[go: up one dir, main page]

WO2019074405A1 - Wind power assembly (variants) - Google Patents

Wind power assembly (variants) Download PDF

Info

Publication number
WO2019074405A1
WO2019074405A1 PCT/RU2018/050126 RU2018050126W WO2019074405A1 WO 2019074405 A1 WO2019074405 A1 WO 2019074405A1 RU 2018050126 W RU2018050126 W RU 2018050126W WO 2019074405 A1 WO2019074405 A1 WO 2019074405A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wind
cylinders
wind wheel
rotating
axis
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2018/050126
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Алексей Владимирович ПЛАТОНОВ
Алексей Сергеевич ГУРЕВИЧ
Александр Васильевич АТРАЩЕНКО
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Magnus LLC
Original Assignee
Magnus LLC
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 Magnus LLC filed Critical Magnus LLC
Publication of WO2019074405A1 publication Critical patent/WO2019074405A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

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

Definitions

  • the invention relates to wind power engineering and relates to wind power plants (WPP) with a horizontal axis of the wind wheel rotor, in which the blades of the wind wheel are made in the form of cylinders rotating around its axis.
  • WPP wind power plants
  • the lifting force acting on the cylinders in the transverse flow arises due to the Magnus effect [3], 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 propeller rotor, similar to the lifting force of the traditional blade, but it has a much larger value.
  • V is the velocity vector of the oncoming air flow
  • G is the vector of circulation created by the rotation of the cylinder
  • is the vector of angular velocity of rotation of the cylinder around its axis
  • R is the cylinder radius
  • a - coefficient taking into account the detachable flow past a cylinder (for real si- system in most cases a ⁇ 0.5)
  • dm is the mass of air displaced by the cylinder element.
  • the Magnus force is an order of magnitude and more superior to the driving force of the blade.
  • This increases the propeller torque and provides a sufficiently effective wind turbine at low wind speeds, starting at approximately 2 m / s.
  • wind turbine power decreases proportionally to V 3 .
  • such a decrease can be somewhat compensated 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.
  • the resistance of the rotating cylinder to the incident flow is several tens of times higher than the resistance of the blade of similar dimensions.
  • the main contribution is made precisely 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 1 I [4].
  • a famous wind energy generator according to the US patent ⁇ ° 7504740 which operates using the Magnus effect, contains 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, which are rotated around their axis using electric motors. Washers are installed on the outer ends of the cylinders to prevent the swirling flow from the ends of the cylinders and thereby reducing their inductive resistance.
  • the surface of the cylinders has spiral ribs-screws with winding in the direction of rotation of the cylinders, which ensure the movement of air from the ends of the cylinders to the axis of the wind wheel to increase Magnus lifting force.
  • the disadvantages of this technical solution include significant energy costs for rotating the cylinder end washers and complicating the design of the cylinders due to the presence of rib-screws.
  • 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 greater than the diameter of the cylinder, while the cylindrical and conical surfaces have spiral ribs-screws wound in the direction of rotation cylinders, starting from their root section to the washer, which ensure the movement of air from the ends of the cylinders to the axis of the wind forest.
  • This design solution reduces the inductive resistance of the cylinders and improves their flow around, bringing it closer to the non-separable one, which allows reducing the speed of rotation of the cylinders and reducing the corresponding the corresponding costs of power while maintaining the number of revolutions and power of the wind wheel.
  • the disadvantages of this technical solution is the high inductive resistance of the rotating cylinders of the wind wheel, as well as the low utilization of wind energy (IEV).
  • the disadvantages of this technical solution include significant energy costs for rotating end washers and cones, as well as complicating the design of cylinders due to the presence of augers and cones.
  • 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 utilization of wind energy (KIEV).
  • 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 internal drive, and an electric generator, is characterized by the fact that their longitudinal axes lie in the plane normal to the horizontal axis of the wind wheel, but do not intersect with this axis.
