generator........................................... 51

6.1.2

De spoelenwikkelaar ............................................................................. 51

6.1.3

De constructie van de generator ........................................................... 54

7

Elektriciteit ................................................................................................... 60

7.1

Geschiedenis van de windturbine ................................................................ 61

7.1.1

Eerste gebruik ....................................................................................... 61

7.1.2

De ontwikkeling van windmolens .......................................................... 61

7.2

Principe van de windmolen.......................................................................... 63

7.2.1

Verticale windmolens ............................................................................ 63

7.2.2

Horizontale windmolens ........................................................................ 63

7.2.3

Lift principe............................................................................................ 63

7.3

Opbouw ....................................................................................................... 64

7.3.1

Fundering .............................................................................................. 64

7.3.2

Fundering bij offshore windmolens ....................................................... 65

7.3.3

Drijvende structuren .............................................................................. 71

7.3.4

Mast ...................................................................................................... 72

7.3.5

Gondel .................................................................................................. 73

7.3.6

Hoofdas ................................................................................................ 74

7.3.7

Tandwielkast ......................................................................................... 74

7.3.8

Alternator .............................................................................................. 77

7.3.9

Transformator/omvormer ...................................................................... 85

7.3.10 Rotorbladen .......................................................................................... 98 7.3.11 Kruissysteem ........................................................................................ 98 7.4

Stormbeveiliging .......................................................................................... 99

7.4.1

Verschillende manieren van remmen bij stormen: .............................. 100

7.5

Plaats van een windturbine ....................................................................... 101

7.6

Waarom windenergie?............................................................................... 104

8

Taalintegratie ............................................................................................. 105

8.1

Nederlands ................................................................................................ 106

8.1.1

Aanvraag stageplaats ......................................................................... 106

8.1.2

Aanvraag informatie ............................................................................ 107

8.1.3

Uitnodiging vergadering ...................................................................... 108

8.1.4

Notulen vergadering............................................................................ 109

8.1.5

Verslag van een vergadering .............................................................. 110

8.2

Engels ....................................................................................................... 111

8.2.1

Technical English text ......................................................................... 111

8.2.2

Glossary .............................................................................................. 114

8.2.3

Ten questions and answers ................................................................ 118

8.2.4

Outline ................................................................................................ 119

8.2.5

Summary ............................................................................................ 120

8.2.6

General English text............................................................................ 121

8.2.7

Own Translation .................................................................................. 125

8.2.8

Dutch translation general English text................................................. 126

8.3

Frans ......................................................................................................... 130

8.3.1

Vocabulaire technique ........................................................................ 130

8.3.2

Texte technique Français .................................................................... 131

8.3.3

Texte technique Néerlandais .............................................................. 136

9

Besluit........................................................................................................ 141

10 Bronnenlijst ................................................................................................ 142 11 Figurenlijst ................................................................................................. 143

6-TSO-EM-a

Inleiding

9

1 Inleiding In onze GIP realiseren we een windmolen. Deze windmolen maakt deel uit van een Europees project dat gaat over hernieuwbare energie. Interessant is dat we de metingen van onze windmolen gaan vergelijken met die van een windmolen die is gemaakt door een professionele fabrikant. Het is ook een interessant project omdat dit in samenwerking gebeurt met KaHo Sint-Lieven. Deze GIP-bundel bevat 2 belangrijke hoofdstukken. Vooraan vind je het elektrisch gedeelte waartoe de generator behoort. We gebruiken een 3-fasige generator met permanente magneten. Zo maken we zelf een generator. Alle berekeningen in verband met de draadkeuze en de hoeveelheid wikkelingen per spoel zijn berekend door het KaHo. Zij hebben ook de houten wiek voor ons ontworpen. Anderzijds hebben we het mechanisch gedeelte. Hierbij horen alle berekeningen in verband met sterkteleer en de materiaalkeuze. Ook moeten we voor het mechanisch gedeelte alle onderdelen in Solid-Edge tekenen. Achteraan in deze bundel heb ik de opdrachten voor Nederlands, Engels en Frans ook opgenomen. Deze opdrachten staan allemaal in verband met mijn project en mijn leven in de arbeidsmarkt. Zo hebben we voor Nederlands een Curriculum Vitae geschreven en voerden we voor ons mondeling van Frans een sollicitatiegesprek. Bij Engels vertaalden we een stuk van een Engelse tekst.

Elektro-Mechanica

Schooljaar 2012-2013

6-TSO-EM-a

Logboek

10

2 Logboek Logboek Naam: Guylian Cacquaert Datum Vak

Activiteit /planning

Klas: 6 EMa TijdsParaaf duur LKR 2u

10/11

Elek

Geschiedenis windturbine

16/11

Elek

Fundering

1u

16/11

Elek

Gondel

2u

18/11

Elek

Mast

1u

18/11

Elek

Hoofdas

1u

20/11

Elek

Frequentieomvormers

2u

24/11

Elek

Generator

1,5u

24/11

Elek

Transformator

1u

24/11

Elek

Tandwielkast

1u

7/01

Elek

Kruisysteem

1u

8/01

Elek

Rotorbladen

0,5u

9/01

Elek

Opzoeken Rem

1u

14/05

Elek

Afmaken complete bundel

4u

Elektriciteit 22/05

Elek

Verbeteren complete bundel

2u

23/05

Elek

Opzoeken permanente magneten

0,5u

23/05

Elek

Algemene info windenergie

1u

23/05

Elek

Generator bijvullen

2u

17/12

Mech

Sterkteberekeningen 1

1u

31/05

Mech

Complete sterkteberekeningen

3u

afwerken 2/05

Mech

Sterkteberekeningen verbeteren

0,5u

6/11

Eng

English Text

0,5u

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Logboek

11

20/11

Eng

List of difficult words

1,5u

4/12

Eng

10 Questions and Answers

1u

15/01

Eng

Translation English Text

2u

22/01

Eng

Correction Glossary

1u

5/02

Eng

Outline and Summary

1,5u

26/02

Eng

Corretion Questions and Answers

0,5u

7/03

Eng

Correction Outline and Summary

1u

14/03

Eng

Correction translation English Text

1u

29/11

Frans

Demander de documentation

1u

15/01

Frans

Vocabulaire technique

2u

22/01

Frans

Vocabulaire technique correction

0,25u

17/05

Ned

Schrijven Woord vooraf

1u

17/05

Ned

Schrijven Inleiding

0,5u

24/05

Ned

Schrijven besluit

0,5u

16/04

LABO

Materialenleer

4u

21/05

LABO

Verbeteren Materialenleer

1u

1/06

Mech PR

Practicum Generator

2u

23/04

ICT

Website : Stagepagina

2u

21/05

ICT

Website : Compleet afwerken

3u

2/06

ICT

Website : Online zetten

1u

13/03

Mech TT

3D Tekeningen van de generator

3u

26/04

Mech TT

Lastekeningen

2u

2/06

Mech TT

2D Tekeningen Generator

4u

4/06

Mech TT

2D Tekeningen Totaal

3u

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Opgave

12

3 Opgave

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Opgave

13

3.1 Opgave houtkliefmachine

Vier leerlingen werken in groep aan het ‘Euregio project’ rond alternatieve energie, meer specifiek het ontwerpen van een kleine windmolen. De overige leerlingen werken een verschillende opgave uit volgens onderstaande tabel: Deze gedifferentieerde opgave maakt het mogelijk dat de leerlingen aan één zelfde opdracht werken die tot verschillende oplossingen kan leiden. De voedingsbron is ofwel hydraulisch ofwel mechanisch/elektrisch. In het laatste geval wordt gebruik gemaakt van de zgn. ‘Screw jacks’ van Vermeire Belting (lineaire actuatoren http://www.vermeire.com/Inc/Doc/verins/screwjacks%20UK.pdf).

3.2 Algemene opgave

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Opgave

14

De 4 leerlingen die aan deze opdracht werken zorgen ervoor dat de volgende rubrieken er in voorkomen: • Fundering; • Mast en evt. spankabels; • Gondel; • Hoofdas; • Evt. tandwielkast (indien niet rechtstreeks); • Generator; • Transformator, omvormer; • Rotorbladen (zie KAHO); • Kruissysteem; • Rem; • Hoogte van de windturbine i.f.v. de plaats; • Opwekkingskosten energie (uit metingen) en vergelijking met andere tarieven; • Milieuinpact; • Theorie achter de windmolen; • Conclusies; … Wie aan welk onderdeel werkt kan door jullie zelfstandig (maar zoveel mogelijk gelijkmatig) bepaald worden, zet dit in tabelvorm met de opsomming van de onderdelen en speel dit via ‘Smartschool’ door aan de mentoren! Met gelijkmatig wordt bedoeld dat iedereen van elk onderdeel probeert iets te doen, m.a.w. niet alles van mechanica door één iemand, een andere doet elektriciteit, enz…

3.2.1 Voorbereidend studiewerk Mechanica-Sterkteleer voor hout-kliefmachine: Bepalen van de aandrijfeenheid: o Hydraulisch: grootte van de cilinder, druk, ophanging, … o Mechanisch - elektrisch: afmetingen van de actuator en aan te koppelen motor. Berekenen van de overige onderdelen (trek, afschuiving, buiging, knik, …). Mechanica-Sterkteleer voor windmolen: . Bepalen van de dikwandige buis i.f.v. een schatting van het gewicht van de te dragen windmolen: o Op druk/knik; o Op buiging; o…

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Opgave

15

Nadien herrekenen i.f.v. de reële waarden, evt. wordt de windmolen met spankabels vastgemaakt (zie ook testveld Schoondijke). Bepalen van de lassen tussen buis en voetplaten; Berekenen van de keilbouten waarmee de voetplaat bevestigd wordt op een betonnen sokkel. Bepalen van de nodige bevestigingen van de wieken, de gelagerde as waarop de wieken gemonteerd worden, de evt. overbrengingen naar de generator, … Laboratorium (materialenleer): Bepalen van de materiaalkeuze van de onderdelen, bevestigingsmaterialen, ...: Welke functie heeft het stuk in het geheel; Aan welke belastingen is het stuk onderhevig en welke eigenschappen zijn hiervoor noodzakelijk; Materiaalaanduiding volgens EN 10020-10025-10027-...; Samenstelling van het materiaal; Elasticiteitsgrens,treksterkte, kerfslagwaarde, hardheid, corrosiebestendigheid, bewerkbaarheid, lasbaarheid waar nodig. (Studie) Controle van de lassen tussen de dikwandige buis en voetplaten.

3.2.2 Technisch Tekenen Mechanica Werkgang tekenwerk (3D in Solid Edge): Tekenen van de principetekening. Ontwerpen van de samenstelling, hierbij wordt rekening gehouden met de eerder uitgevoerde berekeningen en de esthetische vormgeving van het geheel; Diverse standaardonderdelen (eventueel te downloaden via www.web2cad.com; www.festo.be, www.traceparts.com, http://www.item-cad.com/, …) plaatsen, rekening houdend met de gemaakte berekeningen. Van de uiteindelijke samenstelling wordt een 2D samenstellingstekening (evt. voorzien van diverse deelsamenstellingen) gegenereerd met de nodige stukkenlijsten, evt. lasaanduidingen worden eveneens geplaatst; Van de te vervaardigen onderdelen wordt een werktekening gemaakt met de nodige maataanduidingen, toleranties (evt. lengtetoleranties uitrekenen), vorm-en plaatstoleranties. 3.2.3 Technologie – praktijk mechanica Van de te maken onderdelen (hoofdzakelijk van de windmolen), anders wordt van de voorafgaande opgave tandwielas (TT) een werkgang opgemaakt. Uitvoeren van deze onderdelen.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Opgave

16

3.2.4 Laboratorium (meettechniek) Opmaken van een meetstaat voor het opmeten van de gemaakte onderdelen; Opmeten; Detailstudie van de gebruikte ISO-toleranties en hun passing met het element dat erop gemonteerd dient te worden (tandwiel, riemschijf, kettingwiel, lager, ...) Detailstudie van de gekozen en opgemeten ruwheden; Opmeten van de afmetingen en vorm & plaatstoleranties op de 3D-meetbank (optisch of met taster).

3.2.5 Elektriciteit Eigenschappen van de gekozen éénfasige transformator: o Werkingsprincipe bij belasting; o Gekozen type en grootte; o Bepaling van het rendement; o Keuze van de veiligheidstransformator voor bediening op laagspanning. Eigenschappen van de gekozen motor (zie eerdere mechanische berekeningen): o Verklaren van de motorkeuze uit de catalogi; o Elektrische gegevens- en motorkarakteristieken: • Koppel- en snelheidskarakteristiek; • Vermogen (mechanisch – elektrisch) en rendement; • Toerental en aantal poolparen; • Cos φ; • Ia / In; • Ma / Mn; • Mh / Mn; • Slip; • Stroom- en snelheidskarakteristiek; o Aanloop asynchrone motor (softstarter, frequentieomvormer,…); o Omkeren draaizin; o Motorbescherming – omgevingstemperatuur: thermische classificatie; o Beveiligingsklasse motor; o Opbouwdossier; o… EMC richtlijnen; Arbeidsfactor compensatie; Logica-sturing: analyseer de in- en uitgangen welke voor uw eigen ontwerp kunnen gebruikt worden; Technisch dossier: o Situatieschema; o Stuurstroombaanschema; o Hoofdstroombaanschema; Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Opgave

17

o Bedradingsschema van de schakelkast en schakelpunten; o Bepaling van draaddoorsnede; o Aansluitschema met nummering van de geleiders; o Aansluitlijst; o Kabellijst; o Materiaallijst; o… Beveiligingen en bedieningen: o Noodstoppen; o Sensoren; o Motorbeveiliging; o Signalisatie; o Bedieningsknoppen; o Afstandsbediening; o…

3.2.6 Elektronica Alle gebruikte elektronica kunnen verantwoorden: Keuze en opstelling (terug te vinden in de technische tekeningen mechanica) van de sensoren; Aansluiting van de sensoren in het geheel (stuurschema, PLC, …); Vermogen elektronica bij de windmolen;

3.2.7 ICT o o o o o o o

Onderzoek en keuze lay-out; Studie HTML en CSS; Studie-ontwerp navigatiemethode; Maken van pagina en directory-structuur; Opmaken kader Word-document; Powerpoint; Website online zetten.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Opgave

18

3.2.8 Taalintegratie 3.2.8.1 Nederlands: Verzorging van de algemene lay-out van de bundel, wat betreft: o Woord vooraf, inleiding en besluit; o Inhoudsopgave; o Bronnen- en figurenlijst (technische tekeningen worden hier niet bijgerekend); o Decimale nummering hoofdstukken + subrubrieken (let op: tekeningen worden niet opgenomen in de nummering van de bladzijden, de nummering herbegint na de tekeningen); o Éénvormige structuur betreffende de hoofding voor de goede leesbaarheid; o Keuze en plaatsing van de leestekens; o Taalzuiverheid. Korte spreekbeurt betreffende functie (via power-point – zie opgave voor mondelinge verdediging), werking van het ontwerp en keuze van de onderdelen; Eindcontrole van de afgewerkte bundel qua lay-out en taalgebruik; Aanvraagbrief voor stageplaats en CV; Zakelijke briefwisseling per brief of mail.

3.2.8.2 Engels: De leerlingen kiezen op het internet of uit gespecialiseerde bladen een Engelse zakelijke tekst die aansluit bij het onderwerp van hun GIP. Daarvan wordt een schema en een samenvatting gemaakt. Aanduiden van de moeilijke woorden in de tekst en opstellen van een verklarende en vertalende woordenlijst. Opstellen van 10 vragen die aansluiten bij de tekst met telkens een uitgebreid antwoord. Vertalen van elk een deel van een algemene Engelse technische tekst naar het Nederlands.

3.2.8.3 Frans: Documentatie aanvragen, zowel schriftelijk (brief volgens BIN-normen) als mondeling (telefoongesprek); Vakliteratuur begrijpend lezen aan de hand van een bestaande tweetalige woordenlijst, korte fragmenten vertalen en de woordenlijst instuderen; Zelf een vertalende woordenlijst opstellen aan de hand van tweetalige technische documentatie, de woordenlijst instuderen;

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Opgave

19

Een stageverslag schrijven en een sollicitatiegesprek voeren waarbij de stageperiode mondeling besproken wordt.

3.3 Samenbundelen van de oplossingen. Van de bekomen resultaten wordt een bundel gemaakt in een uniforme map, gebruik de onderstaande indelingen. Het is evenwel niet de bedoeling dat deze bundel een samenraapsel is van diverse cursussen. Enkel wat je ondernomen hebt om tot het resultaat te komen, wordt hierin opgenomen. • Opgave (deze mag van het netwerk op de g-schijf of van internet gekopieerd worden); • Voorwoord; • Inleiding; • Logboek (uit ‘Smartschool’) • Het voorbereidend studiewerk: o Resultaten van de berekeningen uit vakmodule Mechanica-sterkteleer; o Keuze van de materialen. • Technisch Tekenen mechanica (de tekeningen worden niet opgenomen in de nummering van de bladen): o Montagetekening; o Onderdelentekeningen, deze worden zoveel mogelijk per nummer geklasseerd. • Technologie-praktijk mechanica: o Technische tekening van tandwielas; o Werkvoorbereiding; • Meettechniek: • Detailstudie van de gebruikte ISO-toleranties op de as en hun passing met het te monteren element; o Detailstudie van de gekozen en opgemeten ruwheden; o Detailstudie van de diverse meetopstellingen; o Meetstaat (tabel) waarbij de vereiste afmetingen uit de tekening vergeleken wordt met de opgemeten en waarbij de nodige conclusie getrokken wordt (goed- of afkeuren); • Elektriciteit – Elektronica: o De resultaten van de verantwoorde motorkeuze en schakeling; o De aansluitschema’s; o PLC-sturing; o Beveiligingen. • Taalintegratie: o Nederlands: Woord vooraf; Inhoudsopgave;

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Opgave

20

Inleiding; Besluit; Bronnenlijst; Figurenlijst; Aanvraagbrief voor stageplaats en CV; Zakelijke briefwisseling per brief of mail. o Engels: Samenvatten van zakelijke tekst; Opstellen van meertalige woordenlijst en vertaling; Vragen- en antwoordenlijst bij de zakelijke tekst; Aanvraag van documentatie. o Frans: Stageverslag; Zelf op te stellen vertalende woordenlijst; Kopie van de daarvoor gebruikte documentatie. •

De leerlingen die aan de windmolen werken integreren tevens de volgende onderdelen: o Geschiedenis van de windmolen (turbine); o Onderdelen; o Hoogte van de windmolen i.f.v. de plaats; o Fundering; o Mast en evt. spankabels; o Gondel; o Hoofdas; o Evt. tandwielkast (indien niet rechtstreeks); o Generator; o Transformator, omvormer; o Rotorbladen (zie KAHO); o Kruissysteem; o Rem; o Hoogte van de windturbine i.f.v. de plaats; o Opwekkingskosten energie (uit metingen) en vergelijking met andere tarieven; o Milieuinpact; o Theorie achter de windmolen; o Conclusies; o…

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Voorbereidend studiewerk

21

4 Voorbereidend studiewerk

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


22

4.1 Sterkteleer Berekeningen voor de mast van de windmolen. Rekeningen houdend met druk en buigspanningen. Berekeningen zijn gebaseerd op een buis met diameter 273 en een wanddikte van 8mm. ∗ ∗ 273 1 = = 4 4 = 58505,27mm2 2 =

∗ ∗ (273 − 2 ∗ 8) = 4 4

= 51848 2 De totale oppervlakte van de ringvormig doorsnede is A1 (buitendiameter) – A2 (binnendiameter) At=A1-A2 58505,27 - 51848 = 6656,8 mm2 --> 0,06656 m2 Het eigen gewicht van de mast is het volume maal het volumiek gewicht van staal. Het volumiek massa is 7800kg/m3. De totale lengte van de mast is 10m. V = At x h 0,06656 m2 * 10m = 519,23 kg Om het buigend moment te berekenen moeten we eerst het traagheidsmoment berekenen van de ronde doorsnede van de buis. Dit gebeurd door het traagheidsmoment van de inwendige diameter af te trekken van de uitwendige diameter.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


23

1 =

∗ ∗ 273 /10000 = /10000 = 27352,12 64 64

1 =

∗ ∗ (273 − 82) /10000 = /10000 = 21403,4 64 64

= 1 − 2 = 27352,12 − 21403,4 = 5848,248 Het weerstandmoment tegen buiging word berekend door het totale traagheidsmoment te delen door de uiterste vezel. Bij een buis is de uiterste vezel altijd de radius van de grootste diameter. =

5848,248 = = 428,479 0,5 ∗ 27,3

Buigspanning wordt berekend door het buigend moment te delen door het weerstandsmoment tegen buiging. Het buigend moment bereken je in dit geval door de totale kracht op de wieken te vermenigvuldigen met de lengte van de mast. ! = 0,5 ∗ " ∗ ∗ # ∗ = 0,5 ∗ 1 ∗ 1,3464 ∗ 1,23 ∗ 32 = 847,9 $ %& = 847,9$ ∗ 10 = 8479$ '& =

%& 847,9($ = = 1,978 ($) & 428,479

De drukspanning van de buis zelf is belangrijk voor het bereken van de grondplaat en het beton. De drukspanning is het totale gewicht gedeeld door de oppervlakte van de ringdoorsnede. '* =

! 5,19($ = = 7,65 ($/ + 0,6656

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


24

De totale drukspanning op de grondplaat bedraagt dan de beide spanningen. ', = '& + '* = 1,978 + 7,65 = 9,630 ($) Het materiaal van de te bestellen buis van diameter 273x8 is s355. Dit materiaal heeft een treksterkte van 60 kN/cm2. Dit is de maximale treksterkte. Om de toelaatbare treksterkte te bereken moet je dit getal delen door een aantal parameters. 1. Het is afhankelijk van de soort belasting. Bij ons is de belasting 1 kant op maar

niet constant dit betekent een vermenigvuldiging met een factor van . 2. Dit is een factor die altijd wordt gebruikt omdat je nooit je maximale trekspanning .

mag behalen. In ons geval is dit . De toelaatbare spanning is dus: 2 1 60 ($/ ∗ ∗ = 10($/ 3 4 De drukspanning die we uitkomen uit eerdere berekeningen is kleiner dan de toelaatbare drukspanning. De buis mag dus gebruikt worden. Ter informatie. De totale drukspanning op het beton is het totale gewicht gedeeld door de de ringdoorsnede van de buis. '& =

! 5190$ = = 0,832 $/ 6656,8

De maximum drukspanning van beton is 65 $/.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


25

4.2 Lasberekeningen Het gassmeltlassen en het elektrisch lassen komen meer en meer in gebruik bij het verbinden van constructieonderdelen. Het lasmateriaal wordt vloeibaar gemaakt en op de te verbinden stukken gebracht; door de hitte zal tevens een deel van het moedermateriaal vloeibaar worden, waardoor de goede verbinding van de delen mogelijk wordt. Men onderscheidt 2 lasverbindingen: de stompe las, waarbij de stukken in elkaars verlengde liggen en de hoeklas, waarbij het lasmateriaal in de hoek van de twee te verbinden stukken is aangebracht.

