RU2684068C1 - Wind power plant - Google Patents

Wind power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2684068C1
RU2684068C1 RU2017135870A RU2017135870A RU2684068C1 RU 2684068 C1 RU2684068 C1 RU 2684068C1 RU 2017135870 A RU2017135870 A RU 2017135870A RU 2017135870 A RU2017135870 A RU 2017135870A RU 2684068 C1 RU2684068 C1 RU 2684068C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cylinders
wind
wind wheel
horizontal axis
longitudinal axes
Prior art date
Application number
RU2017135870A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Владимирович Платонов
Алексей Сергеевич Гуревич
Александр Васильевич Атращенко
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "МАГНУС"
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 Общество с ограниченной ответственностью "МАГНУС" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "МАГНУС"
Priority to RU2017135870A priority Critical patent/RU2684068C1/en
Priority to PCT/RU2018/050126 priority patent/WO2019074405A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2684068C1 publication Critical patent/RU2684068C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D1/00Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06Rotors
    • F03D1/0601Rotors using the Magnus effect
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to the wind power engineering. Wind-driven power plant includes windwheel with horizontal axis of rotation and radially installed Magnus rotors in the form of cylinders rotating around their longitudinal axes from built-in drive, and electric generator, in which cylinders are installed so that longitudinal axes of cylinders intersect with horizontal axis of windwheel, wherein longitudinal axes of cylinders are arranged at an angle to plane normal to horizontal axis of windwheel, cylinders are equipped with fixed fixed tips on their outer ends.
EFFECT: invention is aimed at reduction of inductive resistance of rotating cylinders, as well as in increasing CMEV due to compression of wind flow to axis of windwheel and increasing effective area of captured wind flow.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике и касается ветроэнергетических установок (ВЭУ) с горизонтальным расположением оси ротора ветроколеса, в которых лопасти ветроколеса выполнены в виде цилиндров, вращающихся вокруг своей оси. Подъемная сила, действующая на цилиндры в поперечном потоке, возникает за счет эффекта Магнуса [1], который характеризуется появлением подъемной силы (силы Магнуса) при вращении цилиндра в поперечном потоке. Эта сила используется для вращения ротора ветроколеса, аналогично подъемной силе традиционной лопасти, но имеет гораздо большую величину.The invention relates to wind energy and relates to wind power plants (wind turbines) with a horizontal axis of the rotor of the wind wheel, in which the blades of the wind wheel are made in the form of cylinders rotating around its axis. The lifting force acting on the cylinders in the transverse flow occurs due to the Magnus effect [1], which is characterized by the appearance of the lifting force (Magnus force) when the cylinder rotates in the transverse flow. This force is used to rotate the rotor of the wind wheel, similar to the lifting force of a traditional blade, but has a much larger value.

Важной проблемой ветроэнергетики является использование сравнительно низких скоростей ветра, меньших 6-8 м/с, характерных для континентальных регионов. В частности, в России такие регионы составляют до 80% всей территории. Традиционные ВЭУ лопастного типа в таких условиях оказываются малоэффективными из-за малой подъемной силы лопасти и соответственно низкого крутящего момента ветроколеса [2].An important problem of wind energy is the use of relatively low wind speeds of less than 6-8 m / s, typical for continental regions. In particular, in Russia such regions comprise up to 80% of the entire territory. Traditional blade-type wind turbines under such conditions turn out to be ineffective due to the small lifting force of the blade and, accordingly, the low torque of the wind wheel [2].

Известно использование ВЭУ с вращающимися цилиндрами (роторами) вместо лопастей [3]. Действие таких ВЭУ основано на эффекте Магнуса, который выражается в возникновении поперечной силы, действующей на тело, вращающееся в набегающем на него потоке газа или жидкости. В соответствии с теоремой Жуковского, для цилиндра бесконечной длины, вращающегося в поперечном потоке воздуха, сила Магнуса, действующая на элемент его длины

