RU66434U1

RU66434U1 - DRIVE INSTALLATION

Info

Publication number: RU66434U1
Application number: RU2007119957/22U
Authority: RU
Inventors: Степан Иванович ВАСИЛЕВСКИЙ; Владимир Израилович МОЛОДЕЦКИЙ
Original assignee: Степан Иванович ВАСИЛЕВСКИЙ; Владимир Израилович МОЛОДЕЦКИЙ
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2007-09-10

Abstract

Полезная модель относится к теплоэнергетике. Приводная установка содержит устройство создания давления, включающее в себя два термомеханических мартенситных привода с элементами с эффектом памяти формы, установленных с возможностью работы в противофазе, средства подвода тепла и охлаждения этих приводов за счет использования воды в качестве охладителя и нагревателя. Установка снабжена шестеренчатым насосом, одна из шестерен которого является выходным валом и силовым цилиндром двустороннего действия, поршневые полости, которого сообщены с накопительной емкостью для жидкого рабочего агента, и с буферной емкостью для накопления жидкого рабочего агента под давлением, сообщенной с входом шестеренчатого насоса, выход которого сообщен с накопительной емкостью. Каждый термомеханический мартенситный привод представляет собой стержневой элемент из материала с эффектом запоминания формы, один конец которого закреплен неподвижно, а другой шарнирно связан с соответствующим штоком силового цилиндра двустороннего действия или связан с соответствующим штоком через рычажную систему, стержневой элемент из материала с эффектом запоминания формы размещен в оболочке, охватывающей этот элемент с формированием между этим элементом и оболочкой по крайней мере одной полости для поочередного пропускания охладителя и нагревателя или две полости для перетекания через одну из их охладителя с температурой не менее 15°С в момент прекращения перетекания через другую полость нагревателя с температурой выше температуры охладителя на 45-50°С. 1 ил.The utility model relates to a power system. The drive unit contains a pressure generating device, which includes two thermomechanical martensitic drives with elements with a shape memory effect, installed with the ability to work in antiphase, means for supplying heat and cooling these drives by using water as a cooler and heater. The installation is equipped with a gear pump, one of the gears of which is an output shaft and a double-acting power cylinder, piston cavities, which are in communication with a storage tank for a liquid working agent, and with a buffer tank for accumulating a liquid working agent under pressure communicated with the gear pump inlet, output which is communicated with cumulative capacity. Each thermomechanical martensitic drive is a rod element made of a material with a shape memory effect, one end of which is fixedly mounted and the other is pivotally connected to the corresponding rod of a double-acting power cylinder or connected to the corresponding rod via a lever system, a core element of a material with a shape memory effect is placed in a shell covering this element with the formation between this element and the shell of at least one cavity for alternating transmission hladitelya and heater or two cavities for overflow through one of them with cooler temperature at least 15 ° C at the time of termination of overflow through another cavity of the heater with a temperature above the coolant temperature at 45-50 ° C. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к теплоэнергетике, а именно к тепловым двигателям, в которых для получения работы используются тепловые деформации твердых рабочих элементов из материала с термомеханической памятью формы, и может быть реализована в качестве двигательной установки для привода различных механизмов, например, генератора электрического тока. Такая установка может рассматриваться в качестве автономного энергетического модуля, который можно устанавливать на отдельной площадке в местах, к которым затруднен централизованный подвод энергоносителя.The utility model relates to a power system, namely to thermal engines, in which thermal deformation of solid working elements from a material with a thermomechanical shape memory is used to obtain work, and can be implemented as a propulsion system for driving various mechanisms, for example, an electric current generator. Such an installation can be considered as an autonomous energy module, which can be installed on a separate site in places where the centralized supply of energy is difficult.

В настоящее время автономные источники энергии строятся либо на использовании ДВС с присоединенным к нему генератором электрического тока, либо на использовании ветровых установок, обеспечивающих привод вращения ротора генератора электрического тока. В первом случае, установка не обладает достаточной мощностью и не является экономичной, так как ДВС в постоянном режиме работы расходует чрезвычайно большое количество светлых нефтепродуктов. Во втором случае, получение электрической энергии полностью зависит от погодных условий, что не позволяет рассматривать такой способ получения энергии как стабильный. Таким образом, существенным становится разработка такой приводной установки, которая могла бы функционировать с использованием естественных природных ресурсов, широко вошедших в жизнь человека и определяющих его существование в данном регионе, как бы далеко он не был удален от реионов с централизованными инфраструктурами.Currently, autonomous energy sources are built either on the use of internal combustion engines with an electric current generator connected to it, or on the use of wind turbines that provide the rotation drive of the electric current generator rotor. In the first case, the installation does not have sufficient power and is not economical, since the internal combustion engine in constant operation consumes an extremely large amount of light oil products. In the second case, the production of electrical energy completely depends on weather conditions, which does not allow us to consider such a method of generating energy as stable. Thus, it becomes essential to develop such a drive unit that could function using natural resources that have come widely into human life and determine its existence in a given region, no matter how far it is from regions with centralized infrastructures.

