Двигатель с внешним подводом тепла

 

Двигатель с внешним подводом тепла относится к преобразователям тепловой энергии в механическую за счет тепловых деформаций термочувствительных твердых элементов и может быть использован в качестве привода в различных областях народного хозяйства. Целью изобретения является повышение надежности работы. Двигатель выполнен из корпуса 1, ротора 2, составленного из двух соосных дисков 3 с центральными отверстиями 4, находящихся в корпусе с возможностью вращения и связанных между собой термочувствительными элементами в виде тонкостенных лопаток 6. Каждый диск связан с корпусом шариками 7, каждый из которых находится в одной из радиальных канавок 8, равномерно выполненных по центральной окружности на диске, и в кольцевой канавке 9. эксцентрично выполненной на корпусе. Эксцентриситет кольцевой канавки относительно диска равен половине длины радиальной канавки, а радиус осевой линии-окружности кольцевой канавки равен радиусу окружности, на которой находятся средние точки радиальных канавок. Радиальные канавки выполнены с равномерно изменяющейся от одного их конца к другому te

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ IF СКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю F 03 G 7/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

k (21),4939172/23 (22) 27.05.91 (46) 07.04.93. Бюл. М 13 (76) Г, И, Измалков (56) Авторское свидетельство СССР

М 1222882, кл, F 03 G 7/06, 1986.

Авторское свидетельство СССР

1Ф 1509561, кл. F 03 G 7/06, 1989. (54) ДВИГАТЕЛЬ С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛА (57) Двигатель с внешним подводом тепла относится к преобразователям тепловой энергии в механическую за счет тепловых деформаций термочувствительных твердых элементов и может быть использован в качестве привода в различных областях народного хозяйства. Целью изобретения является повышение надежности работы.

Двигатель выполнен из корпуса 1, ротора 2, „„5U „1808101 АЗ составленного иэ двух соосных дисков 3 с центральными отверстиями 4, находящихся в корпусе с возможностью вращения и связанных между собой термочувствительными элементами в виде тонкостенных лопаток 6. Каждый диск связан с корпусом шариками 7, каждый из которых находится в одной из радиальных канавок 8, равномерно выполненных по центральной окружности на диске, и в кольцевой канавке 9. эксцентрично выполненной на корпусе, Эксцентриситет кольцевой канавки относительно диска равен половине длины радиальной канавки, а радиус осевой линии-окружности кольцевой канавки равен радиусу окружности, на которой находятся средние точки радиальных канавок. Радиальные канавки выполнены с равномерно изменяющейся от одного их конца к другому

1808101

35

45 глубиной, а кольцевая канавка от одной ее точки осевой линии к другой — диаметрально расположенной, Шарики выполнены с возможностью качения Ilo кольцевой канавке в одну сторону, а по радиальным канавкам— возвратно в обе стороны с постоянным с ними контактом. Оба диска связаны с выИзобретение относится к преобразованию тепловой энергии в механическую эа счет тепловых деформаций термочувствительных твердых элементов и может быть использовано в качестве привода в различных областях народного хозяйства.

Целью изобретения является повышение надежности работы.

На фиг. 1 схематично показан предложенный двигатель, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг, 1; на фиг. 3— схема взаимного расположения радиальных канавок, кольцевой канавки и шариков, находящихся в них, в увеличенном масштабе.

Двигатель содержит корпус 1, ротор 2, Ротор 2 состоит из двух одинаковых параллельных соосных дисков 3 с центральными отверстиями 4, связанных с корпусом 1 подшипниками 5 качения, Между собой диски 3 связаны тонкостенными лопатками 6 с толщиной 0,5 — 7 мм и имеющими изгиб все в одном направлении в плоскости перпендикулярной плоскости вращения дисков 3 с одинаковым радиусом длиной 50-3000 мм при выполнении их по изогнутости биметаллическими, например, из металлических пар: дюралюминий — титан или вольфрам; или при выполнении их по изогнутости с термомеханической памятью, например, из нитинола или титано-никилеевого сплава.

