Гидравлический тепловой привод Советский патент 1984 года по МПК F03G7/06 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к гидравлическим тепловым приводам для преобразования теплового расширения рабочего тела в механическую работу, и может быть использовано в механизмах, предназначенных для медленного равномерного перемеш,ения рабочих органов или обрабатываемого изделия, а также в металлургии при выращивании монокристаллов и получении сверхчистых материалов, в том числе в условиях пониженной гравитации.

Известен гидравлический тепловой привод, содержащий прозрачную рабочую камеру, заполненную жидкостью в качестве рабочего тела, электрический нагреватель, установленный снаружи камеры и охватывающий последнюю, и механизм преобразования теплового расширения жидкости в поступательное перемещение выходного звена 1.

Недостатками этого известного устройства являются низкий КПД, обусловленный потерями тепла вследствие расположения нагревателя вне емкости с жидким рабочим телом, а также низкая надежность, обусловленная отсутствием дублирования или компенсации функций нагревателя в случае выхода его из строя.

Наиболее близким к изобретению является гидравлический тепловой привод, содержащий рабочую камеру, помещенную в теплоизолированный кожух и заполненную жидкостью в качестве рабочего тела, электрический нагреватель, установленный внутри камеры, и механизм преобразования теплового расширения жидкости в поступательное перемещение выходного звена 2.

КПД этого теплового привода увеличен за счет размещения нагревателя внутри рабочей камеры. Кроме того, за счет наличия двух нагревателей, связанных с системой регулирования температуры рабочего тела, и средств для пропускания теплоносителя по каналам в стенках камеры, в устройствепрототипе обеспечивается частичное дублирование и компенсация функций одного из нагревателей при выходе его из строя. Однако, в этом устройстве не обеспечивается равномерный прогрев жидкого рабочего тела по всему объему камеры как вследствие неравномерного распределения спиралей нагревателя внутри этого объема, так и вследствие подвода тепла от нагревателя к жидкости практически лишь конвекцией и теплопередачей, а не излучением. При отсутствии же конвективной составляющей теплообмена в условиях невесомости возникает перегрев соприкасающейся с нагревателем жидкости, что, кроме нарушения равномерной работы привода, может привести к нарушению свойств рабочей жидкости (разложению на составные части.

старению, выделению газа и т. п.) или разрушению нагревателя.

Цель изобретения - повышение стабильности работы привода путем равномеркого прогрева всего объема жидкости.

Указанная цель достигается тем, что гидравлический тепловой привод содержит рабочую камеру, помещенную в теплоизолированный кожух и заполненную жидкостью

в качестве рабочего тела, электрический нагреватель, установленный внутри камеры, и механизм преобразования теплового расширения жидкости в поступательное перемещение выходного звена, причем нагреватель выполнен в виде электрических ламп,

равномерно распределенных внутри емкости и закрепленных на токопроводящих стержнях.

Такое выполнение привода обеспечивает более равномерный нагрев рабочей жидкости равномерно распределенным излучением ламп.

На фиг. 1 представлен привод, общий вид, в разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1 на электрические лампы; на фиг. 4 - вид

В на фиг. 3.

Гидравлический тепловой привод содержит рабочую камеру 1, помещенную в теплоизолированный кожух 2 и закрепленную в последнем с помощью опор 3, выполненных из теплоизолирующего материала. Камера 1 заполнена в качестве рабочего тела жидкостью 4. Внутри камеры 1 установлен электрический нагреватель, выполненный в виде основных электрических ламп 5 и резервных электрических ламп 6. Лампы 5 и 6 равномерно распределены внутри камеры

1 и закреплены на токопроводящих стержнях 7. Для подключения ламп 5 и 6 к блоку питания и управления (не показан) предусмотрен разъем 8.

Внутри камеры 1 расположены термопары 9 контроля температуры рабочей жидкости 4, а также механизм преобразования теплового расщирения жидкости 4 в поступательное перемещение выходного звена, выполненный в виде сильфона 10, и присоединенных к нему теплоизоляционного стержня И и штока 12 выходного звена.

Токопроводящие стержни 7 и провода термопар 9 вварены в стеклянный изолятор 13, который герметично соединен с основанием 14 камеры 1.

