CN106956761A - 一种采用气体隔离冷热工质的记忆合金驱动装置 - Google Patents
一种采用气体隔离冷热工质的记忆合金驱动装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种采用气体隔离冷热工质的记忆合金驱动装置，包括运动结构、驱动结构和冷热水气体循环控制结构；运动结构主要由桨叶、连杆、销轴、支架稳固件构成。每个桨叶的驱动机构主要由记忆合金弹簧、气缸、两个固定圆盘、压缩弹簧、推杆组成。圆盘的三个孔分别与三个气缸的端部螺纹连接，圆盘的三对方形孔与三个支架稳固件采用过盈配合连接。冷热水气体循环控制结构主要由冷水泵、热水泵、腔体、电子控制元件箱、气泵、二位三通电磁换向阀、储气罐、排气阀、进程软管、回程软管、各种连接件等组成。本装置具有低噪声，对环境影响小；耗能低，理论热效率高；较廉价的特点，主要应用于水面运输工具领域。
Description
技术领域
本发明涉及水面及水下运输工具驱动器的技术领域，特别涉及一种采用气体隔离冷热工质的记忆合金驱动装置。
背景技术
现在的核潜艇一般是利用核反应堆中的材料在人为控制的条件下发生核裂变产生高温，利用获得的高温加热一回路的高压水，这种高热高压水在经过蒸汽发生器后，把热量传递给二回路，使二回路的水被加热成蒸汽，然后利用蒸汽去驱动蒸汽机，蒸汽机可以直接推动螺旋桨，也可以连接发电机产生电能，从而达到核潜艇航行的目的。但一方面，这些能量转换的过程中，造成了很多能量损失；另一方面，核材料发生核裂变的过程极其危险，除了有强烈的辐射，还可能发生核泄漏导致不可挽回的核污染。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种采用气体隔离冷热工质的记忆合金驱动装置，具体技术方案如下：
一种采用气体隔离冷热工质的记忆合金驱动装置，包括运动结构、驱动结构和冷热水气体循环控制结构；
所述运动结构包括桨叶、支架稳固件、销轴a、销轴b、销轴c、和连杆；
所述驱动结构包括前段固定圆盘、后段固定圆盘、气缸推杆、压缩弹簧和气缸；
所述前段固定圆盘设有三个螺纹孔和三对方形孔，方形孔在各螺纹孔两端，用于连接支架稳固件；
所述后段固定圆盘设有三个螺纹孔；
所述压缩弹簧套接在气缸推杆上；
所述气缸推杆的一端穿过前段固定圆盘插接在气缸内；
所述记忆合金弹簧设置在气缸内，一端插入销钉固定；气缸前端盖和气缸后端盖设在气缸两端，分别通过螺纹连接在前段固定圆盘和后段固定圆盘的三个螺纹孔上；
旋转接头一端在气缸内部与气缸推杆螺纹连接，另一端连接记忆合金弹簧；
所述支架稳固件设有三个，插接在前段固定圆盘的方形孔上，支架稳固件与前段固定圆盘连接后注胶固定；
所述支架稳固件底端设有销轴a，所述销轴a两端设有桨叶；
所述气缸推杆的另一端设有连接块，连接块设有销轴b；
两桨叶之间设有销轴c，所述销轴b和销轴c之间通过连杆连接固定；
所述冷热水气体循环控制结构包括冷水泵、热水泵、腔体、电子控制元件箱、气泵、气管、排气阀、二位三通电磁转换阀、一分进程软水管、储气罐、弯管、四分回程软水管、单向阀和一分回程软水管；
所述腔体上设有六个连接通孔，腔体内中间设有隔板，分为冷腔和热腔；
所述电子控制元件箱粘在腔体上；
所述储气罐通过两个排气阀分别与冷腔和热腔连接相通；
所述弯管的一端分别与冷腔和热腔相通，另一端的弯管一侧连接冷水泵，另一侧连接热水泵；
所述热水泵和所述冷水泵的另一端连接在四分四通管左右端；
所述四分四通管的顶端连接气泵；
所述气泵与储气罐通过气管相连；
所述二位三通电磁换向阀设置在气泵后面；