Figure 00000001
равна:It is known to use wind turbines with rotating cylinders (rotors) instead of blades [3]. The action of such wind turbines is based on the Magnus effect, which is expressed in the appearance of a transverse force acting on a body rotating in a flow of gas or liquid running on it. In accordance with Zhukovsky’s theorem, for a cylinder of infinite length rotating in a transverse flow of air, the Magnus force acting on an element of its length
Figure 00000001
is equal to:

Figure 00000002
Figure 00000002

Здесь: ρ - плотность воздуха;

Figure 00000003
- вектор скорости набегающего потока воздуха;
Figure 00000004
- вектор циркуляции, создаваемой вращением цилиндра;
Figure 00000005
- вектор угловой скорости вращения цилиндра вокруг своей оси; R - радиус цилиндра; α - коэффициент, учитывающий отрывное обтекание цилиндра (для реальных систем в большинстве случаев α≤0.5); dm - масса воздуха, вытесненного элементом цилиндра.Here: ρ is the density of air;
Figure 00000003
- the air velocity vector;
Figure 00000004
- the vector of circulation created by the rotation of the cylinder;
Figure 00000005
- the vector of the angular velocity of rotation of the cylinder around its axis; R is the radius of the cylinder; α is a coefficient that takes into account the tear-off flow around the cylinder (for real systems, in most cases, α≤0.5); dm is the mass of air displaced by the cylinder element.

В работах [2, 4] представлены результаты экспериментальных исследований отдельно вращающегося цилиндра, а также ветроколеса в сборе с вращающимися цилиндрами в аэродинамической трубе. Показано, что основными параметрами, определяющими эффективность ветроколеса являются: скорость вращения цилиндров, приведенная к скорости набегающего потока θ=ωR/V; удлинение цилиндра, равное отношению его длины к диаметру λ=L/2R; диаметр концевой шайбы, препятствующей сходу потока с конца цилиндров, отнесенный к диаметру цилиндра С=dш/2R. Обнаружено, что оптимальные значения основных параметров составляют: θ≈4, λ≥12, С≤2. В таком оптимальном режиме сила Магнуса на порядок и более превосходит движущую силу лопасти. Это увеличивает крутящий момент ветроколеса и обеспечивает достаточно эффективную работу ВЭУ при низких скоростях ветра, начиная приблизительно с 2 м/с. Известно, что с уменьшением скорости ветра V мощность ВЭУ падает пропорционально V3. Однако такое снижение может быть в некоторой степени скомпенсировано увеличением диаметра ветроколеса, поскольку мощность ВЭУ растет пропорционально квадрату диаметра.In [2, 4], the results of experimental studies of a separately rotating cylinder, as well as a wind wheel assembly with rotating cylinders in a wind tunnel, are presented. It is shown that the main parameters that determine the efficiency of the wind wheel are: cylinder rotation speed, reduced to the flow velocity θ = ωR / V; elongation of the cylinder equal to the ratio of its length to diameter λ = L / 2R; the diameter of the end plate, preventing the flow from the end of the cylinders, referred to the cylinder diameter C = d W / 2R. It was found that the optimal values of the main parameters are: θ≈4, λ≥12, C≤2. In this optimal mode, the Magnus force is an order of magnitude or more greater than the driving force of the blade. This increases the torque of the wind wheel and provides a fairly efficient wind turbine at low wind speeds, starting from about 2 m / s. It is known that with decreasing wind speed V the power of the wind turbine decreases proportionally to V 3 . However, such a decrease can be somewhat offset by an increase in the diameter of the wind wheel, since the power of the wind turbine grows in proportion to the square of the diameter.

