Ветровой электрогенератор на основе эффекта магнуса

Ветровой электрогенератор на основе эффекта магнуса

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к ветровому электрогенератору на основе эффекта Магнуса, в котором подъемная сила, обусловленная эффектом Магнуса возникает в результате взаимодействия между вращающимися цилиндрами и силой ветра, и вызывает вращение горизонтального вала, который является приводом механизма, генерирующего электрическую энергию.

Несмотря на то что в целях увеличения эффективности ветровых электрогенераторов при реализации некоторых таких электрогенераторов использовалась ветровая турбина типа «Савониус» (Savonius), тем не менее ветровая турбина Савониуса не способна вращаться с более высокой скоростью, чем скорость ветра, обладает сравнительно низкой способностью вырабатывать электрическую энергию, и в связи с этим она фактически не пригодна для использования с целью генерирования больших количеств электрической энергии. С другой стороны, при применении таких электрогенераторов на практике в качестве ветровых электрогенераторов, обладающих высокой способностью вырабатывать электрическую энергию, даже при условии, что в некоторых из них используется ветровая турбина винтового типа, возникает проблема, заключающаяся в невозможности увеличения мощности электрогенераторов при относительно малой скорости ветра.

Кроме вышеуказанных типов, широкую известность получил также ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса, который вырабатывает электрическую энергию благодаря наличию необходимого количества вращающихся цилиндров, расположенных радиально относительно горизонтального вала и создающих подъемную силу, обусловленную эффектом Магнуса, и, в силу этого, обеспечивающих вращение горизонтального вала (см. патентные документы №1 и №2).

Патентный документ №1: Описание изобретения к патенту США №4366368

Патентный документ №2: Патент Российской Федерации №2189494 С2

Проблемы, разрешаемые с помощью настоящего изобретения

Ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса, описанный в патентном документе №1, вырабатывает электрическую энергию посредством осуществления вращения цилиндров, создающих при этом подъемную силу, обусловленную эффектом Магнуса, благодаря которой обеспечивается вращение горизонтального вала, в результате чего вырабатывается электрическая энергия, и, таким образом, существует реальная необходимость в повышении скорости вращения цилиндров с целью увеличения подъемной силы, обусловленной эффектом Магнуса, что позволит увеличить количество вырабатываемой электрической энергии. Однако при вращении цилиндров со слишком высокой скоростью будет расходоваться чрезмерно большое количество энергии на вращение самих цилиндров, что приведет к снижению эффективности генерирования электрической энергии.

Кроме того, несмотря на то что ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса, рассмотренный в патентном документе №1, обеспечивает вращение цилиндров с помощью ротора Савониуса, вращаемого энергией ветра, существует возможность отказаться от механизма передачи для вращения цилиндров, и, вместе с тем, отпадает также необходимость в приводных электродвигателях или иных аналогичных устройствах для вращения цилиндров; однако ротор Савониуса не способен вращаться с более высокой скоростью, чем скорость ветра, и, в связи с этим, невозможно увеличить скорость вращения цилиндров и получить большую подъемную силу, обусловленную эффектом Магнуса, в результате чего такой электрогенератор не пригоден для эффективного вырабатывания электрической энергии.

Настоящее изобретение предлагает ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса, конструкция которого позволяет решить все эти проблемы, обеспечив при этом эффективное генерирование электрической энергии при скорости ветра в диапазоне от низкой скорости до относительно высокой скорости.

Средства для решения проблем

Ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса, предлагаемый в соответствии с пунктом 1 формулы настоящего изобретения для решения вышеуказанных проблем, включает горизонтальный вал, который передает вращательный момент механизму, генерирующему электрическую энергию, требуемое количество цилиндров, которые расположены радиально относительно горизонтального вала, и приводные электродвигатели, приводящие соответствующие цилиндры во вращение относительно своих осей, причем подъемная сила, обусловленная эффектом Магнуса возникает в результате взаимодействия между вращением соответствующих цилиндров и силой ветра и приводит во вращение горизонтальный вал, который приводит в движение механизм, генерирующий электрическую энергию. Ветровой электрогенератор характеризуется тем, что с целью увеличения подъемной силы, обусловленной эффектом Магнуса, снабжен средством создания воздушного потока, размещенным в заданном месте, это средство создает составляющую воздушного потока, по меньшей мере, параллельную оси цилиндра, направленную в одном направлении на периферийной наружной поверхности цилиндра так, чтобы увеличивать подъемную силу, обусловленную эффектом Магнуса.