Berekening van lasnaden Het lassen geschiedt door lasstaven of elektroden en het is wenselijk die lasstaven te gebruiken die ongeveer dezelfde eigenschappen hebben als het moedermateriaal. De kleinste lengtedoorsnede van de las moet in staat zijn, zonder overschrijding van de toelaatbare spanning, de kracht waaraan de verbinding onderworpen is, over te brengen. Bij een stompe las is de kleinste lengtedoorsnede A= a x l, waarin a de lasdikte is, die nooit groter wordt dan e plaatdikte s en l de netto lengte van de lasnaad, d.w.z. de lengte vermindert met de lengte van de kop-en eindkrater van de naad

Figuur 1: Lasbenamingen

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


26

De spanning in het metaal van de naad is: ! / 0 Bij hoeklassen is de kleinste lengtedoorsnede ook A= a x l, waarin a de hoogte van de gelijkbenige driehoek ABC genomen wordt, zodat; /=

1 2 √

Voor de toelaatbare spanningen neemt men doorgaans: Stompe las: 0.7 σt Koplas : 0.7 σt Zijlas : 0.58 σt Indien de kracht ongelijk wordt verdeeld op beide lassen, zoals dit het geval is bij een hoekstaal, dan verdeelt zich de kracht F over de beide lassen omgekeerd evenredig met de afstanden van de zwaartelijn van het profiel tot de uiteinde. F1/ F2 = a2/ a1 en aangezien F1+ F2= F Vogt: !1 = ! (

/2 ) /1 + /2

!2 = ! (

/1 ) /1 + /2

De lengte van de lasnaden kan dan door de gewone formule worden bepaald.

Lasberekeningen Het gassmeltlassen en het elektrisch lassen komen meer en meer in gebruik bij het verbinden van constructieonderdelen. Het lasmateriaal wordt vloeibaar gemaakt en op de te verbinden stukken gebracht; door de hitte zal tevens een deel van het moedermateriaal vloeibaar worden, waardoor de goede verbinding van de delen mogelijk wordt.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


27

Men onderscheidt 2 lasverbindingen: de stompe las, waarbij de stukken in elkaars verlengde liggen en de hoeklas, waarbij het lasmateriaal in de hoek van de twee te verbinden stukken is aangebracht.

Berekening van lasnaden Het lassen geschiedt door lasstaven of elektroden en het is wenselijk die lasstaven te gebruiken die ongeveer dezelfde eigenschappen hebben als het moedermateriaal. De kleinste lengtedoorsnede van de las moet in staat zijn, zonder overschrijding van de toelaatbare spanning, de kracht waaraan de verbinding onderworpen is, over te brengen. Bij een stompe las is de kleinste lengtedoorsnede A= a x l, waarin a de lasdikte is, die nooit groter wordt dan e plaatdikte s en l de netto lengte van de lasnaad, d.w.z. de lengte vermindert met de lengte van de kop-en eindkrater van de naad

De spanning in het metaal van de naad is: F/(a x l) Bij hoeklassen is de kleinste lengtedoorsnede ook A= a x l, waarin a de hoogte van de gelijkbenige driehoek ABC genomen wordt, zodat; a=(s x √2)/2 Voor de toelaatbare spanningen neemt men doorgaans: Stompe las: 0.7 σt Koplas : 0.7 σt Zijlas : 0.58 σt

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


28

Indien de kracht ongelijk wordt verdeeld op beide lassen, zoals dit het geval is bij een hoekstaal, dan verdeelt zich de kracht F over de beide lassen omgekeerd evenredig met de afstanden van de zwaartelijn van het profiel tot de uiteinde. F1/ F2 = a2/ a1 en aangezien F1+ F2= F Vogt: F1=F x (a2/(a1+a2)) F2=F x (a1/(a1+a2)) De lengte van de lasnaden kan dan door de gewone formule worden bepaald. Voor de mast op de voetplaat te lassen gebruiken we de hoeklas: a=(s x √2)/2=0.7 x s=0.7x 8=5.6 mm De spanning in het metaal van de naad: F/(ax l)= 10000N/(5.6mm x 256 mm)=6.975 N/mm2

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


29

4.3 Materiaal keuze 4.3.1 Constructie Bouwstaal Samenstelling van S355JO 0,2% koolstof (C) 0,040% Fosfor (P) 0,040% Zwavel (S) Reden van gebruik Wij hebben dit materiaal gebruikt omdat het de goede eigenschapen heeft voor machinebouw. Het is goed lasbaar, relatief hoge treksterkte en hoge rekgrens. In ons eindwerk is de mast, de voetplaat en het plaatstaal in de generator en de gondel gemaakt van dit materiaal. Mast : Buis Ø273x8 Voetplaat : Plaatstaal S=10 Generator platen: Plaatstaal S = 5 á 6 gondel : ± 4 (nader te bepalen) Komt ook voor in de vorm van : Alle mogelijke vormen. I-profielen , H-profielen, Kokerprofielen, Strip, Buisprofielen, Assen, Betonijzer. Werkstofnummer 1.0553 DIN, NBN of euro norm code DIN EN 10025-1 Warmtebehandeling Niet bestemd voor warmtebehandelingen Eindhardheid 100 – 140 HB 30 Bestelcode/nummer: Staalsoort : S355JO Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


30

Buis Ø 273 x 8 x 10000 Plaat 10mm x 0,25m2 Plaat 6mm x 0,37m2 plaat 4mm x 1,00m2

4.3.2 Algemeen machinebouwstaal Samenstelling van C45 0,45% koolstof (c) <0,4% silicium (Si) 0,75% mangaan (Mn) 0,045% fosfor (P) 0,045% silicium (S) Reden van gebruik Dit materiaal hebben we gebruikt omdat het makkelijk voor handen was, en omdat het blank geslepen werd aangeleverd, dit heeft ons heel wat draaiwerk bespaard. Al de assen dat we gebruiken zijn gemaakt uit C45. Dit is de hoofdas van de generator en de flens waar de magneetplaten op gebout zitten. Hoofdas: Ø25 Flens: Ø90 Komt ook voor in de vorm van : Dit materiaal komt vooral voor in de vorm van massieve staven. Zoals assen, 6-kant staven, vierkante staven, rechthoekig, etc. Werkstofnummer 1.0503 DIN, NBN of euro norm code DIN EN 10083-2

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


31

Warmtebehandeling +N --> Normaal uitgegloeid of genormaliseerd gewalst +QT -->Veredeld Richtwaarden voor warmtebehandelingen

Warm vervormen Normaal gloeien Zacht gloeien Harden Ontlaten (richtwaarden

1100 – 850 °C 840 – 870 °C 650-700 °C 820 – 850 °C 540 – 680 °C

Eindhardheid Voor het harden : 172 – 242 HB 30 Na het harden : 60 HRC Bestelcode/nummer: 0,35m C45 h6 rond 25mm 0,1m C45 h9 rond 90mm

4.3.3 Aluminium Samenstelling van aluminium traanplaat EN AW-1050A [Al99,5] 99,5% aluminium (Al) Reden van gebruik De aluminium schijven gebruiken we als magneetschijven. De magneten plakken we op de aluminium schijven en aangezien deze platen niet magnetisch kunnen worden, gebruiken we deze. De reden dat we traanplaten gebruiken is dat er op het moment niet veel ander te pakken was en omdat we het goedkoper konden krijgen.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


32

Komt ook voor in de vorm van : Assen, 6-,4-, staven, platen, kokers, I-profielen, H-profielen Werkstofnummer 3.0250 DIN, NBN of euro norm code DIN EN 573-3 Warmtebehandeling Dit materiaal is niet thermisch hardbaar. Het is wel makkelijker te vervormen door warmvervormen of zachtgloeien. Warmvervormen Zachtgloeien

550 – 330 °C 320 – 350 °C °C

Eindhardheid HRB 34 Bestelcode/nummer: 0,5m2 aluminium traanplaat dik 3,5/5 5traans

4.3.4 Bouten Samenstelling van 8.8 bouten elektrolytisch verzinkt Volgens NEN-ISO898/1 0,15 – 0,40% koolstof (C) 0,035% fosfor (P) 0,035% zwavel (S)

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


33

Reden van gebruik Deze bouten gebruiken wij als bevestiging voor de generator, mast, gondel, wieken, etc. We gebruiken 8.8 bouten omdat dit de meest voorkomende sterkte is van bouten. - M 12 - M10 - M8

Komt ook voor in de vorm van : Verschillende soorten draad van bouten en moeren. -Metrische draad (M) -Metrisch fijn (MF) -Unischroefdraad (UNC) -unischroefdraad fijn (UNF) Werkstofnummer Geen werkstofnummer wel een sterkteklasse : 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8 ,8.8 ,9.8 ,10.9, 12.9 DIN, NBN of euro norm code DIN EN ISO 4014 , DIN 2509 Warmtebehandeling Ontlaat temperatuur 425 °C Eindhardheid Tussen de 22 en 32 HRC Bestelcode/nummer: 8x Zeskantbout ISO 4014 – M10 x 30 – 8.8 6x draadstang M 12 x 250 4x zeskantbout ISO 4014 – M8 x 60 – 8.8

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


34

4.3.5 Moeren Samenstelling van Moeren elektrolytisch verzinkt Naar DIN 267 0,5% koolstof (C) 0.11% fosfor (P) 0,15% zwavel (S) Reden van gebruik Omdat niet alle platen dik genoeg waren om draad in te tappen , gebruiken we moeren. En ook omdat draad tappen soms te lang duurt. M12 moer M10 moer M8 moer Komt ook voor in de vorm van : Verschillende soorten draad voor bouten en moeren -Metrische draad (M) -Metrisch fijn (MF) -Unischroefdraad (UNC) -unischroefdraad fijn (UNF) -etc. Werkstofnummer Geen bepaald werkstofnummer wel verschillende sterkteklassen. Nl. 6,8,10 DIN, NBN of euro norm code DIN EN ISO 4032 Warmtebehandeling Geen bepaalde warmtebehandeling Eindhardheid 110 HV 30

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


35

Bestelcode/nummer: 8x zeskantmoer ISO 4032 – M10 – 8 12xzeskanmoer ISO 4032 – M12 – 8 4x zeskantmoer ISO 4032 – M8 – 8

4.3.6 Lasdraad MIG/MAG Samenstelling van MIG/MAG lasdraad Volgens DIN 8559 0,06-0,14% koolstof (C) 0,9-1,3% mangaan (Mn) 0,05-0,8% silicium (Si) 0,025% zwavel (S) 0,025% fosfor (P) 0,3% koper (Cu) Reden van gebruik Wij laten onze mast lassen met het lasprocedé MIG/MAG lassen. We kiezen hiervoor omdat het sneller en goedkoper is dan elektroden lassen. Het is ook gemakkelijker voor kleine onderdelen zoals de gondel. De dikte van de lasdraad is 1mm. Komt ook voor in de vorm van : Je hebt ook lasdraden van grotere diameters, dit is om een zwaardere las te leggen. Doordat je meer materiaal toevoegt kan je ook grotere openingen opvullen. Werkstofnummer Geen werkstofnummers, alleen normcodes. DIN, NBN of euro norm code EN440: G2Si-1 / DIN 8559: SG-1 / AWS A5.18: ER70-S3 Bestelcode/nummer: 35-1040 (MIG Ø 1,0 mm K-300) (Bij Hatek.nl) Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


36

4.3.7 Koper Samenstelling van koperdraad DIN EN 1976 Ongelegeerd, zuurstofhoudend koper 99,9% koper (Cu) 0,04-0,1% zuurstof (O) Gephosforeerd koper 99,95% koper (Cu) 0,001-0,006 fosfor (P) Reden van gebruik De spoelen waar we de elektrische spanning in opwekken zijn gewikkeld met koperdraad. We hebben gebruik gemaakt van koperdraad omdat dit een grote elektrische geleidbaarheid heeft. De koperdraad die we gebruikt hebben is voorzien van een laklaag omdat er anders kortsluiting zou ontstaan in de spoelen. Komt ook voor in de vorm van : Koper komt voor in meer dan alleen draadvorm. Het komt voor in plaatvorm bijvoorbeeld dakgoten, pannen etc. Koper is zeer duurzaam maar ook heel duur. Daarom zie je de dag van vandaag niet zo veel dakgoten meer in het koper. Het komt ook voor in buis-vorm zoals sanitaire buizen, afwateringsbuizen, etc.. Koper is gietbaar dus het kan voorkomen in alle vormen die je maar kan bedenken. Werkstofnummer CR005A, CR020A DIN, NBN of euro norm code DIN EN 1976 Warmtebehandeling Gloeien van koper om het makkelijker te vervormen. Tussen 430 en 650 °C spanningsarm gloeien voor eventuele machinale bewerkingen.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


37

Eindhardheid 44-120 HB 30 Bestelcode/nummer: Koper-emailledraad draaddiameter 0.1 mm 450 m Conrad

4.3.8 Oppervlaktebehandelingen voor bevestigingsartikelen 4.3.8.1 Elektrolytisch verzinken Bij dit galvanisch proces wordt langs elektrolytische weg een zinklaag neergeslagen op het productoppervlak. Deze zinklagen variëren meestal in dikte van minimaal 3 µm en vertonen afhankelijk van de behandeling (passiveren) een transparant groengele- respectievelijk strogele of metalliek-lichtblauwe tint. Bij dit proces wordt waterstof op het productoppervlak ontwikkeld. Zeker bij staalkwaliteiten met een hogere sterkte kan de in het staal opgenomen waterstof een aanzienlijk verlies aan ductiliteit veroorzaken, de zogenaamde waterstofbrosheid. Hierdoor is de kans op scheurvorming en breuk groter.

4.3.8.2 Delta Magni Met dit proces wordt een organische deklaag op basis van zink op producten aangebracht, waardoor een goede corrosieweerstand tegen zowel atmosferische invloeden als tegen een groot aantal agressieve stoffen verkregen wordt. Door de lage procestemperatuur en het ontbreken van waterstofontwikkeling vindt geen beïnvloeding van de materiaaleigenschappen plaats. De laagdikte bedraagt 12 - 15 µm.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


38

4.3.8.3 Sherard verzinken Sheradiseren, nu sherard-verzinken genoemd, is een van de methodes om onder andere bevestigingsartikelen te voorzien van een zinklaag om ze tegen corrosie te beschermen. De te sherard-verzinken bevestigingsartikelen worden tesamen met een bepaalde hoeveelheid zinkstof en zand in een stalen trommel gebracht. Deze trommel wordt langzaam roterend in een oven gebracht en deze wordt verhit tot circa 420°. Tijdens de behandeling wordt een 15 - 25 µm dikke zink-ijzerlegeringslaag gevormd die een uitstekende weerstand tegen corrosie bezit. Keuringseisen volgens NEN 5253.

4.3.8.4 Thermisch verzinken Het thermisch verzinken van bevestigingsartikelen gebeurt volgens het centrifugeproces met een zinkbadtemperatuur van 540 tot 560°. Het voordeel van verzinken bij deze temperaturen is de geringe viscositeit van het zink bij het centrifugeren. Een bijkomend voordeel is, dat de silicium invloed vergaand wordt geëlimineerd. Tijdens het centrifugeren wordt een laagdikte van 40 - 70 µm gevormd.

4.3.8.5 Mechanisch verzinken Deze nieuwe verzinkmethode wordt tegenwoordig voor kleine onderdelen steeds vaker toegepast. Mechanisch verzinken is een trommel-procédé, waarbij door middel van zinkstof en glasparels op het voorbehandelde staaloppervlak (ontvetten/beitsen/flashcoating van koper) een 3 - 80 µm dikke zinklaag wordt aangebracht. Na het trommelen wordt het zinkoppervlak gechromateerd of geolied. In tegenstelling tot elektrolytisch verzinken van staal kan bij het mechanisch verzinken geen waterstofbrosheid en dus geen materiaalverzwakking optreden.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


39

4.3.9 Ontginning van metalen 4.3.9.1 Ijzer Ijzererts is een gesteente waaruit het metaal ijzer wordt gewonnen. Dit gebeurt door het verhitten van deze ijzerertsen tot een heel hoge temperatuur. totdat het ijzer smelt. Dit gebeurt in een gesloten oven, ook wel hoogoven genoemd. De naam hoogoven komt van de hoge temperaturen in de oven. Nadat het ijzer vloeibaar uit de oven komt, moet het nog verschillende toevoegingen ondergaan om het te kunnen gebruiken als volwaardig ijzer.

Figuur 2: ijzererts

4.3.9.2 Koper Koper komt de dag van vandaag nog het meest voor in de vorm van zouten die 30 tot 90% koper bevatten, deze zouten zijn vaak vermengd met mineraal loze gesteenten en soms andere metalen. Een mineraal wordt als rijk beschouwd vanaf 1,8% zuiver koper. Er zijn 2 manieren van ontginning : -openluchtmijnen -ondergrondse mijnen

Figuur 3: kopermijn

Als de koperhoudende zouten zich relatief dicht aan het oppervlakte bevinden dan zal met openluchtmijnen gebruiken. Als er aan de oppervlakte niet genoeg koper is, dus meer andere mineralen dan koper, dan zal men ondergrondse mijnen gebruiken. De eerste fase in de behandeling van de zwavelhoudende mineralen met het oog op het bekomen van concentraten omvat de volgende opeenvolgende handelingen: zeven, vergruizen, vermalen en sorteren. Op die manier veranderen de mineralen in grof poeder waarop men vervolgens water spuit.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


40

De behandeling, bestaande uit flotatie in water gevolgd door het laten bezinken, moet ervoor zorgen dat het rijkste gedeelte van het mineraal opnieuw aan de oppervlakte komt, waarna het gescheiden wordt van de neerslag die op de bodem van het bad achterblijft. Op die manier verkrijgt men een concentraat met 25 tot 40% koper. In eerste instantie scheidt men, in de vloeibare vorm en via de inwerking van de zwaartekracht en via roosting, de lichtste mineraalloze gesteenten van de zwaardere koperhoudende zouten. Hierdoor bekomt men een ruwsteen met een hoog zwavelgehalte die 40 tot 60% koper bevat.

Daarop volgt een bessemerproces in een draaioven bij een temperatuur van ongeveer 1.300° waarbij het koper gescheiden wordt van de andere bestanddelen van de ruwsteen. Deze bewerking leidt tot de productie van blisters in de vorm van platen, die 98 tot 99,5% koper bevatten.

Blisters (Engelse term die verwijst naar de blaren op hun geoxideerde oppervlak) zijn nog niet geschikt voor gebruik in de industrie, want ze zijn nog niet zuiver genoeg. Bijgevolg moeten ze een verdere zuivering ondergaan. Er bestaan twee zuiveringsprocessen: 1° Thermische zuivering: hierbij wordt de blister via oxidatie opnieuw gesmolten zodat de onzuiverheden weggewerkt worden in de vorm van oxiden die verdampen. Tijdens deze behandeling neemt het koper 0,6 tot 0,9% zuurstof op, waarvan het grootste deel weggewerkt moet worden via een handeling die men “polen” noemt. Hierbij worden pas gevelde houtstammen aan het koperbad toegevoegd. Zo verkrijgt men koper van thermische kwaliteit dat nog 0,02 tot 0,04% zuurstof en een beetje waterstof bevat en bijgevolg slechts heel weinig toepassingen kent in de industrie. Dit procedé wordt tegenwoordig bijna niet meer gebruikt. 2° Elektrolytische zuivering: hierbij wordt de blister die voorafgaand in de vorm van een anode gegoten is, omgevormd tot een kathode via het procédé van de oplosbare anode.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


41

Het koper dat op die manier verkregen wordt, is zuiver, maar kan in deze vorm nog niet gebruikt worden door zijn porositeit en de mogelijke aanwezigheid van elektrolytinclusies. Om tegelijkertijd te beschikken over zuiver koper van 99,90% of meer en de beste plasticiteitseigenschappen worden de kathoden achteraf opnieuw gesmolten volgens verschillende procédés om zo de verschillende koperkwaliteiten te bereiken die gebruikt worden in de industrie en overeenkomen met de diverse toepassingscategorieën.

Op die manier kunnen we 2 grote categorieën van koper omschrijven :

- Koper met zuurstof, dat gekenmerkt wordt door een elektrisch geleidingsvermogen, maar niet geschikt is voor het lassen of solderen. Dit wordt vooral in de elektriciteitssector gebruikt. - Koper , gedesoxideerd met fosfor (P): (CuDHP) dat een beperkt elektrisch geleidingsvermogen heeft, maar bijzonder geschikt is voor vervorming en lassen. (gebruikt voor koperbladen en koperbuizen) Schema’s die de winning en metallurgie van koper illustreren:

Figuur 4:metallurgie van koper

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


42

4.3.9.3 Aluminium Bauxiet wordt gevonden in 30 miljoen jaar oud gesteente, wat door weersinvloeden uiteenvalt tot een rode klei (lateriet). Deze klei bevat hoge gehaltes aan aluminium dragende mineralen en ijzer. Wanneer het aandeel aluminiummineraal boven de 27% uit komt, wordt het economisch om bauxiet te winnen. Dit gebeurt voor 95% aan het oppervlak.

Figuur 5: bauxiet

Bauxiet wordt gevormd door drie componenten: Al, O en H (Al2O3.nH2O). Het belangrijkste onderdeel, Alumina (Al2O3) wordt onttrokken door bauxiet op te lossen in een hoog-soda houdende solutie die vervolgens wordt verhit. Het alumina wordt opgevangen als kristallen. Deze worden weer verhit om het resterende water uit te drijven. Wat over blijft is een wittig zand: puur aluminiumoxide. Dit materiaal wordt voor 90% gebruikt om aluminium te vormen. De resterende 10% wordt voornamelijk toegepast in de glasindustrie. De laatste stap bestaat uit het scheiden van Al en O2 door elektrolyse. Om het aluminium uit het bauxiet te krijgen is zeer veel energie nodig: 155MJ/kg. Ter vergelijking is voor de productie van één kg ijzer 30MJ nodig. Na extractie ontstaat een materiaal wat Al99,9 genoemd wordt: nagenoeg zuiver aluminium.

4.3.10

Meten van hardheden

4.3.10.1

Brinell

Bij hardheidsmeting volgens Brinell wordt een stalen of hardmetalen kogel in het te testen materiaal gedrukt. De grootte van de indrukking is een maat voor de hardheid van het materiaal. De diameter van de indrukking wordt met behulp van een formule omgerekend tot een getal dat de "Hardheid van Brinell" wordt genoemd.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


43

De diameter van de stalen kogel moet altijd worden afgestemd op het te meten materiaal. De onderzijde van het materiaal mag niet vervormen tijdens het meten. Om een duidelijke aflezing mogelijk te maken mag de indrukking niet te diep zijn. Het verschil in indrukking zou te moeilijk zichtbaar worden. Een minimum indrukking is een andere vereiste. De diameter van de indrukking moet liggen tussen de 0,2 en 0,7 maal de diameter van de kogel. Standaard diameters zijn: 1, 2,5, 5 en 10 mm.

