RU66787U1 - ROTOR-CYLINDER DEVICE IN A WIND POWER PLANT BASED ON THE MAGNES EFFECT - Google Patents
ROTOR-CYLINDER DEVICE IN A WIND POWER PLANT BASED ON THE MAGNES EFFECT Download PDFInfo
- Publication number
- RU66787U1 RU66787U1 RU2006147256/22U RU2006147256U RU66787U1 RU 66787 U1 RU66787 U1 RU 66787U1 RU 2006147256/22 U RU2006147256/22 U RU 2006147256/22U RU 2006147256 U RU2006147256 U RU 2006147256U RU 66787 U1 RU66787 U1 RU 66787U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- cylinder
- flow
- blade
- magnus effect
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Полезная модель используется в ветроэнергетике, а именно при конструировании ветроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения с использованием эффекта Магнуса, и относится к вспомогательным устройствам, предназначенным для усиления эффекта Магнуса. Технический результат: достигается усиление эффекта Магнуса. Сущность способа: в устройстве, содержащем ветроколесо с горизонтальным валом, радиальные лопасти в виде цилиндрических роторов, приводы для вращения роторов и электрогенератора, электродвигатель привода роторов, дополнительно установлены профилированные плоскости вдоль каждого цилиндра ротора, выполненные по отношению к самим роторам неподвижными и/или по периметру окружности цилиндра вдоль длины цилиндра выполнены выемки в количестве не менее 8.The utility model is used in wind energy, namely, in the construction of wind power plants with a horizontal axis of rotation using the Magnus effect, and relates to auxiliary devices designed to enhance the Magnus effect. Effect: increased magnus effect is achieved. The essence of the method: in a device containing a wind wheel with a horizontal shaft, radial blades in the form of cylindrical rotors, drives for rotating the rotors and an electric generator, a rotor drive electric motor, additionally installed profiled planes along each rotor cylinder, made relative to the rotors themselves, fixed and / or notches in an amount of at least 8 are made along the circumference of the cylinder circumference along the length of the cylinder.
Description
Область примененияApplication area
Полезная модель используется в ветроэнергетике, а именно при конструировании ветроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения с использованием эффекта Магнуса, и относится к вспомогательным устройствам, предназначенным для усиления эффекта Магнуса.The utility model is used in wind energy, namely, in the construction of wind power plants with a horizontal axis of rotation using the Magnus effect, and relates to auxiliary devices designed 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-цилиндров 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; a.c. 1677366, F03D 1/02, СССР, 1991 и др.). Основные недостатки этих ВЭУ - достаточно сложные приводы для вращения роторов-цилиндров, что удорожает изготовление и снижает надежность работы установки, а также невозможность практического применения их в водной среде на течении и в переносном виде.Known wind turbines with a horizontal axis of rotation with radial blades in the form of forcibly rotated cylinders (Magnus rotors-cylinders // US Pat. USSR 10198, F03D 7/02, 1927; US Pat. US 4,366,386, F03B 5/00, F30D 7/06, 1982; application of Germany 3246694, F03D 5/00, 1984; ac 1677366, F03D 1/02, USSR, 1991, etc.). The main disadvantages of these wind turbines are quite complex drives for rotating rotors-cylinders, which makes manufacturing more expensive and reduces the reliability of the installation, as well as the impossibility of their practical use in an aqueous medium during and in a portable form.
Известно устройство по патенту GB 248471 от 05.12.1924. Недостатком данного устройства следует считать отсутствие указаний на тип привода роторов-цилиндров от мотора, который выполнен по низкоэффективной червячной передаче крутящего момента, через полую громоздкую станину на конический редуктор. Такой принцип привода роторов-цилиндров 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-cylinder drive from the motor, which is made by low-efficiency worm gear torque transmission through a hollow bulky frame to a bevel gear. This principle of rotor-cylinder drive leads to the appearance of a reverse 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-цилиндров от встроенного спирального ускорителя, поток которого высвобождается через выпускные окна на концах роторов-цилиндров, следует считать то обстоятельство, что мощность установки такого типа будет достаточно низкой, т.к. раскрутка роторов-цилиндров 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 rotor-cylinders from the built-in spiral accelerator, the flow of which is released through the outlet windows at the ends of the rotor-cylinders, should be considered the fact that the capacity of this type of installation will be quite low, the promotion of rotor cylinders from wind energy is ineffective.
