RU2333382C1 - Magnus effect amplification technique - Google Patents

Magnus effect amplification technique Download PDF

Info

Publication number
RU2333382C1
RU2333382C1 RU2006147254/06A RU2006147254A RU2333382C1 RU 2333382 C1 RU2333382 C1 RU 2333382C1 RU 2006147254/06 A RU2006147254/06 A RU 2006147254/06A RU 2006147254 A RU2006147254 A RU 2006147254A RU 2333382 C1 RU2333382 C1 RU 2333382C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blade
flow
rotors
magnus effect
rotor
Prior art date
Application number
RU2006147254/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Наталья Михайловна Комарова
Original Assignee
Наталья Михайловна Комарова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Наталья Михайловна Комарова filed Critical Наталья Михайловна Комарова
Priority to RU2006147254/06A priority Critical patent/RU2333382C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2333382C1 publication Critical patent/RU2333382C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Wind Motors (AREA)

Abstract

FIELD: electrical energy.
SUBSTANCE: the invention pertains to wind-power engineering and specifically to construction of windmills with a horizontal axis of rotation with use of the Magnus effect. The method of amplifying the Magnus effect is characterised by use of a wind wheel with a horizontal shaft and cowlings, radial blades in form of cylindrical rotors, actuators for rotating rotors and a generator, an electric motor for driving the rotors. Extra profiled planes are installed in the wind wheel in form of blades along each cylindrical rotor. The profiled planes make the rotors immoveable and fix their bottom part directly to the front part of the rotating cowling of the wind wheel and/or not less than 8 cuts are made on the perimeter of the cylindrical rotor along its length In the counter current flow direction, a front blade for splitting the stream, blade for compressing the stream in the direction of acceleration of the stream and a reactive blade are installed respectively. An extra blade for slowing down the incident flow can be installed on the side of the braking rotor zone In the stream compressor and/or reactive blade, and/or blade for slowing down incident flow, a special slit is formed. Cuts can be parabolic shaped
EFFECT: increased efficiency of the wind wheel on the Magnus effect by several times.
5 cl, 5 dwg.

Description

Область примененияApplication area

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к конструированию ветроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения с использованием эффекта Магнуса, и предназначено для усиления эффекта Магнуса.The invention relates to wind energy, and in particular to the construction of wind turbines with a horizontal axis of rotation using the Magnus effect, and is intended to enhance the Magnus effect.

Уровень техникиState of the art

Известны ВЭУ с горизонтальной осью вращения с радиальными лопастями в виде принудительно вращаемых цилиндров (роторов Магнуса // пат. СССР 10198, F03D 7/02, 1927; пат. США 4366386, F03В 5/00, F30D 7/06, 1982; заявка ФРГ 3246694, F03D 5/00, 1984; а.с. 1677366, F03D 1/02, СССР, 1991 и др.).Known wind turbines with a horizontal axis of rotation with radial blades in the form of forcibly rotated cylinders (Magnus rotors // Pat. USSR 10198, F03D 7/02, 1927; Pat. US 4366386, F03B 5/00, F30D 7/06, 1982; application of Germany 3246694, F03D 5/00, 1984; A.S. 1677366, F03D 1/02, USSR, 1991, etc.).

Основные недостатки этих ВЭУ - достаточно сложные приводы для вращения цилиндров, что удорожает изготовление и снижает надежность работы установки, а также невозможность практического применения их в водной среде на течении и в переносном виде.The main disadvantages of these wind turbines are quite complex drives for rotating the cylinders, which makes manufacturing more expensive and reduces the reliability of the installation, as well as the impossibility of their practical use in the aquatic environment during and in the portable form.

Известно устройство по патенту GB 248471 от 05.12.1924. Недостатком данного устройства следует считать отсутствие указаний на тип привода роторов от мотора, который выполнен по низкоэффективной червячной передаче крутящего момента, через полую громоздкую станину на конический редуктор. Такой принцип привода роторов приводит к возникновению обратной реакции ветроколеса, которая будет стремиться некоторое время, особенно на начальном этапе раскрутки, следовать за основным валом установки. Эта же сила будет присутствовать постоянно как вредная, забирающая часть энергии раскрутки на себя. При этом в устройстве не указаны принципы отбора крутящего момента.A device is known according to patent GB 248471 dated 05/05/1924. The disadvantage of this device should be considered the lack of indications of the type of rotor drive from the motor, which is made by low-efficiency worm gear transmission of torque through a hollow bulky frame to a bevel gear. This principle of rotor drive leads to a backward reaction of the wind wheel, which will tend for some time, especially at the initial stage of promotion, to follow the main shaft of the installation. The same force will be constantly present as a harmful, taking away part of the promotion energy for oneself. However, the device does not indicate the principles of torque selection.

Известно устройство по патенту DE 3800070 A1 от 13.07.1989. Недостатком данного типа установки, работающей на принципе раскрутки роторов от встроенного спирального ускорителя, поток которого высвобождается через выпускные окна на концах цилиндров, следует считать то обстоятельство, что мощность установки такого типа будет достаточно низкой, т.к. раскрутка роторов от энергии ветра малоэффективна.A device is known according to patent DE 3800070 A1 dated 07/13/1989. The disadvantage of this type of installation, working on the principle of spinning the rotors from the built-in spiral accelerator, the flow of which is released through the exhaust windows at the ends of the cylinders, should be considered the fact that the power of the installation of this type will be quite low, because the promotion of rotors from wind energy is ineffective.

