Тепломеханический двигатель

СООЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 с Г 03 6 7/Об Л "Ф М Э ну ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОУИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬГТБ(71) Всесоюзный научно-исследовательскийи проектно-конструкторский институт металлургической теплотехники цветной металлургии и огнеупоров "81-ч" Иэнергоцветмет"и Ленинградский государственный университет(56) 1. Г 1 атент США М. 3403238, кл. 337 - 393,опублик, 1968,2. Авторское свидетельство СССРй. 1094984, кл, Г 03 С 7/06, 1984.3. Ооцука КСимидзу К, и др. Сплавы сэффектом памяти формьь М,; Металлургия,1990, с, 178 - 179,ЕППОМЕХАНИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ зобретение позволяет повысит. удельмощность тепловых двигателей, в кото 50 1772414 А рых для получения механическои энергии используются тепловые деформации твердых элементов, обладающих свойством термомеханицеской памяти формы, и может найти применение в металлургии, химической промышленности и энергетикпдляутилизации тепловых отходов производства и тепла геотермальных вод. Сущность изобретения: на цилиндрический ротор 2 надеты с натягом размещенные между его ограничителями 3 кольцевые секции, состоящие из пружин 4 с грузами 5, соединенных между собой посредсгвом теплоизоляторов, Првращении ротора 2 пружины 4 попеременно растягиваются в результате их нагрева горячей водой в резервуаре 1 и сжимаются в результате их охлаждения окруакающим воздухом после выхода из резервуара 1, уменьшение расстояния между грузами 5, увлекаемыми пружинами 4, на однсй стороне ротора 2 и увеличение расстояния между грузами на другой с гороне ротора вызывает весовой дисбаланс, поддерживающий вращение ротора 2, 2 ил.5 10 вод 55 Изобретение относится к металлургической, химической, энергетической и другимотраслям народного хозяйства, для которыххарактерно наличие больших объемов нагреваемой технической воды от теплотехнических и технологических агрегатов, Крометого, оно применимо к технике использования тепла геотермальных вод,Известен тепломеханический двигатель, содержащий частично погруженное врезервуар с горячей водой колесо с радиально расположенными нитиноловыми изогнутыми элементами, обладающимиэффектом памяти выпрямленной формы (1),Недостатками этого двигателя являются низкие единичная мощность двигателя иудельная мощность нитиноловых изогнутыхэлементов, обладающих эффектом памятиформы,Известна конструкция тепломеханического двигателя (2), действующая при утилизации низкопотенциального тепла,Двигатель содержит частично погруженноев резервуар с горячей водой колесо с радиал ьно расположен ными изогнутыми нити-нолоеыми элементами, обладающимиэффектом памяти выпрямленной формы.Нитиноловые элементы дополнительноимеют память растянутой формы в выпрямленном виде и сжатой формы в изогнутом(еолнообразном) виде и выполнены е поперечном сечении обтекаемого профиля,Этот двигатель имеет низкую единичную мощность из-за невозможности установки внутри ротора большого количестватермочувствительных элементов, а такженизкую мощность термочувствительныхэлементов, выполненных в виде спиц.Известна конструкция тепломеханического двигателя из класса гравитационныхдвигателей (3), выбранная в качестве прототипа. Этот двигатель содержит частично погруженный е резервуар с горячей водойротор с центральным валом, к которому наравном расстоянии и радиально прикреплены одним концом пружины смещения. Ксвободным торцам пружин прикрепленыгрузы, одновременно соединенные со спиралями из сплава с эффектом памяти формы, которые другим концом соединены свнутренними стенками ротора,Прототип имеет следующие недостатки: низкую удельную мощность из-за медленного охлаждения спиралей по причине передачи тепла им от грузов в зоне охлаждения путем теплопроводности:сложность охлаждения спиралей внутри ротора; 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 невозможность установки е роторе достаточно большого количества термочувстеительных элементов из-за интенсивного брызговыноса горячей воды в зону охлаждения,Цель изобретения - повышение удельной мощности тепломеханического двигателя за счет использования низкопотенциального тепла жидких теплоносителей, например технической оборотной воды или подземных геотермальных Поставленная цель достигается тем, что е тепломеханическом двигателе, содержащем частично погруженный в резервуар с горячей водой цилиндрический ротор с термочуествительными элементами, обладающими эффектом памяти формы и выполненными в виде пружин, соединенных с грузами, согласно изобретению на наружной поверхности ротора выполнены кольцевые ограничители, а термочувствительный элементы соединены между собой посредством допол нительно установленных теплоизоляторов и объединены в замкнутые кольцевые секции, надетые с натягом на ротор и размещенные между его ограничителями,Размещение кольцевых ограничителей по всей длине наружной поверхности ротора на равных расстояниях позволило переместить термочувствительные элементы и связанные с ним грузы из объема ротора на их поверхность, Количество их может быть резко увеличено, поскольку они изолированы от брызг горячей воды и здесь создаются условия для максимального использования реактивного напряжения от расширения пружин с эффектом памяти формы. достигающего 600-800 МПа, Кроме того, кольцевые ограничители обеспечивают упорядоченное расположение тврмочувствительных элементов и связанных с ними грузов и тепло- изоляторов, Таким образом, кольцевые секции состоят из замкнутых систем. состоящих из последовательно расположенных пружины - теплоизолятора - груза - тепло- изолятора - пружины - теплоизолятора - груза и т,д.