专利名称：一种热气机用组合式机身的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于热气机机身，特别是关于小型热气机用组合式机身。
背景技术：
热气机是按照斯特林循环工作的外燃式发动机，斯特林循环由四个过程所组成 首先，气体工质在加热器内吸收热量，等温膨胀产生膨胀功；然后，工质在向冷端流动的过 程中，则先把大部分能量储存在回热器中；接着，工质在冷却器内放出热量，等温压缩吸收 压缩功；最后，当工质从冷端流回热端时，再吸收储存在回热器中的能量，完成一个循环。这 样，热能就转化为活塞往复运动的动能，驱动曲轴做功。斯特林循环的效率等于最高循环效 率——卡诺效率，所以热气机是一种高效率的能量转换装置，有着广阔的发展前景。其中机身是热气机工作循环系统的一个重要部件。特别是对于四缸双作用热气 机，机身结构极其复杂，其内部布置有热气机缸套安装孔、工质流道、冷却水流道，同时还是 热气机加热器、曲轴箱等部件的安装基体，上部承连接外燃系统，下部连接传动系统，组成 热气机整体。为使结构紧凑，热气机机身一般设计成整体式结构，目前一般采用铸造成型或锻 造成型的整体式机身，铸造成型机身通过型芯形成水道和气道。铸造式机身容易在气道、水 道等关键部位出现夹砂、疏松等铸造缺陷，导致热气机工作时工质泄露，同时，机身内包含 的水道、气道布置复杂，使得机身工艺复杂，铸造成品率低。锻造式成型机身通过机加工形 成水道和气道，在一定程度上避免了气道铸造缺陷，但也存在加工复杂、成本高、重量大等 不足之处。专利号为ZL200720066152. 7的中国专利公开了的一种热气机用板式焊接机身， 其采用整体结构采用板式焊接整体式结构。该类型机身具有结构紧凑、重量轻的优点，但这 种机身也存在如下不足之处1、由于工质、冷却水流道复杂，焊接件较多，焊接工艺复杂、制造周期长、成本高， 特别是对钎焊要求高，容易出现漏焊、虚焊现象，报废率较高。2、采用该机身的上下平板用较大预紧力的螺栓连接固定，容易变形，从而影响四 个缸套安装套筒的位置度。此外，缸套安装套筒与上平板焊接也易导致上平板发生变形。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种热气机用组合式机身，解决现有机身工艺复杂、 成品率低、加工成本高、重量大等技术问题，其具有结构简单、布置紧凑、工艺性好、加工成 本低、重量轻的优点。本实用新型的目的是通过以下的技术方案实现的一种热气机用组合式机身，包括上机身和下机身，其特征在于所述的上机身和下 机身是分离式的，二者通过螺栓连接成一体；在所述的上机身内布置有冷却水流道，其至少 包括一个冷却水进口和一个冷却水出口 ；在所述的下机身上布置有工质流道。[0011]上述的热气机用组合式机身，所述的冷却水流道包括上、下两层，之间用连通孔连 通，冷却水进口布置在上机身下层，冷却水出口布置在上机身上层，冷却水从冷却水进口进 入上机身，分为四路，分别进入冷却器及机身的缸套安装孔内侧形成的下层冷却水流道，再 分别通过连通孔上流入冷却水上层流道，进入冷却器及机身的缸套安装孔内侧形成的上层 冷却水流道，再汇合成一路至冷却水出口流出。上述的热气机用组合式机身，所述的下机身内设置了四个对称的工质流道，工质 冷腔进出口与工质流道采用圆弧形方式光滑过渡连接，工质热腔进出口与冷却器内肋片采 用环形槽相连通。上述的热气机用组合式机身，在机身和缸套之间通过定位销周向定位；缸套通过 螺母与下机身锁紧固定，形成轴向定位。上述的热气机用组合式机身，在所述的上机身缸套安装孔截面为上小下大的梯形 结构，上端凸台的下平面与回热器外衬套凸台的上端面相适配。总之，本实用新型具有以下优点1)本实用新型采用上下分离式的机身布置结构，上下机身采用轻质金属合金如铝 合金铸造，大大减轻了重量，上机身内部仅布置冷却水流道，大大降低了铸造难度，同时冷 却水流道采用下进上出两层布置结构提高了换热性能。2)采用以上结构，下机身内工质流动阻力小，同时，流动分布均勻性得到提高，使 得冷却器内热交换性能也得到提高。3)上述上下分离式的机身结构，大大提高了工艺性，降低了加工难度和制造成本，
