CN103140419A - 具有平衡块的马格努斯转子和用于平衡旋转体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种马格努斯转子，所述马格努斯转子具有圆柱形的旋转体以用于利用马格努斯效应将风力转化成推进力。马格努斯转子包括：转动轴线，旋转体围绕所述转动轴线转动；以及承载体，在所述承载体上支承旋转体；和旋转体，所述旋转体具有用于加固旋转体的机构，其中旋转体在垂直于旋转体的转动轴线的至少两个在轴向方向上相互间隔的平面中准备好用于容纳平衡块。此外，本发明涉及一种用于平衡根据本发明的旋转体的方法，其中旋转体借助于在马格努斯转子的内部中的驱动马达来转动，检测马格努斯转子的旋转体在垂直于旋转体的转动轴线的至少两个轴向错开的平面中的不平衡量，并且将相应的平衡块安装到相应的平面中的加固机构上。

Description

具有平衡块的马格努斯转子和用于平衡旋转体的方法

技术领域

本发明涉及一种用于利用马格努斯效应将风力转化成推进力的、具有旋转体的马格努斯转子，以及一种用于平衡所述旋转体的方法。

背景技术

也称作弗莱特纳转子或帆转子的马格努斯转子或类似的旋转对称的旋转体围绕转动轴线旋转、进而利用马格努斯效应将空气流动、尤其是将风转化成几乎横向于空气流动的力，所述力能够用作为推进力。

在马格努斯转子的转动运动中，尤其是在大的马格努斯转子中，能够通过不对称的质量分布出现不平衡。由于不平衡出现振动，所述振动能够对马格努斯转子的运转平稳性造成干扰并且导致支承件的增加的磨损或者甚至导致毁坏。

在尤其是具有刚性转动轴线的刚性的旋转体中，也就是在工作转速的范围中仅出现可忽略的小的变形、使得旋转体几乎表现为如同理想的刚性体的旋转体中，在两个平面中甚至仅在一个平面中的平衡、即简单的平衡是足够的。在此，平面垂直于旋转体的转动轴线地处于沿转动轴线的轴向方向的预设位置上并且由旋转体的圆周限定。

但是，如果帆转子在轴向方向上太大，使得不能够理想地以刚性体为基础，那么简单的平衡不再足以实现没有不平衡的稳定的转动运动。

作为概括的现有技术参考文献DE102006025732A1和DE29818774U1。

发明内容

因此，本发明的目的在于消除、至少是减轻上述问题中的至少一个。尤其应实现在马格努斯转子中对转动不平衡进行平衡。

为了实现所述目的，根据本发明提出根据权利要求1所述的马格努斯转子以及根据权利要求9所述的方法。有利的改进形式也在从属权利要求中描述。

根据本发明的马格努斯转子用于利用马格努斯效应将风力转化成推进力。所述马格努斯转子具有准备好旋转且关于转动轴线旋转对称的旋转体以及支承有旋转体的承载体并且构造为圆柱形。所述形状实现了均匀的风入流并且在生产技术方面是有利的。此外，旋转体具有对其进行加固的机构，在下文中称作加固机构。

旋转体准备好在垂直于转动轴线的至少两个在轴向方向上相互间隔的平面中在预设的部位容纳平衡块。预设的部位在此在所述平面中处于沿旋转体的周向方向的不同位置上。也就是说，在为360°的圆形周边中，例如在平面中从0°至360°的间距为10°的每个部位能够准备好用于容纳平衡块。也就是说，平衡在三维中进行。

重力块在这种预设部位上的安装用于对旋转体进行平衡。在此，在不再能够以刚性体为基础的旋转体中、例如在马格努斯转子中，至少两个沿转动轴线的轴向方向的平面是必要的，以便抵抗由不平衡引起的变形。

替选地，旋转体具有重量体，例如能够经由孔从所述重量体中取出质量。

优选地，处于马格努斯转子的竖直的上端部上的端部盘也准备用于平衡。在端部盘上由于大的杠杆臂、例如由于马格努斯转子的高于25米的高度而出现大的弯曲力矩，所述弯曲力矩对马格努斯转子的运转平稳性造成干扰。

