Способ пуска и останова мартенситного двигателя и мартенситный двигатель Советский патент 1989 года по МПК F03G7/06 

5

/ / /

:л

N5

о

N5

сл

.

Q //// ///////

Фи2.1

шайба 7 расположена параллельно шайбе 6, После формирования зон нагрева и охлаждения путем подачи жидкого азота на ТЭ О по одну сторону от плоскости осей вала 5 и привода 11 включением последнего наклоняют шайбу 7, деформируя ТЭ 8 симметрично относительно плоскости чертежа, В ре- нагрева и охлаждения ТЭ 8 формируется неравномерное поле их

напряжений, имеющих тангенциальную составляющую из-за наклона шайбы 7 и вызывающих вращение вала 5. При отключении двигателя вначале устраняют деформацию ТЭ 8, перемещая шайбу 7 в исходное положение для предотвращения развития их необратимых пластических деформаций, и лишь после этого устраняют зоны нагрева и охлаждения. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение позволяет расширить функциональные возможности и повысить надежность мартенситных двигателей, работающих за счет проявления термомеханической памяти их твердых термочувствительных элементов (ТЭ) 8, и может быть использовано, например, для утилизации энергии холода криогенных теплоносителей. Двигатель содержит ТЭ 8, установленные между шайбами 6 и 7 на валу 5. Шайба 7 установлена на валу 5 посредством сферического подшипника 9 и через радиально-упорный подшипник 10 взаимодействует с приводом 11 изменения угла ее наклона относительно вала 5. Диапазон температур проявления памяти ТЭ 8 находится ниже температуры окружающей среды. Перед пуском двигателя до подачи охлаждающего теплоносителя, например жидкого азота, шайба 7 расположена параллельно шайбе 6. После формирования зон нагрева и охлаждения путем подачи жидкого азота на ТЭ 8 по одну сторону от плоскости осей вала 5 и привода 11 включением последнего наклоняют шайбу 7, деформируя ТЭ 8 симметрично относительно плоскости чертежа. В результате нагрева и охлаждения ТЭ 8 формируется неравномерное поле их напряжений, имеющих тангенциальную составляющую из-за наклона шайбы 7 и вызывающих вращение вала 5. При отключении двигателя вначале устраняют деформацию ТЭ 8, перемещая шайбу 7 в исходное положение для предотвращения развития их необратимых пластических деформаций, и лишь после этого устраняют зоны нагрева и охлаждения. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам и устройствам преобразования тепловой энергии в механическую за счет тепловых деформаций твердых термочувствительных элементов с проявлением свойства их термомеханической памяти и может быть использовано, например, для утилизации энергии разности температур окружающей среды и жидкого азота, который является побочным продуктом (отходом) при получении кислорода, необходимого для сварочных работ.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение надежности.

На фиг, 1 представлена кинематическая схема мартенситного двигателя в нерабочем состоянии с недеформированными термочувствительными элементами; на фиг, 2 - то же, в рабочем состоянии двигателя, после наклона приводом его поворотной шайбы и создания поля различных по величине деформаций термочувствительных элементов.

Мартенситный двигатель содержит ctaTop 1, проходящий через зоны нагре 45 ва и охлаждения (эти зоны разграничены плоскостью чертежа на фиг. 2). , Со статором 1 через радиально-упорные подшипники 2 и 3 связан ротор 4, выполненный в виде вала 5 и двух шайб и 7, между которыми установлены параллельные валу 5 и равно расположенные вокруг него термочувствительные элементы 8 из материала, обладающего термомеханической памятью формы, на- пример из никелида титана, легированного железом или кобальтом, или из сплава системы медь-алюминий-никель„ Диапазон-температур проявления памя0

5

0

5

0

5 Q

ти материала элементов 8 -находится ниже температуры окружающей среды. Шайба 6 жестко закреплена на валу 5, а шайба 7 установлена на валу 5 посредством универсального шарнира в виде сферического подшипника Э, центр которого расположен на оси вала 5, и через радиально-упорный подшипник 10 взаимодействует с приводом 11 .изменения угла ее наклона относительно вала 5. Диаметрально противоположно приводу 11 относительно вала 5 расположен упорный подшипник 12, шарнирно соединенный со статором 1 и взаимодействующий с наружным торцом поворотной шайбы 7 на рад.иусе расположения элементов 8. Сферический подшипник 9 установлен на валу 5 с возможностью перемещения вдоль его оси. На фиг. 1 и 2 привод 11 выполнен в виде пневматического или гидравлического цилиндра с рабочей камерой 13. Привод 11 может быть также выполнен электромагнитным, ручным, мартенситным и т.п.