Известно устройство по патенту UA 63018 C2 от 15.01.2004. Недостатком является то, что для раскрутки роторов ветроколеса промышленного типа, когда необходимо достижение большого крутящего момента, данное устройство не эффективно, т.к. во-первых, автоматически возрастает громоздкость подобных конструкций при увеличении размеров ветроустановки, во-вторых, возникает вредная парусность, которая недопустима при шквалистых ветрах. Такие установки при ураганных ветрах становятся огромным парусом, и их конструкция может не выдержать напора воздуха. Кроме того, значительное усложнение конструкции приведет к повышению материалоемкости и цене всей установки. Чем больше деталей в конструкции, тем больше ее сложность и вероятность отказов. Установки такого типа пригодны только в качестве маломощных ветрогенераторов.A device is known according to the patent UA 63018 C2 from 01/15/2004. The disadvantage is that for the promotion of industrial-type wind wheel rotors, when it is necessary to achieve high torque, this device is not effective, because firstly, the bulkiness of such structures automatically increases with an increase in the size of a wind turbine, and secondly, harmful windage occurs, which is unacceptable in squally winds. Such installations in hurricane winds become a huge sail, and their design may not withstand the air pressure. In addition, a significant complication of the design will lead to an increase in material consumption and the price of the entire installation. The more details in the design, the greater its complexity and probability of failure. Installations of this type are suitable only as low-power wind generators.

Известно устройство по патенту DE 3501807 A1 от 24.07.1986. Недостатком данного типа устройства является то, что сам способ раскрутки роторов в плане работоспособности находится под большим сомнением, т.к. есть некоторые противоречия в использовании эффекта Магнуса в данной конструкции.A device is known according to patent DE 3501807 A1 dated 07.24.1986. The disadvantage of this type of device is that the very method of spinning the rotors in terms of performance is in great doubt, because There are some contradictions in the use of the Magnus effect in this design.

Известно устройство по патенту AU 573400. Недостатком данного типа устройства следует считать то, что привод раскрутки роторов приводит во вращение и саму установку. У установки нет силовых элементов, предотвращающих вибрацию роторов. Приведены некоторые варианты раскрутки роторов, однако не предложена конкретная схема.A device is known according to patent AU 573400. A disadvantage of this type of device should be considered that the rotor spin drive drives the installation itself. The installation has no power elements that prevent vibration of the rotors. Some options for the promotion of rotors are presented, but a specific scheme is not proposed.

К близкому аналогу следует отнести устройство по патенту US 4366386 от 28.12.1982. Недостатком данного типа устройства является максимальное усложнение конструкции при помощи огромного количества дифференциалов и систем шестеренок. В заявляемом устройстве этот момент обойден одним простым решением: электропривод роторов установлен непосредственно на редукторе самих роторов, максимально быстро и без потери энергии передавая крутящий момент.A close analogue should include the device according to patent US 4366386 from 12.28.1982. The disadvantage of this type of device is the maximum complexity of the design using a huge number of differentials and gear systems. In the inventive device, this moment is circumvented by one simple solution: the electric rotor drive is installed directly on the gearbox of the rotors themselves, transmitting torque as quickly as possible and without loss of energy.

К недостаткам всех вышеупомянутых аналогов следует отнести тот факт, что ни один из авторов данных патентов не выразил основную теоретическую сущность эффекта Магнуса, а именно то, что в его принципе скрыта очень неприметная деталь: взаимосвязь (по закону Бернулли) между статическим и динамическим давлениями на поверхности роторов. С помощью скоростного напора (pv2/2) в заявляемом способе происходит управление изменением «оболочки» - давления воздуха на ротор, то есть статической структуры.The disadvantages of all the aforementioned analogs include the fact that none of the authors of these patents expressed the main theoretical essence of the Magnus effect, namely, that a very inconspicuous detail is hidden in its principle: the relationship (according to Bernoulli's law) between static and dynamic pressures rotor surfaces. Using the dynamic pressure (pv 2/2) in the claimed method occurs change control "shell" - air pressure on the rotor, i.e. the static structure.

Технический результатTechnical result

В заявляемом изобретении достигается усиление эффекта Магнуса.In the claimed invention, an increase in the Magnus effect is achieved.

Достижение результатаAchievement of a result

Данный технический результат в способе усиления эффекта Магнуса, характеризующемся использованием ветроколеса с горизонтальным валом и обтекателем, радиальных лопастей в виде цилиндрических роторов, приводов для вращения роторов и электрогенератора, электродвигателя привода роторов, достигается за счет того, что устанавливают дополнительные профилированные плоскости в виде лопасти вдоль каждого цилиндрического ротора, которые по отношению к самим роторам делают неподвижными и крепят с корневой стороны непосредственно к передней части вращающегося обтекателя ветроколеса и/или по периметру окружности цилиндрического ротора вдоль его длины выполняют выемки в количестве не менее 8.This technical result in a method of enhancing the Magnus effect, characterized by the use of a wind wheel with a horizontal shaft and a cowl, radial blades in the form of cylindrical rotors, drives for rotating rotors and an electric generator, an electric motor for driving rotors, is achieved by installing additional profiled planes in the form of a blade along each cylindrical rotor, which with respect to the rotors themselves are made stationary and fastened from the root side directly to the front h The parts of the rotating fairing of the wind wheel and / or along the circumference of the circumference of the cylindrical rotor along its length make recesses in an amount of at least 8.

