Гидравлический тепловой двигатель

 

1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТЕПЛОiBOH ДВИГАТЕЛЬ, содержащий заполненный жидкостью-теплоносителем статор с установленным в нем ротором, соединенным механической связью с камерой переменного объема, стенки которой выполнены в виде торцовых дисков и прикрепленной к ним гибкой герметичной оболочки, при этом диски соединены между собой разжимающими элементами из материала с термомеханической памятью, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции путем обеспечения вращения ротора за счет деформаций единственной камеры, механическая связь выполнена в виде сферических щарниров , расположенных в центрах дисков и на оси вращения ротора, и жестко прикрепленных к каждому из дисков конических зубчатых колес внутреннего зацепления, а также образующих с последними кинематические пары конических жестко закрепленных на оси ротора зубчатых катес с образующими зубьев каждой пары последних , проходящими через центры соответ (О ствующих сферических щарниров. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся ел тем, что разжимающие элементы выполнены в виде винтовых спиралей. 00 со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК зсмк) F 03 G 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/

К А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3597977/25-06 (22) 27.05.83. (46) 15.10.84. Бюл. № 38 (72) П. П. Пашкявичюс, К. М. Рагульскис и P-T. А. Толочка (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (53) 621.486 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 931945, кл. F 03 G 7/06, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 3485671/06, кл. F 03 G 7/04, 1982. (54) (57) 1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий заполненный жидкостью-теплоносителем статор с установленным в нем ротором, соединенным механической связью с камерой переменного объема, стенки которой выполнены в виде торцовых дисков и прикрепленной к ним гибÄÄSUÄÄ 1118799 А кой герметичной оболочки, при этом диски соединены между собой разжи мающими элементами из материала с термомеханической памятью, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции путем обеспечения вращения ротора за счет деформаций единственной камеры, ме»аническая связь выполнена в виде сферических шарниров, расположенных в центрах дисков и на оси вращения ротора, и жестко прикрепленных к каждому из дисков конических зубчатых колес внутреннего зацепления, а также образующих с последними кинематические пары конических жестко закрепленных на оси ротора зубчатых колес с образующими зубьев каждой пары последних, проходящими через центры соответствующих сферических шарниров.

2. Двигатель по п. 1, отличающий ся тем, что разжимающие элементы выполнены в виде винтовых спиралей.

1118799

55

Изобретение относится к машиностроению, а именно к тепловым двигателям, в которых тепловая энергия используется для перемещения погруженных в жидкость камер переменного объема за счет изменения их плавучести, и может быть использовано для привода механизмов различного назначения, в основном работающих в удалении от традиционных источников энергии, с потреблением энергии природных источников тепла.

Известен гидравлический тепловой двигатель, содержащий ротор, соединенный механической связью в виде бесконечной трансмиссии с камерами переменного объема, заполненными рабочим телом в виде смеси газа и его жидкого растворителя, при этом часть камер погружена в жидкостьтеплоноситель (1) .

Недостатками этого двигателя являются относительная сложность конструкции, обусловленная наличием множества закрепленных на трансмиссии камер, а также малая интенсивность теплообмена между теплоносителем и рабочим телом из-за их разделения оболочкой камеры.

Наиболее близким к изобретению является гидравлический тепловой двигатель, содержащий заполненный жидкостью-теплоносителем статор с установленным в нем ротором, соединенным механической связью с камерой переменного объема, стенки которой выполнены в виде торцовых дисков и прикрепленной к ним гибкой герметичной оболочки, при этом диски соединены между собой разжимающими элементами из материала с термомеханической памятью (2).

В этом двигателе обеспечивается непосредственный контакт теплоносителей с термочувствительными разжимающими элементами и повышение за счет этого интенсивности теплообмена.

Однако конструкция этого двигателя усложнена из-за выполнения механической связи в виде бесконечной трансмиссии и необходимости установки вдоль этой трансмиссии множества камер для обеспечения работоспособности.

Целью изобретения является упрощение конструкции путем обеспечения вращения ротора за счет деформаций единственной камеры.

Указанная цель достигается тем, что в гидравлическом тепловом двигателе, содержащем заполненный жидкостью-теплоносителем статор с установленным в нем ротором, соединенным механической связью с камерой переменного объема, стенки которой выполнены в виде торцовых дисков и прикрепленной к ним гибкой герметичной оболочки, при этом диски соединены между собой разжимающими элементами из материала с термомеханической памятью, механическая связь выполнена в виде сфери5

<0

З5

40 ческих шарниров, расположенных в центрах дисков и на оси вращения ротора, и жестко прикрепленных к каждому из дисков конических зубчатых колес внутреннего зацепления, а также образующих с последними кинематические пары конических жестко закрепленных на оси ротора зубчатых колес с образующими зубьев каждой пары последних, проходящими через центры соответствующих сферических шарниров.

При этом разжимающие элементы выполнены в виде винтовых спиралей.

На фиг. 1 представлена кинематическая схема описываемого двигателя; на фиг. 2— разрез А — А на фиг. 1.

Двигатель содержит статор 1, выполненный в виде емкости, заполненной жидкостьютеплоносителем, имеющей большой удельный вес. В статоре 1 установлен ротор 2, соединенный с полой герметичной камерой 3 переменного объема. Стенки камеры 3 выполнены в виде торцовых дисков 4 и прикрепленной к ним герметичной оболочки 5.

