ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2213883

СОСТАВНОЙ РОТОР ТИПА МАГНУСА

СОСТАВНОЙ РОТОР ТИПА МАГНУСА

Имя изобретателя: Соловьев Александр Петрович 
Имя патентообладателя: Соловьев Александр Петрович
Адрес для переписки: 197045, Санкт-Петербург, Ушаковская наб., 17/1, к.377, А.П.Соловьеву
Дата начала действия патента: 2001.08.22 

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.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

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=2xV2SCу,

где V - скорость потока; S - площадь диаметрального сечения цилиндра; Су - коэффициент подъемной силы. В частности, Су=8-10 при линейной скорости вращения цилиндра Vвр= (3-4)V. Дальнейшее увеличение Су за счет повышения Vвр, как правило, экономически нецелесообразно, требует затрат энергии на вращение ротора непропорционально больше увеличения Су. 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+Vвp)2, а на правой - величине (Vвp-V)2.

СОСТАВНОЙ РОТОР ТИПА МАГНУСА

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 Rmax=(V+Vвp лев)2, где Vвр 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.

Версия для печати
Дата публикации 30.01.2007гг


вверх