Тепловой двигатель

 

ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий источник тепловой энергии И ротор с установленными на его периферии термочувствительными элементами, прикрепленными одними концами к ротору , а другими соединенными с осями , проходящими параллельно выходному валу и связанными с ним и статором при ПСФ4ОЩИ планетарной передачи и обгонных муфт, отличающийс я тем, что, с целью увеличения удельной мощности, термочувствительные элементы выполнены в виде архимедовых спиралей из сплава с термомеханической памятью, на каждой оси жестко закреплена шестерня передачи , при этом шестерни каждой пасял диаметрально противоположных термочувствительных элементов введены в зацепление друг с другом. 2. Двигатель по п.1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что источник тепi ловой энергии выполнен в виде прикрепленного к статору резервуара с СП жидкостью. ю Ф

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

У51> F 03 G 7/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1! t

У . (21) 3583153/25-06 (22) 25.04.83.. (46). 30,11.84. Бюл. М 44 (72) Д.В. Даукшис, П.П.Нашкявичюс, К.И.РагуЛьскис и Р-Т.A.Òoëî÷êà (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (53) 621.486 (088.8)

{56) 1.Авторское свидетельство СССР по заявке М 3573103, кл. F 03 G 7/06, 05.04.83.

2.Авторское свидетельство СССР

М 569744, кл F 03 G 7/06, 1977. (54)(57) ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий источник тепловой энергии и ротор с установленными на его периферни термочувствительными элементами, прикреплениыми одними концами к ро.тору, .а другими соединенными с ося..SU„„ 1126714 А мй, проходящими параллельно выходному валу и связанными с ним и статором при помощи планетарной передачи и обгонных муфт, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения удельной мощности, термочувствительные элементы выполнены в виде архимедовых спиралей из сплава с термомеханической памятью, на каждой оси жестко закреплена шестерня передачи, при этом шестерни каждой. пары диаметрально противоположных термочувствительных элементов введены в зацепление друг с другом.

2. Двигатель по п.l, о т л и ч аю шийся тем, что источник тепловой энергии выполнен в виде при- ф.

Ф. крепленного к статору резервуара с жидкостью

1126714 2

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к тепловым двигателям, потребляющим тепловую энергию низкотемпературных источников тепла, и может быть использовано для привода различных потребителей механической энергии.

Известен тепловой двигатель, содержащий источник тепловой энергии и ротор с выходным валом, соединенный со статором посредством храповых муфт и термочувствительиого элемента в виде спирали из сплава с термомсханической памятью 13.

Однако данный двигатель характеризуется недостаточной экономичностью из-за необходимости совмещения в пространстве зон нагрева и охлаждения термочувствительного элемента и введения дополнительного аккумулирующего элемента в виде пружины для обеспечения равномерности вращения ротора и возврата формы термочувствительного элемента при охлаж.дении.

Наиболее близким к изобретению является тепловой двигатель, содержащий источник тепловой энергии и ротор с установленными íà его периферии термочувствительными элементами, прикрепленными одними концами к ротору, а другими соединенными с осями, проходящими параллельно выходному.валу и связанными с ним и статором при помощи планетарной передачи и обгонных муфт (2 3.

Экономичность этого двигателя повышена за счет использования для его работы источника тепловой энергии со стационарными зонами нагрева и охлаждения, не совпадающими в пространстве. Однако удельная мощность двигателя-прототипа уменьшена вследствие малой величины тепловых дефор- маций его биметаллических термочувствительных элементов и недостаточной .компактности из-за выполнения их в виде. винтовых спиралей.

Целью изобретения является увеличение удельной м щности.

Указанная цель достигается тем, что в тепловом двигателе, содержащем источник тепловой энергии и ротор с установленными на его периферии термочувствительными элементами, прикрепленными одними концами к ротору, а другими соединенными с осями, проходящими параллельно выходному валу и связанными с ним и статором при помощи планетарной передачи и обгонных муфт, термочувствительные элементы выполнены. в виде архимедовых спиралей из сплава с термомеханической памятью, на каждой оси жестко закреплена шестерня передачи, при этом шестерни каждой пары диаметрально противоположных термочувствительных элементов введены в зацепление друг с другом.

Источник тепловой энергии выполнен в виде прикрепленного к статору резервуара с жидкостью.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый тепловой двигатель, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез A-А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 1 °

Двигатель содержит статор 1 с размещенными в нем ротором 2 и выходным валом 3 и источником тепловой энергии в виде прикрепленного к статору резервуара 4 с нагретой жидкостью.

Ротор 2 выполнен,в виде полого цилиндра со сплошной несущей перегородкой 5, делящей его на правую и

15 левую (см. фиг. 1) части и препятствующей попаданию жидкости в левую часть. Левая часть ротора 2 имеет крестообразную несущую перегородку

6. На периферии ротора 2 в левой его части установлены термочувствительные элементы 7, выполненные в виде архимедовых спиралей из сплава с термомеханической памятью, например из нитинола. Термочувствительные элементы 7 установлены попарно диаметрально противоположно, при этом пары элементбв 7 расположены по разные стороны от перегородки 6 со смещением друг относительно друга по окружности на угол 90 . B левой части ротора 2 на его боковой поверхности выполнены прорези для свободного доступа жидкости к термочувствительным элементам 7. В перегородках 5 и 6 ротора 2 с возможностью вращения установлены оси 8, проходящие параллельно выходному валу 3.

