Тепловой привод Советский патент 1988 года по МПК F03G7/06 

§

(Л

4

СГ) 00 00

Г2

пус связан с упором и пружиной 13, размещенной между упором и ПС, Нагреватель в виде стержня 9 и упор установлены в камере с возможностью перемещения в направлении колебаний ПС и фиксации относительно корпуса. На жесткой наружной стенке камеры размещен в виде оребрения 8 холодильник. Звено отбора мощности прикреплено к

.нижнему торцу сильфона, связанного с переключателем и взаимодействующего

.с двумя храповыми колесами. При таком выполнении в результате конденсации

4683

жидкости и последующего испарения происходит процесс колебания ее уровня, который периодически повторяется. При этом уровень жидкости изменяется с течением времени по гармоническому закону. По такому же закону, но со сдвигом по фазе, изменяется объем сильфона. Амплитуда и частота колебаний объема сильфона зависят от теп- лофизических св-в материалов стержня и жидкости, от геометрии элементов привода и мощности нагрева. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к тепловой автоматике и точной механике и м.б. использовано при создании усилителей, генераторов и манипуляторов в системах теплоники. Цель изобретения - увеличение амплитуды колебаний звена отбора мощности и обеспечение точного регулирования частоты и амплитуды этих колебаний. К корпусу I прикреплена частично заполненная жидкостью 2 цилиндрическая камера 3 с подвижной стенкой (ПС) в виде сштьфона 4. Кор

1

Изобретение относится к тепловой автоматике и точной механике, а именно к тепловым приводам с колебательным движением звена отбора мощности, и может быть использовано прк создании усилителей, генераторов и манипуляторов в системах теплоники - отрасли автоматики, решающей задачи управления при потреблении единственного вида энергии - тепловой.

Целью изобретения является увели- чение амлпитуды колебаний звена отбора мощности и обеспчение точного регулирования частоты и амплитуды этих колебаний.

На фиг. 1 приведена принципиальная конструктивная.схема предлагаемого теплового привода; на фиг. 2 - схема звена отбора мощности для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное.

Тепловой привод .содержит корпус 1 и прикрепленную к иему частично заполненную жидкостью 2 цилиндрическую камеру 3 с подвижной стенкой в виде сильфона 4. Внутренний объем камеры 3 над жидкостью 2 заполнен паро-воз- душной смесью 5. Сильфон 4 связан с звеном отбора мощности, вьшолненным в виде гибкого щтока 6 с собачкой 7, прикрепленного к нижнему торцу сильфона 4. На жесткой наружной стенке камеры 3 размещен холодильник, выполненный в виде оребрения 8. В камеру 3 через верхний ее торец введен нагреватель в виде стержня 9 с тепло0

5

0

5

0

5

изоляцией 10 на его боковой поверхности и со свободным от теплоизоляции 10 нижним торцом I1, заглубленным в жидкость 2 до уровня, обеспечивающего прерывание теплового контакта стержня 9 с жидкостью 2 после ее испарения. Привод снабжен связанным с корпусом I упором в виде гайки 12 и пружиной 13, размещенной между гайкой 12 и нижним торцом 11 сильфона 4. Стержень 9 и гайка 12 установлены с возможностью перемещения в направлении колебаний сильфона 4 и фиксации относительно корпуса I.

Камера 3 неподвижно закреплена на основании 14. Для фиксации стержня 9 предусмотрены прикрепленная к основанию 14 муфта 15 и стопорный винт 16. Гибкий шток 6 связан с переключателем 17, взаимодействующим посредством собачки 7 с двумя храповыми колесами 18 и 19 с возможностью встречного вращения колес 18 и 19 при разных положениях- переключателя 17. Храповое колесо 18 жестко связано посредством вала 20 с ведущей шестерней 21, а храповое колесо 19 - посредством вала 22 - с ведущей шестерней 23. Ведущие шестерни 21 и 23 введены в зацепление с ведомой шестерней 24 с разных ее сторон. Ведомая шестерня 24 закреплена на выходном валу 25. Переключатель 17, собачка 7, храповые колеса 18 и 19, валы 20 и 22, шестерни 21, 23 и 24 образуют преобразователь 26 возвратно-поступательного движения штока 6 во вращательно движение выходного вала 25.