С обнаружением эффекта запоминания формы - физического явления, наблюдаемого в особых сплавах, например, нитинол, стало возможным организовать альтернативный подход к реализации механизмов осуществления перемещений. Например, детали из нитинола восстанавливают после деформации свою начальную форму при тепловом воздействии. Если пластинку из сплава нитинол согнуть в холодном состоянии в дугу, то она будет сохранять эту форму сколь угодно долго. Но достаточно согнутую пластинку немного подогреть - она тут же выпрямится, как хорошая пружина. При нагревании пластина из нитинола возвращается к своей первоначальной форме, которая была ей придана при изготовлении, точнее - при закалке (отжиге).With the discovery of the effect of shape-remembering, a physical phenomenon observed in special alloys, for example, nitinol, it became possible to organize an alternative approach to the implementation of the mechanisms of movement. For example, parts made of nitinol recover after deformation to their initial shape when exposed to heat. If a plate made of an alloy of nitinol is bent into an arc in a cold state, then it will retain this shape for an arbitrarily long time. But warm a bent plate a little - it immediately straightens out like a good spring. When heated, the nitinol plate returns to its original shape, which was given to it during manufacture, more precisely, during quenching (annealing).

Эффект памяти формы заключается в способности особых сплавов накапливать под воздействием внешнего механического напряжения довольно значительную деформацию, обратимую при нагреве. В зависимости от типа сплава деформация может достигать 10-15% и выше. Парадокс заключается в том, что при восстановлении первоначальной формы может совершаться работа, значительно превосходящая ту, которая была затрачена на деформацию в холодном состоянии. Однако парадокс этот кажущийся. Противоречия закону сохранения энергии здесь нет. Для восстановления первоначальной формы деталь необходимо подогреть, т.е. затратить некоторое количество тепловой энергии. И оно всегда будет больше произведенной работы. Если создать тепловую машину, где в качестве рабочего тела будет применяться сплав, обладающий эффектом запоминания формы, то КПД такой машины, как и всякой другой, будет меньше единицы. Физика эффекта запоминания формы основана на фазовых превращениях в нитиноле. Он представляет собой соединение никеля с титаном, известное также под названием мононикелида титана. Кристаллическая решетка нитинола может находиться в одной из двух форм: либо в виде объемно-центрированного куба (ОЦК), такое состояние решетки называется аустенитной формой; либо в виде ромбовидной структуры с центрированными гранями (РГЦ) - мартенситная форма. Переход объемно-центрированного куба в гранецентрированный ромб называется прямым мартенситным превращением, а переход структуры РГЦ в структуру ОЦК - обратным мартенситным превращением. На превращениях этих двух различных кристаллических структур и основано явление эффекта запоминания формы. Его называют также термоупругим мартенситным превращением, или переходом мартенсит-аустенит и обратно.The shape memory effect consists in the ability of special alloys to accumulate, under the influence of external mechanical stress, a rather significant deformation reversible upon heating. Depending on the type of alloy, the deformation can reach 10-15% and higher. The paradox is that when restoring the original form, work can be performed that significantly exceeds the one that was expended on cold deformation. However, this paradox is apparent. There is no contradiction to the law of conservation of energy here. To restore the original shape, the part must be heated, i.e. spend some heat energy. And it will always be more work done. If you create a heat engine, where an alloy with the effect of remembering the shape will be used as the working fluid, then the efficiency of such a machine, like any other, will be less than unity. The physics of the shape memory effect is based on phase transformations in nitinol. It is a compound of nickel with titanium, also known as titanium mononickelide. The nitinol crystal lattice can be in one of two forms: either in the form of a body-centered cube (BCC), this state of the lattice is called the austenitic form; or in the form of a rhomboid structure with centered faces (RGC) - a martensitic form. The transition of a body-centered cube into a face-centered rhombus is called the direct martensitic transformation, and the transition of the RGC structure to the bcc structure is called the reverse martensitic transformation. On the transformations of these two different crystalline structures, the phenomenon of the effect of shape memory is based. It is also called the thermoelastic martensitic transformation, or the martensite-austenite transition and vice versa.

На основе данного эффекта создано несколько тепловых двигателей, работоспособность которых подтверждена испытаниями.Based on this effect, several heat engines were created, the operability of which is confirmed by tests.

Например, известны мартенситные двигатели, содержащие систему шкивов, обернутые вокруг шкивов силовые элементы из материала с термомеханической памятью формы, емкости с охлаждающей и нагревающей жидкостями (SU №1257277, F03G 7/06, 1986).For example, martensitic engines containing a pulley system, power elements made of a material with thermomechanical shape memory, tanks with cooling and heating fluids wrapped around pulleys are known (SU No. 1257277, F03G 7/06, 1986).

