SU1296744A1 - Method for converting heat energy to mechanical energy - Google Patents

Method for converting heat energy to mechanical energy Download PDF

Info

Publication number
SU1296744A1
SU1296744A1 SU853937067A SU3937067A SU1296744A1 SU 1296744 A1 SU1296744 A1 SU 1296744A1 SU 853937067 A SU853937067 A SU 853937067A SU 3937067 A SU3937067 A SU 3937067A SU 1296744 A1 SU1296744 A1 SU 1296744A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
angle
deformation
bend
position corresponding
load
Prior art date
Application number
SU853937067A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Афанасьевич Кобылкин
Original Assignee
Ленинградский Кораблестроительный Институт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ленинградский Кораблестроительный Институт filed Critical Ленинградский Кораблестроительный Институт
Priority to SU853937067A priority Critical patent/SU1296744A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1296744A1 publication Critical patent/SU1296744A1/en

Links

Landscapes

  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)

Abstract

Изобретение м. б. использовано дл  утилизации тепла в судовых установках. Изобретение позвол ет повысить мощность силового элемента и допустимое кол-во рабочих циклов путем увеличени  сопротивлени  ползучести сплава. Охлажденный элемент (Э) 1 деформируют, прикладыва  к нему внешнюю силу PI в направлении против часовой стрелки до положени , соответствующего его изгибу на угол ф1. При этом деформацию (Д) равномерно распредел ют по длине Э 1, что обеспечиваетс  за счет принудительного ограничени  Д изгиба на оправке 4. Затем Э 1 нагревают до т-ры, превышающей т-ру конца обратного мартенситного превращени  его сплава. В процессе нагрева про вл етс  эффект термомеханической пам ти формы сплава . Э 1 стремитс  зан ть исходное положение и перемещает нагрузку в противоположном первоначальной Д направлении, развива  усилие Р2 Р|- При этом напр жени  и усили , возникающие в материале Э 1, превосход т напр жени  и усили , возникающие при его первоначальной Д в охлажденном состо нии, чем и обеспечиваетс  получение полезной механической работы. После восстановлени  формы Э 1 занимает положение , соответствующее его изгибу на угол ф2. После сн ти  нагрузки Э 1 перемещаетс  в положение, соответствующее его изгибу на угол фз. Затем Э 1 вновь охлаждают и накопленную необратимую деформацию Э I, характеризуемую углом f,, , устран ют, осуществл   его Д силой РЗ в противоположном направлении - по часовой стрелке до положени , соответствующего его изгибу на угол ф4, с равномерным распределением Д по длине Э I за счет его изгиба на оправке 5. Далее Э 1 вновь нагревают и он перемещает нагрузку в положение, соответствующее углу ф5, его изгиба, развива  при этом усилие Р4- После сн ти  нагрузки Э 1 перемещают в положение, соответствующее его изгибу на угол фе. Далее описанный цикл повтор етс  с поочередной деформацией Э 1 во взаимно противопложных направлени х на одну и ту же величину. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (С ел ю со О5 vj 4;ia NUInvention m. B. used for heat recovery in ship installations. The invention makes it possible to increase the power of the strength member and the allowable number of working cycles by increasing the creep resistance of the alloy. The cooled element (E) 1 is deformed by applying to it an external force PI in the counterclockwise direction to the position corresponding to its bend through the angle Φ1. In this case, the deformation (D) is evenly distributed along the length E 1, which is ensured by the forced limitation of D bending on the mandrel 4. Then the E 1 is heated to temperature exceeding the temperature of the end of the reverse martensitic transformation of its alloy. In the process of heating, the effect of the thermomechanical memory of the shape of the alloy appears. A 1 tends to maintain its original position and moves the load in the opposite direction to the original, developing a force P2 P | - At the same time, the stresses and stresses arising in material E 1 exceed the stresses and stresses that arise during its initial D in a cooled state. This provides useful mechanical work. After the restoration of the shape, E 1 occupies the position corresponding to its bend through the angle Φ2. After removal of the load, Э 1 moves to the position corresponding to its bend at the angle fz. Then E 1 is cooled again and the accumulated irreversible deformation E I, characterized by the angle f ,, is eliminated, made it D by the force of the RE in the opposite direction - clockwise to the position corresponding to its bend at an angle φ 4, with uniform distribution D I due to its bending on the mandrel 5. Next, E 1 is reheated again and it moves the load to the position corresponding to the angle φ5, its bend, developing the force P4- After removing the load, E 1 is moved to the position corresponding to its bend through the angle fe . The cycle described below is repeated with alternating deformation of Э 1 in opposite directions by the same value. 1 hp f-ly, 2 ill. (S ate with O5 vj 4; ia NU

Description

Изобретение относитс  к способам преобразовани  тепловой энергии в механическую за счет тепловых деформаций твердых силовых элементов из сплава, обладающего эффектом термомеханической пам ти формы, и может быть использовано преимущественно дл  утилизации тепла, например , в судовых установках.The invention relates to methods for converting thermal energy into mechanical energy due to thermal deformations of solid force elements from an alloy with the effect of a thermomechanical shape memory, and can be used primarily for heat recovery, for example, in ship installations.

