SU1126714A1 - Тепловой двигатель - Google Patents

Abstract

ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий источник тепловой энергии И ротор с установленными на его периферии термочувствительными элементами, прикрепленными одними концами к ротору , а другими соединенными с ос ми , проход щими параллельно выходному валу и св занными с ним и статором при ПСФ4ОЩИ планетарной передачи и обгонных муфт, отличающийс   тем, что, с целью увеличени  удельной мощности, термочувствительные элементы выполнены в виде архимедовых спиралей из сплава с термомеханической пам тью, на каждой оси жестко закреплена шестерн  передачи , при этом шестерни каждой пас л диаметрально противоположных термочувствительных элементов введены в зацепление друг с другом. 2. Двигатель по п.1, о т л и ч аю щ и и с   тем, что источник тепi ловой энергии выполнен в виде прикрепленного к статору резервуара с СП жидкостью. ю Ф

Description

1 Изобретение относитс  к теплоэнергетике , а именно к тепловым дви гател м, потребл ющим тепловую энер гию низкотемпературных источников тепла, и может быть использовано дл  привода различных потребителей механической энергии. Известен тепловой двигатель, содержащий источник тепловой энергии и ротор с выходным валом, соединенный со статором посредством храповых муфт и термочувствительного элемента в виде спирали из сплава с термомсханической пам тьюСи. Однако данный двигатель характеризуетс  недостаточной экономичностью из-за необходимости совмещени  в пространстве зон нагрева и охлаждени  термочувствительного элемента и вв.едени  дополнительного аккумулирующего элемента в виде пружины дл  обеспечени  равномерности вращени  ротора и возврата формы термо чувствительного элемента при охлаж дении . Наиболее близким .к изобретению  вл етс  тепловой двигатель, содержащий источник тепловой энергии и ротор с установленными на его периферии термочувствительными элемента ми, прикрепленными одними концами к ротору, а другими соединенными с ос ми, проход щими параллельно выходному валу и св занными с ним и статором при помощи планетарной передачи и обгонных муфт 23. Экономичность этого двигател  повышена за счет использовани  дл  его работы источника тепловой энергии со стационарными зонами нагрева и охлаждени , не совпадающими в про странстве. Однако удельна  мощность двигател -прототипа уменьшена вслед ствие малой величины тепловых дефор маций его биметаллических термочувствительных элементов и недостаточной .компактности из-за выполнени  их в виде, винтовых спиралей. Целью изобретени   вл етс  увеличение удельной м щности. Указанна  цель достигаетс  тем, что в тепловом двигателе, содержащем источник тепловой энергии и ротор с установленными на его периферии термочувствительными элементами, прикрепленными одними концами к ротору а другими соединенными с ос ми, проход щими параллельно выходному валу л св занными с ним и статором при помощи планетарной передачи и обгонных муфт, термочувствительные элементы выполнены.в виде архимедовых спиралей из сплава с термомеханической пам тью, на каждой оси жестко закреплена шестерн  передачи, при этом шестерни каждой пары диаметраль но противоположных термочувствительных элементов введены в зацепление друг с другом. 14 Источник тепловой энергии выполнен в виде прикрепленного к статору резервуара с жидкостью. На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый тепловой .двигатель, продольный разрез на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг, 3 - разрез Б-Б на фиг. 1. Двигатель содержит статор 1 с размещенными в нем ротором 2 и выходным валом 3 и источником тепловой энергии в виде прикрепленного к статору резервуара 4 с нагретой жидкостью. Ротор 2 выполнен .в виде полого цилиндра со сплошной несущей перегородкой 5, дел щей его на правую и левую (см, фиг. 1) части и преп тствующей попаданию жидкости в левую часть. Лева  часть ротора 2 имеет крестообразную несущую перегородку 6. На периферии ротора 2 в левой его части установлены термочувствительные элементы 7, выполненные в виде архимедовых спиралей из сплава с термомеханической пам тью, например из нитинола. Термочувствительные элементы 7 установлены попарно диаметрально противоположно, при этом пары элементбв 7 расположены по разные стороны от перегородки 6 со смещением друг относительно друга по окружности на угол 90. В левой части ротора 2 на его боковой поверхности выполнены прорези дл  свободного доступа жидкости к термочувствительным элементам 7, В перегородках 5 и 6 ротора 2 с возможностью вращени  установлены оси 8, проход щие параллельно выходному валу 3. Термочувствительные элементы 7 прикреплены одними концами к ротору 2, а другими - к ос м 8, Оси 8 св заны с выходным валом 3 и со статором 1 при помощи обгонных муфт 9 и планетарной передачи, состо щей из жестко закрепленных на каждой оси 8 в левой части ротора 2 шестерен 10, а в правой части ротора 2 - зубчатых колес 11, наход щегос  с последним во внутреннем зацеплении зубчатого колеса 12, неподвижно закрепленного на статоре 1, и наход щегос  во внешнем зацеплении с зубчатыми колесами 11 зубчатого колеса 13, закрепленного на выходном валу 3, Шестерни 10 каждой пары диаметрально противоположных термочувствительных элементов 7 введены в зацепление друг с другом. Температура жидкости в резервуаре 4 поддерживаетс  выше температуры структурного превращени  сплава с термомеханической пам тью формы, из которого изготовлены термочувствительные элементы 7, Форма термочувствительным элементам 7 задаетс  при их обработке выше температуры структурного превращени  и имеет в-ид раскрученной архимедовой спирали . Ниже температуры структурного