Сопротивление вращающегося цилиндра набегающему потоку в несколько десятков раз выше сопротивления лопасти аналогичных размеров. При этом основной вклад создает именно индуктивное сопротивление, пропорциональное отношению квадрата подъемной силы вращающегося цилиндра, деленной на его удлинение F2/λ [4]. При возрастании (от нуля) скорости вращения ветроколеса, в плоскости ветроколеса возникает ненулевая проекция силы сопротивления цилиндра, которая создает тормозящий ветроколесо момент сил. Таким образом, для эффективной работы ВЭУ на эффекте Магнуса необходимо принимать меры для уменьшения индуктивного сопротивления цилиндров. Значимое уменьшение индуктивного сопротивления может быть достигнуто увеличением λ, а так же оптимизацией формы цилиндров.The resistance of a rotating cylinder to the incident flow is several tens of times higher than the resistance of a blade of similar dimensions. In this case, the main contribution is made by the inductive resistance proportional to the ratio of the square of the lifting force of the rotating cylinder divided by its elongation F 2 / λ [4]. As the speed of rotation of the wind wheel increases (from zero), a nonzero projection of the cylinder drag force appears in the plane of the wind wheel, which creates a moment of forces that inhibits the wind wheel. Thus, for the efficient operation of a wind turbine based on the Magnus effect, it is necessary to take measures to reduce the inductive resistance of the cylinders. A significant decrease in inductance can be achieved by increasing λ, as well as by optimizing the shape of the cylinders.

Известен генератор ветряной энергии по патенту США №7504740, работающий с использованием эффекта Магнуса, содержащий ветроколесо с горизонтальным вращающимся валом для передачи момента силы от ветроколеса на электрогенератор. Ветроколесо содержит радиально установленные роторы Магнуса в виде цилиндров, привод вращения которых вокруг своей оси осуществляется при помощи электродвигателей. На внешних концах цилиндров установлены шайбы, препятствующие сходу закрученного потока с концов цилиндров и уменьшающие тем самым их индуктивное сопротивление. Поверхность цилиндров имеет спиральные ребра-шнеки с навивкой в направлении вращения цилиндров, обеспечивающие движение воздуха от концов цилиндров к оси ветроколеса для увеличения подъемной силы Магнуса. К недостаткам данного технического решения можно отнести значимые затраты энергии на вращение концевых шайб цилиндров и усложнение конструкции цилиндров из-за наличия ребер-шнеков.Known wind energy generator according to US patent No. 7504740, operating using the Magnus effect, comprising a wind wheel with a horizontal rotating shaft for transmitting a moment of force from the wind wheel to an electric generator. The wind wheel contains radially mounted Magnus rotors in the form of cylinders, the rotation drive of which around its axis is carried out using electric motors. Washers are installed on the outer ends of the cylinders, which prevent the swirling flow from the ends of the cylinders and thereby reduce their inductive resistance. The surface of the cylinders has spiral auger ribs with winding in the direction of rotation of the cylinders, ensuring the movement of air from the ends of the cylinders to the axis of the wind wheel to increase the lifting force of Magnus. The disadvantages of this technical solution include significant energy costs for the rotation of the end washers of the cylinders and the complexity of the design of the cylinders due to the presence of rib screws.

Известна ветроустановка по патенту РФ №2381380, содержащая ветроколесо с горизонтальной осью вращения и радиально установленными роторами Магнуса в виде цилиндров, каждый из которых выполнен с невращающейся корневой и вращающейся концевой частями с шайбой на конце, а также привод цилиндров и электрогенератор. Вращающаяся часть роторов выполнена из цилиндрической части с усеченным конусом на конце, основание которого обращено к цилиндру и имеет диаметр больше диаметра цилиндра, при этом цилиндрические и конические поверхности имеют спиральные ребра-шнеки, с навивкой в направлении вращения цилиндров, начиная от корневого их сечения до шайбы, обеспечивающие движение воздуха от концов цилиндров к оси ветроколеса.Known wind turbine according to the patent of the Russian Federation No. 2381380, containing a wind wheel with a horizontal axis of rotation and radially mounted Magnus rotors in the form of cylinders, each of which is made with a non-rotating root and rotating end parts with a washer at the end, as well as a cylinder drive and an electric generator. The rotating part of the rotors is made of a cylindrical part with a truncated cone at the end, the base of which is facing the cylinder and has a diameter larger than the diameter of the cylinder, while the cylindrical and conical surfaces have spiral ribs-screws, with winding in the direction of rotation of the cylinders, starting from their root section to washers that provide air movement from the ends of the cylinders to the axis of the wind wheel.

Данное техническое решение, как наиболее близкое к заявленному по техническому существу и достигаемому результату, принято в качестве прототипа.This technical solution, as the closest to the declared technical essence and the achieved result, was adopted as a prototype.