При выполнении лопаток 6 из металла, имеющего только большую телпопроводность и большой коэффициент теплового линейного расширения, например, из дюралюминия, они изгиба не имеют, Каждый диск 3 с корпусом 1 связан с шариками 7, каждый из которых находится в канавке 8, выполненной радиально по осевой окружности с равномерным шагом на диске 3, и в кольцевой канавке 9 общей для всех шариков 7, выполненной на корпусе 1 эксцентрично с эксцентриситетом "а" диску 3; равным половине длины канавки 8. по которой перемещается центр шарика 7. Канавки 8 и 9 имеют плавное изменение их глубины, При этом все наибольшие глубины в канавках 8 находятходным валом зубчатыми передачами с одинаковыми передаточными отношениями, Двигатель имеет нагреватель, в зоне которого находится часть кольцевой канавки с одним и тем же направлением изменения ее глубины. Ниже нагревателя находится генератор тепла, 3 ил. ся на одном их конце по отношению к оси диска 3, а наибольшие — на другом. Наибольшая (точка "б") и наименьшая (точка "в") глубины в канавке 9 находятся диаметрально друг другу. Осевая линия канавки 9 идентчина осевой окружности диска 3, проходящей через середины канавок 8. Разность между этими наибольшей и наименьшей глубинами может достигать величины, равной 0,7 диаметра шарика 7. Диски 3 имеют зубчатые венцы 10, которыми они находятся во внутреннем. зубчатом зацеплении с одинаковым передаточным отношением с зубчатыми венцами 11, жестко связанными с выходным валом 12, связанным с корпусом 1 подшипником 13. Двигатель имеет нагреватель 14, находящийся в кольцеобразном пространстве корпуса 1, заполненном теплоносителем — воздухом и в котором находятся лопатки 6 по одной из частей канавки 9, по которой изменение глубины идет между точками "б" и в". Нагреватель 14 имеет теплообменные трубки(на чертеже не показаны), заполненные теплоносителем. например, жидким металлом NaK, связанные с генератором 15 тепла, находящимся ниже нагревателя 14 и выполненным, например, в виде камеры сгорания. Обе части корпуса 1, находящиеся по обе стороны от лопаток 6 для его целости и жесткости связаны между собой стойками 16.

Двигатель работает следующим образом, При запуске двигателя вначале приводится во вращение выходной вал 12, например, стартером (на чертеже не показан).

Вместе с валом 12 через зубчатые венцы 11 и 10 вращаются с одинаковой угловой скоростью диски 3 с лопатками 6, так как оба зубчатые зацепления имеют одинаковые передаточные отношения. Затем включается в работу генератор 15 тепла и за счет конвективной циркуляции теплоносителя NaK (на фиг. 2 показано стрелками) осуществляется нагрев воздуха в пространстве корпуса 1, охваченном нагревателем 14. Нагретый воздух передает тепло лопаткам 6 в направле1808101 нии, показанном на фиг. 1 стрелками. Лопатки 6, охваченные нагревателем 14, при выполнении их из биметалла или металла с термомеханической памятью выпрямляются. а при выполнении их из металла с больIQoA телпопроводностью и большим коэффициентом теплового линейного расширения удлиняются, Это создает усилие со стороны лопаток 6 на диски 3 в нагревателе

14, При этом диски 3 через шарики 7 взаимодействуют с корпусом 1. Это взаимодействие приводит к возникновению тангенсиальной составляющей этого усилия в сторону движения шариков 7 по канавке 9 по направлению увеличения ее глубины. Так как все лопатки 6, находящиеся в нагревателе 14. находятся по одну сторону от диаметра канавки 9, соединяющего точки "б" и "в", то и направление всех этих тангенсиальных составляющих одинаково. Эти тангенсиальные составляющие создают крутящий момент в одну сторону, который через зубчатые венци 10 и 11 передается на вал 12.

При движении лопаток 6 за пределами нагревателя 14 они вступают в теплообмен с окружающим воздухом. Теплообменам лопаток 6 при их нагреве и при охлаждении способствует движение воздуха за счет их угла атаки в направлении, показанном на фиг. 1 стрелками, Это приводит к тому, что крутящий момент создается лопатками 6 только в нагревателе 14. Величина крутящего момента на валу 12 изменяется прямо пропорционально моменту сопротивления нагрузки. При остановке двигателя вначале отключается генератор 15 тепла, и затем после остывания лопаток 6 останавливается вал 12. Это необходимо для предотвращения поломок в двигателе от очень больших воздействий со стороны лопаток 6 в нагревателе 14 при замедлении их прохождения через нагреватель 14.

Применение предложенного двигателя позволяет иметь простой и надежный двига5 тель с внешним подводом тепла, через термочувствительные элементы в котором не передается крутящий момент.

Формула изобретения

Двигатель с внешним подводом тепла.

10 содержащий корпус и ротор, составные vaсти которого связаны между собой термочувствительными элементами в виде тонкостенных лопаток и с выходным валом зубчатыми передачами с одинаковыми пе15 редаточными отношениями. а также нагреватель с генератором тепла, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежности в работе. составные части ротора выполнены в виде двух одинаковых

20 соосных дисков с центральными отверстиями, установленных в корпусе с возможностью вращения и связанных с ним через шарики, размещенные по одному в радиальных канавках, выполненных с равномерным

25 шагом вдоль осевой окружности на диске, и в кольцевой канавке. выполненной эксцентрично диску на корпусе с радиусом ее осевой линии-окружности, проходящей через средние точки радиальных канавок диска, 30 причем радиальные канавки выполнены с равномерно изменяющейся от одного конца к другому глубиной, а кольцевая канавка— от одной ее точки осевой линии к другой диаметрально расположенной и обратно, а

35 шарики выполнены с воэможностью постоянного контакта и качения по кольцевой и радиальным канавкам, при этом в зоне нагревателя расположена часть кольцевой канавки с одним направлением изменения ее

40 глубины.

1808101

Составитель Г. Измалков

Редактор С. Кулакова Техред М,Моргентал Корректор А. Мотыль

Заказ 1399 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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