Гидравлический тепловой привод

(5 И Г 03 б 7/06 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К РСКОМ ЕТЕЛЬСТВ еру,кожухве ра Волашов ельство/1 О, 9755-385241980.ЕСКИЙащий ра 54) (57) ГИДРАВЛИВОИ ПРИВОД, содерж ТЕПЛОбоцую ка 14 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидет821 773, кл. Г 15 В 152. Заявка Япониикл. Г 03 б 7/06, опублик помещенную в теплоизолп рован ный и заполненную жидкостью в качесточего тела, электрический нагревастановленный внутри камеры, и мепреобразования теплового расширедкости в поступательное перемещеходного звена, отличающийся тем, целью повышения стабильности раривода путем равномерного прогрео объема жидкости, нагреватель выв виде электрических ламп, равномепределенных внутри камеры и закрепна токопроводящих стержнях. тел ь,ханизмния жние вьчто, сботы пва всегпол ненрно расленныхИзобретение относится к машиностроению, а именно к гидравлическим тепловым приводам для преобразования теплового расширения рабочего тела в механическую работу, и может быть использовано в механизмах, предназначенных для медленного равномерного перемещения рабочих органов или обрабатываемого изделия, а также в металлургии при выращивании монокристаллов и получении сверхчистых материалов, в том числе в условиях пониженной гравитации. Известен гидравлический тепловой привод, содержащий прозрачную рабочую камеру, заполненную жидкостью в качестве рабочего тела, электрический нагреватель, установленный снаружи камеры и охватывающий последнюю, и механизм преобразования теплового расширения жидкости в поступательное перемещение выходного звена 11.Недостатками этого известного устройства являются низкий КПД, обусловленный потерями тепла вследствие расположения нагревателя вне емкости с жидким рабочим телом, а также низкая надежность, обусловленная отсутствием дублирования или компенсации функций нагревателя в случае выхода его из строя.Наиболее близким к изобретению является гидравлический тепловой привод, содержащий рабочую камеру, помещенную в теплоизолированный кожух и заполненную жидкостью в качестве рабочего тела, электрический нагреватель, установленный внутри камеры, и механизм преобразования теплового расширения жидкости в поступательное перемещение выходного звена 2,КПД этого теплового привода увеличен за счет размещения нагревателя внутри рабочей камеры. Кроме того, за счет наличия двух нагревателей, связанных с системой регулирования температуры рабочего тела, и средств для пропускания теплоносителя по каналам в стенках камеры, в устройстве- прототипе обеспечивается частичное дублирование и компенсация функций одного из нагревателей при выходе его из строя. Однако, в этом устройстве не обеспечивается равномерный прогрев жидкого рабочего тела по всему объему камеры как вследствие неравномерного распределения спиралей нагревателя внутри этого объема, так и вследствие подвода тепла от нагревателя к жидкости практически лишь конвекцией и теплопередачей, а не излучением. При отсутствии же конвективной составляющей теплообмена в условиях невесомости возникает перегрев соприкасающейся с нагревателем жидкости, что, кроме нарушения равномерной работы привода, может привести к нарушению свойств рабочей жидкости (разложению на составные части, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 старению, выделению газа и т. и.) или разрушению нагревателя.Цель изобретения - повышение стабильности работы привода путем равномерного прогрева всего объема жидкости.Указанная цель достигается тем, чтогидравлический тепловой привод содержитрабочую камеру, помещенную в теплоизолированный кожух и заполненную жидкостьюв качестве рабочего тела, электрическийнагреватель, установленный внутри камеры,и механизм преобразования теплового расширения жидкости в поступательное перемещение выходного звена, причем нагреватель выполнен в виде электрических ламп,равномерно распределенных внутри емкостии закрепленных на токопроводящих стержнях.Такое выполнение привода обеспечиваетболее равномерный нагрев рабочей жидкости равномерно распределенным излучением ламп.На фиг. 1 представлен привод, общийвид, в разрезе; на фиг. 2 - разрез А - Ана фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг, 1на электрические лампы; на фиг. 4 - видВ на фиг, 3.