Двигатель с внешним подводом тепла Советский патент 1993 года по МПК F03G7/06 

Х Х

Двигатель с внешним подводом тепла относится к преобразователям тепловой энергии в механическую за счет тепловых деформаций термочувствительных твердых элементов и может быть использован в качестве привода в различных областях народного хозяйства. Целью изобретения является повышение надежности работы. Двигатель выполнен из корпуса 1, ротора 2, составленного из двух соосных дисков 3 с центральными отверстиями 4, находящихся в корпусе с возможностью вращения и связанных между собой термочувствительными элементами в виде тонкостенных лопаток 6. Каждый диск связан с корпусом шариками 7, каждый из которых находится в одной из радиальных канавок 8, равномерно выполненных по центральной окружности на диске, и в кольцевой канавке 9. эксцентрично выполненной на корпусе. Эксцентриситет кольцевой канавки относительно диска равен половине длины радиальной канавки, а радиус осевой линии-окружности кольцевой канавки равен радиусу окружности, на которой находятся средние точки радиальных канавок. Радиальные канавки выполнены с равномерно изменяющейся от одного их конца к другому te

Л

глубиной, а кольцевая канавка от одной ее точки осевой линии к другой - диаметрально расположенной. Шарики выполнены с возможностью качения по кольцевой канавке в одну сторону, а по радиальным канавкам - возвратно в обе стороны с постоянным с ними контактом. Оба диска связаны с выИзобретение относится к преобразованию тепловой энергии в механическую за счет тепловых деформаций термочувствительных твердых элементов и может быть использовано в качестве привода в различных областях народного хозяйства.

Целью изобретения является повышение надежности работы.

На фиг. 1 схематично показан предложенный двигатель, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема взаимного расположения радиальных канавок, кольцевой канавки и шариков, находящихся в них, в увеличенном масштабе.

Двигатель содержит корпус 1, ротор 2. Ротор 2 состоит из двух одинаковых параллельных соосных дисков 3 с центральными отверстиями 4, связанных с корпусом 1 подшипниками 5 качения. Между собой диски 3 связаны тонкостенными лопатками б с толщиной 0,5-7 мм и имеющими изгиб все в одном направлении в плоскости перпендикулярной плоскости вращения дисков 3 с одинаковым радиусом длиной 50-3000 мм при выполнении их по изогнутости биметаллическими, например, из металлических пар: дюралюминий - титан или вольфрам; или при выполнении их по изогнутости с термомеханической памятью, например, из нитинола или титано-никилеевого сплава. При выполнении лопаток 6 из металла, имеющего только большую телпопроводность и большой коэффициент теплового линейного расширения, например, из дюралюминия, они изгиба не имеют. Каждый диск 3 с корпусом 1 связан с шариками 7, каждый из которых находится в канавке 8, выполненной радиально по осевой окружности с равномерным шагом на диске 3, и в кольцевой канавке 9 общей для всех шариков 7, выполненной на корпусе 1 эксцентрично с эксцентриситетом а диску 3; равным половине длины канавки 8, по которой перемещается центр шарика 7. Канавки 8 и 9 имеют плавное изменение их глубины. При этом все наибольшие глубины в канавках 8 находятходным валом зубчатыми передачами с одинаковыми передаточными отношениями. Двигатель имеет нагреватель, в зоне которого находится часть кольцевой канавки с одним и тем же направлением изменения ее глубины. Ниже нагревателя находится генератор тепла. 3 ил.

ся на одном их конце по отношению к оси диска 3, а наибольшие - на другом. Наибольшая (точка б) и наименьшая {точка в) глубины в канавке 9 находятся диаметрально друг другу. Осевая линия канавки 9 иден- тчина осевой окружности диска 3, проходящей через середины канавок 8. Разность между этими наибольшей и наименьшей глубинами может достигать величины,

равной 0,7 диаметра шарика 7. Диски 3 имеют зубчатые венцы 10, которыми они находятся во внутреннем.зубчатом зацеплении с одинаковым передаточным отношением с зубчатыми венцами 11, жестко связанными

с выходным валом 12, связанным с корпусом 1 подшипником 13. Двигатель имеет нагреватель 14, находящийся в кольцеобразном пространстве корпуса 1, заполненном теплоносителем - воздухом и в котором

находятся лопатки 6 по одной из частей канавки 9, по которой изменение глубины идет между точками б и в. Нагреватель 14 имеет теплообменные трубки (на чертеже не показаны), заполненные теплоносителем,

например, жидким металлом NaK, связанные с генератором 15 тепла, находящимся ниже нагревателя 14 и выполненным, например, в виде камеры сгорания. Обе части корпуса 1, находящиеся по обе стороны от

лопаток 6 для его целости и жесткости связаны между собой стойками 16.

