Двигатель с внешним подводом теплоты Советский патент 1988 года по МПК F02G1/04 

Изобретение относится к машиностроению, а именно двигателестроению, может быть использовано при создании тепловых машин, работающих по циклу Стирлинга, и является усовершенствованием авт. св. № 1326751.

Цель изобретения - увеличение мощности двигателя.

На фиг.1 представлена принципиальная схема двигателя, на фиг.2 - то же, поперечньш разрез, проходящий через орбитальную шестерню, на фиг.3- то же, поперечный разрез, проходя

щий через механизм синхронизации, на фиг.4 - порядок сборки и взаимо-- действия основных элементов двигателя, на фиг.5 - в координатах Т- S- регенератнвный цикл двигателя, на фиг.6 - термомагнитный цикл двигателя.

Двигатель с внешним подводом теплоты содержит корпус 1 с внутренней полостью 2 и боковыми крьш1ками 3 и 4, треугольный ротор 5, установленный на эксцентриковом валу 6, механизм синхронизации ротора 5, регенератор 7 с нагревателем 8 и охладителем 9, камеры 10,11 переменного объема, образованные наружными поверхностями ротора 5 и выходной вал 12.

Для увеличения вращающего момента предлагаемьш двигатель снабжен гибким колесом 13 из магнитного материала, охватываюшзнм треугольный ротор 5 и кинематически связанным с выходным валрм 12-и генераторами 14, 15 магнитного поля, расположенными в корпусе 1 с возможностью взаимодей ствия с гибким колесом 13.

Профиль 16 внутренней полости 2 выполнен в виде квадрата со скругленными углами. Треугольный ротор 5 образован большими и малыми дугами, описьшаемыми из вершин равностороннего треугольника и расположенными с противоположных сторон относительно вершин, при этом радиус малой дуги составляет малую часть стороны равностороннего треугольника, радиус большой дуги равен сумме радиуса малой дуги и длины стороны равностороннего треугольника.

Механизм синхронизахщи движения ротора 5 содержит сцепленные между собой большзпо шестерню 17 с внутренними зубьями, закрепленную на ротор 5, и малую шестерню 18 с наружными

зубьями, закрепленную на эксцентриковом 6.

Гибкое колесо 13, получающее цик-.

лическую деформацию со стороны треугольника ротора 5, выполнено, как это принято в волновых редукторах, тонкостенными из пружинной стали, например, 602С, обладающей также магнитными свойствами, и установлено на треугольном роторе 5 посредством гибкого подшипника 19, включающего тонкостенное наружное кольцо, шариковые или роликовые тела качения и

гибкий сепаратор, например, из стеклотекстолита.

Кинематическая связь гибкого колеса 13 с выходным валом 12 обеспечивается посредством орбитальной (кольцеообразной) шестерни 20 с наружными зубьями, сцепленными с зубчатым венцом 21 гибкого колеса 13, и внутренними зубьями, сцепленными с шестерней 22, закрепленной на выходном валу 12.

Генераторы 14,15 магнитного поля содержат постоянные магниты 23, установленные в пазах корпуса 1 со стороны внутренней полости 2, и полюсный 11аконечник 24 в виде прямой пластины. Постоянные магниты 23 могут быть выполнены из. магнитотвердого материала типа ЮНД и ЮНДК, имеюшях магнитную индукцию 0,5-1,3 Тл и на(4-6)х

пряженность магнитного поля XIО А/м. Полюсный .наконечник 24 мо- жет быть вьшолнен из магнитомягкой стали. При недостаточном теплоотводе на массу двигателя может быть предусмотрена система циркуляционного охлаждения генератора.14,15 магнитного поля.

Двигатель с внешним подводом теплоты работает следуюш 1м образом.

После подключения высокопотенциального источника теплоты к нагревателю 8 и теплового стока к охладителю 9 и включения вспомогательных систем осуществляется пуск двигателя. Б процессе работы треугольный ротор 5 совершает сложное планетарное дви-, жение - вращается вокруг оси большой шестерни 17, совпадающей с центром тяжести равностороннего треугольника, и одновременно вращается вокруг оси малой шестерни 18, совпадающей с центром тяжести квадратного профиля 16. При вращении треугольного ротора 5 объемы соседних камер 10 и 11,

подключенных друг к другу через охладитель 9, регенератор 7 и нагре- ватель 8, изменяются по косинусои- дальному закону, причем изменение объема V/1 камеры 11 расширения опережает изменение объема Va камеры 10 сжатия на 90 по фазе.

Ниже будут рассмотрены процессы только в камерах 10,11, так как процессы в двух других камерах протекают аналогично и только сдвинуты на 180 по фазе.

