Тепломеханический преобразователь



Тепломеханический преобразователь
Тепломеханический преобразователь
Тепломеханический преобразователь

 


Владельцы патента RU 2442906:

Ясаков Николай Васильевич (RU)

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к нетрадиционным преобразователям тепловой энергии в механическую работу. Тепломеханический преобразователь содержит установленный в подшипниках вал, теплочувствительные элементы, а также зоны нагрева и охлаждения. Преобразователь имеет связанный с теплочувствительными элементами опорный фланец, опирающийся через подшипник на наклонный фланец вала. С валом жестко связан золотник, управляющий потоками нагревательного и охлаждающего теплоносителей к теплочувствительным элементам. Изобретение позволяет упростить конструкцию теплового преобразователя. 3 ил.

 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к нетрадиционным преобразователям тепловой энергии в механическую работу. Оно может быть применено в приводах электрических агрегатов, насосно-компрессорного и другого оборудования промышленного, сельскохозяйственного и иного назначения как на стационарных, так и на мобильных объектах с преимущественным использованием возобновляемых природных энергоресурсов, а также энергии теплосодержащих выбросов в окружающую среду.

Известен целый ряд конструкций преобразователей тепловой энергии в механическую в виде двигателей - от поршневых паровых машин и двигателей внутреннего сгорания до самых современных турбин. Такие двигатели, особенно их последние поколения, отличаются надежностью, компактностью, высокой удельной мощностью и хорошими маневровыми возможностями.

Главными же недостатками этих двигателей является сложность их конструкции и обусловленная этим высокая стоимость их производства и эксплуатации, а также необходимость в сжигании дорогостоящего топлива, связанном к тому же с химическим, тепловым и шумовым загрязнением окружающей среды и экологически вредными процессами производства самого топлива.

Известны нетрадиционные тепловые двигатели (а.с.: SU 478123, кл. F03G 7/06, 1973; SU 709830, кл. F03G 7/06, 1978; SU 987162, кл. F03G 7/06, 1981; SU 1307084, кл. F03G 7/06, 1987), однако из-за несовершенства конструкции они не нашли практического применения.

Известен тепловой двигатель (прототип), содержащий барабан, установленный на горизонтальной оси с возможностью вращения, термобиметаллические элементы и источники тепла, размещенную внутри барабана систему диаметрально расположенных прямых закрытых трубок, частично заполненных жидкостью, равномерно удаленных друг от друга в окружном направлении, соответственно смещенных друг за другом в направлении оси барабана и упруго закрепленных своими концами в установленных на внутренней поверхности барабана втулках, в которых размещены термобиметаллические элементы, имеющие возможность теплообмена с источниками тепла и охлаждающим пространством (см. патент RU 2200252 С2, кл. F03G 7/06, 2001).

Недостатком данного двигателя является его громоздкость и массивность при низкой эффективности преобразования энергии, поскольку теплочувствительные элементы в данной конструкции не способны быстро нагреваться и охлаждаться в реальном режиме работы двигателя из-за чрезмерного экранирования их втулками и самим барабаном.

Целью изобретения является создание простой и универсальной конструкции тепловых двигателей, работающих от любых источников тепла и пригодных к практическому использованию в самых различных как стационарных, так и мобильных устройствах.

Поставленная задача решается тем, что заявляемый тепломеханический преобразователь, содержащий установленный в подшипниках вал, теплочувствительные элементы, а также зоны нагрева и охлаждения (температурные зоны), согласно изобретению имеет связанный с теплочувствительными элементами опорный фланец, опирающийся через подшипник на наклонный фланец вала, жестко связанного с золотником, управляющим потоками нагревательного и охлаждающего теплоносителей (тепловых агентов).

Опорный фланец позволяет преобразовывать поочередное изменение длин связанных с ним теплочувствительных элементов под действием меняющейся температуры в циклическое изменение направления его наклона, воздействующее на фланец вала, получающего при этом вращающий момент.

Золотник обеспечивает в строгом соответствии с меняющимся углом поворота вала подачу нагревающего и охлаждающего агентов в соответствующие группы теплочувствительных элементов в оптимальной опережающей фазе.

На фиг.1 показан общий вид тепломеханического преобразователя (ТМП) с трубчатыми теплочувствительными элементами, на фиг.2 - вид сверху ("A"), на фиг.3 - разрез "Б-Б" на стыке трубной решетки ТМП с золотником.

Тепломеханический преобразователь в наиболее универсальном по источнику тепловой энергии варианте содержит корпус 1, на одном конце которого расположен кольцевой анкер 2 для трубчатых теплочувствительных элементов (ТЧЭ) 3, например, U-образной формы, а на втором конце - трубная решетка 4 с отверстиями для открытых концов ТЧЭ и центральным отверстием для вала 5. На валу 5 имеются жестко связанные с ним наклонный фланец 6 и подвижная часть золотника 7 с системой каналов для подвода к группам ТЧЭ и отвода от них нагревающего и охлаждающего агентов. На торцевой поверхности золотника 7 выполнены дугообразные пазы 8 и 9. На его хвостовике с кольцевыми пазами имеется гильза 10 с патрубками. Вал 5 установлен в подшипниковых узлах 11 и 12, последний является элементом натяжного устройства. ТЧЭ 3 снабжены теплоизоляцией, внутренним оребрением, упорами 13, опертыми через коромысла 14 на фланец 15, который через упорный подшипник связан с фланцем 6.

