Способ работы мартенситного двигателя

 

Изобретение позволяет увеличить долговечность мартенситных двигателей путем устранения или уменьшения пластических деформаций, накопленных в их термочувствительных элементах (ТЭ) 1 в процессе осуществления термоциклов их нагрева и охлаждения под нагрузкой. В процессе реализации способа ТЭ 1 нагревают электрическим током при включенном выключателе 4 и охлаждают при отключении ТЭ 1 от источника 5 электроэнергии. В процессе проявления термомеханической памяти ТЭ 1 посредством ролика 6 и вилки 7 перемещает звено нагрузки. После термоциклов, при которых ТЭ 1 находится под нагрузкой, уменьшают нагрузку на ТЭ 1, например, устраняя сопротивление звена нагрузки перемещению ТЭ 1, и дополнительно осуществляют термоциклы его нагрева и охлаждения при уменьшенной нагрузке, чередуя впоследствии термоциклы нагруженного ТЭ 1 с термоциклами при меньшем уровне его нагрузки. При этом накопленные в процессе работы пластические деформации ТЭ 1 уменьшаются при термоциклировании без нагрузки вследствие частичного или полного устранения накопленных искажений микроструктуры материала ТЭ 1 под действием остаточных внутренних напряжений. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК рц F 03 С 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHAM

ПРИ ГКНТ СССР

И A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4394621/25-06 . (22) 01.02.88 (46) 30.04.90. Бюл. Г 16 (71) Ленинградский кораблестроительный институт (72) Л.В. Остапенко (53) 621.486(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1229419, кл. F 03 G 7/06, 1984.

Авторское свидетельство СССР

В 1484982, кл. F 03 G 7/06, 1986.

2 (54) СПОСОБ РАБОТЫ ИАРТЕНСИТНОГО ДВИГАТЕЛЯ .(57) Изобретение позволяет увеличить долговечность мартенситных двигателей путем устранения или уменьшения пластических деформаций, накопленных в их термочувствительных элементах (ТЭ) в процессе осуществления термоциклов их нагрева и охлаждения под нагрузкой.

В процессе реализации способа ТЭ 1 нагревают электрическим током при включенном выключателе 4 и охлаждают

3 156 при отключении ТЭ \ от источника 5 электроэнергии. В процессе проявления термомеханической памяти ТЭ 1 посредством ролика 6 и вилки 7 перемещает звено нагрузки. После термоциклов, при которых ТЭ 1 находится под на" грузкой, уменьшают нагрузку.на ТЭ 1, например, устраняя сопротивление звена нагрузки перемещению ТЭ 1, и дополнительно осуществляют термоциклы его нагрева и охлаждения при умень0786 4

10 шенной нагрузке, чередуя впоследствии термоциклы нагруженного ТЭ 1 с термоциклами при меньшем уровне его нагрузки. При этом накопленные в процессе работы пластические деформации

ТЭ 1 уменьшаются при термоциклиравании без нагрузки вследствие частичного или полного устранения накопленных искажений микроструктуры материала ТЭ 1 под действием остаточных внутренних напряжений. 4 ил, Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам работы тепловых двигателей с твердыми термочувствительными элементами из матери- 20 ала с термомеханической памятью, и может быть использовано без применения дополнительной технологической оснастки для широкого класса различных матренситных двигателей, в том 25 числе ранее созданных, работающих в разнообразных внешних условиях.

Целью изобретения является увеличение долговечности двигателя путем устранения или уменьшения накопленных 0 пластических деформаций элемента.

На фиг. 1 представлена схема испытаний мартенситного двигателя при осуществлении предлагаемого способа его работы; на фиг. 2 - график зависимости относительной пластической деформации Е > термочувствительных элементов от числа N циклов работы двигателя при реализации термоциклов нагрева и охлаждения элементов под 40 нагрузкой; на фиг, 3 - график зависимости длины 1. термочувствительного элемента от числа N циклов работы двигателя при использовании способа-прототипа (верхняя часть граФика) и пРед- 45 лагаемого способа (нижняя часть графика); нафиг. 4 - экспериментальнополученные графики, иллюстрирующие уменьшение пластической деформации 3 термочувствительных элементов в зависимос- 50 ти от числа N термоциклов их нагрева и охлаждения без нагрузки при осуществлении предлагаемого способа.

Мартенситный двигатель содержит термочувствительный элемент 1 в виде проволоки из материала r, термомеханической памятью - никелида титана.

Элемент 1 обеими концами закреплен на неподвижном основании 2 и электрически изолирован от последнего изоляторами

3. Концы элемента 1 через выключател .

4 соединены с источником 5 электрической энергии. Элемент 1 огибает ролик

6, ось которого продета сквозь вилку

7, соединенную с звеном нагрузки (не показано). В качестве звена нагрузки могут быть использованы груз, пружина, пневмоцилиндр, клапан, насос и т.п.

Звено нагрузки воздействует на вилку

7 усилиями P. В процессе испытаний перемещение вилки 7 измеряют микрометрической головкой 8, шток 9 которой взаимодействует с вилкой 7. Головка 8 закреплена на раме 10.

Двигатель работает следующим образом.

