RU2006673C1

RU2006673C1 - External heat supply engine

Info

Publication number: RU2006673C1
Authority: RU
Inventors: Герман Иванович Измалков
Original assignee: Герман Иванович Измалков
Priority date: 1991-03-05
Filing date: 1991-03-05
Publication date: 1994-01-30

Abstract

FIELD: energy-generation mechanical engineering. SUBSTANCE: engine has base mounting two rotors coupled together through heat-sensing member in the form of continuous belt wound around drums wherein centers of engagement with gear rims are located in diametrically opposite sides from axes of rotor shafts and are spaced from straight line crossing shaft axes through angle of 5 to 40 deg. over arcs of gear rims of drums as counted for both drums in one direction; it is also provided with facility for bonding belt with working surfaces of rotors by means of permanent magnets mounted with their like polarities on external side of drum. Drive belt is perforated and made of nonmagnetic material and ridges are provided on external side of drums under belt perforations. Belt may be made of magnetic material. Layer of heat- insulating material with holes to receive permanent-magnet ridges whose height equals thickness of heat-insulating layer is applied to external side of drums. Belt thickness is between 0.1 and 0.7 mm. EFFECT: improved design. 5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к преобразованию тепловой энергии в механическую за счет тепловых деформаций термочувствительных твердых элементов и может быть использовано в качестве привода в различных областях народного хозяйства. The invention relates to the conversion of thermal energy into mechanical energy due to thermal deformations of heat-sensitive solid elements and can be used as a drive in various fields of the national economy.

Известен тепловой двигатель (см. авт. св. N 1430586, кл. F 03 G 7/06, 1988), содержащий основание с нагревателем и охладителем, установленные с возможностью вращения на основании по разные стороны от нагревателя и охладителя ролики, обернутый вокруг роликов гибкий кольцевой рабочий элемент в виде винтовой пружины из материала с термомеханической памятью и звено отбора мощности, связанное с роликами механической передачей, выполненной с переменным передаточным отношением, причем диапазон относительного изменения ее передаточного отношения равен удвоенному значению предельной деформации рабочего элемента, а среднее значение передаточного отношения равно отношению радиусов роликов, расположенных по разные стороны от нагревателя. A heat engine is known (see ed. St. N 1430586, class F 03 G 7/06, 1988) comprising a base with a heater and a cooler mounted on a base rotatable on different sides of the heater and cooler from the rollers wrapped around the rollers a flexible ring working element in the form of a coil spring made of a material with a thermomechanical memory and a power take-off link connected to the rollers by a mechanical transmission made with a variable gear ratio, and the range of relative changes in its gear ratio is equal to twice the value of the limiting deformation of the working element, and the average value of the gear ratio is equal to the ratio of the radii of the rollers located on opposite sides of the heater.

Недостатком этого двигателя является невозможность получения достаточно больших крутящих моментов на вале отбора мощности. The disadvantage of this engine is the inability to obtain sufficiently large torques on the power take-off shaft.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является двигатель с внешним подводом тепла (см. авт. св. N 1509561, кл. F 03 G 7/06, 1989), содержащий корпус и ротор с двумя эксцентричными кольцами, связанный с выходным валом зубчатой передачей, выполненной в виде двух зубчатых венцов, введенных друг с другом во внутреннее зацепление, одно из колец выполнено в виде зубчатого венца передачи и втулки, связанных между собой термочувствительными элементами в виде тонкостенных лопаток, а второй зубчатый венец передачи выполнен на другом кольце и втулка выполнена в виде двух обручей, выполненных один в другом с зазором, на одном обруче выполнены осевые канавки, а на другом - выступы, взаимодействующие с канавками. The closest in technical essence and the achieved result to the invention is an engine with external heat supply (see ed. St. N 1509561, class F 03 G 7/06, 1989), comprising a housing and a rotor with two eccentric rings connected to the output a gear shaft made in the form of two gear rims introduced into internal engagement with each other, one of the rings is made in the form of a gear gear and a sleeve, interconnected by heat-sensitive elements in the form of thin-walled blades, and the second gear gear flax on the other ring and the sleeve is made in the form of two hoops made one in the other with a gap, axial grooves are made on one hoop, and protrusions interacting with the grooves are made on the other.