  • the first independent object of the invention is characterized by the presence of a number of additional optional features, namely:
  • - cylinders can be equipped with fixedly fixed ends at their outer ends.
  • 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 the circle of its longitudinal axes from the built-in drive, and the electric generator, is characterized by the fact that the cylinders are installed so that the longitudinal axes of the cylinders intersect with the horizontal axis of the wind wheel, while the longitudinal axes of the cylinders are placed at an angle to the plane normal to the horizontal axis of the wind wheel.
  • the second independent object of the invention is characterized by the presence of a number of additional optional features, namely:
  • - cylinders can be equipped with fixedly fixed ends at their outer ends.
  • the technical result is that the rotating Magnus cylinders compress the wind flow towards the axis of the wind wheel, which leads to a decrease in the inductance of the rotating cylinders, and also to increase by compressing the wind flow to the wind wheel axis and increasing the effective area of the wind flow to be captured.
  • FIG. 1 shows the first version of the claimed technical solution, figure 2 - the second option.
  • the first version 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.
  • On the wind wheel 1 there are at least two Magnus 3 cylinders rotating around their longitudinal axes from the built-in drives (conventionally not shown).
  • Cylinders 3 are provided with fixedly fixed ends 4 at their outer ends.
  • the longitudinal axes of the cylinders 3 lie in a plane normal to the horizontal axis of the propeller 1, but do not intersect with this axis.
  • the direction of the wind speed vector V is perpendicular to the plane normal to the horizontal axis of the wind wheel 1, the vector of angular velocity of rotation of each cylinder 3 ⁇ is directed to the central region of the wind wheel 1.
  • each rotating cylinder 3 compresses the wind flow towards the horizontal axis of the windwheel 1, which leads to a decrease in inductive resistance of the rotating cylinders 3, as well as to an increase in KIEV due to the compression of the wind flow to the axis of the wind wheel 1 and an increase in the effective area of the wind flow to be captured.
  • the second version 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.
  • Cylinders 3 are equipped with fixedly fixed ends 4 on their outer ends.
  • the longitudinal axes of 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 angle A. With the wind. , the vector of angular velocity of rotation of each cylinder 3 ⁇ is directed to the center of the wind wheel 1.
  • the element of the length of each cylinder 3 is affected by two components of the Magnus force.
  • the first of these, Fm is due to the vector product of the wind velocity V and the vector ⁇ .
  • the second component of the Magnus force F 2m is due to the product of the vector ⁇ by the velocity V 2 of the motion of an element of cylinder 3 length in a plane normal to the horizontal axis of the wind wheel 1.
  • the component of speed V 2 increases with the frequency of rotation of the wind wheel 1 and also as the cylinder element 3 moves away from the center of the wind wheel1.
  • the Magnus force component F 2m is perpendicular to cylinder 3 and makes angle A with the wind speed vector V.
  • each rotating cylinder 3 acts on the wind flow. Due to the chosen orientation of the cylinders 3, the force F N has a non-zero component in the plane perpendicular to the horizontal axis of the wind wheel1. Thus, in this design, each rotating cylinder 3 compresses the wind flow towards the wind wheel axis 1, which should lead to a decrease in the inductive resistance of the rotating cylinders, as well as to an increase in CIEF due to the compression of the wind stream to the wind wheel axis 1 and identification of the effective area of the captured wind flow.
  • the claimed device in both versions can be implemented using known equipment, technical and technological means.

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

The invention relates to wind power and concerns wind power assemblies having a horizontally positioned wind wheel rotor axis and in which the wind wheel blades are made in the form of Magnus cylinders that rotate about their own axes. The technical effect provided by the two variants of the invention, which are related by a single inventive concept, is that the rotating Magnus cylinders compress the wind current in a direction toward the wind wheel axis, thus decreasing induced drag for the rotating cylinders, and also increasing the wind energy usage coefficient by compressing the wind current toward the wind wheel axis and increasing the effective area of the captured wind current.

