Тепломеханический двигатель

 

Изобретение позволяет повысите удельную мощность тепловых двигателей, в котоpsix для получения механической энергии используются тепловые деформации твердых эпементов, обладающих свойством термомеханической памяти формы, и может найти применение в металлургии, химической промышленности и энергетики для утилизации тепловых отходов производства и тепла геотермальных вод. Сущность изобретенияна цилиндрический ротор 2 надеты с натягом размещенные между его ограничителями 3 кольцевые секции, состоящие из пружин 4 с грузами 5, соединенных между собой посредством теплопзоляторов. Пр вращении ротора 2 пружины 4 попеременно растягиваются в результате их нагрева горячей водой в резервуаре 1 и сжимаются в результате их охлаждения окружающим воздухом после выхода из резервуара . Уменьшение расстояния между гр/зами 5, увлекаемыми пружинами 4, на одной стороне ротора 2 и увеличение расстояния между грузами на другой с гороне ротора вызывает весовой дисбаланс, поддерживающий вращение ротора 2. 2 ил. Часясл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (нs F 03 G 7/Об

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ И ОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/Гадал нее (21} 4857880/06 (22) 07,08,90 (46} 30.10,92. Бюл. М. 40 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургической теплотехники цветной металлургии иогнеупорав "ВЕ", Иэнергоцветмет" и Ленинградский государственный университет (72) Г,Ф.Стрижов, Ю,M.Àáçàëoâ, Ю.С.Грозных. Л.Н,Смирнов, Г. Н, Еловиков, А, Г. Стрижав, M,Я.Ба" алыгин, P.È,Малкова, В,А.Лихачев и В,Ф.Мозгунов (56) 1. Патент США М. 3403238, кл. 337 — 393, опублик, 1968, 2. Авторское свидетельства СССР

М 1094984, кл, F 03 6 7/06, 1984.

3. Оацука К., Симидзу К, и др. Сплавы с эффектом памяти формы. М„Металлургия, 1990, с, 178 — 179. (54) ТЕПЛОМЕХАНИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение позволяет повысить удельную мощность тепловых двигателей, в кото„„SU „„1772414 Al рых для получения механической энергии используются тепловые деформации твердых элементов, обладающих свойством термомеханической памяти формы, и может найти применение B металлургии, химической промышленности и энергетике для утилизации тепловых отходов произв:дства и тепла геотермальных вод. Сущность изобретения: на цилиндрический ротор 2 надеты с натягом размещенные между его ограничителями 3 кольцевые секции, состоящие из пружин 4 с грузами 5, соединенных между собой посредством теплоизоляторов, Пр" вращени«ротора 2 пружины 4 попеременно растягиваются в результате «х нагрева горячей водой в резервуаре 1 и сжимаются в результате их охлаждения окру>кающим воздухом после выхода из резервуара 1, Уменьшение расстояния между грузами 5, увлекаемь1ми пружинами 4, на однсй стороне ротора 2 и увеличение расстояния между гоузами на другой с гороне ротора вызывает весовой дисбаланс, поддерживающий вращение ротора 2. 2 ил.

1772414

10 вод

Изобретение относится к металлургической, химической, энергетической и другим отраслям народного хозяйства, для которых характерно наличие больших объемов нагреваемой технической воды от теплотехнических и технологических агрегатов, Кроме того, оно применимо к технике использования тепла геотермальных вод, Известен тепломеханический двигатель, содержащий частично погруженное в резервуар с горячей водой колесо с радиально расположенными нитиноловыми изогнутыми элементами, обладающими эффектом памяти выпрямленной формы (1), Недостатками этого двигателя являются низкие единичная мощность двигателя и удельная мощность нитиноловых изогнутых элементов, обладающих эффектом памяти формы, Известна конструкция тепломеханического двигателя (2), действующая при утилизации низкопотенциального тепла, Двигатель содержит частично погруженное в резервуар с горячей водой колесо с радиально расположенными изогнутыми нитиноловыми элементами, обладающими эффектом памяти выпрямленной формы.

