Мартенситный двигатель Советский патент 1987 года по МПК F03G7/06 

11303736

Изобретение относится к машиностроению, а именно к тепловым двигателям, в которых для получения механической энергии используются тепловые деформации рабочих элементов из материала с эффектом памяти формы, и может быть использовано, например, для привода электрогенератора за счет энергии тепловых отходов производства.

Целью изобретения является повышение экономичности путем локализации подачи теплоносителей в зону расположения рабочих элементов и обеспечения

10

виде размещенных под выходными п рубками 15 кожухов 13 пластин 2 дросселирования потока теплоноси лей. Тяги 16 пропущены через шарн 9 кожухов 13 перпендикулярно осям этих шарниров 9 с возможностью во вратно-поступат льного движения. конец каждой тяги 16 соединен с о из шарниров 8 внутреннего обода а на втором ее конце установлен п вижный упор 17. Каждый рабочий эл мент 10 прижат одним концом к у 17, а другим концом закреплен на нирном торце 19 кожуха 13, при э

регулирования деформаций и напряжений оси тяг 16, рабочих элементов 10

элементов.

На чертеже изображена

кинематическая схема предлагаемого мартенситного двигателя.

Двигатель содержит корпус 1, на- рулшый обод 2, закрепленный на оси 3 и внутренний обод 4, закрепленный на оси 5, Ось 3 наружного обода 2 установлена в опорах 6 корпуса 1 с возможностью вращения и снабжена звеном 7 отбора мощности, например, в виде закрепленной на оси 3 шестерни. Оси 3 и 5 установлены эксцентрично друг относительно друга. С ободьями 2 и 4 при помощи шарниров 8 и 9 соединены рабочие элементы 10 из материала с эффектом памяти формы, например из нитинола. Двигатель имеет также подвижный коллектор 11 для подачи на элементы 10 теплоносителей с обращенными в сторону рабочих элементов 10 выхордгыми патрубками 1 2. Двигатель снабжен отдельными для каждого рабочего элемента 10 кожухами 13 с входными и выходными патрубками 14 и 15, соответственно для подачи и удаления теплоносителей. Между внутренним обо

Для запуска двигателя и его работы

дом 4 и кажд,ым рабочим элементом 1 О

установлены тяги 16 с подв11жными упо- необходимо попеременно то нагревать,

рами 17 и фшссаторами 18 последних.то охлаждать рабочие элементы 10,

Каждьш кожух 13 соединен одним тор-.причем при нагреве необходимо поддерцом 19 при помощи шарнира 9 с наруж-живать-температуру горячего теплононым ободом 2 с совпадением оси шар-сителя, незначительно превьшающую

нира 9 калэдого, кожуха 13 с осями вход-JQ-точку конца обратного мартенситного

кого патрубка 14 последнего и выход-превращения материала элемента 10,

ного патрубка 12 коллектора 11. На корпусе 1 установлены магистрали 20 и 21 с двумя парами вентилей 22 и 23 соответственно, для подачи холодного и горячего теплоносителей в фазах охлаждения и нагрева рабочих элементов 10. Двигатель имеет также средство распределения теплоносителей в

виде размещенных под выходными патрубками 15 кожухов 13 пластин 24 для дросселирования потока теплоносителей. Тяги 16 пропущены через шарниры 9 кожухов 13 перпендикулярно осям этих шарниров 9 с возможностью воз- вратно-поступат льного движения. Один конец каждой тяги 16 соединен с одним из шарниров 8 внутреннего обода 4, а на втором ее конце установлен подвижный упор 17. Каждый рабочий элемент 10 прижат одним концом к упору 17, а другим концом закреплен на шарнирном торце 19 кожуха 13, при этом

оси тяг 16, рабочих элементов 10

кожухов 13 совмещены. Двигатель снабжен также, кареткой 25, установленной с возможностью возвратно-поступательного движения в направляющих 26 корпуса I при помощи ходового винта 27 в направлении эксцентриситета ободьев 2 и 4,- а ось 5 внутреннего обода 4 жестко закр€шлена в каретке 25.

Диаметры ободьев 2 и 4 и расстояние между ними определяют с учетом числа ,и параметров рабочих элементов 10, обеспечивая при этом максимальную массу материала элементов 10 в единице рабочего объема и развитую их теп- лообменную поверхность. Для этого рабочие элементы 10 выполнены в ввде размещенных внутри кожухов 13 винтовых пружин, что позволяет достигнуть заданных величин рабочих усилий при увеличенном эксцентриситете осей 3 и 5 ободьев 2 и 4 и за счет этого добиться более эффективного полезного использования тепловых деформаций элементов 1 О при компактном выполнении двигателя,

Двигателдэ работает следующим образом.