马格努斯转子的一个优选的实施形式在于，在至少两个加固机构上安装平衡块。为了在出现特性形式的部位上执行精确的平衡提出：在转动轴线的轴向方向上、例如以相互间为一米的均匀的间距设有加固机构。优选的间距为0.5至2米，尤其为0.8至1.5米。替选地，加固机构的间距也能够沿转动轴线的轴向方向不均匀地分布。优选的间距为在旋转体的一个端部上的0.8米沿轴向方向增大到在旋转体的另一个端部上的1.5米。

在另一个有利的实施形式中，马格努斯转子的旋转体和/或承载体是能够从内部触及的。因此，马格努斯转子的内部空间可容易地接近，例如用于对不平衡量进行检测和/或随后使其平衡。对能够安装或移除平衡块的各个位置的接近例如能够经由梯子和平台实现。

优选地设有承载体，所述承载体至少部分地处于旋转体的内部中并且具有开口，通过所述开口服务人员能够从承载体向外抓到加固机构中的至少一个。例如也能够在转动轴线的轴向方向上以有规律的间隔来施加开口，其中开口的数量根据需要进行匹配。

在一个优选的实施形式中，开口经由盖板关闭。盖板例如能够经由螺接安装、进而在需要时也能够被移除。这具有下述优点，在马格努斯转子运行时，例如对服务人员不由于开口而造成安全风险，但是，尽管如此，在需要时能够从承载体向外抓到加固元件上，以用于安装平衡块。

优选地，加固机构处于旋转体的内侧上，并且分别在周向方向上延伸。所述加固机构尤其构成为肋骨和/或环形的接板。

此外，有利的是，加固机构围绕整个圆周以有规律的间隔具有凹部、孔和/或凸部。因此，例如能够在旋转体的平面中的不同的预设位置处、分别在这种凹部或这种凸部的区域中将平衡块安装在加固机构上。优选地，以10cm的间隔来施加凹部、孔和/或凸部。

在另一个优选的实施形式中，驱动马达设置在承载体的内部中。在此，有利的是，保护驱动马达不受到例如为风和雨的天气影响，进而不仅材料受到保护、而且维护工作是与天气无关的。

基于所述马格努斯转子，根据本发明提出一种用于进行平衡的方法。在此，为了检测不平衡量首先经由驱动马达来驱动旋转体。在此有利的是，使旋转体转动的驱动马达是马格努斯转子的固定组件、进而例如也能够在工作状态中用于检测不平衡量。此外，不需要附加的单独的用于使转子转动的装置。替选地，旋转体的转动和不平衡量的检测也能够在陆地上的帆转子停放处进行。

在此，在垂直于旋转体的转动轴线的至少两个轴向错开的平面中检测马格努斯转子的旋转体的不平衡量，在下文中将所述平面称作均衡平面。优选地，经由例如在每个平面中安装的应变仪来检测不平衡量。在此有利的是，能够应用已经存在的应变仪，所述应变仪持久地安装在旋转体上，例如以便测量推进力。

在对测量结果进行评估之后，将平衡块安装到加固机构上、或换言之安装到各个平面中的预设部位上和/或将平衡块移除以用于抑制不平衡。由此能够实现非常精确的平衡。根据确定的所需要的均衡平面的数量以及在旋转体的圆周上在所述平面中的位置的数量，能够进行将平衡块安装在各个需要的位置上和/或将所述平衡块移除。

优选地，将平衡块安装在与不平衡量对置的侧上、也就是说以相对于所检测的不平衡量为180°的角度安装。

优选地，在转动时也检测端部盘的不平衡量并且随后通过安装和/或移除平衡块来进行平衡。

优选地，能够通过承载体的开口将平衡块安装在加固机构上或从加固机构上移除。优选地，承载体是可触及的并且支承旋转体。优选地，在所述承载体上存在开口。因此，确保了对下述部位的容易的可接近性，在所述部位上必须安装和/或移除平衡块。此外，在存在有开口的每个部位上的安装或移除是可行的。为了移除，重量体例如能够通过钻孔、打磨或铣削来去除。替选地，在能够解除的连接例如在借助于螺钉的连接的情况下，能够拆除重量体。