Замыканием и размыканием выключателя 4 осуществляют последовательные термоциклы нагрева элемента 1 при пропускании через него электрического тока и охлаждения элемента 1, отключенного от источника 5 электрической энергии. Холодный элемент Растягивается усилиями P нагрузки, а при нагреве сокращается в результате проявления его памяти, перемещая звено нагрузки и совершая работу против действия усилий Р. В процессе работы под нагрузкой элемент 1 накапливает пластическую деформацию f в соответствии. с графиком, представленным на фиг. 2., В общем случае накопление пластической дефор1 мации Я„ проходит три стадии. На первой стадии (участок а приработки) пластическая деформация развивается очень активно. Это обусловлено пластическим деформированием неудачно ориентированных усилий P зерен сплава, из которого изготовлен элемент

Приблизительно к десятому термоциклу для никелида титана величина пласти45

5 1560 7 ческой деформации E„ за цикл приобретает статистически устойчивый характер и сохраняется постоянной на всем участке б нормальной работы. На этом с участке пластическая деформация „ раз- вивается.за счет генерирования и трансляции дислокаций. На участке происходят износовые явления развития отказа, при этом величина пластической 1, деформации E q за цикл резко увеличивается за счет слияния микротрещин, образующихся по границам зерен особенно на тройных стыках, и охватывающих 2-3 зерна, и образования микротрещин. Обычно третья стадия (участок графика на фиг. 2) длится 10-30 циклов, после чего термочувствительный элемент 1 разрушается.

Таким образом, при реализации спс- 20 соба-прототипа длина Ь элемента 1 по мере увеличения числа N циклов постоянно увеличивается в соответствии с графиком 11, представленным на фиг.3.

Темп, роста длины элемента 1 опредаля- 25 ется уровнем действующих в нем напряжений. Поскольку работоспособность мартенситного двигателя определяется перемещением звена нагрузки в функционально обусловленных границах (например, между открыть1м и закрытым положениями клапана, используемого в качестве звена нагрузки), накопление пластических деформаций элемента 1 может вызвать отказ двигателя раньше, чем разрушится элемент 1, При осуществлении предлагаемого способа после термоциклов, при которых элемент 1 находится под нагрузкой, уменьшают нагрузку на элемент 1, например устраняя сопротивление звена нагрузки перемещению элемента 1, и дополнительно осуществляют термоциклы нагрева и охлаждения последнего при уменьшенной нагрузке, чередуя впоследствии термоциклы нагруженного элемента 1 с термоциклами при меньшем уровне его нагрузки. 8 результате накопленные пластические деформации элемента 1 устраняются или уменьшаются и изменение длины элемента 1 происходит в соответствии с графиком

12, представленным на фиг. 3. При этом на участках графика, обозначенных знаком "+", происходит накопление пластической деформации элемента 1, а на участках, обозначенных знаком

- уменьшение накопленной пластической деформации.

86 6

Овойство уменьшения накопленной пластической деформации при реализации термоциклов нагрева и охаждения разгруженных термочувствительных элементов 1 мартенситных двигателей обнаружено экспериментально. Причиной уме ьшения накопленной пластической деформации является частичное или полное устранение накопленных искажений внутренней микроструктуры материала элементов t под действием остаточ.ных внутренних напряжений при осуществлении термоциклов нагрева и охлаждения разгруженных элементов 1.

Результаты испытания предлагаемого способа приведены на фиг. 4. Испытания проводились с использованием проволочного элемента 1 с исходной длиной 180,5 мм. Напряжения холостого хода в элементе:1 составили 10,6 ИПа.

Было проведено шесть серий опытов, в. которых в элементе 1 под нагрузкой создавались напряжения соответственно 50 4; 63,7; 76,9; 90.2; 103;

117 МПа с увеличением нагрузки. в каждой последующей серии. Уменьшение накопленной пластическо" деформации 8 в этих опытах иллюстрируется соответственно графиками 13, 14, 15, 1б, 17 и 18, представленными на Фиг. 4. После установки нагрузки осуществляли термоциклы нагрева и охлаждения элемента 1, что вызывало накопление пластической деформации. После снятия нагрузки измеряли начальное пластичесудлинение 8„, „, 8„, (, 3,, и III элемента 1 соответственно в каждой серии ойытов. Затем осуществляли термоциклы нагрева и охлаждения разгруженного элемента 1, измеряя после каждого цикла его остаточное удлинение, Йспытания проводили до тех пор, пока остаточное пластическое удлинение не достигало стабильной веI I ( личины. о,, О,, 8,, Р,, 8„, и 3 соответственно для каждой серии опытов.

Как видно из графиков 13 и 14, в первой и второй сериях опытов наблюдалось полное устранение пластической деформации элемента 1, а в остальных опытах - уменьшение остаточных пластических деформаций.

При использовании предлагаемого способа долговечность мартенситного двигателя повышается за счет того, что уменьшение его рабочего хода до предельного допустимого значения из-за

7 1560786 8 накопления необратимыхпластических де- циклов его нагрева и охлаждения при формаций термочувствительныхэлементов номинальной нагрузке элемента и пере1 реализуется при увеличенном числе мещения его в процессе проявления террабочих циклов двигателя. момеханической памяти, о т л и ч а5 ю шийся тем, что, с целью повышения долговечности двигателя путем устранения или уменьшения накопленных пластических деформаций элемента, пеСпособ работы мартенситного двигате,-О риодически уменьшают или снимают наля путем предварительного деформиро» грузку на элемент и чередуют термоци.вания термочувствительного элемента, клы с. номинальной и уменьшенной наосуществления последовательных термо- грузкой.

1560786

Составитель Л. Тугарев

Техред Л.Сердюкова Корректор В. Кабаций

Редактор l0. Середа

Заказ 963 Тираж 357 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

° Ь А

Производственно-издательский комбинат "Патент", г,. Ужгород, ул. Гагарина, 1М