превращени  элементы 7 относительно легко деформируемы, т.е. способны тер ть свою форму и прин ть скрученное состо ние. Тепловые элементы 7 способны восстанавливать свою форму многократно при их нагреве выше указанного предела и при этом развиват значительный крут щий момент. Кинематическа  св зь при помощи шестере 10 между противоположными элементами 7 обеспечивает такое их взаимное расположение, что, если один из термочувствительных элементов 7 переходит в раскрученное состо ние (восстанавливает свою форму), то противположный переходит в скрученное состо ние .

Тепловой двигатель работает следующим образом.

При вращении ротора 2 прикрепленные к нему тепловые элементы 7 вращаютс  вместе с ним, периодически погружа сь в нагретую жидкость и нагрева сь в ней, а наход сь на воздухе они охлаждаютс  за счет собственного теплоизлучени . После погружени  одного из тепловых элементов 7 в скрученном состо нии в жидкость он нагреваетс  до температуры структурного превращени , после чего про вл етс  эффект термомеханИ ческой пам ти, т.е. термочувствительный элемент 7 вспоминает свою первонач.альную форму в виде раскрученной спирали и стремитс  ее прин ть. Возникающие при этом восстанавливающие направлени  создают вращательный момент, который через ось 8 и закрепленное на ней зубчатое колесо 11 с обгонной муфтой 9 передаетс  зубчатому колесу 13, закрепленному на выходном валу 3. Одновременно зубчатое колесо 11 с обгонной муфтой 9 катитс  по неподвижно закрепленному на статоре 1 зубчатому колесу 12 внутреннего зацеплени  и тем самым ведет за собой ротор 2. Параллельно вращательный момент от раскручивающегос  теплового элемента 7 посредством шестерен 10 передаетс  диаметрально противоположно тепловому элементу 7, который нахрдитс  в воздухе и имеет температуру ниже температуры структурного превращени . Под действием скручивающего момента противоположный термочувствительный элемент 7 тер ет свою форму -и принимает скрученное состо ние, а в это врем  закрепленна  на его оси 8 обгонна  муфта 9 совершает свободный ход. В результате вращени  ротора 2 раскручивающийс  элемент 7 выходит из жидкости и охлаждаетс  за Счет собственного теплоизлучени , а в жидкость погружаетс  следующий элемент 7 в скрученном виде, который аналогично предыдущему нагреваетс , восстанавливает свою форму (раскручиваетс ) , и созданный им вращающий мо0 мент способствует дальнейшему вращению выходного вала 3, повороту ротора 2 на определенный угол, а также скручиванию противоположного термочувствительного элемента 7.

5 Процесс циклически повтор етс , и таким образом устанавливаетс  непрерывна  работа двигател .

Применение сплава с термомеханической пам тью значительно повышает

0 быстродействие термочувствительных элементов по сравнению с биметаллическими ,, имеющими повышенную инерционность . Деформируемые слои термочувствительных элементов из сплава

5 с термомеханической пам тью могут претерпевать значительные относительные деформации (до 8% дл  сплава титана и никел  - нитинола) , что на пор док больше предельных де0 формаций биметаллического теплового элемента. Это свойство позвол ет получить значительно больший угол скручивани  термочувствительного элемента.

Соединение диаметрально противо5 положных термочувствительных элементов 7 при помощи шестерен 10 обеспечивает полный возврат формы охлаждаемых элементов 7 за счет использовани  части энергии тепловой

0 деформации нагреваемых элементов 7, что позвол ет более полно использовать тепловые деформации при реализации эффекта термомеханической пам ти . 5

I

Выполнение термочувствительных элементов 7 в виде компактных архимедовых спиралей позвол ет уменьшить осевой габарит двигател . Применение

0 жидкого теплоносител  дл  нагрева термочувствительных элементов ускор ет их нагрев и позвол ет сократить их теплообменную площадь. Все эти факторы-В конечном счете обеспечива5 ют повышение удельной мощности теплового двигател .

п

13

Claims (2)

1. ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий источник тепловой энергии и· ротор с установленными на его периферии термочувствительными элементами, прикрепленными одними концами к ротору, а другими соединенными с ося- ми, проходящими параллельно выходному валу и связанными с ним и статором при помощи планетарной передачи и обгонных муфт, отличающи йс я тем, что, с целью увеличения удельной мощности, термочувствительные элементы выполнены в виде архимедовых спиралей из сплава с термомеханической памятью, на каждой оси жестко закреплена шестерня передачи, при этом шестерни каждой парил диаметрально противрположных термочувствительных элементов введены в зацепление друг с другом.
2. 2. Двигатель по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что источник тепловой энергии выполнен в виде прикрепленного к статору резервуара с жидкостью.

   SU „ Л 126714 >