Известно устройство по патенту UA 63018 C2 от 15.01.2004. Недостатком является то, что для раскрутки роторов-цилиндров ветроколеса промышленного типа, когда необходимо A device is known according to the patent UA 63018 C2 from 01/15/2004. The disadvantage is that for the promotion of rotors, cylinders of industrial-type wind wheels, when necessary
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.achieving 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 with 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-цилиндров 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 rotors-cylinders 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-цилиндров приводит во вращение и саму установку. У установки нет силовых элементов, предотвращающих вибрацию роторов-цилиндров. Приведены некоторые варианты раскрутки роторов-цилиндров, однако не предложена конкретная схема.A device is known according to patent AU 573400. The disadvantage of this type of device is that the drive for spinning the rotor-cylinders rotates the installation itself. The installation has no power elements that prevent the vibration of the rotors-cylinders. Some options for the promotion of rotors-cylinders are given, but a specific scheme is not proposed.
К близкому аналогу следует отнести устройство по патенту US 4366386 от 28.12.1982.A close analogue should include the device according to patent US 4366386 from 12.28.1982.
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-цилиндров установлен непосредственно на редукторе самих роторов-цилиндров, максимально быстро и без потери энергии передавая крутящий момент.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 drive of the rotor-cylinders is installed directly on the gearbox of the rotor-cylinders 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-цилиндров. С помощью скоростного напора (ρv2/2) 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 surface of rotor cylinders. Using the dynamic pressure (ρv 2/2) in the claimed method occurs change control "shell" - air pressure on the rotor, i.e. the static structure.
Технический результатTechnical result
В заявляемой полезной модели достигается усиления эффекта Магнуса.In the claimed utility model, amplification of the Magnus effect is achieved.
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 - ротор-цилиндр, 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 rotor cylinder, 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 - a free 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 роторах-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 rotor cylinders.
На Фиг.5 показаны возможные варианты выполнения выемок в каждом роторе-цилиндре.Figure 5 shows possible embodiments of the recesses in each rotor-cylinder.
Сущность устройстваDevice essence
Данный технический результат достигается за счет того, что в устройстве ротора-цилиндра в ветроустановке на основе эффекта Магнуса, содержащем ветроколесо с горизонтальным валом, радиальные лопасти в виде роторов-цилиндров, приводы для вращения роторов-цилиндров и электрогенератора, электродвигатель привода роторов-цилиндров, дополнительно установлены вдоль каждого ротора-цилиндра лопасть переднего рассекателя потока и/или лопасть уплотнителя потока, и/или реактивная лопасть, и/или лопасть торможения набегающего потока, выполненные по отношению к самому ротору-цилиндру неподвижными и/или по длине окружности цилиндра вдоль высоты каждого ротора-цилиндра выполнены выемки в количестве не менее 8.This technical result is achieved due to the fact that in the device of the rotor-cylinder in a wind turbine based on the Magnus effect, containing a wind wheel with a horizontal shaft, radial blades in the form of rotors-cylinders, drives for rotating rotors-cylinders and an electric generator, an electric motor for driving rotors-cylinders, additionally installed along each rotor-cylinder is the blade of the front flow divider and / or the blade of the flow seal, and / or the reactive blade, and / or the inlet brake with respect to the rotor-cylinder itself, at least 8 notches are made stationary and / or along the circumference of the cylinder along the height of each rotor-cylinder.
Неподвижные лопасти могут быть закреплены с корневой стороны непосредственно к передней части вращающегося обтекателя ветроустановки.Fixed blades can be fixed from the root side directly to the front of the rotating fairing of the wind turbine.
Концевые части лопастей могут быть закреплены и зафиксированы в посадочных ложементах между двумя пластинами.The end parts of the blades can be fixed and fixed in the landing lodges between the two plates.
В уплотнителе потока и/или реактивной лопасти, и/или лопасти торможения набегающего потока выполнены специальные щели с возможностью 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 braking blade of the oncoming flow, special slots are made with the possibility of suctioning an additional portion of air, or preventing the earlier occurrence of a zone of disruption of air flow.
Выемки выполнены имеющими параболическую форму.The recesses are made having a parabolic shape.
Основным элементом ветроустановки, работающей на основе эффекта Магнуса, является ротор-цилиндр (4) сложной формы (см. Фиг.1, 2).The main element of a wind turbine operating on the basis of the Magnus effect is a rotor-cylinder (4) of complex shape (see Fig. 1, 2).