Figuur 6: Brinell

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


44

Berekening van de hardheid volgens Brinell: Met behulp van de diameter van de kogel, de diameter van de indrukking en de belasting op de kogel is de Brinellhardheid te berekenen. HB = (0,102 x belasting)/oppervlakte van de indrukking HB = 0,102 x F / A HB

= de hardheid volgens Brinell

een omrekenfactor. Vroeger werd de kracht in kgf uitgedrukt, tegenwoordig 0,102 = in Newton. Om toch dezelfde Brinellhardheid te krijgen is een omrekenfactor nodig. F = de kracht op de kogel in N A = de oppervlakte van de indrukking in mm2

De oppervlakte A is te berekenen met de formule: D = de diameter van de kogel d = de diameter van de indrukking

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

4.3.10.2


45

Vickers

Bij de hardheidsmeting volgens Vickers wordt een diamanten punt in de vorm van een rechte vierzijdige piramide in het materiaal gedrukt. De tophoek van deze piramide is 136o. In het materiaal ontstaat dan een piramidevormige indrukking waarvan de diagonaal d wordt gemeten. Voor de hardheidsmeting volgens Vickers kan dezelfde meetopstelling gebruikt worden als voor de hardheidsmeting volgens Brinell.

De belasting moet eerst rustig opgebouwd worden en dan 10 tot 15 seconden op volle belasting blijven. De dikte van het materiaal moet minstens 1,5 maal de diagonaal van de indrukking zijn. De lengte van de diagonaal wordt met behulp van een meetmicroscoop opgemeten.

Figuur 7: Vickers

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


46

Berekening van de hardheid volgens Vickers: Met behulp van de diameter van de indrukking en de belasting op de diamant is de Vickershardheid te berekenen. HV= (0,102 x belasting)/oppervlakte van de indrukking HV = 0,102 x F / A HV

= de hardheid volgens Vickers een omrekenfactor. Vroeger werd de kracht in kgf uitgedrukt, tegenwoordig 0,102 = in Newton. Om toch dezelfde Brinellhardheid te krijgen is een omrekenfactor nodig. F = de kracht op de diamant in N A = de oppervlakte van de indrukking in mm2

De oppervlakte A is te berekenen met de formule: d = de lengte van de diagonaal in mm o 136 = de grootte van de tophoek van de pyramide

De hardheid volgens Vickers is:

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

4.3.10.3


47

Rockwell

Bij de hardheidsmeting volgens Rockwell wordt een stalen kogel of een diamanten kegel gebruikt. Bij Rockwell wordt aan de hand van de diepte van de indrukking de hardheid bepaald. De diameter van de indrukking zoals die bij Brinell en Vickers wordt gebruikt, is bij Rockwell niet van belang.

Figuur 8: Rockwell

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


48

De hardheidsmeting met kogel of diamant vindt plaats in drie stappen : -Eerst wordt het indruklichaam met een kleine belasting een stukje in het materiaal gedrukt. -Voor de eigenlijke meting wordt de voorbelasting verhoogd met een grotere hoofdbelasting. -Tot slot wordt de hoofdbelasting opgeheven maar de voorbelasting blijft aanwezig. De elastische indrukking van de hoofdbelasting wordt hierdoor opgeheven. Hardheidsmeting met stalen kogel Voor zachte materialen wordt als indruklichaam een stalen kogel gebruikt. Deze kogel heeft een gestandaardiseerde diameter van 1,5875 mm (1/16 inch). De hardheidsschaal wordt aangegeven met een B (HRB met de B van Ball). De schaal loopt van 0 tot 130. Hardheidsmeting met diamanten kegel Voor harde materialen wordt als indruklichaam een diamanten kegel gebruikt met een tophoek van 120o met een afgeronde punt. De hardheidsschaal wordt aangegeven met een C (HRC met de C van Cone). De schaal loopt van 0 tot 100. De grootte van de belasting De belasting is afhankelijk van het te onderzoeken materiaal en van het indruklichaam (kogel of kegel). De voorbelasting is voor beiden even groot namelijk 98,07 N. De hoofdbelasting is verschillend: -bij een stalen kogel 882,6 N {=(90/102)N} -bij een diamanten kegel 1 373 N {=(149/102)N} Aanduiding van de hardheid volgens Rockwell: Aanduiding: 90 HRB - 90 hardheidswaarde - HR het symbool voor hardheid volgens Rockwell - B de gebruikte meetschaal Eigenschappen van de Rockwell hardheidsmeting: - De Rockwell hardheidsmeting kan voor zowel harde als zachte materialen worden gebruikt. - De methode is niet geschikt voor niet-homogene materialen. - Het oppervlak van het te onderzoeken materiaal moet goed glad en schoon zijn. - De proef moet herhaald worden om meetfouten te voorkomen.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Technisch Tekenen Mechanica

49

5 Technisch Tekenen Mechanica

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Technologie-praktijk Mechanica

50

6 Technologie-praktijk Mechanica

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


51

6.1 Praktijk Mechanica 6.1.1 Praktische vervaardiging van de generator Wanneer we in het midden van februari eindelijk groen licht kregen om onze generator te bouwen wisten we niet echt goed hoe we eraan moesten beginnen. Na veel research op websites en een paar technische tekeningen later begonnen we met het vervaardigen van onze generator. Omdat we zo enorm enthousiast waren, waren we eigenlijk een beetje vergeten om een specifiek werkplan op te stellen met bijhorende werkgangen. Maar door het goed samenwerken en vooral door het bijwerk en technisch inzicht van Roy, hebben we toch een mooie constructie kunnen bouwen.

6.1.2 De spoelenwikkelaar Ons eerste probleem was: hoe gaan we de spoelen maken? Via het KAHO SintLieven hadden we al de nodige materialen gekregen zoals magneten en koperdraad maar nergens stond erbij hoe we de spoelen echt moesten maken. Dus zochten we op internet en vonden we een ontwerp van een spoelenwikkelaar. Meteen begonnen we met het zoeken van materialen in het magazijn op school. We vonden nagenoeg alles wat we nodig hadden. •

2 staalplaten voor de zijkanten

•

1 grondplaat

•

1 buis

•

1 blokje

•

3 assen

We begonnen met de staalplaten te boren zodat we ze aan elkaar konden bevestigen. We tapten schroefdraad in deze boringen ( M8 ) en plakten de zijkanten af met tape zodat de zijkanten de gewikkelde spoelen niet konden beschadigen.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


52

Nadien boorden we een gat in de buis van ongeveer diameter 20, en laste Roy deze buis op de grondplaat. Roy maakte dan een hendel die gelast werd aan de as die door de buis liep en de platen. Eén van de twee platen werd ook vast gelast op deze as. Uiteindelijk freesde Robin nog het tussenblokje voor tussen deze twee platen waarrond we de koperdraad wikkelden.

Figuur 9: Spoelenwikkelaar

Nu dat onze spoelenwikkelaar af was, konden we beginnen met 9 spoelen te maken. We waren met 3 man die afwisselend elk een functie uitvoerde. 1 persoon draaide aan de hendel, 1 persoon leidde de koperdraad in de goede baan zodat ze redelijk goed naast elkaar lagen en ongeveer overal evenveel draad en 1 persoon telde hoeveel wikkelingen we deden. Uiteindelijk was dit een heel erg tijdrovend proces.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


53

Figuur 10: Klaar om te beginnen met wikkelen

Het was ook heel erg spannend wanneer we de spoelen van tussen de platen en van het blokje moesten halen. Daarom hadden we erop gevonden om, voordat we begonnen, horizontaal een dun koperdraadje te leggen aan de vier kanten van het blokje. Wanneer we 400 wikkelingen hadden, knoopten we deze dunne koperdraad vast en konden we de spoel met een gerust hart van het blokje halen zonder dat we bang moesten zijn dat de wikkelingen uit elkaar zouden gaan. Voor de zekerheid hebben we wat tape gedaan rond de spoel zodat de wikkelingen echt niet konden loskomen.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


54

Figuur 11: Een gewikkelde spoel

We hadden dus 9 spoelen vervaardigd maar verder hadden we niks. Dus begonnen we met een constructie van de generator, die we van een Engelse site hadden gehaald. Maar we namen het niet volledig over, Roy had meestal een beter plan en dan volgden we dit.

6.1.3 De constructie van de generator •

2 eindkappen

•

2 aluminium en 2 stalen middenkappen

•

Draadstangen

•

Flens

•

Hoofdas

•

2 lagers

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


55

We begonnen met de eindkappen uit staal. Vanzelfsprekend moesten deze de grootste diameter hebben. In het midden zit een boring van diameter 25. Deze boring dient voor de hoofdas erdoor te laten. Om deze twee eindkappen te verbinden, gebruikten we draadstangen van M8. Om deze draadstangen in de eindkappen te voegen, gebruikten we een boring M8 langs de kanten van de eindkappen. We zetten de draadstangen vast met aan beide kanten een kartelring en een moer.

Door de eindkappen loopt dus een hoofdas die we later gaan verbinden met het wiekenstelsel. Deze hoofdas is gekocht door Roy bij een bedrijf waar hij weekendwerk doet. De hoofdas heeft een passing van h6. Omdat we zeker wilden zijn dat dit goed was, hebben we deze as aangekocht.

Op deze as plaatsen we een flens die in het midden van de generator moet bevestigd worden. Ook deze flens heeft Roy bij zijn bedrijf laten maken. Tegen deze flens moesten de middenkappen komen die uiteraard een kleinere diameter hebben dan de eindkappen. Door een klein rekenfoutje hebben we deze middenkappen op het laatste nog 5 mm moeten verkleinen maar verder was er geen probleem.

Figuur 12: Flens

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


56

Deze middenkappen moesten dus ook een boring hebben in het midden zodat de hoofdas erdoor kon maar ook moest er geboord worden zodat we de flens konden bevestigen aan deze platen. Rowan moest heel precies werken om deze boringen perfect te laten overeenkomen maar dit is hem gelukt.

Figuur 13: huis van de generator

Op het einde zouden we op deze platen dan de magneten plaatsen. Omdat de ligging van deze magneten heel erg belangrijk is, hebben we in hout een magneetmal laten maken. Helaas hebben we deze niet meer kunnen gebruiken wegens tijdsgebrek. Ook om de spoelen te gieten hebben we een mal laten maken uit MDF. Ook deze mal hebben we wel vervaardigd maar niet kunnen gebruiken.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


57

Figuur 14: Houten mal Figuur 15: Houten mal met magneten positionering

We hadden dus een constructie maar deze moest nog kunnen ronddraaien. Daarom bestelde we lagers FY25FM die we bevestigden tegen de eindkappen. Roy deed dit even snel want hij heeft ervaring met dit soort werkjes.

Om alles op zijn goede plaats te houden ( de flens, de middenkappen, de lagers ) hebben Rowan en Guylian afstandbussen gemaakt die we dus over de draadstangen konden zetten. Onze mechanische constructie van de generator was nu echt af.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


58

Figuur 16: Generator assamblage

Om het rendement van de spoelen te verhogen, hebben we ijzeren blokjes gemaakt om in de spoelen te plaatsen. Hoe minder ruimte er tussen deze blokjes is, hoe beter het rendement. Dus ging Robin blokjes afzagen die ongeveer in de spoelen zouden passen en erna heeft hij ze bewerkt op de schuurband zodat deze perfect klemmen in de spoelen zonder de spoelen te beschadigen.

Figuur 17: Spoelen in de gietmal

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a


59

Ondertussen was Roy druk bezig met het bedenken van een mechanisme die ervoor zou zorgen dat de wiekenrotatie via de hoofdas, de generator zou laten draaien. Uiteindelijk heeft hij 3 platen laten zagen door Jonas, onze klasgenoot , en deze aan elkaar laten lassen.

Deze constructie werd met bouten in de wieken gedaan die we hadden laten maken in de afdeling Hout. We lasten een verloopbus op deze constructie en deze verloopbus maakten we vast met een spieverbinding aan de hoofdas.

We moesten dus nog een spiegleuf maken in de hoofdas en omdat we een redelijke grote spiegleuf hadden, hebben we zelf een spie moeten maken. Frederik , een klasgenoot, heeft dit voor ons gedaan en het past perfect.

In de 2 maanden waarin we enkel de vrijdagmiddag konden werken aan onze constructie hebben we enorm veel vervaardigd. Dankzij de hulp van meneer Deneir konden we aan al het gereedschap en materiaal dat we nodig hadden geraken. Ook heeft hij ons geregeld goede tips gegeven.

We vinden het jammer dat we niet alles hebben kunnen maken wat we wilden maken maar we mogen trots zijn op wat we hebben gedaan.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

60

7 Elektriciteit

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

61

7.1 Geschiedenis van de windturbine 7.1.1 Eerste gebruik Er wordt aangenomen dat de Chinezen de eersten waren die gebruik maakten van windenergie. Daarvoor gebruikten ze de zogenaamde panemoon. Deze werd gebruikt om grondwater naar de rijstvelden te pompen. Maar de Chinezen waren misschien toch niet de eersten, want in de periode van 500-900 na Christus in Perzië werd de windmolen al gebruikt om graan te malen. Door deze vorm van automatisering werd het leven een stuk makkelijker. De eerste windmolens die in Europa zijn aangetroffen waren de zogenaamde horizontale windmolens. Dit wil zeggen dat de as van de wieken horizontaal zit. Het is niet duidelijk waarom hiervoor gekozen is. Men veronderstelt dat dit gedaan is omdat de as van een waterrad ook horizontaal zit. Waarschijnlijk hebben ze daarom ook gekozen voor deze configuratie bij de windmolen. Helemaal zeker weten we dit niet. Een andere reden om te kiezen voor een horizontale asconfiguratie kan zijn dat een door een horizontale as aangedreven molen meer kracht kan zetten dan een molen met een verticale as.

7.1.2 De ontwikkeling van windmolens In 1930 werd de torenmolen herzien door de Nederlanders. Zij hebben de gebruikte techniek enorm verbeterd. Door verdiepingen in een molen aan te brengen had elk verdiep een andere functie, zo konden ze worden gebruikt om het graan te malen, om de schillen te verwijderen en ook voor de opslag van het graan. Ook zorgden de Nederlanders er voor dat de kop van de windmolen kon gedraaid worden zodat die altijd naar de wind toe gericht stond. Een andere verbetering was dat de molen op verschillende snelheden kon draaien. Dit was een enorm succes want dan kon er bij verschillende windsnelheden worden gewerkt.

Elektro-Mechanica

Figuur 18: Windmolen Schooljaar

2012-2013

6-TSO-EM-a

Elektriciteit

62

Maar in de 19e eeuw verminderde de populariteit van de windmolen sterk. Door de komst van de stoommachine nam deze het werk van de windmolen over. Toch bleef de windmolen bestaan voor de eenvoudige dingen zoals het verplaatsen van water. De windmolen was een veel goedkopere oplossing. Het eerste model was de Halladay in 1854. Deze molen had een peddelachtig ronddraaiend rad dat door een staart in de wind werd gehouden. Met de horizontaal/verticaal omzetter werd het mogelijk om water uit de grond omhoog te pompen. Ook hadden ze goed nagedacht over de variatie van windsnelheden. Als het harder ging waaien, klapten de peddels geleidelijk weg uit de wind zodat het toerental ongeveer constant bleef. Tussen 1850 en 1970 werden meer dan 6 miljoen van dit soort molens geïnstalleerd alleen al in Amerika. Gedurende de winter van 1887-1888 bouwde Brush een windturbine, de "Picketfence", die gebruikt werd voor het opwekken van elektriciteit. Het was een gigant, met 144 ceder rotorbladen van 17 meter. Deze molen had een overdracht van 1:50, de snelheid van de molen was ongeveer 500 toeren per minuut. Ondanks de grote van de windmolen, wekte de generator slechts 12kW op. Dit is toe te schrijven aan het feit dat langzaam draaiende turbines geen bijzonder hoge doeltreffendheid hebben, ze hadden dus een zeer laag rendement. Later ontdekte Dane Paul la Cour dat de snel draaiende windturbines met weinig rotorbladen efficiënter zijn voor het opwekken van elektriciteit dan langzaam draaiende windturbines. De windmolen bestond uit 4 rotorbladen. De molen had een opbrengst van ongeveer 25kW, deze molen kwam vooral veel voor in Denemarken. Rond 1920 waren er 2 verschillende types windmolens. Dit waren de windmolens die gebruik maakten van een zeil en de windmolens met wieken. In 1930 kwamen er windmolens op de markt met een capaciteit van 1 tot 3 kW die goed dienst deden in het westen van Amerika. Na de 2e wereldoorlog steeg de populariteit weer enorm. Dit kwam door de hoge prijzen voor fossiele brandstoffen. Een van de bekende modellen was het Deense ontwerp de Gedser Mill. Deze windmolen had een capaciteit van 200kW en deed goed dienst tot de jaren 60 omdat toen de prijzen voor fossiele brandstoffen terug zover waren gezakt dat een windmolen te duur werd. Wat deze machine kenmerkt zijn de drie rotorbladen met vast geplaatste lemmeten, die gebruik maakten van de mechanische windmolen technologie. De rotorbladen waren namelijk van fiberglas/plastic gemaakt. Er werd een levensduur van 4000 uur behaald totdat in 1968 een eind kwam aan de proeven met deze fiberglas wieken.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

63

7.2 Principe van de windmolen 7.2.1 Verticale windmolens Met verticale windmolens wordt bedoelt dat de hoofdas van de windmolen verticaal staat want horizontale windmolens staan ook verticaal maar de hoofdas licht horizontaal. Windmolens met een verticale as werken bij alle windrichtingen, waarbij alle wieken of bladen een constante breedte hebben.

7.2.2 Horizontale windmolens Bij de horizontale windmolens ligt de hoofdas horizontaal. Bij deze soort windmolens hebben we wel het probleem dat de wieken altijd richting de wind moeten worden gedraaid. Het positioneren van de wieken is dus zeer belangrijk anders zullen de wieken niet draaien en wekken we geen energie op.

7.2.3 Lift principe De werking van de bladen van een rotor is gebaseerd op de werking van een vliegtuigvleugel. Een vliegtuig vliegt doordat de zwaartekracht gecompenseerd wordt door een verticaal omhoog gerichte kracht genaamd liftkracht. De rotorbladen of wieken hebben dan ook een vergelijkbaar profiel met dat van een vliegtuigvleugel. De rotorbladen van een windmolen zijn onder een hoek van 18 graden geplaatst ten opzichte van wind. Deze hoek wordt ook aanstroomhoek genoemd. Deze hoek is de hoek die de middenlijn van een dwarsdoorsnede van een vleugel maakt met de windrichting..

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

64

Figuur 19: Lift prinipe

De windturbine dient zo effectief mogelijk te zijn, ook bij lage windsnelheden. Omdat bij hoge windsnelheden de krachten op de rotorbladen en daarmee op de hele constructie, te groot worden, zijn de rotorbladen verstelbaar gemaakt. Zodoende kan bij een grotere windkracht, de liftkracht van het rotorblad aangepast worden, zodat de kracht uitgeoefend op de constructie binnen de gestelde norm blijft.

7.3 Opbouw 7.3.1 Fundering Een windturbine krijgt heel wat krachten te verduren. Hierbij is een stevige fundering van groot belang. De diameter van de ring is 14 meter, de buisdiameter is 4.5 meter. Vooraleer men begint aan de fundering, worden de plekken waar de windturbines komen te staan, gesondeerd. Bij het sonderen wordt bepaald hoe lang uiteindelijk de heipalen moeten worden waarop de windturbine komt te staan. Na het sonderen bepaalt men de plaatsen van de heipalen. De heipalen worden met een grote heimachine in de grond gebracht. Deze heipalen noemt men vibropalen. In de holte van de buis komt funderingsstaal en er word beton ingegoten. Daarna wordt de metalen buis weer verwijderd zodat het beton kan uitharden. Per molen worden 22 palen geslagen, en dit met een lengte afhankelijk van de molenplek tussen de 19 en 21 meter. Nadat de palen van de fundering uitgehard zijn, graaft een kraan ruim 2 meter diep en worden de heikoppen ingekort. Nadat de fundering volledig is uitgegraven, wordt het funderingsstaal en de wachtleidingen aangebracht. Na het voorbereidend werk wordt een werkvloer gestort met totaal 30 m3 beton. Als de werkvloer goed uitgehard is, wordt de funderingsring van 14 ton op de goede plek gezet. Nu kan de bewapening aangebracht worden. Daarvoor wordt zo’n 20 ton staal

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

65

gebruikt. Nu kan de fundering gevlochten worden. Als de bewapening aangebracht is, wordt de fundering in twee keer gestort. Als de fundering volledig is uitgehard, kan ze bedekt worden met aarde.

7.3.2 Fundering bij offshore windmolens Offshore windmolens zijn molens voor het opwekken van zogenaamde ‘offshore windenergie’, deze windmolens bevinden zich dan ook op zee. Door de grotere waterdiepte en de ruigere omstandigheden zijn zwaardere funderingen vereist. Op zee worden de funderingen immers bijkomend belast door golven en stroming. Er zijn heel wat verschillende funderingstypes. Al deze types funderingen vragen om een woordje uitleg.

7.3.2.1 Monopiles De monopile fundering is momenteel het meest gebruikte funderingstype bij offshore windturbines. In Europa zijn 65% van alle geïnstalleerde funderingen voor offshore windturbines gebouwd met dit type. De monopile is een eenvoudige structuur die bestaat uit één enkele cilindrische stalen buis, vandaar de naam ‘monopaal’ of ‘monopile’. De paal wordt volledig aan land gemaakt. Vervolgens wordt ze als één geheel getransporteerd naar de gewenste locatie. De paal wordt op een drijvend ponton geplaatst dat meerdere palen tegelijk kan vervoeren. Eenmaal ter plaatse wordt de paal door een kraan op een ponton of door een jack-up platform opgetild. De paal wordt daarna gepositioneerd in een speciale mal, zodat ze zo verticaal mogelijk in de zeebodem kan geduwd worden. Eenmaal de paal de gewenste diepte heeft bereikt, wordt een tussenstuk op de paal geplaatst, waarop dan de windturbine komt. Voordelen: eenvoudige fabricatie, installatie en ontwerp Nadelen: hoge buigzaamheid in diep water

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

66

Figuur 16: Monopiles

7.3.2.2 Betonnen en stalen gravitaire funderingen De gewichtsfundering of gravitaire fundering kan ook in staal worden uitgevoerd. Deze bestaat uit twee delen: namelijk een stalen buis en een stalen doos die op de zeebodem rust. De stalen buis is hol en wordt opgevuld met ballastmateriaal om het ontwerpgewicht te bereiken. De diameter van de buis is afhankelijk van de waterdiepte. Hoe groter de waterdiepte, hoe groter de diameter van de buis. Ook de stalen doos wordt opgevuld om tot een voldoende groot totaal ontwerpgewicht te komen. Vandaag zijn 25% van de turbines die in Europese zeeën geplaatst zijn gebouwd met dit soort funderingstype.