所述二位三通电磁换向阀底部的两个阀口分别与冷腔和热腔相通；
所述二位三通电磁换向阀前端连接四分回程软水管；
所述电子控制元件箱设置在二位三通电磁换向阀后面；
所述冷水泵、热水泵、二位三通电磁换向阀和气泵连接在电子控制元件箱上；
所述四分四通管底端连接进程水路的一分四通管，三根一分进程软水管的一端与进程水路的一分四通管固定，另一端通过连接件固定在气缸后端盖上；
所述四分回程软水管另一端连接回程水路的一分四通管；
三根一分回程软水管的一端与回程水路的一分四通管固定，另一端通过连接件固定在气缸前端盖上。
所述的一种采用气体隔离冷热工质的记忆合金驱动装置，其优选方案为所述腔体与排气阀、弯管、二位三通电磁换气阀通过注胶密封。
所述的一种采用气体隔离冷热工质的记忆合金驱动装置，其优选方案为所述腔体左侧为热腔，右侧为冷腔。
所述的一种采用气体隔离冷热工质的记忆合金驱动装置，其优选方案为所述冷腔和热腔互不相通。
所述的一种采用气体隔离冷热工质的记忆合金驱动装置，其优选方案为所述记忆合金弹簧通过钢丝线捆绑到旋转接头上。
所述的一种采用气体隔离冷热工质的记忆合金驱动装置，其优选方案为所述销钉插入气缸后端盖前加入橡胶圈。
所述的一种采用气体隔离冷热工质的记忆合金驱动装置，其优选方案为所述气缸推杆插入气缸前端盖前加入橡胶圈。
热水泵将热水吸入进程软管，由一分四通管分流分成三束水流(此处我们选择流量大、压力大的水泵及泵的出口横截面积大于等于一份管内径的三倍)，分别流向三个气缸，再由回程软管通过二位三通阀的一个阀口流回热腔；记忆合金弹簧即将动作完毕，关闭热水泵，接通气泵，将管路及气缸中残余的水挤压回热腔；关闭气泵，接通二位三通电磁换向阀，接通冷水泵，将冷水吸入进程软管，由一分四通管分流分成三束水流，分别流向三个气缸，再由回程软管通过二位三通阀的另一个阀口流回冷腔，弹簧运动即将结束后，断开冷水泵，打开气泵，将管路及气缸中残余的水挤压回冷腔，关闭气泵。一个周期结束。其中，每个环节，通入的气体进入热腔和冷腔后通过排气阀又回到储气罐，即同时实现气体循环。
本发明的有益效果：本发明的技术方案以记忆合金为驱动，直接利用热能，使记忆合金达到相变温度，产生相变力来驱动，从而实现了高效率、低噪音、低污染和低运行成本。热源可以采用各种方式提供：燃烧各种可燃气体，如：天然气、沼气、石油气、氢气、煤气等，也可燃烧柴油、液化石油气等液体燃料，还可以燃烧木材，以及利用电能、太阳能等。相比主要以震爆形式来供能的传统的内燃机，减少了能量传递与转换过程中损耗的相当一部分的能量；相比传统的外燃机，以记忆合金代替耐热性材料，不仅体积比传统的外燃机小，而且造价低。记忆合金驱动相对来说可以作为核潜艇的一种较好的驱动方式。
此装置通过加入了气泵和二位三通换向阀，减少了冷热交换，提高能量利用效率；分三个记忆合金分别带动三对桨叶，记忆合金的收缩运动直接转化成划水运动，减少了冷热交换时损失的能量，提高能量利用效率。结构简化，方便调试；采用气缸作为记忆合金反应腔，一方面易于实现密封，降低加工要求，另一方面解决套轴在相对运动时，由于水的挤压产生的阻生导致桨叶运动范围较小，摩擦阻力过大的问题；记忆合金弹簧与推杆连接时采用旋转头，解决记忆合金形变时产生扭矩增加阻力的问题；加入控制电路，实现自动化动作；将驱动及运动结构与后面的控制结构分开，易于实现装置在水下游动，而且之前的驱动及运动结构是悬臂梁结构，对主轴材料的要求高，此种形式使装置更加稳固。
附图说明
图1为一种采用气体隔离冷热工质的记忆合金驱动装置结构示意图；
图2为运动结构示意图；
图3为驱动结构示意图；
图4为气缸与推杆剖面图；
图5为旋转接头示意图；
图6为腔体示意图；