Данное конструктивное решение обеспечивает снижение индуктивного сопротивления цилиндров и улучшение их обтекания, приближая его к безотрывному, что позволяет уменьшить скорость вращения цилиндров и снизить соответствующие затраты мощности при сохранении числа оборотов и мощности ветроколеса. Недостатками данного технического решения является недостаточное снижение индуктивного сопротивления вращающихся цилиндров ветроколеса, что приводит к снижению коэффициента использования энергии ветра (КИЭВ). Кроме того, к недостаткам данного технического решения можно отнести значимые затраты энергии на вращение концевых шайб и конусов, а так же усложнение конструкции цилиндров из-за наличия ребер-шнеков и конусов.This constructive solution provides a decrease in the inductive resistance of the cylinders and an improvement in their flow around, bringing it closer to continuous, which makes it possible to reduce the rotation speed of the cylinders and reduce the corresponding power costs while maintaining the speed and power of the wind wheel. The disadvantages of this technical solution is the insufficient reduction of the inductive resistance of the rotating cylinders of the wind wheel, which leads to a decrease in the coefficient of use of wind energy (KIEV). In addition, the disadvantages of this technical solution include significant energy costs for the rotation of the end washers and cones, as well as the complexity of the design of the cylinders due to the presence of rib screws and cones.

Задача изобретения заключается в снижении индуктивного сопротивления вращающихся цилиндров ветроколеса, а также в повышении КИЭВ.The objective of the invention is to reduce the inductive resistance of the rotating cylinders of the wind wheel, as well as to increase the KIEV.

Сущность первого независимого объекта изобретения как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для решения вышеуказанной задачи изобретения.The essence of the first independent object of the invention as a technical solution is expressed in the following set of essential features, sufficient to solve the above objectives of the invention.

Согласно первому независимому объекту изобретения ветроэнергетическая установка, включающая ветроколесо с горизонтальной осью вращения и радиально установленными роторами Магнуса в виде цилиндров, вращающихся вокруг своих продольных осей от встроенного привода, и электрогенератор, характеризуется тем, что цилиндры установлены так, что их продольные оси лежат в плоскости, нормальной к горизонтальной оси ветроколеса, но не пересекаются с этой осью.According to a first independent object of the invention, a wind power installation comprising a wind wheel with a horizontal axis of rotation and radially mounted Magnus rotors in the form of cylinders rotating around their longitudinal axes from an integrated drive, and an electric generator, characterized in that the cylinders are mounted so that their longitudinal axes lie in a plane normal to the horizontal axis of the wind wheel, but do not intersect with this axis.

Кроме того, первый независимый объект изобретения характеризуется наличием ряда дополнительных факультативных признаков, а именно:In addition, the first independent object of the invention is characterized by the presence of a number of additional optional features, namely:

- цилиндры могут быть снабжены неподвижно укрепленными законцовками на их внешних торцах.- the cylinders can be equipped with fixed reinforced tips at their outer ends.

Сущность второго независимого объекта изобретения как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для решения вышеуказанной задачи изобретения.The essence of the second independent object of the invention as a technical solution is expressed in the following set of essential features, sufficient to solve the above objectives of the invention.

Согласно второму независимому объекту изобретения ветроэнергетическая установка, включающая ветроколесо с горизонтальной осью вращения и радиально установленными роторами Магнуса в виде цилиндров, вращающихся вокруг своих продольных осей от встроенного привода, и электрогенератор, характеризуется тем, что цилиндры установлены так, что продольные оси цилиндров пересекаются с горизонтальной осью ветроколеса, при этом продольные оси цилиндров размещены под углом к плоскости, нормальной к горизонтальной оси ветроколеса.According to a second independent object of the invention, a wind power installation comprising a wind wheel with a horizontal axis of rotation and radially mounted Magnus rotors in the form of cylinders rotating around their longitudinal axes from an integrated drive, and an electric generator, characterized in that the cylinders are mounted so that the longitudinal axes of the cylinders intersect with the horizontal the axis of the wind wheel, while the longitudinal axis of the cylinders are placed at an angle to a plane normal to the horizontal axis of the wind wheel.

