Способ изготовления теплового двигателя

(51) 5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ВЛЕНИЯ ТЕПЛОВО(54) СПОСОБ ИЗГГО ДВИГАТЕЛЯ(57) Сущность изоления тепловоготермической обраодного термочувспридания ему сво б ретения: способ изготовдвигателя заключается в ботке по меньшей мере вительного элемента для ства обратимого эффекта, ко- райся в овку про- осто- ТЧЭ Известен способ из торый включает деформ ней мере одного ТЧЭ мартенситном состоя ни между корпусом и выход цессе отогрева ТЧЭ до а яния (АС) при реализ готовления Т ирование по , находящег и (МС), и уста ным звеном, устенитного ации ЭПФ в ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Ленинградский кораблестроительный институт и Ломоносовский филиал Центрального научно-исследовательского института Тидроприбор"(56) 1. Патент США М 3403238,кл. Г 03 6 7/06 опублик. 1968.2. Авторское свидетельство СССР М 1548505, кл. Р 03 6 7/06, 1988. Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к способам изготовления тепловых двигателей (ТД) с термочувствительными элементами (ТЧЭ) из материала, проявляющего эффект памяти формы (ЭПФ), и может быть использовано в опытном и серийном производствах ТД,памяти формы путем термоциклирования его между аустенитным и мартенситным состояниями под нагрузкой и соединении его с корпусом и выходным звеном, причем до соединения его с корпусой и выходным звеном термочувствительный элемент по меньшей мере один раз нагружают до напряжения, большего или равного уровню внутренних напряжений. Уровень внутренних напряжений могут определять по экстремальному значению характеристических теплот термочувствительного элемента при различных значениях нагрузки. При термо- циклировании под нагрузкой в процессе термомеханической обработки термочувствительного элемента нагрузку могут устанавливать большей или равной уровню ч внутренних напряжений, а после окончания. термоциклирования нагрузку устраняют после охлаждения термочувствительного элемента до мартенситного состояния. 3 з.п,ф-лы, 2 ил. последний перемещает кинематически связанное с ним выходное звено ЩИзвестный способ изготовления приводит к низкой надежности элементов, особенно при длительном автономном хранении.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изгоТовления ТД, включающий термомеханическую обработку ТЧЭ для придания ему свойства обратимой памяти формы путем термоциклирования его между МС и АС под нагрузкой, измерение нагрузки и по крайней мере одной из характеристических температур и. после окончания термоциклирования соединение ТЧЭ с корпусом и выходным звеном 2,Известный способ изготовления обеспечивает низкие удельные эффективныепоказатели двигателя, что обусловленомалым значением обратимых деформацийв данном случае, Этот недостаток вызывает увеличение длины, массы, энергопотребления и, следовательно, вызываетпадение значений удельных эффективныхпоказателей ТД,Целью изобретения является повышение удельных эффективных показателейТД,Указанная цель достигается тем, что вспособе изготовления ТД с по меньшей мере одним ТЧЭ из материала, проявляющегоЭПФ, заключающемся в том, что производят термомеханическую обработку ТЧЭ дляпридания ему. свойства обратимой памятипутем термоциклирования его между АС иМС под нагрузкой, измеряя при этом нагрузку и по крайней мере одно иэ значенийхарактеристических температур, и послеокончания термоциклирования соединяютТЧЭ с корпусом и с выходным звеном, впроцессе термоциклирования определяютуровень внутренних напряжений ТЧЭ и перед соединением ТЧЭ с корпусом и выходным звеном ТЧЭ нагружаютдо напряжения,по меньшей мере равного уровню внутренних напряжений.Уровень внутренних напряжений можетбь 1 ть определен по экстремальному значению характеристической температуры ТЧЭпри различных нагрузках,ТЧЭ может быть нагружен при термоциклировании до величины, по меньшеймере равной уровню внутренних напряжений, а по окончании процесса термоциклирования и охлаждения ТЧЭ до МС -разгружен,После соединения ТЧЭ с корпусом ивыходным звеном он может быть деформирован путем нагружения через выходноезвено до уровня, не превышающегоуровня внутренних напряжений, приэтом выходное звено фиксируют в этомположении.На фиг. 1 показана диаграмма рабочегоцикла и нагрузочная зависимость теплотыформовосстановления; на фиг. 2 показансхематично ТД, поягняющий описываемыйспособ,Диаграмму рабочего цикла (фиг, 1) получают при термоциклировании ТЧЭ (или рабочего элемента) при различных уровняхнагрузки и замерах деформации в АС и МС(соответственно гд и км, фиг, 1). Затем результаты замеров деформации наносят награфик в координатах напряжение-деформация и соединяют между собой точки,5 соответствующие деформации ТЧЭ в АС иМС. Полученная диаграмма характеризуетвзаимосвязь формоизменения с нагрузкой, т.е, так называемый "обьем памяти".Если помимо деформации измеряется од 10 на из термоупругих характеристик, например, теплота формовосстановления оп 1разность энтальпий в АС и МС) или характеристические температуры, то она такжеможет быть нанесена на диаграмму. На15 фиг, 1 показана нагруэочная зависимостьтеплоты формовосстановления и точки 1, 2и 3, лежащие на пограничной мартенситной линии.