Тепловой двигатель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦ)4 АЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН уя) Г 03 6 7/06 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТВУ ССР7/06,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ С 8 ИД:(46), 30,11.84. Бюл. М 44 (72) Д.В,Даукшис, П.П.Нашкявичюс, К.И.РагуЛьскис и Р-Т.А.Толочка (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (53) 621.486 (088.8)(56) 1.Авторское свидетельство С по заявке М 3573103, кл. Р 03 С 0504832.Авторское свидетельство СССР М 569744, кл, Р 03 6 7/06, 1977. (54)(57) ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий источник тепловой энергии и ротор с установленными на его периф рни термочувствительными элементами прикреплениыми одними концами к ро.тору, а другими соединенными с ося 80 1126714 А мй, проходящими параллельно выходному валу и связанными с ним и статором при помощи планетарной передачи и обгонных муфт, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения удельной мощности, термочувствительные элементы выполнены в виде архимедовых спиралей из сплава с термомеханической памятью, на каждой оси жестко закреплена шестерня передачи, при этом шестерни каждой. пары диаметрально противоположных термочувствительных элементов введены в зацепление друг с другом.2. Двигатель по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что источник тепловой энергии выполнен в виде прикрепленного к статору резервуара с жидкостьюИзобретение относится к теплоэнергетике, а именно к тепловым двигателям, потребляющим тепловую энергию низкотемпературных источниковтепла, и может быть использованодля привода различных потребителеймеханической энергии.Известен тепловой двигатель, содержащий источник тепловой энергиии ротор с выходным валом, соединенный со статором посредством храповых муфт и термочувствительиогоэлемента в виде спирали из сплавас термомсханической памятью 13.Однако данный двигатель характеризуется недостаточной экономичностью из-за необходимости совмещенияв пространстве зон нагрева и охлаждения термочувствительного элементаи введения дополнительного аккумулирующего элемента в виде пружиныдля обеспечения равномерности вращения ротора и возврата формы термочувствительного элемента при охлаж.дении,Наиболее близким к изобретениюявляется тепловой двигатель, содержащий источник тепловой энергии иротор е установленными ва его периФерии термочувствительными элементами, прикрепленными одними концами кротору, а другими соединенными сосями, проходящими параллельно выходному.валу и связанными с ним истатором при помощи планетарной передачи и обгонных муфт 2),Экономичность этого двигателяповышена за счет использования дляего работы источника тепловой энергии со стационарными зонами нагреваи охлаждения, не совпадающими в пространстве, Однако удельная мощностьдвигателя-прототипа уменьшена вследствие малой величины тепловых деформаций его биметаллических термочувствительных элементов и недостаточной .компактности из-за выполненияих в виде. винтовых спиралей.Целью изобретения является увеличение удельной м щности.Указанная цель достигается тем,что в тепловом двигателе, содержащемисточник тепловой энергии и ротор сустановленными на его периферии термочувствительными элементами, прикрепленными одними концами к ротору,а другими соединенными с осями, проходящими параллельно выходному валуи связанными с ним и статором припомощи планетарной передачи и обгонных муфт, термочувствительные элементы выполнены. в виде архимедовыхспиралей из сплава с термомеханической памятью, на каждой оси жесткозакреплена шестерня передачи, приэтом шестерни каждой пары диаметрально противоположных термочувствительных элементов введены в зацеплениедруг с другом,Источник тепловой энергии выполнен в виде прикрепленного к статорурезервуара с жидкостью.На Фиг. 1 схематически изображенпредлагаемый тепловой двигатель,продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на Фиг. 3 - разрез Б-Б на Фиг. 1Двигатель содержит статор 1 с раз.мещенными в нем ротором 2 и выходнымвалом 3 и источником тепловой энергии в виде прикрепленного к статорурезервуара 4 с нагретой жидкостью.Ротор 2 выполнен,в виде полого цилиндра со сплошной несущей перегородкой 5, делящей его на правую и 15 левую (см. Фиг. 1) части и препятствующей попаданию жидкости в левуючасть. Левая часть ротора 2 имееткрестообразную несущую перегородкуб. На периферии ротора 2 в левой егочасти установлены термочувствительные элементы 7, выполненные в видеархимедовых спиралей из сплава стермомеханической памятью, напримериз нитинола. Термочувствительныеэлементы 7 установлены попарно диаметрально противоположно, при этомпары элементбв 7 расположены по разные стороны от перегородки б со смещением друг относительно друга по 30 окружности на угол 90В левой части ротора 2 на его боковой поверхности выполнены прорези для свободного доступа жидкости к термочувствительным элементам 7, В перегородках 5 и б ротора 2 с возможностьювращения установлены оси 8, проходящие параллельно выходному валу 3.