Каждый ротор-цилиндр (4) крепится на оси вращения (2), исходящей от редуктора с шестернями конического типа. Само крепление роторов-цилиндров к осям вращения, как и многая доля компонующих деталей и механизмов не является предметом защиты настоящего устройства и на чертежах не показана.Each rotor-cylinder (4) is mounted on the axis of rotation (2), coming from the gearbox with bevel gears. The fastening of rotor-cylinders to the axes of rotation, as well as a large proportion of component parts and mechanisms is not the subject of protection of this device and is not shown in the drawings.
Крутящий момент, создаваемый раскрученным ротором-цилиндром, дает крутящий момент на порядок больший, чем лопасть обычного винта ветроустановки. Более того, изменение формы поверхности крутящегося ротора-цилиндра дает увеличение КПД ветроколеса на эффекте Магнуса в несколько раз.The torque created by the untwisted rotor-cylinder gives a torque an order of magnitude greater than the blade of a conventional wind turbine propeller. Moreover, a change in the surface shape of a rotating rotor-cylinder gives an increase in the efficiency of the wind wheel on the Magnus effect by several times.
Это объясняется физическими законами уравнений неразрывности струйки воздушного потока (см. Фиг.3) (постоянства расхода воздуха) - уравнением аэродинамики, вытекающем из основных законов физики (сохранение массы и энергии) и устанавливающее 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 stream of air stream (see Figure 3) (constant air flow) - the equation of aerodynamics 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 stream of air 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 закона 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 conservation of energy, mass air flow m1, flowing through the cross section I (F1), equal to the mass m2 of the stream flowing through the cross section F2, provided that the air flow is established: 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. Так как мы рассматриваем несжимаемый воздушный поток, где плотность струи ρ1, сечения F1, равна плотности струи ρ2, сечения F2, то есть ρ1=ρ2=const, то уравнение можно записать в следующем виде: F1*V1=F2*V2=constThis equation is called the continuity equation of the jet air stream. 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 ротора-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 the rotor-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, Фиг.4) видно, что мощность ветроустановок на основе эффекта Магнуса зависит не только от диаметра ветроколеса, но и зависит от диаметра самого ротора-цилиндра.According to the above (see Figure 3, Figure 4), it is 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 rotor-cylinder itself.
Динамика изменения статического давления и скоростного напора показывает, что статическое давление на половине ротора-цилиндра, с разгоном скоростного потока, падая The dynamics of changes in static pressure and pressure head show that the static pressure on the half of the rotor-cylinder, with the acceleration of the speed flow, falling
примерно в 20 раз, изменяет свое значение по сложной кривой. Она соразмерна тенденции изменения кривизны, образующей ротор-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).about 20 times, changes its value along a complex curve. It is commensurate with the trend of curvature forming the rotor-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. Moreover, 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. Вычислить теоретически величину торможения и саму зону (см. Фиг.3, зона р1-р7-р6-р12-р11-р10) невозможно. Необходима продувка в аэродинамической трубе. 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.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. 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. 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 ротора-цилиндра. Не меньшее значение имеет его продольная форма и форма сечения.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 rotor-cylinder. Equally important is its longitudinal shape and sectional shape.
Важным фактором также является и скорость вращения ротора-цилиндра.An important factor is also the speed of rotation of the rotor-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 ротора-цилиндра, 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 rotor-cylinder, which are fixed relative to the rotors themselves.
Схема совмещения вращающегося ротора-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 a rotating rotor-cylinder (4) with 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 предотвращения более раннего возникновения зоны срыва потока.All blades (7, 8, 9), with the exception of the front splitter (6), can be made with special slots (12) (see Figure 2), which either contribute to the suction 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 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 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 устройства, 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 inventive device become most effective in comparison with classical type wind turbines.
А при скорости ветра порядка 10 м/с и более на раскрутку роторов-цилиндров потребление собственной энергии резко снижается, а КПД установки повышается.And at a wind speed of about 10 m / s and more for the spin-up of rotors-cylinders, the consumption of self-energy sharply decreases, and the efficiency of the installation increases.
Кроме того, с использованием заявляемого устройства становится возможным создавать малогабаритные ветроустановки больших мощностей.In addition, using the inventive device, it becomes possible to create small-sized wind turbines of high power.