Nadelen: op zijn retour vanwege de lange bouwtijd, transport- en installatieproblemen

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

67

Figuur 20: gravitatie fundering

7.3.2.3 De tripod Een tripod kan het best vergeleken worden met het driepotige statief van een fotocamera. De centrale koker vormt de basis voor de turbine. Door deze opbouw heeft de tripod, in vergelijking met de monopile, zowel een grotere sterkte als een grotere stijfheid. De bredere basis werkt tevens het kantelen van de constructie tegen. De tripod wordt in de zeebodem verankerd door middel van palen of met behulp van zogenaamde ‘suction buckets’ (“zuigemmers”). Bij dit laatste systeem wordt de tripod als het ware met zuignappen vastgezogen in de zeebodem. De ‘suction bucket’ is een stalen, cilindervormige doos die omgekeerd op de zeebodem wordt geplaatst en aan de bovenzijde is afgesloten. Door binnenin een zuigkracht op te wekken, zuigt de ‘bucket’ zichzelf vast in de zeebodem. De tripod is ontworpen voor waterdieptes van 30-40 meter. Het kan ook in ondieper water maar is dan economisch minder interessant.

Voordeel: de ‘suction bucket’ kan al vóór de installatie op de zeebodem aan de rest van de structuur bevestigd worden Nadeel: lange constructietijd

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

68

Figuur 21: tripod fundering

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

69

7.3.2.4 De jacket Na de monopile en de gravitaire fundering, is de jacket (8%) vandaag het meest toegepaste funderingssysteem voor offshore windmolens in Europa. De jacket doet wel wat denken aan een hoogspanningsmast en bestaat uit een toren, die opgebouwd is uit stalen buizen en vier steunpunten telt. Door deze opbouw krijgt de toren zowel een grotere sterkte als een grotere stijfheid in vergelijking met een monopile of tripod. Net als de tripod kan ook de jacket verankerd worden met palen of met behulp van ‘suction buckets’. De structuur is echter vrij ingewikkeld waardoor de ontwerpen fabricatiekosten oplopen. Hierdoor is de jacket economisch ongunstig bij waterdieptes van minder dan 40 m. Deze funderingstructuur wordt ook reeds frequent en met succes toegepast in de olie- en gasindustrie. Bij de ‘full height jacket’ variant, komt de toren tot net onder de windturbine in plaats van tot juist boven het wateroppervlak. Hierdoor is geen extra paal vereist ter ondersteuning van gondel en rotor. Voordelen : een grote sterkte en stijfheid. Nadeel: constructie is niet opdeelbaar, hoge ontwerpen fabricatiekosten.

Figuur 22: de jacket fundering

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

70

7.3.2.5 De jackup Bijzonder aan dit nieuw ontwikkelde funderingssysteem, de jackup (“krik”), is dat de windturbine samen met zijn 3 of 4 poten drijvend naar de eindlocatie kan worden gesleept. Daar worden de poten naar beneden gekrikt tot ze voldoende diep in de zeebodem gedrongen zijn. Tegelijkertijd wordt het platform met de turbine op de poten omhoog gekrikt totdat het zich ruim boven het wateroppervlak bevindt, onbereikbaar voor de golven. Het grootste voordeel is dat voor de installatie geen grote pontons of kraanschepen nodig zijn. De jackup is zelf installerend. Net als de jacket is de jackup een ontwerp afkomstig uit de olie- en gasindustrie. Voordelen : gemakkelijk in transport

Figuur 23: Jackup fundering

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

71

7.3.3 Drijvende structuren Aan elk funderingstype zijn nadelen verbonden. Bovendien brengen het offshore installeren, onderhouden en repareren, vaak onder slechte weersomstandigheden, heel wat moeilijkheden en extra kosten met zich mee. En op het einde van de rit, wanneer de fundering dient te worden ontmanteld, volgt een extra, vaak onderschatte kost. Om die redenen worden drijvende structuren als een mogelijk waardevol alternatief gezien. Helaas staat de ontwikkeling nog maar in zijn kinderschoenen. Het principe benadert misschien nog het best dat van een drijvende dobber of fles, met daarop in plaats van een vlag, een windturbine. Om te verhinderen dat deze drijvende structuren op zee gaan rondzwalpen onder invloed van stromingen, wind en golven, worden ze met kabels in de zeebodem verankerd. Voordeel: kunnen geplaatst worden in grote waterdieptes

Figuur 24:Drijvende structuren

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

72

7.3.4 Mast De mast van een windmolen is een stalen holle buis die op de fundering staat en aan de bovenkant draagt hij de gondel. De mast moet goed berekend zijn want als hij te dun is dan zou hij kunnen buigen door de krachten die op de wieken komen. Een standaardbreedte van een kleine windmolen is ongeveer 4,5m. Hoe groter de vermogens en dus hoe zwaarder de lasten, hoe dikker dat de mast moet zijn. In de mast van een grote windmolen (2Mw) zit een lift, deze lift is bedoeld voor het omhoog hijsen van gereedschap dat de monteur nodig heeft. In deze mast zitten ook gewoon trappen en platforms zodat de monteur dan veilig naar boven kan lopen. De kabels voor de transportatie van de stroom en communicatie lopen uiteraard ook door deze mast. De stroomkabels zijn verbonden met een inerter, deze zet de wisselspanning om in gelijkspanning om ze daarna terug in wisselspanning te maken. Maar deze inerter maakt wel dat er een mooie gelijke sinus in het net komt. Maar meer hierover bij het elektrische deel. In de mast bevinden zich soms ook nog de kast waar de PLC’s inzitten die de berekeningen uitvoeren voor bijvoorbeeld het kruien. Er bestaan ook andere soorten masten, de zogenaamde vakwerkmasten. Deze vakwerkmasten lijken op elektriciteitsmasten. Ze worden vrijwel alleen gebruikt op moeilijk bereikbare plaatsen, bijvoorbeeld in India. Dit wordt gedaan omdat de wegen niet goed genoeg zijn om de grote, zware onderdelen van gesloten masten over te vervoeren. De mast van een moderne windturbine van 50 meter hoog weegt 40 ton (diameter van de rotorbladen 44m, 600kW turbine). Een 60 meter hoge mast weegt 80 ton (diameter van de rotorbladen 72 m, 2000kW turbine). De mast wordt in delen van tussen de 20 en 30 meter naar de bouwplaats vervoert.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

73

7.3.5 Gondel De gondel is de “place to be” in de windmolen, hier gebeurt het belangrijkste van heel de windmolen, namelijk het opwekken van de stroom. Dit gebeurt door een 3f wisselstroomgenerator. In de gondel bevindt zich ook de versnellingsbak (indien aanwezig), de hoofdas, de rem, diverse veiligheidsmeters voor het toerental, warmte, windsnelheid etc. De gondel was vroeger gemaakt uit staal, maar omdat het geheel op een geheven moment te zwaar begon te worden, moest men zoeken naar een nieuw soort materiaal. Het materiaal dat ze nu dus gebruiken is epoxy hars. Dit is een kunststof dat in combinatie met een harder zeer hard wordt. De gondel moet natuurlijk niet steeds met zijn neus naar 1 kant staan want als dan de wind draait, dan komt er geen wind op de wieken en als de wieken niet draaien dan draait de generator ook niet. Dus de generator zou dan niet opwekken. Op dat probleem hebben ze iets gevonden, het welbepaalde “kruien”. Heel lang geleden bij de allereerste windmolens lieten de mensen de kop gewoon los staan omdat de wieken automatisch de wind opzoeken. Maar omdat dit nogal gevaarlijk is bij een enorme windmolen van 2MW heeft men er motoren in gezet, de kruimotoren. Deze motoren zetten de gondel steeds evenwijdig met de wind zodat de wieken er loodrecht opstaan en dat deze dus snel draaien en veel stroom opleveren. De hoek van de wind wordt bepaald door sensoren die bovenop de windmolen staan, dit wordt dan verrekend en zo word de perfecte positie bepaald.

Figuur 25:Gondel met alle onderdelen

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

74

7.3.6 Hoofdas De aandrijfas of ook wel hoofdas genoemd, is een zéér belangrijk deel van de windmolen want zonder aandrijfas kunnen de wieken van de windmolen geen kracht overbreng op de generator. De aandrijfas is een massief stalen as die de wieken verbindt met de tandwielkast of als je met planetaire wielen werkt, dan verbindt de aandrijfas de wieken rechtsreeks aan op de generator. De aandrijfas is gemaakt uit een massieve stalen as. We kiezen voor een massieve as omdat de as zwaar wordt belast op torsie, want als de wieken een lengte hebben van 40m zoals bij een 2MW turbine, als er daar dan een kracht op het einde van de wiek komt met een grootte van 2kN (±200kg) dan komt er een moment op de as van 80000Nm. Dit is een gigantisch koppel. Om dit koppel over te kunnen brengen heb je dus een grote diameter van as nodig om het verwringen van de as tegen te gaan.

7.3.7 Tandwielkast 7.3.7.1 Werking De tandwielkast kun je vergelijken met een versnellingsbak van een auto. De langzame omwentelingen van de hoofdas, worden door de tandwielkast omgezet naar een hoger toerental. De “versnelling” waar de tandwielkast in staat, is afhankelijk van de windsnelheid. Als er weinig wind is zal de tandwielkast een “lagere versnelling” kiezen dan wanneer het hard waait. Als er weinig wind is, staat er niet zoveel kracht op de rotorbladen en dus ook niet op de hoofdas. De tandwielkast zou, als er een “hoge versnelling” was gekozen, zoveel weerstand opleveren dat de rotorbladen stil blijven staan. In een lagere versnelling is er minder kracht nodig om de wieken te laten draaien. Er wordt echter wel stroom opgewekt. Als het hard waait, kan er wel een “hogere versnelling” worden gekozen. De wind levert dan genoeg kracht op de rotorbladen zodat de wieken ook dan draaien. Er kan door een hogere versnelling extra veel energie worden opgewekt. Een 1000kW windmolen met een diameter van 52 meter draait met ongeveer 20 omwentelingen per minuut. Met behulp van de tandwielkast wordt dit omgezet naar een as die daardoor met ongeveer 1500 omwentelingen per minuut draait. Deze as loopt naar de generator. Bij een 600 of 750 kW windturbine is de omloopverhouding ongeveer 1:50.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

75

Een tandwielkast kan natuurlijk nooit alle variaties in snelheid van de turbine corrigeren. Meestal worden de kleine tandwielkasten met twee toerenvariaties uitgerust in combinatie met twee verschillende generators, ieder met zijn eigen verschillende snelheid (of een generator met verschillende windingen). De Flender Szak tandwielkast van Stork voor een 150 kw windmolen heeft twee sets van tandwielen, een voor hoge toerentallen en een voor lage toerentallen. In de lage stand is het grote tandwiel direct op de holle as, terwijl het kleine wiel direct op een tussenas is gemonteerd. De verhouding tussen de wielen is 1:5. Op een iets andere manier zijn nog eens een groot en klein tandwiel gemonteerd in dezelfde verhouding, zodat, als de twee sets wielen worden gecombineerd, de uitgaande as 25 maal zo snel draait als de holle as. Een maximum versnelling dus van 1:25. In dit voorbeeld draait de molen 40 min-1. Bij een versnelling van 25 draait de generator 1000 min-1. Een 300 kW windmolen draait met een snelheid van bijvoorbeeld. 31 min-1 en de generator 1500 min-1. In dat geval is dan een versnelling nodig van 1/48 en om dat te bereiken wordt de tandwielkast met een extra tussenas uitgevoerd.

7.3.7.2 Differentiaal aandrijving De wind veroorzaakt enorme dynamische belastingen op windmolens die verschillen al naar gelang hun locatie, grootte en tijdstip op de dag. Aan de hoofdaandrijfas worden zeer hoge eisen gesteld met betrekking tot betrouwbaarheid. Met de ontwikkeling van windmolens in het zogeheten Multi-Megawatt bereik (de vermogenklasse boven 2 MW) neemt ook de vraag toe naar een nog hogere vermogensdichtheid voor een zo compact mogelijke aandrijving. Bestaande oplossingen bij turbines met een vermogen van 3 ; 3,6 ; 4,2 en 5 MW vervangen het beproefde concept van het “kleine” 2 MW broertje. Een ingaande as voorzien van een planetaire tandwieloverbrenging met 3 planeten gevolgd door twee achter elkaar geschakelde gewone tandwieloverbrengingen gevolgd door een serieschakeling van twee planetaire tandwielstelsels. Vervolgens wordt hierachter nog een gewoon tandwielstelsel geplaatst om de as aan de generatorzijde op de juiste plaats te krijgen. Deze as verplaatsing is noodzakelijk om de sturing van de rotorblad verstelling door de rotoras mogelijk te maken.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

76

Een groot voordeel van de nieuwe Redulus GPV-D tandwielkast is de kleine buitendiameter, terwijl de lengte maar een fractie toenam. Bij de toegenomen vraag naar meer vermogen kan ten opzichte van bestaande oplossingen een gewichtsbesparing tot wel 15% behaald worden. Een belangrijke bijdrage wordt natuurlijk door de beperkte afmetingen geleverd: de tandwielen met zowel binnenals buitenvertanding, de lagers en de planeetdragers van de Redulus GPV-D komen overeen met die uit de 1,5 tot 2 MW klasse. Hier ligt een voordeel voor de windmolenbouwers, de toegepaste onderdelen hebben hun betrouwbaarheid al bewezen en zijn bovendien beschikbaar in grote aantallen en in een constante, hoge kwaliteit.

7.3.7.3 Opbouw tandwielkast Het draaimoment afkomstig van de rotor wordt in de tandwielkast ingeleid via planeetdrager A1, die gelagerd is door middel van voorgespannen kegellagers. Er dient rekening gehouden te worden met het gegeven of, naast het eigen gewicht van de tandwielkastonderdelen, ook krachten afkomstig van de rotor opgenomen dienen te worden. Hierbij kan de lagering van de planeetdrager functioneren als “loslager” van de rotoras. Omdat bij de hoofdrotor het vaste lager meestal een tonlager is – die vanwege hun constructie een grote axiale speling hebben – moet de lagering van de planeetdrager zo gekozen worden, dat axiale stoten de lagering niet kunnen beschadigen. De planeetdrager wordt meestal als holle as uitgevoerd en de gebruikte lagers hebben daardoor automatisch een grotere binnendiameter en kunnen deze krachten prima opvangen. De verdeling van het draaimoment vindt plaats in de trap A1 en A2 in een verhouding van 55 tot en met 65% resp. 45 tot en met 35%. Juist hierdoor kunnen de lagers in de planeten A1 en A2 zo gekozen worden dat ze overeenkomen met de types uit bestaande Megawatt-klassen. De oplossing met twee gepaarde cilinderlagers van NSK uit de EM serie met ééndelige massieve messing kooi heeft zich hier als beste bewezen. Met deze lageropstelling kan ook de verschuiving van het aangrijpingspunt van de belasting worden opgevangen. Deze ontstaat doordat de tanden niet op exact hetzelfde punt op elkaar ingrijpen. Deze ongelijkmatige belasting wordt door deze lagering optimaal opgevangen. De planeetdrager A2 is een vast onderdeel van het huis en behoeft daardoor niet gelagerd te worden. De lagering van het binnenlager B en de planeetdrager B wordt wederom uitgevoerd met kegellagers om een hoge stijfheid en nauwkeurige axiale positie te bereiken.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

77

Bijzondere aandacht werd geschonken aan de lagering in de planeetdragers B omdat hier, in tegenstelling tot de gangbare planeetwielen in windenergieaandrijvingen, het toerental en belastingspectrum anders zijn. De hoge omloopsnelheid zorgt aan de ene kant voor betere omstandigheden voor de smering, maar aan de andere kant moesten de kooigeleiding en het contact tussen rol en spoorkraag specifiek geanalyseerd worden. De lagering van de gewone tandwieloverbrenging is uitgevoerd in de klassieke vastloslager opstelling. Als loslager wordt hiervoor wederom een NSK cilinderlager uit de EM serie toegepast en als vastlager een set kegellagers met een op de toepassing afgestemde axiale speling. Deze lageropstelling heeft haar sporen in de Megawattklasse verdiend en werd hier met enige aanpassingen overgenomen. Bij de berekening van de lageropstelling werden de officiële normen gehanteerd volgens ISO 281, AGMA6006 en de richtlijnen van de Duitse Lloyd. Bron: http://www.brammer.nl/nieuws/lagers-voor-multimegawattwindturbines-17236.htm

7.3.8 Alternator

Figuur 26: alternator

De bedoeling is dat we zelf een alternator gaan maken maar omdat we niet alles zelf mogen kiezen, springt het KaHo hier in voor alle berekeningen. Wij zorgen er enkel voor dat de alternator gemaakt wordt. Zij zorgen ook voor de magneten en de nodige koperdraad die geïsoleerd is met een lak zodat er geen kortsluiting ontstaat in de wikkelingen.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

78

7.3.8.1 Elektrische aspecten De dynamo is simpel van opzet. De magneten zijn op een stalen schijf bevestigd en draaien samen met de wieken rond. Er zijn twee platen met magneten op en die staan tegenover elkaar en trekken elkaar aan waardoor een sterk magnetisch veld tussen de magneetvlakken ontstaat. De stalen schijven achter de magneten maken het magnetisch circuit compleet.

De stator is tussen de magneetrotors geplaatst zodat het magnetisch veld elke center van elke spoel om beurten passeert. Iedere verandering in het magnetisch veld dat door de spoel loopt, veroorzaakt een spanning in die spoel. Een snellere beweging of een sterker magnetisch veld veroorzaakt een hogere spanning in iedere wikkeling van de spoel. Er zijn 3 factoren die de spanning bepalen die wordt geproduceerd in iedere spoel: • • •

toerental (rpm) magnetisch veld aantal wikkelingen

Let op: Er wordt enkel stroom geleverd als de dynamo boven het aanloop toerental draait. Beneden dit toerental zullen de wieken onbelast draaien of als de turbine elektrisch is losgekoppeld. De elektrische opbrengst is in hoofdzaak afhankelijk van de windsterkte en de maat van de wieken. De wieken zorgen voor de mechanische energie die daarna door de dynamo wordt omgezet in elektriciteit. Maar een grote dynamo zal niet bij de opbrengst helpen als er niet genoeg mechanische energie is die de dynamo moet aandrijven.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

79

7.3.8.2 Driefase generator 7.3.8.2.1 Werkingsprincipe In de figuur wordt heel eenvoudig voorgesteld hoe een generator werkt. In de rotor bevinden zich elektrische geleiders. Die geleiders draaien rond in een magnetisch veld wat in de stator wordt opgewekt. Wanneer een geleider in een magnetisch veld beweegt, wordt in de geleider een emk (elektromotorische kracht ) opgewekt. 4 = 5. 0. 7 E= elektromotorische kracht (V) B=magnetische fluxdichtheid (T) l= actieve lengte (m) v=snelheid van de geleider in het magnetisch veld (m/s) Aangezien bij een generator de geleiders rondraaien, is de bewegingsvector v niet loodrecht. Hierdoor is de opgewekte emk kleiner. Om hier een correcte formule te vinden moeten we de bewegingsvector v ontbinden. 4 = 5. 0. 7. sin ; E= elektromotorische kracht (V) B=magnetische fluxdichtheid (T) l= actieve lengte (m) v=snelheid van de geleider in het magnetisch veld (m/s) α=de hoek tussen de bewegingsrichting en de veldrichting

7.3.8.2.2 Principiële opbouw Een generator kan je indelen in 2 types. De ene voor grote vermogens, de andere voor kleine vermogens.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

80

7.3.8.2.2.1 Buitenpool machine Bij een buitenpool machine zitten de polen langs de buitenkant. Dit wil zeggen dat de spoelen rond de stator zitten. Het is dus een generator met stilstaande magneten en draaiende spoelen, wat wil zeggen dat je moet werken met sleepringen en borstels. Dit wordt gebruikt bij generators van een kleiner vermogen.

7.3.8.2.2.2 Binnenpool machine Bij een binnenpool machine zitten de spoelen in de stator en de magneten op de rotor. Bij deze generator draaien de magneten dus rond en niet in de spoelen. Dit heeft een groot voordeel want door de spoelen in de stator te stoppen heb je geen sleepringen en borstels nodig. Je kan de opgewekte spanning gewoon via klemmen afhalen. De binnenpool machine wordt gebruikt bij generators met grote vermogens. Wanneer je de zin van de opgewekte emk wil weten bij een binnenpool machine mag je ook de rechterhandregel toepassen maar moet je je duim in de richting van de denkbeeldige beweging van de geleider plaatsten.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

81

7.3.8.2.3 Werking

Figuur 27: principe alternator werking

Op de linker figuur wordt er een maximale spanning opgewekt want de geleiders snijden het maximaal aantal veldlijnen. Bij de rechtse figuur zie je gans het tegengestelde. Als de geleider zich ter hoogte van de neutrale lijn bevind, is de denkbeeldige beweging van de geleider evenwijdig met de krachtlijnen. Er worden geen krachtlijnen gesneden door de geleider dus er wordt ook geen emk opgewekt. Bij de linkse figuur draait de winding of raam in het vlak van de poollijn. De magnetische krachtlijnen lopen evenwijdig met het vlak van de winding. Het omsloten magnetisch veld rond een van de windingen is dus nul, maar door een kleine rotatie van het raam wordt deze opeens maximaal. Ter hoogte van de poollijn worden heel veel krachtlijnen gesneden. De geïnduceerde emk is daar dan ook maximaal.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

82

De waarde van de emk verloopt sinusoïdaal.

Figuur 28:Sinussoïdale spanning

Wanneer het raam zich ter hoogte van de poollijn bevindt, bevinden we ons op de grafiek aan de 90°. 180° later bereikt de sinusoïdale spanning zijn minimum. Dit is als het raam zich nog een halve toer verder heeft gedraaid. Als het raam evenwijdig staat met de neutraallijn, dan wordt er geen spanning opgewekt. We zijn dan op 0°,180° of 360°.

7.3.8.2.4 Frequentie Wanneer we bij een tweepolige wisselstroomgenerator de rotor een rotatie laten maken, doorloopt de opgewekte emk een periode. Gebeurt dit in 1 seconde dan ontstaat er een periode per seconde, we hebben dan een frequentie van 1Hz. Wens je een frequentie van 50Hz dan zal je rotatiefrequentie dus 50 maal groter moeten zijn. Hiervoor zal je een toerental van 3000 min-1 moeten draaien. < = =. > f=frequentie (Hz) p=aantal pool paren n=toerental, rotatiefrequentie (min-1)

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

83

Om bij een lagere rotatiefrequentie toch een frequentie van 50 Hz te halen zal je de rotor meerpolig moeten uitvoeren. In het geval dat je een buitenpool generator gebruikt zal je de stator meerpolig moeten uitvoeren.

