SU1105686A1

SU1105686A1 - Hydraulic heat drive

Info

Publication number: SU1105686A1
Application number: SU813356197A
Authority: SU
Inventors: Виктор Георгиевич Абрамов; Александр Александрович Волков; Сергей Владимирович Осокин; Владимир Сергеевич Ромашов
Original assignee: Предприятие П/Я А-7731
Priority date: 1981-11-13
Filing date: 1981-11-13
Publication date: 1984-07-30

Abstract

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТЕПЛОВОЙ ПРИВОД, содержащий рабочую камеру , помещенную в теплоизолированный кожух и занолненную жидкостью в качестве рабочего тела, электрический нагреватель , установленный внутри ка.меры, и .механизм преобразовани теплового расширени жидкости в поступательное перемеицние выходного звена, отличающийс тем, что, с целью повышени стабильности работы привода путем равномерно1Ч) прогрева всего объема жидкости, нагреватель выполнен в виде электрических ламп, равномерно распределенных внутри камеры и закрепленных на токопровод щих стержн х.A HYDRAULIC HEAT DRIVE containing a working chamber placed in a thermally insulated casing and filled with liquid as a working fluid, an electric heater installed inside the cage, and a mechanism that converts the thermal expansion of the liquid into a translational de-interleaver output link, characterized in that the stability of the drive by uniformly (H) heating the entire volume of liquid; the heater is made in the form of electric lamps evenly distributed inside the chamber and fixed on conductive rods x.

Description

Изобретение относитс к машиностроению , а именно к гидравлическим тепловым приводам дл преобразовани теплового расширени рабочего тела в механическую работу, и может быть использовано в механизмах , предназначенных дл медленного равномерного перемеш,ени рабочих органов или обрабатываемого издели , а также в металлургии при выращивании монокристаллов и получении сверхчистых материалов , в том числе в услови х пониженной гравитации.The invention relates to mechanical engineering, namely to hydraulic thermal drives for converting thermal expansion of a working fluid into mechanical work, and can be used in mechanisms designed for slow uniform mixing, working bodies or a workpiece, as well as in metallurgy for growing single crystals and producing ultrapure materials, including under conditions of reduced gravity.

Известен гидравлический тепловой привод , содержащий прозрачную рабочую камеру , заполненную жидкостью в качестве рабочего тела, электрический нагреватель, установленный снаружи камеры и охватывающий последнюю, и механизм преобразовани теплового расширени жидкости в поступательное перемещение выходного звена 1.A hydraulic thermal actuator is known that contains a transparent working chamber filled with liquid as a working fluid, an electric heater installed outside the chamber and enclosing the latter, and a mechanism for converting thermal expansion of the liquid into translational movement of the output link 1.

Недостатками этого известного устройства вл ютс низкий КПД, обусловленный потер ми тепла вследствие расположени нагревател вне емкости с жидким рабочим телом, а также низка надежность, обусловленна отсутствием дублировани или компенсации функций нагревател в случае выхода его из стро .The disadvantages of this known device are low efficiency due to heat loss due to the location of the heater outside the container with a liquid working fluid, as well as low reliability due to the lack of duplication or compensation of heater functions in the event of its failure.

Наиболее близким к изобретению вл етс гидравлический тепловой привод, содержащий рабочую камеру, помещенную в теплоизолированный кожух и заполненную жидкостью в качестве рабочего тела, электрический нагреватель, установленный внутри камеры, и механизм преобразовани теплового расширени жидкости в поступательное перемещение выходного звена 2.Closest to the invention is a hydraulic thermal drive comprising a working chamber placed in a heat-insulated casing and filled with liquid as a working fluid, an electric heater installed inside the chamber, and a mechanism for converting thermal expansion of the liquid into translational movement of the output link 2.