Термочувствительные элементы 7 прикреплены одними концами к ротору 2,а другими - к осям 8Оси 8 связаны 40 с выходным валом 3 и со статором 1при помощи обгонных муфт 9 и планетарной передачи, состоящей из жестко закрепленных на каждой оси 8 влевой части ротора 2 шестерен 10, 45 а в.правой части ротора 2 - зубчатых колес 11, находящегося с последним во внутреннем зацеплении зубчатого колеса 12, неподвижно закрепленного на статоре 1, и находящегосяво внешнем зацеплении с зубчатымиколесами 11 зубчатого колеса 13, закрепленного на выходном валу 3, Шестерни 10 каждой пары диаметральнопротивоположных термочувствительныхэлементов 7 введены в зацеплениедруг с другом. Температура жидкостив резервуаре 4 поддерживается вышетемпературы структурного превращениясплава с термомеханической памятьюформы, из которого изготовлены тер мочувствительные элементы 7. Форматермочувствительным элементам 7 задаетсяпри их обработке выше температуры структурного превращения и имеет вид раскрученной архимедовой спи рали. Ниже температуры структурного1126714 5055 превращения элементы 7 относительнолегко деформируемы, т.е. способнытерять свою форму и принять скручен ное состояние. Тепловые элементы 7способны восстанавливать свою формумногократно при их нагреве выше указанного предела и при этом развиватьзначительный крутящий момент. Кинематическая связь при помощи шестерен10 между противоположными элементами 7 обеспечивает такое их взаимноерасположение, что, если один из термочувствительных элементов 7 переходит в раскрученное состояние (восстанавливает свою форму), то противоположный переходит в скрученное состояние,Тепловой двигатель работает следующим образом.При вращении ротора 2 прикрепленные к нему тепловые элементы 7 вращаются вместе с ним, периодическипогружаясь в нагретую жидкость инагреваясь в ней, а находясь на воздухе они охлаждаются за счет собственного теплоизлучения. После погружения одного из тепловых элементов 7 в скрученном состоянии в жидкость он нагревается до температурыструктурного превращения, после чего проявляется эффект термомеханической памяти, т.е. термочувствительный элемент 7 вспоминаетсвою первоначальную форму в видераскрученной спирали и стремится еепринять. Возникающие при этом восстанавливающие направления создаютвращательный момент, который черезОсь 8 и закрепленное на ней зубчатое колесо 11 с обгонной муфтой 9передается зубчатому колесу 13,закрепленному на выходном валу 3.Одновременно зубчатое колесо 11 собгонной муфтой 9 катится по неподвижно закрепленному на статоре 1зубчатому колесу 1 внутреннего зацепления и тем самым ведет за собойротор 2. Параллельно вращательныймомент от раскручивающегося теплового элемента 7 посредством шестерен10 передается диаметрально противоположно тепловому элементу 7, который находится в воздухе и имееттемпературу ниже температуры структурного превращения, Под действиемскручивающего момента противоположный термочувствительный элемент 7теряет свою форму и принимает скрученное состояние, а в это время закрепленная на его оси 8 обгоннаямуфта 9 совершает свободный ход.В результате вращения ротора 2 раскручивающийся элемент 7 выходит изжидкости и охлаждается за счет соб 5 ственного теплоизлучения, а в жидкость погружается следующий элемент7 в скрученном виде, который аналогично предыдущему нагревается, восстанавливает свою форму (раскручива 10 ется), и созданный им вращающий момент способствует дальнейшему вращению выходного вала 3, поворотуротора 2 на определенный угол, атакже скручиванию противоположноготермочувствительного элемента 7,Процесс циклически повторяется, итаким образом устанавливается непрерывная работа двигателя.Применение сплава с термомеханической памятью значительно повышаетбыстродействие термочувствительныхэлементов по сравнению с биметаллическими имеющими повышенную инерционность. Деформируемые слои термо 25чувствительных элементов из сплавас термомеханической памятью могутпретерпевать значительные отноСительные деформации (до 8 Ъ для сплава титана и никеля - нитинола), чтона порядок больше предельных де 30 формаций биметаллического тепловогоэлемента. Это свойство позволяетполучить значительно больший уголскручивания термочувствительногоэлемента,35 Соединение диаметрально противоположных термочувствительных элементов 7 при помощи шестерен 10 обеспечивает полный возврат формы охлаждаемых элементов 7 за счет ис 40 пользования части энергии тепловойдеформации нагреваемых элементов 7,что позволяет более полно использовать тепловые деформации при реализации эффекта термомеханической памя 45 Выполнение термочувствительных элементов 7 в виде компактных архимедовых спиралей позволяет уменьшить осевой габарит двигателя. Применение жидкого теплоносителя для нагрева термочувствительных элементов ускоряет их нагрев и позволяет сократить их теплообменную площадь, Все эти факторы-в конечном счете обеспечивают повышение удельной мощноСти теплового двигателя,