Рассмотрен определитель направления и скорости вращения объекта, основанный на эффекте Магнуса. Определитель расширяет возможности формирования сигналов о скорости и направлении вращения объекта при радиационных воздействиях, в химически опасных и во взрывоопасных опасных средах
вихревое движение, давление, зазор, скорость, поток, радиальные силы, силы вязкого трения, эффект Магнуса
Явление аэродинамики, при котором направление вихря совпадает с направлением обтекающего потока и силы вязкого трения вокруг вращающегося тела, носит название эффект Магнуса [1]. Разность скоростей вызывает разность давлений и поперечную силу потока окружающей среды при совместном воздействии таких физических явлений, как эффект Бернулли и образование пограничного слоя в среде вокруг обтекаемого объекта.
Определитель направления и скорости вращения объекта [2], основанный на эффекте Магнуса, показан на рисунке 1. Вал 1 установлен внутри кольца 2 с зазором 3 и с возможностью вращения в направлениях А или В. Кольцо 2 имеет канавки 4, 5, каналы 6 и 7, которые подают давление для формирования сигналов на определение направления вращения и скорости вращения в направлениях вращения. Канавка 4 плоской стороной 10 и острой кромкой 12 сопряжена с поверхностью 14 кольца 2, а канавка 5 плоской стороной 11 и острой кромкой 13 сопряжена с поверхностью 14 кольца 2. Вращение вала 1 увлекает за собой обтекающий его поток окружающей среды, создает вихревое движение потока, образующее силы вязкого трения и радиальные силы в зазоре 3. Силами вязкого трения и радиальными силами при совпадении с прямым (А) или противоположным (В) направлением вращения объекта 1 в зазоре 3 кольца 2 создается давление, которое тем выше, чем выше скорость вращения вала 1. Вихревой поток окружающей среды, вращаясь в зазоре 3 вместе с валом 1 в направлении (А) по плоской стороне 10 попадает в канаву 4 и создает в ней давление потока 8, которое через канал 6 подает сигнал, показывающий скорость и направление вращения (А) вала 1. Кромка 12 отсекает поток, вихревое движение потока за кромкой 12 в зазоре 3 вновь создает давление. Проходя кромку 13, поток срывается с нее и в канавке 5 образует разрежение, которое препятствует выходу потока в канал 7. Вихревой поток окружающей среды, вращаясь в зазоре 3
|
Рисунок 1 –Общий вид бесконтактного определителянаправления и скорости вращения вала |
вместе с объектом 1 в направлении (В) по стороне 11 попадает в канаву 5 и создает в ней давление потока 9, которое через канал 7 подает сигнал, показывающий скорость и направление вращения (В) вала 1. Кромка 13 отсекает поток, вихревое движение потока за кромкой 13 в зазоре 3 вновь создает давление. Проходя кромку 12, поток срывается с нее и в канавке 4 образует разрежение, которое препятствует выходу потока в канал 6. Таким образом, давлением, образующимся силами вязкого трения и радиальными силами при вихревом движении потока окружающей среды в зазоре 3 между объектом 1 и кольцевой камерой 2, осуществляется бесконтактное определение направления вращения и скорости вращения вала 1 в прямом и противоположном направлениях, при этом, чем выше скорость вращения вала 1, тем выше давление потока в канавках 8 и 9.
Применение бесконтактного определителя для формирования результирующих сигналов исключает необходимость в посторонних источниках питания, расширяет возможности определения направления вращения и измерения скорости вращения объектов при радиационных воздействиях, в химически опасных и во взрывоопасных опасных средах.
1. Магнуса эффект // Большая российская энциклопедия: [в 35 т.] / гл. ред. Ю.С. Осипов. - М.: Большая российская энциклопедия, 2004-2017. URL: Эффект Магнуса - Википедия (wikipedia.org).
2. Патент № 2831667 Российская Федерация, G01P 3/20 (2006.01). Спо-соб бесконтактного определения направления вращения и измерения скорости вращения объекта : № 2024117006 : заявл. 19.06.2024 : опубл. 11.12.2024 / Черепанов А.П..: заявитель ФГБОУ ВО «АнГТУ». – 12 с.: ил. – Текст : непосредственный.
