Тепловой двигатель

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я) 4 F 03 G 7 06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

3 Г о; -= Фr >.

С., ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

"- 110 Х --1тЯ

Е у

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3811877/25-06 (22) 14. 1 1.84 (46) 07.04.86. Бюл. № 13 (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (72) О. К. Белоусов, П. П. Па ш к я в ич юс и К. М. Рагульскис (53) 621.486 (088.8) (56) Патент США № 3430441, кл. 60 — 23, опублик. 196?.

Авторское свидетельство СССР № 1134778, кл. F 03 G 7/06, 1983. (54) (57) ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЪ, содержащий корпус, в котором эксцентрично один относительно другого установлены с возможностью вращения два стаканообраз„„SU„„1222882 д ных барабана, шарнирно соединенные между собой тепловыми элементами в виде спиралей из материала с термомеханической памятью, расположенными между барабанами в несколько рядов, отличающийся тем, что, с целью более полного использования деформаций тепловых элементов и повышения устойчивости работы путем устранения возможности взаимного самопроизвольного поворота барабанов, он снабжен соединяющей барабаны передачей, выполненной в виде двух идентичных зубчатых колес, каждое из которых соосно прикреплено к одному из барабанов, и промежуточного зубчатого колеса, введенного в зацепление с каждым из зубчатых колес барабанов.

1222882

10

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам преобразования тепловой энергии в механическую с твердым рабочим теплом из сплава с термомеханической памятью формы, и может найти применение для привода различных потребителей механической энергии.

Цель изобретения — более полное использование деформации тепловых элементов и повышение устойчивости работы путем устранения возможности взаимного самопроизвольного поворота барабанов двигателя.

На фиг. 1 изображен предлагаемый двигатель, пространственная схема; на фиг. 2 — то же, вид вдоль оси на один ряд тепловых элементов.

Двигатель содержит корпус 1, в котором эксцентрично один относительно другого установлены с возможностью вращения два станкообразных барабана — внутренний 2 и наружный 3. Диаметр внутреннего барабана 2 меньше диаметра наружного барабана 3. Барабан 2 вставлен в барабан 3 таким образом, что открытый торец первого направлен в сторону последнего. Барабаны 2 и 3 соединены между собой посредством шарниров 4 тепловыми эле- 25 ментами 5 в виде цилиндрических спиралей из материала с термомеханической памятью, например из титано-никелевого сплава, равнорасположенных по окружности. Термомеханическая память формы элементов 5 выражена в их сжатии при нагреве. Элементы 5 расположены между барабанами 2 и 3 в несколько рядов в плоскостях, перпендикулярных осям барабанов 2 и 3. К корпусу 1 прикреплена емкость 6 для пропускания через нее горячей среды 7 с температурой выше температуры структурного превращения элементов 5. Часть элементов 5, находящихся на участке уменьшения расстояния между барабанами 2 и 3, погружена в горячую среду 7. Двигатель снабжен соединяющей барабаны 2 и 3 передачей, выполненной в виде двух, расположенных внутри полости, образованной барабанами 2 и 3, идентичных колес 8 и 9, каждое из которых соосно прикреплено соответственно к барабанам 2 и 3, и промежуточного зубчатого колеса 10, введенного в зацепление с каждым из зубчатых колес 8 и 9 барабанов 2 и 3.

Двигатель работает следующим образом.

При вращении наружного барабана 3 по часовой стрелке посредством зубчатых колес 8 — 10 во вращение в том же направлении и с тои же угловои скоростью приводится внутренний барабан 2. В результате вращения барабанов 2 и 3 тепловые элементы 5 переносятся по кольцевой траектории. Часть тепловых элементов при этом находится в емкости 6 с горячей средой 7 и нагревается в ней, а другая часть находится вне емкости 6 и охлаждается в потоке воздуха. Нагревающиеся тепловые элементы 5 при достижении температуры структурного превращения проявляют эффект термомеханической памяти, т. е. они стремятся принять заданную форму (сжаться), и при этом развивают значительное восстанавливающее усилие, которое передается барабанам 2 и 3. Это усилие создает два противоположно направленных момента, действующих на внутренний 2 и наружный 3 барабаны, при этом момент, действующий на барабан 3, больше момента, действующего на барабан 2. Разница моментов, действующих на барабаны 2 и 3, создает вращающий момент, который приводит барабаны 2 и 3 во вращение в направлении большего по величине момента.

В случае взаимного расположения барабанов, изображенном на фиг. 1 и 2, барабаны 2 и 3 вращаются по часовой стрелке. Вследствие вращения барабанов 2 и 3 нагревающиеся тепловые элементы 5 постепенно сжимаются и при выходе из емкости 6 полностью восстанавливают свою форму, а в это время охлаждающиеся тепловые элементы 5 постепенно растягиваются и при входе в емкость 6 принимают наиболее растянутое положение. Таким образом, в течение одного оборота барабанов 2 и 3 образуется замкнутый рабочий цикл теплового элемента 5, включающий нагрев и охлаждение с одновременным сжатием и растяжением теплового элемента 5, сопровождаемые соответствующими структурными изменениями последнего. Так как тепловые элементы 5 расположены равномерно по окружности в несколько рядов, то все время часть тепловых элементов 5 находится в высокотемпературном состоянии и развивает восстанавливающие усилия, при этом рабочие циклы тепловых элементов 5 сдвинуты по времени один относительно другого, что обеспечивает непрерывное вращательное движение барабанов 2 и 3.

Для совмещения перехода тепловых элементов 5 из одной фазы деформации в другую с временем структурного превращения элементов 5 с учетом инерционности теплообменного процесса изменяют угол р взаимного смещения барабанов 2 и 3 путем вывода зубчатых колес 8 в 10 из зацепления и ввода их в зацеплении в новом положении. Без такой регулировки в случае cp=0 ниже линии, связывающей центры барабанов, происходит сжатие тепловых элементов, а выше этой линии происходит их растяжение, т. е. изменение знака деформации происходит в положениях 11 и 12 (фиг. 2), и время структурного превращения элемента 5 не совпадает с временем изменения знака его формации. При смещении барабанов 2 и 3 на угол rp (фиг. 2) в соответствующем направлении происходит смещение перехода тепловых элементов 5 из

1222882

Составитель Л. Тугарев

Реда ктор Е. П а пп Техред И. Верес Корректор И. Муска

За каз 1688/34 Тираж 447 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 одной деформации в другую, и сжатие тепловых элементов 5 происходит при их перемещении из положения 13 в положение 14, а растяжение — при перемещении из положения 14 в положение 13. Это позволяет замедлить во времени момент перехода из одной деформации в другую и таким образом совместить этот переход с временем структурного превращения теплового элемента 5. Для согласования интенсивности теплообменного процесса при нагреве элементов 5 в горячей среде 7 и при охлаждении их в окружающем воздухе изменяют положение верхнего уровня среды 7 в емкости 6, характеризующееся высотой h (фиг. 2).