Тепловой двигатель

 

Изобретение относится к двигателестроению и м.б. использовано Для преобразования тепловой энергии низкотемпературных источников в механическую работу по поднятию полезного груза. Цель изобретения - повышение надежности двигателя. Переключатель 20 режимов работы вьтолнен в виде напорного и сливного трехходовых вентилей 21 и 22, трехходового вентиля

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК и1) 4 F 03 G 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Я

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4275435/25-06 (22) 06.0?.87 (46) 28 ° 02.89. Бюл. К- 8 (71) Научно-производственное объединение "Солнце" АН ТССР (72) М.О. Халов (53) 621.486(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1134776, кл, Р 03 С 7/06, 1982.

Авторское свидетельство СССР

И - 1330341, кл. Г 03 G 7/06, 1986..Я0 14 2 22 А1 (54) ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к двигателестроению и м.б. использовано для преобразования тепловой энергии низкотемпературных источников в механическую работу по поднятию полезного груза. Цель изобретения — повышение надежности двигателя. Переключатель

20 режимов работы выполнен в виде напорного и сливного трехходовых вентилей 21 и 22, трехходового вентиля

1462022

23 нагрузки, рычагов (P) 24, 25, 26 и 27, консольные концы которых шарнирно соединены между собой шатунрм

28, и гидравлического амортизатора

29. Противоположные концы Р 24, 25 и 26 закреплены на золотниках венти" лей 21, 22 и 23, a P 24 шарнирно соединен с опорой и снабжен гребнем 30 с упорами 31 и 32 для взаимодействия с ограничителями перемещения переключателя. Гильза 38 амортизатора шарнирно соединена с опорой 9, а шток

39 поршня 40 — с шатуном. Аккумулятор выполнен в виде пружины, соединенной одним концом с силовым Р 10 посредством контргаек 49, а другимс шатуном. Концы проволок рабочего элемента (РЭ) 2 загнуты и запаяны внутри двух держателей, выполненных в виде снабженных радиаторами нагрева теплоизолированных -стаканов 5 и

6, один из которых закреплен посредством втулки и контргаек на опоре, а другой соединен винтами, муфтой и о контргайками с Р 10. Стаканы предотИзобретение относится к машиностроению и приборостроению, а именно к тепловым двигателям, в которых для получения механической работы используются тепловые деформации рабочих элементов из материала с термомеханической памятью формы, и может быть использовано для преобразования тепловой энергии низкотемпературных ис точников в механическую работу по поднятию полезного груза, например для обеспечения -водоподъема из находящегося в пустыне колодца путем использования горячей воды солнечного кол- 15 лектора.

Целью изобретения является повьппение надежности.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого двигателя. 20

Двигатель содержит установленный в корпусе 1 прямолинейный рабочий элемент 2, выполненный в виде пучка проволок из материала с термомехани. ческой памятью формы, выраженной в вращают остаточную деформацию в торцах проволок РЭ путем поддержания нагревом их стабильного аустенического состояния. Корпус 1 выполнен в виде теплоизолированной снаружи поролоновым шлангом тонкостенной трубы из материала с термомеханической памятью формы, выраженной в синхронном с РЭ уменьшении длины при нагреве и удлинении при охлаждении. Резервуары 62, 63 и 64, 65 горячего и холодного теплоносителя снабжены горя-., чим и холодным радиаторами 66, 67, причем верхние части резервуаров соединены между собой и с трубой газоводом 74, вакуумированным или заполненным инертным газом. Такое выполнение обеспечивает полный слив теплоносителя в резервуаре, балансировку давления газа в незаполненных теплоносителем полостях резервуара, герметизацию гидроприводов от амплитудных воздействий и предотвращение возникновения газовых пробок. 1 ил. уменьшении длины элемента 2 при нагреве, например из никелида титана.

Концы проволок рабочего элемента 2 загнуты и запаяны внутри двух держателей, выполненных в виде снабженных радиаторами 3 и 4 нагрева стаканов 5 и 6. Стакан 5 закреплен посредством втулки 7 и контргаек 8 на неподвижной опоре 9, а стакан 6 шарнирно соединен с силовым рычагом 10 посредством тяги 11, состоящей из винтов 12 и зафиксированной на них при помощи контргаек 13 муфты 14.

Силовой рычаг 10 снабжен балластным грузом 15 и соединен посредством троса 16, пропущенного между роликами

17, с звеном нагрузки, выполненньпк в виде насосной сильфонной камеры 18 с упругонеустойчивым дном 19.