Недостатками известных технических решений являются невозможность создания значительных и стабильных по величине крутящих моментов на валу, низкая мощность и неуправляемость их параметрами в процессе работы. Кроме того, мартенситные приводы двигателя имеют значительные размеры. Уменьшение The disadvantages of the known technical solutions are the impossibility of creating significant and stable in magnitude of torque on the shaft, low power and uncontrollability of their parameters during operation. In addition, the martensitic motor drives are significant. Decrease

габаритов приводов приводят к уменьшению величины их хода, снижению скорости вращения вала и снимаемой мощности.the dimensions of the drives lead to a decrease in their stroke, a decrease in the speed of rotation of the shaft and the removed power.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для преобразования тепла в механическую энергию, содержащее основание с зонами нагрева и охлаждения и установленный на основании посредством опор с возможностью переменного перемещения через зоны нагрева и охлаждения корпус, на котором посредством шарниров установлены группы термочувствительных рабочих секций, причем все секции каждой группы последовательно связаны между собой, а крайние секции каждой группы с одной стороны закреплены на корпусе, а с другой связаны посредством передачи со звеном отбора мощности путем компактного размещения в ограничительном объеме большого числа термочувствительных секций, корпус выполнен в виде двух параллельных обойм, закрепленных на общем центральном стержне перпендикулярно последнему, шарнирно размещенных на обоймах, а секции каждой группы расположены параллельно стержням в плоскостях, проходящих через ось стержня (SU №1449702, F03G 7/06, опубл. 1987).Closest to the proposed is a device for converting heat into mechanical energy, containing a base with heating and cooling zones and mounted on the base by means of supports with the possibility of alternating movement through the heating and cooling zones, a housing on which groups of heat-sensitive working sections are mounted via hinges of each group are sequentially interconnected, and the extreme sections of each group are, on the one hand, fixed to the body, and on the other are connected by distributors with a power take-off link by compactly placing a large number of heat-sensitive sections in a restrictive volume, the housing is made in the form of two parallel clips mounted on a common central rod perpendicular to the last, articulated on the clips, and the sections of each group are parallel to the rods in planes passing through the axis rod (SU No. 1449702, F03G 7/06, publ. 1987).

Недостатком прототипа является сложность регулирования параметров (скорости вращения, крутящего момента и т.д.) двигателя из-за того, что в зонах нагрева и охлаждения не предусмотрена возможность быстрой смены режима нагрева или охлаждения. Кроме того, неэффективна система охлаждения приводов, что также снижает мощность двигателя. Попытки увеличить длину силовых элементов путем использования в рабочих секциях термочувствительных элементов значительной длины и количества самих секций с целью получения значительной величины хода и, следовательно, скорости вращения вала, а также генерируемого усилия приводят к увеличению габаритов привода, а также усложняют решение проблемы охлаждения, так как рабочие секции расположены радиально.The disadvantage of the prototype is the difficulty of regulating the parameters (speed, torque, etc.) of the engine due to the fact that in the heating and cooling zones it is not possible to quickly change the heating or cooling mode. In addition, the drive cooling system is ineffective, which also reduces engine power. Attempts to increase the length of the power elements by using heat-sensitive elements in the working sections of a significant length and number of sections themselves in order to obtain a significant amount of stroke and, consequently, the shaft rotation speed, as well as the generated force, lead to an increase in the dimensions of the drive, and also complicate the solution to the cooling problem, how the working sections are located radially.

Известен мартенситный двигатель, содержащий корпус с размещенными в нем по меньшей мере двумя термомеханическими приводами, соединенными с валом отбора мощности посредством механической связи, средства подвода тепла и охлаждения приводов, термомеханические приводы выполнены мартенситными, средства подвода тепла выполнены в виде источника тока с элементами программируемой коммутации, средство охлаждения выполнено в виде магистрали с насосом, заполненной охладителем и подключенной к приводам, а механическая связь в виде гибкой ленты, охватывающей передающие и направляющие шкивы и закрепленной концами на двух приводах, размещенных с возможностью работы в Known martensitic engine, comprising a housing with at least two thermomechanical drives located in it, connected to the power take-off shaft via mechanical coupling, means for supplying heat and cooling drives, thermomechanical drives are made martensitic, means for supplying heat are made in the form of a current source with programmable switching elements , the cooling means is made in the form of a line with a pump filled with a cooler and connected to the drives, and the mechanical connection is in the form of a flexible tape, covering transmitting and guide pulleys and fixed by ends on two drives placed with the possibility of working in

противофазе, передающие шкивы установлены соосно с валом и связаны с последним через муфты обгона, направляющие шкивы установлены в корпусе с возможностью вращения, причем оси направляющих шкивов перпендикулярны оси вала (RU №2041389, F03G 7/06, опубл. 1995.08.09).out of phase, the transmitting pulleys are mounted coaxially with the shaft and are connected to the latter via overtaking couplings, the guide pulleys are rotatably mounted in the housing, the axes of the guide pulleys being perpendicular to the shaft axis (RU No. 2041389, F03G 7/06, published 1995.08.09).

