Гидравлический тепловой привод Советский патент 1988 года по МПК F03G7/06 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для преобразования тепловой энергии в механическую, и может использоваться в качестве гидравлического исполнительного механизма.

Целью изобретения является повышение быстродействия путем обеспечения возможности обратного хода звена отбора мощности до сжатия рабочего тепа.

На фиг. 1 изображен предлагаемый привод с одной рабочей и одной компенсирующей камерами в виде сильфон- ных гидроцилиндров в исходном положении, поперечный разрез; на фиг.2 - то же, в конце такта расширения; на фиг.З - то же, в конце такта сжатия, на фиг.4 привод с одной рабочей и одной компенсирующей камерами в виде поршневых гидроцилиндров, поперечный разрез (пунктирными линиями показано положение элементов устройства при вьщвинутых поршнях гидроцилиндров рабочей и компенсирующей камер); на фиг.З - график зависимости объема те термочувствительного рабочего тела - воды от ее температуры; на фиг.6 - конструктивная схема привода с восемью рабочими и восемью компенсирующими камерами - с общим звеном отбора мощности в виде ползуна в исходно положении; на фиг.7 - то же, при такте расширения левых наружных рабочих камер; на фиг.8 - то же при такте расширения правых внутренних рабочих камер; на фиг.9 - то же, при такте расширения левых внутренних рабочих камер} на фиг.10 - то же,при такте расширения правых наружных рабочих камер,- на фиг. 11 - привод с восемью рабочими и восемью компенсирующими камерами, расположенными вокруг звена отбора мощности в виде ползуна, аксонометрия; на фиг.12 - ползун отбора мощности вдоль оси его штока (черными кружками обозначены места приложения усилий гидроцилиндров рабочих камер).

Привод (фиг.1-4) содержит размещенную с зазором внутри теплоизолирующего кожуха 1 заполненную жидким термочувствительным рабочим телом - водой 2 рабочую камеру 3 переменного объема с закрепленной на опоре 4 неподвижной стенкой 5 и с подвижной стенкой 6, взаимодействующей с звеном отбора мощности, выполненным в

0

5

0

5

0

5

0

5

виде ползуна 7 (фиг.6-12). В зазоре между кожухом 1 и рабочей камерой 3 размещен охладитель 8, выполненный, . например, в виде охватывающего камеру 3 канала 9 для холодного теплоносителя, сообщенного с внешним источником 10 охлаждения. В зазоре между кожухом 1 и рабочей камерой 3 снаружи охладителя 8 размещен нагреватель в виде индукционной катушки 11, подключенной к источнику 12 переменного тока. Привод снабжен также компенсирующими камерами 13 переменного объема по числу рабочих камер 3.- Компенсирующие камеры 13 имеют компенсирующие подвижные стенки 14. Каждая компенсирующая камера 13 сообщена со своей рабочей камерой 3, заполнена ра- рабочим телом - водой 2 и снабжена размещенным между ее подвижной стенкой 14 и опорой 4 подвижным упором 15 с фиксатором 16 его положения, соединенным с дополнительно установленным приводом 17 (например, электромагнитным) упора 15. Последний может быть выполнен в виде трех звеньев 18-20, шарнирно соединенных между собой, а также с опорой 4 и компенсирующей подвижной стенкой 14. Среднее звено 19 упора.15 связано с фиксатором 16 скользящим соединением с возможностью перемещения звена 19 в поперечных направляющих, выполненных на конце фиксатора 16. Средняя часть рабочей камеры 3 может быть выполнена в виде трубчатой цилиндрической решетки 21 (фиг.1 и 4). Рабочая и компенсирующая камеры 3 и 13 могут быть снабжены соответственно сильфон- ными гидроцилиндрами 22 и 23 или поршневыми гидроцилиндрами 24 и 25 с установленными в последних рабочими и компенсирующими поршнями 26 и 27 соответственно. Для уменьшения перемещения подвижной стенки 14 компенсирующей камеры 13 площадь поперечного сечения последней больше, чем площадь поперечного сечения гидроцилиндра 22 или 24 рабочей камеры 3.

