Устройство для преобразования тепловой энергии в механическую

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (5И 4 F 03 G 7 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTGPGHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3847112/25-06 (22) 17.01.85 (46) 15.07.86. Бюл. № 26 (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (72) П. П. Пашкявичюс и К. М. Рагульскис (53) 621.486 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 336421, кл. F 03 G 7/06, 1972.

Патент США № 4075846, кл. 60 †5, опублик. 1978. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В МЕХАНИЧЕСКУ1О, содержащее корпус с зонами нагрева и охлаждения и установлен. ные на корпусе с возможностью вращения на осях роликовые блоки в виде двух соосных неподвижно соединенных роликов, один ролик каждого блока охвачен кольцевым тепловым элементом из сплава с термомеханической памятью, диаметр каждого последующего охваченного тепловым элементом ролика в зоне нагрева меньше диаметра предыдущего ролика, другой ролик каждого блока охвачен гибкой нерастяжимой кольцевой лентой, причем охваченные последней ролики имеют одинаковый диаметр, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД путем увеличения угла взаимодействия теплового элемента с роликами и регулирования натяжения теплового элемента, оно снабжено средством регулирования расстояния между роликовыми блоками, последние расположены попарно с углом охвата роликов тепловым элементом и нерастяжимой лентой больше 180, а средство регулирования расстояния между роликовыми блоками выполнено в виде двух связанных между собой винтами обойм, в каждой из которых при помощи дополнительно установленного регулируемого фиксатора установлена ось одного из роликовых блоков каждой пары, и обоймы установлены с возможностью перемещения относительно друг друга вдоль спаренных линейных направляющих, выполненных в корпусе.

1244374

Изобретение относится к энергетике, а именно к устройствам для преобразования в механическую энергию тепловой энергии источников с небольшой разницей температур, например солнечной энергии, тепловой энергии океана, геотермальной энергии, а также для регенерации тепловой энергии, выделяемой в промышленных технологических процессах.

Цель изобретения — повышение КПД путем увеличения угла взаимодействия теплового элемента с роликом и регулирования натяжения теплового элемента.

На фиг. 1 представлена кинематическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— вид А на фиг. 1. !

Устройство содержит корпус 1 с зоной 2 нагрева и зоной 3 охлаждения. На корпусе 1 с возможностью вращения на осях 4 установлены роликовые блоки 5 в виде двух соосных неподвижно соединенных роликов 6 и 7. Ролик 6 каждого блока 5 2о охвачен кольцевым тепловым элементом 8 из сплава с термомеханической памятью укороченной формы элемента 8 в нагретом состоянии. Диаметр каждого последующего охваченного тепловым элементом 8 ролика 6 в зоне 2 нагрева меньше диаметра предыдущего ролика 6. Другой ролик 7 каждого блока 5 охвачен гибкой нерастяжимой кольцевой лентой 9, причем охваченные последней ролики имеют одинаковый диаметр. Роликовые блоки 5 расположены попарно с углом охвата роликов 6 и 7 соответственно тепловым элементом 8 и нерастяжимой лентой 9 больше 180 . Отдельно взятые два соседних ролика 7 с огибающей их нерастяжимой лентой 9 образуют ленточно-роликовый механизм типа роле"5 майт, которому свойственны исключительно низкий коэффициент трения (около 0,005) и высокий КПД. Устройство снабжено средством регулирования расстояния между роликовыми блоками 5 в виде двух связанных между собой винтами 10 обойм 11 и 2, 40 в каждой из которых при помощи регулируемого фиксатора 13 установлена ось 4 одного из роликовых блоков 5 каждой пары. Обоймы 11 и 12 установлены с возможностью перемещения относительно друг друга вдоль спаренных линейных направляю- 4 щих 14 и 15, выполненных в корпусе 1.

Роликовые блоки 5 расположены в зоне

2 нагрева, при этом обернутый вокруг них тепловой элемент 8 находится в контакте со средой 16, имеющей температуру Ti выше температуры Тстрлрс . структурного превращения материала теплового элемента 8.

Остальная часть теплового элемента 8 находится в зоне 3 охлаждения в среде 17, имеющей температуру Т ниже температуры

Тстр. прев.. Для направления теплового эле- у мента 8 по кольцевой траектории в корпусе 1 в зоне 3 охлаждения установлены направляющие ролики 18, а для направления нерастяжимой ленты 9 — направляющие ролики 19, которые расположены в непосредственной близости от роликовых блоков 5.

Устройство работает следующим образом.

При нагреве участков теплового элемента 8 выше температуры структурного превращения они проявляют эффект термомеханической памяти и, будучи деформированы (растянуты), стремятся принять исходное недеформированное состояние — сжатое.

