Преобразователь температуры в перемещение

 

Использование: в системах терморегулирования. Сущность изобретения: в корпус с термочувствительным твердым наполнителем частично введен плунжер, охваченный упругим уплотнительным элементом в виде колпачка, закрепленным в корпусе. Наружная и внутренняя поверхности колпачка выполнены в виде правильных многогранников с вогнутыми гранями, что сводит к минимуму деформации и напряжения в материале упругого элемента, обеспечивая его высокую циклопрочность. 8 ил.

Изобретение относится к терморегуляторам и может быть использовано в качестве термопривода.

Известен термопривод, содержащий капсулу, заполненную термочувствительным наполнителем и имеющую по меньшей мере одно осевое отверстие, а также плунжер, частично погруженный через это отверстие в полость капсулы, и эластичную чулочную мембрану, расположенную в полости капсулы и герметично отделяющую наполнитель от плунжера.

Данное устройство основано на преобразовании гидравлического давления, создаваемого в полости капсулы наполнителем вследствие его расширения под действием подвода тепла, подводимого извне, в осевое перемещение плунжера путем выдавливания через чулочную мембрану его конца, погруженного в полость капсулы. При этом вначале мембрана плотно облегает плунжер, а затем, по мере его выталкивания, сжимается в части, из которой оказался выдавлен плунжер, до полного "схлопывания" сечения внутреннего канала.

Для работоспособности и циклопрочности мембраны весьма важно, чтобы изменение формы сечения канала и самой мембраны по мере выхода из нее плунжера было бы, во-первых, заранее организовано и, во-вторых, происходило с минимальными напряжениями в ее материале.

Первая задача решается в известной конструкции двухсторонним закреплением в капсуле мембраны со сквозным внутренним каналом.

Вторая же задача не решается в известной конструкции, поскольку в точках внутреннего канала мембраны, ставших при "схлопывании" его сечения концами оставшейся щели, происходит излом материала практически с нулевым радиусом под углом почти 180^о от исходного состояния. При возврате плунжера в свое исходное положение материал мембраны распрямляется в этих точках в первоначальное состояние. Переменные деформации и напряжения материала в этих точках весьма велики и при повторении циклов срабатывания силового элемента приводят к образованию трещин и выходу мембраны, а следовательно, и всего элемента из строя.

В то же время, если зафиксировать конструктивно точки таких перегибов материала мембраны и ограничить в них изгибную деформацию стенок, то можно существенно повысить циклопрочность элемента подобного типа.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является преобразователь температуры в перемещение, содержащий корпус, в котором размещен упругий уплотнительный элемент в виде колпачка (эластичная чулочная мембрана), во внутренний продольный канал которого, сопряженный с осевым отверстием, выполненным в корпусе, частично погружен плунжер, а внешняя поверхность колпачка, выполненная в виде правильного многогранника, образует с внутренними стенками корпуса полость, заполненную термочувствительным наполнителем.

Недостатком известного устройства является быстрый износ упругого уплотнительного элемента в виде многогранного колпачка с продольным каналом круглого сечения из-за излома материала колпачка на внутренней поверхности канала при схлопывании последнего по мере вытеснения плунжера.

Цель изобретения - повышение надежности устройства за счет снижения напряжений в материале упругого уплотнительного элемента.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве внутренний продольный канал мембраны выполнен в форме правильного многогранника.

На фиг. 1 - продольный разрез устройства; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез Б-Б при повышении давления в корпусе устройства; на фиг. 5 - продольный разрез второго варианта исполнения устройства; на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 5; на фиг. 7 - продольный разрез третьего варианта исполнения устройства; на фиг. 8 - продольный разрез четвертого варианта исполнения устройства.

Корпус 1 преобразователя температуры в перемещение с днищем 2 (фиг. 1,5,7) или двумя днищами 2 и 3 (фиг. 8) имеет одно осевое отверстие 4 (фиг. 1,5) или два осевых отверстия 4 и 5 (фиг. 7,8). Внутренняя полость корпуса 1 заполнена термочувствительным наполнителем 6 (например, церезином или воском), увеличивающим свой объем при плавлении.

Через отверстие 4 (фиг. 1,5) или отверстия 4 и 5 (фиг. 8) в корпус частично входит цилиндрический плунжер 7, рабочий конец 8 которого с ограничительным буртом выступает из корпуса наружу и служит для соединения с управляемым устройством.