优选地，平衡块分别借助于螺钉固定。在安装平衡块时的另一个操作方法例如为夹紧和/或借助于磁力或借助于粘接剂的固定。

优选地，设置为垂直于旋转体的转动轴线的在轴向上相互间隔的平面的数量经由各个弯曲特性形式来确定，其中在所述平面中安装或移除平衡块，所述各个弯曲特性形式在低于工作转速的预设的转速中出现。如果出现多个弯曲特性形式，那么在安装和/或移除平衡块的平面的数量中对低于工作转速的所出现的最高转速的弯曲特性形式的程度进行考虑。因此，如果例如在低于工作转速的最高转速中出现第十弯曲特性形式，那么在平面的数量中对所述第十弯曲特性形式进行考虑，也就是设有至少十个均衡平面。相反地，例如仅出现三个弯曲特性形式，那么也仅注意这三个弯曲特性形式。

用于确定弯曲特性形式的数量的所出现的最高转速例如处于工作转速的60%到100%的范围中。优选地，使用从工作转速的80%到95%的范围。所述范围例如在工作转速为300U/min时处于240U/min到285U/min。

在另一个优选的实施形式中，对于n个弯曲特性形式，在设置为垂直于旋转体的转动轴线的o个轴向相互间隔的平面中安装m个平衡块。在此，n、m和o是大于1的整数。有利地，能够对刚性的旋转体进行附加的平衡。在此，平衡在另外两个这样的平面中进行。因此，对于n个弯曲特性形式，在o+2个平面中安装m+2个平衡块。在此，有利的是，在对刚性的旋转体进行附加的平衡时，即使在低转速时也实现了驱动装置的平稳运转。因此，能够例如在出现十个弯曲特性形式时使用十个或十二个平衡块，在例如出现三个弯曲特性形式时能够使用三个或五个平衡块。

优选地，马格努斯转子具有一个或多个在上文中结合对方法的阐明所描述的特征。虽然马格努斯转子的大小和重量，马格努斯转子上的这种平衡引起了非常精确的平衡、即精细平衡，因为例如提供均衡平面的理论确定的数量并且平衡块在需要的位置上的安装和/或移除能够容易地实施。

有利的是，对船应用根据本发明的马格努斯转子。对此，下述船尤其适合，在所述船中应用至少一个具有竖直的旋转体的马格努斯转子，并且所述马格努斯转子能够用作主驱动装置或辅助驱动装置。

附图说明

在下文中根据附图示例性地阐明本发明。

图1示出根据本发明的马格努斯转子的剖面图的示意前视图。

图2示出具有平衡块的马格努斯转子的示意剖面图。

图3示出从内部观察的旋转体。

图4示出具有四个马格努斯转子的船的示意图。

图5示意地示出马格努斯转子中的应变仪的布置方式。

具体实施方式

图1示出优选的马格努斯转子1，所述马格努斯转子具有带有圆柱形的形状的旋转体2。

根据图1，马格努斯转子1具有准备好旋转且关于转动轴线旋转对称的旋转体2，所述旋转体通过承载体3支承。旋转体2是圆柱形的空心体，所述空心体竖直地处于平面9上，所述平面是船的一部分并且在下文中称为船平面。在旋转体2的内侧上示出肋骨6，所述肋骨用作用于加固旋转体2的加固机构。所述肋骨在旋转体2的周向方向上延伸。附加地，肋骨6用于容纳平衡块。肋骨6对此在周向方向上以有规律的间距设有凹部、孔和/或凸部。例如螺钉能够用于将平衡块与肋骨6连接。肋骨6在关于转动轴线的轴向方向上以确定的相互间的间距在整个圆周上延伸。肋骨6的间距在此构造成在邻近于平面9的部段中较小、在远侧的部段中较大。因此，旋转体2的刚性在邻近于平面9的部段中比在远侧的部段中更高。

旋转体2的内部中的承载体3具有支承件11，所述支承件将马格努斯转子2支承在承载体3上。在此，支承件11能够构成为滚子支承件、滚珠支承件或滚动支承件。根据图1，在平面12中在外周上安装导向滚动件13，所述平面12沿旋转体2的转动轴线的轴向方向以特定的间距处于船平面9之上。导向滚动件13贴靠在旋转体2上并且在旋转体的旋转运动中引导旋转体。