Целью изобретени   вл етс  повышение мощности силового элемента и допустимого количества рабочих циклов путем увеличени  сопротивлени  ползучести сплава.The aim of the invention is to increase the power of the strength member and the allowable number of operating cycles by increasing the creep resistance of the alloy.

На фиг.1 изображена схема устройства дл  деформировани  силового элемента на оправках в разных фазах осуществлени Fig. 1 shows a diagram of a device for deforming a power element on mandrels in different phases of implementation.

дл  каждого конкретного материала исход  из условий эксплуатации.for each specific material based on operating conditions.

Затем элемент 1 нагревают до температуры выше температуры Ах конца обратнос го мартенситного превращени  его сплава. В процессе нагрева про вл етс  эффект термомеханической пам ти формы сплава, из которой изготовлен элемент 1. Нагретый элемент 1 стремитс  вернутьс  в исходное положение и перемещает нагрузку (неElement 1 is then heated to a temperature above the temperature Ax of the end of the reverse martensitic transformation of its alloy. In the process of heating, the effect of the thermomechanical memory of the shape of the alloy of which element 1 is made appears. Heated element 1 tends to return to its original position and moves the load (not

показана, нагрузка соедин етс  с муфтой 3) в противопложном первоначальной деформации элемента 1 направлении, развива  усилие Рг PI. При этом напр жени  и усили , возникающие в материале силового элерабочего цикла; на фиг.2 - графики завй- ,, мента 1, превосход т напр жени  и усили . It is shown that the load is connected to the coupling 3) in the opposite direction of the initial deformation of the element 1, developing a force Pr PI. At the same time, the stresses and stresses arising in the material of the power auxiliary cycle; Fig. 2 shows the graphics of 1, is superior to stresses and stresses.

симости необратимой накапливаемой деформации - угла изгиба ф силового элемента - от числа циклов п: кривые а и б - дл  деформировани  силового элемента на оправках с поочередным изменением направлени  изгиба, соответственно, дл  каждого направлени  изгиба; крива  в - дл  деформировани  элемента на оправке в одном направлении; крива  г - дл  деформировани  элемента без оправки в одном направлении.the characteristics of the irreversible accumulated deformation — the angle of bending of the force element — from the number of cycles n: curves a and b — for deforming the force element on the mandrels with alternating changes in the direction of bending, respectively, for each direction of bending; curve c is for deforming the element on the mandrel in one direction; curve r - for deforming an element without a mandrel in one direction.

Устройство дл  осуществлени  способа (фиг.1) содержит термочувствительный силовой элемент 1 из сплава, обладающего эффектом термомеханической пам ти формы. Одним концом силовой элемент 1 закрепвозникающие при его первоначальной деформации в охлажденном состо нии, чем и обеспечиваетс  получение полезной механической работы.A device for carrying out the method (Fig. 1) contains a thermosensitive power element 1 made of an alloy with the effect of a thermomechanical shape memory. At one end, the force element 1 is secured during its initial deformation in a cooled state, which ensures useful mechanical work.

2525

20 После восстановлени  формы элемент 1, соединенный с нагрузкой занимает положение , соответствующее его изгибу на угол ф2. После сн ти  нагрузки за счет упругих свойств материала силовой элемент 1 перемещаетс  в положение, соответствующее его изгибу на угол фз- Затем элемент 1 вновь охлаждают до температуры ниже Мн, и накопленную необратимую деформацию элемента 1, характеризуемую углом фз, устран ют , осуществл   его деформацию внеш- лен на основании 2, а на другой его конец Q ней силой Р в противоположном направле- одета жестка  цилиндрическа  муфта 3 та-нии (по часовой стрелке) до положени ,20 After the restoration of the shape, the element 1, connected to the load, takes the position corresponding to its bending at an angle Φ2. After removal of the load due to the elastic properties of the material, force element 1 moves to the position corresponding to its bending at an angle of fz. Then element 1 is again cooled to a temperature below Mn, and the accumulated irreversible deformation of element 1, characterized by an angle of fz, is eliminated by deforming it is external on base 2, and on the other end of it Q with a force P in the opposite direction, a rigid cylindrical coupling 3 ta-nii (clockwise) is worn to the position