Для обеспечения совместной согласованной работы нескольких, например восьми, рабочих камер 3 (фиг.6-12) последние вместе со своими компенсирующими камерами 13 располагаются соосно парами с рабочими поршнями 26, обращенными навстречу один другому. Между поршнями 26 в этом случае размещено общее для всех

рабочих камер 3 звено отбора мощности в виде ползуна 7, закрепленного на штоке 28, установленного с возможностью прямолинейного возвратно- поступательного движения на опорных узлах 29,

Привод работает за счет теплового расширения и сжатия рабочего тела - воды при изменении ее температуры. Исходной температурой t воды 2 соответствующей начальной точке рабочего цикла камеры 3, выбирается 4°С потому, что при t +4 С вода имеет наибольшую плотность, наименьшие объем и коэффициент объемного расширения (фиг.5). При температуре воды 2 4°С в рабочей камере 3 ее под вгокная стенка 6 находится в исходном

из рабочей камеры 3 вытесняется в ее компенсирующую камеру 13, перемещешпо подвижной стенки 14 которой не пятствует упор 15 (фиг.З). В процессе охлаждения воды 2 в камере 3 ее объем уменьшается, что компенсируется сжатием компенсирующей камеры 13 за счет возврата ее стенки 14 в

исходное положение под действием упора 15, перемещаемого приводом 17 посредством фиксатора 16, при этом вода 2 вытесняется из камеры 13 в камеру 3. При охлаждении воды 2 в камере 3 до 4 ± 1°С упор 15 центрируется и фиксируется в выпрямленном положении фиксатором 16 (фиг.1). Таким образом, привод возвращается в исходное состояние и готов для поп

Изобретение м.б. использовано в качестве гидравлического исполнительного механизма. Цель изобретения - повышение быстродействия привода путем обеспечения возможности обратного хода звена отбора мощности до сжатия рабочего тела. Компенсирующая камера (К) 13 переменного объема с компенсирующими подвижными с.тен- ками 14 сообщена с рабочей К 3 переменного объема, заполненной термочувствительным рабочим телом и установленной с зазором в теплоизолирующем кожухе 1. Неподв1-1жная стенка 5 К 3 закреплена на опоре 4, а подвижная стенка 6 К 3 взаимодействует со звеном отбора мощности. Подвижный упор 15 с фиксатором 16 его положения соединен с приводом упора и размещен между стенкой 14 и опорой.Внутри кожуха расположен нагреватель, выполненный в виде индукционной катушки 11, размещенной в зазоре между кожухом и К 3 снаружи охладителя 8. При таком выполнении такт охлаждения и . сжа тия осуществляется во время трех тактов нагрева и расширения, что обеспечивает возможность непрерывного отбора мощности в случае, если интенсивность охлаждения рабочего тела щ существенно меньше, чем интенсивность ее нагрева. Если времени трех тактов нагрева и расширения будет недостаточно для осуществления такта охлаждения и сжатия, то кол-во К 3 м.б. с -увеличено, тем самым увеличится аре- мя для осуществления такта охлаждения и сжатия. 1 з.п. ф-лы, 12 ил. (Л ) 4; N5 о: QO Фиг.

положении, практически не получая пе- 2о торения рабочего цикла,При работа привода (ф каждой из его рабочих и щих камер 3 и 13 J соот последовательно воспроиз 25 занные процессы. Перед н ты привода температура всех его камерах 3 и .13 равна 4°С, а ползун 7 на зи гвдроцилиндров 24 лев камер 3. При этом вначал ся такт расширения левых наружных камер 3 с ползуна 7 вправо (фиг.7 рабочего хода .пщроцилнн нается охлаждение воды 2 ружных камерах 3. При до зуном 7 крайнего правого подается сигнал на включ 17 фиксаторов 16 упоров линдров 25 левых наружны в этот же момент начинае расширения гидроцилиндро внутренних камер 3, кото щая ползун 7 влево, возд поршни 26 гидроцилиндров наружных камер 3 и перем поршни 26 в крайнее лево (фиг.8). В дальнейшем в pax 24 и 25 правых внутр 3 происходят процессы, а процессам в гидроцилиндр левых наружных камер 3.