在图1中示出承载体3的可触及的内部空间。可看出用于穿过承载体3触及旋转体2的开口5。所述开口能够经由盖板10关闭，由此开口5在工作状态下不对服务人员造成危险。附加地，示出梯子7和平台8，经由所述梯子和平台，例如服务人员能够到达旋转体2的不同的平面中。开口5此外能够用作通风开口。对此，盖板10有利地构造成格栅等。

此外，根据图1示出端板15，所述端板处于旋转体2的上端部上。在此，端板例如能够处于高于25米的高度中。

图2示出马格努斯转子100的示意图，所述马格努斯转子包括圆柱形的旋转体102、加固机构106、上部的和下部的支承件113、114以及转动轴线110。旋转体102竖直地处于平面115上并且在上端部和下部端部上支承在相应的支承件113、114上，其中所述平面优选是船的一部分。旋转体102能够围绕转动轴线110进行转动运动并且具有加固机构106，所述加固机构用于加固旋转体102并且能够准备好用于容纳平衡块111。在根据图2的加固机构106上总计安装有四个平衡块111。平衡块111在不同的平面中在旋转体102的不同的周向位置上安装在加固机构106上。所述平衡块具有不同的大小并且能够例如附加地在重量方面有所不同，以便根据所测定的不平衡量的大小和位置来使用。所述不平衡量能够由于旋转体102上的非对称的质量分布而出现。在弹性的旋转体中，不平衡造成具有相应的弯曲特性形式的弯曲振动，所述弯曲特性形式与马格努斯转子100的转速相关。

示例性地，在图2中示出具有两个弯曲特性形式116和117的弯曲线112，所述弯曲线示出由不平衡引起的振动在旋转体102上的影响。为了更好的观察，放大地示出振动的程度。弯曲线112不再与转动轴线110同时出现。为了避免由不平衡引起的弯曲，将平衡块111安装在旋转体102的加固机构106上，替选地或补充地能够将重量体移除。

总计示出了在垂直于旋转体102的转动轴线110的四个平面中的四个平衡块111。因此，例如能够考虑到垂直于驱动装置100的转动轴线110的另外两个平面中的刚性体的平衡。借助于刚性体平衡，即使在低转速时也实现驱动装置100的平稳的运行。

在没有刚性体平衡的情况下，旋转体102针对两个弯曲特性形式仅需要两个平衡块111。

根据图3由内向外地示出根据本发明的马格努斯转子的旋转体202。可看出旋转体202、肋骨206和肋骨206中的孔218。在马格努斯转子的处于承载体之上的部分中示出旋转体202，在所述承载体上支承旋转体202。

肋骨206在垂直于旋转体202的转动轴线的相互轴向间隔开的平面219中在不同的周向位置上设有孔218，以便在预设的部位上安装平衡块。孔的间距相互设置成在周向方向上是有规律的并且例如能够分别为10cm大。平面219能够具有相同的或也不同的彼此间的轴向间距。

肋骨206的各个平面219能够实现成用于例如经由梯子安装和/或移除平衡块。

根据图4示出具有四个马格努斯转子301的船300。在此，马格努斯转子301竖直地处于船300的甲板309上并且用作主驱动装置或辅助驱动装置。

根据图5，马格努斯转子401在旋转体408之内具有承载体404。在承载体404的内部面407上设置有作为测量设备的一部分的第一应变传感器409和第二应变传感器411。测量设备构成为通过作用到旋转体408上的力来确定由基本上径向的力负载产生的转子容纳部的弯曲应力。测量设备具有两个应变传感器409、411，所述两个应变传感器在本实施例中设置为相互间隔90°的角度α。从承载体404的中点看去，第一应变传感器409处于第一轴线413上。第一轴线413以相对船的纵轴线为β的角度延伸。在一个尤其优选的实施形式中，角度β=0°。从承载体404的中点看去，第二应变传感器411沿着第二轴线417设置在承载体404的内部面407上。在一个尤其优选的实施形式中，第一轴线413和第二轴线417之间的角度为α=90°。

第一应变传感器409借助于信号导线419与数据处理设备423连接。第二应变传感器411借助于第二信号导线421与数据处理设备423连接。数据处理设备423借助于第三信号导线425与显示设备427连接。显示设备427构成为显示由于不平衡而作用到承载体404上的力的方向和绝对值。