КИМ образом, что обеспечена неподвижность соответствующего его изгибу на угол ф4 с соединени  элемента 1 и муфты 3. По оберавномерным распределением деформацииCIM in such a way that immobility is ensured by the angle corresponding to its bending at an angle f4 from the connection of element 1 and clutch 3. By an evenly distributed strain distribution

стороны от силового элемента 1 на осно-по длине элемента 1 за счет его изгибаsides of the power element 1 on the basis of the length of the element 1 due to its bending

вании 2 установлены без зазора цилиндри-на оправке 5 посто нной кривизны. Далее2 is mounted without a gap cylindrical on the mandrel 5 of constant curvature. Further

ческие оправки 4 и 5, имеющие в сечении, 35 элемент 1 вновь нагревают до температуры выще АЗС, и в результате про влени  эффекта термомеханической пам ти нагретый элемент 1 перемещает нагрузку в положение , соответствующее углу фз, его изгиба, развива  при этом усилие Р4. После сн - 40 ги  нагрузки элемент 1 перемещаетс  в положение , соответствующее его изгибу на угол фб. Далее предлагаемый цикл повтор етс  с поочередной деформацией элемента 1 во взаимно противоположных направлени х на ., одну и ту же величину.The mandrels 4 and 5, having in cross-section 35, element 1 is again heated to a temperature higher than the gas station, and as a result of the effect of the thermomechanical memory, the heated element 1 moves the load to the position corresponding to the angle fz, its bending, developing a force P4. After cn - 40 gi of load, element 1 moves to the position corresponding to its bend at an angle fb. Further, the proposed cycle is repeated with alternating deformation of element 1 in mutually opposite directions on., The same value.

Результаты измерени  углов изгиба фз и фб, характеризующих накопленную необратимую деформацию элемента 1, показаны на фиг.2 (см. кривые, соответственно, о и б). Указанные зависимости получены дл  сле- 50 дующих условий эксперимента: диаметр силового элемента 1 равен 4 мм; температуры начала и конца пр мого и обратного мартенситного превращени  сплава элемента 1 соответственно равны: Мн 20°С, Мк 0°С, АН 25°С, Ак 50°С; радиус R принудительного ограничени  деформации 55 оправок 4 и 5 равен 0,025 м; рассто ние 1 от изгиба на оправке 4 посто нной кривиз-места соединени  элемента 1 и муфты 3 доThe results of measuring the bending angles Фз and Фб, characterizing the accumulated irreversible deformation of the element 1, are shown in Fig. 2 (see curves, respectively, o and b). These dependences are obtained for the following experimental conditions: the diameter of the power element 1 is 4 mm; the temperatures of the beginning and end of the forward and reverse martensitic transformations of the alloy of element 1, respectively, are: Mn 20 ° C, Mk 0 ° C, AH 25 ° C, Ac 50 ° C; radius R of the forced limitation of the deformation of 55 mandrels 4 and 5 is 0.025 m; the distance 1 from the bend on the mandrel 4 of the constant curvature of the junction of the element 1 and the coupling 3 to

ны. Оптимальна  величина деформацииточки приложени  внешних деформирующихus The optimum amount of deformation of the point of application of external deforming

элемент - 1 определ етс  экспериментальносил Pj и РЗ и усилий нагрузки PZ и Р4element - 1 is determined experimentally by force Pj and P3 and load forces PZ and P4

проход щем через плоскость деформации элемента 1, форму квадрантов. Место установки муфты 3 на элементе 1 выбрано таким образом, чтобы в максимально деформированном состо нии элемента 1 торец муфты 3 упиралс  в кра  оправок 4 и 5. В исходном ненагруженном состо нии силовой элемент 1 с муфтой 3 расположен перпендикул рно к поверхности основани  2.passing through the plane of deformation of element 1, the shape of quadrants. The installation location of the coupling 3 on the element 1 is chosen so that in the maximum deformed condition of the element 1, the end face of the coupling 3 abuts against the edges of the mandrels 4 and 5. In the initial unloaded condition, the power element 1 with coupling 3 is perpendicular to the surface of the base 2.

Предлагаемый способ преобразовани  тепловой энергии в механическую реализуетс  следующим образом.The proposed method for converting thermal energy into mechanical energy is implemented as follows.

