Тепловой двигатель

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) F 0 6 .7/ 6

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3389949/25-06 (22) 08.02.82 (46) 15.09.83. Бюл. 34 (72) А.В.. Иванов (531 621.486 (088.8), 56) 1. Авторское свидетельство СССР .И 225620, кл F 03 G 7/06, 1966.

2. Заявка ФРГ и 2723332, кл. F 03 6 7/06, опублик. 1978 (54} (57} ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий ротор, расположенный в корпусе.

; с возможностью вращения и проходящий через зоны нагрева и охлаждения, установленный на роторе изогнутый ра-. бочий элемент из материала с термо механической памятью формы, взаимодействующий посредством шарнира с кольцевой направляющей корпуса, причем один конец рабочего элемента зафиксирован от перемещения в осевом направлении и соединен с вращательным звеном нагрузки, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения области применения путем увеличения числа способов отбора мощности без увеличения количества деталей, рабо.чий элемент выполнен в виде коленчатого вала, >шарнир установлен на колене последнего, а другой конец рабочего элемента установлен с возможностью перемещения в осевом направлении и соединен с дополнительным поступательным звеном нагрузки.

1 1

Изобретение относится к машино- строению, а именно к устройствам для получения механической энергии эа счет деформаций тел, вызываемых изменениями температуры окружающей среды, и может быть использовано при создании агрегатов, содержащих одновремен-, но как вращательные, так и поступательные звенья нагрузки.

Известен тепловой двигатель, содержащий ротор, расположенный в корпусе с возможностью вращения и проходящий через зоны нагрева и охлаждения, установленный на роторе изогнут тый термочувствительный элемент, взаимодействующий посредством эксцентричного шарнира с корпусом и соединенный своими концами с ротором 11

Недостатками этого устройстаа являются невысокая удельная мощность, обусловленная малой величиной теплового расширения и. сжатия рабочих элементов при использовании небольшой разницы температур окружающей среды, а также узкая область применения вследствие обеспечения только вращательного движения звена нагрузки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является тепловой двигатель, содержащий ротор, расположенный в корпусе с возможностью вращения и проходящий через зоны нагрева и охлаждения, установлен ныи на роторе изогнутый рабочий элемент. из материала с термомеханической памятью формы, взаимодействующий посредством шарнира с кольцевой направляющей корпуса, причем один конец рабочего элемента зафиксирован от перемещения в осевом направлении и соединен с вращательным звеном нагрузки. Удельная мощность данного двигателя повышена за счет выполнения рабочих элементов из материала с термомеханической памятью, обеспечивающего увеличение их тепловых деформаций при использовании небольшой разницы температур окружающей среды

И.

Однако этот двигатель обеспечивает только вращательное движение зве на нагрузки,, что сужает область его применения.

Цель изобретения - расширение области применения путем увеличения числа способов отбора мощности беэ увеличения количества деталей.

041737 2

Указанная цель достигается тем, что в тепловом двигателе, содержащем ротор, расположенный в корпусе с возможностью вращения.и проходящйй через зоны нагрева и ох>1аждения, установленный на роторе изогнутый рабочий элемент из материала с термомеханической памятью формы, взаимодействующий посредством шарнира с кольцевой

10 направляющей корпуса, причем один конец рабочего .элемента зафиксирован от перемещения s осевом направлении и соединен с вращательным звеном нагрузки, рабочий элемент выполнен

15 в виде коленчатого вала, шарнир установлен на колене последнего, а другой конец рабочегб элемента установ" лен с возможностью перемещения в осевом направлении и соединен с дополнительным поступательным звеном нагрузки.

На фиг. 1 представлена схема теп-, лового двигателя, на фиг. 2 .- разрез .

Д-А,на фиг. 1, на фиг. 3 - разрез

25 А-.А, вариант выполнения направляющей корпуса по окружности; на фиг.. 4вариант выполнения соединения шарнира с направляющей корпуса. Тепловой двигатель содержит ротор ,я 1, расположенный в корпусе 2 с возможностью вращения в подшипниковых .узлах 3 и 4 и проходящий через зоны нагрева и охлаждения (фиг. 2 и 3).