附加于或替选于所描述的确定作用到承载体404上的不平衡的功能地，测量设备的应变传感器409、411以及测量设备自身也能够用于检测旋转体408上的推进力，和/或用于借助于气象学的数据确认所述附着的冰以确定所述附着的冰、调整涉及到的马格努斯转子401的运行并且将所述附着的冰解冻。

Claims (14)

1.马格努斯转子（1，100），所述马格努斯转子具有圆柱形的旋转体（2，102），以用于利用马格努斯效应将风力转化成推进力，所述马格努斯转子包括：

-转动轴线（110），所述旋转体（2，102）围绕所述转动轴线转动，

-承载体（3），在所述承载体上支承所述旋转体（2，102），

-旋转体，所述旋转体具有用于加固所述旋转体（2，102）的机构，

-其中所述旋转体（2，102）在垂直于所述旋转体（2，102）的所述转动轴线（110）的、在轴向方向上相互间隔的至少两个平面中具有容纳部，平衡块（111）被安装到所述容纳部处。

2.根据权利要求1所述的马格努斯转子（1，100），

其特征在于，所述平衡块（111）安装在所述加固机构上。

3.根据上述权利要求之一所述的马格努斯转子（1，100），

其特征在于，所述旋转体（2，102）和/或支承装置（3）是能够从内部触及的。

4.根据上述权利要求之一所述的马格努斯转子（1，100），

其特征在于，所述承载体（3）至少部分地设置在所述旋转体（2，102）的内部中并且具有开口（5），以便服务人员能够实现从所述承载体（3）向外抓到所述加固装置（106）中的至少一个上。

5.根据上述权利要求之一所述的马格努斯转子（1，100），

其特征在于，所述开口（5）借助于盖板（10）关闭。

6.根据上述权利要求之一所述的马格努斯转子（1，100），

其特征在于，所述加固机构（106）位于所述旋转体（2，102）的内侧上并且沿所述旋转体（2，102）的周向方向延伸并且尤其构成为肋骨（6）和/或环形的接板。

7.根据上述权利要求之一所述的马格努斯转子（1，100），

其特征在于，所述加固机构（106）围绕整个圆周以例如为10cm的有规律的间隔具有凹部、孔和/或凸部。

8.根据上述权利要求之一所述的马格努斯转子（1，100），

其特征在于，将驱动马达（14）设置在所述承载体（3）的内部中，其中所述驱动马达（14）驱动所述旋转体（2，102）。

9.用于平衡根据上述权利要求之一所述的马格努斯转子（1，100）的方法，包括以下步骤：

-借助于在所述马格努斯转子（1，100）的内部中的驱动马达（14）来转动旋转体（2，102），

-检测所述马格努斯转子（1，100）的旋转体（2，102）在垂直于所述旋转体（2，102）的转动轴线（110）设置的至少两个轴向错开的平面中的不平衡量以及

-将相应的平衡块（111）安装在各个所述平面中的加固机构（106）上以用于抑制不平衡。

10.根据权利要求9所述的方法，

其特征在于，所述平衡块（111）经由承载体（3）的所述开口（5）安装在所述加固机构（106）上或者从所述加固机构（106）移除。

11.根据权利要求9或10所述的方法，

其特征在于，所述平衡块（111）分别借助于至少一个螺钉固定。

12.根据权利要求9至11所述的方法，

其特征在于，依据各个弯曲特性形式（116，117）确定垂直于所述旋转体（2，102）的所述转动轴线（110）的、在轴向方向上相互间隔的平面的数量，其中在所述平面中安装或移除所述平衡块（111），所述弯曲特性形式在低于工作转速的预设的转速中出现。

13.根据权利要求9至12所述的方法，

其特征在于，对于n个弯曲特性形式（116，117）在垂直于所述旋转体（2，102）的所述转动轴线（110）的o个轴向相互间隔的平面中安装m个平衡块（111），或在垂直于所述旋转体（2，102）的所述转动轴线（110）的o+2个平面中安装m+2个平衡块（111）。

14.交通工具，尤其是船（300），所述交通工具具有根据权利要求1至8之一所述的马格努斯转子（1，100，301）。

Images