Гидравлический тепловой двигатель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3 б 7/06 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 7г Фа ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса(56) 1. Авторское свидетельство СССР931945, кл. Г 03 6 7/06, 1980.2. Авторское свидетельство СССР по заявке3485671/06,кл. Г 03 6 7/04, 1982.(54) (57) 1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий заполненный жидкостью-теплоносителем статор с установленным в нем ротором, соединенным механической связью с камерой переменного объема, стенки которой выполнены в виде торцовых дисков и прикрепленной к ним гибЯО 1118799 А кой герметичной оболочки, при этом диски соединены между собой разжи мающими элементами из материала с термомеханической памятью, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции путем обеспечения вращения ротора за счет деформаций единственной камеры, меаническая связь выполнена в виде сферических шарниров, расположенных в центрах дисков и на оси вращения ротора, и жестко прикрепленных к каждому из дисков конических зубчатых колес внутреннего зацепления, а также образующих с последними кинематические пары конических жестко закрепленных на оси ротора зубчатых колес с образующими зубьев каждой пары последних, проходящими через центры соответствующих сферических шарниров.2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что разжимающие элементы выполнены в виде винтовых спиралей.50 55 Изобретение относится к машиностроению, а именно к тепловым двигателям, в которых тепловая энергия используется для перемещения погруженных в жидкость камер переменного объема за счет изменения их плавучести, и может быть использовано для привода механизмов различного назначения, в основном работающих в удалении от традиционных источников энергии, с потреблением энергии природных источников тепла,Известен гидравлический тепловой двигатель, содержащий ротор, соединенный механической связью в виде бесконечной трансмиссии с камерами переменного объема, заполненными рабочим телом в виде смеси газа и его жидкого растворителя, при этом часть камер погружена в жидкостьтеплоноситель 1 .Недостатками этого двигателя являются относительная сложность конструкции, обусловленная наличием множества закрепленных на трансмиссии камер, а также малая интенсивность теплообмена между теплоносителем и рабочим телом из-за их разделения оболочкой камеры,Наиболее близким к изобретению является гидравлический тепловой двигатель, содержащий заполненный жидкостью-теплоносителем статор с установленным в нем ротором, соединенным механической связью с камерой переменного объема, стенки которой выполнены в виде торцовых дисков и прикрепленной к ним гибкой герметичной оболочки, при этом диски соединены между собой разжимающими элементами из материала с термомеханической памятью 2,В этом двигателе обеспечивается непосредственный контакт теплоносителей с термочувствительными разжимающими элементами и повышение за счет этого интенсивности теплообмена.Однако конструкция этого двигателя усложнена из-за выполнения механической связи в виде бесконечной трансмиссии и необходимости установки вдоль этой трансмиссии множества камер для обеспечения работоспособности. Целью изобретения является упрощение конструкции путем обеспечения вращения ротора за счет деформаций единственной камеры.Указанная цель достигается тем, что в гидравлическом тепловом двигателе, содержащем заполненный жидкостью-теплоносителем статор с установленным в нем ротором, соединенным механической связью с камерой переменного объема, стенки которой выполнены в виде торцовых дисков и прикрепленной к ним гибкой герметичной оболочки, при этом диски соединены между собой разжимающими элементами из материала с термомеханической памятью, механическая связь выполнена в виде сфери 5 10 15 20 25 30 35 40 ческих шарниров, расположенных в центрах дисков и на оси вращения ротора, и жестко прикрепленных к каждому из дисков конических зубчатых колес внутреннего зацепления, а также образующих с последними кинематические пары конических жестко закрепленных на оси ротора зубчатых колес с образующими зубьев каждой пары последних, проходящими через центры соответствующих сферических шарниров.При этом разжимающие элементы выполнены в виде винтовых спиралей,На фиг. 1 представлена кинематическая схема описываемого двигателя; на фиг. 2 - разрез А - А на фиг. 1.