Настоящее изобретение основывается на новом принципе, который заключается в том, что в отличие от естественных ветра и движений воздуха в поверхностных слоях цилиндров, которые вращаются вместе с цилиндрами, подъемная сила, обусловленная эффектом Магнуса и возникающая в результате взаимодействия между вращением соответствующих цилиндров и силой ветра, увеличивается за счет создания воздушных потоков на периферийной наружной поверхности цилиндров, которые были обнаружены изобретателями. Создаются трехмерные воздушные потоки путем добавления составляющих воздушных потоков, параллельных осям цилиндров, к подъемной силе, обусловленной эффектом Магнуса, возникающей за счет природного ветра и движений воздуха в поверхностных слоях цилиндров, которые вращаются вместе с цилиндрами, и, следовательно, увеличивается подъемная сила, обусловленная эффектом Магнуса, а именно, силы, которые прикладываются к цилиндрам, увеличиваются, что было доказано экспериментально. В этой связи, все воздушные потоки, создаваемые средствами создания воздушного потока, необязательно должны быть параллельны цилиндрам, а для достижения достаточного эффекта воздушные потоки должны иметь лишь составляющую вектора, параллельную цилиндрам. Изобретателям удалось добиться увеличения вращающего момента на горизонтальном валу, приводящем в движение механизм, генерирующий электрическую энергию, и таким образом значительно увеличить эффективность ветрового электрогенератора при скорости ветра в диапазоне от низкой скорости до относительно высокой скорости ветра.

Согласно пункту 2 формулы настоящего изобретения ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса представляет собой ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса, выполненный в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения, при этом средство создания воздушного потока представляет собой средство, которое создает составляющую воздушного потока на периферийной наружной поверхности цилиндра, параллельную оси цилиндра и направленную от горизонтального вала.

В соответствии с этой особенностью настоящего изобретения подъемная сила, обусловленная эффектом Магнуса, действующая на вращающиеся цилиндры увеличивается в результате создания средствами создания воздушных потоков на периферийной наружной поверхности вращающихся цилиндров воздушных потоков, которые направлены от горизонтального вала.

Согласно пункту 3 формулы настоящего изобретения ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса представляет собой ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса, выполненный в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения, при этом средство создания воздушного потока представляет собой средство, которое создает составляющую воздушного потока на периферийной наружной поверхности цилиндра, направленную параллельно оси цилиндра в сторону горизонтального вала.

В соответствии с этой особенностью настоящего изобретения подъемная сила, обусловленная эффектом Магнуса, действующая на вращающиеся цилиндры, увеличивается в результате создания средствами создания воздушных потоков, таких воздушных потоков на периферийной наружной поверхности вращающихся цилиндров, которые направлены к горизонтальному валу.

Согласно п.4 формулы настоящего изобретения ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса представляет собой ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса, выполненный в соответствии с пунктами 1-3 формулы изобретения, при этом средство создания воздушного потока представляет собой ребристый элемент, выполненный на периферийной наружной поверхности цилиндра.

В соответствии с этой особенностью настоящего изобретения в процессе вращательного движения цилиндров воздух, который находится вокруг цилиндров, принудительно направляется ребристыми элементами, в результате этого увеличивается подъемная сила, обусловленной эффектом Магнуса, действующая на вращающиеся цилиндры.

Согласно пункту 5 формулы настоящего изобретения ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса представляет собой ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса, выполненный в соответствии с пунктом 4 формулы изобретения, при этом ребристый элемент, служащий в качестве средства создания воздушного потока, представляет собой ребро спиральной формы, выполненное на периферийной наружной поверхности цилиндра.

В соответствии с этой особенностью настоящего изобретения в процессе вращательного движения цилиндров обеспечивается возможность принудительного движения воздуха, который равномерно и стабильно течет по широким поверхностям цилиндров, за счет ребер, имеющих спиральную форму, в результате чего происходит увеличение подъемной силы, обусловленной эффектом Магнуса, и уменьшается шум ветра.