Недостатком данной конструкции привода является использование электрической схемы с источником тока и с элементами программируемой коммутации, что усложняет конструкцию двигателя и ограничивает срок его службы в условиях отсутствия возобновления источника тока. При этом такой двигатель не обладает достаточной мощностью и не может использоваться в качестве привода генератора электрического тока (невозможность организации высоких оборотов на выходе).The disadvantage of this drive design is the use of an electric circuit with a current source and with elements of programmable switching, which complicates the design of the motor and limits its service life in the absence of renewal of the current source. Moreover, such an engine does not have sufficient power and cannot be used as a drive of an electric current generator (the impossibility of organizing high revolutions at the output).

Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи по применению нитиноловых деталей для цикличного управления механизмом возвратного перемещения и обеспечению последовательного наращивания давления для управления выходным механизмом формирования вращения. При этом задача так же решается тем, что энергетическая установка представляет собой модульный вариант исполнения, который можно транспортировать в собранном виде и который представляет собой энергетическую единицу, наращиванием количества которых можно сформировать энергетический блок требуемой мощности.This utility model is aimed at solving the technical problem of using nitinol parts for cyclic control of the mechanism of return movement and ensuring a consistent increase in pressure to control the output mechanism of rotation formation. At the same time, the task is also solved by the fact that the power plant is a modular embodiment that can be transported in assembled form and which is an energy unit, by increasing the number of which it is possible to form an energy block of the required power.

Достигаемый при этом результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик, упрощении при создании модульных вариантов наращиваемой мощности, а так же повышении экологичности. Так же технический результат заключается в повышении экономичности путем низкозатратного получения низкопотенциальной тепловой энергии.The result achieved in this case is to improve operational characteristics, simplify the creation of modular options for increased power, as well as increase environmental friendliness. Also, the technical result is to increase efficiency by low-cost production of low-grade thermal energy.

Указанный технический результат достигается тем, что приводная установка, содержащая выходной вал для передачи вращения потребителю, по крайней мере одно устройство создания давления, включающее в себя два термомеханических мартенситных привода, установленных с возможностью работы в противофазе, средства подвода тепла и охлаждения термомеханических мартенситных приводов, выполненные в виде напорных магистралей, заполненных охладителем и нагревателем, соответственно, и подключенных к термомеханическим мартенситным приводам для охлаждения или подогрева элементов из материала с эффектом запоминания формы в указанных приводах, снабжена шестеренчатым насосом, одна из шестерен которого является выходным валом для передачи вращения The specified technical result is achieved in that the drive unit containing the output shaft for transmitting rotation to the consumer, at least one pressure generating device, including two thermomechanical martensitic drives installed with the ability to work in antiphase, means for supplying heat and cooling thermomechanical martensitic drives, made in the form of pressure lines filled with a cooler and a heater, respectively, and connected to thermomechanical martensitic drives for cooling The deposition or heating of elements made of material with the effect of shape memory in these drives is equipped with a gear pump, one of the gears of which is an output shaft for transmitting rotation

потребителю, и силовым цилиндром двустороннего действия, штоки поршня которого выедены наружу, а поршневые полости, с одной стороны, сообщены с накопительной емкостью для жидкого рабочего агента, а с другой стороны сообщены с буферной емкостью для накопления жидкого рабочего агента под давлением, при этом в магистралях сообщения поршневых полостей силового цилиндра двустороннего действия с накопительной емкостью и буферной емкостью установлены обратные клапана для обеспечения однонаправленного перетекания жидкого рабочего агента из накопительной емкости и буферную емкость, каждый термомеханический мартенситный привод представляет собой стержневой элемент из материала с эффектом запоминания формы, один конец которого закреплен неподвижно, а другой шарнирно связан с соответствующим штоком силового цилиндра двустороннего действия или связан с соответствующим штоком через рычажную систему, стержневой элемент из материала с эффектом запоминания формы размещен в оболочке, охватывающей этот элемент с формированием между этим элементом и оболочкой по крайней мере одной полости для поочередного пропускания охладителя и нагревателя или две полости для перетекания через одну из их охладителя с температурой не менее 15°С в момент прекращения перетекания через другую полость нагревателя с температурой выше температуры охладителя на 45-50°С, а буферная емкость сообщена с входом шестеренчатого насоса, выход которого сообщен с накопительной емкостью.to the consumer, and a double-acting power cylinder, the piston rods of which are driven out and the piston cavities, on the one hand, are connected with a storage tank for a liquid working agent, and on the other hand are connected with a buffer tank for accumulating a liquid working agent under pressure, while Check valves for the piston cavities of the double-acting power cylinder with accumulating capacity and buffer capacity are installed to ensure unidirectional flow of the liquid working agent from storage capacity and buffer capacity, each thermomechanical martensitic drive is a rod element made of a material with a shape memory effect, one end of which is fixedly mounted, and the other is pivotally connected to the corresponding rod of a double-acting power cylinder or connected to the corresponding rod through a lever system, the rod element of material with the effect of remembering the form is placed in the shell covering this element with the formation between this element and the shell at least about cavity for alternately passing the cooler and heater or two cavities for flowing through one of their coolers with a temperature of at least 15 ° C at the time of stopping the flow through the other cavity of the heater with a temperature above the cooler temperature of 45-50 ° C, and the buffer tank is in communication with gear pump inlet, the output of which is in communication with the storage tank.