Кроме того, второй независимый объект изобретения характеризуется наличием ряда дополнительных факультативных признаков, а именно:In addition, the second independent object of the invention is characterized by the presence of a number of additional optional features, namely:

- цилиндры могут быть снабжены неподвижно укрепленными законцовками на их внешних торцах.- the cylinders can be equipped with fixed reinforced tips at their outer ends.

Обеспечиваемый обоими вариантами изобретения, имеющими единый изобретательский замысел, технический результат заключается в том, что вращающиеся цилиндры Магнуса сжимают ветровой поток по направлению к оси ветроколеса, что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления вращающихся цилиндров, а также к повышению КИЭВ за счет сжатия ветрового потока к оси ветроколеса и увеличению эффективной площади захватываемого ветрового потока.Provided by both variants of the invention, having a single inventive concept, the technical result consists in the fact that the rotating Magnus cylinders compress the wind flow towards the axis of the wind wheel, which leads to a decrease in the inductive resistance of the rotating cylinders, as well as to an increase in KIEV by compressing the wind flow to the axis wind wheels and increase the effective area of the captured wind flow.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, на котором на фиг. 1 представлен первый вариант заявленного технического решения, на фиг. 2 - его второй вариант.The essence of the claimed technical solution is illustrated by the drawing, on which in FIG. 1 shows a first embodiment of the claimed technical solution, in FIG. 2 - its second option.

Первый вариант заявленной ВЭУ содержит ветроколесо 1 с горизонтальной осью вращения, которая может поворачиваться на неподвижной опоре 2 в направлении ветра. На ветроколесе 1 установлено не менее двух цилиндров Магнуса 3, вращающихся вокруг своих продольных осей от встроенных приводов (условно не показаны). Цилиндры 3 снабжены неподвижно укрепленными законцовками 4 на их внешних торцах. Продольные оси цилиндров 3 лежат в плоскости, нормальной к горизонтальной оси ветроколеса 1, но не пересекаются с этой осью. При направлении вектора скорости ветра

Figure 00000006
перпендикулярно плоскости, нормальной к горизонтальной оси ветроколеса 1, вектор угловой скорости вращения каждого цилиндра 3
Figure 00000007
направлен в центральную область ветроколеса 1. Тогда, с учетом (1) сила Магнуса
Figure 00000008
будет перпендикулярна продольным осям цилиндров 3, приводя к вращению ветроколеса 1 против часовой стрелки. Но возникновение силы Магнуса неминуемо влечет появление равной ей по модулю и противоположной по направлению силы
Figure 00000009
, с которой каждый вращающийся цилиндр 3 действует на ветровой поток. Вследствие выбранной ориентации цилиндров у силы
Figure 00000010
появляется ненулевая компонента
Figure 00000011
, направленная к горизонтальной оси ветроколеса 1. Таким образом, в данной конструкции каждый вращающийся цилиндр 3 сжимает ветровой поток по направлению к горизонтальной оси ветроколеса 1, что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления вращающихся цилиндров 3, а также к повышению КИЭВ за счет сжатия ветрового потока к оси ветроколеса 1 и увеличению эффективной площади захватываемого ветрового потока.The first version of the claimed wind turbine contains a wind wheel 1 with a horizontal axis of rotation, which can be rotated on a fixed support 2 in the direction of the wind. At least 2 Magnus 3 cylinders are installed on the wind wheel 1, rotating around their longitudinal axes from the built-in drives (not shown conditionally). The cylinders 3 are provided with motionlessly fixed tips 4 at their outer ends. The longitudinal axis of the cylinders 3 lie in a plane normal to the horizontal axis of the wind wheel 1, but do not intersect with this axis. When the direction of the wind speed vector
Figure 00000006
perpendicular to the plane normal to the horizontal axis of the wind wheel 1, the angular velocity vector of rotation of each cylinder 3
Figure 00000007
directed to the central region of the wind wheel 1. Then, taking into account (1), the Magnus force
Figure 00000008
will be perpendicular to the longitudinal axes of the cylinders 3, leading to the rotation of the wind wheel 1 counterclockwise. But the appearance of the Magnus force inevitably entails the appearance of equal in magnitude and opposite in direction of force
Figure 00000009
with which each rotating cylinder 3 acts on the wind flow. Due to the selected orientation of the cylinders, the force
Figure 00000010
non-zero component appears
Figure 00000011
directed to the horizontal axis of the wind wheel 1. Thus, in this design, each rotating cylinder 3 compresses the wind flow towards the horizontal axis of the wind wheel 1, which leads to a decrease in the inductive resistance of the rotating cylinders 3, as well as to an increase in the KIEV by compressing the wind flow to the axis of the wind wheel 1 and increase the effective area of the captured wind flow.

