ДВИГАТЕЛЬ С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛА Российский патент 1995 года по МПК F03G7/06 

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.

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.

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.