(54) ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Изобретение относитс к машино строению и приборостроению, а именно тепловым двигател м, работающим за счет теплового расширени твердых тел и может быть использовано в качестве исполнительного механизма систем автоматики и телемеханики дл замены электромагнитных устройств в .неблагопри тных дл их работы услови х повышенных температур, влажности, агрессивных сред. Наиболее близким к предлагаемому вл етс тепловой двигатель, содержагщий нагреватель, холодильник и биметаллические термочувствительные рабочие элементы, установленные на основа НИИ с возможностью периодического перемещени от нагревател к холодиль нику и обратно и соединешше с силовым приводным механизмом 1 Однако в указанном устройстве используетс только температурное расширение материала его рабочих элементов что ограничивает увеличение удельной мощности последних до пре- дельной величины 0,24 кВт/см и не позвол ет уменьшить габариты устройства. Цель изобретени - увеличение удельной мощности двигател путем совместного использовани температурного расширени и температурного изменени модул упругости слоев элементов . Указанна цель достигаетс тем, что активный слой последних выполнен из берилли , а пассивный слой - из вольфрама. Такое вьтолнение рабочих элементов позвол ет использовать дл механической работы не только температурное изменение линейных размеров слоев биметалла, но и температурное изменение упругости этих слоев, что улучшает габаритио-мощностные показатели тепловых двигателей. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого двигател с двум термочувствительными элементами и силовым 3& приводным механизмом в исходном поло жении; на фиг. 2 - рабочие диаграммы изгиба и выпр млени двух термочувст вительных элементов, модули упругости которых при максимальной температуре равны, а при ее понижении у одного из элементов величина модул упругости сильно измен етс , в то врем как у другого это изменение незначительно . Тепловой двигатель содержит нагреватель 1 и холодильник 2 из двух пар одинаковых гор чих и холодных теплообменников и два биметаллических термочувствительных рабочих элемента 3, прикрепленных одним концом к основанию 4, а другим - соединенных с силовым приводным кривошипно шатунным механизмом 5, Рабочие элемен ты установлены между нагревателем и холодильником 2 с возможностью периодического перемещени от нагрева тел к холодильнику и обратно. Биметаллические рабочие элементы 3 имеют активный 6 и пассивный 7 слои металла с различными коэффициентами линейного расишрени . Активный слой выполнен из берилли , а пассивный - из вольфрама. Двигатель работает следующим образом . При нагревании от контакта с нагре вателем 1 рабочие элементы 3 изгибаютс te сторону пассивного сло и привод т в движение кривошипно-шатун5 . В результате такой д ный механизм формаций рабочие элементы отход т от нагревател и вход т в соприкосновение с холодильником 2, в результате чего они начинают охлаждатьс и после некоторой задержки, определ емой их теплоемкостью, выпр мл ютс . К этому времени кривошип приводного механизма 5 достигает крайнего верхнего положени и деформаци выпр мл ющихс рабочих элементов так же, как и при изгибе, передаетс кривошипу механизма 5 согласованно с его вращением.В результате выпр млени рабочие элемен ты 3 вход т в соприкосновение с нагре вателем 1 и цикл работы двигател повтор етс . Так как модуль упругости рабочих элементов 3 в процессе охлаждени уве личиваетс (в интервале температур 100-600°С от 29,810 кгс/мм до 36,1х х10 кгс/мм,то усилие,развиваемое ими при выпр млении и движении от холодил ника 2 к нагревателю , значительно больше, чем при изгибе, В конечном итоге полезна работа таких рабочих элементов увеличиваетс по сравнению с работой элементов, упругость которых при изменении температуры не измен етс или измен етс незнг 1ьно , Указанное увеличение поле . i работы по сн етс графиком (фиг. ,.ia котором представлены сравнительные расчетные диаграммы работы термочувствительных элементов из берилли и вольфрама и элементов из условного термобиметалла с модулем упругости 29,8 10 кгс/мм, малоизмен емым при изменении температуры, где S мм перемещение концов рабочих элементов, соединенных с приводным механизмом, мм) Q.H - усилие, развиваемое рабо . чими элементами в направлении перемещени S, и. На обеих диаграммах верхний участок замкнутой кривой характеризует работу, получаемую при выпр млении охлаждаемых рабочих элементов, а нижний - работу , затрачиваемую при изгибе нагреваемых элементов. Площадь ограниченна замкнутой кривой, характеризует полезную работу цикла теплового двигател . Нижн диаграмма усилий и перемещений относитс к рабочим элементам, выполненным из берилли и вольфрама, а верхн - к рабочим элементам,выполненным из условного термобиметалла , имеющего модуль упругости 29,8 х10 кгс/мм,не завис щий от температуры . Увеличение удельной мощности при использовании рабочих элементов из берилли и вольфрама по сравнению с рабочими элементами, изготовленными из материалов, имеющих модуль упругости , не завис щий от температуры,может быть подсчитано по формуле . Wi , ifijLl±-. 