Концевые части лопастей закрепляют и фиксируют в посадочных ложементах между двумя пластинами, на которых по ходу движения встречного потока устанавливают, соответственно, лопасть переднего рассекателя потока, лопасть уплотнителя потока со стороны ускорения потока и реактивную лопасть.The end parts of the blades are fixed and fixed in the landing lodges between two plates, on which, in the direction of the oncoming flow, a blade of the front flow divider, a blade of the flow seal on the side of flow acceleration and a jet blade are installed.

Дополнительно со стороны зоны торможения ротора устанавливают лопасть торможения набегающего потока.Additionally, from the side of the braking zone of the rotor, a free flow braking blade is installed.

В уплотнителе потока и/или реактивной лопасти, и/или лопасти торможения набегающего потока образуют специальные щели таким образом, чтобы достигалась возможность всасывания дополнительной порции воздуха либо предотвращения более раннего возникновения зоны срыва потока воздуха.In the seal of the flow and / or jet blade and / or the brakes of the inlet of the incoming flow form special gaps so that it is possible to suck in an additional portion of air or to prevent the earlier occurrence of a zone of stall air flow.

Выемки выполняют имеющими параболическую форму.The recesses have a parabolic shape.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На Фиг.1 показано общее конструктивное устройство ветроколеса (вид спереди).Figure 1 shows the General structural device of the wind wheel (front view).

На Фиг.2 показано конструктивное устройство и расположение и форма неподвижных лопастей (вид сбоку), а также принцип действия набегающего потока на конструкции ветроколеса, где 1 - основной вал ветроколеса установки, 2 - вал ротора, 3 - обтекатель ветроустановки, 4 - цилиндр-ротор, 5 - пластина для закрепления неподвижных лопастей и рассекателя потока, 6 - лопасть переднего рассекателя потока, 7 - лопасть уплотнителя потока, 8 - реактивная лопасть, 9 - лопасть торможения набегающего потока, 10 - аэродинамическое кольцо или кольцо, состоящее из частей его окружности, соединенное между участками дюралевыми трубками со встроенными антивибраторами (аэродинамический антивибратор), 12 - щели в лопастях.Figure 2 shows the constructive device and the location and shape of the fixed blades (side view), as well as the principle of the free flow on the structure of the wind wheel, where 1 is the main shaft of the wind wheel of the installation, 2 is the rotor shaft, 3 is the fairing of the wind turbine, 4 is the cylinder rotor, 5 - a plate for fixing fixed blades and a flow divider, 6 - a front flow divider blade, 7 - a flow compactor blade, 8 - a reactive blade, 9 - an incoming flow braking blade, 10 - an aerodynamic ring or a ring consisting of parts of its about a circle connected between sections by duralumin tubes with built-in antivibrators (aerodynamic antivibrator), 12 - slots in the blades.

На Фиг.3 показана условная струйка, объясняющая принцип распределения скорости и давления воздуха в зависимости от входного и выходного сечения струи.Figure 3 shows a conventional trickle explaining the principle of the distribution of air velocity and pressure depending on the inlet and outlet sections of the jet.

На Фиг.4 показан принцип образования воздушных потоков при работе установки только с способом усиления эффекта Магнуса за счет выемок на цилиндрах.Figure 4 shows the principle of formation of air flows during operation of the installation only with a method of enhancing the Magnus effect due to the notches on the cylinders.

На Фиг.5 показаны возможные варианты выполнения выемок в цилиндрическом роторе.Figure 5 shows possible embodiments of the recesses in a cylindrical rotor.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Основным элементом ветроустановки, работающей на основе эффекта Магнуса, является цилиндрический ротор (4) сложной формы (см. Фиг.1, 2).The main element of a wind turbine operating on the basis of the Magnus effect is a cylindrical rotor (4) of complex shape (see Figure 1, 2).

Каждый цилиндр (4) ротора крепится на оси вращения (2), исходящей от редуктора с шестернями конического типа. Само крепление роторов к осям вращения, как и многая доля компонующих деталей и механизмов, не является предметом защиты настоящего изобретения и на чертежах не показана.Each cylinder (4) of the rotor is mounted on the axis of rotation (2), coming from the gearbox with bevel gears. The fastening of the rotors to the axes of rotation, as well as a large proportion of component parts and mechanisms, is not the subject of protection of the present invention and is not shown in the drawings.

Крутящий момент, создаваемый раскрученным цилиндром, дает крутящий момент на порядок больший, чем лопасть обычного винта ветроустановки. Более того, изменение формы поверхности крутящегося цилиндра дает увеличение КПД ветроколеса на эффекте Магнуса в несколько раз.The torque created by the untwisted cylinder gives the torque an order of magnitude greater than the blade of a conventional wind turbine propeller. Moreover, a change in the shape of the surface of a rotating cylinder gives a several-fold increase in the efficiency of the wind wheel on the Magnus effect.