Двигатель работает следующим образом.

При запуске двигателя вначале приводится во вращение выходной вал 12, например, стартером (на чертеже не показан). Вместе с валом 12 через зубчатые венцы 11 и 10 вращаются с одинаковой угловой скоростью диски 3 с лопатками 6, так как оба

зубчатые зацепления имеют одинаковые передаточные отношения. Затем включается в работу генератор 15 тепла и за счет конвек- тивной циркуляции теплоносителя NaK (на фиг. 2 показано стрелками) осуществляется

нагрев воздуха в пространстве корпуса 1, охваченном нагревателем 14. Нагретый воздух передает тепло лопаткам 6 и направлении, показанном на фиг. 1 стрелками. Лопатки 6, охваченные нагревателем 14, при выполнении их из биметалла или металла с термомеханической памятью выпрямляются, а при выполнении их из металла с большой телпопроводностью и большим коэффициентом теплового линейного расширения удлиняются. Это создает усилие со Стороны лопаток 6 на диски 3 в нагревателе 14. При этом диски 3 через шарики 7 взаимодействуют с корпусом 1. Это взаимодействие приводит к возникновению тангенсиальной составляющей этого усилия в сторону дви- жения шариков 7 по канавке 9 по направлению увеличения ее глубины. Так как все лопатки 6, находящиеся в нагревателе 14. находятся по одну сторону от диаметра канавки 9, соединяющего точки б и в, то и направление всех этих тангенсиальных составляющих одинаково. Эти тангенсиальные составляющие создают крутящий момент в одну сторону, который через зубчатые венци 10 и 11 передается на вал 12. При движении лопаток 6 за пределами нагревателя 14 они вступают в теплообмен с окружающим воздухом. Теплообменам лопаток 6 при их нагреве и при охлаждении способствует движение воздуха за счет их угла атаки в направлении, показанном на фиг. 1 стрелками. Это приводит к тому, что крутящий момент создается лопатками 6 только в нагревателе 14. Величина крутящего момента на валу 12 изменяется прямо пропорционально моменту сопротивления нагрузки. При остановке двигателя вначале Отключается генератор 15 тепла, и затем после остывания лопаток 6 останавливается вал 12. Это необходимо для предотвращения поломок е двигателе от очень больших воздействий со стороны лопаток 6 в нагревателе 14 при замедлении их прохождения через нагреватель 14.

Применение предложенного двигателя позволяет иметь простой и надежный двига- тель с внешним подводом тепла, через термочувствительные элементы в котором не передается крутящий момент.

Формула изобретения Двигатель с внешним подводом тепла,

содержащий корпус и ротор, составные части которого связаны между собой термочувствительными элементами в виде тонкостенных лопаток и с выходным валом зубчатыми передачами с одинаковыми передаточными отношениями, а также нагреватель с генератором тепла, отличающийся тем. что, с целью повышения надежности в работе, составные части ротора выполнены в виде двух одинаковых

соосных дисков с центральными отверстиями, установленных в корпусе с возможностью вращения и связанных с ним через шарики, размещенные по одному в радиальных канавках, выполненных с равномерным

шагом вдоль осевой окружности на диске, и в кольцевой канавке, выполненной эксцентрично диску на корпусе с радиусом ее осевой линии-окружности, проходящей через средние точки радиальных канавок диска,

причем радиальные канавки выполнены с равномерно изменяющейся от одного конца к другому глубиной, а кольцевая канавка - от одной ее точки осевой линии к другой диаметрально расположенной и обратно, а

шарики выполнены с возможностью постоянного контакта и качения по кольцевой и радиальным канавкам, при этом в зоне нагревателя расположена часть кольцевой канавки с одним направлением изменения ее

глубины.

Фиг. 5