RU2027899C1

RU2027899C1 - External-heat engine

Info

Publication number: RU2027899C1
Authority: RU
Inventors: Герман Иванович Измалков
Original assignee: Герман Иванович Измалков
Priority date: 1991-07-01
Filing date: 1991-07-01
Publication date: 1995-01-27

Abstract

FIELD: power engineering; thermal-to- mechanical energy converters. SUBSTANCE: engine has case and rotor built up of two identical coaxial disks with central bore mounted in case for rotation, heat-sensing elements in the form of radial plates linked together by means of tie rods, each joined by pair of balls with disk for its radial displacement. Each tie rod is spring-loaded on one end relative to disk at its central bore and its other end is fitted in one of recesses of one of rings linked via equal-ratio gear transmissions with output shaft; gear transmissions have cylindrical surfaces on their initial circumferences. Engine has heat generator transferring its hot gases to zone about plates which have projections in the form of blades. EFFECT: improved design. 7 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.

Известны различные двигатели с внешним подводом тепла. Например, тепловой двигатель [1], содержащий корпус, в котором эксцентрично один относительно другого установлены с возможностью вращения два стаканообразных барабана, шарнирно соединенных между собой тепловыми элементами и зубчатой передачей, выполненной в виде двух идентичных зубчатых колес, каждое из которых соосно прикреплено к одному из барабанов, и промежуточное зубчатое колесо, введенное в зубчатое зацепление с каждым из зубчатых колес барабанов. Various engines with external heat supply are known. For example, a heat engine [1], comprising a housing in which two glass-shaped drums are mounted eccentrically relative to one another, pivotally interconnected by thermal elements and a gear made in the form of two identical gears, each of which is coaxially attached to one from drums, and an intermediate gear introduced into gearing with each of the gears of the drums.

Недостатками двигателя являются его малая жесткость конструкции и невозможность получения больших крутящих моментов на вале отбора мощности. The disadvantages of the engine are its low structural rigidity and the inability to obtain large torques on the power take-off shaft.

Известен двигатель с внешним подводом тепла [2], содержащий корпус и ротор с двумя эксцентричными кольцами, связанными с выходным валом зубчатой передачей, выполненной в виде двух зубчатых венцов, связанных друг с другом внутренним зубчатым зацеплением, одно из колец выполнено в виде зубчатого венца передачи и втулки, соединенных 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. A known engine with external heat supply [2], comprising a housing and a rotor with two eccentric rings connected to the output shaft by a gear made in the form of two gear rims connected to each other by an internal gear, one of the rings is made in the form of a gear rim and the sleeve, interconnected by thermosensitive elements in the form of thin-walled blades, and the second gear ring gear is made on another ring, and the sleeve is made in the form of two hoops, made one in the other with a gap, on axial grooves are made on one hoop, and protrusions interacting with the grooves are made on the other.

Существенным недостатком двигателя является его малая надежность из-за передачи крутящего момента непосредственно через термочувствительные элементы с изгибающим моментом на них. A significant drawback of the 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 работы. Применение предложенного двигателя позволяет иметь простой и надежный в работе двигатель с внешним подводом тепла, через термоэлементы в котором не передается крутящий момент. The aim of the invention is to increase the reliability. The application of the proposed engine allows you to have a simple and reliable engine with an external heat supply, through which no torque is transmitted through thermocouples.