Недостатком этого двигателя является его малая надежность из-за передачи крутящего момента непосредственно через термочувствительные элементы с изгибающим моментом на них. The disadvantage of this engine is its low reliability due to the transmission of torque directly through heat-sensitive elements with a bending moment on them.

Целью изобретения является повышение надежности. Применение предложенного двигателя позволяет иметь простой и надежный двигатель с внешним подводом тепла с высоким КПД. The aim of the invention is to increase reliability. The application of the proposed engine allows you to have a simple and reliable engine with external heat supply with high efficiency.

Цель достигается тем, что двигатель содержит основание, на котором размещены два ротора, связанные между собой термочувствительным элементом, каждый из которых состоит из барабана с внутренним зубчатым зацеплением и зубчатого венца, установленного на валу ротора, средство нагрева и охлаждения. Термочувствительный элемент выполнен в виде непрерывной ленты, обернутой вокруг барабанов, в которых центры зацеплений с зубчатыми венцами находятся в диаметрально противоположных сторонах от оси валов роторов и отстоят от прямой, проходящей через оси валов, на острый угол по дуге зубчатого венца барабанов, отсчитываемых для обоих барабанов в одном направлении, и снабжен средством сцепления ленты с рабочей поверхностью роторов, выполненным в виде постоянных магнитов, установленных одноименными полюсами на внешней стороне барабанов. При этом лента выполнена из магнитного материала, а на внешней стороне барабана нанесен слой из теплоизоляционного материала с отверстиями под выступы постоянных магнитов, высота которых равна толщине теплоизоляционного слоя. Лента выполняется толщиной 0,1-0,7 мм и при выполнении ее из немагнитного материала выполняется перфорированной, а на внешней стороне барабана в этом случае выполнены выступы под ее перфорацию. The goal is achieved in that the engine contains a base on which two rotors are placed, interconnected by a heat-sensitive element, each of which consists of a drum with internal gearing and a gear ring mounted on the rotor shaft, heating and cooling means. The heat-sensitive element is made in the form of a continuous tape wrapped around the drums, in which the centers of engagement with the gear crowns are located on diametrically opposite sides from the axis of the rotor shafts and are separated from the straight line passing through the axis of the shafts by an acute angle along the arc of the gear ring of the drums counted for both drums in one direction, and is equipped with a means of coupling the tape with the working surface of the rotors, made in the form of permanent magnets mounted by the same poles on the outside of the drums. In this case, the tape is made of magnetic material, and on the outside of the drum a layer of heat-insulating material with holes for protrusions of permanent magnets, the height of which is equal to the thickness of the heat-insulating layer, is applied. The tape is made with a thickness of 0.1-0.7 mm and when it is made of non-magnetic material, it is perforated, and in this case, protrusions for its perforation are made on the outside of the drum.

На фиг. 1 схематично показан предложенный двигатель, вид вдоль оси вращения барабанов, с вырезом; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - связь барабанов с лентой по второму варианту выполнения двигателя. In FIG. 1 schematically shows the proposed engine, a view along the axis of rotation of the drums, with a cut; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 - connection of the drums with the tape according to the second embodiment of the engine.

