SU1254196A1

SU1254196A1 - Тепловой двигатель

Info

Publication number: SU1254196A1
Application number: SU853847258A
Authority: SU
Inventors: Николай Афанасьевич Кобылкин; Вадим Фроимович Канер; Юрий Георгиевич Ермаков
Original assignee: Ленинградский Ордена Ленина Кораблестроительный Институт
Priority date: 1985-01-28
Filing date: 1985-01-28
Publication date: 1986-08-30

Description

Изобретение относитс к машиностроению и приборостроению, а именно к преобразовател м тепло вой энергии в механическую путем использовани раси:ирени и сокращени тел, вызываемых изменением температуры , и может быть использовано дл привода различных механизмов и машин за счет энергии солнечного излучени , а также за счет энергии газообразных или жидких теплоносителей различного происхождени .

Цель изобретени - повышение экономичности преобразовани тепловой энергии в механическую.

На фиг. 1 изображен двигатель, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел I на фиг. 2 (зона взаимодействи элементов ротора и статора двигател ).

Двигатель содержит полый статор 1 с пористыми стенками 2 и ребрами 3 на их наружной поверхности дл обеспечени неравномерности температурного перепада и пропускани теплового потока в теле статора 1 по секторам поперечного сечени его стенок 2. В стенки 2 статора 1 впрессованы оптические концентраторы теплового излучени в виде круглых в поперечном сечении отрезков 4 волокон прозрачной оптической резины, во многих местах сплюш,ен- ных при прессовании до овальной в поперечном сечении формы, смешанных с отрезками 5 проволоки из сплава с термомеханической пам ть формы, например из спла- зо ва Мп - (по массе). Исходным материалом дл прессовани оптических концентраторов стенок 2 статора 1 могут служить также отрезки волокон прозрачной пластмассы, стекла, керамики. В процессе

внутренней поверхностью 6 статора 1 нри их удлинении и сжатии. Двигатель имеет нагреватель, выг олненный, например, в виде источника излучени (не показан), и- охладитель , образованный пора.ми стенок 2 ста тора 1, открытыми дл доступа воздуха из окружающей среды. При использовании дл нагрева газообразного или жидкого теплоносител этими же норами стенок 2 статора 1 могут быть образованы кана;и:;1

О дл подачи теплоносител внутрь статора. При этом статор 1 может быть спрессован при изготовлении с пористостью, например, от 30 до 60%. Статор 1 снабжен крышками 9 выполненны.ми в виде Г10ди ипников скольжени , а также фланцем 10 дл закреплени на месте нрименени . Ротор 7 содержит .металлический или пласт.массовый корпус 1 i который закреплен при по.мощи шпонки 2 на выходном валу 13, установленном п крьпп- ках 9 статора 1 с возможностью вращени и 20 предназначенном дл соединени с устройством- потребителе.м механической энерг ии вращени .

При изготовлении тепловых двигателей большой мощности, когда целесообразно использовать в качестве нагревател выхло - ные газы двигателей внутреннего сгора1 и или гор чую воду отходов производства, но не солнечное излучение (как .маломопанос). следует пористые стенки 2 статора 1 прессовать только из .массы отрезков 5 металлической проволоки (с термомеханической пам тью формы или без пам ти фор.мы) с пористостью статора 1 в пределах 20-40%. При этом проволока дл отрезков 5 статора может быть диаметром 0,5-2 мм, а проволоки 8 в зависимости от необходимой частоты

25

прессовани стенок 2 ребрам 3 нридапа па- 35 вращени ротора 7 --- диаметром 1-3 мм.

причем больший диаметр проволок 8 соответствует меньшей частоте вращени ротора 7.

