Тепловой двигатель Советский патент 1993 года по МПК F03G7/06 

Изобретение относится к металлургической, химической, энергетической и другим энергоемким отраслям народного хозяйства, а также к технике использования нетрадиционных видов Энергии, например, солнечной.; ... ..:;;.--. - Я. ;.::; . ; .. -:

Цель изобретения-повышениеединичной и удельной мощности.

На фиг. 1 показан предлагаемый двигатель, общий вид; на фиг.-2 - разрез А-А на фиг.1. -- V-;- ..:-:;.. -; ,-:; :;: - -. ;

Тепловой двигатель содержит статор 1 с Зонами нагрева и охлаждения, цилиндрический ротор 2 с установленными на нем пружинами 3, обладающими свойством тер- момеханическйй памяти формы, грузы выполненные в виде штоков 4 с упорами 5. Штоки 4 подвижно установлены в радиаль- ных.направляющих, представляющих собой стальные трубки 6, выполненных в цилиндрическом роторе 2 в разных плоскостях, смещенных друг относительно друга вдоль оси ротора 2. Пружины 3 установлены снаружи ротора и подсоединены одним концом к цилиндрическому ротору 2, а другим - к упорам 5 штоков 4. Цилиндрический ротор 2 установлен на валу 7, опирающемся на станину 8. Вал 8 через редуктор 9 соединен с мотор-генератором 10. Пружины 3 изготовлены из проволоки, для получения которой используется никелид титана, т.е. сплав с эффектом памяти формы. При предварительной термообработке пружинам 3 придают сжатое положение при температуре ниже 30°С и разжатое положение- при температуре свыше 50°С. Эти условия пружины запоминают. Длина подвижного штока 4 определяется из соотношения

L D-Ht+l2, где L - длина подвижного штока 4: -.

D - диаметр цилиндрического ротора 2;

И - длина термомеханического элемента - пружины 3 в сжатом состоянии;

la -длина термомеха нического эле.мен- та - пружины 3 в разжатом состоянии.

Тепловой двигатель электрической мощностью 50 кВт имеет следующие габариты: ....- ; . . .:: - .--.-. -.-. . - Диаметр ротора/мм 400.

Длина ротора, мм1800

Длина пружины в

сжатом состоянии, мм 100

Длина пружин в

разжатом состоянии, мм 250

Диаметр пружин, мм 70

Материал пружинНикелид - / титана -. .

Вес пружин общий, кг 50- ч Количество направляющих трубок, шт. 85

Диаметр направляющих трубок: Внешних, мм20 Внутренних, мм 16 Количество штоков, шт. 85 -..; Диаметр штоков, мм 15 Длина штоков, мм 750 Количество пружин, тт. 170 ; При указанных габаритах, исходной температуре, например, газа 120°С и темп&- ратуре охлаждающей воды 10° С .скорость вращения ротора - 30 об/мин.; ; ;; Тепловой двигатель работает следую- щимобразом. : I:-/ -. -....:.; ---V..:.- . ;....

Для установки теплового двигателя вы- бирается горизонтальный участок газохода перед дымовой трубой. Движущиеся отходящие низкотемпературные газы (t 200°C) омывают верхнюю половину цилиндрического ротора 2 теплового двигателя. Нижняя часть ротора и находящиеся на ней термр- механические-элементы-пружины 3 погружены в зону охлаждения статора 1 при температуреt 20°C. : : - ,v.. Приуказанныхусловиях пру5ЦиныЗ ввер- хней зоне находятся в разжатом положении, а находящиеся в воде- всжатом. Создаваемый весовой дёбаланс (см; фиг.2) за счет прук жин3иштоков4,обеспёчиваетпрокручивание : ротора 2 походу часовой стрелки со скоростью 30 об/мин и усилием, которое приводит в работу мотор-регенератор 10.

Равномерное вращение ротора2 Достигается за счет четкого цикличного функцио - нирования динамической системы: термомеханических элементов - пружин 3, и подвижных штоков 4. Попадая в зону охлаждения, пружины 3 не только сжимаются сами, но и вталкивают в направляющие трубки б концы подвижных штоков 4. С дру- - гой стороны, при нагреве и растяжении пру- жин 3, противоположные концы этих штоков 4 выдвигаются из направляющих трубок 6. В качестве охлаждающего агента может быть не только техническая вода, но и другие жидкости, например, сточныеводы. Возможно применение и газообразных охладителей, на- - пример, азота, поступающих ;от кислородных машин. : .--..;. :;.V;V/ :..-: V-:-:; -; ;

При работе устройства температура от- ходящих газов падает. Практически она может быт ь снабжена до уровня, который выше температуры охладителя всего лишь на 10-30°С. Это достигается последовательной установкой ряда устройств, количество которых определяется объемом отходящих газов, их температурой и мощностью .устройств. Срок эксплуатации устройства оп ре-. деляется количеством циклов: сжатие - разжатие пружин 3 из никелида титана.

Таким образом, при скорости ротора 30 об/мин пружины 3 делают 30 таких циклов в минуту, или в час:

30x60 1800 ц/ч.: Общее время работы устройства

1,5/10

,6

ч или 347 суток.

1,8 -Ю3

Данное устройство может быть также использовано для получения электроэнергии от потока солнечных лучей. В этом случае в качестве охлаждаемой среды может быть вода рек, ручьев и других естественных и искусственных источников.

Применение теплового двигателя обеспечивает в сравнении с прототипом следующие преимущества: увеличение единичной и удельной мощности двигателя; использование бросового тепла - низкотем- пёратурного тепла (t$200°C); в том числе тепла отходящих газов, загрязненных сое- динениями серы, азота, фтора, хлора, и т.п.; использование тепла нетрадиционного источника - солнечной энергии при минимальных капитальных затратах; получение электро- ; энергии. ./ . /... V :-.v;--/ - .

Ф ормула изобретения Тепловой двигатель, содержащий статор с зонами нагрева и охлаждения, ротор с установленными на нем пружинами, обладающими свойством термомеханической памяти формы, саязанными.с грузами, о т- л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения удельной мощности ротор выполнен с развитой боковой цилиндрической поверхностью, а грузы - в виде штоков с упорами, подвижно установленных в радиальных направляющих, выполненных в роторе в разных плоскостях, смещенных друг относительно друга вдоль оси ротора, при этом пружины установлены снаружи ротора между последними и упорами штоков.

Использование: изобретение позволяет повысить удельную мощность тепловых двигателей, преобразующих во вращение ротора тепловые деформации пружин, обладающих термомеханической памятью и потребляющих тепловую энергию естественных источников тепла и тепловые отходы производства. Сущность изобретения: в радиальных направляющих ротора 2 подвижно установлены грузы в виде штоков 4 с упорами 5. Пружины 3, обладающие свойством памяти, установлены снаружи ротора 2 между его развитой боковой цилиндрической поверхностью и упорами 5 штоков 4. При вращении ротора 2 пружины 3, попадая попеременно в зоны нагрева и охлаждения, изменяют свою длину и перемещают в радиальном направлении массивные штоки 4,- поддерживая весовой дебаланс ротора 2, со здающий вращающий момент на его оси. 2 ил. (Л С