SU1620666A1 - Тепловой двигатель - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к теплоэнерге тике, позвол ет повысить удельную мощ ность двигателей с внешним подводом тепла с твердыми термочувствительными элементами из материала с термомеханиче ской пам тью и может быть использовано в качестве привода различных потребителей механической энергии, работающего за счет тепловой энергии низкотемпера гурных источников Дви.атель содержит размещенные в корпусе 1 в зазорах 2 и 3. образованных двухступенчатыми коаксиальными цилиндрическими контактными нагревателем 4 и холодильником 5, термочувствительные геликоидальные спирали 6 и 7 из материала с термомеханической пам тью. Одни концы спиралей 6 и 7 соединены с корпусом 1, а другие - с валом 8 посредством закрепленных на последнем дисков 9 и 10 Ступень 13 меньшего диаметра нагрев тел  4 размещена внутри ступени 14 большего диаметра нагревател  4 Списали 6 и 7 соединены с ва/юм 8 в противофззе При нагреве одной из спиралей 6 или 7 она вспоминает форму , приданную ей при изготовлении поворачивает вал 8, соверша  рабочим ход, и перемещаетс  до контакта с холодильником 5, одновременно перемеща  другую охлажденную податливую спираль 7 или 6, СООТВОТСТНРННО холостой ход до контакта ее с нагревателем 4 При охлаждении модуль упругости материала спиралей 6 и 7 резко уменьшаетс  Далее рабочий ход со вершаетс  другой нагретой спиралью 7 или 6. 3 ил. ш

Description

Изобретение относитс  к теплоэнергетике , а именно к тепловым двигател м с внешним подводом тепла с твердыми термочувствительными элементами из материала с термомеханической пам тью, и может быть использовано в качестве привода различных потребителей механической энергии , работающего за счет тепловой энергии низкотемпературных источников тепла

Цель изобретени  - повышение удельной мощности,

На фиг 1 представлен предлагаемый тепловой двигатель, осевой разрез; на фиг,2 - узел I на фиг. 1 (узел кинематической св зи

одной из термочувствительных спиралей е диском), на фиг 3 - узел I на фиг 1 (узел кинематической св зи другой термочувствительной спирали со своим диском).

Тепловой двигатель содержит размещенные в корпусе 1 в зазорах 2 и 3,образованных коаксиальными цилинидрическими контактными нагревателем 4 и холодильником 5, термочувствительные элементы в виде геликоидальных спиралей 6 и 7 из материала с термомеханической пам тью изменени  их кривизны. Одни концы спиралей 6 и 7 соединены с корпусом 1, а другие - с расположенным коаксизльно нагревателю

4 и чолодилыи, ку 5 валом 8 отбора M.V.VIG- сти посредством жестко закреплен,ых на последнем дисков 9 и 10. Нагреватель 4 и холодильник 5 выполнены в виде двухступенчатых полых цилиндров, теплоизолированных друг от друга и от окружающей среды теплоизол ционным материалом 11 и теплоизол ционными втулками 12. Ступень 13 меньшего диаметра нагревател  4 размещена внутри ступени 14 большего диаметра холодильника 5, а ступень 15 меньшего диаметра холодильника 5 - внутри ступени 16 большего диаметра нагревател  4, В дисках 9 и 10, закрепленных на противоположных концах вала 8, выполнены радиальные прорези 17 и 18. Спирали 6 и 7 св заны с дисками 9 и 10 посредством пальцев 19 и 20 и установленных в прорез х 17 и 18 роликое 21 и 22. Зазоры 2 и 3 между нагревателем 4 и холодильником 5 вакуумированы. Ступени 13 и 16 соответственно меньшего и большего дигметров нагревател  А св заны между собой при помощи теплопровод щих винтов 23. Неподвижные концы 24 и 25 спиралей 6 и 7 соединены с корпусом 1 в зонах стыковки ступеней 14 и 15 большего и меньшего дисметро холодильника 5. Вал 8 раз мршен ви внутренних полост х секций 13 и 1Ь, закреплен одним концом в полшипникс 26, а другим св зан с объектом 27 работы Нагреватель 4 и холодильник 5 имеют теплопроводные крышки 28 и 29 соо сетотвен- но, удзожиеазмыс винтами 30. В крышке 29 холодильника 5 расположен сальник 31 дл  держани  вакуума в зазорах 2 п 3

Тепловой двигатель работает слезую- щим образом.

С учетом симметричности его конструкции (фиг.1) рассмотрим вначале процесс преобразовани  тепловой энергии в механическую на примере работы его нижней части, где расположены ступень 16 нагревател  и ступень 15 холодильника. Расположенна  в зазора 3 между ними спираль 6 еще на стадии изготовлени  намотана на стержень с диаметром, в точности равным наружному диаметру ступени S5 холодильника 6, и заневолена при температуре нагревател  4, т.е. при этой температуре и геомефии спираль 6 запоминала свою форму. При охлаждении в результате структурного превращени  спираль 6 тер ет свои упругие свойства и под действием небольших внешних усилий может легко принижать любую Форму, в том числе в точности повтор ющую форму внутренней поверхности ступени 1(5 нагревател  4, т.е. может плотно прижатьс  к этой поверхности. Спираль б при температуре холодильника 5 при изготовлении перемещают из положени ,

изображенного на фиг.1 сплошной w..we в положение, изображенное штриховой линией , т.е. прижимают спираль 5 к внутренней поверхности ступени 16 нагревател  4.