.м ть формы, котора выражена в изменении их высоты. Папример, при температуре ниже +110°С высота ребер 3 номинальна , при температуре их высота больше номинальной на 5-10%, а при температуре +130°С высота ребер 3 снова равна номинальной . Статор 1 имеет шероховатую цилиндрическую внутреннюю поверхность 6, образованную в результате прессовапи отрезков 4 волокон оптической резины и отрезков 5 проволоки. Внутри статора 1 размещен ротор 7 с множеством установлен ных по всей его наружной поверхности с односторонним тангенциальным относительно ротора 7 направлением проволок 8 из материала с термомеханической пам тью знакопеременного изменени их длины, например из сплава Мп - 15% Ni (по массе). При этом длина проволок 8 при температуре ниже +110°С номинальна , при температуре + 120°С их длина на 5-10% боль- ще номинальной, а при температуре выше -t 130°C длина нроволок 8 снова равна номинальной . Ротор 7 установлен с возможностью взаимодействи его проволок 8 с

о

внутренней поверхностью 6 статора 1 нри их удлинении и сжатии. Двигатель имеет нагреватель, выг олненный, например, в виде источника излучени (не показан), и- охладитель , образованный пора.ми стенок 2 статора 1, открытыми дл доступа воздуха из окружающей среды. При использовании дл нагрева газообразного или жидкого теплоносител этими же норами стенок 2 статора 1 могут быть образованы кана;и:;1

дл подачи теплоносител внутрь статора. При этом статор 1 может быть спрессован при изготовлении с пористостью, например, от 30 до 60%. Статор 1 снабжен крышками 9 выполненны.ми в виде Г10ди ипников скольжени , а также фланцем 10 дл закреплени на месте нрименени . Ротор 7 содержит .металлический или пласт.массовый корпус 1 i который закреплен при по.мощи шпонки 2 на выходном валу 13, установленном п крьпп- ках 9 статора 1 с возможностью вращени и предназначенном дл соединени с устройством- потребителе.м механической энерг ии вращени .

5

вращени ротора 7 --- диаметром 1-3 мм.

Тепловой двигатель работает следующим образом.

При воздействии на статор 1 теплового излуче}1и Q, например солнечной радиации (на фиг. 2 показано параллельными стрелками), которое свободно (или с мини- .ма:1ьнь.м поглощением) проходит через ирозрачную дл него массу спрессованных отрезков 4 волокон оптической синтетической резины, многократно перефокусиру сь в разных местах тела статора 1, где имеютс липзонодобные овальные с.м ти отрезков 4, тер.мочувствительные проволоки 8

нагреваютс . При это.м часть излучени Q. котора не сфокусирована, нагревает от- ./тельные участки проволок 8 до температуры ниже , а сфокусированна часть излучени нагревает другие участки проволок 8 до температуры вьппе +130°С. Это приводит к про влению эффекта тер.мо.ме- ханической па.м ти формы обрати.мого знакопеременного из.менени длины проволок 8.

Нагрев до +120°С приводит к удлинению проволок 8 на 5-10%, и последние упираютс своими торцами в шероховатую поверхность 6 с усилием до 30 кгс/мм, отталкива ротор 7 от статора 1 и вызыва этим поворот ротора 7 и соединенного с ним выходного вала 13. ДaльнeйнJee повышение температуры (выше +130°С) проволок 8 приводит к их укорочению до первоначальной длины. Вследствие поворота ротора 7 нагретые ранее участки проволок 8 выход т из зоны фокальных п тен в местах расположени линзоподобных участков стенок 2 статора 1 и охлаждаютс до температуры ниже -f-110°C, а на их место приход т другие участки проволок 8, которые также претерпевают трансформацию при их нагреве выше + 130°С, ранее описанную. Охлаждае- .мые участки проволок 8, проход диапазон температур от +130°С до -Ь110°С ввиду про влени эффекта обратимого знакопеременного формоизменени при температуре +120°С вновь удлин ютс и, упира сь в шероховатую поверхность б статора 1, сообщают ротору 7 дополнительный крут ший момент, после чего при температуре ниже +110°С возвращаютс к первоначальной длине.

