Способ работы мартенситного двигателя Советский патент 1990 года по МПК F03G7/06 

,

I

Изобретение позволяет увеличить долговечность мартенситных двигателей путем устранения или уменьшения пластических деформаций, накопленных в их термочувствительных элементах (ТЭ) 1 в процессе осуществления термоциклов их нагрева и охлаждения под нагрузкой. В процессе реализации способа ТЭ 1 нагревают электрическим током при включенном выключателе 4 и охлаждают при отключении ТЭ 1 от источника 5 электроэнергии. В процессе проявления термомеханической памяти ТЭ 1 посредством ролика 6 и вилки 7 перемещает звено нагрузки. После термоциклов, при которых ТЭ 1 находится под нагрузкой, уменьшают нагрузку на ТЭ 1, например, устраняя сопротивление звена нагрузки перемещению ТЭ 1, и дополнительно осуществляют термоциклы его нагрева и охлаждения при уменьшенной нагрузке, чередуя впоследствии термоциклы нагруженного ТЭ 1 с термоциклами при меньшем уровне его нагрузки. При этом накопленные в процессе работы пластические деформации ТЭ 1 уменьшаются при термоциклировании без нагрузки вследствие частичного или полного устранения накопленных искажений микроструктуры материала ТЭ 1 под действием остаточных внутренних напряжений. 4 ил.

N

5Л

Од

о ч

00 Од

Фаг.1

3 156

при отключении ТЗ 1 от источника 5 электроэнергии. В процессе проявления термомеханической памяти ТЭ 1 посредством ролика 6 и вилки 7 перемещает звено нагрузки. После термоциклов, при которых ТЭ 1 находится под нагрузкой, уменьшают нагрузку на ТЭ 1, например, устраняя сопротивление звена нагрузки перемещению ТЭ 1, и дополнительно осуществляют термоциклы его нагрева и охлаждения при умень

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам работы тепловых двигателей с твердыми термочувствительными слементами из матери- ала с термомеханической памятью, и может быть использовано без применения дополнительной технологической оснастки для широкого класса различных матренситных двигателей, в том числе ранее сцзданных, работающих в разнообразных внешних условиях.

Целью изобретения является увеличение долговечности двигателя путем устранения или уменьшения накопленных пластических деформаций элемента.

На фиг. 1 представлена схема испытаний мартенситного двигателя при осуществлении предлагаемого способа его работы; на фиг. 2 - график зависимости относительной пластической деформации Ј термочувствительных элементов от числа N циклов работы двигателя при реализации термоциклов нагрева и охлаждения элементов под нагрузкой; на фиг 3 график зависимости длины L термочувствительного элемента от числа N циклов работы двигателя при использовании способа-прототипа (верхняя часть графика)и пред- латаемого способа (нижняя часть графика); нафиг. k- экспериментальнополу- ченные графики,иллюстрирующие уменьшение пластической деформации S термочувствительных элементов в зависимое- ти от числа N термоциклов их нагрева и охлаждения без нагрузки при осуществлении предлагаемого способа„

Мартенситный двигатель содержит термочувствительный элемент 1 в виде проволоки из материала с термомеханической памятью - никелида титана. Элемент 1 обеими концами закреплен на неподвижном основании 2 и электрическ

шенной нагрузке, чередуя впоследствии термоциклы нагруженного ТЭ 1 с термоциклами при меньшем уровне его нагрузки. При этом накопленные в процессе работы пластические деформации ТЭ 1 уменьшаются при термоциклиро- вании без нагрузки вследствие частичного или полного устранения накопленных искажений микроструктуры материала ТЭ 1 под действием остаточных внутренних напряжений, k ил.

5

0 5

g

0 5 0

изолирован от последнего изоляторами 3. Концы элемента 1 через выключатель k соединены с источником 5 электрической энергии. Элемент 1 огибает ролик

6,ось которого продета сквозь ьилку

7,соединенную с звеном нагрузки (не показано). В качестве звена нагрузки могут быть использованы груз, пружина, пневмоцилиндр, клапан, насос и т.п. Звено нагрузки воздействует не вилку

7 усилиями Р. В процессе испытаний перемещение вилки 7 измеряют микрометрической головкой 8, шток 9 которой взаимодействует с вилкой 7. Головка 8 закреплена на раме 10.