Цель достигается тем, что двигатель выполнен из корпуса и ротора, составные части которого связаны между собой термочувствительными элементами и с выходным валом посредством зубчатых передач с одинаковыми передаточными отношениями, генератора тепла. Составные части ротора выполнены в виде соосных дисков с центральными отверстиями, между которыми радиально установлены термочувствительные элементы, выполненные в виде пластин, шарнирно установленных и последовательно связанных между собой через тяги. При этом последние связаны с дисками через пары шариков, размещенных в радиальных канавках, выполненных равномерно по окружности на дисках и тягах. Тяги одним концом подпружинены относительно дисков со стороны центрального отверстия, а другим установлены в углублениях одного из двух колец, связанных с выходным валом зубчатыми передачами с одинаковыми передаточными отношениями, на зубчатых венцах которых по начальным окружностям выполнены цилиндрические поверхности. Термочувствительные элементы выполнены удлиненными по обе стороны от шарнирных соединений. The goal is achieved in that the engine is made of a housing and a rotor, the components of which are interconnected by heat-sensitive elements and to the output shaft by means of gears with the same gear ratios, a heat generator. The rotor components are made in the form of coaxial disks with central holes, between which thermally sensitive elements are radially mounted, made in the form of plates, pivotally mounted and connected in series through drafts. Moreover, the latter are connected with the disks through pairs of balls placed in radial grooves made uniformly around the circumference of the disks and rods. The rods at one end are spring-loaded relative to the disks from the side of the central hole, and the other are installed in the recesses of one of the two rings connected to the output shaft by gears with the same gear ratios, on the gear rims of which cylindrical surfaces are made along the initial circles. Heat-sensitive elements are made elongated on both sides of the hinge joints.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого двигателя, частичный разрез в верхней части; на фиг. 2 - зубчатое зацепление кольца с выходным валом, продольный разрез; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - тяга, ее шарнирная связь с пластинами, а также с кольцом и кольцевым выступом диска; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 4; на фиг. 6 - схема расположения кольца относительно диска и зубчатого венца выходного вала при холодном двигателе; на фиг. 7 - то же, при работающем двигателе. In FIG. 1 shows a diagram of the proposed engine, a partial section in the upper part; in FIG. 2 - gear engagement of the ring with the output shaft, a longitudinal section; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 4 - thrust, its articulation with the plates, as well as with the ring and the annular protrusion of the disk; in FIG. 5 is a section BB in FIG. 4; in FIG. 6 is a diagram of an arrangement of a ring relative to a disk and a gear ring of an output shaft with a cold engine; in FIG. 7 - the same, with the engine running.

Двигатель содержит корпус 1, ротор 2. Ротор 2 состоит из двух параллельных соосных одинаковых дисков 3 с центральными отверстиями 4, находящихся с возможностью вращения в корпусе 1. Между дисками 3 радиально равномерно по окружности находятся термочувствительные элементы в виде тонкостенных пластин 5 толщиной 0,5-7 мм и имеющие изгиб все в одном направлении в плоскости вращения дисков 3 с одинаковым радиусом длиной 50-3000 мм при выполнении их биметаллическими, например из металлических пар: дюралюминий - титан или вольфрам; или при выполнении их по изогнутости с термомеханической памятью, например, из нитинола или титано-никелевого сплава. При выполнении пластин 5 из металла, имеющего только большую теплопроводность и большой коэффициент линейного расширения, например, из дюралюминия, они изгиба не имеют. Пластины 5 по их обоим концам последовательно шарнирами 6 и 7 связаны друг с другом через плоские тяги 8, находящиеся по их боковым торцам. В двух углублениях 9 на тяге 8, расположенных по средней линии ее, находятся по шарику 