Description

ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ)  WIND POWER INSTALLATION (OPTIONS)

Изобретение относится к ветроэнергетике и касается ветроэнергетических установок (ВЭУ) с горизонтальным расположением оси ротора ветроколеса, в которых лопасти ветроколеса выполнены в виде цилиндров, вращающихся во- круг своей оси. Подъемная сила, действующая на цилиндры в поперечном пото- ке, возникает за счет эффекта Магнуса [3], который характеризуется появлени- ем подъемной силы (силы Магнуса) при вращении цилиндра в поперечном по- токе. Эта сила используется для вращения ротора ветроколеса, аналогично подъ- емной силе традиционной лопасти, но имеет гораздо большую величину. The invention relates to wind power engineering and relates to wind power plants (WPP) with a horizontal axis of the wind wheel rotor, 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 arises due to the Magnus effect [3], 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 propeller rotor, similar to the lifting force of the traditional blade, but it has a much larger value.

Важной проблемой ветроэнергетики является использование сравнительно низких скоростей ветра, меньших 6-8 м/с, характерных для континентальных ре- гионов. В частности, в России такие регионы составляют до 80% всей террито- рии. Традиционные ВЭУ лопастного типа в таких условиях оказываются мало- эффективными из-за малой подъемной силы лопасти и соответственно низкого крутящего момента ветроколеса [1].  An important problem of wind power is the use of relatively low wind speeds, less than 6-8 m / s, characteristic of continental regions. In particular, in Russia such regions constitute up to 80% of the entire territory. Traditional wind turbines of blade type under such conditions are not very effective due to the low lift force of the blade and, accordingly, the low torque of the wind wheel [1].

Известно использование ВЭУ с вращающимися цилиндрами (роторами) вме- сто лопастей [2]. Действие таких ВЭУ основано на эффекте Магнуса, который выражается в возникновении поперечной силы, действующей на тело, вращаю- щееся в набегающем на него потоке газа или жидкости. В соответствии с теоре- мой Жуковского, для цилиндра бесконечной длины, вращающегося в попереч- ном потоке воздуха, сила Магнуса, действующая на элемент его длины dl в рав-

Figure imgf000003_0001
It is known to use wind turbines with rotating cylinders (rotors) instead of blades [2]. The action of such wind turbines is based on the Magnus effect, which is expressed in the occurrence of a transverse force acting on the body, rotating in the incident flow of gas or liquid. In accordance with the Zhukovsky theorem, for a cylinder of infinite length rotating in a transverse air flow, the Magnus force acting on an element of its length dl is equal to
Figure imgf000003_0001

Здесь: р - плотность воздуха; V - вектор скорости набегающего потока воз- духа; Г - вектор циркуляции, создаваемой вращением цилиндра; ω - вектор уг- ловой скорости вращения цилиндра вокруг своей оси; R - радиус цилиндра; а - коэффициент, учитывающий отрывное обтекание цилиндра (для реальных си- стем в большинстве случаев а < 0.5 ); dm - масса воздуха, вытесненного элемен- том цилиндра. Here: p - air density; V is the velocity vector of the oncoming air flow; G is the vector of circulation created by the rotation of the cylinder; ω is the vector of angular velocity of rotation of the cylinder around its axis; R is the cylinder radius; a - coefficient taking into account the detachable flow past a cylinder (for real si- system in most cases a <0.5); dm is the mass of air displaced by the cylinder element.