Для запуска двигателя и его работы

а при охлаждении - поддерживать температуру холодного теплоносителя, несколько меньшую температуры конца прямого мартенситного превращения. Нагреваясь, рабочие элементы 10 стремятся восстановить свои исходные размеры и создают усилие между ободьями 2 и 4, действующее по линии вдоль

шарниров 8 и 9. Наличие шарниров 8 и 9 обеспечивает отсутствие изгибающих напряжений в- рабочих элементах 10 независимо от взаимного углового расположения ободьев 2 и 4 в любой момент 5 времени.

При подаче в кожухи 13 холодного жидкого теплоносителя происходит прямое мартенситное превращение мателировка деформаций и напряжений рабочих элементов 10 осуществляется передвижением упоров 17 вдоль тяг 16 с . последующим фиксированием упоров 17 на тягах 16 при помощи фиксаторов 18. Регулирование рабочих характеристик (скорости вращения оси 3, мощности, передаваемой звену 7, и др.) осуществляется непосредственно во время

риала рабочих элементов 10, сопровож- О работы двигателя изменением эксцентдаемое 2-3-кратным снижением модуля его нормальной упругости, вследствие чего напряжения в рабочих элементах 10 резко падают и происходит деформация с обратным знаком по отношению 5 к деформации, возникающей при нагреве рабочих элементов 10. Величина деформации рабочих элементов 10 по мере вращения ободьев 2 и 4 постоянно изменяется из-за эксцентриситета осей 3 и 20 5 ободьев 2 и 4. При подаче в кожухи 13 горячего жидкого теплоносителя вся неупругая деформация, полученная в результате охлаждения рабочего элемента 10, преобразуется в упругую за счет эффекта памяти формы. Далее рабочий цикл повторяется.

Смена теплоносителей с горячего

риситета осей 3 и 5 ободьев 2 и 4, перемещением каретки 25 вдоль направляющих 26 корпуса 1 при помощи ходового винта 27. Все это обеспечивает повышение экономичности двигателя.

Формула изобретения

1. Мартенситный двигатель, содержащий корпус, наружньй и внутренний эксцентричные ободья, один из которых установлен с возможностью вращения вокруг своей оси, шарнирно соединенные с ободьями рабочие элементы из материала с эффектом памяти.формы, а также подвижный коллектор для подачи на элементы теплоносителей с обращенными в сторону рабочих элементов вы1. Мартенситный двигатель, содержащий корпус, наружньй и внутренний эксцентричные ободья, один из которых установлен с возможностью вращения вокруг своей оси, шарнирно соединенные с ободьями рабочие элементы из материала с эффектом памяти.формы, а также подвижный коллектор для подачи на элементы теплоносителей с обращенными в сторону рабочих элементов вытеплоносителей, о т л и ч ана холодньш осуществляется поперемен-

„,on ходными патрубками и средство распрено с помощью пластин 24 для дроссе-

лирования потока теплоносителя, которые при вращении кожухов 13 вместе с ободом 2 распределяют подачу теплоносителя из коллектора 11 в кожухи 13, осуществляя постоянную постепен- 35 ную смену теплоносителя с холодного на горячий и обратно. Оптимальньй режим расхода теплоносителей для каждой фазы рабочего цикла обеспечивается поворотом вентилей 22 и 23, подсоеди- О ненных к общим магистралям 20 и 21, с холодным и горячим теплоносителями.

делеНИН

ю щ и и с я тем, что, с целью повы ч

шения экономичности путем локализации подачи теплоносителей в зону расположения рабочих элементов и обеспечения регулирования деформаций и напряже-i НИИ элементов, он дополнительно снабжен отдельными для казедого рабочего элемента кожухами с входными и выходными патрубками для подачи на элементы и удаления теплоносителей, а также установленными между внутренним ободом и каждым рабочим элементом тягами с подвижными упорами и фиксаторами последних, каждый кожух шарнирно соединен одним торцом с Наружным ободом с совпадением оси шарнира каждого ко- .жуха с осями входного naTpi/бка последнего и выходного патрубка коллектора, средство распределения теплоносителей выполнено в виде размещенных под выходными патрубками кожухов пластин для дросселирования потока теплоносителей, тяги пропущены через шарниры кожухов перпендикулярно осям этих шарниров с возможностью возвратно-поступательного движения, один конец каждой части соединен с шарниром -внутреннего обода, а на другом ее кон