ТД (фиг. 2) содержит по крайней мере20 один ТЧЭ 4 (он же рабочий элемент) из материала, проявляющего ЭПФ, которыйснабжеч средством нагрева (не показано) иприкреплен к корпусу 5 и выходному звену6 в виде штока, Шток б снабжен упором в25 виде проточки 7 и стопора в виде ролика 8,поджатого через толкатель 9 пружиной 10,Толкатель 9 и пружина 10 установлены впроточке корпуса 11. Поджатие пружины 10регулируется гайкой 12,30Способ изготовления ТД заключается вследующем,При термомеханической обработке ТЧЭ4 на обратимую память его нагружают и35 подвергают термоциклированию, С числомтермоциклов в ТЧЭ 4 накапливается пластическое удлинение в сторону приложеннойсилы, что вызывает наведение в нем поляориентированных противоположно по отно 40 шению к внешней нагрузке внутренних напряжений. Если теперь разгруженный ТЧЭ4 подвергнуть термоциклированию, будетнаблюдаться самопроизвольное формоизменение обратимой памяти - яо. На фиг, 145 для никелида титана деформация обратимой памяти равна 2,2 . Природа обратимой памяти формы основана наориентационном воздействии поля внутренних напряжений на направления сме 50 щения атомов в процессе мартенситногопревращения. Поле внутренних напряжений энергетически выделяет эти направления смещения,В дальнейшем жизненном цикле ТЧЭ55 4 на него воздействуют два противоположно направленных поля напряжений: внутреннего и внешнего (соответственно о игор), Результирующее поле напряженийо равно векторному (поскольку направление действия полей диаметрально противоположно, то алгебраической) сумме полей Ор и Сгв. т.Е.О =Ор +ОвилиД=Ор-ОвПоэтому при росте внешней нагрузки в ДИаПаЗОНЕ Ор (Ув ПРОИСХОДИТ СНИЖЕНИЕ результирующих напряжений, а после Ор ) Ов - УВЕЛИЧЕНИЕ. ПрИ Ор = Ов 0 = О,Поликристаллическое строение материала ТЧЭ 4 с различной ориентацией кристаллографических плоскостей относительно направления действия сил вносит коррекцию в эту модель и несколько "размывает" эффект. Однако на нагрузочной зависимости теплоты формовосстановления фиг, 1 виден четкий экстремум, который соответствует уровню дв =ор, Поэтому результаты замеров характеристических теплот или температур (равно как и замер любых других термоупругих характеристик) могут служить для определения уровня внутренних напряжений.Если ТЧЭ 4 нагружать до нагрузок, обозначенных точками 1, 2 и 3, то разгрузка (линии со стрелками) будет приводить к увеличению заданной ТЧЭ 4 деформации при росте внешней нагрузки до уровня внутренних напряжений. Однако дальнейший рост внешней нагрузки не приводит к росту заданной деформации. Таким образом, для получения максимальной величины заданной ТЧЭ 4 деформации его необходимо нагрузить до уровня не менее уровня внутренних напряжений, а после разгрузки установить между корпусом 5 и выходным звеном 6 ТД, Задать ТЧЭ 4 деформацию можно как дополнительным нагружением после термоме анической обработки, так и разгрузкой охлажденного до МС ТЧЭ 4 после термообработки, Кроме того, деформирование ТЧЭ 4 может осуществляться после соединения его с корпусом 5 и штоком 6 путем иагружения последнего внешней си лой Р. При этом ТЧЭ 4 может находиться как в разгруженном, так и в нагруженном состоянии после устранения внешней силы Р. В последнем случае нагрузка на ТЧЭ 4 не должна превышать уровня внутренних напряжений, а в крайнем положении штока 6 в его упор 7 входит стопор 8 и надежно фиксирует положение штока б. Это позволяет увеличить заданную ТЧЭ 4 неупругую деформацию и повышает надежность ТД при воздействии на него вибраций и ударныхнагрузок,Использование,изобретения посравнению с прототипом позволяет5 получить положительный эффект, который будет складываться из следующихфакторов.Уменьшатся габариты и масса ТЧЭ 4 засчет увеличения реализуемой неупругой де 10 формации, Как видно из фиг, 1, в прототипеэта деформация равна 2,2, а при использовании данного способа - 40 ь, т,е, дажепри хранении в разгруженном состоянии .(например, длительное автономное хране 15 ние) масса и габариты ТЧЭ 4 уменьшатсяпочти в 2 раза,Уменьшение массы приводит к снижению энергозатрат на формовосстановлениеи повышению всех удельных эффективных20 показателй ТД, таких, как КПД, полезнаямощность и др,Формула изобретения25 1. Способ изготовления теплового двигателя по меньшей мере с одним термочувствительиым рабочим элементом изматериала, проявляющего эффект памятиформы, заключающийся в том, что произво 30 дяттермомеханическую обработку рабочегоэлемента для придания ему свойства обратимой памяти путем термоциклированияего между аустенитным и мартенситным состояниями под нагрузкой, измеряя при этом35 нагрузку и по меньшей мере одно из характеристических значений температуры рабо-чего элемента, и после окончаниятермомеханической обработки соединяютрабочий элемент с корпусом и с выходным40 звеном, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения удельных эффективных показателей двигателя, в процессе термоциклирования определяют уровень внутреннихнапряжений рабочего элемента и перед со 45 единением рабочего элемента с корпусом ивыходным звеном его нагружают до напряжения, по меньшей мере равного уровнювнутренних напряжений,2. Способ по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с я50 тем, что уровень внутренних напряженийрабочего элемента определяют по экстремальному характеристическому значениютемпературы рабочего элемента при различных величинах нагрузки,55 З.Способпопп,1 и 2,отличающий с я тем, что при термоциклированиирабочий элемент нагружают до величины, по меньшей мере равной уровнювнутренних напряжений, а после окончания процесса термоциклирования разакаэ 2380, Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Рауаская нэб., 4/5 ада ел ьски оизВодст Ве гружают рабочий элемент после его охлаждения до мартенситного состояния,4. Способ по пп, 1 - 3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что после соединения рабочего элемента с корпусом и выходным эвеном его деформируют путем нагружения до величины, не превышающей уровня внутренних напряжений, а выходной звено фиксируют в 5 этом положении,бинат Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101