Устройство для преобразования тепловой энергии в механическую

(50 4 Р 03 б 7 06 Врт(н-;);):. х Р13,ЬЙЬ.; " "рурщ в аюассдюлЮЯВВЗч И ЕЛЬСТВ ий институ РагульСССР72,кл. 60 - 527,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВ(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В МЕХАНИЧЕСКУ 1 О, содержащее корпус с зонами нагрева и охлаждения и установленные на корпусе с возможностью вращения на осях роликовые блоки в виде двух соосных неподвижно соединенных роликов, один ролик каждого блока охвачен кольцевым тепловым элементом из сплава с термомеханической памятью, диаметр каждого последующего охваченного тепловым элементом ролика в зоне нагрева меньше диаметра предыдущего ролика, другой ролик каждого блока охвачен гибкой нерастяжимой кольцевой лентой, причем охваченные последней ролики имеют одинаковый диаметр, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД путем увеличения угла взаимодействия теплового элемента с роликами и регулирования натяжения теплового элемента, оно снабжено средством регулирования расстояния между роликовыми блоками, последние расположены попарно с углом охвата роликов тепловым элементом и нерастяжимой лентой больше 180, а средство регулирования расстояния между роликовыми блоками выполнено в виде двух связанных между собой винтами обойм, в каждой из которых при помощи дополнительно установленного регулируемого фиксатора установлена ось одного из роликовых блоков каждой пары, и обоймы установлены с возможностью перемещения относительно друг друга вдоль спаренных линейных направляющих, выполненных в корпусе.Изобретение относится к энергетике, аименно к устройствам для преобразованияв механическую энергию тепловой энергииисточников с небольшой разницей температур, например солнечной энергии, тепловойэнергии океана, геотермальной энергии, атакже для регенерации тепловой энергии,выделяемой в промышленных технологических процессах.Цель изобретения - повышение КПДпутем увеличения угла взаимодействия теплового элемента с роликом и регулирования натяжения теплового элемента,На фиг. 1 представлена кинематическаясхема предлагаемого устройства; на фиг. 2 -вид А на фиг. 1.5Устройство содержит корпус 1 с зоной 2нагрева и зоной 3 охлаждения. На корпусе 1 с возможностью вращения на осях 4установлены роликовые блоки 5 в видедвух соосных неподвижно соединенных роликов 6 и 7. Ролик 6 каждого блока 5 2 оохвачен кольцевым тепловым элементом 8 изсплава с термомеханической памятью укороченной формы элемента 8 в нагретомсостоянии, Диаметр каждого последующегоохваченного тепловым элементом 8 ролика 6в зоне 2 нагрева меньше диаметра предыдущего ролика 6. Другой ролик 7 каждого блока 5 охвачен гибкой нерастяжимой кольцевой лентой 9, причем охваченные последней ролики имеют одинаковыйдиаметр. Роликовые блоки 5 расположеныпопарно с углом охвата роликов 6 и 7 соответственно тепловым элементом 8 и нерастяжимой лентой 9 больше 180. Отдельновзятые два соседних ролика 7 с огибающей их нерастяжимой лентой 9 образуютленточно-роликовый механизм типа роле 35майт, которому свойственны исключительнонизкий коэффициент трения (около 0,005) ивысокий КПД. Устройство снабжено средством регулирования расстояния между роликовыми блоками 5 в виде двух связанныхмежду собой винтами 10 обойм 11 и2, 40в каждой из которых при помощи регулируемого фиксатора 13 установлена ось 4одного из роликовых блоков 5 каждой пары. Обоймы 11 и 12 установлены с возможностью перемещения относительно другдруга вдоль спаренных линейных направляющих 14 и 15, выполненных в корпусе 1.Роликовые блоки 5 расположены в зоне2 нагрева, при этом обернутый вокруг нихтепловой элемент 8 находится в контактесо средой 16, имеющей температуру Т вышетемпературы Тстр.прев. структурного превращения материала теплового элемента 8.Остальная часть теплового элемента 8 находится в зоне 3 охлаждения в среде 17,имеющей температуру Тр ниже температурыТстр. прев., ДЛЯ НанраВЛЕНИя ТЕПЛОВОГО ЭЛЕмента 8 по кольцевой траектории в корпусе 1 в зоне 3 охлаждения установленынаправляющие ролики 18, а для направления нерастяжимой ленты 9 - направляющие ролики 19, которые расположены в непосредственной близости от роликовых блоков 5,Устройство работает следующим образом.