Вследствие того, что в местах расположени ребер 3 толшина стенок 2 статора 1 больше, чем между ребрами 3, и сопротивление тепловому потоку соответственно боль ше, в зоне ребер 3 статор 1 поглощает боль ше тепла, а проволоки 8 ротора 7 - меньше . В местах между ребрами 3 наоборот статор 1 нагреваетс меньше, и больша часть тепла уходит на нагрев проволок 8 ротора 7. Интенсивному и быстрому нагреву различных участков проволок 8 также способствует периодическое изменение высоты ребер 3 на наружной поверхности стенок 2 статора 1 вследствие про влени термомеханической пам ти формы материала отрезков 5 проволоки с термомеханической пам тью формы в составе спрессованной массы стенок 2 статора 1, нагреваемой тепловым излучением Q до диапазона температур + llo°Chl3G°C. Это изменение

высоты ребер 3 приводит к изменению направлений и мест перефокусировки теплового потока, проход щего через тело статора I. Интенсивному охлаждению участков проволок 8 способствует интенсивный подсос воздуха из окружающей среды через поры статора 1, который возникает при вращении ротора 7. Повыщение частоты вращени ротора 7, а следовательно, и вала 13 обеспеччваетс высокой скоростью формоизменени «запоминающего сплава .со знакопеременным эффектом пам ти формы, который про вл етс в виде изменени длины

0 проволок 8 из сплава марганец-медь. При этом динамизаци наружной поверхности стенок 2 статора 1 путем изменени высоты ребер 3 активно способствует динамизации нагрева и охлаждени различных участков проволок 8 ротора 7.

Таким образом, практически вс .масса проволок 8 одновременно участвует в сообщении крут щего момента ротору 7, а следовательно , и выходному валу 13, что позвол ет получить значительную выходную

0 мощность, превышающую 1 кВт на 1 кг массы проволок 8 из сплава марганец-медь.

При использовании в качестве источника тепловой энергии дл работы двигател газообразного или жидкого теплоносител тепловой поток Q создаетс (на фиг. 2 показано параллельными стрелками) путем направлени на наружную поверхность стенок 2 статора 1 струй гор чего газа или гор чей жидкости через сопло или насадку (не по0 казаны) под небольшим давлением (до 1-2 кгс/ см) дл обеспечени его неравномерного проникновени через пористые стенки 2 статора 1 в зону размещени проволок 8 ротора 7. Тепловой двигатель в этом случае работает аналогично описанному, причем неравномерность нагрева проволок 8 в

диапазоне температур 4-110°Сhl30°C

обеспечиваетс за счет трансформации высоты ребер 3 статора 1, при которой резко измен етс сопротивление потоку теплоносител через пористое тело статора 1, и за счет периодического изменени при этом скорости обтекани потоком наружной поверхности стенок 2 статора 1, что приводит к частому изменению интенсивности подсоса воздуха из окружающей среды дл ох5 лаждени проволок 8 до температуры ниже + 110°С.

0

АJ 2

Фиг. 2

5

.д

Claims

1. ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий полый статор с оптическими концентраторами теплового излучения и шероховатой цилиндрической внутренней поверхностью и ротор с множеством установленных по всей его наружной цилиндрической поверхности с односторонним тангенциальным относительно ротора направлением проволок из материала с термомеханической памятью знакопеременного изменения их длины, размещенный внутри статора с возможностью взаимодействия проволок с внутренней поверхностью статора при их удлинении и сжатии, а также нагреватель и охладитель, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности преобразования тепловой энергии в механическую, стенки статора выполнены пористыми с ребристой наружной поверхностью.

2. Двигатель по π. 1, отличающийся тем, что оптические концентраторы теплового излучения выполнены в виде круглых в поперечном сечении волокон, впрессованных в стенки статора.

3. Двигатель по пп. 1 и 2. отличающийся тем. что волокна выполнены из прозрачной оптической резины.

4. Двигатель по π. 1, отличающийся тем, что стенки статора выполнены из спрессованной массы отрезков длинномерного ма- $ териала, обладающих термомеханической ~ памятью формы.

5. Двигатель по п. 4, отличающийся тем, что термомеханическая память формы отрезков длинномерного материала выражена в изменении высоты наружных ребер стенок статора.

ЁГ ns

Фиг. /