Это объясняется физическими законами уравнений неразрывности струйки воздушного потока (см. Фиг.3) (постоянства расхода воздуха) - уравнением аэродинамики, вытекающим из основных законов физики (сохранение массы и энергии) и устанавливающим взаимосвязь между плотностью, скоростью и площадью поперечного сечения струи воздушного потока.This is explained by the physical laws of the equations of continuity of the air stream stream (see Figure 3) (constant air flow) - the aerodynamics equation arising from the basic laws of physics (conservation of mass and energy) and establishing the relationship between the density, speed and cross-sectional area of the air stream stream .

При рассмотрении его принимают условие, что изучаемый воздух не обладает свойством сжимаемости (см. Фиг.3).When considering it, the condition is accepted that the air under study does not have the compressibility property (see Figure 3).

В струйке переменного сечения, через сечение I протекает за определенный промежуток времени секундный объем воздуха. Этот объем равен произведению скорости воздушного потока на поперечное сечение F.In a trickle of variable section, a second volume of air flows over section I over a certain period of time. This volume is equal to the product of the air velocity and the cross section F.

Секундный массовый расход воздуха m равен произведению секундного расхода воздуха на плотность воздушного потока струйки ρ. Согласно закону сохранения энергии масса воздушного потока m1, протекающего через сечение I (F1), равна массе m2 данного потока, протекающего через сечение F2, при условии, если воздушный поток установившийся: то есть m1=m2=const, m1·F1·V1=m2·F2·V2=const.The second mass air flow rate m is equal to the product of the second air flow rate by the density of the stream air stream ρ. According to the law of energy conservation, the mass of the air stream m1 flowing through section I (F1) is equal to the mass m2 of this stream flowing through section F2, provided that the air flow is steady: that is, m 1 = m 2 = const, m 1 · F 1 · V 1 = m 2 · F 2 · V 2 = const.

Это уравнение называется уравнением неразрывности струи воздушного потока струйки.This equation is called the continuity equation of a stream of air stream of a stream.

Так как мы рассматриваем несжимаемый воздушный поток, где плотность струи ρ1, сечения F1, равна плотности струи ρ2, сечения F2, то есть ρ12=const, то уравнение можно записать в следующем виде: F1·V1=F2·V2=const.Since we are considering an incompressible air flow, where the density of the jet ρ 1 , section F 1 , is equal to the density of the stream ρ 2 , section F 2 , that is, ρ 1 = ρ 2 = const, the equation can be written in the following form: F 1 · V 1 = F 2 · V 2 = const.

Теперь обратимся к принципу обтекания цилиндра. Если прочертить цилиндр в двух проекциях: при виде его в плане «по длине» и с торца, то получим следующую математическую картину.Now we turn to the principle of flow around a cylinder. If we draw a cylinder in two projections: when we see it in plan “in length” and from the end, we get the following mathematical picture.

Согласно вышесказанному (см. Фиг.3, 4) видно, что мощность ветроустановок на основе эффекта Магнуса зависит не только от диаметра ветроколеса, но и зависит от диаметра самого цилиндра.According to the foregoing (see Figs. 3, 4) it can be seen that the power of wind turbines based on the Magnus effect depends not only on the diameter of the wind wheel, but also depends on the diameter of the cylinder itself.

Динамика изменения статического давления и скоростного напора показывает, что статическое давление на полуроторе, с разгоном скоростного потока, падая примерно в 20 раз, изменяет свое значение по сложной кривой. Она соразмерна тенденции изменения кривизны, образующей цилиндр. При этом динамическое давление изменяется примерно в 400 раз. Такая картина изменения давления имеет сложность вычисления еще и потому, что угол встречи скоростного потока с ламинарным слоем все время меняется. При этом круговой вектор ламинарного потока, касаясь по нормали к рассматриваемой точке, все время изменяет угол по отношению к вектору скоростного потока, до вершины ускорения динамики. До вершины он уменьшается, а затем, перевалив ее, увеличивается. Но здесь тенденция скоростного потока изменяется не потому же закону, как до достижения своего максимального значения (см. Фиг.4, от зоны р1-р2, до зоны р3-р4 и далее, к зоне р8-р9-р10).The dynamics of changes in static pressure and pressure head shows that the static pressure on the half-rotor, with the acceleration of the speed flow, falling about 20 times, changes its value along a complex curve. It is commensurate with the tendency to change the curvature forming the cylinder. In this case, the dynamic pressure changes approximately 400 times. Such a picture of the pressure change has the difficulty of calculating also because the angle of the velocity stream meeting with the laminar layer changes all the time. In this case, the circular vector of the laminar flow, touching along the normal to the point under consideration, constantly changes the angle with respect to the velocity flow vector, to the top of the dynamics acceleration. It decreases to the top, and then, having crossed it, increases. But here the trend of the high-speed flow does not change according to the law, as before reaching its maximum value (see Figure 4, from the zone p1-p2, to the zone p3-p4 and further, to the zone p8-p9-p10).

В аэродинамике обычного воздушного винта доказано, что скоростной напор получает свое максимальное значение на удалении от воздушного винта не менее, чем на 1/2 его диаметра. И лишь потом возникает обратная реакция потока. Появляется сила тяги. С обратной стороны полуротора величина изменения статики и динамики следующая. Набегающий поток тормозится вращающимся навстречу ламинарным потоком.In the aerodynamics of a conventional propeller, it has been proved that the high-speed pressure gets its maximum value at a distance from the propeller by at least 1/2 of its diameter. And only then does the reverse flow reaction occur. Traction appears. On the reverse side of the half-rotor, the magnitude of the change in statics and dynamics is as follows. The incoming flow is inhibited by a rotating laminar flow.