Шток 12 установлен во втулке 15 с возможностью осевого перемещения относительно последней. На втулке 15 размещены вибраторы 16.

Кожух 2 снаружи защищен теплоизоляцией 17, под которой располагается нагревательный элемент 18 системы терморегулятора.

На внутренней поверхности кожуха 2 и внешней поверхности камеры 1 расположены температурные датчики 19 и 20. В кожухе 2 имеются два патрубка 21 и 22 для подвода и выпуска охлаждающего воздуха. Работа гидравлического теплового привода осуществляется следующим образом. При включении питания электрические лампы 5 и 6 нагревают рабочую жидкость 4, приращение объема которой преобразуется в осевую деформацию сильфона 10 и перемещение связанного с ним щтока 12 вправо. При изменении температуры рабочей жидкости 4 в процессе работы привода изменяется температура на стенках камеры 1, а следовательно, меняется теплообмен с окружающей средой. С целью исключения теплообмена с окружающей средой по сигналам датчиков 19 и 20 система питания и управления включает-выключает нагревательный элемент 18, благодаря чему на внутренней поверхности стенки кожуха 2 поддерживается температура, равная температуре на наружной поверхности камеры 1. Таким образом, все тепло от нагревателей реализуется в приращение объема рабочей жидкости. Этому же способствует наличие теплоизоляционного стержня 11, теплоизоляции 17, теплоизолирующих опор 3, которые также препятствуют утечке тепла от нагреваемой камеры с рабочей жидкостью 4 на кожух 2 и далее во внещнюю среду. При подаче пониженного напряжения питания лампы 5 и 6 выделяют малую мощность на нагрев жидкости 4, при этом сильфон 10 и связанный с ним шток 12 перемещаются с минимальными скоростями - до долей миллиметра в час. При подаче полного напряжения питания щток 12 перемещается со скоростями порядка десятков миллиметров в час. Для возврата щтока 12 в исходное положение питание ламп 5 и 6 выключается, а внутрь кожуха 2 через патрубок 21 подается охлаждающий воздух, который после его нагрева отводится через патрубок 22. В результате охлаждения рабочей жидкости внутри камеры 1 и уменьшения ее объема вследствие охлаждения сильфон 10 и с ним шток 12 смещаются в обратную сторону и приходят в исходное положение. При выходе из строя одной или нескольких ламп 5 или 6 стабильный режим работы привода поддерживается блоком управления за счет регулирования мощности оставшихся исправных ламп. Предлагаемое устройство может быть эффективно использовано для перемещения капсулы в печи зонной плавки в условиях пониженной гравитации, для вытяжки жидких пленок, а также в ряде других случаев. Технический эффект заключается в том, что применение в качестве нагревателей источников лучистого нагрева - электрических ламп - позволит обеспечить подвод очень малых мощностей к нагреваемой жидкости, а следовательно, обеспечит очень малые скорости перемещения штока 12 выходного звена, высокий КПД, надежность и долговечность, а также пожаровзрывобезопасность. Применение виброопоры для рабочего штока 12 позволит получить на выходе равномерное перемещение, так как коэффициент трения при этом будет снижен до минимума. Непосредственный контакт баллонов электрических ламп, используемых в качестве нагревателя, с рабочей жидкостью повышает КПД устройства, так как при этом вся тепловая энергия передается жидкости не только теплопередачей, но и излучением, в том числе и отраженным от внутренних стенок камеры. В предлагаемом устройстве могут быть достигнуты .малые скорости перемещения выходного звена - порядка 1 мм в сутки, с высокой равномерностью, достигающей величины порядка долей процента, а также большой диапазон скоростей - от 1 мм в сутки до 30 мм в час.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТЕПЛОВОЙ ПРИВОД, содержащий рабочую камеру, помещенную в теплоизолированный кожух и занолненную жидкостью в качестве рабочего тела, электрический нагреватель, установленный внутри ка.меры, и .механизм преобразования теплового расширения жидкости в поступательное перемеицние выходного звена, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности работы привода путем равномерно1Ч) прогрева всего объема жидкости, нагреватель выполнен в виде электрических ламп, равномерно распределенных внутри камеры и закрепленных на токопроводящих стержнях.

Вид Б

В

Вид В

-F

Шипа

7

. 4