0 t, Ч/-, - удельна мощность рабочегде го элемента из берилли и вольфрама; 5(/Q удельна мощность рабочего элемента из материалов с модулем i. упругости,не завис щим от температуры; E.Q - модуль упругости холодного элемента из берилли и вольфрама;(54) THERMAL MOTOR The invention relates to machine building and instrumentation engineering, namely, heat engines operating due to thermal expansion of solids and can be used as an actuator of automation and telemechanics systems for replacing electromagnetic devices that are inadequate for their operation. x elevated temperatures, humidity, corrosive environments. The closest to the proposed is a heat engine containing a heater, a cooler and bimetallic heat-sensitive working elements installed on the basis of a scientific research institute with the possibility of periodic movement from the heater to the cooler and back and connected to the power drive mechanism 1 However, in this device only thermal expansion of the material its working elements, which limits the increase in the power density of the latter to the limit value of 0.24 kW / cm and does not allow reducing It is the size of the device. The purpose of the invention is to increase the specific power of the engine by sharing temperature expansion and temperature variation of the elastic modulus of the layers of the elements. This goal is achieved by the fact that the active layer of the latter is made of beryllium, and the passive layer is made of tungsten. Such an implementation of the working elements makes it possible to use for mechanical work not only the temperature variation of the linear dimensions of the bimetal layers, but also the temperature change of the elasticity of these layers, which improves the overall dimensions of the heat engines. FIG. 1 shows a schematic of the proposed engine with two temperature-sensitive elements and a power 3 & the drive mechanism in the initial position; in fig. 2 — working diagrams of bending and straightening of two temperature-sensitive elements, whose elastic moduli are equal at maximum temperature, and when it is lowered by one of the elements, the magnitude of the elastic modulus varies greatly, while the other is insignificant. The heat engine contains heater 1 and refrigerator 2 of two pairs of identical hot and cold heat exchangers and two bimetallic heat-sensitive working elements 3 attached at one end to the base 4, and the other connected to a power drive crank by a connecting rod mechanism 5, the working elements are installed between the heater and a cooler 2 with the possibility of periodically moving from heating the bodies to the cooler and back. The bimetallic operating elements 3 have an active 6 and a passive 7 metal layers with different linear discrimination factors. The active layer is made of beryllium and the passive layer is made of tungsten. The engine works as follows. When heated from contact with the heater 1, the working elements 3 flex the te side of the passive layer and drive the crank 5. As a result of this formation formation mechanism, the working elements move away from the heater and come into contact with the cooler 2, as a result of which they begin to cool and, after some delay, determined by their heat capacity, are rectified. By this time, the crank of the drive mechanism 5 reaches the extreme upper position and the deformation of the straightening working elements, as well as during bending, is transmitted to the crank of the mechanism 5 consistently with its rotation. As a result of straightening, the working elements 3 come into contact with the heater 1 and the engine cycle is repeated. Since the elastic modulus of the working elements 3 during the cooling process increases (in the temperature range 100-600 ° C from 29.810 kgf / mm to 36.1x x10 kgf / mm, the force developed by them when straightening and moving from the cooler 2 k heater, much more than bending, Ultimately, the useful work of such work items increases compared with the work of elements whose elasticity does not change or changes when the temperature changes, the indicated increase in field. .ia which presents Wed Significant calculation diagrams for the operation of thermosensitive elements from beryllium and tungsten and elements from conventional thermal bimetal with elastic modulus of 29.8 10 kgf / mm, which is little changeable when the temperature changes, where S mm move the ends of the working elements connected to the drive mechanism, mm) developed by the working elements in the direction of moving S. In both diagrams, the upper part of the closed curve characterizes the work obtained by straightening the cooled working elements, and the lower part the work expended when bending heated elements. The area limited to a closed curve characterizes the useful work of the heat engine cycle. The lower diagram of forces and displacements relates to work elements made of beryllium and tungsten, and the top one - to work elements made of conditional thermo bimetal having an elastic modulus of 29.8 x 10 kgf / mm, not dependent on temperature. The increase in power density when using working elements made of beryllium and tungsten compared to working elements made of materials having a modulus of elasticity that does not depend on temperature can be calculated by the formula. Wi, ifijLl ± -. 0 t, W / -, is the specific power of the working element of beryllium and tungsten; 5 (/ Q is the specific power of the working element made of materials with a modulus of elasticity independent of temperature; E.Q is the modulus of elasticity of a cold element of beryllium and tungsten;
модуль упругости нагретого элемента из берилли и вольфрама, the elastic modulus of the heated element of beryllium and tungsten,
В соответствии с расчетом по приведенной формуле ув1бличение удельной мощности двигател за счет совместного использовани температурного расширени и температурного изменени модул упругости слоев элементов составл ет 10,7%.In accordance with the calculation using the above formula, the increase in the specific power of the engine due to the combined use of thermal expansion and temperature variation of the elastic modulus of the layers of the elements is 10.7%.