Двигатель с внешним подводом тепла Советский патент 1992 года по МПК F03G7/06 

Изобретение относится к преобразованию тепловой энергии в механическую за счет тепловой деформации термочувствительных твердых элементов и может быть использовано в качестве привода в различных областях народного хозяйства.

По основному звт.св. № 1509561 известен двигатель с внешним подводом тепла, содержащий корпус и ротор с двумя эксцентричными кольцами, связанный с выходным валом зубчатой передачей, выполненной в виде двух зубчатых венцов, введенных друг с другом во внутреннее зацепление, одно из колец выполнено в виде зубчатого венца передачи и втулки, соединенных между собой термочувствительными элементами в виде тонкостенных лопаток, & гторой зубчатый вэнец передачи выполнен на другом конце и втулка выполнена в виде двух обручей, выполненных один в другом с зазором, на одном обруче выполнены осевые канавки, а на другом - выступы, взаимодействующие с канавками.

Существенным недостатком этого двигателя является его малая надежность из-за передачи крутящего момента непосредственно через термочувствительные элементы

Целью изобретения является повышение надежности работы. Применение пред ложенного двигателя позвопяет иметь надежный в работе двигатель с внешним подводом тепла.

Двигатель содержит корпус и ротор с двумя эксцентричными кольцами, связанный с выходным валом зубчатой передачей, выполненной в виде двух зубчатых венцов, введенных друг с другом во внутреннее зубчатое зацепление, одно из колец выполнено в виде зубчатого венца передачи и втулки, соединенных между собой термочувствительными элементами в виде лопаток, на«Wb

XS

бранных из биометалйических или с термомеханической памятью пластин, а также через тела качения, находящиеся в канавках, выполненных на зубчатом венце и на обруче, жестко связанном с втулкой через стойки в виде лопаток. Двигатель содержит и находящийся ниже нагревателя генератор тепла.

На фиг.1 схематично показан описываемый двигатель в поперечном разрезе при неподвижном выходном вале; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1: на фиг.З - двигатель в рабочем состоянии при вращении выходного вала, поперечный разрез; на фиг.4 - втулка, Лопатки, связывающие втулку с зубчатым венцом, лопатки, связывающие втулку с обручем, канавки на обруче, зубчатом венце и шарики, находящиеся в них при неподвижном выходном вале; на фиг 5 - то же, при рабочем состоянии двигателя при вращении выходного вала; на фиг.6 - лопатка, соединяющая втулку с зубчатым венцом; на ф т.7 - разрез Б-Б на фиг.6.

Двигатель содержит корпус 1 и ротор 2 с двумя эксцентричными кольцами 3 и 4, связанными между собой радиально установленными термочувствительными элементами в виде лопаток 5 и передачей, выполненной в виде зубчатых венцов б и 7, введенных друг с другом во внутреннее зацепление. К кольцу 4 жестко прикреплен выходной вал 8. Двигатель содержит также нагреватель 9, расположенный преимущественно по одну сторону от эксцентричных осей колец 3 и 4. Кольцо 3 выполнено в виде зубчатого венца б передачи и втулки 10, соединенных между собой лопатками 5, а венец 7 передачи выполнен на другом кольце 4. Зубчатый венец 6 и втулка 10 связаны друг с другом обручем 11, жестко связанным через стойки в виде лопаток 12 с втулкой 10, через шарики 13, находящиеся в канавках 14. выполненных равномерно по окружности на зубчатом венце 6, и в канавках 15. выполненных на обруче 11. Канавки 14 и 15 наклонны к радиусам их окружностей соответственно под углом а. и углом /5 . Углы о. и/ могут быть равны и неравны, но они всегда разно направлены. Величина их значений находится в пределах 5 - 45°.

Втулка 10 зафиксирована в корпусе 1 посредством подшипника 16, а вал 8 - посредством подшипника 17. Лопатки 5 выполнены набранными из узких изогнутых в плоскости вращения вала 8 пластин 18. Пластины 18 по изогнутости выполнены биометаллическими, например из металлических

пар дюралюминий - титан или вольфрам металлы с термомеханической памятью (например, нитинол или титано-никелевый сплав) - титан или вольфрам, или пластины

5 18 выполнены только из металла с термоме- хзнической памятью, например из нитинола или титано-никилевого сплава Зубчатые венцы б и 7 имеют цилиндрические поверхности 19 и 20 соответственно выполненные

