Тепловой двигатель Советский патент 1986 года по МПК F03G7/06 

1

Изобретение относится к машиностроению и нриборостроению, а именно к устройствам для получения механической энер1 ии, использующим расширение и сокращение твердых термочувствительных элементов, вызываемые изменением темнературы, и может быть использовано для привода различных механизмов за счет тепловой энергии солнечного излучения или тепла выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных установок и других источников горячего газа.

Цель изобретения - иовыщение экономичности при использовании горячего газа для нагрева термочувствительных элементов.

На фиг. 1 представлен предлагаемый двигатель, осевой разрез; на фиг. 2 - разрез А-А па . 1.

Двигатель содержит нагреватель , охладитель 2 и полый перфорированный статор 3, включающий многослойный сетчатый цилиндр из свернутой в рулон металлической сетки 4 с гнероховатой цилиндрической внутренней поверхностью 5. Металлическая сетка 4 соединена с торцовыми крышками 6 и 7 с помощью бандажей 8. Статор 3 имеет лапы 9 для закрепления на месте использования. В центральной части каждой торцовой крьннки 6 и 7 установлены опорные подшипники 10, Б которых па валу 11 с помощью н)понки 12 с зазором 13 внутри статора 3 размещен ротор 14 с множеством установленных на его цилиндрической поверхности с односторонним тангенциальным относительно ротора 14 нанравлением термочувствительных элементов 13 с термомеханической памятью формы и знаконеремен- ного изменения их длины вследствие проявления при определенной критической температуре эффекта Курдюмова. Ротор 14 установлен с возможностью взаимодействия с шероховатой внутренней поверхностью 5 статора 3 посредством термочувствительных элементов 15.

Нагреватель 1 выполнен в виде проточного канала 16 теплового газового потока, расположенного в зазоре между статором 3 и ротором 14 по одну сторону от оси вращения последнего, для чего с этой стороны в зоне зазора 13 между статором 3 и ротором 14 на торцовой крышке 6 статора 3 установлен входной 17, а на торцовой крын1- ке 7 статора 3 - выходной 18 патрубки теплового газового потока. Охладитель 2 расположен по другую сторону от оси вращения ротора 14 в соединенном с вентиляционными отверстиями сетки 4 статора 3 пространстве в зазоре 13 между статором 3 и ротором 14. Последний вынолнен в 15нде набора сооспо прикрепленных один к другому дисков 19 с равно расположенными по окружности на их периферии силовыми тер

5

0

0

0

5

мочувствительными э.чементами 5 в виде лепестков 20 дугообразной формы с выпуклостью в направлении статора 3 в холодном состоянии и с вогнутостью - в нагретом состоянии. Лепестки 20 выполнены из сплавов никелида титана с различным процентным содержанием легируюншх элементов для обеспечения различной, уменьшающейся в направлении теплового газового потока от патрубка 17 к патрубку 18, температурой термомеханической памяти формы и длины лепестков 20 (справа налево, фиг. 1) от 250 до 30°С. Вал 11 соединен с потребителем механической энергии - абразивным кругом 21 для снятия заусенцев с деталей или для заточки инструмента.

В нерабочем состоянии двигатель находится в таком иоложении (фиг. 1), что между ротором 14 и внутренней поверхностью 5 статора 3 образован гарантированный зазор J3.

Тепловой двигатель работает следующим образом.

При подаче теплового потока горячего газа с температурой +280°С во входной патрубок 17 он проходит вдоль ротора 14 по зазору 13 между ним и внутренней поверхностью 5 статора 3, поочередно смывая термочувствительные холодные лепестки 20 справа налево (фиг. 1). При этом тенловой поток пагревает их, отдавая тепло сначала лепесткам 20 с более высокой критической температурой, а охлаждаясь до более низкой температуры, отдает тепло, нагревая лепестки 20 с более низкой критической температурой их термомеханической памяти формы и длины.

Нагрев лепестков 20 вызывает в них проявление термомеханической памяти, т.е. трансформацию на зеркальную форму - выпуклость лепестков 20 резко изменяется на вогнутость в направлении к стато1)у 3.

Полный цикл работы теплового двигателя, который характерен для каждого лепестка 20 любого из дисков 19 ротора 14, показан на фиг. 2. В момент срабатывания каждый лепесток 20 резко выпрямляется (проходя среднее положение от выпуклости ,те- нестка 20 до вогнутости его), а длина его при этом в тангенциальном относительно поверхности ротора 14 среднем положении мгновенно увеличивается, свободный торец лепестков 20 с генерируемым от тепла усилием (более 30 кгс/мм) упирается в niepo- ховатую внутреннюю поверхность 5 статора 3, создает вран1,ающий мо.мент, отталкивая от него ротор 14 и поворачивая на некоторый заданный угол, зависящий от кривизны дуги лепестков 20. При этом лепестки 20 перемещаются из зоны действия пагре- вате.ля 1 в зону действия охладителя 2, где они, как вогнутые лопатки насоса, эффективно всасывают за счет вращения окружающий холодный воздух через отверстия сетки 4 статора 3 для своего охлаждения и, следовательно, обратной зеркальной трансформации их формы.

При этой трансформации лепестки 20 в среднем выпрямленном состоянии осуществляют очередное дополнительное отталкивание (с меньшим усилием - до 10 кгс/мм) ротора 14 от внутренней поверхности 5 статора 3, обеспечивая дополнительный враща- ющий момент для вращения ротора 14 (дуговая стрелка, фиг. 2).

Лепестки 20, совершив полный оборот, вновь попадают в зону действия нагревателя 1 и повторяется цикл одного оборота ротора 14. Поток горячего газа, проходя по зазору 13, передает свою тепловую энергию практически всем лепесткам 20 ротора 14, не создавая их лищнего перегрева, снижаюп1его эффективность и КПД, и выходит из патрубка 18 с температурой ниже + 30°С. При прохождении потока горячего

газа вдоль зазора 13 его утечки вверх через отверстия сетки 4 статора 3 весьма незначительны ввиду того, что сопротивление отверстий сетки статора 3 значительно больше, че.м сопротивление газовому потоку множества лепестков 20 ротора 14.

Это обусловлено тем, что размеры ячеек .многослойной металлической сетки 4 меньше, чем зазоры между лепестками 20, а также направление скорости теплового газового потока перпендикулярно отверстиям (ячейкам) сетки 4 статора 3, и при малых перепадах давления внутри статора 3 и снаружи его составляющая скорости в перпендикулярном потоку направлении практически отсутствует.

Остановку теплового двигателя осуществляют путем прекращения подачи горячего газа через входной патрубок 17, а регулирование частоты вращения ротора 14 - изменение.м расхода или изменением температуры горячего газа на входе в двигатель.

3,

15,20

7.

15,20

А 18

5

ff

9

Е едактор М. Бланар Заказ 4797/34

Составитель Л. Тугарев

Техред И. ВересКорректор А. Зпмокосов

Тираж 447Подписное

ЧВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг. 2