Устройство для преобразования тепловой энергии в механическую Советский патент 1991 года по МПК F03G7/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам, в которых получение тепловой энергии обеспечивается за счет тепловых деформаций термочувствительных секций с твердым, жидким или газообразным рабочим телом, и может быть использовано в тепловых двигателях, потребляющих тепло нетрадиционных источников, например солнечной энергии или разности температур морской воды и окружающей среды.

Целью изобретения является повышение экономичности.

На фиг.1 представлена кинематическая схема предложенного устройства; на фиг.2 - схема размещения термочувствительных секций относительно зон нагрева и охлаждения, расположенных на солнце и в тени; на фиг.З - то же, для зон нагрева и охлаждения, образованных тепловой водой подо льдом и холодной окружающей средой; на фиг.4 - устройство с термочувствительными секциями в виде сильфонов, заполненных легкоиспаряющейся жидкостью, осевой разрез; на фиг.5 - схема установки термочувствительных секций в виде твердых элементов из материала с термомеханической памятью.

Устройство содержит корпус 1 с зонами 2 и 3 нагрева и охлаждения соответственно, в котором установлен закрепленный на выходном валу 4 ротор 5. На последнем с возможностью попеременного перемещения через зоны 2 и 3 нагрева и охлаждения размещены термочувствительные рабочие секции 6, соединенные с сателлитом 7 первой ступени планетарной передачи, выполненной в виде двухступенчатого прецессионного редуктора 8. Центральные колеса 9 и 10 соответственно первой и второй ступеней редуктора 8 закреплены на корпусе 1, а водило 11 первой ступени редуктора 8-на роторе 5. Сателлит 7 первой ступени редуктора 8 выполнен составным из двух роликовых венцов 12 и 13, связанных между собой посредством шлицев 14, выполненных на их сферических поверхностях.

Термочувствительные рабочие секции 6 размещены между венцами 12 и 13 сателлита 7 по их периметру с возможностью постоянного взаимодействия венцов 12 и 13 и секций 6. Вторая ступень редуктора 8 размещена собсно ступице сателлита 7 первой ступени редуктора 8 в камере 15 корпуса 1 со сферической наружной поверхностью 16. Сателлит 17 второй ступени редуктора 8 выполнен в виде жестко соединенных между собой зубчатых венцов 18 и 19 и установлен на кривошипе 20 выходного вала 4. Ступени редуктора 8 связаны между собой

двухвенцовым центральным колесом 21, находящимся в зацеплении своими венцами соответственно с венцами 13 и 19 сателлитов 7 и 17 первой и второй ступеней редуктора 8. Сателлиты 7 и 17, в свою очередь, другими своими венцами 12 и 18 соответственно введены в зацепление с центральными колесами 9 и 10.

Термочувствительные секции 6 (фиг.1 и

0 5) выполнены из материала с термомеханической памятью в виде дугообразных твердых элементов 22, шарнирно соединенных со штоками 23, продетыми сквозь отверстия в скобах 24 вязанных с водилом 11 посред5 ством шлицев с возможностью осевого перемещения. Штоки 23 прижаты своими закругленными концами к внутренним торцовым поверхностям венцов 12 и 13. Термочувствительные секции 6 могут быть

0 выполнены также в виде сильфонов 25 (фиг.4), заполненных легкокипящей жидкостью, на торцовых крышках которых закреп- лены штоки 23. На венцах 12 и 13 установлены шарнирно связанные с ними

5 ролики 26 и 27 соответственно, входящие при зацеплении во впадины между зубьями колес 9 и 10. Корпус 1 имеет снизу отверстие 28 для прохода теплоносителя и установлен на опорах 29 таким образом, что нижние

0 секции 6 погружены в воду 30 подо льдом 31, являющуюся горячим теплоносителем зоны 2 нагрева.

Устройство работает следующим образом.

5Водило 11 при пуске приводится во вращение (не более чем на пол-оборота) от внешнего пускового двигателя (не показан). При этом сильфоны 25 (или термочувствительные элементы 22), контактируя с водой

0 30 в зоне 2 нагрева, расширяются, и осевое перемещение от расширяющейся жидкости в сильфонах 25 (или от выпрямления термочувствительных элементов 22) передается штокам 23 и далее венцам 12 и 13 сателлита

5 7. Осевое перемещение штоков 23 преобразуется в прецессионное движение венцов 12 и 13 с роликами 26 и 27 сателлита 7, которые, зацепляясь р зубчатыми колесами 9 и 21, заставляют последнее вращаться с

0 редукцией

i -Zi2 zEi

ИЕZg Zi3 -Zi2

где Zi2 и Zi3 - число роликов 26 и 27 венцов 5 12 и 13 соответственно;

Zg - число зубьев колеса 9; Z261 число зубьев большего венца колеса 21.