Двигатель работает следующим образом.

Замыканием и размыканием выключателя Ц осуществляют последовательные термоциклы нагрева элемента 1 при пропускании через него электрического тока и охлаждения элемента 1, отключенного от источника 5 электрической энергии. Холодный элемент 1 растягивается усилиями Р нагрузки, а при нагреве сокращается в результате проявления его памяти, перемещая звено нагрузки и совершая работу против действия усилий Р. В процессе работы под нагрузкой элемент 1 накапливает пластическую деформацию Јh в соответствии с графиком, представленным на фиг. 2. . В общем случае накопление пластической деформации Јh проходит трл стадии. На первой стадии (участок а приработки) пластическая деформация Јп развивается очень активно. Это обусловлено пластическим деформированием неудачно ориентированных усилий Р зерен сплава, из которого изготовлен элемент 1. Приблизительно к десятому термоциклу для никелида титана величина пластиции термоциклов нагрева и охаждения разгруженных термочувствительных эле-ч ментов 1 мартенситных двигателей обнаружено экспериментально. Причиной yM6h ьшения накопленной пластической деформации является частичное или i

5-15607866

ческой деформаций Ј за цикл приоб Свойство уменьшения накопленной ретает статистически устойчивый .харзк- пластической деформации при реализа- тер и сохраняется постоянной на всем участке б нормальной работы. На этом участке пластическая деформация Ј(1 раз- вивается.за счет генерирования и трансляции дислокаций. На участке Ј происходят износовые явления развития отказа, при этом величина пластической, полное устранение накопленных исчаже- деформации Јц за цикл резко увеличи- ний внутренней микроструктуры материала элементов 1 под действием остаточных внутренних напряжений при осуществлении термоциклов нагрева и охлаж- щих 2-3 зерна, и образования микро- ,5 дения разгруженных элементов 1. трещин. Обычно третья стадия (участок Результаты испытания предлагаемого

способа приведены на фиг. А. Испытания проводились с использованием проволочного элемента 1 с исходной дли- Таким образом, при реализации спо- 20 ной 18(3,5 мм. Напряжения холостого соба-прототипа длина L элемента 1 по хода в элементе 1 составили 10,6 МПа. мере увеличения числа N циклов посто- . Было проведено шесть серий опытов, янно увеличивается в соответствии с в которых в элементе 1 под нагрузкой графиком 11, представленным на фиг.З. создавались напряжения соответствен- Темп, роста длины элемента 1 опредзля- 25 но 50,4; 63,7; 76,9; 90.2; 103; ется уровнем действующих в нем напря- 117 МПа с увеличением нагрузки, в каждой последующей серии. Уменьшение накопленной пластической деформации 8 в этих опытах иллюстрируется соответ- 30 ственно графиками 13, 1, 15, 16, 17 и 18, представленными на фиг. k. После установки нагрузки осуществляли термоциклы нагрева и охлаждения элемента 1, что вызывало накопление пластической деформации. После снятия

вается за счет слияния микротрещин, образующихся по границам зерен особенно на тройных стыках, и охватываю& графика на фиг. 2) длится 10-30 циклов, после чего термочувствительный элемент 1 разрушается.

жений Поскольку работоспособность мартенситного двигателя определяется перемещением звена нагрузки в функционально обусловленных границах (например, между открытым и закрытым положениями клапана, используемого в качестве звена нагрузки), накопление пластических деформаций элемента 1 может вызвать отказ двигателя раньше, чем разрушится элемент 1. При осуществлении предлагаемого способа после термоциклов, при которых элемент 1 находится под нагрузкой, уменьшают нагрузку на элемент 1, например устраняя сопротивление звена нагрузки перемещению элемента 1, и дополнительно осуществляют термоциклы нагрева и охлаждения последнего при уменьшенной нагрузке, чередуя впоследствии термоциклы нагруженного элемента 1 с термоциклами при меньшем уровне его нагрузки. В результате накопленные пластические деформации элемента 1 устраняются или уменьшаются и изменение длины элемента 1 происходит в соответствии с графиком 12, представленным на фиг. 3. При этом на участках графика, обозначенных знаком +, происходит накопление пластической деформации элемента 1, а на участках, обозначенных знаком -, - уменьшение накопленной пластической деформации.