图7为前段固定圆盘示意图。
图中，1运动结构，2为驱动结构，3为冷水泵，4为热水泵，5为冷热水气体循环控制结构，6为桨叶，7为支架稳固件，8为销轴a，9为销轴b，10为销轴c，11为连杆，12为前段固定圆盘，13为后段固定圆盘，14为气缸推杆，15为压缩弹簧，16为气缸，17为记忆合金弹簧，18为销钉，19为气缸前端盖，20为气缸后端盖，21为旋转接头，22为连接块，23为腔体，24为电子控制元件箱，25为气泵，26为气管，27为排气阀，28为二位三通电磁换向阀，29为一分进程软水管，30为储气罐，31为弯管，32为四分回程软水管，33为一分回程软水管，34为四分四通管，35为进程水路的一分四通管，36为回程水路的一分四通管。
具体实施方式
如图1-图7所示一种采用气体隔离冷热工质的记忆合金驱动装置，包括运动结构1、驱动结构2、冷热水气体循环控制结构5；
所述运动结构1包括桨叶6、支架稳固件7、销轴a8、销轴b9、销轴c10、和连杆11；
所述驱动结构2包括前段固定圆盘12、后段固定圆盘13、气缸推杆14、压缩弹簧15和气缸16；
所述前段固定圆盘12设有三个螺纹孔和三对方形孔，方形孔在各螺纹孔两端，用于连接支架稳固件7；
所述后段固定圆盘13设有三个螺纹孔；
所述压缩弹簧15套接在气缸推杆14上；
所述气缸推杆14的一端穿过前段固定圆盘12插接在气缸16内；
所述记忆合金弹簧17设置在气缸16内，一端插入销钉18固定；气缸前端盖19和气缸后端盖20设在气缸16两端，分别通过螺纹连接在前段固定圆盘12和后段固定圆盘13的三个螺纹孔上；
旋转接头21一端在气缸16内部与气缸推杆14螺纹连接，另一端连接记忆合金弹簧17；
所述支架稳固件7设有三个，插接在前段固定圆盘12的方形孔上，支架稳固件7与前段固定圆盘12连接后注胶固定；
所述支架稳固件7底端设有销轴a8，所述销轴a8两端设有桨叶6；
所述气缸推杆14的另一端设有连接块22，连接块22安装销轴b9；
两桨叶6之间设有销轴c10，所述销轴b9和销轴c10之间通过连杆11连接固定；
所述冷热水气体循环控制5结构包括冷水泵3、热水泵4、腔体23、电子控制元件箱24、气泵25、气管26、排气阀27、二位三通电磁转换阀28、一分进程软水管29、储气罐30、弯管31、四分回程软水管32、和一分回程软水管33；
所述腔体23上设有六个连接通孔，腔体23内中间设有隔板，分为冷腔和热腔；
所述电子控制元件箱24粘在腔体23上；
所述储气罐30通过两个排气阀27分别与冷腔和热腔连接相通；
所述弯管31的一端分别与冷腔和热腔相通，另一端的弯管31一侧连接冷水泵3，另一侧连接热水泵4；
所述热水泵4和所述冷水泵3的另一端连接在四分四通管34左右端；
所述四分四通管34的顶端连接气泵25；
所述气泵25与储气罐30通过气管26相连；
所述二位三通电磁换向阀28设置在气泵25后面；
所述二位三通电磁换向阀28底部的两个阀口分别与冷腔和热腔相通；
所述二位三通电磁换向阀28前端连接四分回程软水管32；
所述电子控制元件箱24设置在二位三通电磁换向阀28后面；
所述冷水泵3、热水泵4、二位三通电磁换向阀28和气泵25连接在电子控制元件箱24上；
所述四分四通管34底端连接进程水路的一分四通管35，三根一分进程软水管29的一端与进程水路的一分四通管35固定，另一端通过连接件固定在气缸后端盖20上；
所述四分回程软水管32另一端连接回程水路的一分四通管36；
三根一分回程软水管33的一端与回程水路的一分四通管36固定，另一端通过连接件固定在气缸前端盖19上。
所述腔体23与排气阀27、弯管31、二位三通电磁换气阀28通过注胶密封。