Согласно пункту 6 формулы настоящего изобретения ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса представляет собой ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса, выполненный в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения, при этом на торце цилиндра установлена концевая насадки, диаметр которой больше, чем диаметр цилиндра.

В соответствии с этой особенностью настоящего изобретения экспериментально было доказано, что в том случае если установлены концевые насадки, то увеличивается эффект Магнуса, когда создаются воздушные потоки, и, согласно полученным экспериментальным данным, если установлены концевые насадки, эффект Магнуса при использовании способа, обеспечивающего принудительное движение воздуха по направлению к горизонтальному валу, увеличивается по сравнению с тем эффектом Магнуса, который можно получить при использовании способа, обеспечивающего принудительное движение воздуха радиально наружу в противоположном направлении.

Согласно пункту 7 формулы настоящего изобретения ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса представляет собой ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса, выполненный в соответствии с пунктом 5 формулы изобретения, у которого ребро выполнено в виде многополосной спирали.

В соответствии с этой особенностью настоящего изобретения благодаря наличию многополосных спиралей обеспечивается равномерное принудительное движение большего количества воздуха по поверхностям цилиндров, благодаря чему увеличивается эффект Магнуса без увеличения диаметра спиралей.

Согласно пункту 8 формулы настоящего изобретения ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса представляет собой ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса, выполненный в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения и у которого на периферийной наружной поверхности цилиндра выполнено множество углублений.

В соответствии с этой особенностью в процессе вращательного движения цилиндров вокруг своих осей множество углублений способствует возмущению течений в поверхностном слое цилиндров (в пограничном слое), в результате чего сдерживается отделение потоков в поверхностных слоях с увеличением циркуляции, что приводит к дополнительному увеличению подъемной силы, обусловленной эффектом Магнуса, действующей на вращающиеся цилиндры. Углубления могут быть в виде выемок и выступов любой формы при условии, что они обеспечивают возмущение потоков в поверхностном слое.

Согласно пункту 9 формулы настоящего изобретения ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса представляет собой ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса, выполненный в соответствии с пунктом 5 формулы изобретения, у которого на наружной поверхности кромки ребра выполнены углубления или выступы.

В соответствии с этой особенностью настоящего изобретения углубления или выступы возмущают потоки в поверхностном слое кромки ребер (в пограничном слое), в результате чего сдерживается отделение потоков в поверхностных слоях, приводящих к увеличению циркуляции, что приводит к дополнительному увеличению подъемной силы, обусловленной эффектом Магнуса.

Согласно пункту 10 формулы настоящего изобретения ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса представляет собой ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса, выполненный в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения, в котором цилиндр выполнен с возможностью раздвигания и сдвигания в радиальном направлении по отношению к горизонтальному валу.

В соответствии с этой особенностью настоящего изобретения поскольку вращающиеся цилиндры могут свободно раздвигаться и сдвигаться, электрическая энергия может вырабатываться, когда цилиндры раздвинуты или сдвинуты в зависимости от направления и скорости природного ветра, и при этом имеется возможность раздвигать цилиндры для получения максимальной площади, находящейся под воздействием ветра, и тем самым увеличивать подъемную силу, создаваемую вращающимися цилиндрами при нормальных условиях, а также сдвигать цилиндры для уменьшения площади, находящейся под воздействием ветра и таким образом предотвратить возможность повреждения основания и самих вращающихся цилиндров при сильном ветре.

Согласно пункту 11 формулы настоящего изобретения, ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса представляет собой ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса, выполненный в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения, в котором для одновременного вращения цилиндров использованы приводные электродвигатели, количество которых меньше, чем требуемое количество цилиндров.

В соответствии с этой особенностью настоящего изобретения обеспечивается возможность сэкономить электрическую энергию, используемую для работы приводных электродвигателей, благодаря чему увеличивается эффективность генерации энергии ветровым электрогенератором.