Предложенный двигатель содержит основание 1, два ротора 2, 3, составными частями которых являются соответственно барабаны 4 и 5, оси которых параллельны, а цилиндрические поверхности выполнены с жестко закрепленными на них постоянными магнитами 6, радиально ориентированными полюсами N или S в одну сторону. Барабаны 4 и 5 находятся в основании 1 соответственно в подшипниках 7 и 8 и связаны друг с другом обернутой вокруг них непрерывной лентой 9 толщиной 0,1-0,7 мм из металла с большим коэффициентом линейного теплового расширения и большими магнитными свойствами, например из стали. Внутри барабанов 4 и 5 находятся соответственно зубчатые венцы 10 и 11, являющиеся составными частями соответственно роторов 2 и 3 и находящиеся в основании 1 соответственно в подшипниках 12 и 13, а соответственно с барабанами 4 и 5 - во внутреннем зубчатом зацеплении через выполненные внутри них соответственно зубчатые венцы 14 и 15. Количество зубьев зубчатых венцов 14 и 15 на 1-5 зубьев больше количества зубьев соответственно зубчатых венцов 10 и 11. Модуль зубьев этих зубчатых зацеплений равен 0,5-7 мм. Полюса Р₁ и Р₂ зацеплений соответственно зубчатых венцов 14 и 15 находятся диаметрально в разных сторонах от оси соответственно барабана 4 и барабана 5 и отстоят от прямой, проходящей через эти оси, на угол α, равный 5-40^о, измеряемый в одном направлении по окружности зубчатых венцов 14 и 15. Участок 16 ленты 9 между барабанами 4 и 5 помещен в нагреватель 17, например, выполненный (на чертеже не показано) в виде генератора тепла, открытое пламя которого контактирует с лентой 9. Другой участок 18 ленты 9 между барабанами 4 и 5 помещен в охладитель 19, например, выполненный (на чертеже не показано) в виде компрессора, от которого поступающий поток окружающего воздуха контактирует с лентой 9. Выходной вал 20 двигателя может быть связан с любой из осей барабана 4 или 5, или зубчатого венца 10 или 11. На чертеже это ось барабана 4. По второму варианту выполнения двигателя связь ленты 9 (в этом случае она может быть выполнена и не из магнитного материала) с барабанами 4 и 5 через постоянные магниты 6 заменена на связь через выступы 21, равномерно выполненные по окружности на цилиндрической поверхности барабанов 4 и 5, которыми они взаимодействуют с лентой 9 через соответственно выполненные на ленте 9 отверстия 22, в которые входят выступы 21. Магниты 6 от ленты 9 и барабанов 4 и 5 изолированы слоем 23 теплоизоляционного материала, например асбеста.The proposed engine comprises a base 1, two rotors 2, 3, the constituent parts of which are drums 4 and 5, respectively, whose axes are parallel, and the cylindrical surfaces are made with permanent magnets 6 rigidly fixed to them, radially oriented N or S poles in one direction. Drums 4 and 5 are located in the base 1 in bearings 7 and 8, respectively, and are connected to each other by a continuous tape 9 wrapped around them 9 with a thickness of 0.1-0.7 mm from metal with a large coefficient of linear thermal expansion and large magnetic properties, for example, steel . Inside the drums 4 and 5, respectively, are the gears 10 and 11, which are components of the rotors 2 and 3, respectively, and located in the base 1, respectively, in the bearings 12 and 13, and respectively with the drums 4 and 5, in the internal gearing through the corresponding inside gears 14 and 15. The number of teeth of gears 14 and 15 is 1-5 teeth greater than the number of teeth of gears 10 and 11. respectively. The tooth modulus of these gears is 0.5-7 mm. The poles P ₁ and P _2, respectively, toothings of links 14 and 15 are located in diametrically opposite sides of the axis of the drum 4 and the drum 5 and are spaced from the straight line passing through the axis by an angle α, equal to ^about 5-40, as measured in one direction around the circumference of the gear rims 14 and 15. The portion 16 of the tape 9 between the reels 4 and 5 is placed in the heater 17, for example, made (in the drawing not shown) in the form of a heat generator, the open flame of which is in contact with the tape 9. Another section 18 of the tape 9 between drums 4 and 5 are placed in the cooler 19, for example, made (not shown in the drawing) in the form of a compressor, from which the incoming ambient air stream contacts the tape 9. The output shaft 20 of the engine can be connected to any of the axes of the drum 4 or 5, or the ring gear 10 or 11. In the drawing, this is the axis of the drum 4. According to the second embodiment of the engine, the connection of the tape 9 (in this case, it can also be made of non-magnetic material) with the drums 4 and 5 through permanent magnets 6 is replaced by a connection through the protrusions 21, uniformly made around the circumference on the cylindrical surface of the drums 4 and 5 by which they interact with the tape 9 through holes 22 respectively made on the tape 9, into which the protrusions 21 enter. The magnets 6 from the tape 9 and the drums 4 and 5 are insulated with a layer 23 of heat-insulating material, such as asbestos.