Wil je de rotatiefrequentie in s-1. <=

=. > 60

f=frequentie (Hz) p=aantal pool paren n=toerental, rotatiefrequentie (s-1)

7.3.8.2.5 Opgewekte emk in de alternator De alternator vinden we overal waar er een grote hoeveelheid aan energie beschikbaar is. Dit kan stromend water zijn of een getijdencentrale. Daar wordt de energie dan omgezet naar elektrische energie. Naast zijn eenvoudige samenstelling heeft de alternator het grote voordeel dat de gegenereerde spanning op een eenvoudige manier naar een hogere spanningswaarde kan worden gebracht waardoor hij gemakkelijker te transporteren is. De uiteindelijke effectieve waarde van de spanning van 1 fasewikkeling is: 4 = (. $. ?. < E= effectieve waarde van de spanning van een fasewikkeling k=machinefactor, een getal dat wordt bepaald door de constructie van de generator N= het aantal windingen van een fase φ=de flux van een pool f=de frequentie van de opgewekte spanning

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

84

7.3.8.3 Wikkeldraad keuze en aantal windingen Het aantal wikkelingen en de wikkeldraad zijn zo gekozen dat de spoelen precies in de stator passen. Het aantal windingen bepaalt het voltage bij de aanloopsnelheid. Als het aantal windingen te weinig is voor de gekozen accuspanning dan zullen de wieken een te hoog toerental draaien om het gewenste aanlooptoerental te bereiken. Als het aantal windingen te veel is dan zal de dynamo bij een laag toerental stroom aan de accu gaan leveren en zal dit een koppelkracht veroorzaken zodat de wieken niet de ideale snelheid zullen bereiken. Dit zal de wieken overtrekken en daardoor te weinig energie laten leveren. Het is daarom belangrijk dat het aantal windingen overeenstemt met de gekozen wieken en accu spanning.

7.3.8.4 Stator schakeling Iedere spoel zal een spanning leveren, maar de spanning van de stator als geheel zal afhankelijk zijn van hoe de spoelen met elkaar verbonden zijn. Er zijn verschillende manieren om spoelen te schakelen.

Een spoel heeft altijd een start en een einde.

Bij een serie schakeling wordt de spanning verdubbeld bij 2 spoelen maar blijft de stroom gelijk.

Bij parallel schakelen zullen het begin en einde van elke spoel aan elkaar gekoppeld worden, dit resulteert in een dubbel zo grote stroom maar hier blijft de spanning dan gelijk.

Figuur 29: serie / parallel schakelen van spoelen

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

85

7.3.9 Transformator/omvormer

Figuur 30: Frequentie omvormers

Figuur 31:blokschema omvormer

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

86

7.3.9.1 Ongestuurde gelijkrichters Ongestuurde gelijkrichters bestaan uit dioden. Een diode laat de stroom slechts in één richting door: van de anode (A) naar de kathode (K). De diode blokkeert een stroom die van de kathode naar de anode wil. In tegenstelling tot andere halfgeleiders kan met dioden in een pulserende gelijkspanning gewerkt worden. Wordt een driefasenwisselspanning op een ongestuurde driefasen-gelijkrichter aangelegd, dan pulseert de gelijkspanning nog steeds.

Figuur 32: omvormen driefasen spanning dmv dioden

Bovenstaande afbeelding toont een ongestuurde driefasengelijkrichter bestaande uit twee groepen dioden. De ene groep bestaat uit de dioden D1, D3 en D5 , de andere uit de dioden D2 , D4 en D6. Iedere diode geleidt gedurende 1/3e van een periode (120°). In beide groepen wisselen de dioden elkaar om beurten af. Perioden waarin beide groepen geleiden zijn in tijd 1/6e van de periode T (60°) ten opzichte van elkaar verschoven. De positieve spanning wordt geleid door de diodengroep D1,3,5. Zodra de spanning in fase L1 zijn positieve topwaarde bereikt, neemt klem A de spanning van fase L1 aan. De beide andere dioden zijn geblokkeerd door de tegenspanningen UL1-2en UL1-3. Dit geldt op vergelijkbare wijze voor de diode groep D2,4,6: daar krijgt klem B de negatieve fasespanning. Als op een bepaald moment L3 zijn negatieve topwaarde bereikt, geleidt diode D6. De beide andere dioden zijn dan geblokkeerd door de tegenspanningen UL3-1 en UL3-2. De uitgangsspanning van een ongeregelde gelijkrichter is gelijk aan het verschil van de spanningen van de beide dioden groepen. De gemiddelde waarde van de pulserende gelijkspanning is 1,35× de netspanning.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

87

7.3.9.2 Gestuurde gelijkrichters In gestuurde gelijkrichters zijn de dioden vervangen door thyristors. Net als de diode laat ook de thyristor de stroom slechts door van de anode (A) naar de kathode (K). Het verschil met de diode is dat de thyristor een derde poort (G) heeft. Deze moet door een signaal aangestuurd worden voordat de thyristor stroom geleidt. Als zich eenmaal een stroom door de thyristor beweegt dan blijft deze geleiden tot de stroom nul geworden is. De stroom kan niet met een signaal naar de poort onderbroken worden. Thyristors worden zowel in gelijkrichters als in omvormers toegepast. Het signaal waarmee de poort aangestuurd wordt is het stuursignaal α van de thyristor. α is een in graden uitgedrukte vertragingstijd. Het aantal graden geeft de vertraging aan tussen de nuldoorgang van de spanning en het koppel waarop de thyristor ingeschakeld wordt.

Figuur 33: omvormen driefasen spanning dmv thyristoren

Gestuurde driefasengelijkrichters kunnen in twee groepen met de thyristors T1, T3 en T5 en de thyristors T2, T4en T6 worden verdeeld. In gestuurde gelijkrichters wordt α gerekend vanaf het punt waarop de vergelijkbare diode van een ongeregelde gelijkrichter begint te geleiden. Dit punt bevindt zich op 30° na de nuldoorgang van de spanning. Voor het overige wordt verwezen naar de beschrijving van ongeregelde gelijkrichters. De grootte van de gelijkgerichte spanning kan veranderd worden door α te veranderen. Een gestuurde gelijkrichter levert een gelijkspanning met een gemiddelde waarde van 1,35 × de netspanning × cos α. Vergeleken met ongeregelde gelijkrichters veroorzaken gestuurde gelijkrichters aanzienlijke verliezen en storingen in het voedingsnet, omdat ze gedurende de korte perioden dat de thyristors geleiden een grote blindstroom opnemen. Dit is één van de redenen dat thyristors voornamelijk in de omvormer van een frequentie-omvormer worden toegepast. Gestuurde gelijkrichters hebben het voordeel dat het remvermogen in de tussenkring teruggeleid kan worden naar het voedingsnet.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

88

7.3.9.3 De tussenkring De tussenkring functioneert als een opslagplaats van waaruit de motor via de omvormer zijn energie kan betrekken. De tussenkring kan op drie verschillende principes gebaseerd zijn. Welk type gebruikt wordt hangt af van de gelijkrichter en omvormer waarmee hij gecombineerd wordt. Dit type tussenkring bestaat uit een zeer grote spoel en wordt alleen in combinatie met een gestuurde gelijkrichter toegepast. De spoel zet de variabele spanning van de gelijkrichter om in een variabele gelijkstroom. De grootte van de motorspanning wordt bepaald door de belasting. Deze tussenkring heeft het voordeel dat remvermogens aan het voedingsnet teruggegeven kunnen worden zonder dat daarvoor aanvullende componenten nodig zijn. De tussenkring kan een filter bestaande uit een condensator en een spoel zijn. Deze tussenkring kan met beide typen gelijkrichter gecombineerd worden. Het filter vlakt de pulserende gelijkspanning (UZ1 ) van de gelijkrichter af. Bij gestuurde gelijkrichters wordt de spanning bij een gegeven frequentie constant gehouden. Stroomgestuurde frequentie-omvormers (I-regelaars)

Figuur 34: stroom regelaar

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

89

Spanninggestuurde frequentie-omvormers (U-regelaars)

Figuur 35: spanning regelaars

De spanning die aan de omvormer wordt doorgegeven is dus een zuivere gelijkspanning (UZ2) met variabele amplitude. Bij ongeregelde gelijkrichters is de spanning aan de ingang van de omvormer een gelijkspanning met constante amplitude.

Figuur 36: chopper

Tenslotte kan in de tussenkring vóór een filter als bovengenoemd een chopper worden opgenomen. De chopper heeft een transistor die als schakelaar functioneert en de gelijkgerichte spanning in- en uitschakelt. De aansturing regelt de chopper door de variabele spanning (UV) achter het filter te vergelijken met het ingangssignaal.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

90

Is er een verschil, dan wordt de verhouding gecorrigeerd met de tijd tot dat de transistor geleidend is en de tijd tot dat hij gesloten is. De effectieve waarde van de gelijkspanning wordt dus variabel en hangt af van de tijd dat de transistor geopend is. Wanneer de choppertransistor de stroom blokkeert maakt de spoel van het filter de spanning over de transistor oneindig groot. Om dit te vermijden wordt de chopper beveiligd met een hersteldiode.

Figuur 37: effectieve waarde na choppen

Het filter van de tussenkring dient de blokgolfspanning achter de chopper af te vlakken. De condensator en spoel van het filter houden de spanning bij een gegeven frequentie constant. Behalve de reeds genoemde functies heeft de tussenkring nog enkele andere, van de structuur afhankelijke, functies zoals: • ontkoppeling tussen gelijkrichter en omvormer, • verkleining van netterugwerking, • energieopslag voor het opvangen van schokbelastingen.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

91

7.3.9.4 De omvormer De omvormer is de laatste schakel in de frequentie-omvormer vóór de motor. Hierin vindt de laatste aanpassing van de uitgangsspanning plaats. Bij rechtstreekse aansluiting van de motor op het voedingsnet zijn de bedrijfsomstandigheden bij het nominale belastings punt ideaal. Door de uitgangsspanning aan te passen aan de belasting garandeert de frequentieomvormer goede bedrijfsvoorwaarden binnen het gehele regelbereik. Dit houdt in dat de motor optimaal gemagnetiseerd blijft. Van de tussenkring naar de omvormer loopt • een variabele gelijkstroom, of • een variabele gelijkspanning, of • een constante gelijkspanning. In alle gevallen moet er met behulp van de omvormer voor gezorgd worden dat de voeding van de motor een wisselgrootheid wordt. Met andere woorden: de omvormer dient om de frequentie van de motorspanning te genereren. Hoe de omvormer gestuurd wordt hangt er van af of deze een variabele of constante grootheid ontvangt. Bij een variabele stroom of spanning behoeft de omvormer alleen de frequentie te regelen. Bij een constante spanning moet de omvormer zowel de frequentie als de amplitude van die spanning genereren. Ook al functioneren niet alle omvormers op dezelfde wijze, toch is hun opbouw in principe altijd dezelfde. De hoofdcomponenten zijn gestuurde halfgeleiders die paarsgewijs op drie aftakkingen aangesloten zijn. Sedert enkele jaren zijn de thyristors van de omvormer vervangen door modernere componenten zoals bipolaire transistors (LTR), unipolaire transistors (MOS) en bipolaire transistors met geïsoleerde poort (IGBT). Deze hebben het voordeel dat ze op elk gewenst koppel kunnen geleiden of blokkeren. Ze gaan onmiddellijk van geleiden naar blokkeren over en omgekeerd. Thyristors kunnen uitsluitend met behulp van een wisschakeling uitgeschakeld worden, omdat ze pas wisselen als de spanning opnieuw nul geworden is. De maximale schakelfrequentie voor thyristors ligt bij ongeveer 2 kHz en voor moderne componenten zoals IGBT’s bij ca. 20 kHz. Dit maakt het mogelijk de schakelfrequentie van de omvormer aanzienlijk te vergroten (van 300 Hz tot 20 kHz). Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

92

De halfgeleiders van de omvormer geleiden en blokkeren signalen afhankelijk van hoe ze worden gestuurd door de aansturing. Die signalen kunnen op verschillende manieren gestuurd worden. Moet de omvormer een stroom verwerken dan zijn in vergelijking met een type dat een spanning dient te verwerken enkele andere componenten nodig.

Figuur 38: dioden en thyristoren sturing

In principe bestaat een omvormer uit zes dioden, zes thyristors en zes condensatoren. De condensatoren moeten de elektrische lading vasthouden die voor het uitschakelen (wissen) van de thyristors nodig is en dienen daarom aan de grootte van de motor te zijn aangepast. De condensatoren maken het de thyristors mogelijk in en uit te schakelen om de stroom in de fasenwikkelingen 120° te verschuiven. Door het periodieke en om beurten aanleggen van een stroom aan de motorklemmen U-V, V-W, W-U, U-V...verandert het draaiveld abrupt met de gewenste frequentie in de stator. Ook al wordt de motorstroom daardoor blokvormig dan blijft de motorspanning toch vrijwel sinusvormig. Telkens als de stroom in- of uitgeschakeld wordt, is er echter wel een spanningspiek. De dioden scheiden de condensatoren van de belastingsstroom van de motor.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

93

7.3.9.5 Beveiligingsfuncties VVCplus-besturing (Voltage Vector Control) wordt gekenmerkt door een beveiligingsfunctie dat er op gericht is een krachtige, intelligente vermogenskring op te bouwen en tegelijkertijd de kosten van de beveiliging van frequentie-omvormer en motor zo laag mogelijk te houden. Dit doel wordt bereikt dankzij een digitale beveiligingsstrategie die stoelt op een hergebruik van de voor het besturingssysteem benodigde signalen en snelle digitale signaalverwerking (ASIC)in plaats van passieve vermogenscomponenten (bijv. wisselstroomspoelen) toe te passen. De omvormer is beveiligd tegen alle mogelijke storingen met uitzondering van doorslag. Doet zich dit voor, dan kan men terugvallen op een passende vertragingstijdbesturing en een correct aangelegde poort-aansturing. Iedere IGBT is via gatedrive trafo’s galvanisch gescheiden van zowel de voedingsspanning als het stuursignaal. Geconstateerde storingen worden verwerkt door een foutbewakingssysteem. Wat er gebeurt bij stroomoverbelasting en te hoge temperaturen wordt hierna beschreven.

Figuur 39: belastings curve

Stroom en temperatuur worden òf door een analoog-digitaal omvormer òf een comparator naar de ASIC overgeseind. De foutbewaking van de ASIC verwerkt de signalen en stelt de gewenste beveiliging in werking.Ter begrenzing van de ASIC zorgt de microprocessor voor de bewaking van een tweede trap.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

94

7.3.9.5.1 Stroomoverbelasting Het trigger-niveau en de ‘filtertijd’ kunnen zo ingesteld worden dat de betreffende omvormerschakelaar (IGBT) gegarandeerd maximaal storingongevoelig (ongevoelig voor stroomoverbelasting) is. ‘Ruis’ hier in de letterlijke betekenis van ‘storing’ (onderdrukking) maar ook als korte overbelasting, bijv. wanneer de omvormer is aangesloten op een lange motorkabel.Om de omvormer nog ongevoeliger te maken is een tweede ‘filtertijd’ toegevoegd. Deze ‘filtertijd’ bepaalt met welke frequentie en hoe vaak achter elkaar de omvormer kan inschakelen voordat hij uiteindelijk geblokkeerd wordt (stroomniveau 1). De filtertijd T4 en het stroomniveau 4 worden door de gebruiker bepaald.

7.3.9.5.2 Beveiliging tegen hoge temperaturen: Met behulp van de rechtstreeks gemeten temperatuur van het koellichaam TC (figuur 24) worden de omvormerverliezen Pver.,WR berekend. Er wordt van uitgegaan dat de temperatuur van het koellichaam bepaald wordt door de koelingsvoorwaarden en de omvormerverliezen en dat de schakelaars (IGBT’s) van de omvormer de begrenzende component vormen.

Figuur 40: temperatuur curve

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

95

Door de meetwaarden van TC en Pver. ,WR te combineren kan de aandrijving optimaal op de werkelijke bedrijfsvoorwaarden worden afgestemd. In de regel gaat het daarbij om een verandering van de schakelfrequentie en uitgangsstroom, afhankelijk van de koelingsvoorwaarden, de netspanning en de omgevingstemperatuur. In het getoonde voorbeeld (figuur 24) biedt het temperatuursignaal de gebruiker de gelegenheid en tijd om op de storing te reageren. Hij kan bijv. een abusievelijk niet aangesloten ventilator van de frequentie-omvormer alsnog aansluiten en inschakelen. Tot het tijdstip T1 wordt de modulatiefrequentie voor de omvormer verlaagd; het ruisniveau (onderdrukking) neemt toe en er wordt een waarschuwingssignaal afgegeven. Bij T2 wordt de uitgangsspanning verlaagd, het maximale koppel begrensd en wederom een signaal afgegeven. Bij T3 wordt een vooraf gedefinieerde minimumspanning bereikt en een derde waarschuwing gegeven. De gebruiker heeft nu de keus de motor gecontroleerd te stoppen of door te laten draaien met het risico dat de omvormer bij T4 definitief uitgeschakeld wordt. Het hierboven beschreven ‘intelligente beveiligingsfuncties’ (foutbewaking) maakt een efficiënt gebruik van de omvormerchip mogelijk. Dit garandeert een krachtige aandrijving die erg ‘tolerant’ is wat storingen betreft. Door voorprogrammering van de frequentie-omvormer kan de gebruiker de regelaar bovendien ‘leren’ hoe hij op een bepaalde storing dient te reageren.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

96

Figuur 41: 120°/180° invertor

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

97

Figuur 42: sinusoidale PBM-invertor

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

7.3.10

Elektriciteit

98

Rotorbladen

Zie bundel KAHO

7.3.11

Kruissysteem

Het kruien bij windturbines is het draaien van de gondel in de richting van de wind, zodat de wieken haaks op de wind staan. Hierdoor vangen de wieken de meeste wind en krijg je een maximale energie opbrengst. Het kruien van de windturbines gebeurd op verschillende manieren naar gelang de grote van de windturbine. Bij kleine windturbines zoals de onze wordt er achter aan de gondel een lange staart gemaakt. Als deze staart wind vangt dan zal hij de gondel verdraaien totdat hij niet geen wind meer vangt. Op dat moment staan de wieken weer loodrecht op de wind. Andere manieren om te kruien zijn: -Hand kruien Dit wordt vooral toegepast als er een constante windrichting is. Als de windrichting dan een beetje afwijkt dan kan je de windmolen/turbine handmatig in de wind zetten -Wind-servo Deze bestaat uit een kleinere rotor (de kruimolen) die haaks op de rotor is geplaatst. Wanneer de rotor niet loodrecht op de wind staat, dan vangt de kruimolen wind waardoor deze zal gaan draaien. Hierdoor verdraaid de gondel totdat de kruimolen zichzelf uit de wind zet. -Zelf richtend effect De rotor is hierbij achter de gondel opgesteld zodat deze zichzelf in de wind zet.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

99

7.4 Stormbeveiliging Bij hoge windsnelheiden worden de krachten op de windmolen eg groot. Tenzij de molen extreem zwaar en sterk (en dus duur) uitgevoerd wordt, zullen de ze krachten op één of andere manier beperkt moeten worden. Dit houdt in dat het oppervlak en de draaisnelheid van de molen beperkt zal moeten worden. In ons geval gebeurt dit door de staart beweegbaar te maken en op een bepaalde windkracht te laten wegklappen evenwijdig met de wieken, zodat hij zichzelf en de wieken uit de wind zet.

Figuur 43: principe vaan

Onze manier van de wieken uit de wind te zetten. Er zijn meer verschillende soorten stormbeveiligingen. Bijvoorbeeld. -handbeveiliging Hierbij moet de molen met de hand stil gezet worden. -halfautomatische beveiliging. Bij te hoge windsnelheden beveiligt de molen automatisch, maar moet na de storm weer met de hand teruggezet worden naar de normale stand. -vol automatische beveiliging. De molen beveiligt zichzelf vol automatisch bij een te hoge windsnelheid. Maar op het moment dat de windsnelheid weer een aanvaardbaar niveau bereikt dan stel de molen zichzelf weer in werking. Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

100

7.4.1 Verschillende manieren van remmen bij stormen: • •

•

-De gondel draait zich uit de wind, hierdoor zal hij minder wind vangen en dus zullen de wieken minder snel draaien. Remkleppen op de wieken. Bij hoge windsnelheiden verdraaien de remkleppen dusdanig dat ze veel luchtweerstand veroorzaken en zodoende de rotor afremmen -Volledig blokkeren van de hoofdas door schijfremmen zodat de wieken niet meer draaien.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

101

7.5 Plaats van een windturbine De plaats van een windturbine maakt veel uit, niet elke plaats is even geschikt om een windturbine te plaatsen. Hier bekijken we wat de beste plaats is. Natuurlijk is de windsnelheid op de plek waar de turbine te staan komt belangrijk. Aan de kust waait het immers harder dan in het binnenland. Een windturbine is pas echt rendabel in een gebied waar het gemiddeld harder dan 5 m/s waait. De effectiviteit hang verder nog af van de bebouwing in de omgeving en of er heuvels en bomen zijn in de omgeving. De wind wordt tegengehouden door de gebouwen, heuvels en bomen. Als er 3 windturbines vlak Figuur 44: wind turbulentie bij gebouwen achter een obstakel staan, kan het gebeuren dat degene die het dichtst bij het obstakel staat niet draait terwijl de andere wel draaien. Het obstakel houdt zoveel wind tegen dat de turbine in een gebied komt te staan waar het windstil is. Op de afbeelding is te zien dat het rechts achter het gekleurde blok een windstil gebied is, de wind waait niet in 1 richting. Een windturbine zou hier niet meer draaien. Daarom zie je ook vaak op een dijk windturbines staan. De wind komt van zee af en komt daar geen obstakels tegen. De wind zal daar dus niet gehinderd worden.

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

102

Er bestaan nog geen gedetailleerde windkaarten van België. De afgebeelde kaart geeft de isoventlijnen op 10 m hoogte, dit is de gemiddelde windsnelheid op 10 m hoogte.Deze kaart is dan ook opgesteld door de Vrije Universtiteit van Brussel op basis van de waarnemingen van het KMI in hun weerstations. De regio’s die een gemiddelde windsnelheid van 4m/s of hoger hebben, zijn goed. Er wordt algemeen aangenomen dat bij deze windsnelheid windenergie economisch haalbaar kan zijn

Figuur 45: Kaart met isoventlijnen van België

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

103

Hoogte van een windturbine Als we spreken over de hoogte van een windmolen, dan spreken we over de ashoogte. Dit is de afstand tussen de grond en de hoofdas. De hoogte van een windturbine is ook van invloed op de opgewekte hoeveelheid energie. De wind waait immers sterker op een grotere hoogte. De afbeelding laat zien dat de windsnelheid op elke hoogte verschilt. Er is hierbij uitgegaan van een windsnelheid van 10 m/s op 100 meter hoogte in een agrarisch gebied met enkele huizen en schuren met ongeveer 500 meter tussenruimte. Zoals te zien is, is de windsnelheid op grotere hoogtes veel

Figuur 46: fysische afmetingen windmolen

groter doordat de wind hier geen last heeft van het effect dat gebouwen hebben. Echter een windturbine wordt ook niet hoger dan strikt noodzakelijk gemaakt. Elke 10 meter hoger kost ongeveer 11600 euro. Daarom moet gekeken worden wat het verhogen van de toren aan extra opbrengst oplevert. Bij grotere hoogte neemt bij een 10 meter hogere mast de windsnelheid veel minder toe dan bij een lagere hoogte. De kosten van de mast bedragen ongeveer 20% van het totaal aan kosten.