Упругий наполнительный элемент в виде колпачка 9 (эластичная чулочная мембрана) завальцован одним концом (фиг. 1,5) или обоими концами (фиг. 7,8) между корпусом 1 и днищем 2 (днищами 2 и 3) и осуществляет герметизацию полости корпуса, заполненной термочувствительным наполнителем 6. Внутренний канал 10 мембраны 9 охватывает часть плунжера, погруженную в корпус. Внешняя поверхность мембраны 9 и ее внутренний канал 10 выполнены в виде правильных многогранников с продольными ребрами 11 и вогнутыми боковыми гранями 12 (фиг. 3).

При сборке устройства, после заполнения корпуса 1 наполнителем 6 и завальцовки днища (днищ), плунжер 7 вставляется в канал 10 колпачка (мембраны) 9. При этом он может несколько раздвинуть его боковые стенки. Затем выполняется операция удаления вредного внутреннего объема корпуса путем нанесения специальным приспособлением продольных вмятин 13 на его боковых стенках при удержании плунжера в положении максимального погружения в корпус. При этом сечение части внутреннего канала 10, свободное от плунжера 7, изменяется до показанной на фиг. 4 трехлучевой щели, в часть канала 10, охватывающая плунжер 8, плотно его облегает, выбирая пустоты, как показано на фиг. 2.

Поскольку боковые грани 12 отформованы вогнутыми, то в районе ребер 11 они образуют между собой в свободном состоянии острый угол. Благодаря этому при обжатии корпуса в ходе сборки, как описано выше, они, сложившись в щель, как показано на фиг. 2 и 4, создают в материале колпачка 9, в районе ребер 11, небольшие деформации и напряжения.

При нагреве корпуса 1 возрастающее гидравлическое давление наполнителя 6 создает направленное вверх результирующее усилие, воздействующее на торец плунжера 7 (фиг. 1,5,7) или на переходный конус между его двумя диаметрами (фиг. 8). Под его воздействием плунжер 7 совершает рабочий ход, выдвигаясь из корпуса. При этом сечение канала 10 в основной, средней части колпачка 9 по мере выхода из него плунжера переходит из конфигурации, показанной на фиг. 2, в конфигурацию, показанную на фиг. 4 для вариантов устройства по фиг. 1,5 и 7, или уменьшает площадь при переходе в варианте устройства по фиг. 8 с большого на малый диаметр плунжера. При снижении давления наполнителя 6 или уменьшении его объема плунжер 7 под действием внешнего осевого усилия возвращается внутрь корпуса 1, раздвигая стенки канала 10 до исходного состояния.

Как видно из сравнения сечений на фиг. 2 и 4, изменение формы канала 10 в ходе циклов срабатывания не затрагивает зоны ребер 11 и сопровождается минимальными известными деформациями граней 12, а, следовательно, минимальными напряжениями в них. Это обеспечивает высокую циклопрочность упругого уплотнительного элемента, надежность и долговечность данного устройства.

В варианте на фиг. 5 колпачок 9 имеет массивный торец (сечение которого показано на фиг. 6), прилегающий к глухому днищу корпуса 1. Это предотвращает осевое смятие колпачка давлением наполнителя 6 во время рабочего хода плунжера 7.

Вариант на фиг. 7 имеет завальцованный в стенках корпуса 1 конец колпачка 9, что надежнее, чем в варианте на фиг. 5, предотвращает его осевое смятие.

Вариант на фиг. 8 отличается от предыдущих наличием второго днища 3, ввиду чего закрепление колпачка 9 в двух концах корпуса становится особо надежным, а также ступенчатым плунжером 7. При некоторой потере активной торцевой площади плунжера за счет его выходящего вниз тонкого конца данная конструкция обладает существенным преимуществом четкой осевой центровки плунжера. В вариантах (фиг. 1,5,7) задачу центровки плунжера выполняют приводимые им в действие внешние устройства. (56) Патент США N 2915900, кл. 73-368.3, 1964.

Авторское свидетельство СССР N 626364, кл. G 01 K 5/32, 1976.

Формула изобретения

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ В ПЕРЕМЕЩЕНИЕ, содержащий корпус, в котором размещена эластичная чулочная мембрана, во внутренний продольный канал которой, сопряженный с осевым отверстием, выполненным в корпусе, частично погружен плунжер, установленный в контакте со стенками канала, а внешняя поверхность мембраны, выполненная в виде правильного многогранника, образует с внутренними стенками корпуса полость, заполненную термочувствительным наполнителем, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности преобразователя за счет снижения напряжений в материале эластичной чулочной мембраны, ее внутренний продольный канал колпачка выполнен в виде правильного многогранника с вогнутыми гранями, аналогичными по форме граням внешней поверхности мембраны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8