С силовым рычагом 10 соединен переключатель 20 режимов работы двигателя, выполненный в виде напорного .и сливного трехходовых вентилей 21 и 22,соответственно, трехходового

5 14620

1 и находящийся в ней элемент 2 охлаждается до температуры, при которой в результате проявления эффекта термомеханической памяти формы они начи5 нают удлиняться. При этом совместное усилие рычага 10, балластного груза

15, пружины 47 и камер 18, 75 обеспечивает близкое к иэотермическому протекание холостого хода (нагрузка на 10 элемент 2 и трубу корпуса 1 по мере их деформации нарастает). Камеры 75 расширяются и заполняются теплоносителем из резервуара 64, 65. Камера

18 расширяется и через вентиль 23 за- 15 полняется необходимой потребителю двигателя жидкостью. Пружина 47 растягивается и стремится переместить шатун 28 вниз, однако последний из-за стопорения гребня 30 собачкой 34 íà 20 протяжении холостого хода остается неподвижным. Завершению холостого хода соответствует занятие рычагом

10 крайнего нижнего положения, при котором втулка 54 посредством тяги 25

50 выводит собачку 34 и гребень 30 из застопоренного состояния, под действием пружины 47.шатун 28 и регулирующие рычаги 24, 25 и 26 вейтилей

21, 22 и 23 начинают опускаться.При 30 этом холодный теплоноситель полностью сливается из трубы корпуса 1 в резервуар 65. Продолжительность данного процесса регламентирована краном 46 амортизатора 29. В крайнем нижнем положении шатун 28 фиксируется посредством стонорения гребня 30 собачкой

33, из резервуара 62 через вентиль

21, трубу корпуса 1 и вентиль 22 в резервуар 63 самотеком перетекает о горячий теплоноситель. Труба корпуса

1 и элемент 2 нагреваются до темпераvyQa при которой в результате проявления эффекта термомеханической памяти формы они уменьшаются в длине. 45

Совместное усилие рычага 10, балластного груза 15, пружины 47 и камер 18, 75 обеспечивает близкое к изотермическому протекание рабочего хода (нагрузка на элемент 2 и трубу корпуса

1 oro мере их деформации убывает).Ka= меры 75 сжимаются и выдавливают из себя теплоноситель в резервуары 62, 64. Камера 18 сжимается и через вентиль 23 выдавливает из себя жидкость к потребителю. Пружина 47 сжимается и стремится переместить шатун 28 .. вверх, однако последний из-за стопорения гребня 30 собачкой 33 на протя22 6 жении рабочего хода остается непод= вижным. Рабочий ход завершается, когда при крайнем верхнем положении рычага 10 упор 53 посредством толкателя 56 поднимает собачку 33, выводя гребень 30 из застопоренного состояния. Под действием пружины 47 шатун

28 и регулирующие рычаги 24, 25, 26 поднимаются. При этом происходит регламентированный по времени краном 44 слив горячего теплоносителя из трубы корпуса в резервуар 63.В крайнем верхнем положении шатун 28 фиксируется посредством стопорения гребня 30 собачкой 34. Далее цикл повторяется.

Резервуары 62-65 выполняют функцию гидроаккумуляторов-рекуператоров, обеспечивающих стабильное рабочее состояние двигателя.

Соединение газовода 74 с трубой корпуса 1 обеспечивает возможность полного слива теплоносителя из этой трубы в резервуары 63, 65 во время движения рычагов 24, 25,26, когда оба подводящих канала вентиля 21 перекрыты.

Газовод 74 обеспечивает балансировку давления газа в незаполненных теплоносителем полостях резервуаров

62-65 и гидропроводов 68, 72, позволяя герметизировать последние от атмосферного воздействия и предотвратить возникновение газовых пробок.

Не приводящее к вскипанию теплоносителя вакуумирование или заполнение инертным газом полостей газовода 74 позволяет уменьшить непроизводительный конвективный теплообмен через газовод 74 соответственно путем снижения плотности газа или замещения среды с высокой теплотранспортирующей способностью на химически инертный по отношению к теплоносителю двигателя газ с низкими теплообменными свойствами.

Описанная конструкция переключателя 20 режимов работы гарантирует фактическую независимость работоспособности двигателя от времени реализации рабочего и холостого хода, а также обусловливает возможность оперативной переналадки двигателя с целью приспособления его к изменившимся условиям поступления и потребления энергии.