Усиление эффекта Магнуса дополнительно может быть обеспечено путем изменения формы вращающегося ротора-цилиндра.Strengthening the Magnus effect can additionally be achieved by changing the shape of the rotating rotor-cylinder.
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 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: dependence
мощности не только от размаха всего ветроколеса, но и от диаметра отдельно взятого ротора-цилиндра, а также от его формы. Объясняется это следующим образом (см. Фиг.4).power not only on the magnitude of the entire wind wheel, but also on the diameter of a single rotor-cylinder, as well as on its shape. This is explained as follows (see Figure 4).
При вращении ротора-цилиндра вязкий воздух «прилипает» к поверхности ротора-цилиндра и прилегающие слои воздуха циркулируют вместе с вращающейся поверхностью ротора-цилиндра. Чем дальше от ротора-цилиндра отстоит набегающая масса воздуха, тем меньшую зависимость она имеет от вращающегося ротора-цилиндра. При этом поток начинает приобретать упорядоченную форму обтекания ротора-цилиндра, и его скоростные характеристики повышаются, т.е. скорость набегающего потока складывается со скоростью частиц воздуха непосредственно прилегающих к поверхности ротора-цилиндра. В итоге получается пограничный слой воздуха (смотри Фиг.4). Скорость воздуха внизу ротора-цилиндра меньше (здесь V2 набегающего потока вычитается при торможении ее пограничным слоем ротора-цилиндра), а значит давление повышается.When the rotor-cylinder rotates, viscous air “sticks” to the surface of the rotor-cylinder and the adjacent layers of air circulate together with the rotating surface of the rotor-cylinder. The farther from the rotor-cylinder the incoming air mass is separated, the less dependence it has on the rotating rotor-cylinder. In this case, the flow begins to take an ordered shape around the rotor-cylinder, and its speed 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 rotor-cylinder. The result is a boundary layer of air (see Figure 4). The air velocity at the bottom of the rotor-cylinder is less (here, V 2 of the incident flow is subtracted when it is braked by the boundary layer of the rotor-cylinder), which means the pressure rises.
С обратной стороны скорость потока и ротора-цилиндра складывается, а это значит, что скорость повышается, что ведет к понижению давления. Из-за разности давлений возникает результирующая сила давления на ротор-цилиндр, который будет перемещаться в сторону меньшего давления, т.е. (в нашем случае) вверх.On the reverse side, the flow velocity and the rotor-cylinder add up, and this means that the speed increases, which leads to a decrease in pressure. Due to the pressure difference, the resulting pressure force arises on the rotor-cylinder, which will move towards lower pressure, i.e. (in our case) up.
Исходя из вышеизложенного, если по длине окружности цилиндра вдоль высоты ротора-цилиндра будут образованы выемки, то будет обеспечен эффект усиления вращения ротора-цилиндра, 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. Таким образом, заявляемый результат по усилению эффекта Магнуса также может быть реализован путем использования ротора-цилиндра, содержащего по всему периметру окружности вдоль всей его длины выемки, как показано на Фиг.4.Based on the foregoing, if recesses are formed along the circumference of the cylinder along the height of the rotor-cylinder, then the effect of enhancing the rotation of the rotor-cylinder will be provided, the effect of both acceleration and deceleration of the flow around the rotor-cylinder will be provided, and the change in the diameter value will be related to the explanation characteristics of parameters according to the law of conservation of mass in a conventional trickle. Thus, the claimed result of enhancing the Magnus effect can also be realized by using a rotor-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 длине 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 recesses located along the circumference of the cylinder 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: ΣМкр=Мкр.м.+Мкр.л.,The magnitude of the total torque when using the Magnus effect in combination with motionless blades can be expressed as follows: ΣМкр = 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:
, где where
Сy - аэродинамический коэффициент; - 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; 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 ротором-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 value of the velocity head has a complex character of formation and behavior between the blade itself and the rotating rotor-cylinder. In addition, the blade itself is in rotation mode, which means that the angle of attack of the incoming flow is complex.
Принцип работы устройстваThe principle of operation of the device
Принцип работы устройства в энергоустановке, основанной на использовании эффекта Магнуса заключается в следующем.The principle of operation of the device in 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 ротора-цилиндра (4) или на ведомые шестерни приводов вала (2) ротора. Ведущая шестерня приводит во вращение ведомые шестерни с валами (2) роторов-цилиндров. При раскрутке роторов-цилиндров возникает эффект Магнуса.When the electric 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-cylinders. When spinning the rotor-cylinders, the Magnus effect occurs.