Причем вход и выход шестеренчатого насоса сообщены между собой перепускным управляемым клапаном.Moreover, the input and output of the gear pump communicated with each other bypass controlled valve.

В качестве потребителя может быть использован генератор постоянного тока, параллельно которому подключена аккумуляторная батарея с устройством ее зарядки и подключен преобразователь тока для регулирования параметров выходного электрического напряжения.As a consumer, a direct current generator can be used, in parallel with which a rechargeable battery with a charging device is connected and a current converter is connected to regulate the parameters of the output voltage.

Средства подвода тепла и охлаждения термомеханических мартенситных приводов снабжены блоком управления клапанами открытия и закрытия напорных магистралей средств подвода тепла и охлаждения термомеханических мартенситных приводов.Means for supplying heat and cooling to thermomechanical martensitic drives are equipped with a control unit for valves for opening and closing pressure lines of means for supplying heat and cooling to thermomechanical martensitic drives.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.These features are significant and are interconnected with the formation of a stable set of essential features sufficient to obtain the desired technical result.

Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.The present utility model is illustrated by a specific example of execution, which, however, is not the only possible one, but clearly demonstrates the possibility of achieving the desired technical result.

На фиг.1 изображена общая схема тепловой приводной установки для привода генератора постоянного тока.Figure 1 shows a General diagram of a thermal drive installation for driving a DC generator.

Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция модульной энергетической установки, относящейся к категории повышенной экономичности при получении и преобразовании электрической, тепловой и других видов энергии в энергетических установках путем низкозатратного получения низкопотенциальной тепловой энергии.According to this utility model, the design of a modular power plant is considered, which belongs to the category of increased efficiency in the production and conversion of electrical, thermal and other types of energy in power plants by low-cost production of low-potential thermal energy.

Приводная установка (фиг.1) содержит по крайней мере одно устройство 1 создания давления, буферную емкость 2 для накопления жидкостного рабочего агента под давлением, сообщенную с входом 3 шестеренчатого насоса 4, одна из шестерен 5 которого является выходным валом 6 для передачи вращения потребителю, а выход 7 которого сообщен с накопительной емкостью 8 для жидкостного рабочего агента, в качестве которого может использоваться, например, масло или гидравлическая жидкость, применяемые для гидравлических систем. Из буферной емкости 2 жидкость поступает на вход шестеренчатого насоса, оказывает давление в области зубчатого зацепления и проворачивает шестерни относительно друг друга, выдавливаясь в сливную магистраль 9, откуда поступает в накопительную емкость 8. Вход и выход шестеренчатого насоса сообщены между собой перепускным управляемым клапаном 10. Так как давление жидкости проворачивает шестерни, то вращение шестерни передается выходному валу, который может быть связан, например, с генератором постоянного тока 11, параллельно которому ожжет быть подключена аккумуляторная батарея 12 с устройством ее зарядки и подключен преобразователь тока 13 для регулирования параметров выходного электрического напряжения.The drive unit (figure 1) contains at least one pressure generating device 1, a buffer tank 2 for accumulating a liquid working agent under pressure, in communication with the input 3 of the gear pump 4, one of the gears 5 of which is the output shaft 6 for transmitting rotation to the consumer, and the output 7 of which is in communication with a storage tank 8 for a liquid working agent, which can be used, for example, oil or hydraulic fluid used for hydraulic systems. From the buffer tank 2, the fluid enters the gear pump inlet, exerts pressure in the gear area and rotates the gears relative to each other, extruding into the drain line 9, from where it enters the storage tank 8. The gear pump inlet and outlet are connected to each other by a controlled bypass valve 10. Since the fluid pressure rotates the gears, the rotation of the gear is transmitted to the output shaft, which can be connected, for example, with a DC generator 11, in parallel with which it burns yt battery 12 is connected to the device and its charging current converter 13 is connected to regulate the output voltage settings.

Устройство 1 создания давления включает в себя два термомеханических мартенситных привода, установленных с возможностью работы в противофазе, и средства 14 подвода тепла и охлаждения термомеханических мартенситных приводов, выполненные в виде напорных магистралей 15 и 16, заполненных охладителем и нагревателем, соответственно, и подключенных к термомеханическим мартенситным приводам для охлаждения или подогрева элементов из материала с эффектом запоминания формы в указанных приводах.The pressure generating device 1 includes two thermomechanical martensitic actuators installed with the ability to work in antiphase, and means 14 for supplying heat and cooling thermomechanical martensitic actuators made in the form of pressure lines 15 and 16 filled with a cooler and heater, respectively, and connected to thermomechanical martensitic drives for cooling or heating elements made of material with the effect of shape memory in these drives.