Нитиноловые элементы дополнительно имеют память растянутой формы в выпрямленном виде и сжатой формы в изогнутом (волнообразном) виде и выполнены в поперечном сечении обтекаемого профиля, Этот двигатель имеет низкую единичную мощность из-за невозможности установки внутри ротора большого количества термочувствительных элементов, а также низкую мощность термочувствительных элементов, выполненных в виде спиц.

Известна конструкция тепломеханического двигателя из класса гравитационных двигателей (3), выбранная в качестве прототипа. Этот двигатель содержит частично погруженный в резервуар с горячей водой ротор с центральным валом, к которому на равном расстоянии и радиально прикреплены одним концом пружины смещения. К свободным торцам пружин прикреплены грузы, одновременно соединенные со спиралями из сплава с эффектом памяти формы, которые другим концом соединены с внутренними стенками ротора.

Прототип имеет следующие недостатки: низкую удельную мощность из-за медленного охлаждения спиралей по причине передачи тепла им от грузов в зоне охлаждения путем теплопроводности: сложность охлаждения спиралей внутри ротора;

50 невозможность установки в роторе достаточно большого количества термочувствительных элементов из-за интенсивного брызговыноса горячей воды в зону охлаждения.

Цель изобретения — повышение удельной мощности тепломеханического двигателя за счет использования низкопотенциального тепла жидких теплоносителей, например технической оборотной воды или подземных геотермальных

Поставленная цель достигается тем, что в тепломеханическом двигателе, содержащем частично погруженный в резервуар с горячей водой цилиндрический ротор с термочувствительными элементами, обладающими эффектом памяти формы и выполненными в виде пружин, соединенных с грузами, согласно изобретению на наружной поверхности ротора выполнены кольцевые ограничители, а термочувствительный элементы соединены между собой посредством допол нительно установленных теплоизоляторов и объединены в замкнутые кольцевые секции, надетые с натягом на ротор и размещенные между его ограничителями.

Размещение кольцевых ограничителей по всей длине наружной поверхности ротора на равных расстояниях позволило переместить термочувствительные элементы и связанные с ним грузы из объема ротора на их поверхность. Количество их может быть резко увеличено, поскольку они изолированы от брызг горячей воды и здесь создаются условия для максимального использования реактивного напряжения от расширения пружин с эффектом памяти формы. достигающего 600-800 МПа. Кроме того, кольцевые ограничители обеспечивают упорядоченное расположение тврмочувствительных элементов и связанных с ними грузов и теплоизоляторов, Таким образом, кольцевые секции состоят из замкнутых систем. состоящих из последовательно расположенных пружины — теплоизолятора — груза — теплоизолятора — пружины — теплоизолятора— груза и т.д.

Наличие теплоизоляторов в кольцевых секциях предохраняет пружины от нагрева от массивных грузов в зоне охлаждения, где они еще несут значительное кол иче< тво тепла.

В итоге достигают интенсивную скорость охлаждения пружин, увеличенный момент кручения, а следовательно, и повышенную удельную мощность двигателя.

1772414

На фиг,1 представлен общий вид тепломеханического двигателя; на фиг.2 — разрез

А — А на фиг.1.

Двигатель содержит резервуар 1 с горячей водой, в который частично погружен цилиндрический ротор 2. На наружной поверхности ротора 2 размещены кольцевые ограничители 3. На каждой дорожке, образуемой между двумя параллельно стоящими ограничителями 3, на ротор 2 надета с натягом кольцевая секция, состоящая из термочувствительных элементов, выполненных в виде пружин 4, последовательна соединенных с грузами 5, а также соединенных между собой посредством дополнительно установленных теплоизаляторов 6, Количество кольцевых секций определяется мощностью двигателя.