Figuur 47: snelheid in functie van de hoogte

Elektro-Mechanica


6-TSO-EM-a

Elektriciteit

104

7.6 Waarom windenergie? •

•

•

•

•

Met fossiele brandstoffen moet zuinig worden omgesprongen en bovendien komen bij de verbranding ervan onvermijdelijk een aantal schadelijke producten, zoals CO2 vrij. Windenergie is een zuivere en schone energiebron die bij de productie van elektriciteit geen vervuilende stoffen in het milieu brengt. Diversificatie van de energiebronnen. Wind is een van de weinige eigen energiebronnen. Wind is onuitputbaar en kan ons niet worden afgenomen. Daar waar in de middeleeuwen voor de wind moest betaald worden, is deze nu gratis. Het is duidelijk dat de windenergie in Europa en de Verenigde Staten een enorme impuls heeft gekend na de oliecrisis. Een toekomstig energiebeleid zal gericht zijn op diversiteit van de energiebronnen. Windenergie heeft wereldwijd een enorm potentieel en heeft in een aantal landen een belangrijke tewerkstelling teweeggebracht. Veel van de sectoren die nodig zijn voor de bouw van een windturbine zijn in Vlaanderen al aanwezig. Windenergie kan dus ook voor Vlaanderen een enorme exportmogelijkheid zijn. Windenergie kan zeer snel geïmplementeerd worden. Een windturbinepark kan op een termijn van een paar maanden tot een jaar in bedrijf worden gesteld. Dit argument speelt in landen met een snelle stijging van de energiebehoefte een grote rol (voorbeeld Aziatische landen). Windenergie kan gedecentraliseerd worden opgewekt waardoor transport en transformatieverliezen kunnen beperkt worden. Die decentrale opwekking kan ook bijdragen tot een mentaliteitswijziging bij de bevolking die essentieel is om rationeel energiegebruik te stimuleren.

Per kWh wordt ongeveer 0,7 kg CO2 uitstoot vermeden. Een windturbine van 500 kW nominaal vermogen spaart per jaar evenveel CO2 uit als wordt geabsorbeerd door 57.000 bomen. De energie nodig om een windturbine te bouwen wordt door die turbine geleverd op een tijdspanne van 3 maanden bij een gemiddelde windsnelheid van 7 m/s.

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

105

8 Taalintegratie

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

106

8.1 Nederlands 8.1.1 Aanvraag stageplaats Guylian Cacquaert Lindestraat 29 9920 LOVENDEGEM Tel. 0486/72.52.09 e-mail: [email protected]

25/10/2012

De heer Tim Canoot John Kennedylaan 51 9042 GENT Aanvraag stageplaats Geachte heer Canoot Bij deze contacteer ik u voor het aanvragen van een stageplaats binnen uw bedrijf Arcellor-Mittal. Onze stage loopt van 18 maart 2013 tot 29 maart 2013. Ik volg Elektro-Mechanica aan het PTI in Eeklo. Bij het halen van het diploma 3e graad Elektro-Mechanica kan ik direct invoegen op de arbeidsmarkt maar heb ik ook genoeg bagage om verder te studeren aan de Hogeschool. Het bedrijf interesseert me heel erg omdat de metaalindustrie nodig is en blijft voor het bestaan van onze economie en omdat je er ook veel kan bijleren. Ik ben stipt en zeer sociaal. Ik geef zwemles aan kinderen van 6 tot 10 jaar bij de Dolfijnen zwemclub Zomergem en aan volwassenen bij GSF. Ik zit ook in de scouts en heb 3 jaar op rij vakantiejob gedaan bij bouwmaterialen Gedimat Leus te Sleidinge. Mijn stagecoördinator Dhr. Deneir Ronan is steeds bereid u een antwoord te bezorgen op eventuele vragen rond mijn kandidatuur. Ik neem in november zeker nog contact met u op. Vriendelijke groeten

Guylian Cacquaert Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

107

8.1.2 Aanvraag informatie 8.1.2.1 Structuur verzoekbrief Alinea 1: aanleiding Alinea 2: wat houdt het verzoek in, of wat je verwacht (het verzoek zelf) Alinea 3: details bij het verzoek Alinea 4: dankwoord en verzoek om snel te antwoorden (vriendelijk)

8.1.2.2 Digitale verzoekbrief Van: [email protected] Aan: [email protected]

Onderwerp: infobrochures Geachte heer Regelbrugge Op dinsdag 13 maart organiseer ik een afstudeermarkt in het PTI om de leerlingen te informeren over “Wat na het secundair onderwijs”. Via internet kwam ik te weten dat u de geschikte persoon bent om mij daarover de juiste informatie te bezorgen. Hiervoor had ik graag de brochure van de VDAB aangevraagd met informatie over de wachttijd voor pas afgestudeerden, daar er beslist is deze te verlengen en zij hierdoor hun wachtuitkering later zullen krijgen als ze geen werk vinden. De brochures zullen vooral gebruikt worden voor de leerlingen uit het BSO en TSO die niet zullen verder studeren. Graag zou ik hiervoor 50 brochures ontvangen. Kan u mij deze tegen uiterlijk 5 maart opsturen? Alvast mijn hartelijke dank voor uw medewerking. Hoogachtend

Guylian Cacquaert

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

108

8.1.3 Uitnodiging vergadering Aan: directie, het personeel en uitzendbureau Quick start Van: Guylian Cacquaert Onderwerp: vergadering 29 nov 11:20

Geachte Genodigden Op aanstaande donderdag 29 november om 11:20u is er een vergadering gepland in onze vergaderzaal. De vergadering is in het leven geroepen omdat er door een fout van mij zich een groot probleem voordoet met de planning. Het probleem is dat er binnen 3 weken, dat is dus de week na carnaval, tweegrote feesten gepland staan. Maar driekwart van het personeel heeft met carnaval vrij gevraagd en dit was ook goedgekeurd. Maar omdat er 2 weken voorbereiding nodig zijn voor feesten van die omvang zal er een oplossing moeten komen om het personeels tekort op te lossen. Het afzeggen van de feesten zou een serieuze finaciële aderlating zijn voor het bedrijf, dus die mogelijkheid is er niet. Ik zou graag samen met jullie naar een oplossing willen zoeken. Als u niet aanwezig kan zijn door omstandigheden, gelieve dit dan even te melden. Hoogachtend

Guylian Cacquaert

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

109

8.1.4 Notulen vergadering Notulen: klachten kledij personeel 05/12/12 Aanwezig: Rowan Beernaert Lenny Mortier Verontschuldigd: / Agendapunten: Wat zijn de klachten : -

Klanten klagen over kledij van het personeel: te slording, te uitdagend,..

Mogelijke oplossingen? -

Regels in verband met kledij (geen korte rokjes, luchtige kledij,..)

-

Kledij van de winkel zelf (eventueel een algemeen uniform van de firma)

-

Mogelijke sancties bij het niet naleven van de regels(geld, boetes,..)

Concrete veranderingen -

Regels opstellen, 1 uniform van de winkel gratis

-

Opgestelde regels naleven

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

110

8.1.5 Verslag van een vergadering Van: Directeur Aan: medewerkers Onderwerp: Carnaval verlof De goedkeuring van het verlof voor de carnavalsperiode blijft gelden. We hebben besloten dat mensen die vrijwillig willen komen zeker welkom zijn, om dan samen met interims te werken en zo de 2 feesten te organiseren. Deze maatregel werd getroffen nadat we een personeelstekort hadden om 2 bedrijfsfeesten te organiseren net na de carnavals periode. De mensen die komen werken in hun verlof zullen voor de keuze staan om ofwel deze dagen in een andere week te plannen of de gewerkte uren op te schrijven. Deze uren zullen dan beter betaald worden. Gelieve dit te laten weten aan de directeur ten laatste op 12 december 2012. Zo hopen wij dat de beide feesten door ons georganiseerd kunnen worden en de voorbereiding op tijd zullen af zijn. Het feest zal dan even goed zijn als alle andere feesten, dankzij de goedwillige werknemers die bereid zijn te werken.

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

111

8.2 Engels 8.2.1 Technical English text Wind Energy Basics Basic information on wind energy and wind power technology, resources, and issues of concern. Wind Energy and Wind Power Wind is a form of solar energy. Winds are caused by the uneven heating of the atmosphere by the sun, the irregularities of the earth's surface, and rotation of the earth. Wind flow patterns are modified by the earth's terrain, bodies of water, and vegetative cover. This wind flow, or motion energy, when "harvested" by modernwind turbines, can be used to generate electricity. How Wind Power Is Generated The terms "wind energy" or "wind power" describe the process by which the wind is used to generate mechanical power or electricity. Wind turbines convert the kinetic energy in the wind into mechanical power. This mechanical power can be used for specific tasks (such as grinding grain or pumping water) or a generator can convert this mechanical power into electricity to power homes, businesses, schools, and the like. Wind turbines Wind turbines, like aircraft propeller blades, turn in the moving air and power anelectric generator that supplies an electric current. Simply stated, a wind turbine is the opposite of a fan. Instead of using electricity to make wind, like a fan, wind turbines use wind to make electricity. The wind turns the blades, which spin a shaft, which connects to a generator and makes electricity. Wind Turbine Types Modern wind turbines fall into two basic groups; the horizontal-axis variety, like the traditional farm windmills used for pumping water, and the vertical-axis design, like the eggbeater-style Darrieus model, named after its French inventor. Most large modern wind turbines are horizontal-axis turbines.

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

112

Turbine Components Horizontal turbine components include: • • • •

blade or rotor, which converts the energy in the wind to rotational shaft energy; a drive train, usually including a gearbox and a generator; a tower that supports the rotor and drive train; and other equipment, including controls, electrical cables, ground support equipment, and interconnection equipment.

Turbine Configurations Wind turbines are often grouped together into a single wind power plant, also known as a wind farm, and generate bulk electrical power. Electricity from these turbines is fed into a utility grid and distributed to customers, just as with conventional power plants. Wind Turbine Size and Power Ratings Wind turbines are available in a variety of sizes, and therefore power ratings. The largest machine has blades that span more than the length of a football field, stands 20 building stories high, and produces enough electricity to power 1,400 homes. A small home-sized wind machine has rotors between 8 and 25 feet in diameter and stands upwards of 30 feet and can supply the power needs of an all-electric home or small business. Utility-scale turbines range in size from 50 to 750 kilowatts. Single small turbines, below 50 kilowatts, are used for homes, telecommunications dishes, or water pumping.

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

113

Wind Energy Resources in the United States Wind energy is very abundant in many parts of the United States. Wind resources are characterized by wind-power density classes, ranging from class 1 (the lowest) to class 7 (the highest). Good wind resources (e.g., class 3 and above, which have an average annual wind speed of at least 13 miles per hour) are found in many locations. Wind speed is a critical feature of wind resources, because the energy in wind is proportional to thecube of the wind speed. In other words, a stronger wind means a lot more power. Advantages and Disadvatages of Win Generated Elektricity A Renewable Non-Polluting Resource Wind energy is a free, renewable resource, so no matter how much is used today, there will still be the same supply in the future. Wind energy is also a source ofclean, non-polluting, electricity. Unlike conventional power plants, wind plants emit no air pollutants or greenhouse gases. According to the U.S. Department of Energy, in 1990, California's wind power plants offset the emission of more than 2.5 billion pounds of carbon dioxide, and 15 million pounds of other pollutants that would have otherwise been produced. It would take a forest of 90 million to 175 million trees to provide the same air quality. Cost Issues Even though the cost of wind power has decreased dramatically in the past 10 years, the technology requires a higher initial investment than fossil-fueled generators. Roughly 80% of the cost is the machinery, with the balance being site preparation and installation. If wind generating systems are compared with fossil-fueled systems on a "life-cycle" cost basis (counting fuel and operating expenses for the life of the generator), however, wind costs are much more competitive with other generating technologies because there is no fuel to purchase and minimal operating expenses. Environmental Concerns Although wind power plants have relatively little impact on the environment compared to fossil fuel power plants, there is some concern over the noise produced by the rotor blades, aesthetic (visual) impacts, and birds and bats having been killed (avian/bat mortality) by flying into the rotors. Most of these problems have been resolved or greatly reduced through technological development or by properly siting wind plants. Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

114

Supply and Transport Issues The major challenge to using wind as a source of power is that it is intermittent and does not always blow when electricity is needed. Wind cannot be stored (although wind-generated electricity can be stored, if batteries are used), and not all winds can be harnessed to meet the timing of electricity demands. Further, good wind sites are often located in remote locations far from areas of electric power demand (such as cities). Finally, wind resource development may compete with other uses for the land, and those alternative uses may be more highly valued than electricity generation. However, wind turbines can be located on land that is also used for grazing or even farming. http://windeis.anl.gov/guide/basics/index.cfm

8.2.2 Glossary word Abundant

Advantage

Bats

Bulk

Elektro-Mechanica

context Wind energy is very abundant in many parts of the United States. The advantage of booking tickets in advance is that you get better seats. There is some concern over the noise produced by the rotor blades, aesthetic (visual) impacts, and birds and bats having been killed (avian/bat mortality) by flying into the rotors. Wind turbines are often grouped together into a single

explanation more than enough

Translation overvloedig

a condition giving a greater chance of success

voordeel

a small animal like a vleermuis mouse with wings that flies at night

something or someone that is very large

Bulk, in het groot


6 TSO-EM-a

Concern

Conventional

Decrease

Taalintegratie wind power plant, also known as a wind farm, and generate bulk electrical power. Although wind power plants have relatively little impact on the environment compared to fossil fuel power plants, there is some concern over the noise produced by the rotor blades, aesthetic impacts, and birds and bats having been killed by flying into the rotors . Unlike conventional power plants, wind plants emit no air pollutants or greenhouse gases. Even though the cost of wind power has decreased dramatically in the past 10 years, the technology requires a higher initial investment than fossil-fuelled generators.

Disadvantage

One disadvantage of living in the town is the lack of safe places for the children to play.

Environmental

People are becoming far more aware of

Elektro-Mechanica

115

when you feel worried or nervous about something, or something that makes you feel worried

bezorgdheid

traditional and ordinary

Traditioneel

to become less, or to make something become less

Verminderen

a condition or situation which causes problems, especially one which causes something or someone to be less successful than other things or people People are becoming far more aware of

Nadeel

Aangaande het milieu


6 TSO-EM-a

Graze

Intermittent

Issue

Mortality

Pattern

Pollutant

Relatively

Elektro-Mechanica

Taalintegratie environmental issues. However, wind turbines can be located on land that is also used for grazing or even farming. The major challenge to using wind as a source of power is that it is intermittent and does not always blow when electricity is needed. As employers we need to be seen to be addressing these issues sympathetically. Infant mortality is much higher in the poorest areas of the city. Wind flow patterns are modified by the earth's terrain, bodies of water, and vegetative cover. According to the U.S. Department of Energy, in 1990, California's wind power plants offset the emission of more than 2.5 billion pounds of carbon dioxide, and 15 million pounds of other pollutants that would have otherwise been produced. Although wind power plants have relatively little impact on the environment compared to fossil

116

environmental issues. land where farm animals feed on grass

grazen

not happening regularly or continuously; stopping and starting repeatedly or with periods in between a subject or problem which people are thinking and talking about

Met tussenpozen, onderbroken, met onderbrekingen

the number of deaths within a particular society and within a particular period of time a particular way in which something is done, organized or happens

sterftecijfer

a substance that pollutes

vervuiler

quite good/bad/etc. in comparison with other similar things or with what you expect

relatief

probleem

patroon


6 TSO-EM-a

Shaft

State Utility

vegetative

Elektro-Mechanica

Taalintegratie fuel power plants, there is some concern over the noise produced by the rotor blades, aesthetic (visual) impacts, and birds and bats having been killed (avian/bat mortality) by flying into the rotors. The wind turns the blades, which spin a shaft, which connects to a generator and makes electricity. Simply stated, a wind turbine is the opposite of a fan. Utility-scale turbines range in size from 50 to 750 kilowatts.

Wind flow patterns are modified by the earth's terrain, bodies of water, and vegetative cover.

117

a pole or rod which forms the handle of a tool or weapon

drijfas

a condition or way uitdrukken of being that exists at a particular time a service which is nutsbedrijf used by the public, such as an electricity or gas supply or a train service alive but showing no vegetatief brain activity


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

118

8.2.3 Ten questions and answers 1. How is wind caused? Winds are caused by the uneven heating of the atmosphere by the sun, the irregularities of the earth's surface, and rotation of the earth. 2. What do wind turbines actually do? They convert the kinetic energy of the wind into mechanical power. 3. What’s the difference between a fan and a wind turbine? A fan uses electricity to make wind and a wind turbine uses wind to make electricity. They are the opposite of each other. 4. You can divide wind turbines into two basic groups, which ones? Wind turbines with horizontal-axis variety or with a vertical-axis design. 5. What is wind energy? It’s a free renewable resource. 6. What are the main parts of a horizontal turbine? The main parts are the rotor, the drive train and the tower. 7. Do they have an impact on the environment? Wind power plants have relatively little impact on the environment compared to fossil fuel power plants. There is some concern over the noise produced by the rotor blades, aesthetic (visual) impacts, and birds and bats having been killed by flying into the rotors. 8. What is the purpose of the tower? It supports the rotor and the drive train in which the generator and the gearbox are situated. 9. What’s the major challenge to use wind as a source of power? The major challenge to using wind as a source of power is that it is intermittent and does not always blow when electricity is needed. Wind cannot be stored and not all winds can be harnessed to meet the timing of electricity demands. 10. What’s the range in size for utility-scale turbines? Utility-scale turbines range in size from 50 to 750 kilowatts. Single small turbines, below 50 kilowatts, are used for homes, telecommunications dishes, or water pumping.

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

119

8.2.4 Outline

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

120

8.2.5 Summary Wind turbine There are different types of wind turbines. The difference lies in the position of the main shaft. You can have one with a horizontal-axis and one with a vertical-axis but the main parts are always the same. Connected to the main shaft you have the rotor with the blades. Every windmill also has a drive train, inside the drive train you have a generator and a gearbox. The gearbox is needed to reach the right rotation speed. We also have a tower, he supports the rotor and drive train. Power We get the power of the transition from mechanical power to electricity by the use of a generator. One windmill can give enough electricity to power 1,400 homes. A windmill is just the opposite of a fan: instead of using electricity for generating wind, a windmill uses the wind to generate electricity. Density classes There are different density classes. They depend on the region where the windmill stands. The lowest density is 1 and the highest is 7. Advantages There are many advantages. One of them is because wind energy is a renewable resource. That means that it’s inexhaustible. It’s also a clean and non-polluting energy. Disadvantages If there are advantages there are always disadvantages. Wind energy is intermittent so you don’t always have electricity of a wind turbine. The investments are also higher and the mortality of bats also increased. Without taking into account the visual impact. It’s horrible to see a windmill turning if you are in the kitchen.

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

121

8.2.6 General English text Interested In A CNC Career? This series of questions comes from a high school student interested in our field. His questions really made me think back to the reasons why I entered and stayed with CNC for my entire career. Though experienced CNC people may not agree with all of my answers to his questions (and I welcome comments), I wanted to make this information available to anyone who might have an interest in pursuing a career in CNC. Hao Duong: What do you like or dislike about CNC? Mike Lynch: Though I cannot speak for everyone working in this field, my favorite aspect is the feeling of accomplishment that comes with each success. Anyone who has written a CNC program knows this feeling. Seeing a workpiece being machined with your tooling, your process and your ideas is very satisfying. Hao Duong: Do I have to be good with my hands or know how to use special tools? Mike Lynch: Yes, it's imperative. While all of these skills can be learned though technical school training, a person entering this field should like working with their hands. As for special tools, yes, there are a number of tools and measuring devices you must be familiar with. Again, skills in this area can be learned in technical schools and on-the-job training. Hao Duong: Will I need good communication skills? Mike Lynch: Though you may be able to get by on technical skills alone, your communication and "people" skills will determine how far you will go. Managers, supervisors, and other higher level manufacturing positions require you to work well with others. Keep in mind that I'm NOT talking about simply speaking English. I'm talking about having the ability to make your ideas known and to function well with others. Hao Duong: Is there special training required? Mike Lynch: Yes. There are any number of technical/vocational schools, colleges, and universities that offer excellent courses in manufacturing, including CNC. Additionally, most companies using CNC equipment are willing to train entry level people. However, the more training you have to start, the higher level position you can expect to get.

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

122

Hao Duong: Is there a license or certificate needed to get the job? Mike Lynch: No. While the degree of certificate you receive from your technical school will definitely help you land a better paying job, you can enter the field (and work your way up) with very little previous experience. Note that the emphasis here is "work your way up". The more training you have, the easier it will be. For myself, there was a lot of "working my way up". My two year associate degree in manufacturing technology did not adequately prepare me for what I'm doing today. Only motivation and enthusiasm will ensure that you have the energy to do the necessary work. Hao Duong: Would more education or training be needed to get promoted? Mike Lynch: In some companies, yes. However, you must understand that in general, manufacturing companies are starving for qualified people, especially qualified CNC people. There simply aren't enough qualified people to go around (though some people currently looking for jobs might disagree). For this reason, companies are quick to recognize people that stand out and show motivation and enthusiasm. In most companies, people are promoted based upon what they can do, not simply how much education they have. Also note that many companies will actually pay for your education, as long as the course/s you take are appropriate to your field. Hao Duong: What occupations are related? Mike Lynch: The actual job titles in CNC include CNC Operator, CNC Setup Person, CNC Programmer, CAD/CAM (computer aided design/computer aided manufacturing) programmer, and CNC coordinator. Other related occupations include Tool designers, Manufacturing engineers, Quality Engineers, Tool Makers, Mold Makers, and several others. If you have a special interest in one or more of these positions, feel free to email me again. Hao Duong: Is the work, outdoor, indoor, or both? Mike Lynch: Almost all work is done indoors. In fact, I cannot think of any task that is done outdoors. Hao Duong: Does the job require a great deal of sitting or standing? Mike Lynch: CNC operators and setup people are on their feet most of the time. CNC people in other positions get more of a combination of both. Hao Duong: Is the work full time , part time , or seasonal? Mike Lynch: While some manufacturing companies take on temporary or part time help, most require full time. Also note that many companies provide internships for college students in related fields for summer work.