Предложенный двигатель работает следующим образом. The proposed engine operates as follows.

При запуске двигателя вначале приводится во вращение вал 20 вместе с барабанами 4 и 5 и зубчатыми венцами 10 и 11, синхронность вращения которых обеспечивается соответственно движущейся лентой 9, проскальзывание которой по барабанам 4 и 5 предотвращается: по первому варианту выполнения двигателя - постоянными магнитами 6, а по второму - выступами 21 и отверстиями 22, например, стартером (на чертеже не показан). Затем включаются в работу нагреватель 17 и охладитель 19. Вращение вала 20 стартером (на фиг. 1 показано стрелкой) должно совпадать с направлением отсчета угла α, так как оно совпадает с направлением крутящих моментов на баpабанах 4 и 5, возникающих от их взаимодействия через зубчатое зацепление с соответственно зубатыми венцами 10 и 11 от теплового расширения ленты 9 на участке 16 и теплового сжатия на участке 18 ленты 9. Крутящий момент одного направления на обоих барабанах 4 и 5 возникает из-за совокупности натяжений ленты 9 на участках 16 и 18 при разности их нагрева соответственно в нагревателе 17 и охладителе 19 с таким положением полюсов Р₁ и Р₂ зацеплений, так как именно при этом тангенциальные составляющие от взаимодействия зубьев в обоих зубчатых зацеплениях, расположенные по обе стороны от полюсов Р₁ и Р₂ зацеплений, имеют равнодействующую, создающую этот крутящий момент, направленную в обоих зубчатых зацеплениях в одну сторону, из-за того, что и радиальные составляющие взаимодействия этих зубьев там же больше из-за большего сближения с ними по направлению усилий от разности тепловых натяжений ленты 9 на участках 16 и 18. Тепловое расширение барабанов 4 и 5 при работе двигателя обеспечивает достаточную разность натяжений ленты 9 на участках 16 и 18 и достаточное увеличение расстояний между выступами 21 в соответствии с увеличением расстояний между отверстиями 22 от теплового удлинения ленты 9 по второму варианту выполнения двигателя. По первому варианту выполнения двигателя слой 23, например, из асбеста хорошо предотвращает переход тепла на постоянные магниты 6, магнитные свойства которых от нагрева уменьшаются. Часть же магнитов 6, обращенная внутрь барабанов 4 и 5, не имеет слоя 23 и поэтому через эту часть медленно проникающее через слой 23 тепло в магнит 6 уходит в окружающую среду, позволяя магнитам 6 иметь достаточно низкую температуру их нагрева. То обстоятельство, что чем меньше скорость движения ленты 9, тем больше разность нагрева ленты 9 на участках 16 и 18, которая в свою очередь прямо пропорциональна величине крутящего момента, обеспечивает автоматическое увеличение крутящего момента на валу 20 при увеличении момента сопротивления на валу 20 со стороны транспортного средства или агрегата, сообщаемого с двигателем (на чертеже не показано), приводящего к уменьшению скорости движения ленты 9. При остановке двигателя вначале отключается нагреватель 17, а затем после достаточного остывания барабанов 4 и 5 останавливаются вал 20 и охладитель 19. Это позволяет предотвратить вредные натяжения ленты 9, так как скорость остывания ленты 9 значительно больше скорости остывания барабанов 4 и 5. (56) Авторское свидетельство СССР N 1222882, кл. F 03 G 7/06, 1986.When the engine is started, the shaft 20 is first rotated together with the drums 4 and 5 and the gears 10 and 11, the synchronization of rotation of which is ensured by the moving belt 9, which is prevented from slipping through the drums 4 and 5: according to the first embodiment of the engine, with permanent magnets 6, and in the second, by projections 21 and holes 22, for example, by a starter (not shown in the drawing). Then, the heater 17 and the cooler 19 are turned on. The rotation of the shaft 20 by the starter (in Fig. 1 is shown by an arrow) should coincide with the direction of reading the angle α, since it coincides with the direction of the torques on the drums 4 and 5 arising from their interaction through the gear gearing with respectively gear crowns 10 and 11 from the thermal expansion of the tape 9 in section 16 and thermal compression in the section 18 of tape 9. The torque of one direction on both drums 4 and 5 occurs due to the combination of the tension of the tape 9 in sections 16 and 18 at different STI heating them respectively in the heater 17 and cooler 19 to thereby position the poles P ₁ and P ₂ links, since it is thus the tangential components of the interaction of the teeth in both toothing arranged on both sides of the poles P ₁ and P ₂ links are resultant, creating this torque, directed in both gears in the same direction, due to the fact that the radial components of the interaction of these teeth in the same place are larger due to the closer approach to them in the direction of the forces from the heat difference the output tension of the tape 9 in sections 16 and 18. The thermal expansion of the drums 4 and 5 during engine operation provides a sufficient difference in the tension of the tape 9 in sections 16 and 18 and a sufficient increase in the distance between the protrusions 21 in accordance with the increase in the distance between the holes 22 from the thermal elongation of the tape 9 according to the second embodiment of the engine. According to the first embodiment of the engine, the layer 23, for example, from asbestos, well prevents the transfer of heat to permanent magnets 6, the magnetic properties of which are reduced by heating. A part of the magnets 6, facing the inside of the reels 4 and 5, does not have a layer 23 and therefore through this part the heat slowly penetrating through the layer 23 into the magnet 6 goes into the environment, allowing the magnets 6 to have a sufficiently low temperature for their heating. The fact that the lower the speed of movement of the tape 9, the greater the difference in heating of the tape 9 in sections 16 and 18, which in turn is directly proportional to the magnitude of the torque, provides an automatic increase in torque on the shaft 20 with an increase in the resistance moment on the shaft 20 from the side vehicle or unit in communication with the engine (not shown in the drawing), leading to a decrease in the speed of the belt 9. When the engine is stopped, the heater 17 is turned off first, and then after sufficient cooling of the drums 4 and 5, the shaft 20 and the cooler 19 stop. This helps to prevent the harmful tension of the tape 9, since the cooling rate of the tape 9 is much higher than the cooling speed of the drums 4 and 5. (56) USSR Copyright Certificate No. 1222882, cl. F 03 G 7/06, 1986.