При нагреве участков теплового элемен. та 8 выше температуры структурного превращения они проявляют эффект термомеханической памяти и, будучи деформированы 1 растянуты), стремятся принять исходное недеформированное состояние - сжатое. В результате структурного превращения в участках элемента 8, огибающих нагреваемые ролики 6, возникают значительные восстанавливающие напряжения. Усилие, создаваемое этими участками, передается звеньям, с которыми взаимодействует тепловой элемент 8, т. е. роликам 6. В результате взаимодействия теплового элемента 8 с роликами 6 на каждый из последних действует вращающий момент, стремящийся привести его во вращение. Так как с каждым из роликов 6 жестко соединены ролики 7, взаимодействующие с нерастяжи мой лентой 9, то усилие, создаваемое нагретыми участками теплового элемента 8, вызывает повышение натяжения ленты 9. В результате взаимодействия усилия, создаваемого тепловым элементом 8, и усилия, создаваемого им в нерастяжимой ленте 9, на каждый из роликовых блоков 5 действуют два противоположно направленных момента, стремящихся привести указанные блоки 5 во вращение в противоположных направлениях. Так как диаметры роликов 6 различны, эти два момента имеют разную величину, что является причиной возникновения вращающегося момента устройства. Роликовые блоки 5 под действием этого момента вращаются в направлении, соответствующем перемещению участков теплового элемента 8 от ролика 6, имеющего больший диаметр, к ролику 6, имеющему меньший диаметр. Перемещаясь между роликами 6, участки теплового элемента 8 постепенно сжимаются (восстанавливают свою форму). Далее восстановившие свою форму участки теплового элемента 8 посредством направляющих роликов 18 направляются в зону 3 охлаждения и в результате теплообмена со средой 17 из высокотемпературного структурного состояния переходят в низкотемпературное. Участки теплового элемента 8, будучи в низкотемпературном состоянии, теряют упругость и становятся легко деформируемыми. При перемещении вдоль зоны 3 охлаждения под действием усилия, создаваемого нагретыми участками того же теплового элемента 8, охлажденные участки постепенно растягиваются. Далее рассматриваемые участки теплового элемента 8 выходят из зоны 3 охлаждения и переносятся в зону 2 нагрева, где температура сре1244374 Ви Ю 4 фие Я Составители Л. Тугарев Редактор В. Ковтун Техрсд И. Верес Корректор Л. Обручар Заказ 379 Г/37 Тираж 447 Г 1 одписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Г 1 атент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4ды 16 выше температуры Т;., и при набеге на ролик 6 наибольшего диаметра достигают температуры Ч;, . При перемещении в интервале между роликами 6 участки теплового элемента 8 взаимодействуют с роликами 6 и постепенно восстанавливают свою форму (сжимаются), далее процесс повторяется описанным выше образом.Так как тепловой элемент 8 выполнен в виде кольца, то часть участков теплового элемента 8 непрерывно находится в высоко- температурном структурном состоянии и таким образом поддерживает непрерывное вращательное движение звеньев устройства. С помощью винтов 10 подбирается расстояние между обоймами 11 и 12, в резуль 15 тате чего изменяется угол охвата роликов 6 тепловым элементом 8 и роликов 7 нерастяжимой лентой 9, а следовательно, и длина части теплового элемента 8 (а также ленты 9), простирающейся между роликовыми 20 блоками 5. Таким образом, изменяется предельная относительная деформация теп,гового элемента 8, величина которой при перемещении во всем интервале между роликами 6 прямо пропорциональна разнице диаметров роликов 6 и обратно пропорциональна длине части теплового элемента 8, простирающейся между роликами 6. Фиксаторами 13 устанавливается взаимное расположение каждой пары роликовых блоков 5. Если роликовые блоки 5 зафиксированы в таком положении, что ролики 6 разделяют простирающуюся между ними ветвь теплового элемента 8 на отрезки, соотношения длин которых будут равными соотношениям диаметров соответствующих им роликов 6, то на всех отрезках участки теплового элемента 8 будут сокращаться равномерно, Однако такая расстановка роликовых блоков 5 целесообразна лишь в том случае, когда начало восстановления формы нагретыми участ ками теплового элемента 8 совпадает с перемещением этих участков в контакте с роликом 6 наибольшего диаметра. При колебаниях температур сред 16 и 17 возможны отклонения положения участка элемента 8 с температУрой Тстр.преп. От указанного. В таком случае роликовые блоки 5 следует расставлять таким образом, чтобы начало структурного превращения (начало восстановления формы) участка теплового элемента 8 совпало с перемещением этого участка между роликом 6 наибольшего диаметра и первым последующим роликом 6. Это позволяет эффективно использовать деформации теплового элемента 8. Наличие мно жества роликовых блоков 5 уменьшает перераспределение деформаций между участкамн теплового элемента 8, что значительно сокращает потери механической энергии.