В работах [1,4] представлены результаты экспериментальных исследований отдельно вращающегося цилиндра, а также ветроколеса в сборе с вращающими- ся цилиндрами в аэродинамической трубе. Показано, что основными параметра- ми, определяющими эффективность ветроколеса являются: скорость вращения цилиндров, приведенная к скорости набегающего потока 6> = oR / ; удлинение цилиндра, равное отношению его длины к диаметру A = L / 2R ; диаметр концевой шайбы, препятствующей сходу потока с конца цилиндров, отнесенный к диамет- ру цилиндра С = dm 12R . Обнаружено, что оптимальные значения основных па- раметров составляют: 6> « 4 , Л > \2 , С < 2 . В таком оптимальном режиме сила Магнуса на порядок и более превосходит движущую силу лопасти. Это увеличи- вает крутящий момент ветроколеса и обеспечивает достаточно эффективную ра- боту ВЭУ при низких скоростях ветра, начиная приблизительно с 2 м/с. Извест- но, что с уменьшением скорости ветра V мощность ВЭУ падает пропорциональ- но V3. Однако такое снижение может быть в некоторой степени скомпенсирова- но увеличением диаметра ветроколеса, поскольку мощность ВЭУ растет про- порционально квадрату диаметра. In [1, 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 determining the wind wheel efficiency are: the speed of rotation of the cylinders, reduced to the velocity of the incident flow 6> = oR /; cylinder elongation equal to the ratio of its length to diameter A = L / 2R; diameter of the end washer, preventing the flow from the end of the cylinders, referred to the diameter of the cylinder C = d m 12R. It was found that the optimal values of the main parameters are: 6> “4, L> \ 2, C <2. In such an optimal mode, the Magnus force is an order of magnitude and more superior to the driving force of the blade. This increases the propeller torque and provides a sufficiently effective wind turbine at low wind speeds, starting at approximately 2 m / s. It is known that with decreasing wind speed V, wind turbine power decreases proportionally to V 3 . However, such a decrease can be somewhat compensated 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 ос- новной вклад создает именно индуктивное сопротивление, пропорциональное отношению квадрата подъемной силы вращающегося цилиндра, деленной на его удлинение F2 1 Я [4]. При возрастании (от нуля) скорости вращения ветроколеса, в плоскости ветроколеса возникает ненулевая проекция силы сопротивления ци- линдра, 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 Л , а так же оптимизацией формы цилиндров. Известен генератор ветряной энергии по патенту США Ν°7504740, работа- ющий с использованием эффекта Магнуса, содержащий ветроколесо с горизон- тальным 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 осу- ществляется при помощи электродвигателей. На внешних концах цилиндров установлены шайбы, препятствующие сходу закрученного потока с концов ци- линдров и уменьшающие тем самым их индуктивное сопротивление. Поверх- ность цилиндров имеет спиральные ребра-шнеки с навивкой в направлении вра- щения цилиндров, обеспечивающие движение воздуха от концов цилиндров к оси ветроколеса для увеличения подъемной силы Магнуса. К недостаткам дан- ного технического решения можно отнести значимые затраты энергии на враще- ние концевых шайб цилиндров и усложнение конструкции цилиндров из-за наличия ребер-шнеков. The resistance of the rotating cylinder to the incident flow is several tens of times higher than the resistance of the blade of similar dimensions. In this case, the main contribution is made precisely 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 1 I [4]. With increasing (from zero) speed of rotation of the wind wheel, in the plane of the wind wheel there is a nonzero projection of the force of resistance of the cylinder, which creates a moment of forces braking the wheel. Thus, for effective operation of wind turbines on the Magnus effect, it is necessary to take measures to reduce the inductive resistance of the cylinders. A significant decrease in inductive resistance can be achieved by increasing A, as well as by optimizing the shape of the cylinders. A famous wind energy generator according to the US patent Ν ° 7504740, which operates using the Magnus effect, contains 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, which are rotated around their axis using electric motors. Washers are installed on the outer ends of the cylinders to prevent the swirling flow from the ends of the cylinders and thereby reducing their inductive resistance. The surface of the cylinders has spiral ribs-screws with winding in the direction of rotation of the cylinders, which ensure the movement of air from the ends of the cylinders to the axis of the wind wheel to increase Magnus lifting force. The disadvantages of this technical solution include significant energy costs for rotating the cylinder end washers and complicating the design of the cylinders due to the presence of rib-screws.

