Тепловой мартенситный двигатель Советский патент 1987 года по МПК F03G7/06 

13

момент при прямом и обратном ходах рабочего элемента (РЭ). Рабочий узел 4 выполнен в виде прикрепленных к валу 3 упругого элемента 3 и радиальной направляющей 6 с подвижно установленным в последней толкателем (Т) 7 с роликом 8 и связанного с Т 7 и элементом 5 РЭ 9 из материала с эффектом памяти формы. Последний, находясь в теплоносителе 10 резервуара 11, давит на кулачок (К) 2 через Т 7. Вследствие этого Т 7 обкатывается по К 2 и, увлекая за собой направляющую 6 и вал 3, перебрасьша- ет РЭ 9 в хладоноситель 12 резервуара 13. При этом маховик 20 приходит в движение и запасает энергию доя переброса РЭ в резервуар 11. Это достигается за счет обратимого пре1

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам преобразования тепловой энергии в механическую за счет тепловых деформаций рабочего элемента из материала с эффектом памяти формы.

Цель изобретения - повышение КПД путем удаления друг от друга средств нагрева и охлаждения и уменьшения их нагретых и охлажденных поверхнос- тей при использовании жидких хладо- и теплоносителей, а также стабилизация развиваемого на валу момента при прямом и обратном ходах рабочего элемента.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема предлагаемого двигателя с одним рабочим элементом; на фиг. 2 то же, с двумя соединенными в проти- вофазе рабочими элементами.

Двигатель (фиг. 1) содержит корпу 1 с неподвижным кулачком 2. В корпус 1 с возможностью вращения установлен горизонтальный вал 3 с, по крайней мере, одним рабочим уэлом 4 в виде прикрепленных к валу 3 упругого элемента 5 и радиальной направляющей 6 с подвижно установленным в последней толкателем 7, имеющим роликом 8 на конце для взаимодействия с кулачком 2, и связанного с упругим элементом

56Д9

образования колебательного движения во вращательное посредством кулисы 15 и кривошипа 18. Концы элемента 5 соединены с РЭ 9. с возможностью свободного изменения формы РЭ в начале обратного и в конце прямого мартенситных превращений. Двигатель может быть снабжен по крайней мере еще одним неподвижным К и соответственно еще одной парой резервуаров. Рабочие узлы при этом расположены в одной радиальной плоскости, а резервуары установлены на траектории перемещения РЭ т.о., что по каждую сторону от проходящей через ось вала вертикальной плоскости размещены рядом резервуары, заполненные тепло- и хладоносителями. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

5 и толкателем 7 рабочего элемента 9 из материала с эффектом памяти формы, из никелида титана. Двигател имеет также средство нагрева рабочего элемента 9 в виде заполненного жидким теплоносителем 10 резервуара 11 и средство охлаждения элемента 9 в виде заполненного жидким хладоно- сителем 12 резервуара 13. Резервуары 11 и 13 установлены на траектории перемещения рабочего элемента 9 по разные стороны от проходящей через ось вала 3 вертикальной плоскости. Двигатель снабжен кривошипно-кулис- ным механизмом 14 преобразования колебательного движения вала во вращательное. Механизм 14 содержит кулису 15, связанную с валом 3 через зубчатое колесо 16 и сектор 17, и соединенный с ней кривошип 18, на оси 19 которого установлен маховик 20. Концы упругого элемента 5 соединены с рабочим элементом 9 с возможностью свободного изменения формы последнего ь начале обратного и в конце прямого мартенситных превращений. В частности, элементы 5 и 9 выполнены в виде концентричных винтовых пружин и установлены.с зазором между их торцами при охлажденном состоянии рабочего элемента 9.

313

Двигатель (фиг, 2) снабжен дополнительно по крайней мере еще одним неподвижным кулачком 2 и соответственно еще одной парой резервуаров 11 и 13 с жидк1{ми тепло- и хладоно- сителями 10 и 12 соответственно, а рабочие узлы 4 расположены в одной радиальной плоскости. Резервуары 11 и 13 установлены на траектории перемещения рабочих элементов 9 таким образом, что по каждую сторону от проходящей через ось вала 3 вертикальной плоскости размещены рядом резервуары 11 и 13, заполненные тепло- и хладоносителями Ю и 12 соответственно,

