Тепловой двигатель

(71) Всесоюзный научно-исследовательскийи проектно-конструкторский институт металлургической теплотехники цветной металлургии и огнеупоров и Ленинградскийгосударственный университет(56) Авторское свидетельство СССРМ 909275, кл. Е 03 6 7/06, 1984,Авторское свидетельство СССРч. 1164462, кл, Г 03 О 7/06, 1984.Ооцука К., Симидзу К, и др. Сплавы сэффектом памяти формы. М.: Металлургия,1989, с. 178-179,ЬЭ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(57) 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 эоны нагрева и охлаждейия, 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.Изобретение относится к металлургической, химической, энергетической и другимэнергоемким отраслям народного хозяйства, а такжек технике использования нетрадиционных видов энергии; например,солнечной,Цель изобретения - повышейие единичной и удельной мощйости,На фиг.1 показан предлагаемый двигатель, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А нафиг.1.Тепловой двигатель содержит статор 1с зонами нагрева и охлаждения, цилиндрический ротор 2 с установленными на немпружинами 3, обладающими свойством тврмомехэническбй памяти формы, грузы выполненные в аиде штоков 4 с упорами 5,Штоки 4 подвижно установлены в радиальных направляющих, представляющих собойстальные трубки 6, выполненных в цилинд. рическом роторе 2 в разных плоскостях,смещенных друг относительно друга вдольоси ротора 2. Пружины 3 установлены снаружи ротора и подсоединены Одним концомк цилиндрическому ротору 2, а другим - к, упорам 5 штоков 4. Цилиндрический ротор2 установлен нэ валу 7, опирающемся настанину 8, Вал 8 через редуктор 9 соединен:с мотор-генератором 10. Пружины 3 изготовлены из проволоки, для получения которой используется никелид титана, т.е. сплавс эффектом памятиформы. При предварительной термообработке пружинам 3 прида.ют сжатое положение при температурениже 30 С и разжатое положение- притемпературе свыше 50 ОС. Эти условия пружины, "запоминают"Длина подвижного штока 4определяется из соотношении1= +1 з+12где 1 - длина подвижного штока 4;О - диаметр цилиндрического ротора 2;1 з - длина термомеханического элемента - пружины 3 в сжатом состоянии;12- длина термомеханического элемен та - пружины 3 в разжатом состоянии.Тепловой двигатель электрическоймощностью 50 кВт имеет следующие габаритц.Диаметр ротора,мм 400Длина ротора, мм 1800Длина пружийы всжатом состоянии, мм 100Длина пружин вразжатом состоянии, мм 250Диаметр пружин, мм . 70Материал пружинНикелидтитанаВес пружин общий, кг 50 Количество направляющих трубок, шт, 85 Диаметр направляющих трубок:Внешних, мм 20Внутренних, мм . 16Количество штоков, шт, 85 5 Диаметр штоков, мм 15Длина штоков, мм750Количество пружий, шт, 170При указанных габаритах, исходнойтемпературе, например, газа 120 С и темпе ратуре охлаждающей воды 10 С, скоростьвращения ротора - 30 об мин.Тепловой двигатель работает следующим образом.Для установки теплового двигателя вы бирается горизонтальный участок газоходаперед дымовой трубой. Движущиеся:отходящие низкотемпературные газы (з 200 С)омывают верхнюю половину цилиндриче-ского ротора 2 геплового двигателя, Нижняя 20 часть ротора 2 и находящиеся на ней термомеханические элементы - пружины 3 погружены в. зону охлаждения статора. 1 притемпературе й 2 ОС.При указанньх условиях пружины 3 в вер хней зоне находятся в разжатой положении,з находящиеся в воде. - в сжатом. Создаваемый весовой дебаланс (см. фиг.2) за счет пружин Зиштоков 4,обеспечивает прокручиваниеротора 2 по ходу часовой стрелки со скоростью 30 ЗО об/мин и усилием, которое приводит в работу мотор-регенератор 10.Равномерное вращение ротора 2 достигается за счет четкого цикличного функционирования динамической системы;35 термомеханических элементов - пружин 3,и подвижных штоков 4. Попадая в зону охлаждения, пружины 3 не только сжимаютсясами, но и вталкивают в направляющиетрубки 6 концы подвижных штоков 4, С дру гой стороны, при нагреве и растяжениипру-.жин 3, противоположные концы эгих штоков4 выдвигаются из направляющих трубок 6.В качестве охлаждающего агента можетбыть не только техническая вода, но и другие 45 жидкости, например, сточные воды. Возможноприменение и газообразных охладителей, на-:пример, азота, поступающих от кислородныхмашин.При работе. устройства температура от ходящих газов йадает. Практически она может быть снабжена до уровня, которыйвыше температуры охладителя всего лишьна 10-30 С. Зто достигается последовательной установкой ряда устройств, количество 55 которых определяется объемом отходящихгазов, их температурой и мощностью устройств, Срок эксплуатации устройства опре-,деляется количеством циклов: "сжатие -разжатие" пружин 3 из никелида титана.11812337 СоставительТ. ВоробьевТехред М,Моргентал Корректор Г. Кос дакто аз 1565 , Тираж,ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/5 КНТ СССР роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 Таким образом, при скорости ротора 30 об/мин пружины 3 делают 30 таких циклов в минуту, или в час:30 х 60-1800 ц/ч, "5ф Общее время работы устройства1,5Т"-8333 ч или 347 суток.18 10Данное устройство может быть такжеиспользовано для получения электроэнергии от потока солнечных лучей. В этом случае в качестве охлаждаемой среды может быть вода рек, ручьев и другйх естественных и искусственных источников.Применение теплового двигателя обес- .йечивает. в сравнении с прототипом следующие преимущества:- увеличение единичной и удельной мощности двигателя; использование бросового тепла - низкотем . пературного тепла (с 200 С) в том числе тепла отходящих газов, загрязненных соединениями серы, азота, фтора, хлора, и т.п.; ис-:/ пользование тепла нетрадиционного источника - солнечной энергии при минимальных капитальных затратах, получение электроэнергии. Формула изобретения Тепловой двигатель, содержащий статор с зонами нагрева и охлаждения, ротор с установленными на нем пружинами, обладающими свойством термомеханической памяти формы, связанными.с грузами, о т- личающийся тем,что,сцельюповцшвния удельной мощности ротор выполнен с. развитой боковой цилиндрической, поверхностью, а грузы - в виде штоков с упорами, . подвижна установленных в радиальных на- правляющих, выполненных в роторе в раз-. н ых. плоскостях, смещенных друг относительно друга вдоль оси ротора, при этом пружины установлены снаружи ротора между последними и упорами штоков, .