專利名稱：一種熱氣機用組合式機身的制作方法
技術領域：
本實用新型是關于熱氣機機身，特別是關于小型熱氣機用組合式機身。
背景技術：
熱氣機是按照斯特林循環工作的外燃式發動機，斯特林循環由四個過程所組成 首先，氣體工質在加熱器內吸收熱量，等溫膨脹產生膨脹功；然后，工質在向冷端流動的過 程中，則先把大部分能量儲存在回熱器中；接著，工質在冷卻器內放出熱量，等溫壓縮吸收 壓縮功；最后，當工質從冷端流回熱端時，再吸收儲存在回熱器中的能量，完成一個循環。這 樣，熱能就轉化為活塞往復運動的動能，驅動曲軸做功。斯特林循環的效率等于最高循環效 率——卡諾效率，所以熱氣機是一種高效率的能量轉換裝置，有著廣闊的發展前景。其中機身是熱氣機工作循環系統的一個重要部件。特別是對于四缸雙作用熱氣 機，機身結構極其復雜，其內部布置有熱氣機缸套安裝孔、工質流道、冷卻水流道，同時還是 熱氣機加熱器、曲軸箱等部件的安裝基體，上部承連接外燃系統，下部連接傳動系統，組成 熱氣機整體。為使結構緊湊，熱氣機機身一般設計成整體式結構，目前一般采用鑄造成型或鍛 造成型的整體式機身，鑄造成型機身通過型芯形成水道和氣道。鑄造式機身容易在氣道、水 道等關鍵部位出現夾砂、疏松等鑄造缺陷，導致熱氣機工作時工質泄露，同時，機身內包含 的水道、氣道布置復雜，使得機身工藝復雜，鑄造成品率低。鍛造式成型機身通過機加工形 成水道和氣道，在一定程度上避免了氣道鑄造缺陷，但也存在加工復雜、成本高、重量大等 不足之處。專利號為ZL200720066152. 7的中國專利公開了的一種熱氣機用板式焊接機身， 其采用整體結構采用板式焊接整體式結構。該類型機身具有結構緊湊、重量輕的優點，但這 種機身也存在如下不足之處1、由于工質、冷卻水流道復雜，焊接件較多，焊接工藝復雜、制造周期長、成本高， 特別是對釬焊要求高，容易出現漏焊、虛焊現象，報廢率較高。2、采用該機身的上下平板用較大預緊力的螺栓連接固定，容易變形，從而影響四 個缸套安裝套筒的位置度。此外，缸套安裝套筒與上平板焊接也易導致上平板發生變形。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種熱氣機用組合式機身，解決現有機身工藝復雜、 成品率低、加工成本高、重量大等技術問題，其具有結構簡單、布置緊湊、工藝性好、加工成 本低、重量輕的優點。本實用新型的目的是通過以下的技術方案實現的一種熱氣機用組合式機身，包括上機身和下機身，其特征在于所述的上機身和下 機身是分離式的，二者通過螺栓連接成一體；在所述的上機身內布置有冷卻水流道，其至少 包括一個冷卻水進口和一個冷卻水出口 ；在所述的下機身上布置有工質流道。[0011]上述的熱氣機用組合式機身，所述的冷卻水流道包括上、下兩層，之間用連通孔連 通，冷卻水進口布置在上機身下層，冷卻水出口布置在上機身上層，冷卻水從冷卻水進口進 入上機身，分為四路，分別進入冷卻器及機身的缸套安裝孔內側形成的下層冷卻水流道，再 分別通過連通孔上流入冷卻水上層流道，進入冷卻器及機身的缸套安裝孔內側形成的上層 冷卻水流道，再匯合成一路至冷卻水出口流出。上述的熱氣機用組合式機身，所述的下機身內設置了四個對稱的工質流道，工質 冷腔進出口與工質流道采用圓弧形方式光滑過渡連接，工質熱腔進出口與冷卻器內肋片采 用環形槽相連通。上述的熱氣機用組合式機身，在機身和缸套之間通過定位銷周向定位；缸套通過 螺母與下機身鎖緊固定，形成軸向定位。上述的熱氣機用組合式機身，在所述的上機身缸套安裝孔截面為上小下大的梯形 結構，上端凸臺的下平面與回熱器外襯套凸臺的上端面相適配。總之，本實用新型具有以下優點1)本實用新型采用上下分離式的機身布置結構，上下機身采用輕質金屬合金如鋁 合金鑄造，大大減輕了重量，上機身內部僅布置冷卻水流道，大大降低了鑄造難度，同時冷 卻水流道采用下進上出兩層布置結構提高了換熱性能。2)采用以上結構，下機身內工質流動阻力小，同時，流動分布均勻性得到提高，使 得冷卻器內熱交換性能也得到提高。3)上述上下分離式的機身結構，大大提高了工藝性，降低了加工難度和制造成本，