Термочувствительные элементы 7 прикреплены одними концами к ротору 2, а другими — к осям 8 ° Оси 8 связаны

40 с выходным валом 3 и со статором 1 при помощи обгонных муфт 9 и планетарной передачи, состоящей из жестко закрепленных на каждой оси 8 в левой части ротора 2 шестерен 10, а в.правой части ротора 2 — зубчатых колес 11, находящегося с последним во внутреннем зацеплении зубчатого колеса 12, неподвижно закрепленного на статоре 1, и находящегося во внешнем зацеплении с зубчатыми колесами 11 зубчатого колеса 13, закрепленного на выходном валу 3. Шестерни 10 каждой пары диаметрально противоположных термочувствительных элементов 7 введены в зацепление друг с другом. Температура жидкости в резервуаре 4 поддерживается выше температуры структурного превращения сплава с термомеханической памятью формы, из которого изготовлены тер60 мочувствительные элементы 7. Форма термочувствительным элементам 7 задается при их обработке выше температуры структурного превращения и имеет вид раскрученной архимедовой спирали. Ниже температуры структурного

1126714 превращения элементы 7 относительно легко деформируемы, т.е. способны терять свою форму и принять скручен ное состояние. Тепловые элементы 7 способны восстанавливать свою форму многократно при их нагреве выше указанного предела и при этом развивать значительный крутящий момент. Кинематическая связь при помощи шестерен

10 между противоположными элементами 7 обеспечивает такое их взаимное расположение, что, если один из термочувствительных элементов 7 переходит в раскрученное состояние (восстанавливает свою форму), то противоположный переходит в скрученное состояние.

Тепловой двигатель работает следующим образом.

При вращении ротора 2 прикрепленные к нему тепловые элементы 7 вращаются вместе с ним, периодически погружаясь в нагретую жидкость и нагреваясь в ней, а находясь на воздухе они охлаждаются за счет собственного теплоизлучения. После погружения одного из тепловых элементов 7 в скрученном состоянии э жидкость он нагревается до температуры структурного превращения, после чего проявляется эффект термомеханической памяти, т.е. термочувствительный элемент 7 вспоминает свою первоначальную форму в виде раскрученной спирали и стремится ее принять. Возникающие при этом восстанавливающие направления создают вращательный момент, который через

Ось 8 и закрепленное на ней зубчатое колесо 11 с обгонной муфтой 9 передается зубчатому колесу 13, закрепленному на выходном валу 3.

Одновременно зубчатое колесо 11 с обгонной муфтой 9 катится по неподвижно закрепленному на статоре 1 зубчатому колесу 1? внутреннего зацепления и тем самым ведет за собой ротор 2. Параллельно вращательный момент от раскручивающегося теплового элемента 7 посредством шестерен

10 передается диаметрально противоположно тепловому элементу 7, который находится в воздухе и имеет температуру ниже температуры структурного превращения. Под действием скручивающего момента противоположный термочувствительный элемент 7 теряет свою форму и принимает скрученное состояние, а в это время за50

Выполнение термочувствительных элементов 7 э виде компактных архимедовых спиралей позволяет уменьшить осевой габарит двигателя. Применение жидкого теплоносителя для нагрева термочувствительных элементов ускоряет их нагрев и позволяет сократить их теплообменную площадь. Все эти факторы-в конечном счете обеспечивают повышение удельной мощности теплового двигателя. крепленная на его оси 8 обгонная муфта 9 совершает свободный ход.

В результате вращения ротора 2 раскручивающийся элемент 7 выходит из жидкости и охлаждается за счет соб5 ственного теплоизлучения, а в жидкость погружается следующий элемент

7 в скрученном виде, который аналогично предыдущему нагревается, восстанавливает свою форму (раскручива10 ется), и созданный им вращающий момент способствует дальнейшему вращению выходного вала 3, повороту ротора 2 на определенный угол, а также скручиванию противоположного термочувствительного элемента 7.

Процесс циклически повторяется, и таким образом устанавливается непрерывная работа двигателя.

Применение сплава с термомеханической памятью значительно повышает быстродействие термочувствительных элементов по сравнению с биметаллическими,. имеющими повышенную инерционность. Деформируемые слои термо25 чувствительных элементов из сплава с термомеханической памятью могут претерпевать значительные отноСительные деформации (до 8% для сплава титана и никеля — нитинола), что на порядок больше предельных де30 формаций биметаллического теплового элемента. Это свойство позволяет получить значительно больший угол скручивания термо-увствительного элемента.

35 Соединение диаметрально пРотивоположных термочувствительных элементов 7 при помощи шестерен 10 обеспечивает полный возврат формы охлаждаемых элементов 7 за счет ис40 пользования части энергии тепловой деформации нагреэаемых элементов 7, что.позволяет более полно использовать тепловые деформации при реализации эффекта термомеханической памя45

1126714

Фж. 2

ВНИИПИ Заказ 8660/25 Тираж 464 Подписное

Филиал ППП "Патеит", .г, Ужгород, ул. Проектная,4