Наличие теплоизоляторое в кольцевых секциях предохраняет пружины от нагрева от массивных грузов е зоне охлаждения, где они еще несут значительное кол ичес тео тепла. В итоге достигают интенсивную скорость охлаждения пружин, увеличенный момент кручения, а следовательно, и повышенную удельную мощность реигателя.На фиг,1 представлен общий вид тепло- механического двигателя; на фиг 2 - разрез А - А на фиг.1,Двигатель содержит резервуар 1 с горячей водой, в который частично погружен цилиндрический ротор 2, На наружной поверхности ротора 2 размещены кольцевые ограничители 3, На каждой дорожке, образуемой между двумя параллельно стоящими ограничителями 3, на ротоо 2 надета с натягом кольцевая секция, состоящая из термочувствительных элементов, выполненных в виде пружин 4, последовательно соединенных с грузами 5, а также соединенных между собой посредством дополнительно установленных теплоизоляторов б, Количество кольцевых секций определяется мощностью двигателяПружины 4 изготавливаются из сплавов с эффектом памяти формы, для этого чаще всего используют нити ол,В качестве грузов 5 с помощью которых по периметру ротора соединены термочувствительные элементы - иожины 4 и тепло- изоляторы 6, могут быть применены шары. ролики или другие фигуры из простого металла, керамики или металлокерамики,Ротор 2 оснащен валом 7, опирающимся на станину 8 и одним концом;оединен ным через редуктор с мотор-генератором.Тепломеханический двигатель работает следующим образомВ резервуар 1 подается горя ая вода, напримео, от охлаждающих устроиств металлургических печей при температуре 60- 70 С, В период пуска, т,е, в начальный момент, ротор 2 приводят во вращение с помощью внешних усилий (вручную или специальным движком),При достижении скорости вращения ротора 2, например, 15 об/м тепломеханический двигатель переходит в самостоятельный режим работы и он сам начинает выдавать энергию на выходном валу 7 за счет сил, создаваемых термочувствительными элементами - пружинами 4. изготовленными из нитинола, т.е сплава с эффектом памяти формы, с заданной температурой, при которой происходит растяжение пружин (30 - 35 С),Над резервуаром 1, где температура воздуха составляет 15-20"С, пружины 4 охлаждаются, полностью сжимаются и сдвигаются друг к другу вместе с грузами 5 и теплоизоляторами б. Благодаря концентрации большой массы пружин 4, грузов 5 и теплоизоляторов 6 в зоне охлаждения, а особенно во второй ее половине, создаетсясопротивление для их движения по поверхности ротора 2. Соответствующий участоккаждой кольцевой секции из пруин 4, гру 5 зов 5 и теплоизоляторов 6 здесь только вращается и гкорость этого вращения равнаскорости вращения ротора.Далее при вращении по ходу часовойстрелки пружины 4 сталкиваются с поверх 10 ностью горячей воды в резервуаре 1. Погружаясь в воду и проходя через ее объем,пружины 4 в силу заложенной памяти формы растягиваются, увлекая за собой грузы 5и теплсизоляторы б,15 В зоне нагрева скорость движения соответствующего участка каждой кольцевойсекции, состоящей из пружин 4, грузов 5 итеплоизоляторов б, значительно выше скорости вращения ротора 2.20 При входе в зону охлаждения начинается повторный цикл сжатия пружин 4 и протекание соответствующих этому процессовподтягивания друг к другу грузов 5 и теплоизоляторов 6,25 Образуемый весовой дисбаланс за счетсосредоточения массы пружин 4, грузов 5 итеплоизоляторов 6 в зоне охлаждения и еерассредоточения в зоне нагрева :оздаетмощный момент врац;ения ротора 2, а сле 30 довательно. и вала 7, связанного с мотор-генеоаторсмПрименение тепломеханического двигателя обеспе ивае по сравнению с прототипом следующие преимугцества:35 повышение удельной мощности, получениеэлектроэнергии в промышленных масштабах за счет использования низкопотенциального тепла жидких теплоносителей,например оборотной технической воды или40 геотермальных вод.Формула изобретенияТепломеханический двигател, содержащий части но погруженный в резервуар сгорячей водой цилиндрический рот:р с тер 45 мочувствительными элементами, сбладающи эффектом памяти формы, ивыполненными в виде пружин, соединенных с грузами, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения удельной мощно 50 сти, на наружной поверхности ротора выполнены кольцевые ограничители,термочувствительные элементы соединенымежду собой посредством дополнительноустановленных теплоизоляторов и объеди-.55 нены в замкнутые кольцевые секции. надетые с натягоь на ротор и размещенныемежду его ограничителями.ставитель Г, Стрижовхред М,Моргентал Редактор ректор,И. Шмак венно-издательский комбинат "Пате од, ул,Гагарина, 101 рои Заказ 3827 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва. Ж, Раушская наб 4/5