Известна ветроустановка по патенту РФ Ν°2381380, содержащая ветроколе- со 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 ци- линдрической части с усеченным конусом на конце, основание которого обра- щено к цилиндру и имеет диаметр больше диаметра цилиндра, при этом цилин- дрические и конические поверхности имеют спиральные ребра-шнеки, с навив- кой в направлении вращения цилиндров, начиная от корневого их сечения до шайбы, обеспечивающие движение воздуха от концов цилиндров к оси ветроко- леса.  Famous wind turbine according to the patent of the Russian Federation содержащ ° 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 non-rotating root and rotating end parts with a washer at the end, as well as a cylinder drive and 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 greater than the diameter of the cylinder, while the cylindrical and conical surfaces have spiral ribs-screws wound in the direction of rotation cylinders, starting from their root section to the washer, which ensure the movement of air from the ends of the cylinders to the axis of the wind forest.

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

Данное конструктивное решение обеспечивает снижение индуктивного со- противления цилиндров и улучшение их обтекания, приближая его к безотрыв- ному, что позволяет уменьшить скорость вращения цилиндров и снизить соот- з ветствующие затраты мощности при сохранении числа оборотов и мощности ветроколеса. Недостатками данного технического решения является высокое индуктивного сопротивления вращающихся цилиндров ветроколеса, а также низкий коэффициента использования энергии ветра ( ИЭВ). К недостаткам дан- ного технического решения можно отнести значимые затраты энергии на вра- щение концевых шайб и конусов, а так же усложнение конструкции цилиндров из-за наличия ребер-шнеков и конусов. This design solution reduces the inductive resistance of the cylinders and improves their flow around, bringing it closer to the non-separable one, which allows reducing the speed of rotation of the cylinders and reducing the corresponding the corresponding costs of power while maintaining the number of revolutions and power of the wind wheel. The disadvantages of this technical solution is the high inductive resistance of the rotating cylinders of the wind wheel, as well as the low utilization of wind energy (IEV). The disadvantages of this technical solution include significant energy costs for rotating end washers and cones, as well as complicating the design of cylinders due to the presence of augers and cones.

Задача изобретения заключается в снижении индуктивного сопротивления вращающихся цилиндров ветроколеса, а также в повышении коэффициента ис- пользования энергии ветра (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 utilization of wind energy (KIEV).

Сущность первого независимого объекта изобретения как технического ре- шения выражается в следующей совокупности существенных признаков, доста- точной 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 problem of the invention.

Согласно первому независимому объекту изобретения ветроэнергетическая установка, включающая ветроколесо с горизонтальной осью вращения и ради- ально установленными роторами Магнуса в виде цилиндров, вращающихся во- круг своих продольных осей от встроенного привода, и электрогенератор, харак- теризуется 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 the 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 internal drive, and an electric generator, is characterized by the fact that their longitudinal axes lie in the plane normal to the horizontal axis of the wind wheel, but do not intersect with this axis.

Кроме того, первый независимый объект изобретения характеризуется нали- чием 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.  - cylinders can be equipped with fixedly fixed ends at their outer ends.

Сущность второго независимого объекта изобретения как технического ре- шения выражается в следующей совокупности существенных признаков, доста- точной 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 problem of the invention.

Согласно второму независимому объекту изобретения ветроэнергетическая установка, включающая ветроколесо с горизонтальной осью вращения и ради- ально установленными роторами Магнуса в виде цилиндров, вращающихся во- круг своих продольных осей от встроенного привода, и электрогенератор, харак- теризуется тем, что цилиндры установлены так, что продольные оси цилиндров пересекаются с горизонтальной осью ветроколеса, при этом продольные оси ци- линдров размещены под углом к плоскости, нормальной к горизонтальной оси ветроколеса. According to the 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 the circle of its longitudinal axes from the built-in drive, and the electric generator, is characterized by the fact that the cylinders are installed so that the longitudinal axes of the cylinders intersect with the horizontal axis of the wind wheel, while the longitudinal axes of the cylinders are placed at an angle to the plane normal to the horizontal axis of the wind wheel.

Кроме того, второй независимый объект изобретения характеризуется нали- чием 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.  - cylinders can be equipped with fixedly fixed ends at their outer ends.