При сборке двигателя (фиг. 1) шайбы 6 и 7 располагают параллельно друг другу, после чего на них устанавливают/элементы 8 без натяга.

При реализации предлагаемого способа двигатель работает следующим

образом. I

До подачи охлаждающего теплоносителя, например жидкого азота, двигатель находится в положении, изображенном на фиг. 1. При пуске двигателя после формирования зон нагрева и охлаждения путем подачи охлаждающего теплоносителя на элементы 8, расположенные по одну из сторон плоскости поворота оси шайбы 7 (т,е. плоскости чертежа), в камеру 13 привода 11 подают жидкость или газ под давлением.

Шайба 7 поворачивается приводом 11 вокруг упорного подшипника 12, деформируя элементы 8, при этом ход привода 11 выбирают таким образом, чтобы максимальная деформация элементов 8 не превышала допустимой величины (для сплавов на основе никелида титана 5,5-8). Установка упорного подшипника 12 на одном радиусе с элементами 8 обеспечивает неизменность длины (или деформации) ближайшего к подшипнику 12 элемента 8 при пуске двигателя. При повороте шайбы 7 вокруг под- шипника 12 сферический подшипник 9 перемещается по валу 5. После noeofjo- та шайбы 7 приводом 11 (фиг. 2) деформации элементов 8 распределяются симметрично относительно плоскости чертежа. Элементы 8, попавшие в зону на- грева окружающим воздухом, при этом сохраняют высокое значение модуля упругости своего материала, а модуль упругости элементо в 8, попавших в зону охлаждения, в процессе прямого мартенситного превращения их материала резко снижается. В результате возникает разница реактивных напряжений в элементах 8, которые за счет наклона шайбы 7 имеют тангенциальную составляющую, что вызывает вращение ротора .

Перед остановкой двигателя вначале устраняют деформацию элементов 8, для чего стравливают давление из камеры 13, и шайба 7 возвращается в исходное положение, в котором она параллельна шайбе б. Лишь после этого устраняют зоны нагрева и охлаждения, стравливая остатки охлаждающего теплоносителя. Если не соблюдать указанную последовательность операций, т.е. стравить жидкий азот до устранения деформаций элементов 8, то произойдет релаксация их напряжений за счет развития пластической деформации, и двигатель выйдет из строя.

Предлагаемый способ может быть реализован в мартенситных двигателях, имеющих другие кинематические схемы, для чего они должны иметь привод для изменения степени деформации их термочувствительных элементов. Регулировка степени деформации термочувствительных элементов 8 в широких пределах вплоть до полного устранения их деформаций и применение рабочего тела материала элементов 8 - с диапазоном температур проявления его памяти ниже

10

5

205

30

35

0

45

0

5

температуры окружающей среды расширяет функциональные возможности предлагаемого способа, так как позволяет использовать различные материалы для изготовления элементов 8 и оптимизировать величину их деформаций в зависимости от теплового режима работы двигателя, а также использовать для его работы энергию холода криогенных теплоносителей без дополнительного искусственно созданного горячего теплового источника. Кроме того, обеспечивается повышение надежности мартен- ситного двигателя путем предотвращения перегрузки термочувствительных элементов 8 в процессе его хранения и транспортировки, а также при, его пуске и остановке.

Формула изобретения

и устранения зон их нагрева и охлаждения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности при использовании для нагрева тепла окружающей среды, а для охлаждения - криогенных теплоносителей, при пуске деформирование элементов производят после формирования зон нагрева и охлаждения, а При остановке устраняют деформацию термочувствительных элементов до устранения зон нагрева и охлаждения.

расположенным диаметрально противоположно приводу относительно вала, шариирно соединенным со статором и взаимодействующим с наружным торцом

в

У/ /Li

J.

Фиг. 2

о15202568

поворотной шайбы на радиусё располо- (Жения элементов, а универсальный шарнир установлен с возможностью перемещения вдоль оси вапя.

W