Устройство 1 создания давления также включает в себя силовой цилиндр 17 двустороннего действия, штоки поршня которого выедены наружу, а поршневые полости 18, с одной стороны, сообщены с накопительной емкостью 8 для жидкого рабочего агента, а с другой стороны сообщены с буферной емкостью 2 для накопления жидкого рабочего агента под давлением.The pressure generating device 1 also includes a double-acting power cylinder 17, the piston rods of which are pulled out and the piston cavities 18, on the one hand, are connected with a storage tank 8 for a liquid working agent, and on the other hand are connected with a buffer tank 2 for accumulation liquid working agent under pressure.

В магистралях сообщения поршневых полостей 18 силового цилиндра 17 двустороннего действия с накопительной емкостью и буферной емкостью установлены обратные клапана для обеспечения однонаправленного перетекания жидкого рабочего агента из накопительной емкости и буферную емкость.In the communication lines of the piston cavities 18 of the double-acting power cylinder 17 with a storage tank and a buffer tank, check valves are installed to provide unidirectional flow of the liquid working agent from the storage tank and a buffer tank.

Каждый термомеханический мартенситный привод представляет собой стержневой элемент 19 из материала с эффектом запоминания формы, один конец 20 которого закреплен неподвижно, а другой 21 шарнирно связан с соответствующим штоком силового цилиндра двустороннего действия или связан с соответствующим штоком через рычажную систему 22, как это показано на фиг.1. В данном конкретном решении, продемонстрированном на фиг.1, стержневой элемент из материала с эффектом запоминания формы выполнен в виде пластины (полосы) или штыря примерно длиной около 20-30 см и площадью поперечного сечения около 2 см². Исходная форма в одном из состояний - дугообразная, при изменении формы кривизна дуги уменьшается при остаточной деформации не более 8-10%, предпочтительно - 7% (при такой деформации штырь из нитинола может менять свою форму миллионы раз). Ко всему прочему, усилие на свободном конце стержневого элемента таких размеров достигает примерно около 800 кг*см, что более чем достаточно для перемещения поршня в силовом цилиндре.Each thermomechanical martensitic drive is a rod element 19 made of a material with a shape memory effect, one end 20 of which is fixed and the other 21 is pivotally connected to the corresponding rod of a double-acting power cylinder or connected to the corresponding rod through a lever system 22, as shown in FIG. .one. In this particular solution, shown in FIG. 1, the core element of a shape memory material is made in the form of a plate (strip) or a pin of about 20-30 cm long and about 2 cm ² cross-sectional area. The initial shape in one of the states is arched, when the shape changes, the curvature of the arc decreases with a permanent deformation of not more than 8-10%, preferably 7% (with such deformation, the nitinol pin can change its shape millions of times). In addition, the force at the free end of a rod element of such dimensions reaches about 800 kg * cm, which is more than enough to move the piston in the force cylinder.

В качестве материала с эффектом запоминания формы может использоваться нитинол (WO 8910421, RU 2201470), как наиболее эффективный, но могут быть применены и другие сплавы, так же обладающие памятью формы, например, могут применяться монокристаллы сплава на основе меди с термомеханической памятью в качестве силовых элементов (SU №412397, F03G 7/06, 1972), сплав на железной основе следующего состава, мас.%: марганец 20-40, кремний 3,5-8,0, углерод 0,05-0,1, железо - остальное или сплав на основе железа с запоминанием формы (RU №2009256), содержащий марганец, кремний и углерод, азот, а также один или несколько элементов из группы, содержащей ванадий, ниобий и титан, при следующем соотношении компонентов, мас.%: марганец 27,00-32,00, кремний 3,00-6,00, углерод 0,05-0,10, азот 0,05-0,10, один или несколько элементов из группы, As a material with the effect of shape memory, nitinol can be used (WO 8910421, RU 2201470), as the most effective, but other alloys can also be used that also have shape memory, for example, single crystals of copper-based alloy with thermomechanical memory can be used as power elements (SU No. 412397, F03G 7/06, 1972), an iron-based alloy of the following composition, wt.%: manganese 20-40, silicon 3.5-8.0, carbon 0.05-0.1, iron - the rest or an alloy based on iron with shape memory (RU No. 2009256) containing manganese, silicon and carbon, azo as well as one or more elements from the group consisting of vanadium, niobium and titanium, in the following ratio of components, wt.%: manganese 27.00-32.00, silicon 3.00-6.00, carbon 0.05-0 , 10, nitrogen 0.05-0.10, one or more elements from the group,

содержащей ванадий 0,05-0,15, ниобий 0,05-0,20, титан 0,05-0,10 и железо - остальное.containing vanadium 0.05-0.15, niobium 0.05-0.20, titanium 0.05-0.10 and iron - the rest.