Гидравлический тепловой привод содержит рабочую камеру 1, помещенную в теплоизолированный кожух 2 и закрепленнуюв последнем с помощью опор 3, выполненных из теплоизолирующего материала. Камера 1 заполнена в качестве рабочего телажидкостью 4. Внутри камеры 1 установленэлектрический нагреватель, выполненныйв виде основных электрических ламп 5 ирезервных электрических ламп 6. Лампы 5и 6 равномерно распределены внутри камеры1 и закреплены на токопроводящих стержнях 7. Для подключения ламп 5 и 6 к блоку питания и управления (не показан) предусмотрен разъем 8.Внутри камеры 1 расположены термопары 9 контроля температуры рабочей жидкости 4, а также механизм преобразованиятеплового расширения жидкости 4 в поступательное перемещение выходного звена,выполненный в виде сильфона 10, и присоединенных к нему теплоизоляционного стержня 11 и штока 12 выходного звена.Токопроводящие стержни 7 и проводатермопар 9 вварены в стеклянный изолятор 13, который герметично соединен с основанием 14 камеры 1.Шток 12 установлен во втулке 15 с возможностью осевого перемещения относительно последней. На втулке 15 размещены вибраторы 16,Кожух 2 снаружи защищен теплоизоляцией 17, под которой располагается нагревательный элемент 18 системы терморегулятораНа внутренней поверхности кожуха 2 ивнешней поверхности камеры 1 расположенытемпературные датчики 19 и 20. В кожухе2 имеются два патрубка 21 и 22 для подвода и выпуска охлаждающего воздуха.Работа гидравлического теплового привода осуществляется следующим образом.При включении питания электрические лампы 5 и 6 нагревают рабочую жидкость 4, приращение объема которой преобразуется в осевую деформацию сильфона 1 О и перемещение связанного с ним штока 12 вправо.При изменении температуры рабочейо жидкости 4 в процессе работы привода изменяется температура на стенках камеры 1, а следовательно, меняется теплообмен с окружающей средой.С целью исключения теплообмена с окружающей средой по сигналам датчиков 19 и 20 система питания и управления включает-выключает нагревательный элемент 18, благодаря чему на внутренней поверхности стенки кожуха 2 поддерживается температура, равная температуре на наружной по верхности камеры 1.Таким образом, все тепло от нагревателей реализуется в приращение объема рабочей жидкости. Этому же способствует наличие теплоизоляционного стержня 11, теплоизоляции 17, теплоизолирующих опор 3, которые также препятствуют утечке тепла от нагреваемой камеры с рабочей жидкостью 4 на кожух 2 и далее во внешнюю среду.При подаче пониженного напряжения питания лампы 5 и 6 выделяют малую мощность на нагрев жидкости 4, при этом сильфон 10 и связанный с ним шток 12 перемещаются с минимальными скоростями до долей миллиметра в час.При подаче полного напряжения пита- З ния шток 12 перемещается со скоростями порядка десятков миллиметров в час.Для возврата штока 12 в исходное положение питание ламп 5 и 6 выключается, а внутрь кожуха 2 через патрубок 21 подается охлаждающий воздух, который после 41 его нагрева отводится через патрубок 22. В результате охлаждения рабочей жидкости внутри камеры 1 и уменьшения ее объема вследствие охлаждения сильфон 10 и с ним шток 12 смещаются в обратную сторону и приходят в исходное положение.При выходе из строя одной или нескольких ламп 5 или 6 стабильный режим работы привода поддерживается блоком управления за счет регулирования мощности оставшихся исправных ламп.Предлагаемое устройство может быть эффективно использовано для перемещения капсулы в печи зонной плавки в условиях пониженной гравитации, для вытяжки жидких пленок, а также в ряде других случаев.Технический эффект заключается в том, что применение в качестве нагревателей источников лучистого нагрева - электрических ламп - позволит обеспечить подвод очень малых мощностей к нагреваемой жидкости, а следовательно, обеспечит очень малые скорости перемещения штока 12 выходного звена, высокий КПД, надежность и долговечность, а также пожаровзрывобезопасность.Применение виброопоры для рабочего штока 12 позволит получить на выходе равномерное перемещение, так как коэффициент трения при этом будет снижен до минимума. Непосредственный контакт баллонов электрических ламп, используемых в качестве нагревателя, с рабочей жидкостью повышает КПД устройства, так как при этом вся тепловая энергия передается жидкости не только теплопередачей, но и излучением, в том числе и отраженным от внутренних стенок камеры. В предлагаемом устройстве могут быть достигнуты малые скорости перемещения выходного звена - порядка 1 мм в сутки. с высокой равномерностью, достигающей величины порядка долей процента, а также большой диапазон скоростей - от 1 мм в сутки до ЗО мм в час./05686 Вид ель Л Верее Редактор Л. Долинич Заказ 51 8/28 ВНИИПИ Гос по делам 113035, Москва Филиал ППП Пат