適合批量生產。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1是板式焊接機身的結構示意圖。圖2是本實用新型本體部分的結構外形圖，其上安裝了加熱器、回熱器、冷卻器等 部件。。圖3是圖2的結構剖視圖。圖4是圖3中下層冷卻水流道B-B的剖視圖。圖5是圖3中上層冷卻水流道A-A的剖視圖。圖6是本實用新型下機身的俯視圖。圖7是本實用新型下機身的主視圖。圖8是圖7中C-C的剖視圖。其中1.螺母，2.下機身，3.上機身，4.缸套，5.冷卻器，6.回熱器，7.加熱器， 8.螺栓，9.定位銷，201.凹槽，202.冷腔進出口，203.定位銷孔，204.熱腔進出孔，205.月 牙形孔，206.工質流道，207.堵頭，301.下層流道，302.冷卻水進口，303.冷卻水出口，304. 上層流道，305.連通孔。
具體實施方式
圖1是背景技術中提到的一種熱氣機用板式焊接機身，該機身的缸套安裝筒體與上平板之間采用焊接方式固定，上、下平板之間使用連接螺栓連接緊固，相鄰兩個缸套安裝 筒體之間采用焊接方式固定兩根工質管路，每兩個缸套安裝筒體共用一路冷卻水，共有兩 路平行冷卻水流道。上述的板式焊接機身具有結構簡單、重量輕的優點，但采用焊接式機身 的焊接工藝復雜、制造周期長、成本高，特別是釬焊要求高，容易出現漏焊、虛焊和焊接不牢 的現象，報廢率較高。此外，采用上、下平板用連接螺栓固定，受力較大，容易導致上下平板 變形，從而影響四個缸套安裝筒體的位置度。缸套安裝筒體與上平板焊接也易導致上平板 發生變形。相鄰缸套安裝筒體之間在側面采用兩根管路連接，焊接難度大，同時工質氣體進 出口管路阻力偏大。圖2 8所示為本實用新型的一個實施例，圖2 3所示為機身在安裝狀態的結 構示意圖，其上安裝了缸套4、加熱器7、回熱器6和肋片式冷卻器5等部件。本實用新型的 機身包括上機身3和下機身2，二者用螺栓8連接在一起，上、下機身均為厚的圓盤形結構， 其上布置有四個呈方形布置的缸套安裝孔，上機身3其上布置有冷卻水進口 302、冷卻水出 口 303，冷卻水流道分為上下兩層，冷卻水從布置在上機身3下層的冷卻水進口 302進入，分 成四路均勻分布進入機身內側與冷卻器5外側形成的冷卻水流道，即冷卻水下層流道301， 再通過連通孔305上浮至冷卻器5外側與機身內側組成的冷卻水上層流道304，匯聚至上機 身3上層的冷卻水出口 303流出，從而通過冷卻水對熱氣機工質進行冷卻。在上機身3上，也就是缸套孔的上側，有一個向內凸起的凸臺，與回熱器6外襯套 下側的凸臺相適配，上機身3凸臺下端面壓緊回熱器6外襯套凸臺的上端面，回熱器6下端 面壓緊冷卻器5上平面，冷卻器5下平面壓緊下機身2上平面，與上機身3、下機身2連接螺 栓8形成閉合受力環路，并對加熱器7、回熱器6、冷卻器5形成定位。由于上機身3只布置冷卻水流道，只承受壓力較低的水壓，對強度要求不高，因此 可以采用鑄鋁合金材料，質量較輕，當然也可以采用其他的材料，如球墨鑄鐵材料，也可以 采用鍛件再機加工的制作而成。下機身2除布置缸套孔外，還布置有工質流道，由于工質壓力較高，最高達15MPa， 因此對材料強度要求高，一般采用鍛件或棒料直接加工方法而成，當然對于工質壓力較低 的熱氣機，也可以采用鑄件方法加工而成。下機身2內布置有工質流道206、工質冷腔進出口 202及工質熱腔進出口，其可以 采用機加工方式或隨同下機身2鑄造獲得。下機身2上還設置了缸套4周向定位銷孔，下 機身2與缸套4通過定位銷9定位，防止下機身2在熱氣機運轉過程中，缸套4發生旋轉移 位。缸套4 一般設計成梯形結構，下端小上端大，缸套4的凸臺抵靠在下機身2的上端面上， 下端通過螺母1壓緊形成軸向定位。下機身2內工質冷腔進出口 202與工質流道206采用圓弧形方式光滑過渡連通， 減小了冷腔與工質連通管路之間的工質流動阻力；工質熱腔進出口采用環形槽與冷卻器5 內肋片相通，減小了工質流動阻力，提高了冷卻器5內工質流動分布均勻性，從而提高了冷 卻效果。在熱氣機運轉情況下，由于工質氣體要往復在工質冷腔進出口 202、工質流道206 以及工質熱腔進出口之間循環流動，上述的工質流道結構，可以降低流動阻力，提高循環性 能。下機身2的工質流道外側用堵頭207密封加工工藝孔，防止工質泄漏，在堵頭207 端部有一個圓弧形凹槽201，與工質冷腔進出口 202圓弧形配合，減小流動阻力。