КПД этого теплового привода увеличен за счет размещени нагревател внутри рабочей камеры. Кроме того, за счет наличи двух нагревателей, св занных с системой регулировани температуры рабочего тела, и средств дл пропускани теплоносител по каналам в стенках камеры, в устройствепрототипе обеспечиваетс частичное дублирование и компенсаци функций одного из нагревателей при выходе его из стро . Однако , в этом устройстве не обеспечиваетс равномерный прогрев жидкого рабочего тела по всему объему камеры как вследствие неравномерного распределени спиралей нагревател внутри этого объема, так и вследствие подвода тепла от нагревател к жидкости практически лишь конвекцией и теплопередачей, а не излучением. При отсутствии же конвективной составл ющей теплообмена в услови х невесомости возникает перегрев соприкасающейс с нагревателем жидкости, что, кроме нарушени равномерной работы привода, может привести к нарушению свойств рабочей жидкости (разложению на составные части.The efficiency of this heat drive is increased by placing the heater inside the process chamber. In addition, due to the presence of two heaters associated with the working body temperature control system and means for passing coolant through the channels in the chamber walls, the prototype device provides partial duplication and compensation of the functions of one of the heaters when it fails. However, this device does not ensure uniform heating of the liquid working fluid throughout the chamber, both due to the uneven distribution of the heater coils inside this volume, and due to the supply of heat from the heater to the liquid almost exclusively by convection and heat transfer, and not by radiation. In the absence of the convective component of heat exchange under weightless conditions, overheating occurs when the fluid is in contact with the heater, which, in addition to disturbing the uniform operation of the drive, can lead to a violation of the working fluid properties (decomposition into its component parts).

старению, выделению газа и т. п.) или разрушению нагревател .aging, gas evolution, etc.) or destruction of the heater.

Цель изобретени - повышение стабильности работы привода путем равномеркого прогрева всего объема жидкости.The purpose of the invention is to increase the stability of the drive by uniformly heating the entire volume of fluid.

Указанна цель достигаетс тем, что гидравлический тепловой привод содержит рабочую камеру, помещенную в теплоизолированный кожух и заполненную жидкостьюThis goal is achieved by the fact that the hydraulic heat drive contains a working chamber placed in a heat-insulated casing and filled with liquid.

в качестве рабочего тела, электрический нагреватель, установленный внутри камеры, и механизм преобразовани теплового расширени жидкости в поступательное перемещение выходного звена, причем нагреватель выполнен в виде электрических ламп,as a working fluid, an electric heater installed inside the chamber and a mechanism for converting thermal expansion of the liquid into a translational movement of the output link, the heater being designed as electric lamps,

равномерно распределенных внутри емкости и закрепленных на токопровод щих стержн х .evenly distributed inside the vessel and attached to the conductive rods.

Такое выполнение привода обеспечивает более равномерный нагрев рабочей жидкости равномерно распределенным излучением ламп.This embodiment of the drive provides a more uniform heating of the working fluid evenly distributed radiation lamps.

На фиг. 1 представлен привод, общий вид, в разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1 на электрические лампы; на фиг. 4 - видFIG. 1 shows the drive, general view, in section; in fig. 2 shows section A-A in FIG. one; in fig. 3 is a view B in FIG. 1 for electric lamps; in fig. 4 - view

В на фиг. 3.In FIG. 3

Гидравлический тепловой привод содержит рабочую камеру 1, помещенную в теплоизолированный кожух 2 и закрепленную в последнем с помощью опор 3, выполненных из теплоизолирующего материала. Камера 1 заполнена в качестве рабочего тела жидкостью 4. Внутри камеры 1 установлен электрический нагреватель, выполненный в виде основных электрических ламп 5 и резервных электрических ламп 6. Лампы 5 и 6 равномерно распределены внутри камерыThe hydraulic thermal drive contains a working chamber 1 placed in a heat-insulated casing 2 and fixed in the latter with the help of supports 3 made of heat-insulating material. Chamber 1 is filled as a working fluid with liquid 4. Inside the chamber 1 an electric heater is installed, made in the form of basic electric lamps 5 and reserve electric lamps 6. Lamps 5 and 6 are evenly distributed inside the chamber

1 и закреплены на токопровод щих стержн х 7. Дл подключени ламп 5 и 6 к блоку питани и управлени (не показан) предусмотрен разъем 8.1 and secured to conductive rods 7. A connector 8 is provided for connecting lamps 5 and 6 to a power and control unit (not shown).