В рабочем состоянии степень предварительного натяжения ТЧЭ 3 должна находиться в пределах от минимального значения - в позиции наименьшего напряжения (на фиг.1 справа) - до максимального значения (слева), соответствующего их расчетной тепловой деформации в границах рабочих температур.

Тепломеханический преобразователь работает так: в любом его состоянии на фланец 15 через коромысла 14 действуют силы натяжения ТЧЭ 3 на их участке от кольцевого анкера 2 до упора 13, которые через упорный подшипник передаются на наклонный фланец 6 вала 5, установленного в подшипниковых узлах 11 и 12. При этом на валу 5 создается суммарный вращающий момент:

,

где: Fk - сила, приложенная к фланцу 6 от натяжения ветвей k-того ТЧЭ;

φk - угол (с учетом знака) уклона канавки упорного подшипника в точке приложения этой силы;

Rфл - радиус окружности по дну указанной канавки.

При равенстве температуры у всех ТЧЭ суммарный момент M=0, а вал 5 находится в покое. С подачей теплоносителей сила натяжения в группах ТЧЭ 3 изменяется, нарушая баланс противоположно направленных моментов, и вал 5 начинает вращаться. Связанный с ним золотник 7 через трубную решетку 4 подключает к нагревающему или охлаждающему потокам новые соседние ТЧЭ, отчего точка приложения их равнодействующей силы на опорный фланец 15 смещается, обходя вокруг ось вала 5 и сохраняя на последнем вращающий момент. При этом дуговые пазы 8 и 9 золотника 7 с учетом тепловой инерции ТЧЭ имеют угловое опережение относительно соответственно работающих групп элементов. Такое опережение может быть оптимизировано его автоматическим регулированием в зависимости от режима работы ТМП. Наиболее экономичный расход теплоносителя можно достичь оптимальным распределением его потоков внутри групп ТЧЭ при помощи грамотно выполненной формы каналов золотника 7.

Вращению самого опорного фланца 15 под действием сил реакции препятствуют трубы ТЧЭ 3, проходящие сквозь его периферийные отверстия.

При незамкнутой системе подачи теплоносителей ТЧЭ могут не иметь U-колена. В этом случае упрощается конструкция золотника 7 и его гильзы 10 с сокращением числа каналов и патрубков.

Корпус 1 ТМП является его несущей конструкцией и ограждением. Он позволяет расположить преобразователь в любой пространственной ориентации.

Заявляемый преобразователь способен работать от самых различных источников тепловой энергии (с использованием теплообменников или без них) и ориентирован главным образом на ее возобновляемые виды, а также на утилизацию энергии теплосодержащих технологических продуктов и тепловых сбросов в окружающую среду. При достаточно высокой температуре нагревающего агента возможно каскадное включение таких преобразователей, что повысит их общий к.п.д.

Тепломеханический преобразователь, содержащий установленный в подшипниках вал, теплочувствительные элементы, а также зоны нагрева и охлаждения, отличающийся тем, что он имеет связанный с теплочувствительными элементами опорный фланец, опирающийся через подшипник на наклонный фланец вала, а также жестко связанный с валом золотник, управляющий потоками нагревательного и охлаждающего теплоносителей к теплочувствительным элементам.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для эффективного преобразования в гидравлическую энергию тепла различных источников, в том числе солнца, двигателей внутреннего или внешнего сгорания, высокотемпературных топливных элементов, геотермальных источников и др.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к турбинным энергетическим машинам, для преобразования энергии, в которых используются термочувствительные элементы из сплава, обладающего эффектами памяти формы и сверхупругости, и может быть использовано для охлаждения или нагрева материальных объектов.

Изобретение относится к двигателям объемного вытеснения, в частности к поршневым двигателям с рабочими органами в виде одного или более поршней, совершающих возвратно-поступательное движение.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к средствам для подъема жидкостей из скважин и колодцев с помощью тепловых двигателей. .

Изобретение относится к термочувствительным устройствам и может быть использовано в первую очередь для предохранения никель-водородных и литий-ионных аккумуляторов от перегрузки и, кроме того, в качестве термодатчика, термореле, термопереключателя, преобразователя тепловой энергии в механическую, а также для создания малогабаритных приводов и устройств, способных развивать сравнительно большие усилия и т.д.

Двигатель // 2386858
Изобретение относится к энергосберегающим технологиям и может быть использовано в машиностроении, в частности в двигателестроении, для преобразования тепловой энергии в механическую и осуществляется за счет линейной тепловой деформации твердых тел.

Изобретение относится к авиационному оборудованию. .

Изобретение относится к системам теплообмена. .