Вращательное движение колеса 21 через его меньший венец передается сателлиту 17 второй ступени редуктора 8. В результате взаимодействия венца 18 сателлита 7 с колесом 10 вращательное движение колеса 21 мультиплицируется и передается кривошипу 20 и далее валу 4. При этом передаточное отношение второй ступени редуктора 8 равно

, ZIB Zft

Zio -Z19-218 ZM

где Zie и Zig - число зубьев венцов 18 и 19 сателлита 17;

Zio - число зубьев колеса 10,

Z21M- число зубьев меньшего венца колеса 21.

Переместившись вместе с водилом 11 в зону 3 охлаждения, секции 6, охлаждаясь, сжимаются до исходных размеров. Далее описанный цикл повторяется, в результате чего поддерживается непрерывное вращение вала 4. Таким образом тепловая энергия преобразуется в механическую. Если выходной вал 4 предлагаемого устройства соединить с генератором, то можно получить на выходе электроэнергию за счет энергии практически неисчерпаемого экологически чистого теплового источника.

Шарнирная установка конических роликов 26 и 27 на венцах 12 и 13, а также изготовление роликов 26 и 27 из металлокерамики с твердой смазкой позволяют предложенному устройству работать с высоким КПД в условиях севера, пустыни и космоса с высокой надежностью.

Полость корпуса 1 может быть выполнена закрытой, и нижняя ее часть может быть заполнена маслом в качестве промежуточного теплоносителя, что позволяет использовать закрытую масляную ванну для смазки редуктора 8 и обеспечивает надежность его работы.

Повышение эффективности работы предлагаемого устройства по сравнению с известным обеспечивается также за счет уменьшения количества сателлитов и передач, связывающих их с термочувствительными секциями, исключения храповых ме- ханизмов и, в конечном счете, за счет уменьшения числа ступеней преобразования энергии и связанных с этим потерь, а также за счет упрощения конструкции.

Формула изобретения 1. Устройство для преобразования тепловой энергии в механическую, содержащее корпус с зонами нагрева и охлаждения, в

котором установлен закрепленный на выходном валу ротор с размещенными на последнем с возможностью попеременного перемещения через зоны нагрева и охлаждения термочувствительными рабочими

секциями, соединенными с сателлитом планетарной передачи, центральное колесо которой закреплено на корпусе, а водило - на роторе, отличающееся тем, что, с целью повышения экономичности, передача выполнена в виде двуступенчатого прецессионного редуктора, сателлит первой ступени которого выполнен составным из двух роликовых венцов, связанных между собой посредством шлицев, термочувствительные

рабочие секции размещены между венцами сателлита по их периметру с возможностью постоянного взаимодействия венцов и секций, вторая ступень редуктора размещена соосно ступице сателлита первой ступени

редуктора в камере корпуса со сферической наружной поверхностью, ступени редуктора связаны между собой дополнительно установленным двухвенцовым центральным колесом, находящимся в зацеплении своими венцами соответственно с сателлитами первой и второй ступени редуктора, сателлит второй ступени редуктора установлен на кривошипе выходного вала, а последний жестко соединен с водилом первой ступени

редуктора.

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что термочувствительные рабочие секции выполнены в виде сильфонов, запол- ненных легкоиспаряющейся жидкостью.

Тень

Тень

Солнце

Солнце

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам, вырабатывающим механическую энергию за счет тепловых деформаций термочувствительных секций /С/ 6 с твердым, жидким или газообразным рабочим телом, с потреблением тепла нетрадиционных источников, например солнечной энергии или разности температур морской воды и окружающей среды. Изобретение позволяет повысить экономичность преобразования энергии за счет уменьшения количества передач, связывающих С 6 с выходным валом /В/ 4, и соответствующего уменьшения числа ступеней преобразования энергии и связанных с этим потерь. Устройство содержит корпус 1 с камерой 15. На наружной сферической поверхности 16 камеры 15 установлен сателлит 7 первой ступени прецессионного редуктора /Р/ 8, выполненный составным из двух роликовых венцов /В/ 12 и 13, связанных между собой посредством шлицев 14. С 6 размещены между В 12 и 13 по их периметру. Вторая ступень Р 8 размещена в камере 15. Сателлит 17 второй ступени установлен на кривошипе 20 В 4. Ступени Р 8 связаны между собой двухвенцовым центральным колесом 21, а сателлиты 7 и 17 введены в зацепление с закрепленными на корпусе 1 центральными колесами 9 и 10. Водило 11 первой ступени Р 8 закреплено на В 4. При тепловом расширении С6 В12 и 13 сателлита 7 располагаются наклонно и прижимаются к колесам 9 и 21, приводя последнее во вращение. Через сателлит 17, обкатывающийся по колесу 10, и кривошип 20 вращение передается В4. При перемещении в зону охлаждения С 6 сжимаются. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Фиг. 2

Фиг.З

1 26 8 П 2325 24 fl 7 7J

29

12 2123 22 б 6 13

Фиг. s