Внутри камеры 1 расположены термопары 9 контрол температуры рабочей жидкости 4, а также механизм преобразовани теплового расщирени жидкости 4 в поступательное перемещение выходного звена, выполненный в виде сильфона 10, и присоединенных к нему теплоизол ционного стержн И и штока 12 выходного звена.Inside the chamber 1 there are thermocouples 9 controlling the temperature of the working fluid 4, as well as a mechanism for converting thermal expansion of the fluid 4 into the translational movement of the output link, made in the form of a bellows 10, and the heat insulating rod I and the output 12 stem 12 connected to it.

Токопровод щие стержни 7 и провода термопар 9 вварены в стекл нный изол тор 13, который герметично соединен с основанием 14 камеры 1.Conducting rods 7 and thermocouple wires 9 are welded into a glass insulator 13, which is sealed to the base 14 of chamber 1.

Шток 12 установлен во втулке 15 с возможностью осевого перемещени относительно последней. На втулке 15 размещены вибраторы 16.The rod 12 is installed in the sleeve 15 with the possibility of axial movement relative to the latter. On the sleeve 15 posted vibrators 16.

Кожух 2 снаружи защищен теплоизол цией 17, под которой располагаетс нагревательный элемент 18 системы терморегул тора .The casing 2 is externally protected by thermal insulation 17, under which the heating element 18 of the thermostat system is located.