нагрузки измеряли начальное пластическое удлинение Ј(} , ,4 , S , , и °1й элемента 1 соответственно в каждой серии опытов. Затем осу- 40 ществляли термоциклы нагрева и охлаждения разгруженного элемента 1, измеряя после каждого цикла его остаточное удлинение.Испытания проводили до тех пор, пока остаточное пластическое

4с удлинение не постигало стабильной ве- 43 Ј Of pi м о личины, б,,, i ,4- , S , Ј1б , Sn ,

и Ј)В соответственно для каждой серии опытов.

Как видно из графиков 13 и 14, в 5Q первой и второй сериях опытов наблюдалось полное устранение пластической деформации элемента 1, а в остальных опытах - уменьшение остаточных пластических деформаций , При использовании предлагаемого способа долговечность мартенситного двигателя повышается за счет того, что уменьшение его рабочего хода до предельного допустимого значения из-за

ции термоциклов нагрева и охаждения разгруженных термочувствительных эле-ч ментов 1 мартенситных двигателей обнаружено экспериментально. Причиной yM6h ьшения накопленной пластической деформации является частичное или i

Свойство уменьшения накопленной пластической деформации при реализа- полное устранение накопленных исчаже- ний внутренней микроструктуры материала элементов 1 под действием остаточных внутренних напряжений при осуществлении термоциклов нагрева и охлаж- дения разгруженных элементов 1. Результаты испытания предлагаемого

способа приведены на фиг. А. Испытания проводились с использованием проволочного элемента 1 с исходной дли- 0 ной 18(3,5 мм. Напряжения холостого хода в элементе 1 составили 10,6 МПа. . Было проведено шесть серий опытов, в которых в элементе 1 под нагрузкой создавались напряжения соответствен- 5 но 50,4; 63,7; 76,9; 90.2; 103; 117 МПа с увеличением нагрузки, в каждой последующей серии. Уменьшение накопленной пластической деформации 8 в этих опытах иллюстрируется соответ- 0 ственно графиками 13, 1, 15, 16, 17 и 18, представленными на фиг. k. После установки нагрузки осуществляли термоциклы нагрева и охлаждения элемента 1, что вызывало накопление пластической деформации. После снятия

нагрузки измеряли начальное пластическое удлинение Ј(} , ,4 , S , , и °1й элемента 1 соответственно в каждой серии опытов. Затем осу- 0 ществляли термоциклы нагрева и охлаждения разгруженного элемента 1, измеряя после каждого цикла его остаточное удлинение.Испытания проводили до тех пор, пока остаточное пластическое

с удлинение не постигало стабильной ве- 3 Ј Of pi м о личины, б,,, i ,4- , S , Ј1б , Sn ,

и Ј)В соответственно для каждой серии опытов.

Как видно из графиков 13 и 14, в Q первой и второй сериях опытов наблюдалось полное устранение пластической деформации элемента 1, а в остальных опытах - уменьшение остаточных пластических деформаций , При использовании предлагаемого способа долговечность мартенситного двигателя повышается за счет того, что уменьшение его рабочего хода до предельного допустимого значения из-за

71560786

накопления необратимых пластических деформаций термочувствительных элементов 1 реализуется при увеличенном числе рабочих циклов двигателя.

ц н м м

Формула изобретения

ю щ и и с я тем, что, с целью повышения долговечности двигателя путем устранения или уменьшения накопленны пластических деформаций элемента, пе

-------- - ---- - Г1 Т w ff ЧГ IWf l 1 I I t

Способ работы мартенситного двигате риодически уменьшают или снимают налл путем предварительного деформирования термочувствительного элемента, осуществления последовательных термогрузку на элемент и чередуют термоци клы с номинальной и уменьшенной нагрузкой.

еМ

Фаг. г

Фиг.З

8

циклов его нагрева и охлаждения при номинальной нагрузке элемента и перемещения его в процессе проявления термомеханической памяти, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения долговечности двигателя путем устранения или уменьшения накопленных пластических деформаций элемента, пе-------- - ---- - Г1 Т w ff ЧГ IWf l 1 I I t

риодически уменьшают или снимают нагрузку на элемент и чередуют термоциклы с номинальной и уменьшенной нагрузкой.

N

L

т

W 20 Фиг А

ff