Второй вариант заявленной ВЭУ, содержит ветроколесо 1 с горизонтальной осью вращения, которая может поворачиваться на неподвижной опоре 2 в направлении ветра. На ветроколесе установлено не менее двух цилиндров Магнуса 3, вращающихся вокруг своих продольных осей от встроенных приводов (условно не показаны). Цилиндры 3 снабжены неподвижно укрепленными законцовками 4 на их внешних торцах. Продольные оси цилиндров 3 пересекаются с горизонтальной осью ветроколеса 1, но не лежат в плоскости, нормальной к оси ветроколеса 1, а составляют с ней угол А. При направлении ветра со скоростью

Figure 00000012
, вектор угловой скорости вращения каждого цилиндра 3
Figure 00000013
направлен к центру ветроколеса 1. В системе отсчета, связанной с ветроколесом 1 на элемент длины каждого цилиндра 3 действуют две компоненты силы Магнуса. Первая из них
Figure 00000014
, обусловлена векторным произведением скорости ветра
Figure 00000015
на вектор
Figure 00000016
. Вторая компонента силы Магнуса
Figure 00000017
обусловлена произведением вектора
Figure 00000018
на скорость
Figure 00000019
движения элемента длины цилиндра 3 в плоскости, нормальной к горизонтальной оси ветроколеса 1. Компонента скорости
Figure 00000020
возрастает с частотой вращения ветроколеса 1, а также по мере удаления элемента цилиндра 3 от центра ветроколеса 1. Компонента силы Магнуса
Figure 00000021
перпендикулярна цилиндру 3 и составляет с вектором скорости ветра
Figure 00000022
угол А. Но появление
Figure 00000023
неминуемо влечет появление равной ей по модулю и противоположной по направлению силы
Figure 00000024
, с которой каждый вращающийся цилиндр 3 действует на ветровой поток. Вследствие выбранной ориентации цилиндров 3 у силы
Figure 00000025
есть ненулевая компонента в плоскости, перпендикулярной горизонтальной оси ветроколеса 1. Таким образом, и в данной конструкции каждый вращающийся цилиндр 3 сжимает ветровой поток по направлению к оси ветроколеса 1, что должно приводить к уменьшению индуктивного сопротивления вращающихся цилиндров 3, а также к повышению КИЭФ за счет сжатия ветрового потока к оси ветроколеса 1 и увеличению эффективной площади захватываемого ветрового потока.The second variant of the declared wind turbine contains a wind wheel 1 with a horizontal axis of rotation, which can be rotated on a fixed support 2 in the direction of the wind. At least two Magnus 3 cylinders are installed on the wind wheel, rotating around their longitudinal axes from built-in drives (not shown conditionally). The cylinders 3 are provided with motionlessly fixed tips 4 at their outer ends. The longitudinal axes of the cylinders 3 intersect with the horizontal axis of the wind wheel 1, but do not lie in a plane normal to the axis of the wind wheel 1, but make an angle A with it. When the wind direction is at a speed
Figure 00000012
, the vector of the angular velocity of rotation of each cylinder 3
Figure 00000013
directed to the center of the wind wheel 1. In the reference system associated with the wind wheel 1, two components of the Magnus force act on the length element of each cylinder 3. First of them
Figure 00000014
caused by the vector product of wind speed
Figure 00000015
on vector
Figure 00000016
. The second component of Magnus's strength
Figure 00000017
due to the product of the vector
Figure 00000018
on speed
Figure 00000019
the movement of the element of the length of the cylinder 3 in a plane normal to the horizontal axis of the wind wheel 1. Speed component
Figure 00000020
increases with the rotational speed of the wind wheel 1, and also as the cylinder element 3 moves away from the center of the wind wheel 1. The Magnus force component
Figure 00000021
perpendicular to cylinder 3 and makes up with the wind speed vector
Figure 00000022
angle A. But the appearance
Figure 00000023
inevitably entails the appearance of equal in magnitude and opposite in direction of force
Figure 00000024
with which each rotating cylinder 3 acts on the wind flow. Due to the selected orientation of the cylinders 3, the force
Figure 00000025
there is a nonzero component in the plane perpendicular to the horizontal axis of the wind wheel 1. Thus, in this design, each rotating cylinder 3 compresses the wind flow towards the axis of the wind wheel 1, which should lead to a decrease in the inductive resistance of the rotating cylinders 3, as well as to an increase in the KIEF due to the compression of the wind flow to the axis of the wind wheel 1 and the increase in the effective area of the captured wind flow.