Вычислить теоретически величину торможения и саму зону (см. Фиг.3, зона р1-р7-р6-р12-р11-р10) невозможно. Необходима продувка в аэродинамической трубе.It is impossible to theoretically calculate the braking value and the zone itself (see Figure 3, zone p1-p7-p6-p12-p11-p10). Blowing in the wind tunnel is required.

Однако, основываясь на теории аэродинамики, можно с уверенностью предположить, что величина статического и динамического давления на ротор будет значительно выше при изменении формы поверхности ротора с гладкой на многогранную, а особенно в том случае, когда форма граней нелинейная.However, based on the theory of aerodynamics, we can confidently assume that the magnitude of the static and dynamic pressure on the rotor will be significantly higher when the surface shape of the rotor changes from smooth to multifaceted, and especially when the shape of the faces is non-linear.

Как вывод, на общий крутящий момент, создаваемый ротором-цилиндром, влияет не только скорость набегающего потока и размах ветроколеса, но и диаметр отдельно взятого цилиндра. Не меньшее значение имеет его продольная форма и форма сечения. Важным фактором также является и скорость вращения цилиндра.As a conclusion, the total torque created by the rotor-cylinder is affected not only by the speed of the incoming flow and the span of the wind wheel, but also by the diameter of a single cylinder. Equally important is its longitudinal shape and sectional shape. An important factor is also the speed of rotation of the cylinder.

При нелинейной форме граней скорость вращения ротора должна быть не менее скорости набегающего потока ветра, т.к. появляется эффект торможения потока за счет завихрения пограничного слоя. Скорость вращения ротора может регулироваться автоматически, путем снятия показаний датчика скорости ветра.With the non-linear shape of the faces, the rotor speed must be not less than the speed of the incoming wind flow, because a flow inhibition effect appears due to swirling of the boundary layer. The rotor speed can be automatically adjusted by reading the wind speed sensor.

Достижение заявляемого технического результата производится за счет того, что применяют дополнительные профилированные плоскости вдоль каждого цилиндра ротора, которые по отношению к самим роторам неподвижны.The achievement of the claimed technical result is due to the fact that apply additional profiled planes along each cylinder of the rotor, which are fixed relative to the rotors themselves.

Схема совмещения вращающегося цилиндра (4) с неподвижными лопастями (6, 7, 8, 9), которые прикреплены с корневой стороны непосредственно к передней части вращающегося обтекателя (3) ветроустановки, показана на Фиг.1 и 2.The combination of the rotating cylinder (4) with the fixed blades (6, 7, 8, 9), which are attached from the root side directly to the front of the rotating fairing (3) of the wind turbine, is shown in Figs. 1 and 2.

Концевые части этих лопастей (6, 7, 8, 9) прикреплены и зафиксированы в посадочных ложементах между двумя пластинами (5). На пластинах (5) по ходу движения встречного потока могут быть закреплены, соответственно: передний рассекатель потока (6), уплотнитель потока со стороны ускорения потока (7), служащий для расширения зоны охвата набегающего потока, его упорядочения и ускорения до очень значительных величин, а за уплотнителем потока может быть установлена реактивная лопасть (8), которая служит для создания дополнительной силы вращения всего ветроколеса. Дополнительно со стороны зоны торможения ротора может быть установлена лопасть торможения (9) набегающего потока, служащая для усиления торможения набегающего потока, расширения самой зоны турбулентности, так и для создания дополнительной силы вращения ветроколеса.The end parts of these blades (6, 7, 8, 9) are attached and fixed in the landing lodges between the two plates (5). On the plates (5) in the direction of oncoming flow, the following can be fixed: front flow divider (6), flow seal on the side of flow acceleration (7), which serves to expand the coverage area of the incoming flow, its ordering and acceleration to very significant values, and behind the flow seal, a jet blade (8) can be installed, which serves to create additional rotation force of the entire wind wheel. Additionally, from the side of the braking zone of the rotor, a free-wheel braking blade (9) can be installed, which serves to enhance braking of the free-flow, expanding the turbulence zone itself, and to create additional rotation force of the wind wheel.

Все лопасти (7, 8, 9), за исключением переднего рассекателя (6), могут быть выполнены со специальными щелями (12) (см. Фиг.2), которые способствуют либо всасыванию дополнительной порции воздуха, либо предотвращению более раннего возникновения зоны срыва потока.All blades (7, 8, 9), with the exception of the front divider (6), can be made with special slots (12) (see Figure 2), which either contribute to the absorption of an additional portion of air or to prevent an earlier occurrence of the stall zone flow.

Каждая из лопастей (6, 7, 8, 9) может использоваться как по отдельности, так и все лопасти одновременно. В последнем случае усиление эффекта Магнуса становится максимальным. Лопасти могут в некоторых случаях крепиться непосредственно к аэродинамическому кольцу, при этом упрощается и сама конструкция ветроколеса, а комлевые части лопасти могут крепиться непосредственно к вращающейся части обтекателя.Each of the blades (6, 7, 8, 9) can be used both individually and all blades simultaneously. In the latter case, the amplification of the Magnus effect becomes maximum. In some cases, the blades can be attached directly to the aerodynamic ring, while the design of the wind wheel is simplified, and the butt parts of the blades can be attached directly to the rotating part of the fairing.