10, находящихся совместно в одной из радиальных канавок 11, выполненных равномерно по окружности на плоской поверхности диска 3. Тяги 8 через цилиндрические пружины 12 связаны с кольцевыми выступами 13, по одному выполненными у осевого отверстия 4 на дисках 3. Другим своим концом тяги 8 находятся на посадке с возможностью вращения и скольжения по их внутренней цилиндрической и плоским поверхностям с одним из двух колец 14 своим выступом 15 в углублении 16 на поверхности кольца 14. Каждое кольцо 14 имеет зубчатый венец 17, которым оно находится во внешнем зубчатом зацеплении с одним из двух одинаковых зубчатых венцов 18 выходного вала 19. Обе передачи имеют одинаковые передаточные отношения. Зубчатые венцы 17 и 18 по их начальным окружностям имеют соответственно цилиндрические поверхности 20 и 21. Вал 19 связан с корпусом 1 подшипником 22. Пластины 5 имеют удлинения в обе стороны в виде лопаток 23 и 24, создающих жесткость пластин 5 вдоль оси двигателя соответственно в районе шарниров 6 и 7. Двигатель имеет генератор 25 тепла, раструб 26 которого находится внутри корпуса 1 и обеспечивает выход общего потока горячих газов от генератора 25 тепла шириной, равной ширине пластин 5, и по дуге отверстия 4 в 105-185^о. Корпус 1 по его частям, расположенным по обе стороны от пластин 5, жестко скреплен стойками 27. Осевая линия потока горячих газов из раструба 26 пересекает прямую линию, проходящую через оси дисков 3 и вала 19, под углом α, равным 10-80^о. Для соединения в зубчатые зацепления зучбатых венцов 17 и 18 в корпусе 1 имеются вырезы 28.The engine comprises a housing 1, a rotor 2. The rotor 2 consists of two parallel, coaxial identical disks 3 with central holes 4 rotatably in the housing 1. Between the disks 3, thermally sensitive elements in the form of thin-walled plates 5 with a thickness of 0.5 are 0.5 -7 mm and having a bend all in one direction in the plane of rotation of the disks 3 with the same radius of 50-3000 mm in length when they are bimetallic, for example, from metal pairs: duralumin - titanium or tungsten; or when they are bent with a thermomechanical memory, for example, from nitinol or a titanium-nickel alloy. When making plates 5 of metal having only high thermal conductivity and a large coefficient of linear expansion, for example, of duralumin, they do not have a bend. The plates 5 at their both ends are successively connected by hinges 6 and 7 through flat rods 8 located at their lateral ends. In two recesses 9 on the rod 8, located on its midline, are located on the ball 10, located together in one of the radial grooves 11, made uniformly around the circumference on the flat surface of the disk 3. Rods 8 through cylindrical springs 12 are connected with annular protrusions 13, one at each made at the axial hole 4 on the disks 3. With their other end, the rods 8 are landing with the possibility of rotation and sliding along their inner cylindrical and flat surfaces with one of the two rings 14 with their protrusion 15 in the recess 16 on the surface STI ring 14. Each ring 14 has a toothing 17, which is stored in an external toothing with one of two identical toothed rims 18 of the output shaft 19. Both have the same transmission gear ratios. The gear rims 17 and 18 along their initial circles have cylindrical surfaces 20 and 21, respectively. The shaft 19 is connected to the housing 1 by a bearing 22. The plates 5 have extensions on both sides in the form of blades 23 and 24, creating stiffness of the plates 5 along the axis of the engine, respectively, in the region hinges 6 and 7. The engine has a heat generator 25, the bell 26 of which is located inside the housing 1 and provides an output of the total flow of hot gases from the heat generator 25 with a width equal to the width of the plates 5, and along the arc of the hole 4 in 105-185 ^about . The housing 1 in its parts located on both sides of the plates 5 is rigidly fastened by the struts 27. The axial line of the flow of hot gases from the socket 26 intersects a straight line passing through the axis of the disks 3 and the shaft 19, at an angle α equal to 10-80 ^about . To connect to the gear mesh gear teeth 17 and 18 in the housing 1 there are cutouts 28.