Обеспечиваемый обоими вариантами изобретения, имеющими единый изоб- ретательский замысел, технический результат заключается в том, что вращаю- щиеся цилиндры Магнуса сжимают ветровой поток по направлению к оси ветро- колеса, 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 по- тока.  Provided by both variants of the invention, having a common invention, the technical result is that the rotating Magnus cylinders compress the wind flow towards the axis of the wind wheel, which leads to a decrease in the inductance of the rotating cylinders, and also to increase by compressing the wind flow to the wind wheel axis and increasing the effective area of the wind flow to be captured.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, на ко- тором на фиг. 1 представлен первый вариант заявленного технического решения, на фиг.2 - его второй вариант.  The essence of the proposed technical solution is illustrated by the drawing, in which in FIG. 1 shows the first version of the claimed technical solution, figure 2 - the 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 приво- дов (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 V перпендикулярно плос- кости, нормальной к горизонтальной оси ветроколеса 1 , вектор угловой скорости вращения каждого цилиндра 3 ω направлен в центральную область ветроколеса 1. Тогда, с учетом (1) сила Магнуса Fm 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 FN, С которой каждый вращающийся цилиндр 3 действует на ветровой поток. Вследствие выбранной ориентации ци- линдров у силы F появляется ненулевая компонента FR, направленная к гори- зонтальной оси ветроколеса 1. Таким образом, в данной конструкции каждый вращающийся цилиндр 3 сжимает ветровой поток по направлению к горизон- тальной оси ветроколеса 1, что приводит к уменьшению индуктивного сопро- тивления вращающихся цилиндров 3, а также к повышению КИЭВ за счет сжа- тия ветрового потока к оси ветроколеса 1 и увеличению эффективной площади захватываемого ветрового потока. The first version 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. On the wind wheel 1 there are at least two Magnus 3 cylinders rotating around their longitudinal axes from the built-in drives (conventionally not shown). Cylinders 3 are provided with fixedly fixed ends 4 at their outer ends. The longitudinal axes of the cylinders 3 lie in a plane normal to the horizontal axis of the propeller 1, but do not intersect with this axis. When the direction of the wind speed vector V is perpendicular to the plane normal to the horizontal axis of the wind wheel 1, the vector of angular velocity of rotation of each cylinder 3 ω is directed to the central region of the wind wheel 1. Then, taking into account (1), the Magnus force F m will be perpendicular to the longitudinal axes cylinders 3, causing the propeller 1 to rotate counterclockwise. But the occurrence of the Magnus force inevitably leads to the appearance of a force equal in magnitude and opposite in direction to the force F N , With which each rotating cylinder 3 acts on the wind flow. Due to the chosen cylinder orientation, force F has a non-zero component FR directed to the horizontal axis of the windwheel 1. Thus, in this design, each rotating cylinder 3 compresses the wind flow towards the horizontal axis of the windwheel 1, which leads to a decrease in inductive resistance of the rotating cylinders 3, as well as to an increase in KIEV due to the compression of the wind flow to the axis of the wind wheel 1 and an increase in the effective area of the wind flow to be captured.