Амортизатор 29 гасит ударные воздействия со стороны пружины 47 на точный механизм переключателя 20, а

3 !46202 вентиля 23 нагрузки, четырех рычагов

24-27, консольные концы которых шарнирно соединены между собой шатуном

28, и гидравлического амортизатора

29. Противоположные концы трех рычагов 24-26 переключателя 20 закреплены соответственно на золотниках вентилей 21, 22 и,23, а конец четвертого рычага 27 шарнирно соединен с опорой 10

9 и снабжен гребнем 30 с двумя упорами 31 и 32 для взаимодействия с ограничителями перемещения переключателя

° 20, выполненными в виде прижатых к гребню 30 собачек 33 и 34, установлен-15 ных на опоре 9 и связанных с последней при помощи пружины 35 и 36. Трехходовой вентиль 23 нагрузки соединен с насосной камерой 18 трубопроводом

37. Гильза 38 амортизатора 29 шарнир- р но связана с опорой 9, а шток 39 его поршня 40 — с шатуном 28. Поршень 40 снабжен двумя жиклерами 41 и 42. Жиклек 41 содержит обратный клапан, 43 и кран 44, .а жиклер 42 — обратный клапан

45 и кран 46 для регулирования расхода заполняющего амортизатор 29 масла. Переключатель 20 снабжен также механическим аккумулятором в виде пружины 47, соединенной с силовым ры- 30 чагом 10 посредством установленных на последнем контргаек 48, а другим концом " с шатуном 28. Силовой рычаг

10 выполнен из двух ввинченных друг в друга и застопоренных контргайками

49 труб 50 и 51 с установленными на последних. контргайками 52 для крепления балластного груза 1$. Свободный конец силового рычага 10 снабжен упором 53 и направляющей втулкой 54.

Упор 53 соединен с собачкой 33 посредством прижатого к нему пружиной

55 толкателя 56, снабженного винтом

57 и контргайкой 58 регулирования его длины. Направляющая втулка 54 со- 45 единена через тягу„-.59, снабженную контргайками 60 регулирования ее дли-, ны, с собачкой 34.

Корпус 1 выполнен в виде теплоизолированной снаружи поролоновымшлангом5О

61 тонкостенной трубы из материала с термомеханической памятью формы, выраженной в синхронном с рабочим элементом 2 уменьшении длины при нагреве и удлинении при охлаждении.

Двигатель содержит также резерву" ары 62 и 63 горячего теплоносителя и резервуары 64 и 65 холодного теплоносителя, снабженные соответственно

4 горячим и холодным радиаторами 66 и

67. Резервуары 62 и 63 соединены меж- . ду собой в замкнутый горячий контур гидропроводом 68 посредством напорного трехходового вентиля 21, гибких патрубков 69, 70 трубы корпуса 1, сливного трехходового вентиля 22 и питательного насоса 71 горячего теплоносителя. Аналогично резервуары

64 и 65 соединены между собой в зам" кнутый холодный контур гидропроводом

72 посредством напорного трехходового вентиля 21, гибких патрубков 69, 70, сливного трехходового вентиля 22 и питательного насоса 73 холодного теплоносителя. Верхние части всех резервуаров 62-65 соединены между собой и с трубой корпуса 1 газоводом 74, вакуумированным или заполненным инертным газом. Каждый питательный насос

71, 73 выполнен в виде сильфонной камеры 75 с двумя клапанами 76. Камеры

75 установлены между опорой 9 и силовым рычагом 10. Подвижные стенки камер 75 насосов 71 и 73 соединены посредством коромысел 77, 78 между собой и с силовым рычагом 10. Все сильфонные камеры 18, 75 изготовлены из материала, обладающего свойством сверхпластичности, например из никелида титана; при отсутствии внешних усилий или стремятся занять максимальный объем, то есть расшириться.

Патрубки 69, 70, газовод 74 и вентили 21, 22 изготовлены из теплоизоляционных материалов, а стаканы 5, 6, гидропроводы 68, 72, камеры 75 и резервуары 62-65 теплоизолированы от окружающей среды. Установленные в стаканах 5, 6 и резервуарах 62, 63 радиаторы 3, 4 и 66 соединены с источниками тепловой энергии, например с солнечными коллекторами (на чертеже не показаны), а радиаторы 67 резервуаров 64, 65 — с источником хладагента, например с колодцем (на чертеже не показан).

Резервуары 62, 64 и вентиль 21 расположены выше корпуса 1, а pesepвуары 63, 65 и вентиль 22 — ниже корпуса 1.

Тепловой двигатель работает следующим образом.

При крайнем верхнем положении шатуна 28 иэ резервуара 64 через вентиль 21, трубу корпуса 1 и вентиль 22 в резервуар 65 самотеком перетекает холодный теплоноситель. Труба корпуса

62022

7 14 расположенные в поршне 40 жиклеры 41, 42 с клапанами 43, 45 и кранами 44, 46 регламентируют продолжительность процессов перехода от рабочего к холостому ходу и наоборот,что способствует предотвращению непроизводительного смешивания холодного и горячего теплоносиуелей в трубе корпуса 1.