Авторское свидетельство СССР N 1509561, кл. F 03 G 7/06, 1989. USSR author's certificate N 1509561, cl. F 03 G 7/06, 1989.

Claims

1. ENGINE WITH EXTERNAL HEAT SUPPLY, containing a base on which two rotors are placed, connected by a heat-sensitive element, each of which consists of a drum with internal gearing and a gear ring mounted on the rotor shaft, heating and cooling means, characterized in that, in order to increase reliability, the thermomechanical element is made in the form of a continuous tape wrapped around the drums in which the centers of engagement with the gear crowns are located in diametrically opposite sides from the shaft axis in the rotors and spaced from the straight line passing through the axis of the shafts, at an angle of 5 - 40 ^o along the arc of the ring gear of the drums counted for both drums in one direction, and is equipped with a means for coupling the tape to the working surface of the rotors, made in the form of permanent magnets installed by the same name poles on the outside of the drum.

2. The engine under item 1, characterized in that the drive tape is made of perforated non-magnetic material, and on the outside of the drum protrusions are made for its perforation.

3. The engine according to claim 1, characterized in that the drive tape is made of magnetic material.

4. The engine according to claim 1, characterized in that on the outer side of the drum there is a layer of heat-insulating material with holes for protrusions of permanent magnets, the height of which is equal to the thickness of the heat-insulating layer.

5. The engine under item 1, characterized in that the thickness of the tape is made in the range of 0.1 - 0.7 mm