фиг.1 - вид спереди, показывающий ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса согласно варианту №1 осуществления настоящего изобретения;

фиг.2 - схема, поясняющая возникновение подъемной силы, обусловленной наличием эффекта Магнуса;

фиг.3 - разрез цилиндра в плоскости, показанной стрелками А на фиг.1;

фиг.4 - вид спереди, показывающий цилиндр с ребром;

фиг.5 - вид спереди, показывающий цилиндр, имеющий комбинированный корпус, выполненный в соответствии с вариантом №2 осуществления настоящего изобретения;

фиг.6 - вид спереди, показывающий цилиндр, в котором на ребре комбинированного корпуса выполнены углубления в соответствии с вариантом №3 осуществления настоящего изобретения;

фиг.7 - вид спереди, показывающий цилиндр, имеющий канавку, в соответствии с вариантом №4 осуществления настоящего изобретения;

фиг.8 - вид спереди, показывающий цилиндр с двумя ребрами, в соответствии с вариантом №5 осуществления настоящего изобретения;

фиг.9 - вид в перспективе, показывающий цилиндр с двумя ребрами;

фиг.10 - вид спереди, показывающий цилиндр, выполненный в соответствии с вариантом №6 осуществления настоящего изобретения;

фиг.11 - вид в перспективе, показывающий концевую насадку, в соответствии с вариантом №7 осуществления настоящего изобретения;

фиг.12 - вид спереди, показывающий ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса, выполненный в соответствии с вариантом №8 осуществления настоящего изобретения;

фиг.13 - продольное боковое сечение, показывающее корпус ветрового электрогенератора на основе эффекта Магнуса, выполненного в соответствии с вариантом №9 осуществления настоящего изобретения;

фиг.14 - сечение корпуса в плоскости, показанной стрелками В на фиг.13;

фиг.15 - графики зависимости между коэффициентом скорости движения конца цилиндра и коэффициентом подъемной силы цилиндра;

фиг.16 - графики зависимости между коэффициентом скорости движения конца цилиндра и крутящим моментом цилиндра;

фиг.17 - графики зависимости между коэффициентом скорости движения конца цилиндра и крутящим моментом цилиндра;

фиг.18 - графики зависимости между скоростью ветра и крутящим моментом; и

фиг.19 - графики зависимости между скоростью ветра и выходной мощностью электрогенератора.

Описание обозначений

А: Ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса

1: Основание

2: Механизм, генерирующий электрическую энергию

3: Горизонтальный вал

4: Корпус

5, 5b, 5с: Цилиндр

5d, 5e: Цилиндр

5f, 5g: Цилиндр

6, 6b, 6с: Ребро (средство создания воздушного потока, ребристый элемент)

6е, 6f: Ребро (средство создания воздушного потока, ребристый элемент)

6g: Пластина (средство создания воздушного потока)

7b, 7с: Углубление

8b, 8с: Покрывающий материал

9b, 9с: Комбинированный корпус

10с: Верхняя поверхность (наружная поверхность)

15: Приводной электродвигатель

16, 16d: Концевая насадка

16е, 16f: Концевая насадка

16g: Концевая насадка

17d: Канавка (средство создания воздушного потока)

19: Внутренний цилиндр

20: Наружный цилиндр

21: Основание

23: Горизонтальный вал

24: Корпус

25: Цилиндр

24: Ребро (средство создания потока)

25: Цилиндр

26: Ребро (средство создания воздушного потока, ребристый элемент)

35: Приводной электродвигатель

39: Внутренний цилиндр

40: Наружный цилиндр

41: Корпус

42: Горизонтальный вал

43: Цилиндр

44: Приводной электродвигатель

45, 46: Коническая шестерня

Далее приводится описание некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения.

Вариант №1

Ниже со ссылками на прилагаемые чертежи приводится описание ветрового электрогенератора на основе эффекта Магнуса, выполненного в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, где на фиг.1 представлен вид спереди ветрового электрогенератора на основе эффекта Магнуса согласно варианту №1 осуществления настоящего изобретения, на фиг.2 представлена схема, поясняющая возникновение подъемной силы, обусловленной эффектом Магнуса, на фиг.3 представлен цилиндр в поперечном разрезе в плоскости, обозначенной стрелками А на фиг.1, и на фиг.4 представлен вид спереди цилиндра с ребром.