Двигатель содержит статор 1, выполненный в виде емкости, заполненной жидкостью- теплоносителем, имеющей большой удельный вес. В статоре 1 установлен ротор 2, соединенный с полой герметичной камерой 3 переменного объема. Стенки камеры 3 выполнены в виде торцовых дисков 4 и прикрепленной к ним герметичной оболочки 5, Диски 4 соединены между собой разжимающими элементами 6, выполненными в виде винтовых спиралей из материала с термомеханической памятью, Ротор 2 соединен с камерой 3 механической связью, выполненной в виде сферических шарниров , расположенных в центрах дисков 4 и на оси вращения ротора 2, и жестко прикрепленных к каждому из дисков 4 конических зубчатых колес 8 внутреннего зацепления, а также образующих с последними кинематические пары конических зубчатых колес 9 жестко закрепленных на оси ротора 2, при этом образующие зубьев каждой кинематической пары проходят через центры соответствующих сферических шарниров 7. Камера 3 погружена в жидкость, нагретую выше температуры структурного превращения материала разжимающих. элементов 6, до оси вращения ротора 2. Верхняя половина камеры 3 расположена в холодном окружающем воздухе,Пунктирными линиями показано исходное статическое положение дисков 4 и ободочки 5, при этом диски 4 параллельны между собой, а разжимающие элементы 6 сжаты на половину их рабочего хода.Устройство работает следующим образом.При температуре жидкости выше температуры структурного превращения разжимающих элементов 6 те из них, которые расположены ниже оси ротора 2 и находятся в жидкости, проявляют эффект термомеханической памяти, т,е. под действием нагрева начинают разжиматься. Под действием усилий, создаваемых разжимающими элементами 6, половины дисков 4, находящиеся ниже оси вращения ротора 2, раздвигаются в жидкости между собой. В это время противоположные половины дисков 4, находящиеся в воздухе, сходятся и сжимают находящиеся между ними разжимающие элементы 6, а в результате поворота дисков 4 относительно ротора 2 закрепленные соответственно на них конические зубчатые колеса 8 и 9 входят в зацепление между собой. При этом ротор 2 находится в равновесии, так как выталкивающие силы, действующие на правую и левую части ротора 2, одинаковы. Вращением от постороннего источника механической энергии ротор 2 выводится из положения равновесия. При этом расширенная часть герметичной камеры 3, до этого находившаяся ниже оси ротора 2, смещается в одну сторону от оси ротора 2 (т.е. влево по чертежу) . Выталкивающая сила, действующая на расширенную часть герметичной камеры 3, становится больше силы, действующей на противоположную ее часть, потому что центр давления жидкости смещается в сторону расширенной части камеры 3. Равнодействующая этих сил создает крутящий момент относительно оси ротора 2 и через находящиеся в зацеплении конические зубчатые колеса 8 и 9 приводит ротор 2 во вращение. Вследствие вращения ротора 2 одни разжимающие элементы 6, которые восстановили свою форму, выходят из жидкости и охлаждаются окружающим воздухом и за счет собственного теплоизлучения, а другие, расположенные в противоположной стороне от ротора 2, в сжатом виде погружаются в жидкость и нагреваются в ней. За время нагрева разжимающего элемента 6 до температуры структурного превращения он вместе с дисками 4 и ротором 2 поворачивается на некоторый угол, который зависит от параметров теплообменного процесса между жидкостью и разжимающими элементами 6, от характеристик самих разжимающих элементов 6 и жидкости, а также нагрузки на роторе 2. Этот угол составляет, т.е. разжимающие элементы 6 нагреваются при их перемещении по дуге БВ (фиг. 1), а восстановление их формы происходит при их перемещении по дуге ВГ. Таким образом, восстанавлива 187994ющие свою форму разжимающие элементы 6 обеспечивают поддержание клиновидной формы герметичной камеры 3 в одном положении - расширенной частью в сторону ротора 2. Эта часть постоянно стремится всплыть, а диски 4 постоянно прецессируют на роторе 2 и через находящиеся в зацеплении конические зубчатые колеса 8 и 9 обеспечивают непрерывное вращение ротора 2.10 При использовании изобретения обеспечивается упрощение конструкции двигателя за счет получения механической энергии при тепловых деформациях единственной камеры и за счет резкого сокращения 15числа шарнирных соединений механической связи, соединяющей камеру с ротором. Кроме того, за счет обтекаемой формы камеры и расположения ее постоянно в одном и том же объеме жидкости-теплоносителя уменьшается гидравлическое сопротивление при 20 вращении камеры.При испытаниях модели описанногодвигателя при диаметре дисков 4, равном 100 мм, и с восемью закрепленными по их периферии разжимающими элементами из сплава титана и никеля ВТНи при использовании в качестве жидкого теплоносителя воды с температурой 40-60 С рабочий ход разжимающих элементов составлял до 10 мм, что соответствовало повороту дисков на 4:,5 - 5,0 от их начального параллельного З 0 положения, при этом скорость вращенияротора составляла 10 - 12 об/мин. Вращающий момент на роторе такогодвигателя является по величине достаточным для привода клапанов, вентилей, заслонок и других исполнительных механизмов.Изобретение может найти применение в системах управления различными технологическими процессами, а также в качестве автономной энергетической установки малой 40 мощности, использующей для полученияработы нетрадиционные источники тепла - солнечную, геотермальную и другие виды энергии.ВНИИПИ Заказ 7400/ Тираж 464 Подписное филиал ППП Патент Ужгород, ул, Проектна