Таким образом, схема обтекания вращающегося ротора находит законченный вид максимально возможного использования кинетической энергии набегающего потока. Пределы использования воздушного потока в сторону малых значений резко расширяются, т.е. для малых ветряных зон, где скорость ветра не превышает 2-3 м/с, установки, с использованием заявляемого изобретения, становятся наиболее эффективны, в сравнении с ветроустановками классического типа.Thus, the flow pattern of a rotating rotor finds a complete view of the maximum possible use of the kinetic energy of the incoming flow. The limits of airflow use towards small values are expanding sharply, i.e. for small wind zones, where the wind speed does not exceed 2-3 m / s, installations using the claimed invention become most effective in comparison with classical type wind turbines.

А при скорости ветра порядка 10 м/с и более на раскрутку роторов потребление собственной энергии резко снижается, а КПД установки повышается.And at a wind speed of about 10 m / s or more for the spinning of rotors, the self-energy consumption decreases sharply, and the efficiency of the installation increases.

Кроме того, с использованием заявляемого изобретения становится возможным создавать малогабаритные ветроустановки больших мощностей.In addition, using the claimed invention, it becomes possible to create small-sized wind turbines of high power.

Усиление эффекта Магнуса дополнительно может быть обеспечено путем изменения формы вращающегося цилиндра ротора.Strengthening the Magnus effect can additionally be achieved by changing the shape of the rotating cylinder of the rotor.

Длина ротора находится в квадратной зависимости от диаметра всего ветроколеса. Тем не менее, можно получить еще одну зависимую величину, влияющую на общую мощность, которая присуща только активному методу обработки воздушного потока: зависимость мощности не только от размаха всего ветроколеса, но и от диаметра отдельно взятого цилиндра, а также от его формы. Объясняется это следующим образом (см. Фиг.4). При вращении цилиндра вязкий воздух «прилипает» к поверхности цилиндра, и прилегающие слои воздуха циркулируют вместе с вращающейся поверхностью цилиндра. Чем дальше от цилиндра отстоит набегающая масса воздуха, тем меньшую зависимость она имеет от вращающегося цилиндра. При этом поток начинает приобретать упорядоченную форму обтекания цилиндра, и его скоростные характеристики повышаются, т.е. скорость набегающего потока складывается со скоростью частиц воздуха непосредственно прилегающих к поверхности цилиндра. В итоге получается пограничный слой воздуха (смотри Фиг.4).The rotor length is in square proportion to the diameter of the entire wind wheel. Nevertheless, it is possible to obtain another dependent quantity that affects the total power, which is inherent only in the active method of processing air flow: the dependence of power not only on the magnitude of the entire wind wheel, but also on the diameter of a single cylinder, as well as on its shape. This is explained as follows (see Figure 4). When the cylinder rotates, viscous air “sticks” to the surface of the cylinder, and adjacent layers of air circulate along with the rotating surface of the cylinder. The farther away the incoming air mass is from the cylinder, the less dependent it is on the rotating cylinder. In this case, the flow begins to acquire an ordered shape around the cylinder, and its velocity characteristics increase, i.e. the speed of the incident flow is added to the speed of the air particles directly adjacent to the surface of the cylinder. The result is a boundary layer of air (see Figure 4).

Скорость воздуха внизу цилиндра меньше (здесь V2 набегающего потока вычитается при торможении ее пограничным слоем цилиндра), а значит, давление повышается.The air velocity at the bottom of the cylinder is less (here, V 2 of the incident flow is subtracted when it is decelerated by the boundary layer of the cylinder), which means that the pressure rises.

С обратной стороны скорость потока и цилиндра складывается, а это значит, что скорость повышается, что ведет к понижению давления. Из-за разности давлений возникает результирующая сила давления на цилиндр, который будет перемещаться в сторону меньшего давления, т.е. (в нашем случае) вверх.On the reverse side, the flow velocity and the cylinder add up, which means that the speed increases, which leads to a decrease in pressure. Due to the pressure difference, the resulting pressure force on the cylinder arises, which will move towards lower pressure, i.e. (in our case) up.

Исходя из вышеизложенного, если по периметру окружности цилиндра вдоль длины цилиндра будут образованы выемки, то будет обеспечен эффект усиления вращения ротора, будет обеспечен эффект как ускорения, так и торможения потока вокруг ротора-цилиндра, а изменение величины диаметра взаимосвязано с объяснением характеристик параметров согласно закону сохранения массы в условной струйке.Based on the foregoing, if recesses are formed along the circumference of the cylinder along the length of the cylinder, then the effect of enhancing the rotation of the rotor will be ensured, the effect of both acceleration and deceleration of the flow around the rotor-cylinder will be provided, and the change in the diameter value is interconnected with the explanation of the parameters according to the law mass conservation in a conventional trickle.

Таким образом, заявляемый результат по усилению эффекта Магнуса также может быть реализован путем использования цилиндра, содержащего по всему периметру окружности вдоль всей его длины выемки, как показано на Фиг.4.Thus, the claimed result of enhancing the Magnus effect can also be realized by using a cylinder containing along the entire circumference of the circumference along its entire length of the recess, as shown in Figure 4.

