Составной ротор типа магнуса

 

Изобретение относится к ветроэнергетике и судостроению и касается конструирования роторных тяговых и управляющих устройств, а также ветродвигателей, использующих эффект Магнуса. Технический результат, заключающийся в увеличении подъемной силы на 30-50%, расширении возможности управления направлением подъемной силы и снижении затрат энергии на вращение ротора, обеспечивается за счет того, что в составном роторе типа Магнуса, содержащем цилиндр и торцевые шайбы, согласно изобретению, цилиндр выполнен из нескольких цилиндрических тел с высотой, равной высоте цилиндра, каждое из тел имеет боковую замкнутую оболочку с возможностью вращения, тела закреплены к торцевым шайбам, ротор снабжен флюгером и может поворачиваться вокруг своей центральной продольной оси, а между цилиндрическими телами по всей их длине в передней части ротора размещаются рассекатели потока и в задней части - отводители потока. 1 ил.

Изобретение относится к судостроению и ветроэнергетике и касается конструирования роторных тяговых и управляющих устройств, а также ветродвигателей, использующих эффект Магнуса. Позволяет повысить величину подъемной силы не менее чем на 30-50%, расширить возможности управления направлением подъемной силы, снизить затраты энергии на эксплуатацию устройства.

Известен принятый за прототип ротор Магнуса, содержащий цилиндр и торцевые шайбы (Крючков Ю.С. и др. Крылья океанов. - Л.: Судостроение, 1983, с. 158).

Недостатки прототипа: сравнительно небольшая подъемная сила и большой расход энергии на вращение цилиндра.

Технический результат предлагаемого устройства - увеличение подъемной силы на 30-50%, расширение возможности управления направлением подъемной силы, снижение затрат энергии на вращение ротора.

Технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем цилиндр и торцевые шайбы, цилиндр выполнен из нескольких цилиндрических тел с высотой, равной высоте цилиндра, каждое из тел имеет боковую замкнутую оболочку с возможностью вращения, тела закреплены к торцевым шайбам, ротор снабжен флюгером и может поворачиваться вокруг своей центральной продольной оси, а между цилиндрическими телами по всей их длине в передней (носовой) части ротора размещаются рассекатели потока и в задней части - отводители потока.

Известно, что подъемная сила ротора Магнуса перпендикулярна направлению потока и равна R=2xV²SC_у, где V - скорость потока; S - площадь диаметрального сечения цилиндра; С_у - коэффициент подъемной силы. В частности, С_у=8-10 при линейной скорости вращения цилиндра V_вр= (3-4)V. Дальнейшее увеличение С_у за счет повышения V_вр, как правило, экономически нецелесообразно, требует затрат энергии на вращение ротора непропорционально больше увеличения С_у. Подъемная сила создается за счет разности давления (разрежения) со стороны потока на левую и правую половины цилиндра. При этом давление па левой половине пропорционально величине (V+V_вp)², а на правой - величине (V_вp-V)².

В предлагаемом роторе (например, на фиг.1) скорости вращения для разных частей ротора независимы друг от друга, в отличие от ротора Магнуса, поэтому могут быть подобраны таким образом, чтобы давление разрежения на правую часть было равно пулю, а разрежение на левой - максимально технически возможным. В этом случае подъемная сила ротора будет пропорциональна величине R_max=(V+V_вp ^лев)², где V_вр ^лев - скорость движения оболочки левого тела.

Заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что: 1. Цилиндр выполнен из нескольких цилиндрических тел с высотой, равной высоте цилиндра.

2. Каждое цилиндрическое тело имеет боковую замкнутую гибкую оболочку с возможностью вращения - перемещения по замкнутому контуру.

3. Цилиндрические тела закреплены к торцевым шайбам.

4. Ротор имеет флюгерное устройство и может поворачиваться вокруг центральной продольной оси ротора.

5. В передней (носовой) части ротора по всей длине цилиндрических тел размещается рассекатель набегающего потока.

6. В задней (кормовой) части ротора по всей длине цилиндрических тел установлены отводители потока.

Других близких аналогов не обнаружено.

Устройство поясняется чертежом, на котором представлен составной ротор (вид сбоку) и его поперечное сечение. Устройство 1 содержит торцевые шайбы 2, цилиндрические тела 3, боковые замкнутые оболочки 4 на телах 3, флюгер 5, центральную продольную ось 6, рассекатель потока 7, отводитель потока 8, ролики 9, основание 10.

Устройство действует следующим образом. Устройство 1 размешается своим основанием 10, например, на транспортном средстве. С помощью флюгера 5 ротор поворачивается вокруг центральной продольной оси 6 и устанавливается по направлению потока текучей среды (воздух, вода). Набегающий на ротор поток рассекателем 7 раздваивается, при этом, в зависимости от формы рассекателя, поток, обтекающий цилиндрические тела, будет создавать поля скоростей и давлений, благоприятствующие повышению подъемной силы ротора. Боковые оболочки 4 на цилиндрических телах 3 приводятся во вращение против часовой стрелки (приводы не показаны) с использованием, например, роликов 9. Сами тела закреплены к торцевым шайбам 2 и поэтому остаются неподвижными. При этом для получения максимальной подъемной силы линейная скорость вращения правого тела выбирается из условия равенства нулю давления разрежения на это тело, а для левого тела скорость вращения задается максимально возможной. Отводитель потока 8 обеспечивает, главным образом, наименьшее сопротивление ротора и способствует увеличению подъемной силы ротора.

Прикидочные оценки показывают, что при линейной скорости вращения оболочки левого тела, равной 3-4 скоростям потока, подъемная сила ротора увеличится на 33-50%. Можно предположить, что затраты энергии на вращение оболочек предлагаемого ротора по сравнению с энергией, необходимой для вращения цилиндров ротора Магнуса, будут в несколько раз меньше.

При наличии более двух цилиндрических тел путем рационального размещения тел и их формы, а также выбора соответствующих скоростей вращения возможно изменять и направления создаваемой подъемной силы.

Формула изобретения

Составной ротор типа Магнуса, содержащий цилиндр и торцевые шайбы, отличающийся тем, что цилиндр выполнен из нескольких цилиндрических тел с высотой, равной высоте цилиндра, каждое из тел имеет боковую замкнутую оболочку с возможностью вращения, тела закреплены к торцевым шайбам, ротор снабжен флюгером и может поворачиваться вокруг своей центральной продольной оси, а между цилиндрическими телами по всей их длине в передней части ротора размещаются рассекатели потока и в задней части - отводители потока.

РИСУНКИ

Рисунок 1