Тепловой двигатель Советский патент 1981 года по МПК F03G7/06 

(54) ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Изобретение относится к машино строению и приборостроению, а именно тепловым двигателям, работающим за счет теплового расширения твердых тел и может быть использовано в качестве исполнительного механизма систем автоматики и телемеханики для замены электромагнитных устройств в .неблагоприятных для их работы условиях повышенных температур, влажности, агрессивных сред. Наиболее близким к предлагаемому является тепловой двигатель, содержагщий нагреватель, холодильник и биметаллические термочувствительные рабочие элементы, установленные на основа НИИ с возможностью периодического перемещения от нагревателя к холодиль нику и обратно и соединешше с силовым приводным механизмом 1 Однако в указанном устройстве используется только температурное расширение материала его рабочих элементов что ограничивает увеличение удельной мощности последних до пре- дельной величины 0,24 кВт/см и не позволяет уменьшить габариты устройства. Цель изобретения - увеличение удельной мощности двигателя путем совместного использования температурного расширения и температурного изменения модуля упругости слоев элементов. Указанная цель достигается тем, что активный слой последних выполнен из бериллия, а пассивный слой - из вольфрама. Такое вьтолнение рабочих элементов позволяет использовать для механической работы не только температурное изменение линейных размеров слоев биметалла, но и температурное изменение упругости этих слоев, что улучшает габаритио-мощностные показатели тепловых двигателей. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого двигателя с двумя термочувствительными элементами и силовым 3& приводным механизмом в исходном поло жении; на фиг. 2 - рабочие диаграммы изгиба и выпрямления двух термочувст вительных элементов, модули упругости которых при максимальной температуре равны, а при ее понижении у одного из элементов величина модуля упругости сильно изменяется, в то время как у другого это изменение незначительно. Тепловой двигатель содержит нагреватель 1 и холодильник 2 из двух пар одинаковых горячих и холодных теплообменников и два биметаллических термочувствительных рабочих элемента 3, прикрепленных одним концом к основанию 4, а другим - соединенных с силовым приводным кривошипно шатунным механизмом 5, Рабочие элемен ты установлены между нагревателем и холодильником 2 с возможностью периодического перемещения от нагрева теля к холодильнику и обратно. Биметаллические рабочие элементы 3 имеют активный 6 и пассивный 7 слои металла с различными коэффициентами линейного расишрения. Активный слой выполнен из бериллия, а пассивный - из вольфрама. Двигатель работает следующим образом. При нагревании от контакта с нагре вателем 1 рабочие элементы 3 изгибаются te сторону пассивного слоя и приводят в движение кривошипно-шатун5. В результате такой д ный механизм формаций рабочие элементы отходят от нагревателя и входят в соприкосновение с холодильником 2, в результате чего они начинают охлаждаться и после некоторой задержки, определяемой их теплоемкостью, выпрямляются. К этому времени кривошип приводного механизма 5 достигает крайнего верхнего положения и деформация выпрямляющихся рабочих элементов так же, как и при изгибе, передается кривошипу механизма 5 согласованно с его вращением.В результате выпрямления рабочие элемен ты 3 входят в соприкосновение с нагре вателем 1 и цикл работы двигателя повторяется. Так как модуль упругости рабочих элементов 3 в процессе охлаждения уве личивается (в интервале температур 100-600°С от 29,810 кгс/мм до 36,1х х10 кгс/мм,то усилие,развиваемое ими при выпрямлении и движении от холодил ника 2 к нагревателю , значительно больше, чем при изгибе, В конечном итоге полезная работа таких рабочих элементов увеличивается по сравнению с работой элементов, упругость которых при изменении температуры не изменяется или изменяется незнг 1ьно, Указанное увеличение поле . i работы поясняется графиком (фиг. ,.ia котором представлены сравнительные расчетные диаграммы работы термочувствительных элементов из бериллия и вольфрама и элементов из условного термобиметалла с модулем упругости 29,8 10 кгс/мм, малоизменяемым при изменении температуры, где S мм перемещение концов рабочих элементов, соединенных с приводным механизмом, мм) Q.H - усилие, развиваемое рабо. чими элементами в направлении перемещения S, и. На обеих диаграммах верхний участок замкнутой кривой характеризует работу, получаемую при выпрямлении охлаждаемых рабочих элементов, а нижний - работу, затрачиваемую при изгибе нагреваемых элементов. Площадь ограниченная замкнутой кривой, характеризует полезную работу цикла теплового двигателя. Нижняя диаграмма усилий и перемещений относится к рабочим элементам, выполненным из бериллия и вольфрама, а верхняя - к рабочим элементам,выполненным из условного термобиметалла, имеющего модуль упругости 29,8 х10 кгс/мм,не зависящий от температуры . Увеличение удельной мощности при использовании рабочих элементов из бериллия и вольфрама по сравнению с рабочими элементами, изготовленными из материалов, имеющих модуль упругости, не зависящий от температуры,может быть подсчитано по формуле . Wi , ifijLl±-. 0 t, Ч/-, - удельная мощность рабочегдего элемента из бериллия и вольфрама; 5(/Q удельная мощность рабочего элемента из материалов с модулем i. упругости,не зависящим от температуры; E.Q - модуль упругости холодного элемента из бериллия и вольфрама;

модуль упругости нагретого элемента из берилли и вольфрама,

В соответствии с расчетом по приведенной формуле ув1бличение удельной мощности двигателя за счет совместного использования температурного расширения и температурного изменения модуля упругости слоев элементов составляет 10,7%.

Формула изобретения

Тепловой двигатель, содержащий нагреватель, холодильник и биметалличе(кие термочувствительные рабочие элементы, установленные на основании

С возможностью периодического перемещения от нагревателя к холодильнику и обратно и соединенные с силовым приводным механизмом, о т л и ч а ющ и и д я тем, что, с целью увеличения удельной мощности двигателя путем совместного использования температурного расширения и температурж го изменения модуля упругости слоев элементов, активный слой последних выполнен из бериллия, а пассивный слой - из вольфрама.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе . 1. Патент ФРГ № 1200069,

кл. 46 е,10, опублик. 1965.

Риг.ч