Из-за большого различия механических характеристик материала в состояНИИ аустенита и мартенсита величина- работы, совершаемой рабочими элементами 10 при нагреве, превышает величину работы по деформации рабочих элементов 10 при их охлаждении, что позволяет получать полезную работу. Вследствие того, что при изготовлении невозможно сделать так, чтобы все рабочие элементы 10 имели одинаковые силовые параметры, и вследствие.изменения их энергс-механических характеристик, в процессе эксплуатации необходимо осуществлять их подгонку при сборке и работе двигателя. Регулировка деформаций и напряжений рабочих элементов 10 осуществляется передвижением упоров 17 вдоль тяг 16 с . последующим фиксированием упоров 17 на тягах 16 при помощи фиксаторов 18. Регулирование рабочих характеристик (скорости вращения оси 3, мощности, передаваемой звену 7, и др.) осуществляется непосредственно во время

работы двигателя изменением эксцентриситета осей 3 и 5 ободьев 2 и 4, перемещением каретки 25 вдоль направляющих 26 корпуса 1 при помощи ходового винта 27. Все это обеспечивает повышение экономичности двигателя.

Формула изобретения

1. Мартенситный двигатель, содержащий корпус, наружньй и внутренний эксцентричные ободья, один из которых установлен с возможностью вращения вокруг своей оси, шарнирно соединенные с ободьями рабочие элементы из материала с эффектом памяти.формы, а также подвижный коллектор для подачи на элементы теплоносителей с обращенными в сторону рабочих элементов вы

теплоносителей, о т л и ч а

делеНИН

ю щ и и с я тем, что, с целью повы ч

шения экономичности путем локализации подачи теплоносителей в зону расположения рабочих элементов и обеспечения регулирования деформаций и напряже-i НИИ элементов, он дополнительно снабжен отдельными для казедого рабочего элемента кожухами с входными и выходными патрубками для подачи на элементы и удаления теплоносителей, а также установленными между внутренним ободом и каждым рабочим элементом тягами с подвижными упорами и фиксаторами последних, каждый кожух шарнирно соединен одним торцом с Наружным ободом с совпадением оси шарнира каждого ко- .жуха с осями входного naTpi/бка последнего и выходного патрубка коллектора, средство распределения теплоносителей выполнено в виде размещенных под выходными патрубками кожухов пластин для дросселирования потока теплоносителей, тяги пропущены через шарниры кожухов перпендикулярно осям этих шарниров с возможностью возвратно-поступательного движения, один конец каждой части соединен с шарниром -внутреннего обода, а на другом ее кон5 1303736 6

це. установлен подвижный упор,2. Двигатель по п, 1, о т л и ч а каждый рабочий элемент прижат од-ющийся тем,, что он дополнительним концом к последенему, а дру-но снабжен кареткой, установленной с

гим концом закреплен на шарнир-возможностью возвратно-поступательноном торце Кожуха, при этом осиj го движения в направлении эксцентритяг, рабочих элементов и кожуховситета ободьев, а ось одного из обосовмещены.дьев жестко закреплена в каретке.

Изобретение,относится к области машиностроения и позволяет повысить экономичность путей локализации подачи теплоносителей (ТН) в зону расположения рабочих элементов (РЭ) и обеспечения регулирования деформаций и напряжений элементов. Кожух (К) 13 каждого РЭ 10 шарнирно соединен одним торцом 19 с наружным ободом 2 с.совпадением оси шарнира 9 каждого К 13 с осями входного патрубка 14 последнего и выходного пат-рубка 12 коллек /(Г /I ( г --% Rif .тора 11. Средство распределения ТН выполнено в виде размещенных под выходными патрубками 15 К 13 пластин 24 для дросселирования потока ТН. Тяги 16 установлены между внутренним ободом 4 и каждым РЭ 10 и пропущены через шарниры 9 перпендикулярно их осям с возможностью возвратно-поступательного движения. Один конец- каждой тяги 16 соединен с шарниром 8 обода 4, а на втором ее конце установлен подвижный упор 17 с фиксатором 18. Каждый РЭ 10 прижат одним концом к упору 17, а другим закреплен на торце 19. Оси тяг 16 и К 13 совмещены. Регулировка деформаций и напряжений РЭ осущест-. вляется передвижением упоров 17 вдоль тяг 16 с последующт м их фиксированием. Регулирование рабочих характеристик осуществляется непосредственно во время работы двигателя изменением эксцентриситета осей 3 и 5 ободьев 2 и 4. 1 3.п. ф-лы, 1 ил. 7 а sg (Л с со о со со О5 У v/ 7S 24