Далее приводится описание механизма, который обеспечивает возникновение общей подъемной силы, обусловленной эффектом Магнуса. Как показано на фиг.2, воздушный поток, который пришел в соприкосновение с передней стороной вращающегося цилиндра С, в процессе совершения цилиндром С вращательного движения направляется вверх в соответствии с направлением, в котором происходит вращение цилиндра С, причем направление воздушного потока обозначено на фиг.2. В данном случае воздух, проходящий сверху вращающегося цилиндра С, перемещается быстрее воздуха, который проходит снизу вращающегося цилиндра С, в результате чего и возникает эффект Магнуса, заключающийся в том, что при наличии отрицательного давления сверху цилиндра С и положительного давления снизу возникает разность давлений воздуха, приводящая к тому, что на вращающийся цилиндр С действует подъемная сила Магнуса Y_o, направленная перпендикулярно направлению воздушного потока.

Позицией А на фиг.1 обозначен ветровой электрогенератор на основе эффекта Магнуса, который является предметом настоящего изобретения. В таком ветровом электрогенераторе А на основе эффекта Магнуса механизм 2, генерирующий электрическую энергию, установленный на цапфе для поворота в горизонтальном направлении вокруг вертикального электродвигателя (не показан), расположен на верхней части основания 1, установленного на земле. Механизм 2, генерирующий электрическую энергию, включает горизонтальный вал 3, установленный в цапфах таким образом, чтобы вращаться в вертикальном направлении, при этом одним своим концом горизонтальный вал 3 связан с электрогенератором (не показан), содержащим механизм 2, генерирующий электрическую энергию, а другой конец горизонтального вала 3 прикреплен к корпусу 4,

Как показано на фиг.1, внутри корпуса 4 имеется шесть приводных электродвигателей 15, а по периферии корпуса 4 радиально установлены шесть цилиндров 5, при этом основания соответствующих цилиндров 5 соединены с соответствующими приводными электродвигателями 15, расположенными внутри корпуса 4, а цилиндры 5 установлены в цапфах таким образом, чтобы вращаться под действием соответствующих приводных электродвигателей 15. Кроме того, на торцевых поверхностях дальних концов цилиндров 5 закреплены концевые насадки 16, имеющие форму диска, диаметр которого больше, чем диаметр цилиндров 5.

Согласно настоящему варианту осуществления изобретения на периферийных наружных поверхностях цилиндров 5 расположены ребристые элементы, служащие в качестве средства создания воздушного потока, а именно: ребра 6 спиральной формы, обвивающиеся вокруг цилиндров, выполнены с ними как одно целое. Ребра 6 могут быть изготовлены из таких материалов, как, например, синтетическая смола или какой-нибудь другой материал, например, такой как легкий сплав, стойкий к атмосферным воздействиям. Далее приводится описание ребра 6. Как показано на фиг.4, одно ребро 6, имеющее требуемые размеры по ширине и высоте, крепится таким образом, чтобы образовалась правосторонняя спираль в виде правосторонней резьбы, если смотреть со стороны торца дальнего конца цилиндра 5.

При использовании ветрового электрогенератора А на основе эффекта Магнуса, показанного на фиг.1, для генерирования электрической энергии сначала с помощью ветряного флюгера (не показан) определяется направление ветра, а затем при помощи цепи управления (не показана) осуществляется пуск вертикального электродвигателя (не показан) для поворота механизма 2, генерирующего электрическую энергию, в зависимости от направления ветра таким образом, чтобы ветер дул в переднюю сторону корпуса 4. После этого производится пуск соответствующих приводных электродвигателей 15, которые находятся внутри корпуса 4, в результате чего происходит вращение соответствующих цилиндров 5.

Далее приводится подробное описание того, в каком направлении осуществляется вращение цилиндров 5 и в каком направлении закручена спираль ребер 6. Как показано на фиг.1 и фиг.3, если спиральное ребро 6 цилиндра 5 закручено таким образом, что оно представляет собой правостороннюю спираль в виде правосторонней резьбы, если смотреть с торца цилиндра 5, тогда вращение цилиндра 5 совершается по направлению против часовой стрелки. Поскольку направление намотки спирали ребра 6 противоположно направлению вращения цилиндра 5, то можно вызвать движение воздуха по периферийной наружной поверхности цилиндра 5 к горизонтальному валу 3. В том случае если направление намотки спирали ребра 6 совпадает с направлением вращения цилиндра 5, то возможно движение воздуха по периферийной наружной поверхности цилиндра 5 в направлении от горизонтального вала 3 (т.е. в радиальном направлении наружу).

