Двигатель с внешним подводом тепла

 

Использование: энергетика, в частности преобразователи тепловой энергии в механическую. Сущность изобретения: двигатель содержит корпус и ротор, состоящий из двух соосных одинаковых дисков с центральными отверстиями, находящихся в корпусе с возможностью вращения, термочувствительные элементы в виде радиальных пластин, последовательно связанных между собой через плоские тяги, каждая из которых связана парой шариков с диском с возможностью ее радиальных перемещений. Каждая тяга одним концом подпружинена относительно диска у его центрального отверстия, а другим концом находится в одном из углублений одного из колец, связанных зубчатыми передачами с одинаковыми передаточными отношениями с выходным валом, зубчатые передачи имеют по их начальным окружностям цилиндрические поверхности. Двигатель имеет генератор тепла с выходом его горячих газов в зону нахождения пластин, которые имеют удлинения в виде лопаток. 7 ил.

Изобретение относится к преобразованию тепловой энергии в механическую за счет тепловых деформаций термочувствительных твердых элементов и может быть использовано в качестве привода в различных областях народного хозяйства.

Известны различные двигатели с внешним подводом тепла. Например, тепловой двигатель [1], содержащий корпус, в котором эксцентрично один относительно другого установлены с возможностью вращения два стаканообразных барабана, шарнирно соединенных между собой тепловыми элементами и зубчатой передачей, выполненной в виде двух идентичных зубчатых колес, каждое из которых соосно прикреплено к одному из барабанов, и промежуточное зубчатое колесо, введенное в зубчатое зацепление с каждым из зубчатых колес барабанов.

Недостатками двигателя являются его малая жесткость конструкции и невозможность получения больших крутящих моментов на вале отбора мощности.

Известен двигатель с внешним подводом тепла [2], содержащий корпус и ротор с двумя эксцентричными кольцами, связанными с выходным валом зубчатой передачей, выполненной в виде двух зубчатых венцов, связанных друг с другом внутренним зубчатым зацеплением, одно из колец выполнено в виде зубчатого венца передачи и втулки, соединенных между собой термочувствительными элементами в виде тонкостенных лопаток, а второй зубчатый венец передачи выполнен на другом кольце, и втулка выполнена в виде двух обручей, выполненных один в другом с зазором, на одном обруче выполнены осевые канавки, а на другом - выступы, взаимодействующие с канавками.

Существенным недостатком двигателя является его малая надежность из-за передачи крутящего момента непосредственно через термочувствительные элементы с изгибающим моментом на них.

Целью изобретения является повышение надежности работы. Применение предложенного двигателя позволяет иметь простой и надежный в работе двигатель с внешним подводом тепла, через термоэлементы в котором не передается крутящий момент.

Цель достигается тем, что двигатель выполнен из корпуса и ротора, составные части которого связаны между собой термочувствительными элементами и с выходным валом посредством зубчатых передач с одинаковыми передаточными отношениями, генератора тепла. Составные части ротора выполнены в виде соосных дисков с центральными отверстиями, между которыми радиально установлены термочувствительные элементы, выполненные в виде пластин, шарнирно установленных и последовательно связанных между собой через тяги. При этом последние связаны с дисками через пары шариков, размещенных в радиальных канавках, выполненных равномерно по окружности на дисках и тягах. Тяги одним концом подпружинены относительно дисков со стороны центрального отверстия, а другим установлены в углублениях одного из двух колец, связанных с выходным валом зубчатыми передачами с одинаковыми передаточными отношениями, на зубчатых венцах которых по начальным окружностям выполнены цилиндрические поверхности. Термочувствительные элементы выполнены удлиненными по обе стороны от шарнирных соединений.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого двигателя, частичный разрез в верхней части; на фиг. 2 - зубчатое зацепление кольца с выходным валом, продольный разрез; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - тяга, ее шарнирная связь с пластинами, а также с кольцом и кольцевым выступом диска; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 4; на фиг. 6 - схема расположения кольца относительно диска и зубчатого венца выходного вала при холодном двигателе; на фиг. 7 - то же, при работающем двигателе.