На внутренней поверхности кожуха 2 и внешней поверхности камеры 1 расположены температурные датчики 19 и 20. В кожухе 2 имеютс два патрубка 21 и 22 дл подвода и выпуска охлаждающего воздуха. Работа гидравлического теплового привода осуществл етс следующим образом. При включении питани электрические лампы 5 и 6 нагревают рабочую жидкость 4, приращение объема которой преобразуетс в осевую деформацию сильфона 10 и перемещение св занного с ним щтока 12 вправо . При изменении температуры рабочей жидкости 4 в процессе работы привода измен етс температура на стенках камеры 1, а следовательно, мен етс теплообмен с окружающей средой. С целью исключени теплообмена с окружающей средой по сигналам датчиков 19 и 20 система питани и управлени включает-выключает нагревательный элемент 18, благодар чему на внутренней поверхности стенки кожуха 2 поддерживаетс температура , равна температуре на наружной поверхности камеры 1. Таким образом, все тепло от нагревателей реализуетс в приращение объема рабочей жидкости. Этому же способствует наличие теплоизол ционного стержн 11, теплоизол ции 17, теплоизолирующих опор 3, которые также преп тствуют утечке тепла от нагреваемой камеры с рабочей жидкостью 4 на кожух 2 и далее во внещнюю среду. При подаче пониженного напр жени питани лампы 5 и 6 выдел ют малую мощность на нагрев жидкости 4, при этом сильфон 10 и св занный с ним шток 12 перемещаютс с минимальными скорост ми - до долей миллиметра в час. При подаче полного напр жени питани щток 12 перемещаетс со скорост ми пор дка дес тков миллиметров в час. Дл возврата щтока 12 в исходное положение питание ламп 5 и 6 выключаетс , а внутрь кожуха 2 через патрубок 21 подаетс охлаждающий воздух, который после его нагрева отводитс через патрубок 22. В результате охлаждени рабочей жидкости внутри камеры 1 и уменьшени ее объема вследствие охлаждени сильфон 10 и с ним шток 12 смещаютс в обратную сторону и приход т в исходное положение. При выходе из стро одной или нескольких ламп 5 или 6 стабильный режим работы привода поддерживаетс блоком управлени за счет регулировани мощности оставшихс исправных ламп. Предлагаемое устройство может быть эффективно использовано дл перемещени капсулы в печи зонной плавки в услови х пониженной гравитации, дл выт жки жидких пленок, а также в р де других случаев . Технический эффект заключаетс в том, что применение в качестве нагревателей источников лучистого нагрева - электрических ламп - позволит обеспечить подвод очень малых мощностей к нагреваемой жидкости, а следовательно, обеспечит очень малые скорости перемещени штока 12 выходного звена, высокий КПД, надежность и долговечность, а также пожаровзрывобезопасность . Применение виброопоры дл рабочего штока 12 позволит получить на выходе равномерное перемещение, так как коэффициент трени при этом будет снижен до минимума . Непосредственный контакт баллонов электрических ламп, используемых в качестве нагревател , с рабочей жидкостью повышает КПД устройства, так как при этом вс теплова энерги передаетс жидкости не только теплопередачей, но и излучением, в том числе и отраженным от внутренних стенок камеры. В предлагаемом устройстве могут быть достигнуты .малые скорости перемещени выходного звена - пор дка 1 мм в сутки, с высокой равномерностью, достигающей величины пор дка долей процента, а также большой диапазон скоростей - от 1 мм в сутки до 30 мм в час.Temperature sensors 19 and 20 are located on the inner surface of the casing 2 and the outer surface of the chamber 1. In the casing 2 there are two nozzles 21 and 22 for the supply and release of cooling air. The operation of the hydraulic thermal drive is carried out as follows. When the power is turned on, electric lamps 5 and 6 heat the working fluid 4, the increment of the volume of which is converted into the axial deformation of the bellows 10 and the movement of the associated rod 12 to the right. When the temperature of the working fluid 4 changes during the drive operation, the temperature on the walls of the chamber 1 changes, and consequently, the heat exchange with the environment changes. In order to eliminate heat exchange with the environment, signals from sensors 19 and 20 enable the power supply and control system to turn the heating element 18 on and off, so that the temperature on the inner surface of the wall of the casing 2 is equal to the temperature on the outer surface of the chamber 1. Thus, all the heat from the heaters implemented in increments of the working fluid volume. This is also facilitated by the presence of a heat insulating rod 11, heat insulation 17, heat insulating supports 3, which also prevent the heat from the heated chamber with the working fluid 4 to leak to the casing 2 and further into the external environment. When a low voltage power supply is applied, lamps 5 and 6 release low power to heat the liquid 4, while the bellows 10 and the rod 12 connected to it move with minimum speeds up to a fraction of a millimeter per hour. When a full feed voltage is applied, the brush 12 moves at speeds of the order of tens of millimeters per hour. To return the rod 12 to the initial position, the power of the lamps 5 and 6 is turned off, and inside the casing 2, through the pipe 21, cooling air is supplied, which after heating is discharged through the pipe 22. As a result of cooling the working fluid inside the chamber 1 and reducing its volume due to the cooling of the bellows 10 and with it, the rod 12 is shifted in the opposite direction and returns to its original position. When one or several lamps 5 or 6 fail to operate, the stable operation mode of the drive is maintained by the control unit by adjusting the power of the remaining healthy lamps. The proposed device can be effectively used for moving the capsule in a zone melting furnace under conditions of reduced gravity, for drawing liquid films, as well as in a number of other cases. The technical effect is that the use of radiant heating sources - electric lamps as heaters - will ensure the supply of very low powers to the heated fluid, and therefore, will provide very low speeds of displacement of the 12 output rod, high efficiency, reliability and durability, as well as fire and explosion safety. The use of vibro supports for the working rod 12 will allow to obtain a uniform displacement at the output, since the coefficient of friction will be reduced to a minimum. Direct contact of the cylinders of electric lamps used as a heater with the working fluid increases the efficiency of the device, since all the heat energy is transferred to the fluid not only by heat transfer, but also by radiation, including reflected from the inner walls of the chamber. In the proposed device, small displacement speeds of the output link can be achieved - about 1 mm per day, with high uniformity, reaching values of the order of fractions of a percent, as well as a large range of speeds - from 1 mm per day to 30 mm per hour.

Вид БType B

ВAT

Вид ВType B

-F-F

ШипаSpike

77

. 4. four

Claims

A HYDRAULIC HEAT DRIVE containing a working chamber placed in a thermally insulated casing and filled with liquid as a working fluid, an electric heater installed inside the chamber, and a mechanism for converting thermal expansion of the liquid into translational movement of the output link, characterized in that, in order to increase the stability of operation drive by uniform heating of the entire volume of liquid, the heater is made in the form of electric lamps evenly distributed inside the chamber and mounted on a current conductive rods.

A

FIG. 1

Air

SU „„ I105686