Как показано на фиг.4, при наличии спирального ребра 6 на цилиндре 5, спиральное ребро 6 создает воздушные потоки F при вращении цилиндра 5. В этом случае становится возможным образование составляющих V воздушного потока, направленных параллельно осям соответствующих вращающихся цилиндров 5, в отличие от природного ветра и движения воздуха в поверхностном слое цилиндра 5, вращающихся вместе с цилиндром 5.

Как показано на фиг.3 и фиг.4, благодаря созданию воздушных потоков у периферийной наружной поверхности цилиндра 5, а именно воздушных потоков F в зоне периферийной наружной поверхности цилиндра 5, создаются трехмерные воздушные потоки, образованные природным ветром и движением воздуха в поверхностном слое цилиндра 5, вращающиеся вместе с цилиндром 5.

Как подтверждено результатами, полученными при проведении экспериментов, рассматриваемых здесь ниже, подъемная сила Y, обусловленная эффектом Магнуса, возникающая в результате взаимодействия между вращением соответствующего цилиндра 5 и силой ветра, увеличивается (см. фиг.3). В связи с этим все воздушные потоки F, полученные с помощью средств создания воздушного потока необязательно должны быть параллельны цилиндрам 5, а для получения нужного эффекта достаточно, чтобы воздушные потоки F имели лишь векторные составляющие V, направленные параллельно цилиндрам 5. Установлено, что это приводит к возникновению явления увеличения перепада давлений между отрицательным давлением и положительным давлением, действующими на цилиндр 5, а также явления увеличения площади поверхности, создающей подъемную силу, и иных аналогичных явлений, в результате которых увеличивается подъемная сила Y, обусловленная эффектом Магнуса.

Более того, экспериментальным путем доказано, что применение концевых насадок 16 приводит к увеличению эффекта Магнуса. А именно, при наличии концевой насадки 16 на торце цилиндра 5, такая концевая насадка 16 оказывает положительное влияние на воздушные потоки F, увеличивая тем самым подъемную силу Y, обусловленную эффектом Магнуса. Кроме того, как указывается в приведенном здесь ниже описании, при проведении экспериментальных исследований было обнаружено, что при наличии концевых насадок 16 этот способ, который вызывает движение воздуха к горизонтальному валу, увеличивает эффект Магнуса в большей степени, чем способ, вызывающий движение воздуха в направлении радиально наружу.

Как показано на фиг.1, подъемная сила Y, обусловленная эффектом Магнуса и создаваемая для соответствующих цилиндров 5, вращает цилиндры 5 и корпуса 4 вокруг горизонтального вала 3, благодаря чему электрогенератор (не показан), соединенный с одним концом горизонтального вала 3 вырабатывает электрическую энергию. Кроме того, благодаря оснащению цилиндров 5 ребрами 6, имеющими спиральную форму, возрастает величина крутящего момента (вращательного момента) на горизонтальном валу 3, который обеспечивает привод электрогенератора (не показан), в результате чего увеличивается производительность ветрового электрогенератора А на основе эффекта Магнуса. Как только электрогенератор (не показан) начинает вырабатывать электрическую энергию, часть вырабатываемой электрической энергии может затрачиваться на работу приводных электродвигателей 15, используемых для вращения цилиндра 5, как электрическая энергия, используемая на вспомогательные цели.