ремещения при колебаниях температуры воды 2 на 1°С в большую или меньшую сторону, что упрощает регулировку исходного положения стенки 6 рабочей камеры 3.

При подключении индукционной катушки 11 к источнику 12 переменного тока происходит нагревание воды 2 в камере 3 до 4°С + , где At увеличение температуры, необходимое для обеспечения заданного рабочего хода- ползуна 7. Вода 2, расширяясь, заставляет перемещаться подвижную стенку 6, толкающую ползун 7. При этом интенсивность нагрева воды 2 зависит от желаемой скорости перемещения ползуна 7. После того, как ползун 7 и стенка 6 пройдут определенный путь 1 (фиг.2), такт расширения камеры 3. заканчивается, а в канал 9 подается из источника 10 охлаждения холодный теплоноситель. В камере 3 начинается процесс охлаждения воды 2, т.е. такт сжатия камеры 3, которьш продолжается до достижения t 4°С. Так как процесс охлаждения воды 2 в камере 3 происходит существенно медленнее процесса ее нагревания, то в конце такта расширения камеры 3 срабатывает привод 17, который освобождает фиксатор 16 упора 15, опуская вниз его среднее звено 19. Подвижная стенка 6 рабочей камеры 3 возвращается в исходное положение под действием ползуна 7, который получает обратное движение от давления гидроцилиндра 22 или 24 другой камеры 3, располо- женной напротив. При возвращении стенки 6 в исходное положение вода 2

о торения рабочего цикла,0

5

При работа привода (фиг.6-12) в каждой из его рабочих и компенсирующих камер 3 и 13 J соответственно, последовательно воспроизводятся ука- 5 занные процессы. Перед началом работы привода температура воды 2 во всех его камерах 3 и .13 должна быть равна 4°С, а ползун 7 находится вблизи гвдроцилиндров 24 левьк рабочих камер 3. При этом вначале реализуется такт расширения г одроцилиндров 24 левых наружных камер 3 с перемещением ползуна 7 вправо (фиг.7). В конце рабочего хода .пщроцилнндров 24 начинается охлаждение воды 2 в левых наружных камерах 3. При достилсении ползуном 7 крайнего правого положения подается сигнал на включение приводов 17 фиксаторов 16 упоров 15 гидроцилиндров 25 левых наружных камер 3, и в этот же момент начинается такт расширения гидроцилиндров 24 правых внутренних камер 3, которые, перемещая ползун 7 влево, воздействуют на поршни 26 гидроцилиндров 24 левых наружных камер 3 и перемещают эти поршни 26 в крайнее левое положение (фиг.8). В дальнейшем в гидроцилинд- pax 24 и 25 правых внутренних камер 3 происходят процессы, аналогичные процессам в гидроцилиндрах 24 и 25 левых наружных камер 3.

После этого в такой же последовательности реализуются такты расширения в гидроцилиндрах 24 левых внутренних камер 3 (фиг.9) и правых наружных камер 3 (фиг.10). В конце так та расширения гидроцилиндров 24 правых наружных камер 3 заканчивается,

0

5

0

5

такт охлаждения и сжатия левых наружных камер 3, а взаимодействующие с последними компенсирующие поршни 27 гидроцилиндров 25 фиксируются в крайнем правом положении их выпрям- Iленными упорами 15 (фиг.10К Аналогичным образом завершаются такты охлаждения и сжатия левых внутренних, правых внутренних и правых наружных камер 3.