适合批量生产。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是板式焊接机身的结构示意图。图2是本实用新型本体部分的结构外形图，其上安装了加热器、回热器、冷却器等 部件。。图3是图2的结构剖视图。图4是图3中下层冷却水流道B-B的剖视图。图5是图3中上层冷却水流道A-A的剖视图。图6是本实用新型下机身的俯视图。图7是本实用新型下机身的主视图。图8是图7中C-C的剖视图。其中1.螺母，2.下机身，3.上机身，4.缸套，5.冷却器，6.回热器，7.加热器， 8.螺栓，9.定位销，201.凹槽，202.冷腔进出口，203.定位销孔，204.热腔进出孔，205.月 牙形孔，206.工质流道，207.堵头，301.下层流道，302.冷却水进口，303.冷却水出口，304. 上层流道，305.连通孔。
具体实施方式
图1是背景技术中提到的一种热气机用板式焊接机身，该机身的缸套安装筒体与上平板之间采用焊接方式固定，上、下平板之间使用连接螺栓连接紧固，相邻两个缸套安装 筒体之间采用焊接方式固定两根工质管路，每两个缸套安装筒体共用一路冷却水，共有两 路平行冷却水流道。上述的板式焊接机身具有结构简单、重量轻的优点，但采用焊接式机身 的焊接工艺复杂、制造周期长、成本高，特别是钎焊要求高，容易出现漏焊、虚焊和焊接不牢 的现象，报废率较高。此外，采用上、下平板用连接螺栓固定，受力较大，容易导致上下平板 变形，从而影响四个缸套安装筒体的位置度。缸套安装筒体与上平板焊接也易导致上平板 发生变形。相邻缸套安装筒体之间在侧面采用两根管路连接，焊接难度大，同时工质气体进 出口管路阻力偏大。图2 8所示为本实用新型的一个实施例，图2 3所示为机身在安装状态的结 构示意图，其上安装了缸套4、加热器7、回热器6和肋片式冷却器5等部件。本实用新型的 机身包括上机身3和下机身2，二者用螺栓8连接在一起，上、下机身均为厚的圆盘形结构， 其上布置有四个呈方形布置的缸套安装孔，上机身3其上布置有冷却水进口 302、冷却水出 口 303，冷却水流道分为上下两层，冷却水从布置在上机身3下层的冷却水进口 302进入，分 成四路均勻分布进入机身内侧与冷却器5外侧形成的冷却水流道，即冷却水下层流道301， 再通过连通孔305上浮至冷却器5外侧与机身内侧组成的冷却水上层流道304，汇聚至上机 身3上层的冷却水出口 303流出，从而通过冷却水对热气机工质进行冷却。在上机身3上，也就是缸套孔的上侧，有一个向内凸起的凸台，与回热器6外衬套 下侧的凸台相适配，上机身3凸台下端面压紧回热器6外衬套凸台的上端面，回热器6下端 面压紧冷却器5上平面，冷却器5下平面压紧下机身2上平面，与上机身3、下机身2连接螺 栓8形成闭合受力环路，并对加热器7、回热器6、冷却器5形成定位。由于上机身3只布置冷却水流道，只承受压力较低的水压，对强度要求不高，因此 可以采用铸铝合金材料，质量较轻，当然也可以采用其他的材料，如球墨铸铁材料，也可以 采用锻件再机加工的制作而成。下机身2除布置缸套孔外，还布置有工质流道，由于工质压力较高，最高达15MPa， 因此对材料强度要求高，一般采用锻件或棒料直接加工方法而成，当然对于工质压力较低 的热气机，也可以采用铸件方法加工而成。下机身2内布置有工质流道206、工质冷腔进出口 202及工质热腔进出口，其可以 采用机加工方式或随同下机身2铸造获得。下机身2上还设置了缸套4周向定位销孔，下 机身2与缸套4通过定位销9定位，防止下机身2在热气机运转过程中，缸套4发生旋转移 位。缸套4 一般设计成梯形结构，下端小上端大，缸套4的凸台抵靠在下机身2的上端面上， 下端通过螺母1压紧形成轴向定位。下机身2内工质冷腔进出口 202与工质流道206采用圆弧形方式光滑过渡连通， 减小了冷腔与工质连通管路之间的工质流动阻力；工质热腔进出口采用环形槽与冷却器5 内肋片相通，减小了工质流动阻力，提高了冷却器5内工质流动分布均勻性，从而提高了冷 却效果。在热气机运转情况下，由于工质气体要往复在工质冷腔进出口 202、工质流道206 以及工质热腔进出口之间循环流动，上述的工质流道结构，可以降低流动阻力，提高循环性 能。下机身2的工质流道外侧用堵头207密封加工工艺孔，防止工质泄漏，在堵头207 端部有一个圆弧形凹槽201，与工质冷腔进出口 202圆弧形配合，减小流动阻力。