Двигатель работает следующим образом. The engine operates as follows.

При запуске двигателя вначале приводится во вращение выходной вал 19, например, стартером (не показан). Вместе с валом 19 через зубчатое зацепление зубчатых венцов 17 и 18 синхронно вращаются оба кольца 14 из-за равенства передаточных отношений обеих передач на них. Через углубления 16 на кольце 14 и выступы 15 на тягах 8 вращение передается на тяги 8, а через шарики 10, углубления 9 и канавки 11 вращение передается и на диски 3. Затем включается в работу генератор 25 тепла. Поток горячих газов из раструба 26 проходит между пластинами 5. Радиальному движению потока горячих газов меду пластинами 5 активно способствуют лопатки 23 и 24 (на фиг.3 показано стрелками). Пластины 5 этим потоком нагреваются и выполненные из биметаллов или металлов с термомеханической памятью выпрямляются, а выполненные из металлов с большой теплопроводностью и большим коэффициентом линейного теплового расширения - удлиняются. Это приводит к эксцентриситету а между осями колец 14 и дисков 3, величина которого тем больше, чем больше выпрямление или удлинение пластин 5 в зоне их нагрева генератором 25 тепла по сравнению с той длиной, выгибанием которую они получают в обратном порядке после прохождения этой зоны нагрева, и обдуваясь за счет вентиляторного действия лопаток 23 и 24, прогоняющего окружающий воздух между ними, который их охлаждает. Движение окружающего воздуха между пластинами 5 на фиг.3 показано стрелками. Стойки 27 корпуса 1 имеют небольшое сечение и движению и горячего, и холодного потоков не мешают. При этом происходит возвратное вращение тяг 8 их выступами 15 в углублениях 16 кольца 14 и упругие деформации пружин 12. Создание и увеличение эксцентриситета а создает и смещение полюса Р зацепления зубчатых венцов 17 и 18, что приводит к созданию крутящего момента, величина которого тем больше, чем больше это смещение. Направление этого крутящего момента и вращение вала 19 на фиг.7 показано стрелкой. Оно должно совпадать с направлением вращения вала 19 и от стартера. Достаточно большая величина эксцентриситета а обеспечивается тем, что пластины 5 связаны последовательно между собой тягами 8, которые не изменяют своей длины в процессе работы двигателя, поэтому каждая последующая пластина 5 присоединяет свое удлинение в радиальном направлении (или укорочение) к тому изменению длины общей в радиальном направлении для всех предыдущих пластин 5 с одинаковым направлением изменения их длины. При остановке двигателя вначале отключается генератор 25 тепла, а затем после остывания пластин 5 останавливается вал 19. Это необходимо для предотвращения поломок в двигателе от очень больших воздействий со стороны пластин 5 на увеличение эксцентриситета а при замедлении прохождения пластин 5 через зону генератора 25 тепла. When starting the engine, the output shaft 19 is first rotated, for example, by a starter (not shown). Together with the shaft 19 through the gear engagement of the gear rims 17 and 18, both rings 14 synchronously rotate due to the equality of the gear ratios of both gears on them. Through the recesses 16 on the ring 14 and the protrusions 15 on the rods 8, the rotation is transmitted to the rods 8, and through the balls 10, the recesses 9 and the grooves 11, the rotation is transmitted to the disks 3. Then, the heat generator 25 is turned on. The flow of hot gases from the bell 26 passes between the plates 5. The blades 23 and 24 actively contribute to the radial movement of the hot gas flow between the plates 5 and honey (Fig. 3 is shown by arrows). The plates 5 are heated by this flow and straightened out of bimetals or metals with thermomechanical memory, and those made of metals with high thermal conductivity and a large coefficient of linear thermal expansion are elongated. This leads to an eccentricity a between the axes of the rings 14 and the disks 3, the magnitude of which is the greater, the greater the straightening or elongation of the plates 5 in the zone of their heating by the heat generator 25 in comparison with the length that they bend in the opposite order after passing through this heating zone , and blowing due to the fan action of the blades 23 and 24, driving the surrounding air between them, which cools them. The movement of ambient air between the plates 5 in figure 3 is shown by arrows. Racks 27 of the housing 1 have a small cross section and the movement of both hot and cold flows do not interfere. When this happens the reverse rotation of the rods 8 by their protrusions 15 in the recesses 16 of the ring 14 and the elastic deformation of the springs 12. Creating and increasing the eccentricity a creates an offset of the pole P of the engagement of the gear rims 17 and 18, which leads to the creation of a torque, the magnitude of which is the greater the larger this offset. The direction of this torque and the rotation of the shaft 19 in FIG. 7 are shown by an arrow. It should coincide with the direction of rotation of the shaft 19 and from the starter. A sufficiently large amount of eccentricity a is ensured by the fact that the plates 5 are connected in series with each other by rods 8 that do not change their length during engine operation, therefore each subsequent plate 5 attaches its extension in the radial direction (or shortening) to that change in the total length in the radial direction for all previous plates 5 with the same direction of change in their length. When the engine is stopped, the heat generator 25 is first turned off, and then the shaft 19 stops after the cooling of the plates 5. This is necessary to prevent damage to the engine from very large influences from the plates 5 to increase eccentricity and when the plates 5 pass through the zone of the heat generator 25.

Claims

An ENGINE WITH EXTERNAL HEAT SUPPLY, comprising a housing and a rotor, the components of which are connected by heat-sensitive elements and to the output shaft by means of gears with the same gear ratios, a heat generator, characterized in that the rotor components are made in the form of coaxial disks with central holes, between which thermally sensitive elements are made radially mounted, made in the form of plates, pivotally mounted and connected in series through traction, They are connected to the disks through pairs of balls placed in radial grooves, made uniformly around the circumference of the disks and rods, in addition, the rods are spring-loaded with one end relative to the disks from the side of the central hole, and the other are installed in the recesses of one of the two rings connected to the output shaft gears with the same gear ratios, on the gear rims of which along their initial circles cylindrical surfaces are made, while the heat-sensitive elements are made elongated on both sides from Rhone articulations.