所述腔体23左侧为热腔，右侧为冷腔。
所述冷腔和热腔互不相通。
所述记忆合金弹簧17通过钢丝线捆绑到旋转接头21上。
所述销钉18插入气缸后端盖20前加入橡胶圈。
所述气缸推杆14插入气缸前端盖19前加入橡胶圈。
Claims (7)
1.一种采用气体隔离冷热工质的记忆合金驱动装置，其特征在于：包括运动结构、驱动结构和冷热水气体循环控制结构；
所述运动结构包括桨叶、支架稳固件、销轴a、销轴b、销轴c、和连杆；
所述驱动结构包括前段固定圆盘、后段固定圆盘、气缸推杆、压缩弹簧和气缸；
所述前段固定圆盘设有三个螺纹孔和三对方形孔，方形孔在各螺纹孔两端，用于连接支架稳固件；
所述后段固定圆盘设有三个螺纹孔；
所述压缩弹簧套接在气缸推杆上；
所述气缸推杆的一端穿过前段固定圆盘插接在气缸内；
所述记忆合金弹簧设置在气缸内，一端插入销钉固定；气缸前端盖和气缸后端盖设在气缸两端，分别通过螺纹连接在前段固定圆盘和后段固定圆盘的三个螺纹孔上；
旋转接头一端在气缸内部与气缸推杆螺纹连接，另一端连接记忆合金弹簧；
所述支架稳固件设有三个，插接在前段固定圆盘的方形孔上，支架稳固件与前段固定圆盘连接后注胶固定；
所述支架稳固件底端设有销轴a，所述销轴a两端设有桨叶；
所述气缸推杆的另一端设有连接块，连接块设有销轴b；
两桨叶之间设有销轴c，所述销轴b和销轴c之间通过连杆连接固定；
所述冷热水气体循环控制结构包括冷水泵、热水泵、腔体、电子控制元件箱、气泵、气管、排气阀、二位三通电磁转换阀、一分进程软水管、储气罐、弯管、四分回程软水管、单向阀和一分回程软水管；
所述腔体上设有六个连接通孔，腔体内中间设有隔板，分为冷腔和热腔；
所述电子控制元件箱粘在腔体上；
所述储气罐通过两个排气阀分别与冷腔和热腔连接相通；
所述弯管的一端分别与冷腔和热腔相通，另一端的弯管一侧连接冷水泵，另一侧连接热水泵；
所述热水泵和所述冷水泵的另一端连接在四分四通管左右端；
所述四分四通管的顶端连接气泵；
所述气泵与储气罐通过气管相连；
所述二位三通电磁换向阀设置在气泵后面；
所述二位三通电磁换向阀底部的两个阀口分别与冷腔和热腔相通；
所述二位三通电磁换向阀前端连接四分回程软水管；
所述电子控制元件箱设置在二位三通电磁换向阀后面；
所述冷水泵、热水泵、二位三通电磁换向阀和气泵连接在电子控制元件箱上；
所述四分四通管底端连接进程水路的一分四通管，三根一分进程软水管的一端与进程水路的一分四通管固定，另一端通过连接件固定在气缸后端盖上；
所述四分回程软水管另一端连接回程水路的一分四通管；
三根一分回程软水管的一端与回程水路的一分四通管固定，另一端通过连接件固定在气缸前端盖上。
2.如权利要求1所述的一种采用气体隔离冷热工质的记忆合金驱动装置，其特征在于：所述腔体与排气阀、弯管、二位三通电磁换气阀通过注胶密封。
3.如权利要求1所述的一种采用气体隔离冷热工质的记忆合金驱动装置，其特征在于：所述腔体左侧为热腔，右侧为冷腔。
4.如权利要求1所述的一种采用气体隔离冷热工质的记忆合金驱动装置，其特征在于：所述冷腔和热腔互不相通。
5.如权利要求1所述的一种采用气体隔离冷热工质的记忆合金驱动装置，其特征在于：所述记忆合金弹簧通过钢丝线捆绑到旋转接头上。
6.如权利要求1所述的一种采用气体隔离冷热工质的记忆合金驱动装置，其特征在于：所述销钉插入气缸后端盖前加入橡胶圈。
7.如权利要求1所述的一种采用气体隔离冷热工质的记忆合金驱动装置，其特征在于：所述旋转接头插入气缸前端盖前加入橡胶圈。
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