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

123

Hao Duong: What is the condition of the working environment? Mike Lynch: This varies dramatically from company to company. Admittedly, the machine shop environment does not lend itself to cleanliness. In fact, many shops are downright filthy. Of course, the condition of the shop will tell you a great deal about the company management's concern for their workers as you begin interviewing. Most manufacturing companies are highly concerned, and maintain very clean, safe, and pleasant environments for their workers. Hao Duong: What kind of work can I expect to start with? Mike Lynch: Again this depends upon your level of education. If you have absolutely no experience, you may still be able to get a job as a CNC operator. As I said, many companies are starving for people, and are willing to train from scratch. However, you may also have to start as a "gopher", someone who cleans machines, keeps lubrication levels full, and in general, simply does the leg work for others in the company. It's much more difficult to work your way up from this position. Hao Duong: Where do you think I am most likely to find work? (Edmonton , AB) Mike Lynch: I'm sorry, but I do not know the manufacturing base in your area. However, CNC machines are found everywhere. If you can get your hands on the business yellow pages, look up "machine shops" and "manufacturing companies". A few calls asking whether the companies in your area have CNC machines will go a long way toward understanding the potential for a career in manufacturing in your area. Also note that people that have CNC experience can go just about anywhere. Many companies are willing to relocate qualified people and pay all moving expenses. Hao Duong: Is the demand for the occupation expanding or declining, or remain steady? Mike Lynch: Very much so. Though the overall state of manufacturing is a state of constant flux, at least some industries are always going well. It may sometimes mean finding another job if a company is laying off. Hao Duong: Will there be a job in the field in 5 or 10 years? Mike Lynch: Yes. Though I do not have a crystal ball, if anything, North America is on the upswing at this time. And though there will surely be fluctuation, the general outlook is good. Combine this with how badly companies need CNC people, and you should be able to confidently enter a college or trade school, knowing a job will be waiting when you get out. In fact, manufacturing currently offers more potential in this

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

124

regard than just about any field, though some so-called expert job councilors may disagree with me. Questions asked by others interested in a CNC career: Larry Odle: What type of schooling would you suggest to someone just starting out in this field? Mike Lynch: There are many local schools that have excellent CNC curriculums (for a list check out our Schools Forum). Most work closely with the local industry to ensure that their courses meet the needs of companies in their area. I'll bow to the school in your area to recommend specific courses, but the curriculum should include: shop practices (blueprint reading, shop math, principles of machining operations, and some hands on with manually operated machine tools), manual programming at G code level for at least machining centers and turning centers, CNC machine setup and operation, computer usage basics, and CNC related software applications (computer aided design and computer aided manufacturing [CAD/CAM], distributive and direct numerical control systems [DNC], cost estimating, and CNC program verification). In each of these areas, the more hands-on, the better. Larry Odle: Would you suggest an emphasis on a computer education or an electronic\technical education? Mike Lynch: Since CNC machines are highly dependent upon computers and electronics, the more you know - the better. However, if you are looking for a career working as a CNC programmer, setup person, or operator, your first focus should be to master CNC machine usage. But service and repair of CNC machines is also very important. If you are looking to be a service tech person, you'll need a very good understanding of electronics. Larry Odle: What are the requirements that your company looks for when questioning taking on a perspective employee as a CNC programmer or a CAD/CAM programmer? Mike Lynch: Though we at CNC Concepts, Inc. do not employ programmers or CAD/CAM people, I've worked with enough CNC using companies to know what they're looking for. At entry level (when hiring a person right out of technical school), most simply expect a high degree of enthusiasm and motivation. Believe it or not, your willingness to learn and grow with the company will probably be as important to your perspective employer as your qualifications (again this is for entry level expectations).

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

125

Again, thanks to everyone for this excellent set of questions a person should ask before entering any field.

8.2.7 Own Translation Hoa Duong: Is er een speciale opleiding vereist? Mike Lynch: Ja. Er zijn een aantal technische of beroepsscholen, hogescholen en universiteiten die uitstekende lespakketten over productie aanbieden, waaronder CNC. Bovendien, de meeste bedrijven die CNC-machines gebruiken zijn bereid om nieuwe mensen op te leiden. Niettemin, hoe hoger opgeleid bij aanvang, des te hoger de positie die je kan bereiken. Hoa Duong: Is er een licentie of een certificaat nodig om zo’n job te krijgen? Mike Lynch: Nee. Terwijl het diploma dat je krijgt van je technische school je zeker zal helpen om een beter betaalde baan te krijgen, kan je ook beginnen (en je op werken) met zeer weinig voorkennis. Merk op dat de nadruk hier ligt op “ jezelf opwerken”. Hoe meer opleiding je hebt, hoe makkelijker het zal zijn. Ik heb mezelf veel moeten opwerken.

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

126

8.2.8 Dutch translation general English text Geïnteresseerd in een CNC-carrière? Deze reeks van vragen komt van een middelbare schoolleerling die geïnteresseerd is in ons vakgebied. Zijn vragen deden me echt terugdenken aan de redenen waarom ik CNC gekozen had en er mijn hele carrière bleef. Hoewel ervaren CNC-mensen het niet altijd eens zullen zijn met al mijn antwoorden op hun vragen (en ik sta open voor opmerkingen), wil ik deze informatie beschikbaar stellen voor iedereen die geïnteresseerd zou zijn in het nastreven van een CNC-carrière. Hao Duong: Wat vind je leuk en minder leuk aan CNC? Mike Lynch: Hoewel ik niet kan spreken voor iedereen die werkzaam is op dit gebied, is mijn favoriete aspect het gevoel van voldoening dat wordt opgewekt met elk succes. Iedereen die ooit een CNC-programma heeft geschreven kent dit gevoel. Het zien bewerken van een werkstuk met jouw gereedschap, jouw programma en jouw ideeën is zeer bevredigend. Hao Duong : Moet ik handig zijn of weten hoe ik speciaal gereedschap moet gebruiken? Mike Lynch: Ja, dat is noodzakelijk. Terwijl al deze vaardigheden kunnen aangeleerd worden op een technische school, zou een persoon die hiervoor kiest graag met zijn handen moeten werken. Wat de speciale gereedschappen betreft, ja, er zijn een aantal apparaten en meettoestellen waarmee je vertrouwd moet zijn. Nog eens: de vaardigheden op dit gebied kunnen aangeleerd worden in een technische school en tijdens een opleiding op het werk zelf. Hao Duong: Zal ik goede communicatievaardigheden nodig hebben? Mike Lynch: Hoewel je er enkel met technische vaardigheden alleen ook geraakt, zullen je communicatiemogelijkheden en mensenkennis bepalen hoever je het zal brengen. Managers, opzichters en andere hoger geplaatsten verwachten dat je goed kan samenwerken met anderen. Denk eraan dat ik het niet alleen heb over eenvoudig Engels praten. Ik heb het over de vaardigheid om je ideeën duidelijk te maken en om goed te functioneren bij anderen. Hao Duong: Is er een speciale opleiding vereist? Mike Lynch: Ja. Er zijn een aantal technische of beroepsscholen, hogescholen en universiteiten die uitstekende lespakketten over productie aanbieden, waaronder CNC. Bovendien, de meeste bedrijven die CNC-machines gebruiken zijn bereid om nieuwe mensen op te leiden. Niettemin, hoe hoger opgeleid bij aanvang, des te hoger de positie die je kan bereiken. Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

127

Hao Duong: Is er een licentie of een certificaat nodig om zo’n job te krijgen? Mike Lynch: Nee. Terwijl het diploma dat je krijgt van je technische school je zeker zal helpen om een beter betaalde baan te krijgen, kan je ook beginnen (en je opwerken) met zeer weinig voorkennis. Merk op dat de nadruk hier ligt op “ jezelf opwerken”. Hoe meer opleiding je hebt, hoe makkelijker het zal zijn. Ik heb mezelf veel moeten opwerken. Mijn diploma in de productietechnologie (2 jaar) heeft me niet voldoende voorbereid op wat ik vandaag doe. Alleen met motivatie en enthousiasme zal je gegarandeerd energie krijgen om het nodige werk te doen. Hao Duong: Zou meer opleiding of training nodig zijn om promotie te krijgen? Mike lynch: In sommige bedrijven wel. Je moet echter begrijpen dat in het algemeen bedrijven nood hebben aan gekwalificeerde mensen, vooral CNC-mensen. Er zijn gewoon niet genoeg gekwalificeerde mensen (hoewel sommigen die momenteel op zoek zijn naar een baan het daar mogelijk niet mee eens zijn). Om deze reden zijn bedrijven snel in het herkennen van mensen die in het oog springen en motivatie en enthousiasme tonen. In de meeste bedrijven promoveren mensen op basis van wat ze kunnen, niet door welke opleiding ze hebben. Weet ook dat veel bedrijven daadwerkelijk betalen voor je opleiding zolang ze verband houden met je vak. Hao Duong: Welke beroepen zijn verwant met elkaar? Mike Lynch: De eigenlijke benaming binnen CNC omvat CNC-operator, CNCinsteller, CNC-programmeur, CAD/CAM programmeur (computergestuurde ontwerpen), en CNC-coördinator. Andere beroepen die hierbij aansluiten zijn gereedschapontwerpers, ingenieurs, kwaliteitsingenieurs, en vele andere. Als je een speciale interesse hebt voor één of meerdere posities, mag je mij zeker mailen. Hao Duong: Is het werk buiten, binnen of beide? Mike Lynch: Bijna al het werk wordt binnen gedaan. Eigenlijk kan ik geen werk bedenken dat buiten gebeurt. Hao Doung: Vereist deze job veel zitten of staan? Mike lynch: CNC-operators en productiearbeiders staan meestal recht. CNC-mensen in andere posities krijgen eerder een combinatie van beide. Hao Duong: Is het voltijds, deeltijds of seizoenswerk? Mike Lynch: Sommige productiebedrijven nemen tijdelijke of deeltijdse hulp aan, maar de meeste eisen voltijdse hulp. Let er ook op dat vele bedrijven vakantiejobs voorzien voor universiteitsstudenten die zo’n richting volgen.

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

128

Hao Duong: Hoe zijn de omstandigheden van de werkomgeving? Mike Lynch: Dat varieert enorm van bedrijf tot bedrijf. Toegegeven, de machinewerkplaats is niet altijd even netjes. In feite zijn vele werkplaatsen zelfs heel vuil. Natuurlijk vertelt de staat van de werkplaats je veel over het engagement van een bedrijf ten opzichte van zijn werknemers. De meeste productiebedrijven zijn zeer betrokken en handhaven een zeer propere, veilige en aangename omgeving voor hun werknemers. Hao Duong: Wat voor werk kan ik verwachten om met te beginnen? Mike Lynch: Ook dit hangt af van hoe hoog je geschoold bent. Als je nog geen enkele ervaring hebt, kan je misschien nog steeds een baan als CNC-operator krijgen. Zoals ik al zei, smeken veel bedrijven om mensen en zijn ze bereid om je op te leiden vanaf nul. Nochtans kan het ook zijn dat je moet beginnen als "loopjongen”, iemand die de machines reinigt, het oliepeil in het oog houdt, kortom, iemand die het vuile werk doet voor anderen in het bedrijf. Het is veel moeilijker om je op te werken vanuit deze positie. Hao Duong: Waar denk je dat ik het meeste kans heb om werk te vinden? (Edmonton, AB) Mike Lynch: Het spijt me, maar ik ken de productiebasis in jouw omgeving niet. Hoewel, CNC-machines vind je overal. Als je een “Gouden Gids” kan bemachtigen, zoek dan "machineleveranciers" en "productiebedrijven" op. Een paar telefoontjes om na te gaan of de bedrijven in je omgeving CNC-machines hebben, zullen snel duidelijk maken of een carrière in deze sector potentieel heeft. Merk ook op dat mensen met CNC-ervaring zowat overal terecht kunnen. Veel bedrijven zijn bereid om gekwalificeerde mensen aan te nemen en alle vervoerskosten te betalen. Hao Duong: Stijgt of daalt de vraag naar het beroep, of blijft deze gelijk? Mike Lynch: Ja, zeker en vast. Hoewel de algemene productiestaat een constante stroom is, zijn er een aantal bedrijven die het goed doen. Als een bedrijf herstructureert, kan het soms betekenen dat je een nieuwe job moet zoeken. Hao Duong: Zal er een baan zijn in deze sector over 5 of 10 jaar? Mike Lynch: Ja. Hoewel ik geen kristallen bol heb is er op dit moment een toename in Noord-Amerika. En hoewel er zeker schommelingen zullen zijn, zijn de algemene vooruitzichten goed. Combineer dit met het feit dat bedrijven CNC-mensen nodig hebben en je zou in staat moeten zijn om vol vertrouwen een hogeschool of vakschool binnen te stappen, wetende dat er een job op je wacht als je afstudeert. In feite biedt de productie momenteel meer mogelijkheden dan om het even welke andere sector, hoewel sommige zogenaamde jobexperten het niet met me eens zullen zijn. Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

129

Vragen gesteld door anderen geïnteresseerd in een CNC carrière:

Larry Oddle: Welk opleiding zou je aanraden aan iemand die net begint in deze branche? Mike Lynch: Er zijn veel lokale scholen die een excellente CNC-opleiding aanbieden (voor een lijst verwijs ik naar ons Schoolforum). De meeste werken nauw samen met de lokale industrie om zeker te zijn dat hun cursussen tegemoet komen aan de noden van de bedrijven in hun buurt. Ik verwijs naar de school in jouw buurt om specifieke cursussen aan te raden, maar het leerplan zou ook volgende zaken moeten bevatten: praktijklessen (planlezen, praktische wiskunde, principes van de werking van de machines en oefenen met handbediende gereedschapsmachines), manueel programmeren op G-code-niveau om ten minste een machinemiddelpunt te bepalen, het instellen en bedienen van de CNC-machine, basisgebruik van een computer, en CNC-gerelateerde software applicaties ( computergestuurd ontwerp en computergestuurde productie [CAD/CAM], distributief en direct genummerd controlesysteem [DNC], kostenraming en CNC-programmaverificatie. In elk van deze gebieden, hoe meer handigheden, des te beter. Larry Odle: Zou jij de nadruk op een computeropleiding of op een elektrische/technische opleiding leggen? Mike Lynch: Omdat CNC-machines grotendeels afhankelijk zijn van computers en elektronische toestellen, is het goed als je veel kennis hebt. Maar als je op zoek bent naar een carrière als CNC-programmeur, installateur, of als operator, dan moet je focus eerst liggen op het kunnen gebruiken van de CNC-machine. Maar onderhoud en herstelling van de CNC-machines zijn ook heel belangrijk. Als jij een onderhoudsman wil zijn, zal je elektronica heel goed onder de knie moeten hebben. Larry Odle: Wat zijn de vereisten waar je bedrijf naar op zoek gaat tijdens een sollicitatie als CNC-programmeur of als CAD/CAM programmeur? Mike Lynch: Hoewel wij bij CNC Concepts, Inc. geen programmeurs of CAD/CAMprogrammeurs tewerk stellen, heb ik bij genoeg bedrijven die CNC gebruiken gewerkt om te weten wat ze zoeken. Om te beginnen (wanneer iemand net van een technische school komt) moeten ze heel enthousiast en gemotiveerd zijn. Geloof het of niet … de wil om te leren en te groeien met het bedrijf is waarschijnlijk even belangrijk voor je toekomstige werknemer als je diploma’s (nogmaals, dit is op beginnersniveau). Nogmaals, bedankt iedereen voor deze geweldige vragen die een persoon zou moeten stellen voordat hij in om het eender welke sector stapt.

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

130

8.3 Frans 8.3.1 Vocabulaire technique francais alignement arbre arbre plein arbre creux axe axe parallèle axe perpendiculaire boulon (de fixation) couple accouplement denture durée durée de démarrage durée d’enclenchement durée de service écart engrenage charge sur l’engrenage rupture de l’engrenage entraînement graisse graissage par barbotage huile fuite d’huile immersion inertie de la masse jauge (filetée) joint lubrification maintenance puissance (transférée) rapport réducteur refroidissement roulement jeu dans le roulement technique technique de durcissement technique de rectification transmission Elektro-Mechanica

néerlandais uitlijning as volle as holle as as evenwijdige as haakse as (bevestigings) bout koppel koppeling vertanding duur aanlooptijd inschakelduur bedrijfsduur afwijking tandwiel tandbelasting tandbreuk aandrijving vet spatsmering olie olielek indompeling massatraagheid peilstang (met schroefdraad) dichting smering onderhoud (overgebracht) vermogen verhouding tandwielkast koelvoorziening lager lager speling techniek hardingstechniek slijptechniek transmissie Schooljaar 2012-2013

6 TSO-EM-a

Taalintegratie

transmission par chaîne transmission par courroie usure vitesse tangentielle

131

Kettingtransmissie riemtransmissie slijtage omtreksnelheid

8.3.2 Texte technique Français Entraînements : dimensionnement, installation et maintenance Chaque machine est un assemblage de composants et de pièces standard conçus par le constructeur de machines. Le temps de mise sur le marché joue un rôle toujours plus important et les arrêts ou autres pannes sont à éviter comme la peste. Le concept d’une machine s’appuie en principe sur le choix judicieux des éléments d’entraînement et sur un mariage harmonieux de tous les composants de cet entraînement. Les entraînements sont donc une donnée indispensable dans l’industrie: ils fournissent l’énergie qui fait tourner la machine et, de plus, à la vitesse exacte. Le dimensionnement, l’installation et la mise en service d’un entraînement sont tout aussi importants que la maintenance. Les réducteurs, construits selon les technologies actuelles, sont nettement plus compacts que les anciennes générations de réducteurs. Le recours à de nouveaux matériaux et techniques de denture, à savoir les techniques de durcissement et de rectification, a rendu cette compacité possible. Citons quelques chiffres: pour un même couple, un réducteur standard actuel pèse 70% de moins et est 40% plus compact qu’un réducteur fabriqué voici quarante ans (dans notre exemple 21 kNm). Le poids du roulement pèse toutefois 25% de plus. Il va de soi que les exigences posées aux roulements et en matière de lubrification sont nettement plus élevées. Cette tendance contribue à déterminer une politique d’entretien qui diffère, très logiquement, de celle des anciennes générations de réducteurs. L’entretien préventif doit tenir compte de cette tendance et adapter sa politique en conséquence. Contrairement aux roulements, les engrenages et axes industriels sont dimensionnés pour bénéficier d’une durée de vie infinie. Si le réducteur est bien entretenu, il ne sera pas nécessaire de remplacer les engrenages. Mais c’est là que le bât blesse. Le moment opportun du remplacement des roulements n’est pas chose facile à évaluer. Avec les nouvelles technologies de denture, les engrenages sont rectifiés pour supporter un maximum d’effort à pleine charge, en tenant compte de la flexion de l’axe. Si les roulements n’assurent pas correctement leur travail en raison d’une usure, la charge locale sur l’engrenage s’accroît. L’utilisation d’engrenages durcis peut alors provoquer une rupture de l’engrenage, engendrant des frais énormes. Le mauvais fonctionnement d’un réducteur ne doit pas toujours être imputé à l’utilisateur. Le constructeur peut également être à l’origine de cette défaillance. Si la panne survient rapidement, il se peut que le réducteur n’ait pas été dimensionné Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

132

correctement ou que les conditions d’utilisation aient été sous-estimées. La pression exercée par la concurrence a également pu inciter à l’utilisation d’un réducteur trop juste. Dans ce cas, la révision du réducteur n’a aucun sens. Mais regardons d’abord les différentes étapes du cycle de vie de l’entraînement. Nous distinguons 6 étapes de base dans le cycle de vie de l’entraînement: - la sélection - la livraison et le stockage - le montage et l’installation - la mise en service - l’utilisation et la maintenance - le remplacement, la révision ou la reparation Sélection du réducteur Différents aspects interviennent dans cette étape. Sélectionner un réducteur consiste à rechercher un équilibre entre les exigences de l’application et les possibilités du réducteur. Pour connaître ses possibilités, nous nous basons principalement sur les normes de calcul internationales et le savoir-faire du fabricant de réducteurs et du constructeur de machines. En ce qui concerne la charge à entraîner, il est important de connaître la nature de la machine, la durée de service, la puissance nécessaire et la vitesse. Il faut également tenir compte du nombre de démarrages par heure, de la durée d’enclenchement, de la durée de démarrage et du moment d’inertie de la masse. En outre, les charges (radiales/axiales) exercées sur les extrémités des axes par des transmissions par courroie, par chaîne ou autres doivent être contrôlés. Il est important de connaître le type de moteur et la vitesse de la machine ou du moteur d’entraînement. Il peut s’agir d’un moteur électrique à démarrage direct, à vitesse variable avec démarrage progressif ou d’un moteur thermique. De nombreuses possibilités donc. Sur la base des données récoltées ci-dessus, un facteur de service (service factor ou SF) peut être déterminé. Ces facteurs de service sont repris dans des listes de classification des charges à entraîner les plus fréquentes. Ils se basent sur l’expérience reprise dans AGMA, ISO et Din et sur les expériences des fabricants de réducteurs. Le produit de la puissance transférée et du facteur de service doit toujours être inférieur à la puissance nominale du réducteur. Pour nous permettre maintenant de déterminer le bon réducteur, il est important d’effectuer les choix suivants: - Rapport, éventuellement l’écart maximal acceptable - Configurations possibles: axes parallèles ou perpendiculaires, arbres pleins ou creux à rotation lente, horizontaux ou verticaux... Nous ne pouvons surtout pas oublier les facteurs environnementaux afin de déterminer les options. De fréquentes erreurs sont commises à ce niveau. Dans un environnement très poussiéreux, il faut attacher une importance particulière aux

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

133

joints (par ex. joint labyrinthe…) et à la ventilation. Dans un environnement très humide, il faut faire attention à la peinture, à la ventilation… Ensuite, il y a aussi la température ambiante, la protection solaire… La température ambiante détermine aussi la nécessité d’un refroidissement supplémentaire comme: ventilateurs, refroidissement à eau / huile, refroidissement à air / huile, serpentin de réfrigération. La compacité, et par conséquent la réduction de l’espace de refroidissement sans cesse croissante des réducteurs, rend de plus en plus importants des aspects tels que le refroidissement. Livraison et stockage La livraison et le stockage sont les prochaines étapes du cycle de vie du réducteur. En termes de maintenance, il est important de tenir compte des points suivants contre lesquels on pèche régulièrement: - ne jamais soulever le réducteur par les axes - stocker le réducteur dans un espace clos (à l’abri de la poussière et de l’humidité) - ne jamais ranger le réducteur/moteur à proximité de machines vibrantes car les vibrations risquent de provoquer des dégâts aux roulements. Montage / installation Il est conseillé de lire attentivement le mode d’emploi du fabricant lors du montage et de l’installation et de demander des explications en cas de doute. Utilisez des anneaux de levage et montez le réducteur en bonne position (horizontalement). Alignez ensuite le réducteur sur 3 points d’appui. Après l’alignement, les autres points d’appui doivent être corrects à 0,1 ou 0,2 mm prêt. Les accouplements mal alignés figurent parmi les erreurs fréquentes. Ils peuvent découler de la mise en service ou d’une fondation trop faible. Montez toujours le réducteur sur une base solide ou une fondation rigide afin d’éviter toute vibration. L’erreur d’alignement maximale admise pour l’accouplement dépend de l’organe d’accouplement. Si vous ne disposez d’aucune donnée, vous pouvez utiliser les valeurs indicatives suivantes : - angle S = 0,0005 X diamètre D - radial K = 0,0005 X diamètre D Mise en service Incroyable mais vrai: il arrive fréquemment dans la pratique que l’on oublie de mettre de l’huile dans le réducteur avant sa mise en service. Utilisez l’huile et/ou la graisse renseignée par le fournisseur. Avant de démarrer, contrôlez les niveaux d’huile et vérifiez la bonne lubrification de tous les points de graissage. Attention aux jauges filetées ! Un niveau d’huile trop faible endommage les engrenages et les roulements. Un niveau d’huile trop élevé provoque des fuites et une augmentation importante de la température de service. Remplacez ou filtrez la première huile après 100 à 800