Проверочные испытания цилиндров 5, используемых в данном варианте осуществления настоящего изобретения, проводились в помещении, оснащенном аэродинамической трубой. Далее, на основании данных, приведенных в на фиг 15, рассматриваются коэффициент θ скорости движения конца цилиндра и коэффициент Су подъемной силы для цилиндра 5 ветрового электрогенератора А на основе эффекта Магнуса, выполненного в соответствии с данным вариантом осуществления настоящего изобретения, для цилиндров, выполненных в соответствии с другими изобретениями, и для идеальной текучей среды. На фиг.15 приведен график, показывающий зависимость между коэффициентом θ скорости движения конца цилиндра и коэффициентом Су подъемной силы. Если диаметр (м) цилиндра обозначить как d, скорость вращения цилиндра в секунду (об/с) обозначить как n и скорость ветра (м/с) обозначить как u, то тогда коэффициент θ скорости движения конца цилиндра выражается как θ=πdn/u. Коэффициент Су подъемной силы представляет собой величину, полученную в результате деления подъемной силы Y на произведение энергии движения ветра на единицу объема (1/2)ρu² и проекции площади цилиндра dl (где l - длина цилиндра), и выражается как Су=2πθ для идеальной текучей среды. Коэффициент θ скорости движения конца цилиндра использован для того, чтобы обеспечить как можно меньшие изменения в экспериментальных данных, происходящие вследствие изменения диаметра d, скорости вращения n и скорости ветра u, а коэффициент Су подъемной силы также использован для того, чтобы обеспечить как можно меньшие изменения в экспериментальных данных, происходящие вследствие изменения скорости ветра u, размера dl цилиндра и плотности текучей среды ρ.

Как видно из фиг.15, график (А) представляет зависимость между коэффициентом θ скорости движения конца цилиндра и коэффициентом Су подъемной силы цилиндра 5 ветрового электрогенератора А на основе эффекта Магнуса, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, график (В) представляет зависимость между коэффициентом θ скорости движения конца цилиндра и коэффициентом Су подъемной силы цилиндра ветрового электрогенератора на основе эффекта Магнуса, выполненного в соответствии с разработками ITAM (Россия), а график (С) представляет зависимость между коэффициентом θ скорости вращения конца (преобразованная величина, соответствующая коэффициенту θ скорости движения конца цилиндра) и коэффициентом Су подъемной силы лопасти NACA 4415 (лопасть пропеллера с углом атаки 12 градусов), которая часто применяется в ветровом электрогенераторе турбовинтового типа.

При сопоставлении графика (А) для цилиндра 5, выполненного согласно настоящему изобретению, с графиком (В) для цилиндра ITAM и с графиком (С) для лопасти NACA 4415, видно, что график (А) для цилиндра 5, выполненного согласно настоящему изобретению, представляет собой кривую, близкую к графику, построенному для идеальной текучей среды (т.е. среды, которая течет идеально, без каких-либо потерь, и для которой не нужно учитывать трение и разделение).

В особенности при сопоставлении графика (А) для цилиндра 5, выполненного согласно настоящему изобретению, с графиком (В) для цилиндра ITAM видно, что коэффициент Су подъемной силы, представленный в виде графика (А) для цилиндра 5, выполненного согласно настоящему изобретению, располагается выше, чем коэффициент Су подъемной силы, представленный в виде графика (В) для цилиндра ITAM, при условии, что коэффициент θ скорости движения конца цилиндра низкий (коэффициент θ приблизительно равен или меньше, чем 1,5).

Это свидетельствует о том, что цилиндр 5 ветрового электрогенератора А на основе эффекта Магнуса, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, способен с большей эффективностью создавать подъемную силу Y, обусловленную эффектом Магнуса, при условии низкой скорости вращения n цилиндра, а поскольку ветровой электрогенератор А на основе эффекта Магнуса, выполненный согласно настоящему изобретению, способен обеспечить вращение горизонтального вала 3 с повышенной скоростью даже при низкой скорости вращения n цилиндра 5, то обеспечивается возможность экономии электрической энергии, потребляемой приводными электродвигателями 15, используемыми для привода цилиндров 5, благодаря чему возрастает эффективность генерации электрической энергии.

Далее следует описание концевых насадок 16, применяемых в ветровом электрогенераторе А на основе эффекта Магнуса, выполненного согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения, которое ведется со ссылками на данные, приведенные на фиг.16 и фиг.17, где показаны графики крутящего момента N (вращающего момента), создаваемого на горизонтальном валу 3, в механизме 2, генерирующем электрическую энергию, в зависимости от коэффициента θ скорости движения конца цилиндра. Ниже в описании данного варианта осуществления настоящего изобретения направление вращения цилиндра 5, при котором воздушный поток направляется по периферийной наружной поверхности цилиндра 5 к горизонтальному валу 3 называется вращением вперед, а направление вращения цилиндра 5, при котором воздушный поток движется по периферийной наружной поверхности цилиндра 5 в направлении от горизонтального вала 3, называется вращением назад.