Двигатель содержит корпус 1, ротор 2. Ротор 2 состоит из двух параллельных соосных одинаковых дисков 3 с центральными отверстиями 4, находящихся с возможностью вращения в корпусе 1. Между дисками 3 радиально равномерно по окружности находятся термочувствительные элементы в виде тонкостенных пластин 5 толщиной 0,5-7 мм и имеющие изгиб все в одном направлении в плоскости вращения дисков 3 с одинаковым радиусом длиной 50-3000 мм при выполнении их биметаллическими, например из металлических пар: дюралюминий - титан или вольфрам; или при выполнении их по изогнутости с термомеханической памятью, например, из нитинола или титано-никелевого сплава. При выполнении пластин 5 из металла, имеющего только большую теплопроводность и большой коэффициент линейного расширения, например, из дюралюминия, они изгиба не имеют. Пластины 5 по их обоим концам последовательно шарнирами 6 и 7 связаны друг с другом через плоские тяги 8, находящиеся по их боковым торцам. В двух углублениях 9 на тяге 8, расположенных по средней линии ее, находятся по шарику 10, находящихся совместно в одной из радиальных канавок 11, выполненных равномерно по окружности на плоской поверхности диска 3. Тяги 8 через цилиндрические пружины 12 связаны с кольцевыми выступами 13, по одному выполненными у осевого отверстия 4 на дисках 3. Другим своим концом тяги 8 находятся на посадке с возможностью вращения и скольжения по их внутренней цилиндрической и плоским поверхностям с одним из двух колец 14 своим выступом 15 в углублении 16 на поверхности кольца 14. Каждое кольцо 14 имеет зубчатый венец 17, которым оно находится во внешнем зубчатом зацеплении с одним из двух одинаковых зубчатых венцов 18 выходного вала 19. Обе передачи имеют одинаковые передаточные отношения. Зубчатые венцы 17 и 18 по их начальным окружностям имеют соответственно цилиндрические поверхности 20 и 21. Вал 19 связан с корпусом 1 подшипником 22. Пластины 5 имеют удлинения в обе стороны в виде лопаток 23 и 24, создающих жесткость пластин 5 вдоль оси двигателя соответственно в районе шарниров 6 и 7. Двигатель имеет генератор 25 тепла, раструб 26 которого находится внутри корпуса 1 и обеспечивает выход общего потока горячих газов от генератора 25 тепла шириной, равной ширине пластин 5, и по дуге отверстия 4 в 105-185^о. Корпус 1 по его частям, расположенным по обе стороны от пластин 5, жестко скреплен стойками 27. Осевая линия потока горячих газов из раструба 26 пересекает прямую линию, проходящую через оси дисков 3 и вала 19, под углом α, равным 10-80^о. Для соединения в зубчатые зацепления зучбатых венцов 17 и 18 в корпусе 1 имеются вырезы 28.

Двигатель работает следующим образом.

При запуске двигателя вначале приводится во вращение выходной вал 19, например, стартером (не показан). Вместе с валом 19 через зубчатое зацепление зубчатых венцов 17 и 18 синхронно вращаются оба кольца 14 из-за равенства передаточных отношений обеих передач на них. Через углубления 16 на кольце 14 и выступы 15 на тягах 8 вращение передается на тяги 8, а через шарики 10, углубления 9 и канавки 11 вращение передается и на диски 3. Затем включается в работу генератор 25 тепла. Поток горячих газов из раструба 26 проходит между пластинами 5. Радиальному движению потока горячих газов меду пластинами 5 активно способствуют лопатки 23 и 24 (на фиг.3 показано стрелками). Пластины 5 этим потоком нагреваются и выполненные из биметаллов или металлов с термомеханической памятью выпрямляются, а выполненные из металлов с большой теплопроводностью и большим коэффициентом линейного теплового расширения - удлиняются. Это приводит к эксцентриситету а между осями колец 14 и дисков 3, величина которого тем больше, чем больше выпрямление или удлинение пластин 5 в зоне их нагрева генератором 25 тепла по сравнению с той длиной, выгибанием которую они получают в обратном порядке после прохождения этой зоны нагрева, и обдуваясь за счет вентиляторного действия лопаток 23 и 24, прогоняющего окружающий воздух между ними, который их охлаждает. Движение окружающего воздуха между пластинами 5 на фиг.3 показано стрелками. Стойки 27 корпуса 1 имеют небольшое сечение и движению и горячего, и холодного потоков не мешают. При этом происходит возвратное вращение тяг 8 их выступами 15 в углублениях 16 кольца 14 и упругие деформации пружин 12. Создание и увеличение эксцентриситета а создает и смещение полюса Р зацепления зубчатых венцов 17 и 18, что приводит к созданию крутящего момента, величина которого тем больше, чем больше это смещение. Направление этого крутящего момента и вращение вала 19 на фиг.7 показано стрелкой. Оно должно совпадать с направлением вращения вала 19 и от стартера. Достаточно большая величина эксцентриситета а обеспечивается тем, что пластины 5 связаны последовательно между собой тягами 8, которые не изменяют своей длины в процессе работы двигателя, поэтому каждая последующая пластина 5 присоединяет свое удлинение в радиальном направлении (или укорочение) к тому изменению длины общей в радиальном направлении для всех предыдущих пластин 5 с одинаковым направлением изменения их длины. При остановке двигателя вначале отключается генератор 25 тепла, а затем после остывания пластин 5 останавливается вал 19. Это необходимо для предотвращения поломок в двигателе от очень больших воздействий со стороны пластин 5 на увеличение эксцентриситета а при замедлении прохождения пластин 5 через зону генератора 25 тепла.

Формула изобретения

ДВИГАТЕЛЬ С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛА, содержащий корпус и ротор, составные части которого связаны между собой термочувствительными элементами и с выходным валом посредством зубчатых передач с одинаковыми передаточными отношениями, генератор тепла, отличающийся тем, что составные части ротора выполнены в виде соосных дисков с центральными отверстиями, между которыми радиально установлены термочувствительные элементы, выполненные в виде пластин, шарнирно установленные и последовательно связанные между собой через тяги, при этом последние связаны с дисками через пары шариков, размещенных в радиальных канавках, выполненных равномерно по окружности на дисках и тягах, кроме того, тяги одним концом подпружинены относительно дисков со стороны центрального отверстия, а другим установлены в углублениях одного из двух колец, связанных с выходным валом зубчатыми передачами с одинаковыми передаточными отношениями, на зубчатых венцах которых по их начальным окружностям выполнены цилиндрические поверхности, при этом термочувствительные элементы выполнены удлиненными по обе стороны от шарнирных соединений.

РИСУНКИ

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