Таким образом, ползун 7 перемещается под воздействием рабочих поршней 26 гидроцилиндров 24 только в такте их расширения. Такт сжатия является нерабочим и предназначен только для подготовки к такту расширения. Такт охлаждения и сжатия осуществляется во время трех тактов нагрева и расширения, что обеспечивает возможность непрерьшного отбора мощности в случае, если интенсивность охлаждения рабочего тела (воды 2) существенно меньше, чем интенсивность ее

жидкости вместо воды 2 может быть использована жидкость с более высоким коэффициентом объемного расши- с рения, например этиловый эфир, для чего требуется обеспечить более точ- ньш возврат ее температуры к исходному значению в процессе охлаждения.

10 Формула изобретения

15 заполненную жидким термочувствительным рабочим телом рабочую камеру переменного объема с закрепленной на опоре неподвижной стенкой и с подвижной стенкой, взаимодействующей с

20 звеном отбора мощности, а также размещенные соответственно внутри кожуха нагреватель и в зазоре между кожу хом и рабочей камерой охладитель, отличающийся тем, что.

нагрева. Если врейени трех тактов на- 25 с целью повышения быстродействия путем обеспечения возможности обратног хода звена отбора мощности до окатия рабочего тела, он дополнительно снаб жен сообщенной с рабочей камерой ком пенсирующей камерой переменного объема с компенсирующей подвижной стенкой, а также размещенным между последней и опорой подвижным упором с фиксатором его положения, соединенным с дополнительно установленным приводом упора.

грева и расширения недостаточно для осуществления такта охлаждения и сжатия, то количество камер 3 мо жет быть увеличено еще на четыре камерь; 3, тем самым располагаемое время для осуществления такта охлаждения и сжатия увеличивается еще на время двух тактов нагрева и расширения. Для установки поршней 26 и 27 привода в исходное положение достаточно обеспечить охлаждение воды 2 до исходной температуры точностью ±1 С, при этом не возникают избыточные вредные нагрузки на элементы конструкции привода, так как наименьший коэффициент объемного расширения воды 2 соответствует области ее температур 3 - . В качестве рабочей

жидкости вместо воды 2 может быть использована жидкость с более высоким коэффициентом объемного расши- рения, например этиловый эфир, для чего требуется обеспечить более точ- ньш возврат ее температуры к исходному значению в процессе охлаждения.

Формула изобретения

заполненную жидким термочувствительным рабочим телом рабочую камеру переменного объема с закрепленной на опоре неподвижной стенкой и с подвижной стенкой, взаимодействующей с

звеном отбора мощности, а также размещенные соответственно внутри кожуха нагреватель и в зазоре между кожухом и рабочей камерой охладитель, отличающийся тем, что.

с целью повышения быстродействия пу

тем обеспечения возможности обратного хода звена отбора мощности до окатия рабочего тела, он дополнительно снабжен сообщенной с рабочей камерой компенсирующей камерой переменного объема с компенсирующей подвижной стенкой, а также размещенным между последней и опорой подвижным упором с фиксатором его положения, соединенным с дополнительно установленным приводом упора.

2J

15 2S 27 1 a 2i 2i

./...../ / /

ys

a СП a ED

y///////////////////////,

tj 4 5 .

26 2

-0 0

i2 Фtf9

15 27

27

i

IB

1 Л

I 1

гб

Фц.г.в

/

27

2

28

/// / / / ////////7/7////// /

v5w

cДУ/г ГЙ

f5 П I I

C

At

n

i

Ж

., C

27

At

rt

У// /У77//7///77///7/У

..f

Т 11

26

1 27

/

/

C

21 гв

УХ/////////Х//Х//Х У////Х////У//////ЛУ/ Х//1

5

25

УХУУчХХ ЧУУГ/УУ

26

.tf

27

26 26 7

fj

(PaQ.-fO

23