Фиг.16 представляет собой график, отражающий зависимости между коэффициентом θ скорости движения конца и величиной крутящего момента N для цилиндра 5 диаметром 70ϕ, который вращается вперед, и где график (а) выражает зависимость между коэффициентом θ скорости движения конца и величиной крутящего момента N для цилиндра 5, не имеющего спирального ребра 6 и не снабженного концевой насадкой 16, график (b) выражает зависимость между коэффициентом θ скорости движения конца и величиной крутящего момента N для цилиндра 5, снабженного спиральным ребром 6, график (с) выражает зависимость между коэффициентом θ скорости движения конца и величиной крутящего момента N для цилиндра 5, снабженного спиральным ребром 6 и имеющего концевую насадку 16 диаметром 140ϕ, и график (d) выражает зависимость между коэффициентом θ скорости движения конца и величиной крутящего момента N для цилиндра 5, снабженного спиральным ребром 6 и имеющего подсоединенную к нему концевую насадку 16 диаметром 200ϕ.

При сопоставлении графика (а) для цилиндра 5, не имеющего спирального ребра 6, с графиком (b) для цилиндра 5 со спиральным ребром 6 при вращении вперед видно, что поскольку ребро 6 способствует увеличению подъемной силы Y, обусловленной эффектом Магнуса, действующей на цилиндр 5, величина крутящего момента N на графике (b) для цилиндра 5 с ребром 6 выше, чем величина крутящего момента N на графике (а) для цилиндра 5, не имеющего ребра 6.

Кроме того, что касается графика (b) и графика (с) для цилиндра 5 со спиральным ребром 6 при вращении вперед, сопоставление графика (b) для цилиндра 5 без концевой насадки 16 и графика (с) для цилиндра 5 с концевой насадкой 16 диаметром 140ϕ показывает, что при наличии концевой насадки 16 увеличивается величина крутящего момента N вследствие эффекта Магнуса в зоне, прилегающей к концевой насадке 16, и создается большая подъемная сила Y, обусловленная эффектом Магнуса в торцевой области цилиндра 5. То есть, величина крутящего момента N на графике (с) для цилиндра 5 с концевой насадкой 16 больше, чем величина крутящего момента N на графике (b) для цилиндра 5 без концевой насадки 16.

При вращении вперед, сопоставление графика (с) для цилиндра 5 с концевой насадкой 16 диаметром 140ϕ и графика (d) для цилиндра 5 с концевой насадкой 16 диаметром 200ϕ показывает, что величина крутящего момента N на графике (d) для цилиндра 5 с концевой насадкой 16 большего диаметра выше, чем величина крутящего момента N на графике (с) для цилиндра 5 с концевой насадкой 16 меньшего диаметра. Как следует из графика, представленного на фиг.16, в случае прикрепления концевой насадки 16 к цилиндру 5 с ребром 6, создается большая подъемная сила Y, обусловленная эффектом Магнуса.

Фиг.17 представляет собой график, отражающий зависимости между коэффициентом θ скорости движения конца и величиной крутящего момента N для цилиндра 5, который совершает вращение назад, и где график (а) выражает зависимость между коэффициентом θ скорости движения конца и величиной крутящего момента N для цилиндра 5, не имеющего спирального ребра 6 и не снабженного концевой насадкой 16, график (е) выражает зависимость между коэффициентом θ скорости движения конца и величиной крутящего момента N для цилиндра 5, снабженного спиральным ребром 6, график (f) выражает зависимость между коэффициентом θ скорости движения конца и величиной крутящего момента N для цилиндра 5, снабженного спиральным ребром 6 и имеющего прикрепленную концевую насадку 16 диаметром 140ϕ, и график (g) выражает зависимость между коэффициентом θ скорости движения конца и величиной крутящего момента N для цилиндра 5, снабженного спиральным ребром 6 и имеющим концевую насадку 16 диаметро