Изобретение относится к теплоэнергетике, использующей, в частности, источники тепла окружающей среды, и может быть применено для привода различных машин и механизмов

Изобретение относится к области механики, микросистемной техники и наномеханики, в частности к технике устройств на основе материалов с эффектом памяти формы, и может найти применение в радиоэлектронике, машиностроении, нанотехнологии, электронной микроскопии, медицине

Двигатель // 2467203
Изобретение относится к энергетике и предназначено для привода различных машин

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам преобразования тепловой энергии в механическую с использованием разности температур жидкости и окружающей среды

Изобретение относится к приводной технике и может быть использовано при создании термосорбционных приводов. Линейный привод выполнен в виде цилиндра, внутри которого установлен поршень со штоком, совмещенный с блоком генераторов-сорберов, объединенных термоэлектрическим модулем, кабели электропитания которого герметично выведены наружу цилиндра через шток. Изобретение направлено на повышение надежности, уменьшение значений габаритно-массовых характеристик и упрощение конструкции термосорбционного линейного привода. 4 ил.

Изобретение относится к области создания высоких и сверхвысоких статических давлений в больших объемах и может быть использовано для испытания различных узлов и агрегатов перспективных авиационных гидросистем высокого давления, а также для исследования свойств новых конструкционных материалов и создания устойчивых кристаллических структур. Способ создания высоких и сверхвысоких давлений включает заполнение водой компрессионной камеры и охлаждение ее ниже температуры фазового перехода, при этом охлаждение компрессионной камеры производится участками, начиная с крайнего, причем охлаждение каждого последующего участка производится после заморозки предыдущего. Устройство для создания высоких и сверхвысоких давлений состоит из корпуса, рабочей камеры и каналов для циркуляции хладагента. Корпус выполнен в виде двух или более коаксиальных цилиндров, вставленных друг в друга с зазорами, заполненными водой и закрытыми с торцов заглушками, при этом каналы для циркуляции хладагента выполнены кольцевыми и установлены на корпусе с возможностью термического контакта. Технический результат - упрощение конструкции устройства. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство для преобразования тепловой энергии в механическую содержит термочувствительное рабочее тело в виде двух теплоаккумулирующих материалов, расположенных в отдельных теплоизолированных цилиндрических корпусах регенеративных теплообменников. Теплоаккумулирующие материалы выполнены из набора биметаллических спиралей, имеющих в одном теплообменнике правостороннюю навивку, в другом левостороннюю. При этом корпуса двух теплообменников соединены с обеих сторон посредством трубопроводов подвода и отвода теплоносителей с шиберами, жестко закрепленными между собой. Корпуса, шиберы и насос соединены между собой механической передачей. Способ преобразования тепловой энергии в механическую в указанном устройстве заключается в том, что периодически попеременно подают горячий и холодный теплоноситель. При этом в первом регенеративном теплообменнике в начале происходит контакт горячего теплоносителя со спиралью, которая расширяется и накапливает механические деформации до установленной величины, при достижении которой она воздействует на свой цилиндрический корпус и поворачивает его. Одновременно во втором регенеративном теплообменнике процессы протекают в обратной последовательности. Повышается эффективность преобразования тепловой энергии в механическую за счет уменьшения тепловой инерционности. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам, которые преобразовывают тепловую энергию в механическую, с возможностью преобразования в электрическую. Тепловой двигатель содержит рабочие камеры, поршни. Рабочие камеры заполнены жидким термочувствительным рабочим телом и выполнены с возможностью подвода тепла от внешнего источника. Поршни расположены внутри рабочих камер с возможностью возвратно-поступательного перемещения в рабочих камерах и снабжены штоками и механизмом преобразования их линейного движения во вращательное движение рабочих колес. Рабочие колеса выполнены с возможностью передачи вращения на вал генератора электроэнергии. Также тепловой двигатель дополнительно содержит внешний источник холода, по меньшей мере, две рабочие камеры и два рабочих колеса. Каждая из рабочих камер выполнена в виде вертикального цилиндра из теплопроводящего материала и размещена в полости герметичного кожуха. Кожух выполнен с возможностью попеременного подвода в него холодной и горячей жидкости. Жидкое термочувствительное рабочее тело имеет коэффициент теплового объемного расширения больший, чем у стенок рабочих камер. Рабочие колеса выполнены зубчатыми, соосно установлены на соответствующих штоках с возможностью жесткого сцепления с ними при движении штоков вверх из рабочих камер и проворачивания относительно них при движении штоков вниз в рабочие камеры. Для этого рабочие колеса связаны со штоками через храповые механизмы. Зубчатые венцы рабочих колес установлены в зацеплении с вертикальным зубчатым валом. Вал кинематически связан с валом генератора электроэнергии. Техническим результатом является повышение эффективности преобразования тепловой энергии в механическую и расширение области применения за счет возможности использования в качестве источника внешней тепловой энергии установок, работающих на альтернативных источниках энергии. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к системам генерации энергии. Технический результат состоит в повышении эффективности и экологической безопасности. Система содержит пусковую трубу и генератор, соединенный с пусковой трубой. Генератор использует многофазные материалы (МРМ) и сжатый воздух для преобразования кинетической энергии многофазного материала в электрическую энергию. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх