一种船用高速柴油机辅机轻量化天然气箱

1.本发明涉及的是一种发动机结构，具体地说是天然气箱结构。


背景技术：

2.随着柴油机对其辅助机器空间占用率和经济性能要求的提升，柴油机辅机设计重量需要最大程度地降低，但重量的降低往往意味着强度和可靠度的下降，因此在保证强度和可靠性指标的前提下，降低结构重量，成为柴油机辅机设计的重要指标之一。
3.柴油机辅机当中尤为重要的一种辅机结构天然气箱，由于自身的重量较小，需要进行了轻量化设计；但其工作所承受的应力在发动机工作过程中一直维持在很高的压强之下，其结构具有较大的轻量化设计潜力。确定天然气箱的应力分布，得到天然气箱的损伤云图是天然气箱轻量化设计的前提条件之一，这需要对初步设计的天然气箱进行详细的可靠性计算，在此基础上通过对危险位置的加强和寿命冗余位置的去除材料，进行加强筋的布置以优化应力集中现象，进而在保证结构强度的条件下降低重量。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供不仅可以降低辅机空间占用率，还能降低其重量，提高经济性的一种船用高速柴油机辅机轻量化天然气箱。
5.本发明的目的是这样实现的：
6.本发明一种船用高速柴油机辅机轻量化天然气箱，其特征是：包括主体框架，主体框架为方形筒体，主体框架中部设置加强筋，主体框架的两个端部均安装自由端盖，主体框架的上部设置天然气输入端口，主体框架的侧部设置天然气输出端口，主体框架的底部通过外部设备支撑架支撑，外部设备支撑架的顶部为上部方板，外部设备支撑架的中部为方管，外部设备支撑架的底部为下部方板，上部方板与主体框架接触，下部方板与地面接触。
7.本发明还可以包括：
8.1、外部设备支撑架、加强筋、天然气输入端口、天然气输出端口、自由端盖和主体框架采用钢铸造。
9.2、所述的加强筋环形布置，即加强筋围绕主体框架外部的四个面，形成方形的环形结构，主体框架外部四个面的加强筋均为5mm厚。
10.3、外部设备支撑架中部的方管为空心矩形方管。
11.4、主体框架两侧的自由端盖通过环形布置的阵列螺栓连接主体框架，自由端盖上均设置矩形凹槽。
12.5、上部方板和下部方板的厚度为10mm。
13.本发明的优势在于：
14.1.本发明基于可靠性计算分析数据，在降低结构重量的同时，确保了强度和刚度满足设计要求。
15.2.本发明减少了材料冗余，优化设计了加强筋，肋板等结构，具有良好的铸造工艺
性。
16.3.本发明两侧自由端只具有一个加工表面，具有良好的机械加工性能。
17.4.本发明将天然气箱外部设备支架与天然气箱主体框架整体均可采用不同尺寸的钢制方管焊接相连，便于加工与维护。
附图说明
18.图1为本发明的立体图；
19.图2为本发明的示意图；
20.图3为本发明的侧视图；
21.图4为本发明的俯视图。
具体实施方式
22.下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
23.结合图1-4，本发明一种船用高速柴油机辅机轻量化天然气箱，主要包括主体框架1、外部设备支撑架2、环形布置的加强筋3、天然气输入端口4、天然气输出端口5、自由端盖6。
24.外部设备支撑架2、环形布置的加强筋3、天然气输入端口4、天然气输出端口5、自由端6与天然气主体框架结构钢铸造。
25.外部设备支撑架2所支撑的天然气箱主体钢制方管四面均采用了厚度为5mm的加强筋，以焊接方式形成整体的环形布置加强筋，进行主体强度的加强。
26.环形布置的加强筋3采用“2横2纵”的布置形式。
27.天然气输入端口4通过天然气管与外部供给天然气相连，进而进入到天然气箱中，实现了天然气的运输储存。天然气输出端口5通过天然气管将箱内电控系统和高速柴油机相连，实现了天然气的运输储存的自动化控制。
28.机体的加工面首先采用洗削加工，接着进行磨削加工，保证加工面的定位精度和表面粗糙度。
29.外部支撑架2采用中空矩形钢制方管，并在其上端采用了四块厚度10mm的方板、下端采用了四块厚度10mm的方板进行强度的加强。
30.如图1所示，在两侧自由端6通过设计矩形凹槽降低了重量，实现了对天然气箱的轻量化。考虑到这两个端面在发动机工作过程中将承受较大应力，因此此处通过环形对称布置的阵列螺栓与天然气箱主体框架1相连，来提升结构强度，确保不发生疲劳破坏。
31.如图2、3、4所示，天然气箱主体框架1下表面设计了连接外部设备的支撑架2，该支撑架2均采用了方管结构，通过空心矩形方管降低其重量，实现了天然气箱支撑结构2的轻量化。同时考虑到外部设备的安装要求，将定位面设计为支撑架2的上表面及侧面，这两个面均采用洗削与磨削加工，确保安装精度。支撑架2上部的方板与下部的方板共同构成天然气箱主体框架1支撑的加强结构，主体框架1设备的重量以及部分工作压力通过方板传递到支撑架2主体方管上，极大降低了主体方管与天然气箱主体框架1接触处的应力。此外，工作压力造成主体框架四周圆角处应力集中可通过环形肋板得到有效降低，进而提高天然气箱的强度和刚度。