Диски 4 соединены между собой разжимающими элементами 6, выполненными в виде винтовых спиралей из материала с термомеханической памятью. Ротор 2 соединен с камерой 3 механической связью, выполненной в виде сферических шарниров ?, расположенных в центрах дисков 4 и на оси вращения ротора 2, и жестко прикрепленных к каждому из дисков 4 конических зубчатых колес 8 внутреннего зацепления, а также образующих с последними кинематические пары конических зубчатых колес 9,, жестко закрепленных на оси ротора 2, при этом образующие зубьев каждой кинематической пары проходят через центры соответствующих сферических шарниров 7. Камера 3 погружена в жидкость, нагретую выше температуры структурного превращения материала разжимающих. элементов 6, до оси вращения ротора 2. Верхняя половина камеры 3 расположена в холодном окружающем воздухе.

Пунктирными линиями показано исходное статическое положение дисков 4 и оболочки 5, при этом диски 4 параллельны между собой, а разжимающие элементы 6 сжаты на половину их рабочего хода.

Устройство работает следующим образом.

При температуре жидкости выше температуры структурного превращения разжимающих элементов 6 те из них, которые расположены ниже оси ротора 2 и находятся в жидкости, проявляют эффект термомеханической памяти, т.е. под действием нагрева начинают разжиматься. Под действием усилий, создаваемых разжимающими элементами 6, половины дисков 4, находящиеся ниже оси вращения ротора 2, раздвигаются в жидкости между собой. В это время противоположные половины дисков 4, находящиеся в воздухе, сходятся и сжимают находящиеся между ними разжимающие элементы 6, а в результате поворота дисков 4 относительно ротора 2 закрепленные соответственно на них конические зубчатые колеса 8 и 9 входят в зацепление между собой.

При этом ротор 2 находится в равновесии, так как выталкивающие силы, действующие на правую и левую части ротора-2, одинаковы. Вращением от постороннего источника механической энергии ротор 2 выводится из положения равновесия. При этом расширенная часть герметичной камеры 3, до этого находившаяся ниже оси ротора 2, смещается в одну сторону от оси ротора 2 (т.е. влево по чертежу) . Выталкивающая сила, действующая на расширенную часть герметичной камеры 3, становится больше силы, действующей на противоположную ее часть, потому что центр давления жидкости смещается в сторону расширенной части камеры 3. Равнодействующая этих сил создает крутящий момент относительно оси ротора 2 и через находящиеся в зацеплении конические зубчатые колеса 8 и 9 приводит ротор 2 во вращение. Вследствие вращения ротора 2 одни разжимающие элементы 6, которые восстановили свою форму, выходят из жидкости и охлаждаются окружающим воздухом и за счет собственного теплоизлучения, а другие, расположенные в противоположной стороне от ротора 2, в сжатом виде погружаются в жидкость и нагреваются в ней. 3а время нагрева разжимающего элемента 6 до температуры структурного превращения он вместе с дисками 4 и ротором 2 поворачивается на некоторый угол, который зависит от параметров теплообменного процесса между жидкостью и разжимающими элементами 6, от характеристик самих разжимаюших элементов 6 и жидкости, а также нагрузки на роторе 2.

Этот угол составляет-90, т.е. разжимающие элементы 6 нагреваются при их перемещении по дуге БВ (фиг. 1), а восстановление их формы происходит при их перемещении по дуге ВГ. Таким образом, восстанавлива18799

4 ющие свою форму разжимающие элементы 6 обеспечивают поддержание клиновидной формы герметичной камеры 3 в одном положении — расширенной частью в сторону ротора 2. Эта часть постоянно стремится всплыть, а диски 4 постоянно прецессируют на роторе 2 и через находящиеся в зацеплении конические зубчатые колеса 8 и 9 обеспечивают непрерывное вращение ротора 2.

10 При использовании изобретения обеспечивается упрощение конструкции двигателя за счет получения механической энергии при тепловых деформациях единственной камеры и за счет резкого сокращения

15 числа шарнирных соединений механической связи, соединяющей камеру с ротором. Кроме того, за счет обтекаемой формы камеры и расположения ее постоянно в одном и том же объеме жидкости-теплоносителя уменьшается гидравлическое сопротивление при

20 вращении камеры.

При испытаниях модели описанного двигателя при диаметре дисков 4, равном

100 мм, и с восемью закрепленными по их периферии разжимающими элементами из сплава титана и никеля ВТН-1 и при использовании в качестве жидкого теплоносителя воды с температурой 40-60 С рабочий ход разжимающих элементов составлял до 10 мм, что соответствовало повороту дисков на

4:,5 — 5,0 от их начального параллельного

З0 положения, при этом скорость вращения ротора составляла 10 — 12 об/мин.

Вращающий момент на роторе такого двигателя является по величине достаточным для привода клапанов, вентилей, заслонок и других исполнительных механизмов.

Изобретение может найти применение в системах управления различными технологическими процессами, а также в качестве автономной энергетической установки малой

40 мощности, использующей для получения работы нетрадиционные источники тепла— солнечную, геотермальную и другие виды энергии. фиг. 2

ВНИИПИ Заказ 7400/25

Тираж 464 Подписное

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4