В исходном состо нии элемент 1 охлаждают ниже температуры Мн начала пр мого мартенситного превращени  его сплава. Охлажденный элемент 1 деформируют, прикладыва  к нему внешнюю силу PI (мо- мент), в направлении против часовой стрелки до положени , соответствующего его изгибу на угол У (фиг. 1). При этом деформацию равномерно распредел ют по длине элемента 1, что обеспечиваетс  за счетIn the initial state, element 1 is cooled below the temperature Mn of the beginning of the direct martensitic transformation of its alloy. The cooled element 1 is deformed by applying an external force PI (moment) to it, in a counterclockwise direction to a position corresponding to its bend at an angle Y (Fig. 1). In this case, the deformation is evenly distributed along the length of the element 1, which is ensured by

дл  каждого конкретного материала исход  из условий эксплуатации.for each specific material based on operating conditions.

Затем элемент 1 нагревают до температуры выше температуры Ах конца обратнос го мартенситного превращени  его сплава. В процессе нагрева про вл етс  эффект термомеханической пам ти формы сплава, из которой изготовлен элемент 1. Нагретый элемент 1 стремитс  вернутьс  в исходное положение и перемещает нагрузку (неElement 1 is then heated to a temperature above the temperature Ax of the end of the reverse martensitic transformation of its alloy. In the process of heating, the effect of the thermomechanical memory of the shape of the alloy of which element 1 is made appears. Heated element 1 tends to return to its original position and moves the load (not

показана, нагрузка соедин етс  с муфтой 3) в противопложном первоначальной деформации элемента 1 направлении, развива  усилие Рг PI. При этом напр жени  и усили , возникающие в материале силового эле , мента 1, превосход т напр жени  и усили . It is shown that the load is connected to the coupling 3) in the opposite direction of the initial deformation of the element 1, developing a force Pr PI. In this case, the stresses and stresses arising in the material of the power element, ment 1, are superior to stresses and stresses.

возникающие при его первоначальной деформации в охлажденном состо нии, чем и обеспечиваетс  получение полезной механической работы.arising from its initial deformation in a cooled state, and this provides useful mechanical work.

равно 0,045 м; температура охлаждающей элемент 1 проточной воды равна +90°С. Дл  сравнени  на фиг.2 приведены графики зависимости накапливаемого необратимого угла изгиба ф элемента 1 от числа циклов дл  его деформировани  на оправке 4 в одном направлении (крива  в) и дл  деформировани  элемента 1 без оправки 4 в одном направлении (крива  г).equals 0.045 m; the temperature of the cooling element 1 running water is + 90 ° C. For comparison, Fig. 2 shows graphs of the accumulated irreversible bending angle φ of element 1 versus the number of cycles for deforming it on the mandrel 4 in one direction (curve c) and for deforming element 1 without the mandrel 4 in one direction (curve g).

Как видно из этих графиков, деформирование термочувствительного силового элемента 1 без ограничени  величины деформации и без изменени  ее направлени  (крива  г) вызывает наибольшую его ползучесть , причем приращение необратимой накопленной деформации дл  двух следующих один за другим циклов не равно нулю. Деформирование элемента 1 в одном направлении с ограничением величины деформации на оправке 4 по аналогии с прототипом также приводит к увеличению термоциклической ползучести (крива  в), причем приращение необратимой накопленной деформации дл  двух следующих один за другим циклов также не равно нулю. Деформирование элемента 1 в соответствии с предлагаемым способом поочередно во -взаимно противопложных направлени х на одну и ту же величину с принудительным ограничением величины деформации на оправках 4 и 5 (кривые а и б) обеспечивает установление через 10-15 циклов стабильных значений углов срз и фе необратимой накопленной деформации, равенство углов фз и fe и отсутствие приращени  этих углов в последующих циклах деформации элемента 1. Это в свою очередь обеспечивает увеличение мощности си- с лового элемента 1 вследствие уменьщени  потерь энергии, св занных с уменьщением полезно используемых тепловых деформаций силового элемента 1, повыщение стабильности передаваемых нагрузке усилий и перемещений и увеличение допустимого коли- 0 чества рабочих циклов.As can be seen from these graphs, the deformation of the thermosensitive power element 1 without limiting the magnitude of the deformation and without changing its direction (curve r) causes its greatest creep, and the increment of irreversible accumulated deformation for the next two consecutive cycles is not zero. Deforming element 1 in the same direction with limiting the amount of deformation on the mandrel 4 by analogy with the prototype also leads to an increase in thermal cycling creep (curve C), and the increment of irreversible accumulated deformation for two consecutive cycles is also not zero. Deforming element 1 in accordance with the proposed method alternately in opposite directions by the same value with the forced limitation of the amount of deformation on mandrels 4 and 5 (curves a and b) ensures that after 10-15 cycles the stable values of angles sr and fe irreversible accumulated strain, the equality of the angles fz and fe and the absence of increment of these angles in the subsequent cycles of the deformation of the element 1. This in turn provides an increase in the power of the force element 1 due to the decrease in sweat pb energy associated with umenscheniem useful for strains used thermal power element 1, the Enhance stability transmitted load forces and displacements The amount and increase in the allowable 0-operation cycles.

