Пристрій перетворення теплової або електричної енергії в механічну

Реферат: UA 80538 U UA 80538 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі машинобудування, а саме до способів перетворення теплової енергії в механічну, і може бути використана для того, щоб привести в дію різні механізми з використанням температурної деформації термочутливого робочого тіла. Відомо про спосіб перетворення теплової енергії в механічну за допомогою занурювання в рідину камер, які заповнені газом в суміші з рідким розчинником, розширення камер із збільшенням їх плавучості у результаті теплообміну з рідиною, виринання камер під впливом сил плавучості та зменшення об'єму і плавучості у результаті теплообміну з навколишнім середовищем (Авторське свідоцтво СРСР 931945 F03G7/06). Недоліком цього способу є поганий контакт робочого тіла з теплоносієм, що знижує потужність теплового двигуна і збільшує його габарити. Відомо про тепловий двигун, який має два колових двошарових робочих елементи із шарами з матеріалів, які мають різні коефіцієнти лінійного розширення і проходять через зони нагрівання та охолодження (Авторське свідоцтво СРСР 1000590 F03G7/06). Тут нагрів робочих елементів відбувається, головним чином, шляхом конвекції, що знижує ефективність теплопередачі, знижує коефіцієнт корисної дії двигуна, а також призводить до повільного руху двигуна. Малий хід робочих елементів також знижує потужність двигуна. Недоліком такого двигуна є й великі його габарити, а також складність конструкції. Відомо про електропривод, що надає руху робочим машинам і механізмам. Джерелом механічної енергії електроприводу є електродвигун (Український радянський енциклопедичний словник, 1986 p.). Передача руху від електродвигуна до робочого механізму здійснюється через складні механічні, гідравлічні та інші передачі, що ускладнює машини і механізми, збільшує їх вагу і габарити, а також знижує їх коефіцієнт корисної дії. Задачею корисної моделі є збільшення потужності, підвищення економічності і спрощення конструкції теплового двигуна і привода до робочих машин і механізмів. Поставлена задача вирішується тим, що як робоче тіло двигуна застосовується набір прямолінійних робочих стержнів з однорідного матеріалу, з'єднаних між собою прямолінійними штовхачами, виготовленими з матеріалу, коефіцієнт лінійного розширення якого менший, ніж у матеріалу для робочих стержнів, при цьому початковий робочий стержень жорстко закріплений на тепловому двигуні, а початки наступних робочих стержнів з'єднані з кінцями попередніх робочих стержнів. Таке з'єднання дозволяє підсумувати температурні деформації окремих робочих стержнів. Робочі стержні виготовлені з труб, а штовхачі - також із труб або із штабового матеріалу чи інших профілів. На фіг. 1 показана схема набора робочих стержнів 1 і штовхачів 2 у вихідній позиції. Тут і надалі на схемах, робочі стержні 1 позначені прямолінійними круглими стержнями, а штовхачі 2 - гнутими штабами. На фіг. 2 показана схема набору робочих стержнів 1 і штовхачів 2 при нагріванні їх від теплоносія. У вихідній позиції довжина робочого стержня дорівнює l, при нагріванні кожен стержень довшає на ∆І, підсумкове подовження (робочий хід) дорівнює 3∆І. Деформація штовхачів 2 не врахована. На фіг. 3 показано конструктивний варіант з'єднання робочого стержня із штовхачем. В стержнях 1 і штовхачах 2 за допомогою різьбового з'єднання закріплені хвостовики 3 і 4, які з'єднані планкою 5 і закріплені гайками 6. Робочі стержні 1 і штовхачі 2 під час температурної деформації мають змогу переміщуватися по напрямних плитах 7 з отворами під робочі стержні і штовхачі. Напрямні плити 7 також стоять на перешкоді поздовжньому згину стержнів і штовхачів (при потребі). Хвостовики 4 мають наскрізний отвір і служать одночасно штуцерами для підключення гнучкого шлангу 8 (з діелектрика) за допомогою накидної гайки 9. Підключення електроенергії здійснюється за допомогою хомутів 10. Для електроізоляції робочих стержнів 1 служать втулки 11, 12 і шайби 13, виготовлені з пластмаси з високим механічним показниками, наприклад з текстоліту. Схема теплового двигуна, реалізуючого пропонований спосіб, показана фіг. 4. Він складається з робочого тіла 1, яке умовно зображено у вигляді порожнистої герметичної труби з металу, через яку за допомогою гнучких шлангів 8 (з діелектрика) і накидних гайок 9 подається охолоджувальна рідина. Нагрів робочого тіла 1 здійснюється за допомогою нагрівальної рідини, яка подається по тим же шлангах 8 або за допомогою пропускання через робоче тіло 1 електричного струму (нагрів опором). Електрична напруга по проводах 14 подається до