Стержневой элемент может быть выполнен в виде пружины, как это имеет место, например, в RU 2013659. В данном патенте описан тепловой привод, содержащий корпус, приводной элемент, выполненный в виде спирали из материала, обладающего обратимым эффектом термомеханической памяти изменения кривизны спирали и угла ее закрутки.The rod element can be made in the form of a spring, as is the case, for example, in RU 2013659. This patent describes a thermal drive comprising a housing, a drive element made in the form of a spiral made of a material having a reversible thermomechanical effect of changing the spiral curvature and angle her twist.

Стержневой элемент из материала с эффектом запоминания формы размещен в оболочке 23, охватывающей этот элемент с формированием между этим элементом и оболочкой по крайней мере одной полости для поочередного пропускания охладителя и нагревателя или две полости для перетекания через одну из их охладителя с температурой не менее 15°С в момент прекращения перетекания через другую полость нагревателя с температурой выше температуры охладителя на 45-50°С. Средства 14 подвода тепла и охлаждения термомеханических мартенситных приводов снабжены блоком управления клапанами открытия и закрытия напорных магистралей средств подвода тепла и охлаждения термомеханических мартенситных приводов (конструкция данного блока не показана).A core element made of a material with a shape memory effect is placed in a shell 23 covering this element with the formation of at least one cavity between this element and the shell for alternately passing the cooler and heater or two cavities for flowing through one of their coolers with a temperature of at least 15 ° C at the moment of termination of the flow through another cavity of the heater with a temperature above the temperature of the cooler by 45-50 ° C. Means 14 for supplying heat and cooling to thermomechanical martensitic actuators are provided with a control unit for valves for opening and closing pressure lines of means for supplying heat and cooling to thermomechanical martensitic actuators (the design of this unit is not shown).

Реализация двухканальной системы (отдельный канал для подвода тепла и отдельный канал для подвода охладителя для одного элемента из материала с эффектом запоминания формы) может основываться на решении, описанном в RU 2013659.The implementation of a two-channel system (a separate channel for supplying heat and a separate channel for supplying a cooler for one element of a material with the effect of shape memory) can be based on the solution described in RU 2013659.

Приводная установка функционирует следующим образом.The drive unit operates as follows.

Активизируются средства 14 подвода тепла и охлаждения термомеханических мартенситных приводов снабжены блоком управления клапанами открытия и закрытия напорных магистралей средств подвода тепла и охлаждения термомеханических мартенситных приводов. Так как в качестве охладителя и нагревателя используется природная вода или вода из напорной системы централизованной подачи, то средства 14 подвода тепла и охлаждения могут иметь различное исполнение в зависимости от природы источника воды. В любом случае в данном блоке формируется два управляемых по дозированной выдаче потока: один, используемый в качестве охладителя, с температурой не менее 15°С и другой, используемый в качестве нагревателя охладителя на 45-50°С. Дозировано и противофазно порции нагревателя и охладителя подаются в полость оболочки, The means 14 for supplying heat and cooling of thermomechanical martensitic drives are activated, equipped with a control unit for valves for opening and closing pressure lines of means for supplying heat and cooling for thermomechanical martensitic drives. Since natural water or water from a centralized pressure system is used as a cooler and heater, the means for supplying heat and cooling 14 can have different designs depending on the nature of the water source. In any case, in this block two controlled dosing flows are formed: one used as a cooler with a temperature of at least 15 ° C and the other used as a cooler heater at 45-50 ° C. Dosage and antiphase portions of the heater and cooler are fed into the cavity of the shell,

охватывающей нитиноловый штырь или пластину из итинола, что приводит к тому, что на одном штоке элемент из нитинола уменьшает расстояие между своими концами, а на другом штоке того же поршня элемент из нитинола увеличивает расстояние между своими концами. В результате таких деформаций происходит перемещение поршня в корпусе силового цилиндра, работающего по типу поршневого насоса двустороннего действия.embracing a nitinol pin or a plate of itinol, which leads to the fact that on one rod the element made of nitinol reduces the distance between its ends, and on the other rod of the same piston the element made of nitinol increases the distance between its ends. As a result of such deformations, the piston moves in the housing of the power cylinder, which works as a double-acting piston pump.