Принципиально сам эффект заключается в том, что при обтекании вращающегося ротора-цилиндра (4) возникает разность давлений (если смотреть на схему) над и под ротором-цилиндром. Это обусловлено тем, что набегающий поток, совпадающий с направлением вращения ротора-цилиндра, накладывается на ламинарный слой воздуха на самом роторе-цилиндре. При этом скорость потока и скорость вращения ротора-цилиндра складываются, то есть общая скорость обтекания ротора-цилиндра увеличивается. С обратной стороны картина обратная.Fundamentally, the effect itself consists in the fact that when a flow around a rotating rotor-cylinder (4) occurs, a pressure difference (if you look at the diagram) above and below the rotor-cylinder. This is due to the fact that the incident flow, which coincides with the direction of rotation of the rotor-cylinder, is superimposed on the laminar layer of air on the rotor-cylinder itself. In this case, the flow rate and the rotational speed of the rotor-cylinder are added, that is, the total flow velocity of the rotor-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 ротором-цилиндром, дает крутящий момент на порядок больший, чем лопасть обычного винта. Более того, изменение формы поверхности крутящегося ротора-цилиндра дает увеличение КПД ветроколеса на эффекте Магнуса в несколько раз.The torque created by the untwisted rotor-cylinder gives the torque an order of magnitude greater than the blade of a conventional screw. Moreover, a change in the surface shape of a rotating rotor-cylinder gives an increase in the efficiency of the wind wheel on the Magnus effect by several times.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006147256/22U RU66787U1 (en) | 2006-12-29 | 2006-12-29 | ROTOR-CYLINDER DEVICE IN A WIND POWER PLANT BASED ON THE MAGNES EFFECT |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006147256/22U RU66787U1 (en) | 2006-12-29 | 2006-12-29 | ROTOR-CYLINDER DEVICE IN A WIND POWER PLANT BASED ON THE MAGNES EFFECT |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU66787U1 true RU66787U1 (en) | 2007-09-27 |
Family
ID=38954494
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006147256/22U RU66787U1 (en) | 2006-12-29 | 2006-12-29 | ROTOR-CYLINDER DEVICE IN A WIND POWER PLANT BASED ON THE MAGNES EFFECT |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU66787U1 (en) |
-
2006
- 2006-12-29 RU RU2006147256/22U patent/RU66787U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhao et al. | A review: Approaches for aerodynamic performance improvement of lift-type vertical axis wind turbine | |
US6132181A (en) | Windmill structures and systems | |
Setoguchi et al. | Current status of self rectifying air turbines for wave energy conversion | |
US5577882A (en) | Unidirectional reaction turbine operable under reversible fluid flow | |
KR101383849B1 (en) | Omni-directional wind turbine | |
US4295783A (en) | Fluid turbine | |
US4368007A (en) | Fluid driven turbine | |
Ragheb | Wind energy conversion theory, betz equation | |
JP2014512489A (en) | Hydro turbine and hydro power generator | |
Kentfield | Fundamentals/wind-driven water | |
US20180149134A1 (en) | Fluid turbine semi-shroud and associated rotor blade dual-winglet design | |
Golecha et al. | Review on Savonius rotor for harnessing wind energy | |
US20150110627A1 (en) | Blade bucket structure for savonius turbine | |
RU2333382C1 (en) | Magnus effect amplification technique | |
JPH0339197B2 (en) | ||
CN103629050B (en) | Pass through eddy flow aerogenerator | |
RU66787U1 (en) | ROTOR-CYLINDER DEVICE IN A WIND POWER PLANT BASED ON THE MAGNES EFFECT | |
JPH11159433A (en) | Hydraulic machinery | |
JP2010520414A (en) | Hubless windmill | |
Govardhan et al. | Effect of guide vanes on the performance of a self-rectifying air turbine with constant and variable chord rotors | |
RU86257U1 (en) | WIND POWER PLANT BASED ON THE MAGNES EFFECT | |
Kokubu et al. | Effect of inner guide on performances of cross flow turbine | |
RU79622U1 (en) | WIND POWER PLANT | |
CN101684772A (en) | Wind-powered machine rotor with venturi tube effect | |
KR100821327B1 (en) | Wind power generator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20091230 |