Пружины 4 изготавливаются из сплавов с эффектом памяти формы, для этого чаще всего используют нити<.ол, В качестве грузов 5 с помощью которых по периметру ротора соединены термачувствительные элементы — и;:.нжлнь< 4 и теплоизоляторы 6, могут быть применены шары. ролики или другие фигуры из простого металла, керамики ипи метаплокерамики.

Ротор 2 оснащен валом 7, опирающимся на станину 8 и одним концом . аединон ным через редуктор с мотор-генератором.

Тепломеханический дви<атепь работает следующим образом.

В резервуар 1 подается горя <ая вода, например, от охлаждающих устро1cTB металлургических печей при температуре 6070 С, B период пуска, т.е, в начальный момент, ротор 2 приводят во вращение с помощью внешних усилий (вручную или специальным движком), При дасти>кении скорости вращения ротора 2, например, 15 об/м теппамеханический двигатель переходит в самостоятельный режим работы и он сам начинает выдавать энергию на выходном валу 7 за счет сип, создаваемых термачувствительными элементами — пружинами 4. изготовленными из нитинопа, т.е. сплава с эффектом памяти формы, с заданной температурой, при которой происходит растяжение пружин (30 — 35 С).

Над резервуаром 1, где температура воздуха составляет 15-20"С, пружины 4 охлаждаются, полностью сжимаются и сдвигаются друг к другу вместе с грузами 5 и теплоизоляторами 6. Благодаря концентрации большой массы пружин 4, грузов 5 и теплаизоляторов 6 в зоне охлаждения, а особенно E.o второй ее половине, создается сопротивление дпя их движения па поверхности ротора 2. Соответствующий участок каждой кольцевой секции из пру><ин 4, гру5 зав 5 и таппоизопятаров 6 здесь только вращается и гкорасть этого вращения равна скорости вращения ро;ара 2.

Далее при вращении по ходу часовой стрелки пружины 4 стапкива<отся с поверхl0 настью горячей воды B резервуаре 1. Погружаясь в воду и проходя через ее объем, пружины 4 в силу заложенной памяти формы растягиваются, увлекая за собой грузы 5 и теппаизоляторь< 6.

15 В зоне нагрева скорость движения соответству<ощего участка каждой кольцевой секции, состоящей из пружин 4, грузов 5 и теппоизоляторов 6, значительно выше скорости вращения ротора 2.

20 При входе в зону охлаждения начинается повторный цикл сжатия пружин 4 и протекание соответствующих этому процессов подтягивания друг к другу грузов 5 и теплоизоляторов 6.

25 Образуемый весовой дисбаланс за счет сосредоточения массы пружин 4, грузов 5 и теплоизапяторов 6 в зоне охлаждения и ее рассредоточения в зоне нагрева =оздает мощный момент вращения ротора 2, а сле30 давательно. и ввпа 7, связаннога с мотор-гене аатарсм.

Применение тепламеханическаго двигателя обеспе «<вае по сравнению с прототипом следуюгцие преиму<цества;

35 повышение удельной мощности, получение электроэнергии в промышленных масштабах за счет использования низкапотенциапьного тепла >жидких теплоносителей, например оборотной технической воды или

40 геатермапьных вод.

Формула изобретения

Тепломеханический двигател, содержащий части <но погруженный в резервуар с горячей водой цилиндрический рот:р с тер45 Mo<увствитепьнь<ми элементами, c 6ëàäàþщими эффектом памяти формы, и выполненным<л в виде пружин, соединенных с грузами, отличающийся тем, что, с целью повышения удельной мощно50 сти. на наружной поверхности ротора выполнены кольцевые ограничители, термочувствитепьнь е элементы соединены между собой посредством дополнительно установленных теплоизоляторов и объеди55 нены B замкнутые кольцевые секции. надетые с натягами на ротор и размещенные между его ограничителями.

Составитель Г. Стрижов

Техред М,Моргентал Корректор,И. Шмакова

Редактор

Производственно-иэдательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3827 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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