5[0037]在下机身2上，也就是工质流道206的一端，有一个与缸套4的月牙形孔相适应配 合的月牙形孔205，这样有利于工质的分配流动。按本实用新型的方案研制了适用于IkW左右的四缸双作用式热气机用组合式机 身，其重量较板式焊接机身降低了近20%，总制造成本降低了近50%，加工周期也大大缩 短，经过配机试验，质量完全满足使用要求。以上实施例仅用于说明本实用新型而非限制本实用新型所描述的技术方案，并不 局限于以上的形式，还可以对本实用新型进行修改或等同的替换；一切不脱离本实用新型 的精神和范围的技术方案及其改进，都将落入本实用新型的保护范围。
权利要求一种热气机用组合式机身，包括上机身(3)和下机身(2)，其特征在于所述的上机身(3)和下机身(2)是分离式的，二者通过螺栓(8)连接成一体；在所述的上机身(3)内布置有冷却水流道，其至少包括一个冷却水进口(302)和一个冷却水出口(303)；在所述的下机身(2)上布置有工质流道。
2.根据权利要求1所述的热气机用组合式机身，其特征在于所述的冷却水流道包括 上、下两层，之间用连通孔(305)连通，冷却水进口(302)布置在上机身(3)下层，冷却水出 口(303)布置在上机身(3)上层，冷却水从冷却水进口(302)进入上机身(3)，分为四路，分 别进入冷却器(5)及机身的缸套⑷安装孔内侧形成的下层冷却水流道，再分别通过连通 孔(305)上流入冷却水上层流道(304)，进入冷却器(5)及机身的缸套(4)安装孔内侧形成 的上层冷却水流道，再汇合成一路至冷却水出口(303)流出。
3.根据权利要求1或2所述的热气机用组合式机身，其特征在于所述的下机身(2)内 设置了四个对称的工质流道(206)，工质冷腔进出口(202)与工质流道(206)采用圆弧形方 式光滑过渡连接，工质热腔进出口(204)与冷却器(5)内肋片采用环形槽相连通。
4.根据权利要求1或2所述的热气机用组合式机身，其特征在于在机身和缸套(4) 之间通过定位销(9)周向定位；缸套(4)通过螺母(1)与下机身(2)锁紧固定，形成轴向定 位。
5.根据权利要求3所述的热气机用组合式机身，其特征在于在机身和缸套(4)之间 通过定位销(9)周向定位；缸套(4)通过螺母(1)与下机身(2)锁紧固定，形成轴向定位。
6.根据权利要求4所述的热气机用组合式机身，其特征在于在所述的上机身的缸套 (4)安装孔截面为上小下大的梯形结构，上端凸台的下平面与回热器外衬套凸台的上端面 相适配。
7.根据权利要求5所述的热气机用组合式机身，其特征在于在所述的上机身(3)的 缸套(4)安装孔截面为上小下大的梯形结构，上端凸台的下平面与回热器外衬套凸台的上 端面相适配。
专利摘要本实用新型公开了一种热气机用组合式机身，包括上机身和下机身，所述的上机身和下机身是分离式的，二者通过螺栓连接成一体；在所述的上机身内布置有冷却水流道，其至少包括一个冷却水进口和一个冷却水出口；在所述的下机身上布置有工质流道；其具有结构简单、布置紧凑、工艺性好、加工成本低、重量轻的优点，适合小型热气机使用。
文档编号F02G1/053GK201696162SQ20102016140
公开日2011年1月5日 申请日期2010年4月15日 优先权日2010年4月15日
发明者刘志辉, 刘靖飙, 周建明, 彭小方, 梁伟青, 熊卫星, 许世杰, 贾大伟 申请人:上海齐耀动力技术有限公司