Размеры и форма выемок не принципиальны, но предпочтительно, чтобы выемки имели параболическую форму. Количество расположенных выемок по периметру окружности цилиндра зависит от значения скорости встречного потока ветра и может варьироваться от 8 и более, как показано на Фиг.5.The dimensions and shape of the recesses are not critical, but it is preferable that the recesses have a parabolic shape. The number of located recesses around the perimeter of the cylinder circumference depends on the value of the speed of the oncoming wind flow and can vary from 8 or more, as shown in Fig. 5.

Величина суммарного крутящего момента при использовании эффекта Магнуса в совокупности с неподвижными лопастями может быть выражена следующим образом:The magnitude of the total torque when using the Magnus effect in combination with fixed blades can be expressed as follows:

∑Мкр=Мкр.м.+Мкр.л.,∑Мкр = Мкр.m. + Мкрл.,

где Мкр.м. - величина крутящего момента, создаваемого чисто по эффекту Магнуса,where Mkr.m. - the magnitude of the torque created purely by the Magnus effect,

Мкр.л. - величина крутящего момента, создаваемого с помощью лопастей.Micr.l. - the magnitude of the torque generated by the blades.

В свою очередь, сила, создаваемая только площадью реактивной лопасти, определяется по формуле:In turn, the force created only by the area of the jet blade is determined by the formula:

Figure 00000002
где
Figure 00000002
Where

Сy - аэродинамический коэффициент;

Figure 00000003
- скоростной напор, S - площадь лопасти, из которой ясно, что основная составляющая этой силы - это (в нашем случае) величина скоростного напора, где скорости потока могут достигать сотен м/с, что выше штормовых значений.With y is the aerodynamic coefficient;
Figure 00000003
is the velocity head, S is the area of the blade, from which it is clear that the main component of this force is (in our case) the magnitude of the velocity head, where the flow velocity can reach hundreds of m / s, which is higher than storm values.

Величина силы, создаваемая лопастью сжимающего потока, определяется экспериментальным путем, т.к. величина скоростного напора имеет сложный характер образования и поведения между самой лопастью и вращающимся цилиндром. Кроме того, сама лопасть находится в режиме вращения, а это значит, что угол атаки набегающего потока имеет сложный характер.The magnitude of the force created by the blade of the compressive flow is determined experimentally, because the magnitude of the velocity head has a complex character of formation and behavior between the blade itself and the rotating cylinder. In addition, the blade itself is in rotation mode, which means that the angle of attack of the incoming flow is complex.

Принцип работыPrinciple of operation

Принцип работы энергоустановки, основанный на использовании эффекта Магнуса, заключается в следующем.The principle of operation of a power plant, based on the use of the Magnus effect, is as follows.

При включении электродвигателя (на чертежах не показан) его вращение передается на основной конический редуктор цилиндра (4) ротора или на ведомые шестерни приводов вала (2) ротора. Ведущая шестерня приводит во вращение ведомые шестерни с валами (2) роторов. При раскрутке роторов возникает эффект Магнуса.When the motor is turned on (not shown in the drawings), its rotation is transmitted to the main bevel gear of the rotor cylinder (4) or to the driven gears of the rotor shaft drives (2). The drive gear drives the driven gears with the shafts (2) of the rotors. When spinning the rotors, the Magnus effect occurs.

Принципиально сам эффект заключается в том, что при обтекании вращающегося цилиндра (4) возникает разность давлений (если смотреть на схему) над и под цилиндром.Fundamentally, the effect itself consists in the fact that when a stream flows around a rotating cylinder (4), a pressure difference arises (if you look at the diagram) above and below the cylinder.

Это обусловлено тем, что набегающий поток, совпадающий с направлением вращения цилиндра, накладывается на ламинарный слой воздуха на самом цилиндре. При этом скорость потока и скорость вращения цилиндра складываются, то есть общая скорость обтекания цилиндра увеличивается. С обратной стороны картина обратная.This is due to the fact that the incident flow, coinciding with the direction of rotation of the cylinder, is superimposed on the laminar layer of air on the cylinder itself. In this case, the flow rate and the cylinder rotation speed add up, that is, the total flow velocity of the cylinder increases. The reverse is the opposite.

В результате этого возникает сила, направленная вверх, т.е. в область меньшего давления. Это, в свою очередь, приводит во вращение ветроколесо.As a result of this, an upward force arises, i.e. in the area of less pressure. This, in turn, drives the wind wheel.

Крутящий момент, создаваемый раскрученным цилиндром, дает крутящий момент на порядок больший, чем лопасть обычного винта. Более того, изменение формы поверхности крутящегося цилиндра дает увеличение КПД ветроколеса на эффекте Магнуса в несколько раз.The torque created by the untwisted cylinder gives the torque an order of magnitude greater than the blade of a conventional screw. Moreover, a change in the shape of the surface of a rotating cylinder gives a several-fold increase in the efficiency of the wind wheel on the Magnus effect.