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 Маг- нуса 3, вращающихся вокруг своих продольных осей от встроенных приводов (условно не показаны). Цилиндры 3 снабжены неподвижно укрепленными за- концовками 4 на их внешних торцах Продольные оси цилиндров 3 пересекаются с горизонтальной осью ветроколеса 1, но не лежат в плоскости, нормальной к оси ветроколеса1 , а составляют с ней угол А. При направлении ветра со скоро- стью V, вектор угловой скорости вращения каждого цилиндра 3 ω 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 Fm, обусловлена векторным произведением скорости ветра V на вектор ω . Вторая компонента силы Магнуса F2m обусловлена произведением вектора ω на скорость V2 движения элемента длины цилиндра 3 в плоскости, нормальной к горизонтальной оси ветроколеса 1. Компонента скорости V2 возрастает с часто- той вращения ветроколеса 1 , а также по мере удаления элемента цилиндра 3 от центра ветроколеса1. Компонента силы Магнуса F2m перпендикулярна цилиндру 3 и составляет с вектором скорости ветра V угол А. Но появление F2m неминуемо влечет появление равной ей по модулю и противоположной по направлению си- лы FN, С которой каждый вращающийся цилиндр 3 действует на ветровой поток. Вследствие выбранной ориентации цилиндров 3 у силы FN есть ненулевая ком- понента в плоскости, перпендикулярной горизонтальной оси ветроколеса1. Та- ким 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 цилиндровЗ, а также к повышению КИЭФ за счет сжатия ветрового потока к оси ветроколеса 1 и уве- личению эффективной площади захватываемого ветрового потока. The second version 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. There are at least two Magnus 3 cylinders mounted on the wind wheel, rotating around their longitudinal axes from the built-in drives (conventionally not shown). Cylinders 3 are equipped with fixedly fixed ends 4 on their outer ends. The longitudinal axes of 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 angle A. With the wind. , the vector of angular velocity of rotation of each cylinder 3 ω is directed to the center of the wind wheel 1. In the reference system associated with the wind wheel 1, the element of the length of each cylinder 3 is affected by two components of the Magnus force. The first of these, Fm, is due to the vector product of the wind velocity V and the vector ω. The second component of the Magnus force F 2m is due to the product of the vector ω by the velocity V 2 of the motion of an element of cylinder 3 length in a plane normal to the horizontal axis of the wind wheel 1. The component of speed V 2 increases with the frequency of rotation of the wind wheel 1 and also as the cylinder element 3 moves away from the center of the wind wheel1. The Magnus force component F 2m is perpendicular to cylinder 3 and makes angle A with the wind speed vector V. But the appearance of F 2m inevitably leads to the appearance equal to it in magnitude and opposite in direction ly F N , With which each rotating cylinder 3 acts on the wind flow. Due to the chosen orientation of the cylinders 3, the force F N has a non-zero component in the plane perpendicular to the horizontal axis of the wind wheel1. Thus, in this design, each rotating cylinder 3 compresses the wind flow towards the wind wheel axis 1, which should lead to a decrease in the inductive resistance of the rotating cylinders, as well as to an increase in CIEF due to the compression of the wind stream to the wind wheel axis 1 and identification of 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.  Additional reduction of 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 fixed in the reference system associated with the wind wheel, and additional energy is not expended on their rotation.

Заявленное устройство в обоих вариантах может быть реализовано с исполь- зованием 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] Бычков Н.М «Ветродвигатель с эффектом Магнуса. 1. Результаты модельных исследований» Теплофизика и аэромеханика. - 2004. -Т. 1 1, Ν° 4.- С. 583-596  [1] Bychkov N.M. “Wind turbine with Magnus effect. 1. Results of model studies "Thermophysics and aeromechanics. - 2004. -T. 1 1, Ν ° 4.- p. 583-596

[2] очунов М. Эффект Магнуса - в воздухе и под водой (по материалам зару- бежной печати) // Изобретатель и рационализатор. - 1985. Ν°6. - С.22-23.  [2] Ochunov M. The Magnus effect is in the air and under water (according to the materials of the foreign press) // Inventor and Innovator. - 1985. Ν ° 6. - p.22-23.

[3] Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. - М.: Дрофа, 2003.  [3] Loitsyansky L., G. Mechanics of fluid and gas. - M .: Drofa, 2003.

[4] Бычков Н.М «Ветродвигатель с эффектом Магнуса. 2. Характеристики вра- щающегося цилиндра» Теплофизика и аэромеханика. - 2005. - Т. 12, N° 1.— С. [4] Bychkov N.M. “Wind turbine with Magnus effect. 2. Characteristics of a rotating cylinder »Thermophysics and aeromechanics. - 2005. - V. 12, N ° 1.— C.