Шатун 28 переключателя 20 воспринимает со стороны пружины 47 лишь усилие, необходимое для поворота рычагов 24, 25, 26, и не испытывает непосредственного воздействия элемента 2.

Теплоизолированные стаканы 5, 6 и встроенные в них радиаторы 3 и 4 позволяют предотвратить остаточную деформацию в соединенных со стаканами

5, 6 торцах проволок элемента 2 путем поддержания нагревом их стабильного аустенитного состояния.

Наблюдаемая у материалов с термомеханической памятью формы при март тенситном состоянии сверхпластичность првышает надежность сильфонных камер

18, 75 и распространяет сферу их. применения на области, где требуется достижение высоких давлений.

Дно камеры 18 выполнено упругонеустойчивым для предотвращения отложения .солей и наносов путем "стряхивания" осадков на начальных стадиях рабочего и холостого хода.

Все перечисленные факторы обеспечивают повьппение надежности предлагаемого двигателя по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Тепловой двигатель, содержащий по крайней мере один установленный в корпусе и выполненный в виде пучка закрепленных концами в держателях проволок прямолинейный рабочий элемент из материала с термомеханической памятью формы, выраженной в уменьшении длины элемента при нагреве, один конец последнего соединен с опорой, а другой посредством .тяги, снабженного балластным грузом силового рычага и . троса — с звеном нагрузки, по два резервуара горячего к холодного теплоносителей, а также снабженный механическим аккумулятором и соединенный ,с силовым рычагом переключатель„режимов работы с двумя установленными

55 на опоре ограничителями его перемещения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, -. переключатель выполнен в виде напорного и сливного трехходовых вентилей, трехходового вентиля нагрузки, четырех рычагов, консольные концы которых шарнирно соединены между собой шатуном, и гидравлического амортизатора, противоположные концы трех рычагов переключателя закреплены соответственно на золотниках вентилей, а четвертого его рычага шарнирно соединен с опорой и дополнительно снабжен гребцем с двумя упорами для взаимодействия с ограничителями перемещения переключателя, последние выполнены в виде прижатых к гребню подпружиненных собачек, гильза амортизатора шарнирно связана с опорой, а шток его поршня — с шатуном, причем поршень снабжен двумя, содержащими по клапану и крану, жиклерами, аккумулятор выполнен в виде пружины, соединенной одним концом с силовым рычагом посредством дополнительно установленных на последнем контргаек, а другим концом — с шатуном, силовой рычаг вйполнен из по крайней мере двух ввинченных друг в друга и застопоренных контргайкой труб с установленными на них контргайками для крепления балластных грузов, свободный конец силового рычага снабжен упором и направляющей втулкой, упор соединен с одной из собачек посредством прижатого к нему дополнительно установленного подпружиненного толкателя,снабженного винтом и контргайкой регулирования его длины, а направляющая втулка через дополнительно установленную снабженную контргайками регулирования ее длины тягу соединена с второй собачкой, концы проволок рабочего элемента загнуты и запаяны внутри двух держателей, выполненных в виде снабженных радиаторами нагрева теплоизолированных стаканов, один из кото рых закреплен посредством дополнительно установленных втулки и контргаек на опоре, а другой соединен посредством дополнительно установленных на тяге винтов, муфты и контргаек с силовым рычагом, корпус выполнен в виде теплоизолированной снаружи поролоновым шлангом тонкостенной трубы из материала с термомеханической памятью формы, выраженной в синхронном

Составитель Л. Тугарев

Техред Л.Сердюкова Корректор Л. Патай

Редактор М. Циткина

Заказ 655/33 Тираж 413 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

9 14620 с, рабочим элементом уменьшении длины 1ри нагреве и удлинении при охлаждении; резервуары горячего и холодного теплоносителей дополнительно снабжены соответственно горячим и холодным ра5 диаторами и соединены между собой соответственно в замкнутые горячий и холодный контуры дополнительно введенными гидропроврдами посредством напорного трехходового вентиля, дополнительно установленных гибких патрубков трубы корпуса, сливного треходового вентиля и дополнительно усановленных питательных насосов соот- 1б

Эетственно горячего и холодного теплоносителей, верхние части всех ре"

Вервуаров соединены между собой и с

22 10 трубой корпуса дополнительно установленным газоводом, вакуумированным или заполненным инертным газом, каждый питательный насос выполнен в виде сильфонной камеры с двумя клапанами, подвижные стенки камер питательных насосов соединены посредством дополнительно установленных коромысел между собой и с силовым рычагом, а звено нагрузки выполнено в виде насосной сильфонной камеры с упругонеустойчивым дном, связанной с трехходовым вентилем нагрузки, при этом все снльфонные камеры изготовлены из материала, обладающего свойством сверхпластичности, например из никелида титана.