Claims (2)

1. Способ преобразовани  тепловой энергии в ме.аническую путем деформации в1. A method for converting thermal energy to mechanical energy by deformation in охлажденном состо нии термочувствительного силового элемента из сплава, обладающего эффектом пам ти формы , с равномерным распределением деформации по длине элемента, последующего его нагрева и перемещени  нагретым элементом the cooled state of a temperature-sensitive power element made of an alloy with a shape memory effect, with a uniform distribution of deformation along the length of the element, its subsequent heating and displacement by the heated element 0 нагрузки в противоположном первоначальной деформации направлении, отличающийс  тем, что, с целью повышени  мощности силового элемента и допустимого количества рабочих циклов путем увеличени  сопротивлени  ползучести сплава, деформацию элемента осуществл ют поочередно во взаимно противоположных направлени х .0 load in the opposite direction of the original deformation, characterized in that, in order to increase the power of the strength element and the permissible number of operating cycles by increasing the creep resistance of the alloy, the deformation of the element is carried out alternately in mutually opposite directions. 2. Способ по п. 1, отличающийс  тем, что деформацию элемента во взаимно проти0 воположных направлени х осуществл ют на одну и ту же величину.2. A method according to claim 1, characterized in that the deformation of the element in mutually opposite directions is carried out by the same amount. 5five гаha
SU853937067A 1985-07-30 1985-07-30 Method for converting heat energy to mechanical energy SU1296744A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU853937067A SU1296744A1 (en) 1985-07-30 1985-07-30 Method for converting heat energy to mechanical energy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU853937067A SU1296744A1 (en) 1985-07-30 1985-07-30 Method for converting heat energy to mechanical energy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1296744A1 true SU1296744A1 (en) 1987-03-15

Family

ID=21191815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU853937067A SU1296744A1 (en) 1985-07-30 1985-07-30 Method for converting heat energy to mechanical energy

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1296744A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент US № 4055955, кл. 60/527, опублик. 1970. Патент US № 4302938, кл. 60/527, опублик. 1981. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1152758A (en) Energy conversion system
US4484955A (en) Shape memory material and method of treating same
SE456855B (en) HEAT EXCHANGE ELEMENT THERE FLANTS SNAPS ON A TUBE
US6880336B2 (en) Solid state thermal engine
SU1296744A1 (en) Method for converting heat energy to mechanical energy
US4747887A (en) Method and device for actuating shape memory alloy member
IWANAGA et al. Basic research on output power characteristics of a shape memory alloy heat engine:(twin crank heat engine)
US3772876A (en) Reciprocating thermal engine
CN211638610U (en) Brazing furnace muffle high-temperature expansion device
RU2214532C2 (en) Heat rotator
Tobushi et al. Deformation and rotary driving characteristics of a shape-memory alloy thin strip element
Reed et al. Liquid metal MHD and heat transfer in a tokamak blanket slotted coolant channel
Gremaud Complex interaction mechanisms between dislocations and point defects involving simultaneously depinning-repinning and dragging processes
McCormick Shape memory effect heat engine performance
Zhang et al. Deformation behavior of aluminum alloy tube in semi-dieless metal bellows forming process with local heating technique
SU1506206A1 (en) Bellows-shealed eccentric input connection for transmitting rotation
SU1260183A1 (en) Arrangement for tightening large threaded joints
SU1270526A1 (en) Method of testing shell-and-tube heat exchanger
SU1151708A2 (en) Heat engine
SU406974A1 (en) DEVICE FOR DIRECTIONAL MOVEMENT OF A DETAIL WHEN APPLYING COATINGS IN A VACUUM
SU848736A1 (en) Engine
RU2058498C1 (en) Heat engine
SU494776A1 (en) Toroidal transformer
FI82126C (en) End joint for stone roller
BILENAS et al. A perturbation solution for fins with conduction, convection, and radiation interaction