技术特征：
1.一种船用高速柴油机辅机轻量化天然气箱，其特征是：包括主体框架，主体框架为方形筒体，主体框架中部设置加强筋，主体框架的两个端部均安装自由端盖，主体框架的上部设置天然气输入端口，主体框架的侧部设置天然气输出端口，主体框架的底部通过外部设备支撑架支撑，外部设备支撑架的顶部为上部方板，外部设备支撑架的中部为方管，外部设备支撑架的底部为下部方板，上部方板与主体框架接触，下部方板与地面接触。2.根据权利要求1所述的一种船用高速柴油机辅机轻量化天然气箱，其特征是：外部设备支撑架、加强筋、天然气输入端口、天然气输出端口、自由端盖和主体框架采用钢铸造。3.根据权利要求1所述的一种船用高速柴油机辅机轻量化天然气箱，其特征是：所述的加强筋环形布置，即加强筋围绕主体框架外部的四个面，形成方形的环形结构，主体框架外部四个面的加强筋均为5mm厚。4.根据权利要求1所述的一种船用高速柴油机辅机轻量化天然气箱，其特征是：外部设备支撑架中部的方管为空心矩形方管。5.根据权利要求1所述的一种船用高速柴油机辅机轻量化天然气箱，其特征是：主体框架两侧的自由端盖通过环形布置的阵列螺栓连接主体框架，自由端盖上均设置矩形凹槽。6.根据权利要求1所述的一种船用高速柴油机辅机轻量化天然气箱，其特征是：上部方板和下部方板的厚度为10mm。

技术总结
本发明的目的在于提供一种船用高速柴油机辅机轻量化天然气箱，包括主体框架，主体框架为方形筒体，主体框架中部设置加强筋，主体框架的两个端部均安装自由端盖，主体框架的上部设置天然气输入端口，主体框架的侧部设置天然气输出端口，主体框架的底部通过外部设备支撑架支撑，外部设备支撑架的顶部为上部方板，外部设备支撑架的中部为方管，外部设备支撑架的底部为下部方板，上部方板与主体框架接触，下部方板与地面接触。本发明减少了材料冗余，优化设计了加强筋、肋板等结构，在降低结构重量的同时，确保了强度和刚度满足设计要求，具有良好的铸造工艺性。自由端只具有一个加工表面，具有良好的机械加工性能。具有良好的机械加工性能。具有良好的机械加工性能。


技术研发人员：王贵新 赵嘉琪 曹艺隆 俞谦 陈广库
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2022.12.06
技术公布日：2023/3/16