159-175. 159-175.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM 1. Ветроэнергетическая установка, включающая ветроколесо с горизонталь- ной осью вращения и радиально установленными роторами Магнуса в виде ци- линдров, вращающихся вокруг своих продольных осей от встроенного привода, и электрогенератор, отличающаяся тем, что цилиндры установлены так, что их продольные оси лежат в плоскости, нормальной к горизонтальной оси ветроко- леса, но не пересекаются с этой осью. 1. Wind power plant, 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 the built-in drive, and an electric generator, characterized in that the cylinders are installed so that their longitudinal axes lie in planes normal to the horizontal axis of the windmill, but do not intersect with this axis. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что цилиндры снабжены непо- движно укрепленными законцовками на их внешних торцах.  2. Installation according to claim 1, characterized in that the cylinders are provided with fixed tips at their outer ends. 3 Ветроэнергетическая установка, включающая ветроколесо с горизонталь- ной осью вращения и радиально установленными роторами Магнуса в виде ци- линдров, вращающихся вокруг своих продольных осей от встроенного привода, и электрогенератор, отличающаяся тем, что цилиндры установлены так, что продольные оси цилиндров пересекаются с горизонтальной осью ветроколеса, при этом продольные оси цилиндров размещены под углом к плоскости, нор- мальной к горизонтальной оси ветроколеса.  3 Wind turbine 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 the built-in drive, and an electric generator, characterized in that the cylinders are installed so that the longitudinal axes of the cylinders intersect with the horizontal the axis of the wind wheel, with the longitudinal axes of the cylinders placed at an angle to the plane normal to the horizontal axis of the wind wheel. 4. Установка по п.З, отличающаяся тем, что цилиндры снабжены непо- движно укрепленными законцовками на их внешних торцах.  4. Installation according to Clause 3, characterized in that the cylinders are provided with fixed ends at their outer ends.
PCT/RU2018/050126 2017-10-10 2018-10-10 Wind power assembly (variants) Ceased WO2019074405A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017135870A RU2684068C1 (en) 2017-10-10 2017-10-10 Wind power plant
RU2017135870 2017-10-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019074405A1 true WO2019074405A1 (en) 2019-04-18

Family

ID=66090159

Family Applications (1)

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

Country Status (2)

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

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Family Cites Families (1)

* 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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
RU2684068C1 (en) 2019-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7040859B2 (en) Wind turbine
US4832569A (en) Governed vane wind turbine
EP2075459A2 (en) Multiple rotor windmill and method of operation thereof
WO2008097548A2 (en) Vertical axis wind turbine
EP3613980A1 (en) Vertical-shaft turbine
EA006361B1 (en) Improved turbine
US20110171025A1 (en) Wind Turbine Blade and Turbine Rotor
CN103052792A (en) Vertical axis wind turbine
US20160172934A1 (en) Contra rotor wind turbine system using a hydraulic power transmission device
JP2011032918A (en) Wind turbine
EA015696B1 (en) Coaxial rotor windmill and method of increasing kinetic energy of the flow
KR20170000577A (en) Vertical axis wind turbine with detachable drag force generating wing for lift force blade
RU2210000C1 (en) Rotary windmill
AU2018315012B2 (en) A rotor for a vertical axis wind turbine
RU2189494C2 (en) Magnus-rotor windmill-electric generating plant
WO2019074405A1 (en) Wind power assembly (variants)
RU136100U1 (en) COMBINED WIND ENGINE
RU2193687C2 (en) Windmill
RU2508468C2 (en) Wind motor
RU2351798C1 (en) Wind-driver power plant
US20160222942A1 (en) Wind Turbine Having a Wing-Shaped Turbine Blade
CN101852168A (en) Centrifugal variable paddle hub of windmill generator
RU120152U1 (en) WIND ELECTRIC GENERATOR
RU2248463C2 (en) Pyramidal windmill
Sokolovsky et al. Technical proposals for wind turbine structures

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18865909

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18865909

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205 DATED 24.06.20)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18865909

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1