кінців робочого тіла 1, при цьому робоче тіло 1 електрично ізольоване від теплового двигуна. Відбір потужності здійснюється безпосередньо від штока 15 або через шатуни 16, 17, 18, коромисла 19, 20 - від повзуна 21. Для збільшення робочого ходу робоче тіло складається з пакета робочих стержнів. На фіг. 5 показана схема пакета робочих стержнів, який має три вертикальні секції по три робочих стержня 1 в кожній секції. Робочі стержні з'єднані штовхачами 2. Робочі стержні і штовхачі переміщуються по напрямних плитах 7, які закріплені на тепловому двигуні. На розрізі Б-Б 1 UA 80538 U 5 10 15 20 25 30 стрілками показано напрямок передачі подовження робочих стержнів від кінця початкового стержня, закріпленого одним кінцем на тепловому двигуні. Підсумкове подовження усіх стержнів позначено пунктирними лініями на головному вигляді (фіг. 5). Тут же показані тільки штовхачі для з'єднання вертикальних секцій. На вигляді А (фіг. 5) показані тільки штовхачі для з'єднання робочих стержнів в межах однієї секції стержнів. Тепловий двигун, що реалізує пропонований спосіб, може працювати від нагріву робочого тіла 1 як електрострумом, так і від нагріву рідким теплоносієм (фіг. 4). При роботі від електронагріву струм пропускається через металічне робоче тіло 1, яке, нагріваючись, подовжується (відбувається робочий хід). Потім електрострум вимикається, через робоче тіло 1 пропускається за допомогою шлангів 8 охолодна рідина. Робоче тіло 1, охолоджуючись, скорочується (відбувається зворотній хід). Після охолодження робочого тіла 1 охолодна рідина перестає надходити в робоче тіло і вся видаляється з робочого тіла через шланги 8. Знову вмикається електронагрів і цикл повторюється. При роботі теплового двигуна від нагріву за допомогою рідкого теплоносія останній подається в робоче тіло 1 через шланги 8, від нагріву робоче тіло 1 подовжується (відбувається робочий хід). Потім теплоносій видаляється з робочого тіла 1 через шланги 8 і через них в робоче тіло подається охолодна рідина. Робоче тіло скорочується (відбувається зворотній хід). Після охолодження робочого тіла 1 охолодна рідина видаляється з робочого тіла 1, в нього подається рідкий назріваючий теплоносій і цикл повторюється. Для охолодження робочого тіла 1, при необхідності можна використовувати повітря як охолоджене середовище Ланками відбору потужності є шток 15 або повзун 21 (фіг. 4). Наявність важільної передачі від штока 5 до повзуна 21 розширює конструктивні можливості при проектуванні теплового двигуна. Для ілюстрації можливостей тепловою двигуна з використанням пропонованого способу можна привести параметри теплового двигуна, який має робочі стержні з дюралюмінієвих труб діаметром 40 мм (товщина стінки 3 мм) загальною довжиною 30 м. При нагріванні робочих стержнів на 90 °C загальне подовження їх буде дорівнювати 61 мм (при коефіцієнті лінійного -6 -1 розширення 22,6 Х 10 К ). Подовження стальних штовхачів тієї ж довжини - 34 мм. Робочий хід буде: 61-34=27 мм. Зусилля, яке розвиває робочий стержень з дюралюмінію при допущеній 2 напрузі 40 кгс/мм , становитиме 13950 кгс (тертя не враховане). Нагріта при роботі пропонованого теплового двигуна охолодна рідина може бути використана для приведення в рух іншого аналогічного теплового двигуна, що дасть можливість заощаджувати енергоресурси. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 1. Пристрій перетворення теплової або електричної енергії в механічну шляхом навперемінного нагрівання та охолодження термочутливих стержнів, який відрізняється тим, що, для збільшення потужності, економічності і спрощення конструкції теплового двигуна, робочим тілом є набір порожнистих прямолінійних робочих стержнів з однорідного матеріалу, з'єднаних між собою проміжними штовхачами, виготовленими з матеріалу, коефіцієнт лінійного розширення якого менший, ніж у матеріалу для робочих стержнів, при цьому початковий робочий стержень одним кінцем з'єднаний нерухомо з двигуном, а початки наступних робочих стержнів з'єднані з кінцями попередніх робочих стержнів, кінець останнього робочого стержня є ланкою відбору потужності, нагрівання робочих стержнів відбувається за допомогою пропускання через них електричного струму або рідкого теплоносія, охолодження робочих стержнів здійснюється пропусканням через них рідкого охолоджувача або за допомогою повітря. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що, для забезпечення можливості зміни зусилля і довжини робочого ходу двигуна, зусилля від робочого тіла передається через важелі на ланку відбору потужності. 2 UA 80538 U 3 UA 80538 U Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4