После прогрева спираль б вспоминает

заданную ей при изготовлении форму и самопроизвольно переходит в положение, при котором она плотно охватывает ступень 15 холодильника 5. Этот переход осуществл етс  скачком. При указанном переходе большие термоупругие силы спирали б через палец 19 и ролик 21 (фиг.З) поворачивают на строго фиксированный угол диск 9 и вал 8 двигател  (фиг. 1), тзк.как другой конец

24 спирали 6 закреплен в корпусе 1. Таким образом совершаете рабочий такт двигател . После этого, будучи прижатой к ступени 15 холодильника 5, спираль б охлаждаетс  и становитс  податливой вследствие резкого

уменьшени  модул  упругости ее материала Чтобы замкнуть цикл, необходимо теперь приложить небольшое внешнее усили  и осуществить холостой ход спирали 5 з сторону внутренней поверхности ступени

15 нагревател  4, например воздействовать на вал 8 и через кинематическую св зь диск 9 - прорезь 17 - ролик 21 - палец 19 - с «ираль 6 прижать последнюю при температуре холодильника 5 к ачсокотемпературной поверхности ступени 15 нагревател  4.

В процесса указанного перехода спираль 6 не успевает существенно повысить свою температуру из-за практического отсутстви  теплообмена (конвекиией и теплопроводностью ) в вакуумированном зазоре 3. В области температур, при которых работают подобные нитииоловые двигатели, радиационна  составл юща  теплообмена

между ступенью 16 нагревател  4 и спиралью 6 ничтожно мала Будучи прижатой в холодном состо нии к нагревателю 4, спираль 6 прогреваетс  и, достигнув температуры нагревател  4, вспоминает заданную

ей форму, перемеща сь под действием большого усили  через зазор 3 в сторону секции 15 холодильника 5. При этом она совершает рабочий такт - угловой поворот диска 9. Далее описанный цикл работы повтор етс .

Верхн   часть двигател  (фиг.1) выполнена симметричной с нижней, но рабочий такт спирали 7 совпадает с холостым ходом спирали 6, поэтому двигатель сам одновременно с раскручиванием спирали 6 через вал 8, диск 10,прорезь 18, ролик 22 и палец 20 скручивает спираль 7, когда последн   совершает холостой ход

Перекрестное совпадение рабочего такта спирали 7 с холостым тактом спирали 6

достигаетс  тем, что в процессе изготовлени  спирали 7 и ее термической обработки указанна  спираль 7 заневоливаетс  при температуре нагревател  4 на стержне, внешн   поверхность которого в точности повтор ет внутреннюю цилиндрическую поверхность ступени 14 холодильника 5, При такой технологии изготовлени  спираль 7 при высокой температуре нагревател  4 запоминает форму внутренней поверхности цилиндрической ступени 14 холодильника 5. Поэтому, будучи прижатой к наружной поверхности ступени 13 нагревател  4, после прогрева спираль 7 самопроизвольно и с большим усилием перемещаетс  в сторону ступени 14 холодильника 5, соверша  рабочий такт. После охлаждени  спираль 7 тер ет упругие свойства , и ее скручивает рабочее усилие спирали 6, прижима  спираль 7 к ступени 13 нагревател  4. После прогрева на цилиндрической поверхности ступени 13 спираль 7 совершает рабочий такт, поворачива  вал 8 и раскручива  в холостом такте спираль 6

Указанным образом совершаетс  непрерывное угловое знакопеременное вращение вала 8 в услови х непрерывного подвода теплоты Qi и отвода теплоты Q2 (фиг.1). Полезна  работа, выполн ема  двигателем , равна разности Qi - Q2, а термический КПД rj определ етс  выражением (Qi Q2)/Qi. Вал 8 двигател  может быть св зан с обьектом 27 работы посредством какого-либо известного преобразовател  (не показан), на выходе которого можно получить непрерывное вращательное или поступательное движение.

Опытный макет предлагаемоготеплового двигател  изготовлен в лаборатории кафедры автоматических теплоэнергетических процессов . В качестве материала термочувствительных спиралей б и 7 использован нити- нол, двухступенчатые нагреватель 4 и холодильник 5 выполнены из меди. Обьектом 27 работы двигател  служил гидронасос мемб- ранного типа. Испытани  двигател  показали его высокую удельную мощность и надежность.

10

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Тепловой двигатель, содержащий размещенный в корпусе в зазоре, образованном цилиндрическими контактными коаксиальными нагревателем и холодильником , термочувствительный элемент в виде геликоидальной спирали из материала с термомеханической пам тью изменени  ее кривизны, причем один конец спирали соединен с корлусом, а другой - с расположенным коаксиально нагревателю и холодильнику валом отбора мощности посредством жестко закрепленного на последнем диска, отличающийс  тем, что, с целью повышени  удельной мощности , он дополнительно снабжен спиралью с диском, размещенной в зазоре, образованном нагревателем и холодильником, последние выполнены в виде двухступенчатых полых цилиндров, теплоизолированных

   друг от друга, ступень меньшего диаметра нагревател  размещена внутри ступени большего диаметра холодильника, а ступень меньшего диаметра холодильника - внутри ступени большего диамегоанагревател , в дисках, закрепленных на противопо- ложных концах вала, выполнены радиальные прорези, спирали св заны с дисками посредством дополнительно установленных в прорез х роликов, а зазоры между

   нагревателем и холодильником вакуумиро- ваны.

   Я f I

   1tJ 77. й й#

   г

   30

   Редактор М.Петрова

   Составитель Л.Тугарев Техред М.Моргентал

   фугЗ

   Корректор Н.Король