Дополнительное уменьшение индуктивного сопротивления вращающихся цилиндров 3 может быть достигнуто в обоих вариантах заявленной ВЭУ за счет установки законцовок 4 на внешних торцах цилиндров 3, которые неподвижны в системе отсчета, связанной с ветроколесом, и на их вращение не расходуется дополнительная энергия.An additional decrease in the inductive resistance of the rotating cylinders 3 can be achieved in both versions of the declared wind turbine by installing the tips 4 on the outer ends of the cylinders 3, which are stationary in the reference system associated with the wind wheel, and additional energy is not spent on their rotation.

Заявленное устройство в обоих вариантах может быть реализовано с использованием известного оборудования, технических и технологических средств.The claimed device in both versions can be implemented using known equipment, technical and technological means.

Литература:Literature:

[1] Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. - М.: Дрофа, 2003.[1] Loytsyansky L.G. Mechanics of fluid and gas. - M.: Bustard, 2003.

[2] Бычков Н.М «Ветродвигатель с эффектом Магнуса. 1. Результаты модельных исследований» Теплофизика и аэромеханика. - 2004. - Т. 11, №4. - С. 583-596[2] Bychkov N.M. “Wind turbine with Magnus effect. 1. Results of model studies »Thermophysics and aeromechanics. - 2004. - T. 11, No. 4. - S. 583-596

[3] Кочунов М. Эффект Магнуса - в воздухе и под водой (по материалам зарубежной печати) // Изобретатель и рационализатор. - 1985. №6. - С. 22-23.[3] Kochunov M. Magnus effect - in air and under water (according to foreign press) // Inventor and rationalizer. - 1985. No. 6. - S. 22-23.

[4] Бычков Н.М «Ветродвигатель с эффектом Магнуса. 2. Характеристики вращающегося цилиндра» Теплофизика и аэромеханика. - 2005. - Т. 12, №1. - С. 159-175.[4] Bychkov N.M. “Wind turbine with Magnus effect. 2. Characteristics of a rotating cylinder »Thermophysics and aeromechanics. - 2005. - T. 12, No. 1. - S. 159-175.

Claims (1)

Ветроэнергетическая установка, включающая ветроколесо с горизонтальной осью вращения и радиально установленными роторами Магнуса в виде цилиндров, вращающихся вокруг своих продольных осей от встроенного привода, и электрогенератор, в которой цилиндры установлены так, что продольные оси цилиндров пересекаются с горизонтальной осью ветроколеса, при этом продольные оси цилиндров размещены под углом к плоскости, нормальной к горизонтальной оси ветроколеса, отличающаяся тем, что цилиндры снабжены неподвижно укрепленными законцовками на их внешних торцах.A wind power installation, including a wind wheel with a horizontal axis of rotation and radially mounted Magnus rotors in the form of cylinders rotating around their longitudinal axes from an integrated drive, and an electric generator in which the cylinders are mounted so that the longitudinal axes of the cylinders intersect with the horizontal axis of the wind wheel, while the longitudinal axes the cylinders are placed at an angle to a plane normal to the horizontal axis of the wind wheel, characterized in that the cylinders are equipped with motionlessly fixed tips on their outer ends.
RU2017135870A 2017-10-10 2017-10-10 Wind power plant RU2684068C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017135870A RU2684068C1 (en) 2017-10-10 2017-10-10 Wind power plant
PCT/RU2018/050126 WO2019074405A1 (en) 2017-10-10 2018-10-10 Wind power assembly (variants)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017135870A RU2684068C1 (en) 2017-10-10 2017-10-10 Wind power plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2684068C1 true RU2684068C1 (en) 2019-04-03