При увеличении объема поршневой камеры в силовом цилиндре происходит открытие обратного клапана, сообщающего полость этой камеры с накопительной емкостью, происходит заполнение поршневой камеры. При этом обратный клапан, сообщающий эту камеру с буферной емкостью, закрыт. При уменьшении объема поршневой камеры происходит закрытие обратного клапана, сообщающего полость этой камеры с накопительной емкостью, и открытие другого обратного клапана для сообщения полости поршневой камеры с буферной емкостью. Быстродействие такой системы определяется скоростью формированием разницы температуры между потоками нагревателя и охладителя и скоростью реакции нитинолового элемента в части изменения своей формы. При использовании одной пары устройств создания давления изменение состояния элемента из нитинола равно примерно 0,7-1с. При увеличении количества устройств создания давления (например, при использовании двух таких устройств, сообщенных с общей буферной емкостью) возможно снижение скорости реакции элемента из нитинола на изменение температуры воды при условии, что в буферной емкости от работы двух силовых поршневых насосов двустороннего действия будет поддерживаться давление рабочей жидкости, достаточное для обеспечения вращения выходного вала с минимальным уровнем пульсаций давления.With an increase in the volume of the piston chamber in the power cylinder, the check valve opens, which communicates the cavity of this chamber with the storage capacity, and the piston chamber is filled. In this case, the check valve communicating this chamber with the buffer tank is closed. With a decrease in the volume of the piston chamber, the check valve that communicates the cavity of this chamber with the storage tank is closed and another check valve is opened to communicate the cavity of the piston chamber with the buffer tank. The speed of such a system is determined by the rate of formation of the temperature difference between the heater and cooler flows and the reaction rate of the nitinol element in terms of changing its shape. When using one pair of pressure generating devices, the change in state of a nitinol cell is approximately 0.7-1 s. With an increase in the number of pressure generating devices (for example, when using two such devices communicated with a common buffer capacity), the reaction speed of a nitinol element to a change in water temperature may decrease, provided that the pressure in the buffer tank from the operation of two double-acting power piston pumps is maintained working fluid sufficient to ensure rotation of the output shaft with a minimum level of pressure pulsation.

Рабочая жидкость под давлением из буферной емкости поступает на вход шестеренчатого насоса и проворачивает шестерни этого насоса, осуществляя вращение выходного вала, который может быть нагружен генератором постоянного тока, подключенного к аккумуляторной батарее и потребителю тока. При такой схеме аккумуляторная батарея может использоваться в качестве компенсатора падения напряжения или накопителя напряжения (резервный источник тока) и выдачи его для систем управления или для первичного подогрева воды и т.д.The working fluid under pressure from the buffer tank enters the gear pump inlet and rotates the gears of this pump, rotating the output shaft, which can be loaded with a DC generator connected to the battery and current consumer. With this scheme, the battery can be used as a compensator for voltage drop or voltage storage (backup current source) and its delivery to control systems or for primary heating of water, etc.

Перепускной управляемый клапан 10 регулирует верхнее значение постоянного давления на входе в шестеренчатый насос, снимая пики давления открытием канала сообщения входа этого насоса с его выходом.The bypass controlled valve 10 regulates the upper value of the constant pressure at the inlet to the gear pump, removing pressure peaks by opening the channel of communication of the input of this pump with its output.

Настоящая полезная модель промышленно применима, основана на использовании хорошо освоенных в машиностроении узлов и новых материалов (нитинол), связанных между собой с образованием нового решения.This utility model is industrially applicable, based on the use of units well-developed in mechanical engineering and new materials (nitinol), interconnected with the formation of a new solution.

Claims

1. A drive unit containing an output shaft for transmitting rotation to the consumer, at least one pressure generating device, including two thermomechanical martensitic drives installed with the ability to work in antiphase, means for supplying heat and cooling thermomechanical martensitic drives, made in the form of pressure lines filled with a cooler and heater, respectively, and connected to thermomechanical martensitic drives for cooling or heating elements made of material with the volume of storing the form in these drives, characterized in that it is equipped with a gear pump, one of the gears of which is the output shaft for transmitting rotation to the consumer, and a double-acting power cylinder, the piston rods of which are brought out, and the piston cavities, on the one hand, are in communication with storage tank for a liquid working agent, and on the other hand communicated with a buffer tank for accumulating a liquid working agent under pressure, while in the communication lines of the piston cavities of the power cylinder Double-acting with a storage tank and a buffer tank, check valves are installed to ensure unidirectional flow of a liquid working agent from the storage tank and a buffer tank, each thermomechanical martensitic drive is a core element made of a material with shape memory effect, one end of which is fixed and the other is hinged connected to the corresponding rod of a double-acting power cylinder or connected to the corresponding rod through a lever system, a core element made of a material with a shape memory effect is placed in a shell covering this element with the formation of at least one cavity between this element and the shell for alternately passing the cooler and heater or two cavities for flowing through one of them a cooler with a temperature of at least 15 ° C at the moment of termination of the flow through another cavity of the heater with a temperature above the cooler temperature by 45-50 ° C, and the buffer tank is in communication with the input of the gear pump, the output of which is communicated with itelnoy capacity.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the inlet and outlet of the gear pump are interconnected by a bypass controlled valve.

3. The installation according to claim 1, characterized in that a DC generator is used as a consumer, in parallel with which a rechargeable battery with a charging device is connected and a current converter is connected to control the parameters of the output voltage.

4. The installation according to claim 1, characterized in that it is equipped with a control unit for valves for opening and closing the pressure lines of the means for supplying heat and cooling thermomechanical martensitic drives.

5. Installation according to claim 1, characterized in that it is equipped with two pressure generating devices in communication with a common buffer capacity.