<орпус 2 неподвижно закреплен на фундаменте. На роторе 1 установлен рабочий элемент в виде коленчатого вала 5 из материала с термомеханической памятью формы, например, из сплава титан - никель (54...563 никеля, 40 остальное - титан) . На колене вала

5 установлен массивный шарнир 6, взаимодействующий с кольцевой направляющей 7 корпуса. В варианте выполне" ния (фиг. 2) кольцевая направляющая

45 7 имеет форму эллипса, большая ось которого повернута относительно вертикали У-У на некоторый угол о, например, на угол 10...15 . В варианте . выполнения (фиг. 3) направляющая 7 имеет форму окружности, а между шарниром 6 H коленом вала 5 установлен гибкий элемент, например пружина 8.

На фиг. 4 представлен вариант выполнения направляющей 7 в виде жолоба, в котором установлены ролики 9 шарнира 6. Один конец ротора 1 закреплен в подшипниковом узле 4 корпуса 2 таким образом, что в осевом направлении он неподвижен, но имеет возможность

1041737 вращения вокруг своей оси. Этот коч нец соединен с вращательным звеном нагрузки, например, с лопастным движителем 10. Другой конец ротора 1 установлен с воэможностью перемещения 5 в осевом направлении в подшипниковом узле 3 и соединен с дополнительным поступательным звеном нагрузки, например, с поршнем насоса 11.

Ротор 1 имеет форму коленчатого. вала при температуре выше интервала температур фазового перехода (мартен ситного превращения) в его материале о т.е. при. температуре выше + 60 С, а при температуре ниже интервала, температур фазового перехода, т.е. при + 400С, ротор имеет форму .коленчатого вала с зеркальным расположе- нием изгибов по отношению к указанной. 20

Для обеспечения указанной памяти формы ротор из сплава никеля и тита. на изготавливают следующим образом.

В закрытом штампе. под нагрузкой формует из стержня коленчатый вал и, : не открывая штампа, подвергают его отжигу при + 500 С в течение 1 ч с последующим охлаждением в закрытом штампе до температуры ниже + 40 С.

Затем штамп открывают, и ротор под- ЗО вергают пластической деформации, зеркально меняя, первоначальную форму,, коленчатого вала, при этом в промежуточной фазе деформации обеспечи" вают форму вала в виде прямого стерж- З5; ня. Тепловой двигатель работает следую щим образом.

Ротор 1 устанавливается в исходное40 положение,. например, в верхнее (° фиг. 2) так, чтобы шарнир 6 находил" ся на большой оси эллипса направляю" щей 7 корпуса 2 в зоне нагрева. В

- результате нагрева коленчатого вала 45

5 до температуры выше + 60 С происхо-: дит обратное мартенситнов превращение его материала - сплава титана и никеля, и коленчатый вал изменяет

1 форму на зеркальную по отношению к первоначальной, с большой скоростью проходя среднее промежуточное полЬжение в виде прямого стержня. При этом шарнир 6. перемещается вниз по направляющей 7, и концы ротора 1 вращаются в подшипниковых узлах 3 и 4. Незакрепленный в осевом направлении конец ротора 1 движется. вправо, достигая наибольшего смещения в этом направле". нии в момент среднего выпрямленного положения вала, после чего этот конец перемещается в противоположном направлении. В процессе принятия ротором; формы, зеркальной по отношению к пер воначальной, он перемещается в зону охлаждения, где коленчатый вал охо лаждается до температуры ниже + 40 С и стремится принять первоначальную форму. Ротор 1 проходит по инерции через нижнюю мертвую точку М, и в ре.". зультате обратной его деформации колено вала 5 .с шарниром Ь перемещается вверх вдоль направляющей 7, а незакрепленный в осевом направлении конец ротора 1 вновь. перемещается вправо до момента. выпрямления вала

5, после чего в процессе изгиба последнего этот конец движется в противоположном направлении. После прохождения шарниром 6 верхней мертвой точки N цикл работы теплового двигателя повторяется.

При выполнении направляющей 7 в форме окружности (фиг. 3) характер перемещения ротора 1 сохраняется, так как колено вала 5 перемещается по эллиптической траектории за счет деформации пружины 8.

Использование предлагаемого теплового двигателя обеспечивает одновременный привод вращательного звена нагрузки соединенного с одним кон1 цом ротора и поступательного звена нагрузки, соединенного с другим концом ротора, без увеличения количества. деталей теплового двигателя. Это расширяет область применения двигателя.

1041737

Составитель.Л. Тугарев

Редактор И. Касарда Техред И.Гайду

Корректор А. Дэятко

Заказ 7092/35 Тираж 501 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

ФИлиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4