0 по их начальным окружностям, для обкатки поверхностей 19 и 20 друг подругу в процессе работы двигателя. Модуль зубчатых венцов 6 и 7 равен 0,5 - 7 мм а разность числа их зубьев равна 1-5 Нагреватель 9 нахо5 дится в замкнутом кольцеобразном п ро- странстве корпуса 1. заполненном теплоносителем - воздухом. Полюс Р зацепления зубчатых венцов 6 и 7 при отсутствии нагрева лопаток 5 и вращения вала 8 нахо0 дится посредине полуокружности зубчатого венца б, лопатки которой не охвачены нагревателем 9 Нагреватель 9 имеет теплооб- менные трубки (не показаны), заполненные теплоносителем, например жидким метэл5 лом NaK связанные с генератором 21 тепла, выполненным например в виде камеры сгорания Генератор 21 тепла расположен ниже нагревателя 9 Лопатки 12 выполнены такими же, как лопатки 5, но сплошными из

0 такого же металла, что и втулка 10 и обруч 11.

Двигатель работает следующим образом При запуске двигателя вначале приводится во вращение вал 8 вместе с зубчатыми

5 .венцами 6 и 7, например, стартером (не показан) Затем включается в работу генератор 21 тепла и за счет конвективной циркуляции теплоносителя осуществляется нагрев воздуха в пространстве корпуса 1,

0 охваченном нагревателем 9. Нагретый воздух передает тепло лопаткам 5, при этом теплообмену способствует перемещение воздуха лопатками 5 в направлении, показанном на фиг,2 стрелками, Лопатки 5, охва5 ченные нагревателем9, удлиняются из-за их теплового расширения и выпрямления для биметаллов и, кроме того, для металлов с термомеханической памятью - за счет их термомеханической памяти нахождения их

0 в выпрямленном состоянии (увеличивается их радиальный размер) по мере нагрева, в результате чего полюс Р зацепления венцов 6 и 7 в направлении их вращения смещается о положение, показанное на фиг.З, и возни5 кает крутящий момент, действующий на венцы 6 и 7 в направлении их вращения, вследствие постоянного скольжения находящихся в зацеплении их зубьев друг по другу, Остывание лопаток 5 происходит вне нагревателя 9, чему способствует перемещение окружающего воздуха лопатками 5. Избранность лопаток 5 из пластин 18 позволяет им иметь тепловые деформации только в плоскости вращения вала 8 Лопатки 12 участвуют в перемещениях воздуха так же, как и лопатки 5. Связь втулки 10 с ее зубчатым венцом 6 через шарики 13 обеспечивает надежную передачу между ними друг другу даже очень больших крутящих моментов в процесса запуска, работы и остановки двигателя, что позволяет избежать вредных тепловых напряжений на лопатках 5 в тангенциальном направлении и от передачи крутящего момента через лопатки 5. Цилиндрические поверхности 19 И 20, обкатываясь друг по другу, обеспечивают нормальную работу находящихся в зацеплении друг с другом зубчатых венцов 6 и 7. Величина крутящего момента на валу 8 изменяется прямо пропорционально моменту сопротивления нагрузки. При остановке двигателя вначале отключается генератор 21 тепла и затем после остывания лопаток 5 останавливается рогор 2.

Формула изобретения

1.Двигатель с внешним подводом тепла по авт.св. № 1509561 .отличающийся тем, что, с целью повышения надежности

работы, втулка связана с зубчатым венцом дополнительной кинематической связью с ограниченной возможностью относительного смещения.

2.Двигатель по п.1,отличающийся тем, что дополнительная кинематическая

связь выполнена в виде обруча, жестко связанного с втулкой стойками и расположенного с возможностью взаимодействия своей боковой поверхностью с боковой поверхностью зубчатого венца, причем на боковых поверхностях зубчатого венца и обруча равномерно по окружностям выполнены канавки, расположенные наклонно к радиусу их окружности, в которых установлены сферические тела качания.

3.Двигатель по пп. 1и2.отличаю- щ и и с я тем, что термочувствительные пластины выполнены изогнутыми в плоскости вращения ротора.

Сущность изобретения: двигатель содержит размещенный в корпусе(1) ротор(2), имеющий два эксцентрично расположенных кольца (3) и (4), каждый из которых выполнен в виде зубчатого венца, входящего зо внутреннее зацепление с зубчатым венцом (7) другого кольца, а внутреннее кольцо

ю

21

г

Ч

г-

Г)

%

«ч, S

/l (ригА

Фие5

6

Фиг 6

5-6