Claims (5)

1. Способ усиления эффекта Магнуса, характеризующийся использованием ветроколеса с горизонтальным валом и обтекателем, радиальных лопастей в виде цилиндрических роторов, приводов для вращения роторов и электрогенератора, электродвигателя привода роторов, отличающийся тем, что устанавливают дополнительные профилированные плоскости в виде лопасти вдоль каждого цилиндрического ротора, которые по отношению к самим роторам делают неподвижными и крепят с корневой стороны непосредственно к передней части вращающегося обтекателя ветроколеса и/или по периметру окружности цилиндрического ротора вдоль его длины выполняют выемки в количестве не менее 8.1. A method of enhancing the Magnus effect, characterized by the use of a wind wheel with a horizontal shaft and a cowl, radial blades in the form of cylindrical rotors, drives for rotating rotors and an electric generator, rotor drive electric motor, characterized in that additional profiled planes are installed in the form of a blade along each cylindrical rotor, which, in relation to the rotors themselves, are made stationary and fixed from the root side directly to the front of the rotating fairing of the windbreaker A groove and / or around the circumference of the circumference of the cylindrical rotor along the length of its grooves make notches in an amount of at least 8. 2. Способ усиления эффекта Магнуса по п.1, отличающийся тем, что концевые части лопастей закрепляют и фиксируют в посадочных ложементах между двумя пластинами, на которых по ходу движения встречного потока устанавливают, соответственно, лопасть переднего рассекателя потока, лопасть уплотнителя потока со стороны ускорения потока и реактивную лопасть.2. The method of enhancing the Magnus effect according to claim 1, characterized in that the end parts of the blades are fixed and fixed in the seat lodges between two plates, on which, in the direction of the oncoming flow, respectively, the blade of the front flow divider, the blade of the flow seal from the acceleration side are installed flow and jet blade. 3. Способ усиления эффекта Магнуса по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что дополнительно со стороны зоны торможения ротора устанавливают лопасть торможения набегающего потока.3. A method of enhancing the Magnus effect according to any one of claims 1 or 2, characterized in that, in addition, from the side of the braking zone of the rotor, a free flow braking blade is installed. 4. Способ усиления эффекта Магнуса по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что в уплотнителе потока, и/или реактивной лопасти, и/или лопасти торможения набегающего потока образуют специальные щели таким образом, чтобы достигалась возможность всасывания дополнительной порции воздуха либо предотвращения более раннего возникновения зоны срыва потока воздуха.4. The method of enhancing the Magnus effect according to any one of claims 1 or 2, characterized in that in the flow seal and / or reactive blade and / or the inlet flow brake vanes form special slots so that it is possible to suck in an additional portion of air or prevent the earlier occurrence of a zone of stall air flow. 5. Способ усиления эффекта Магнуса по п.1, отличающийся тем, что выемки выполняют имеющими параболическую форму.5. The method of enhancing the Magnus effect according to claim 1, characterized in that the recesses are made in a parabolic shape.
RU2006147254/06A 2006-12-29 2006-12-29 Magnus effect amplification technique RU2333382C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006147254/06A RU2333382C1 (en) 2006-12-29 2006-12-29 Magnus effect amplification technique

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006147254/06A RU2333382C1 (en) 2006-12-29 2006-12-29 Magnus effect amplification technique

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2333382C1 true RU2333382C1 (en) 2008-09-10

Family

ID=39866975

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006147254/06A RU2333382C1 (en) 2006-12-29 2006-12-29 Magnus effect amplification technique

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2333382C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2545173C1 (en) * 2014-02-21 2015-03-27 Игорь Борисович Шкурихин Wind-driven power plant
RU2660759C1 (en) * 2016-06-27 2018-07-09 Сергей Александрович Кобка Method of forcing horizontal-axial wind turbine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2545173C1 (en) * 2014-02-21 2015-03-27 Игорь Борисович Шкурихин Wind-driven power plant
RU2660759C1 (en) * 2016-06-27 2018-07-09 Сергей Александрович Кобка Method of forcing horizontal-axial wind turbine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6132181A (en) Windmill structures and systems
US5577882A (en) Unidirectional reaction turbine operable under reversible fluid flow
US20150147163A1 (en) Fluid turbine systems
Reupke et al. Slatted-blade Savonius wind-rotors
AU2005243553A1 (en) Wind turbine rotor projection
WO2011106256A2 (en) Vertical-axis wind turbine having logarithmic curved airfoils
Ragheb Wind energy conversion theory, betz equation
Kentfield Fundamentals/wind-driven water
US20180149134A1 (en) Fluid turbine semi-shroud and associated rotor blade dual-winglet design
CA3031326A1 (en) System and method for improving efficiency of turbine airfoils
RU2333382C1 (en) Magnus effect amplification technique
JPH0264270A (en) Impulse turbine with self-variable pitch guide vanes
Govardhan et al. Effect of guide vanes on the performance of a self-rectifying air turbine with constant and variable chord rotors
JPH11159433A (en) Hydraulic machinery
KR102055997B1 (en) Wind force generator having horizontal shaft
Govardhan et al. Numerical studies on performance improvement of self-rectifying air turbine for wave energy conversion
RU66787U1 (en) ROTOR-CYLINDER DEVICE IN A WIND POWER PLANT BASED ON THE MAGNES EFFECT
Suzuki et al. Influence of blade profiles on flow around Wells turbine
RU86257U1 (en) WIND POWER PLANT BASED ON THE MAGNES EFFECT
Kokubu et al. Effect of inner guide on performances of cross flow turbine
Qasim et al. Design of vertical axis wind turbine with movable vanes
RU2327898C1 (en) Power plant with active magnus effect-based wind treatment
JP7488584B2 (en) Omnidirectional Generator Unit
Fazlizan et al. Wind tunnel testing of 5-bladed H-rotor wind turbine with the integration of the omni-direction-guide-vane
RU2765312C1 (en) Flow optimization device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091230