Family

ID=66090159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017135870A RU2684068C1 (en) 2017-10-10 2017-10-10 Wind power plant

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2684068C1 (en)
WO (1) WO2019074405A1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5660870A (en) * 1979-10-22 1981-05-26 Kyowa Bisou Kk Magnus windmill using effect of whirlwind
US4366386A (en) * 1981-05-11 1982-12-28 Hanson Thomas F Magnus air turbine system
SU1663225A1 (en) * 1989-04-18 1991-07-15 Военно-морская академия им.Маршала Советского Союза Гречко А.А. Rotor of wind turbine with horizontal pivot
RU2169858C1 (en) * 2000-02-09 2001-06-27 Михненков Лев Владимирович Planetary windmill electric generating plant
WO2006087779A1 (en) * 2005-02-17 2006-08-24 Mekaro Akita Co., Ltd Magnus type wind power generation device
US20100038915A1 (en) * 2007-06-29 2010-02-18 Nobuhiro Murakami Magnus type wind power generator

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5660870A (en) * 1979-10-22 1981-05-26 Kyowa Bisou Kk Magnus windmill using effect of whirlwind
US4366386A (en) * 1981-05-11 1982-12-28 Hanson Thomas F Magnus air turbine system
SU1663225A1 (en) * 1989-04-18 1991-07-15 Военно-морская академия им.Маршала Советского Союза Гречко А.А. Rotor of wind turbine with horizontal pivot
RU2169858C1 (en) * 2000-02-09 2001-06-27 Михненков Лев Владимирович Planetary windmill electric generating plant
WO2006087779A1 (en) * 2005-02-17 2006-08-24 Mekaro Akita Co., Ltd Magnus type wind power generation device
US20100038915A1 (en) * 2007-06-29 2010-02-18 Nobuhiro Murakami Magnus type wind power generator

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019074405A1 (en) 2019-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6132181A (en) Windmill structures and systems
US7040859B2 (en) Wind turbine
EP2547904B1 (en) Propeller blade
US20090169388A1 (en) Multiple Rotor Windmill and Method of Operation Thereof
EA006361B1 (en) Improved turbine
WO2008097548A2 (en) Vertical axis wind turbine
CN110869606A (en) Vertical shaft turbine
JP2013534592A (en) Vertical axis windmill
WO2014106049A1 (en) Power generation apparatus
US20160172934A1 (en) Contra rotor wind turbine system using a hydraulic power transmission device
KR102471788B1 (en) rotor for electric generator
JP2011032918A (en) Wind turbine
RU2684068C1 (en) Wind power plant
EA015696B1 (en) Coaxial rotor windmill and method of increasing kinetic energy of the flow
RU136100U1 (en) COMBINED WIND ENGINE
KR20180017101A (en) A rotor blade shaped to improve wake diffusion
US20160222942A1 (en) Wind Turbine Having a Wing-Shaped Turbine Blade
RU2508468C2 (en) Wind motor
KR101566501B1 (en) Downwind Windpower Generating Apparatus having Swept Blade Tip
RU2210000C1 (en) Rotary windmill
CN203362390U (en) Centrifugal variable pitch wind driven generator
JP2014145293A (en) Wind turbine
CN103352801A (en) Centrifugal variable-pitch wind driven generator
RU93471U1 (en) A HYDRAULIC WHEEL WITH A HORIZONTAL AXIS OF ROTATION
RU2248463C2 (en) Pyramidal windmill