В результате структурного превращения в участках элемента 8, огибающих нагреваемые ролики 6, возникают значительные восстанавливающие напряжения. Усилие, создаваемое этими участками, передается звеньям, с которыми взаимодействует тепловой элемент 8, т. е. роликам 6. В результате взаимодействия теплового элемента 8 с роликами 6 на каждый из последних действует вращающий момент, стремящийся привести его во вращение. Так как с каждым из роликов 6 жестко соединены ролики 7, взаимодействующие с нерастяжимой лентой 9, то усилие, создаваемое нагретыми участками теплового элемента 8, вызывает повышение натяжения ленты 9. В результате взаимодействия усилия, создаваемого тепловым элементом 8, и усилия, создаваемого»м в нерастяжимой ленте 9, на каждый из роликовых блоков 5 действуют два противоположно направленных момента, стремящихся привести указанные блоки 5 во вращение в противоположных направлениях.

Так как диаметры роликов 6 различны, эти два момента имеют разную величину, что является причиной возникновения вращающегося момента устройства. Роликовые блоки 5 под действием этого момента вращаются в направлении, соответствующем перемещению участков теплового элемента 8 от ролика 6, имеющего больший диаметр, к ролику 6, имеющему меньший диаметр. Перемещаясь между роликами 6, участки теплового элемента 8 постепенно сжимаются (восстанавливают свою форму). Далее восстановившие свою форму участки теплового элемента 8 посредством направляющих роликов 18 направляются в зону 3 охлаждения и в результате теплообмена со средой 17 из высокотемпературного структурного состояния переходят в низкотемпературное. Участки теплового элемента 8, будучи в низкотемпературном состоянии, теряют упругость и становятся легко деформируемыми. При перемещении вдоль зоны 3 охлаждения под действием усилия, создаваемого нагретыми участками того же теплового элемента 8, охлажденные участки постепенно растягиваются. Далее рассматриваемые участки теплового элемента 8 выходят из зоны 3 охлаждения и переносятся в зону 2 нагрева, где температура сре1244374 фое 2

Составитель Л. Тугарев

Редактор В. Контун Техрсд И. Верес Корректор A. Обручар

Заказ 379Г>/37 Тираж 447 Г1одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I 13035, Москва, 7K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП <сГ1атент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ды 1 6 выше температуры Татр. преп, и при на беге на ролик 6 наибольшего диаметра достигают температуры 1;„„„. При перемещении в интервале между роликами 6 участки теплового элемента 8 взаимодействуют с роликами 6 и постепенно восстанавливают свою форму (сжимаются), далее процесс повторяется описанным выше образом.

Так как тепловой элемент 8 выполнен в виде кольца, то часть участков теплового элемента 8 непрерывно находится в высокотемпературном структурном состоянии и таким образом поддерживает непрерывное вращательное движение звеньев устройства.

С помощью винтов 10 подбирается расстояние между обоймами 11 и 12, в резульl5 тате чего изменяется угол охвата роликов 6 тепловым элементом 8 и роликов 7 нерастяжимой лентой 9, а следовательно, и длина части теплового элемента 8 (a также ленты

9), простирающейся между Роликовыми щ блоками 5. Таким образом, изменяется предельная относительная деформация теплового элемента 8, величина которой при перемещении во всем интервале между роликами 6 прямо пропорциональна разнице диаметров роликов 6 и обратно пропорциональна длине части теплового элемента 8, простирающейся между роликами 6. Фиксаторами 13 устанавливается взаимное расположение каждой пары роликовых блоков 5.

Если роликовые блоки 5 зафиксированы в таком положении, что ролики 6 разделяют простирающуюся между ними ветвь теплового элемента 8 на отрезки, соотношения длин которых будут Равными соотношениям диаметров соответствующих им роликов 6, то на всех отрезках участки теплового элемента 8 будут сокращаться равномерно. Однако такая расстановка роликовых блоков 5 целесообразна лишь в том случае, когда начало восстановления формы нагретыми участ ками теплового элемента 8 совпадает с перемещением этих участков в контакте с роликом 6 наибольшего диаметра. При колебаниях температур сред 16 и 17 возможны отклонения положения участка элемента

8 С ТЕМПЕРатУРОЙ Тср.преп. ОТ уиаэаННОГО.

В таком случае роликовые блоки 5 следует расставлять таким образом, чтобы начало структурного превращения (начало восстановления формы) участка теплового элемента 8 совпало с перемещением этого участка между роликом 6 наибольшего диаметра и первым последующим роликом 6.

Это позволяет эффективно использовать деформации теплового элемента 8. Наличие мно жества роликовых блоков 5 уменьшает перераспределение деформаций между участками теплового элемента 8, что значительно сокращает потери механической энергии.