4

Привод работает следующим образом

С помощью муфты 15 и стопорного винта 16, а также пружины 13 устанавливают требуемую величину заглубления h стержня 9 нагревателя в жидкости 2.

Нагрев жидкости 2 осуществляется через торец 11 стержня 9 нагревателя Отток тепла от прогретой жидкости 2 осуществляется через оребрение 8 холодильника. Тепло стержня 9 передается через торец II к жидкости 2. Эффективный прогрев жидкости 2 в районе торца 11 приводит к испарению жидкости 2. В результате этого давление па- ро-воздушной смеси 5 над жидкостью 2 увеличится, и под его воздействием растянется сильфон 4, передавая пере- мещение ДХ штоку 6. При этом пружина 13 сжимается, уровень жидкости 2 опускается ниже торца 11 стержня 9, и прерывается тепловой контакт стержня 9 с жидкостью 2. Так как у смеси 5 коэф фициент теплопроводности невысок, то молекулы смеси 5 эффективно нагреваются лишь у торца 11, Вследствие этого у основной массы пара жидкости 2 начинается конденсация. Давление паро жидкостной смеси 5 уменьшается, и под действием пружины 13 сильфон 4 сжимается. В результате этого уровень зкид- кости 2 займет начальное положение, обеспечив ее тепловой контакт с тор- цом II. Жидкость 2,, нагреваясь, начнет снова испаряться, и цикл повторяется. Таким образом, гибкий щток 6 приводится в возвратно-поступательное движение, передаваемое преобразо- вателю 26 возвратно-поступательного движения во вращательное (фиг. 2).

В зависимости от знака управляю- .щего сигнала на входе переключателя 17 возвратно-поступательное движение гибкого штока 6 с собачкой 7 сообщает вращательное движение храповому колесу 18 или 19. Собачка 7 поворачивает храповое колесо 18 или 19 вместе с валом 20 или 22 и шестерней 21 или

23на число зубьев, соответствующее заданному числу импульсов перемещений гибкого штока 6. В зависимости

от знака управляющего сигнала на входе переключателя 17 ведомая шестерня

24вращается в ту или иную сторону. Таким образом, на выходе привода получаем угловое перемещение q вала 25,

0 j 5 0

5

0

5

где tf;

п пропорциональное сумме возвратно-поступательных перемещений гибкого штока 6 и определяемое формулой

Ц ., ,

угол поворота вала 25 при однократном движении гибкого щтока 6;

число движений гибкого штока 6.

Описанный процесс колебания уровня жидкости 2 в цилиндрической камере 3 периодически повторяется, при этом уровень жидкости 2 изменяется с течением времени по гармоническому закону. По такому же закону, но со сдвигом по фазе изменяется объем сильфона 4 и перемещение связанного с ним гибкого штока 6. Амплитуда и частота колебаний объема сильфона 4 зависят от теплофизических свойств материалов стержня 9 нагревателя и жидкости 2, от геометрии элементов привода и мощности нагрева (от температуры стержня 9).

Величина амплитуды колебаний определяется также следующими условиями: величиной заглубления h стержня 9 нагревателя в жидкость 2; жесткостью степенью сжатия пружины 13.

Режим автоколебаний устанавливается оператором изменением коэффициента усиления отрицательной обратной связи (т.е. изменением заглубления h погружения торца 11 стержня 9 нагревателя в жидкость 2 и усилия пружины 13с помощью вращения гайки 12).

Испытания модели предлагаемого привода показали его эксплуатационную надежность и подтвердили простоту конструкции, а также возможность получения больших выходных перемещений с одновременным точным регулированием амплитуды и частоты колебаний штока 6. Формула изобретения

заглублен в жидкость до уровня, обеспечивающего прерывание теплового контакта стержня .с жидкостью после ее испарения, отличающийся тем, что, с целью увеличения амплитуды колебаний звена отбора мощности и обеспечения точного регулирования частоты и амплитуды этих колебаний, он дополнительно снабжен связанным с корпусом упором и пружиной, размещенной между упоро м и подвижной стенкой, стержень и упор установлены с возможностью перемещения в направлении колебаний подвижной стенки и фиксации относительно корпуса, а подвижная стенка выполнена в виде сильфона.

лх

21

I .

17

23