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

134

heures de service afin d’éliminer toutes les impuretés du carter. En fonction des conditions de service, de la position de montage du réducteur et des vitesses tangentielles, différents systèmes de lubrification sont appliqués: - un graissage par barbotage - une lubrification par immersion des engrenages - les éclaboussures d’huile sont recueillies et envoyées vers les roulements au travers de canaux - lubrification de la pompe au moyen d’une moto-pompe ou d’une pompe accolée Il est conseillé d’appliquer un débit ou une détection de pression pour les lubrifications de pompes !!! Contrôlez l’éventuelle obstruction des ouies de ventilation: une mauvaise ventilation provoque des fuites d’huile. Si vous utilisez un dispositif antiretour, il faut absolument vérifier le sens de rotation afin d’éviter tout dégât pouvant se manifester à plus long terme. Dotez l’installation des capots de protection nécessaires ! Utilisation et maintenance La maintenance de base se réduit généralement au contrôle du niveau de l’huile, au remplacement régulier de l’huile, à la post-lubrification à l’aide de graisse et au nettoyage des ouies de ventilation et des éventuels filtres. Il est également conseillé d’inspecter périodiquement (tous les six à douze mois) les points suivants: - inspection de l’alignement et de l’état des éléments élastiques des accouplements - température du bain d’huile et température du roulement - état des joints ; un joint qui fuit peut indiquer un trop grand jeu dans le roulement ! - jeu dans le roulement (si possible) - état de la denture (si possible), à savoir arrachement, usure, bris de matériau - son et vibrations (toujours au même endroit et dans les mêmes conditions !!!) - ventilation et équipement de refroidissement - lubrification - contrôle des boulons de fixation - corrosion Il est également conseillé d’analyser un échantillon d’huile toutes les 4000 heures de service, surtout si la température de service est supérieure à 80°C ou si le réducteur est installé dans un environnement poussiéreux et humide. Les aspects visuels, à savoir la pureté, la couleur, les parties volatiles, l’odeur (odeur de brûlé par exemple) nous en disent déjà long sur l’état de l’huile. Une analyse en laboratoire est indiquée pour l’analyse de la viscosité, de l’oxydation, de la présence d’eau (max. 0,05%) et d’autres substances étrangères. Il est primordial d’assurer un suivi des inspections citées ci-dessus. Si les paramètres varient ou s’ils marquent un changement de tendance, il faut intervenir. Cela indique généralement un

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

135

accroissement du jeu dans le roulement. Un plus grand jeu dans le roulement engendre un mauvais engrènement des dents des engrenages, ce qui peut provoquer un bri d’engrenage. Il faut absolument éviter la cassure d’une dent car les dégâts qui s’ensuivent sont parfois impayables ou peu raisonnables sur le plan économique et l’acquisition d’un tout nouveau réducteur implique un sérieux surcoût. Remplacement, révision ou réparation Les changements de tendance doivent absolument être suivis car ils indiquent généralement (en cas de non modification de la charge) un problème de réglage ou de dégât de roulement. En intervenant à temps, les dégâts aux engrenages peuvent être évités. Si le réducteur ne fonctionne plus bien, il peut être révisé. La révision vaut souvent la peine. Parfois, il vaut toutefois mieux remplacer le réducteur. Le prix d’un nouveau réducteur par rapport au coût d’une révision sera dans ce cas déterminant. Ne pas oublier dans le calcul les éventuelles adaptations du châssis si le modèle n’est plus disponible. La révision peut être réalisée par l’utilisateur, par le fabricant ou par une société de service spécialisée. Les révisions sont de moins en moins réalisées par l’utilisateur. La plupart des sociétés se concentrent sur leur activité de base et se défont de leurs services de maintenance internes. La révision peut également être confiée au fabricant. Cette solution n’est parfois pas possible ou très difficile parce que le fabricant n’existe plus, parce qu’il n’effectue pas de révision ou encore, parce que les frais de transport s’avèrent trop élevés. Reste alors la société de service spécialisée. Les réducteurs actuels sont calculés et conçus pour une durée de vie infinie, du moins en ce qui concerne les engrenages et les axes. Si vous pouvez détecter (ou faire détecter) à temps l’usure des roulements et les remplacer en temps voulu tout en les montant intelligemment (ou les faire remplacer et monter) … alors, vous n’avez aucun souci à vous faire ! Avec tous nos remerciements à Geert Heyvaert de MGH 2002

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

136

8.3.3 Texte technique Néerlandais Aandrijvingen: dimensioneren, opstellen en onderhouden Elke machine is een samenbouw van door de machinebouwer ontworpen componenten en standaardstukken. Time-to-market speelt een steeds belangrijkere rol en stilstanden of andere pannes kan men missen als kiespijn. Het ontwerp van een machine steunt in principe dan ook op de juiste keuze in aandrijfelementen en op een harmonisch samengaan van alle aandrijfcomponenten. Aandrijvingen zijn dus een onmisbaar gegeven in de industrie: zij leveren de energie die de machine doet draaien en dat ook nog eens op exact het juiste toerental. Voor een aandrijving is de dimensionering, de opstelling, en de inbedrijfname minstens zo belangrijk als het onderhoud. Tandwielkasten, gebouwd volgens de nieuwe technologieën van vandaag, zijn veel compacter gebouwd dan de vorige generaties tandwielkasten. Dit kan dank zij het toepassen van nieuwe materialen en vertandingstechnieken nl. hardings- en slijptechnieken . Enkele cijfers: een standaard tandwielkast van vandaag weegt 70 % minder en is 40 % compacter dan een tandwielkast van 40 jaar geleden voor hetzelfde koppel ( in ons voorbeeld 21 kNm). Het lagergewicht is echter 25% meer . Het spreekt voor zich dat de eisen gesteld aan lagers en smering veel hoger zijn . Deze trend bepaalt mee de benadering van het onderhoud en is dus ook niet dezelfde als bij vorige generaties tandwielkasten. Bij preventief onderhoud dient met deze trend rekening gehouden te worden en is de benadering anders. In tegenstelling tot de lagers worden industriële tandwielen en assen berekend op een oneindige levensduur. Als de tandwielkast goed wordt onderhouden dan is het vernieuwen van tandwielen niet nodig. Daar wringt hem nu juist het schoentje. Tijdig vernieuwen van de lagers is niet eenvoudig te beoordelen. Door de nieuwe technologieën van vertanding is het zo dat de tandwielen geslepen worden om bij vollast zoveel mogelijk te dragen, dus rekening houdend met de doorbuiging van de as. Wanneer de lagers door slijtage niet correct dragen ontstaat verhoogde plaatselijke tandbelasting en door het gebruik van geharde tandwielen kan tandbreuk een gevolg zijn en dit betekent uiteraard zeer hoge kosten. Dat een tandwielkast niet goed werkt, is niet altijd de schuld van de gebruiker. De oorzaak kan ook bij de fabrikant liggen. Als de storing al na korte tijd optreedt, kan het zijn dat de tandwielkast niet juist bemeten is of dat de bedrijfsomstandigheden onderschat werden. Het kan ook dat omwille van concurrentiedruk een te krappe tandwielkast gebruikt werd. In dat geval is een revisie van een tandwielkast zinloos.

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

137

Maar laat ons eerst de verschillende stappen in een cyclus van de aandrijving bekijken: We hebben 6 basisstappen in de cyclus van de aandrijving: - selectie - levering en opberging - montage / installatie - inbedrijfstelling - gebruik en onderhoud - vervanging, revisie of herstelling. Selectie van de tandwielkast Hier spelen verschillende aspecten een rol. Een selectie van een tandwielkast is het evenwicht zoeken tussen wat de toepassing vereist en wat een tandwielkast aankan. Voor dit laatste baseren we ons hoofdzakelijk op de internationale berekeningsnormen en de know-how van de tandwielkastfabrikant en de machineconstructeur. Van het lastwerktuig is het belangrijk de aard van de machine, de bedrijfsduur, het afgenomen vermogen en het toerental te kennen. Daarnaast dient ook rekening gehouden te worden met het aantal aanlopen per uur, de inschakelduur, het aanloopkoppel, de aanlooptijd en het massatraagheidsmoment. Belastingen op aseinden (radiaal/axiaal) door riemtransmissies, kettingtransmissies of andere dient gecontroleerd te worden. Van de drijvende machine of motor is het belangrijk het soort motor te kennen en het toerental. Dit kan een elektrische motor zijn met directe aanloop, met variabel toerental, met een soft start of dit kan een verbrandingsmotor zijn. Tal van mogelijkheden dus. Op basis van voornoemde gegevens kan een bedrijfsfactor of service factor (SF) bepaald worden. Deze bedrijfsfactoren zijn in lijsten terug te vinden voor de classificatie van de meest voorkomende lastwerktuigen. Ze zijn gebaseerd op de ervaring volgens AGMA, ISO, Din en ervaringen van de tandwielkastfabrikanten. Het product van het overgebracht vermogen met de bedrijfsfactor moet steeds kleiner zijn dan het nominaal vermogen van de tandwielkast. Om ons nu toe te laten de juiste tandwielkast te determineren is het nog belangrijk dat we de volgende keuzes maken: - Verhouding, eventueel de maximaal aanvaardbare afwijking. - Configuratie, zoals daar zijn: evenwijdige assen of haakse assen, volle of holle langzaam draaiende assen, horizontaal of verticaal, enz… Wat we zeker niet mogen vergeten voor het bepalen van opties zijn de omgevingsfactoren. Hier worden regelmatig fouten tegen gemaakt. In een stofrijke omgeving dient men bijzondere aandacht te besteden aan dichtingen ( bijv. labyrintdichting) en ontluchting. In een vochtrijke omgeving besteden wij bijzondere aandacht aan verf, ontluchting, enz….

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

138

Daarnaast hebben we nog de omgevingstemperatuur, zonneafscherming enz.. Omgevingstemperatuur bepaalt ook mee of er bijkomende koeling noodzakelijk zal zijn zoals: ventilatoren, water/olie koeling, lucht/olie koeling, koelslang. Koeling is zeer belangrijk omwille van de trend dat tandwielkasten steeds compacter worden en daardoor ook minder oppervlakte hebben om te koelen. Levering en opberging De volgend stap in de cyclus van de tandwielkast is de levering en opberging. Met betrekking tot onderhoud is het belangrijk met volgende punten rekening te houden want hier wordt regelmatig tegen gezondigd: - til de tandwielkast nooit op bij haar assen. - stockeer een tandwielkast in een gesloten ruimte. (vocht- en stofvrij) - berg de tandwielkast/motor nooit in de buurt van trillende machines; anders treedt trillingschade aan de lagers op. Montage/ installatie Bij de montage en installatie is het aan te raden om de gebruiksaanwijzing van de fabrikant aandachtig te lezen en uitleg te vragen wanneer iets niet helemaal duidelijk is. Gebruik ook hijsogen en monteer de tandwielkast in de juiste (horizontale) positie. Lijn vervolgens de tandwielkast uit op 3 steunpunten. Na uitlijning moet men de andere steunpunten ondervullen tot 0,1 à 0,2 mm. Fouten die veel voorkomen zijn o.a. slecht uitgelijnde koppelingen. Dit kan reeds veroorzaakt worden bij de inbedrijfstelling maar ook door een te zwak gebouwde fundatie. Monteer de tandwielkast daarom op een stijve en stevige basis of fundering zodat er ook geen trillingen kunnen optreden. De maximaal toelaatbare uitlijnfout van de koppeling hangt af van het koppelingsorgaan. Indien geen gegevens beschikbaar zijn kunnen volgende richtwaarden worden gebruikt: S hoek = 0,0005 X diameter D K radiaal = 0,0005 X diameter D Inbedrijfstelling Ongelooflijk maar waar: het komt in de praktijk meermaals voor dat een tandwielkast zonder olie in bedrijf wordt gesteld . Gebruik ook olie en/of vet zoals aangegeven door de leverancier, en controleer vóór het starten de olieniveaus en ga na of alle smeerpunten gesmeerd zijn. Let op! peilstangen met schroefdraad. Te laag olieniveau geeft schade aan tandwielen en lagers

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

139

Te hoog olieniveau veroorzaakt lekken en te hoge bedrijfstemperatuur. Vervang of filter de eerste olie na 100 / 800 bedrijfsuren om onzuiverheden in carter te verwijderen. Afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden, de montagepositie van de tandwielkast en de omtreksnelheden worden verschillende smeersystemen toegepast: - spatsmering - smering door indompeling van tandwielen - opspattende olie wordt opgevangen en via kanalen naar de lagers gebracht - pompsmering door middel van aangebouwde of moto-pomp Bij pompsmeringen is het aangewezen een debiet of drukdetectie toe te passen!!! Controleer ontluchtingsstoppen; een slecht werkende ontluchting veroorzaakt olielekken. Bij gebruik van een teruglooprem is controle van de draaizin een must om schade, die zich op langere termijn kan manifesteren, te vermijden. Voorzie de installatie van de nodige beschermkappen! Gebruik en onderhoud Basisonderhoud beperkt zich meestal tot de controle van het olieniveau, het regelmatig verversen van de olie, het nasmeren met vet en het reinigen van de ontluchting en van de mogelijke filters. Daarnaast is het raadzaam periodiek (halfjaarlijks) het volgende te inspecteren: - inspectie van de koppeling(en) m.b.t. de uitlijning en de staat van elastische elementen - oliebadtemperatuur en lagertemperatuur. - staat van afdichtingen; een lekkende dichting kan duiden op een te grote lagerspeling! - lagerspeling (indien mogelijk) - draagbeeld en toestand van tandflanken. (indien mogelijk) nl. pitting, slijtage, materiaalbreuk - geluid en trillingen (steeds op dezelfde plaats en in dezelfde omstandigheden!!!!) - ventilatie en koelvoorzieningen - smering - controle bevestigingsbouten - roestvorming Het is eveneens raadzaam om na elke 4000 bedrijfsuren een oliemonster te ontleden, zeker indien de bedrijfstemperatuur hoger dan 80°C is of de tandwielkast opgesteld staat in een stoffige en vochtige omgeving. De visuele aspecten nl; zuiverheid, kleur, zwevende delen, reuk (bvb. verbrande reuk) vertellen ons al veel over de toestand van de olie. Een labo-analyse is aangewezen voor analyse van viscositeit, oxidatie, water (max 0.05%) en andere

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Taalintegratie

140

vreemde stoffen. Het is uiterst belangrijk een opvolging te doen van voorgenoemde inspecties. Indien de parameters wijzigen of er een trendwijziging is, dient er ingegrepen te worden. Meestal duidt dit op vergrote lagerspeling. Een vergrote lagerspeling veroorzaakt slechte ingrijping van de tandwielen met als mogelijk gevolg tandbreuk. Tandbreuk is absoluut te vermijden want de gevolgschade van een tandbreuk herstellen is soms onbetaalbaar of economisch niet meer verantwoord en de aanschaf van een volledig nieuwe tandwielkast betekent een behoorlijke meerkost. Vervanging, revisie of herstelling Trendwijzigingen dienen absoluut opgevolgd te worden, want meestal duidt dit (bij ongewijzigde belasting) op lagerinstellingsprobleem of lagerschade. Bij tijdige interventie kan tandwielschade vermeden worden. Wanneer de tandwielkast niet meer goed functioneert, kan er gereviseerd worden . In veel gevallen is een revisie nog de moeite waard. Soms kan het echter beter zijn de tandwielkast te vervangen. De prijs van een nieuwe tandwielkast t.o.v. een revisie is hier bepalend. De prijs van een nieuwe tandwielkast is inclusief aanpassingen van het chassis indien noodzakelijk wanneer het model niet meer beschikbaar is. Een revisie kan gebeuren door de gebruiker zelf, door de fabrikant of door een gespecialiseerd servicebedrijf. Een revisie door de gebruiker zelf gebeurt minder vaak dan in het verleden. De meeste bedrijven richten zich op hun hoofdactiviteit en bouwen eigen onderhoudsdiensten af. Een revisie kan dus ook gebeuren door de fabrikant, maar in sommige gevallen is dit niet altijd mogelijk of erg moeilijk, omdat de fabrikant niet meer bestaat of geen revisies uitvoert of omdat de transportkosten te hoog oplopen. Rest ons dus nog enkel het gespecialiseerde servicebedrijf. De huidige generatie tandwielkasten zijn berekend en gebouwd voor een oneindige levensduur, althans wat betreft de tandwielen en de assen. Wanneer U nu ook de lagerslijtage tijdig kan detecteren (of laten detecteren) en de lagers op tijd kan vervangen en oordeelkundig monteren (of laten vervangen en monteren) dan… draait de boel zonder zorgen! Met dank aan de heer Geert Heyvaert van MGH 2002

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Besluit

141

9 Besluit Toen we te weten kwamen dat ons GIP-project bestond uit het theoretisch en praktisch uitwerken van een windmolen was ik zeer gemotiveerd. Het maken van een windmolen is zeer hedendaags en iets waar er veel toekomst in zit. Ook was het in het begin tof dat het in samenwerking was met het KaHo. In het begin van het project was het wat afwachten wat er allemaal werd verwacht van ons. Bij Elektriciteit is alles zeer vlot verlopen. De heer Schrooten zei dat we eerst zelf een GIP-wijzer moesten samenstellen. Dit is wel heel moeilijk want normaal krijg je een GIP-wijzer. Hierin wordt er telkens door de leerkracht een datum vast gelegd voor het indienen van taken. Maar omdat wij in het begin nog niet wisten wat we allemaal zouden bespreken, was het dus moeilijk om zelf zo een GIP-wijzer op te stellen. Nadat we zijn begonnen met het opzoeken van heel wat informatie zouden we eindelijk kunnen beginnen aan het praktisch uitwerken van de generator. Maar aangezien we geen informatie over de generator krijgen van het KaHo of toch veel te laat, konden we met ons groepje van vier niet op tijd beginnen aan het maken van de generator en de windmolen. Maar door zelf en samen met de leerkrachten initiatieven te nemen, hebben we toch nog onze generator kunnen maken. Later kregen we als troost een Chinese windmolen die al gemaakt is. Ik vind dit maar een povere troost. Ik vind ook dat er veel te weinig tijd is voor het afwerken van alle technische tekeningen, dit komt omdat we ondertussen nog een ander project moesten afwerken voor technisch tekenen. Door in dit project te zitten heb ik wel super veel bijgeleerd. Niet alleen door de theoretische bundel maar ook in de praktijk. Ik ben blij dat ik deel kon uitmaken van het project. Guylian Cacquaert 4/06/2013

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Bronnenlijst

142

10 Bronnenlijst http://windeis.anl.gov/guide/basics/index.cfm http://www.mainpress.com/nederlands/dossier_automation/aandrijvingen_dimensionere n.htm http://www.windmolensite.be/ http://www.w3schools.com/ http://www.dagroengedoe.be/Ontwerp%20van%20een%20windmolen.pdf http://stro9.vub.ac.be/wind/windenergie_winstgevend.pdf http://profielwerkstukwindmolens.awardspace.com http://members.home.nl/jangiesen68/de_theorie_achter_de_windturbine.html http://www.at-aandrijftechniek.nl/nieuws/branche/3109/siemens-presenteertwindturbine-zonder-tandwielkast-.html

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Figurenlijst

143

11 Figurenlijst Figuur 1: ijzererts ...................................................................................................... 39 Figuur 2: kopermijn ................................................................................................... 39 Figuur 3:metallurgie van koper ................................................................................. 41 Figuur 4: bauxiet ....................................................................................................... 42 Figuur 5: Brinell ........................................................................................................ 43 Figuur 6: Vickers....................................................................................................... 45 Figuur 7: Rockwell .................................................................................................... 47 Figuur 8: Spoelenwikkelaar ...................................................................................... 52 Figuur 9: Klaar om te beginnen met wikkelen ........................................................... 53 Figuur 10: Een gewikkelde spoel .............................................................................. 54 Figuur 11: Flens........................................................................................................ 55 Figuur 12: huis van de generator .............................................................................. 56 Figuur 13: Houten mal .............................................................................................. 57 Figuur 14: Houten mal met magneten positionering ................................................. 57 Figuur 15: Generator assamblage ............................................................................ 58 Figuur 16: Spoelen in de gietmal .............................................................................. 58 Figuur 17: Windmolen .............................................................................................. 61 Figuur 18: Lift prinipe ................................................................................................ 64 Figuur 19: gravitatie fundering .................................................................................. 67 Figuur 20: tripod fundering........................................................................................ 68 Figuur 21: de jacket fundering .................................................................................. 69 Figuur 22: Jackup fundering ..................................................................................... 70 Figuur 23:Drijvende structuren ................................................................................. 71 Figuur 24:Gondel met alle onderdelen ..................................................................... 73 Figuur 25: alternator ................................................................................................. 77 Figuur 26: principe alternator werking ...................................................................... 81 Figuur 27:Sinussoïdale spanning ............................................................................. 82 Figuur 28: serie / parallel schakelen van spoelen ..................................................... 84 Figuur 29: Frequentie omvormers ............................................................................ 85 Figuur 30:blokschema omvormer ............................................................................. 85 Figuur 31: omvormen driefasen spanning dmv dioden ............................................. 86 Figuur 32: omvormen driefasen spanning dmv thyristoren ....................................... 87 Figuur 33: stroom regelaar ....................................................................................... 88 Figuur 34: spanning regelaars .................................................................................. 89 Figuur 35: chopper ................................................................................................... 89 Figuur 36: effectieve waarde na choppen ................................................................. 90 Figuur 37: dioden en thyristoren sturing ................................................................... 92 Figuur 38: belastings curve....................................................................................... 93

Elektro-Mechanica


6 TSO-EM-a

Figurenlijst

144

Figuur 39: temperatuur curve ................................................................................... 94 Figuur 40: 120°/180° invertor .................................................................................... 96 Figuur 41: sinusoidale PBM-invertor ......................................................................... 97 Figuur 42: principe vaan ........................................................................................... 99 Figuur 43: wind turbulentie bij gebouwen ............................................................... 101 Figuur 44: Kaart met isoventlijnen van België......................................................... 102 Figuur 45: fysische afmetingen windmolen ............................................................. 103 Figuur 46: snelheid in functie van de hoogte .......................................................... 103

Elektro-Mechanica


GEÏNTEGREEDE PROEF schooljaar Guylian Cacquaert Roy Paridaen

Recommend Documents