В процессе работы двигателя рабочий элемент 9, находясь в жидком теплоносителе 10, в результате проявления эффекта памяти восстанавливает свою форму и, сжимаясь, давит через толкатель 7 на кулачок 2, вследствие чего толкатель 7 роликом 8 обкатывается по профильной поверхности кулачка 2 и, увлекая за собой направляющую 6 и вал 3, поворачивается и перебрасывает рабочий элемент 9 в жидкий хладоноситель 12, При этом маховик 20 пр1тходит в движение и запасает энергрпо для переброса толкателя 7 с рабочим элементом 9 обратно в жидкий теплоноситель 10. Это достигается за счет обратимого преобразования колебательного движения во вращательное посредством кулисы 15 и кривошипа 18, Через некоторое время после начала обратного мартенситного превращения материала рабочего элемента 9 и восстановления его формы торец упругого элемента 5 начи1 ает взаимодействовать с торцом рабочего элемента 9, препятствуя сжатию последнего. В процессе дальнеЙБтего сжатия рабочего элемента 9 происходит сжатие упругого элемента 5 и запасание энергии его упругой деформации. После охлаждения в жидком хладоносителе 12 .рабочего элемента 9 происходит прямое мартенситное превращение его материала, вследствие чего резко падает модуль его упруг ости, и элемент 9 становится сравнительно легко деформируемым. Под действием сил упругости элемента 5 происходит растяжение охла кденного элемента 9 до тех пор, пока длина элеме та 5 не примет первоначальное значение, В этот мо94

мент элементы 5 и 9 перестают взаимодействовать друг с другом. Таким образом, ход упругого элемента 5 меньше хода рабочего элемента 9.

Дальнейшее удлинение охлажденного рабочего элемента 9 происходит за счет эффекта дополнительного ориентированного превращения, заключающегося в том, что формоизменение при

прямом мартенситном превращении, начавшееся под нагрузкой, продолжает развиваться в ту же сторону после снятия нагрузки до конца превращения. Работа двигателей, изображенных

на фиг. 2 и 1, аналогична. Разница состоит в том, что рабочие элементы 9 двигателя, изображенного на фиг. 2, работают в противофазе, в результате чего каждое колебание вала 3 является рабочим. Это стабилизирует развиваемый на валу 3 момент и повышает нагрузочную способность двигателя.

Использование отдельных резервуаров 11 и 13 позволяет повторно

употреблять как тепло- так и хладо- носители 10 и 12 с обеспечением разницы температур между ними минимальной, достаточной для работы материала рабочего элемента 9. Это обеспечивает эффективное и экономичное использование тепловой энергии.

Исключение взаимодействия рабоче- го и упругого элементов 9 и 5 в начале обратного и в конце прямого мар- тенситиого преврал1ения материала рабочего элемента 9 позволяет мень- шить величину и потери энергии, за- пасасмой в упругом элементе 5. Оба указанные фактора обеспечивают повышение КПД двигателя.

Фор мула изобретения

1. Тепловой мартенситный двигатель, содержащий корпус с неподвижным кулачком, горизонтальный вал,

установленР1ьш в корпусе с возможностью , по крайней мере один рабочий узел в виде прикреплен- ных к валу упругого элемента и радиальной направляющей с подвижно

установленным в последней толкателем с роликом на конце для взаимодействия с ку.чачком и связанного с упругим элементом и с толкателем рабочего элемента из материала с эффектом

памяти формы, а также средство нагрева рабочего элемента и средство охлаждения последнего в виде заполненного жидким хладоносителем резервуара, отличающийся тем что, с целью повышения КПД путем удаления друг от друга средств нагрева и охлаждения и уменьшения их нагретых и охлажденных поверхностей при использовании жидких хладо- и теплоносителей, он снабжен механизмом преобразования колебательного движения вала во вращательное, а средство нагрева выполнено в виде заполненного жидким теплоносителем резервуара, причем резервуары установлены на траектории перемещения рабочего элемента по разные стороны от проходящей через ось вала вертикальной плоскости.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что концы упругого элемента соединены с рабочим элементом с возможностью свободного изменения формы последнего в начале

обратного и в конце прямого мартен- ситных превращений.

3.Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что механизм

с выполнен в виде кривошипно-кулисного механизма с установленным на оси кривошипа маховиком.

4.Двигатель по пп. 1-3, отличающийся тем, что, с

fO целью стабилизации развиваемого на валу момента при прямом и обратном ходах рабочего элемента, он снабжен дополнительно по крайней мере еще одним неподвижным кулачком и соот15 ветственно еще одной парой резервуаров с жидкими тепло- и хладоносите- лями, рабочие узлы расположены в одной радиш1ьной плоскости, а резервуары установлены на траектории пере20 мещения рабочих элементов таким образом, что по каждую сторону от проходящей через ось вала вертикальной плоскости размещены рядом резервуары, заполненные тепло- и хладоноси25 телями.

Редактор Е.Папп

Составитель Л.Тугарев Техред М.Ходанич

Заказ 2332/35

Тираж 426 .Подписное

ВНЮШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Pa llcкaя наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор М.Шароши

Изобретение относится к машиностроению. Изобретение позволяет повысить КПД путем удаления друг от друга средств нагрева и охлаждения и уменьшения их нагретых и охлажденных поверхностей при использовании жидких хладо- и теплоносителей и стабилизировать развиваемый на валу ISitt 15, lit 2Z П 1д « СЛ со ел 05 4 (Х. f.9 f.5 fi Фиг,1