5[0037]在下機身2上，也就是工質流道206的一端，有一個與缸套4的月牙形孔相適應配 合的月牙形孔205，這樣有利于工質的分配流動。按本實用新型的方案研制了適用于IkW左右的四缸雙作用式熱氣機用組合式機 身，其重量較板式焊接機身降低了近20%，總制造成本降低了近50%，加工周期也大大縮 短，經過配機試驗，質量完全滿足使用要求。以上實施例僅用于說明本實用新型而非限制本實用新型所描述的技術方案，并不 局限于以上的形式，還可以對本實用新型進行修改或等同的替換；一切不脫離本實用新型 的精神和范圍的技術方案及其改進，都將落入本實用新型的保護范圍。
權利要求一種熱氣機用組合式機身，包括上機身(3)和下機身(2)，其特征在于所述的上機身(3)和下機身(2)是分離式的，二者通過螺栓(8)連接成一體；在所述的上機身(3)內布置有冷卻水流道，其至少包括一個冷卻水進口(302)和一個冷卻水出口(303)；在所述的下機身(2)上布置有工質流道。
2.根據權利要求1所述的熱氣機用組合式機身，其特征在于所述的冷卻水流道包括 上、下兩層，之間用連通孔(305)連通，冷卻水進口(302)布置在上機身(3)下層，冷卻水出 口(303)布置在上機身(3)上層，冷卻水從冷卻水進口(302)進入上機身(3)，分為四路，分 別進入冷卻器(5)及機身的缸套⑷安裝孔內側形成的下層冷卻水流道，再分別通過連通 孔(305)上流入冷卻水上層流道(304)，進入冷卻器(5)及機身的缸套(4)安裝孔內側形成 的上層冷卻水流道，再匯合成一路至冷卻水出口(303)流出。
3.根據權利要求1或2所述的熱氣機用組合式機身，其特征在于所述的下機身(2)內 設置了四個對稱的工質流道(206)，工質冷腔進出口(202)與工質流道(206)采用圓弧形方 式光滑過渡連接，工質熱腔進出口(204)與冷卻器(5)內肋片采用環形槽相連通。
4.根據權利要求1或2所述的熱氣機用組合式機身，其特征在于在機身和缸套(4) 之間通過定位銷(9)周向定位；缸套(4)通過螺母(1)與下機身(2)鎖緊固定，形成軸向定 位。
5.根據權利要求3所述的熱氣機用組合式機身，其特征在于在機身和缸套(4)之間 通過定位銷(9)周向定位；缸套(4)通過螺母(1)與下機身(2)鎖緊固定，形成軸向定位。
6.根據權利要求4所述的熱氣機用組合式機身，其特征在于在所述的上機身的缸套 (4)安裝孔截面為上小下大的梯形結構，上端凸臺的下平面與回熱器外襯套凸臺的上端面 相適配。
7.根據權利要求5所述的熱氣機用組合式機身，其特征在于在所述的上機身(3)的 缸套(4)安裝孔截面為上小下大的梯形結構，上端凸臺的下平面與回熱器外襯套凸臺的上 端面相適配。
專利摘要本實用新型公開了一種熱氣機用組合式機身，包括上機身和下機身，所述的上機身和下機身是分離式的，二者通過螺栓連接成一體；在所述的上機身內布置有冷卻水流道，其至少包括一個冷卻水進口和一個冷卻水出口；在所述的下機身上布置有工質流道；其具有結構簡單、布置緊湊、工藝性好、加工成本低、重量輕的優點，適合小型熱氣機使用。
文檔編號F02G1/053GK201696162SQ20102016140
公開日2011年1月5日 申請日期2010年4月15日 優先權日2010年4月15日
發明者劉志輝, 劉靖飆, 周建明, 彭小方, 梁偉青, 熊衛星, 許世杰, 賈大偉 申請人:上海齊耀動力技術有限公司