Осуществляемый в процессе работы двигателя полный термодинамический цикл состоит из регенаратлвного цикла, близкого к адиабатному циклу Рей- лиса, a-b-c-d-e-f-a и термомагнитного цикла k-1-m-n-k, близкого к гщклу Реслера и Розенцвейга.

Регенеративный цикл a-b-c-d-e-f-a осуществляется следующим образом.

Объем рабочего тела в камере 11 расширения находится при высокой температуре Тер.маке объем рабочего тела в камере 10 сжатия находится при низкой температуре TCJ, . Температурный градиент между торцовыми поверхностями регенаратора 7 равен

Тер.макс Tcp.MKf

Регенеративньш цикл a-b-c-d-e-f-a состоит из процесса а-Ь адиабатного сжатия, изохорно-изобарного процесса b-c-d-теплоотдачи от регенератора 7, процесса d-e адиабатного расширения и изохорно-изобарного процесса e-f-а теплоотдачи к регенератору 7.

Одновременно в двигателе осуществляется также термомагнитный цикл k-1-m-n-k. Гибкое колесо 13, благодаря волновым свойствам двигателя, находится в камерах 10,11 переменного объема в течение многих оборотов эксцентрикового вала 6. Поэтому температура материала гибкого колеса 13 в камере 11 расширения близка.к Т ср. мин превьшает точку Кюри, а в камере 10 сжатия близка к . и ниже точки Кюри. Как известно, при переходе точки Кюри ферромагнетики превращаются в обычные парамагнетики практически не взаимодействующие с магнитным полем. В процессе вращения материал гибкого колеса 13 попадает в зону действия генераторов 14,15

0

5

5

0

0

5

0

магнитного поля. Происходит быстрое адиабатное намагничивание материала - осуществляется процесс k-1 и температура возрастает от Т до Т , Внутри зоны действия генератора 14,15 магнитного поля осуществляется процесс 1-т подвода теплоты при постоянной напряженности Н магнитного поля. По выходе из зоны действия генераторов 14,15 магнитного поля происходит быстрое адиабатное размагничивание материала гибкого колеса 13 - осуществляется процесс m-n и температура падает от Т„ до Т;, . Далее идет процесс n-k отвода теплоты при и цикл замыкается. Работа термомагнитного цикла k-1-m-n-k суммируется с работой регенеративного цикла а-Ь-с- d-e-f-a и обеспечивает возникновение дополнительного вр ащающего момента за счет втягивания материала гибкого колеса 13 в камеру 11 расширения из камеры 10 сжатия.

При вращении треугольного ротора 5 его выступы деформируют гибкое колесо 13 и по его окружности бегут волны деформации. За счет сил трения гибкое колесо 13 обкатьшается по профилю 16 внутренней полости 2 и поворачивается в направлении, обратном вращению треугольного ротора 5. Вращение гибкого колеса 13 через зубчатый венец 21, орбитальную шестерню 20 и шестерню 22 передается выходному валу 12. Таким образом, предлагаемый двигатель обладает свойством волнового редуктора, что еще более увеличивает вращающий момент на выходном валу 12.

Формулаиз обретения

Двигатель лоты по авт.

с внешним подводом теп- ..св. № 1326751, отличающийся тем, что, С целью увеличения мощности, он снабжен гибким колесом из магнитного материала и генераторами магнитного поля, причем гибкое колесо охватывает поверхность треугольного ротора и кинематически связано с выходным валом, а генераторы магнитного поля размещены в корпусе с возможностью взаимодействия с гибким колесом.

0

дзиг.2

Ис

С

фи&З

Изобретение м.б. использовано ,.в тепловых машинах, работающих по циклу Стирлинга. Цель изобретения - увеличение мощности двигателя. Дня .этого двигатель снабжен гибким колесом (ГК) 13 из магнитного материа7 ZO 21 ---Г i 12 // ла и генераторами магнитного поля. ГК 13 охватывает поверхность треугольного ротора (ТР) 5 и кинематически связано с выходным валом 12. Генераторы магнитного поля размещены в корпусе 1 с возможностью взаимодействия с ГК. При вращении ТР 5 его выступы деформируют ГК 13 и по его окружности бегут волны деформации. За счет сил трения ГК 13 поворачивается в направлении, обратном вращению ТР 5. По кинематической связи вращение от ГК 13 передается выходному валу 12. Таким образом, двигатель обладает свойством волнового редук- тора, что еще больше увеличивает вращающий момент на выходном валу 12, 6 ил. (Л 00 О) Од О) гч

фиеЛ