Тепловой двигатель

(22)Заявлено 13,12.78 (21) 2695881/25-06с присоединением заявки ЭЬпо делам изабретений н открытий(088.8) В, П. Понятов, Р, А. Захидов, Г, Я, ПоповЮ, И. Сизов, Р. А. Хакимов и А, Г. ЦициковЦентральное проектно-конструкторское и технологичесКоебюро научного приборостроения АН Узбекской ССР(54) ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Изобретение относится к машино строению и приборостроению, а именно к тепловым двигателям, работающим за счет теплового расширения твердых тел, и может быть использовано в качестве исполнительного механизма систем автоматики и телемеханики для замены электромагнитных устройств в неблагоприятных для их работы условиях повышенных температур, влажности, агрессивных сред.таНаиболее близким к предлагаемому является тепловой двигатель, содержа-. щий нагреватель, холодильник и биметаллические термочувствительные рабочие элементы, установленные на основа- нии с возможностью периодического перемещения от нагревателя к холодильнику и обратно и соединенные с силовым приводным механизмом 11Однако в указанном устроистве исн20 пользуется только температурное расширение материала его рабочих элементов, что ограничивает увеличение удельной мощности последних до предельной величины 0,24 кВт/см и не позволяет уменьшить габариты устройства,Цель изобретения - увеличениеудельной мощности двигателя путемсовместного использования температурного расширения и температурного изменения модуля упругости слоев элементов.Указанная цель достигается тем,что активный слой последних выполнениз бериллия, а пассивный слой - извольфрама,Такое выполнение рабочих элементовпозволяет использовать для получениямеханической работы не только темпе-ратурное изменение линейных размеровслоев биметалла, но и температурноеизменение упругости этих слоев, чтоулучшает габаритно-мощностные показатели тепловых двигателей,На фиг. 1 представлена схема предлагаемого двигателя с двумя термочувствительными элементами и силовым659677 50 55 приводным механизмом в исходном положении; на фиг. 2 - рабочие диаграммы изгиба и выпрямления двух термочувствительных элементов, модули упругости которых при максимальной температуре равны, а при ее понижении у одного5 из элементов величина модуля упругости сильно изменяется, в то время как у другого это изменение незначительно.1 ОТепловой двигатель содержит нагреватель 1 и холодильник 2 иэ двух пар одинаковых горячих и холодных теплообменников и два биметаллических термочувствительных рабочих элемента 3, прикрепленных одним концом к основанию 4, а другим - соединенных с силовым приводным кривошипношатунным механизмом 5, Рабочие элементы установлены между нагревателем 1 и холодильником 2 с возможностью периодического перемещения от нагревателя к холодильнику и обратноБиметаллические рабочие элементы 3 имеют активный б и пассивный 7 слои метал 25 ла с различными коэффициентами линейного расширения, Активный слой выполнен из бериллия, а пассивный - из вольфрама,Двигатель работает следующим образом.30При нагревании от контакта с нагревателем 1 рабочие элементы 3 изгибаются В сторону пассивного слоя и приводят в движение кривошипно-шатунный механизм 5, В результате такой деформации рабочие элементы отходят от нагревателя и входят в соприкосновение с холодильником 2, в результате чего они начинают охлаждаться и после некоторой задержки, оПределяемой их 40 теплоемкостью, выпрямляются. К этому времени кривошип приводного механизма 5 достигает крайнего верхнего положения и деформация выпрямляющихся рабочих элементов так же, как и при 45 изгибе, передается кривошипу механизма 5 согласованно с его вращением.В результате выпрямления рабочие элементы 3 входят в соприкосновение с нагревателем 1 и цикл работы двигателя повторяется,Так как модуль упругости рабочих элементов 3 в процессе охлаждения увеличивается (в интервале температур 100-600 С от 29,8 10 кгс/ммдо 36,1 х х 10 кгс/мм),то усилие, развиваемое ими1при выпрямлении и движении от холодильника 2 к нагревателю 1, значительно 4больше, чем при изгибе, .В конечномитоге полезная работа таких рабочихэлементов увеличивается по сравнениюс работой элементов, упругость которых при изменении температуры не изменяется или изменяется незн.- ьно, Указанное увеличение поле .работы поясняется графиком 1,фиг. .акотором представлены сравнительные расчетные диаграммы работы термочувствительных элементов из бериллия ивольфрама и элементов иэ условноготермобиметалла с модулем упругости29,8 10 кгс/мм , малоизменяемым приЪизменении температуры,где Я и - перемещение концов рабочихэлементов, соединенных сприводным механизмом, мм;Йм - усилие, развиваемое рабочими элементами в направлении перемещения 5, н.На обеих диаграммах верхний участокзамкнутой кривой характеризует работу,получаемую при выпрямлении охлаждаемых рабочих элементов, а нижний - работу, затрачиваемую при изгибе нагреваемых элементов, Площадь ограниченная замкнутой кривой, характеризуетполезную работу цикла теплового двигателя,Нижняя диаграмма усилий и перемещений относится к рабочим элементам,выполненным из бериллия и вольфрама,а верхняя - к рабочим элементам,выполненным из условного термобиметалла, имеющего модуль упругости 29,8 фх 10 кгс/мм,не зависящий от темпера 8туры,Увеличение удельной мощности прииспользовании рабочих элементов избериллия и вольфрама по сравнению срабочими элементами, изготовленнымииз материалов, имеющих модуль упругости, не зависящий от температуры,может быть подсчитано по формуле.% О +Е 4фогде % - удельная мощность рабочего элемента из бериллия ивольфрама;Фо - удельная мощность рабочего элемента из материалов с модулемупругости,не зависящимот температуры;0 модуль упругости холодного элемента из бериллия и вольфрама;5 3596Е- модуль упругости нагретого элемента иэ бериллияи вольфрама.В соответствии с расчетом по приведенной формуле увеличение удельной мощности двигателя за счет совместного использования температурного расширения и температурного изменения модуля упругости слоев элементов составляет 10,7 Е, 0 Формула изобретенияТепловой двигатель, содер щижа й нагреватель, холодильник и биметаллические термочувствительные рабочие 15 элементы, установленные на основании 6с воэможностью периодического перемещения от нагревателя к холодильнику и обратно и соединенные с силовымприводным механизмом, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увеличения удельной мощности двигателя путем совместного использования тем-.пературного расширения и температуркго изменения модуля упругости слоевэлементов, активный слой последнихвыполнен иэ бериллия, а пассивныйслой - из вольфрама.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент ФРГ У 1200069,кл. 46 е,10, опублик, 1965,859677 ев Редактор Т Корректор М рмел емчик ПодписноеР т жгород, ул. Пр Заказ 7507/54 ВНИИПИ Госу по делам 113035 Мо