CN103016203B - 一种热气机用机身 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热气机用机身，在一体式机身上设置有四个方形布置的缸套安装孔和冷却器安装孔，以及冷却水进口和冷却水出口和冷却器流道，冷却器安装孔与缸套安装孔是分开布置的，冷却器安装孔布置在相邻的缸套安装孔附近；冷却水进口和冷却水出口各为一个；冷却水流道分为外流道和内流道，外流道的冷却水与冷却器安装孔相联通，用于冷却冷却器，内流道的冷却水与缸套安装孔相联通，用于冷却缸套；在1#缸套安装孔和远端的3#缸套安装孔之间，还设置有冷却水补充流道，用于增加远端的3#缸套的冷却效果；该机身具有结构简单，冷却效果的特点，适合斯特林发动机使用。
Description
技术领域
本发明涉及热气机,尤其是热气机用机身。
背景技术
机身是热气机的关键零部件之一，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，同时机身还是热气机加热器、压力壳等部件的安装基体，上部连接外燃系统，下部连接传动系统，组成热气机整体。
专利号为ZL2010201614031的中国专利公开了一种热气机用组合式机身,包括上机身和下机身,上机身和下机身是分离式的,二者通过螺栓连接成一体；在上机身内布置有冷却水流道；在下机身上布置有工质流道。该机身具有布置紧凑、工艺性好、重量轻的优点,该机身可以满足小型热气机使用，但该机身还存在以下不足：
1、该机身只设置了一个冷却水进口和一个冷却水出口，使得离冷却水进口较远的缸套或冷却器冷却效果较差，导致四个缸的工质温度存在差异，从而影响了热气机效率。
2、上述组合式机身，上机身、下机身和内部冷却水流道和工质流道采用焊接结构，这对于较大功率的热气机，如50kW以上功率的热气机，由于安装在机身上的缸套、冷却器、回热器，以及外燃系统重量较大，且工质压力较高，组合式的机身强度难以满足要求。
3、上述机身多适用环形回热器和冷却器结构的热气机，也就是冷却器布置在缸套外周，同轴布置的环形冷却器，对于缸套和冷却器分开布置的热气机，机身设计就相当复杂，大量的焊接管路易增加泄漏风险，降低可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种热气机用机身，解决了传统的机身冷却水管路布置复杂，冷却效果不均匀，导致热气机四个缸的缸内工质温度不均匀的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出了一种热气机用机身，所述的机身为一体式的,在所述的机身上设置有安装热气机缸套用的四个方形布置的缸套安装孔和安装冷却器用的冷却器安装孔，以及冷却水进口和冷却水出口和冷却器流道，所述的冷却器安装孔与缸套安装孔是分开布置的，冷却器安装孔布置在相邻的缸套安装孔附近；所述的冷却水进口和冷却水出口各为一个；冷却水流道分为外流道和内流道，外流道的冷却水与冷却器安装孔相联通，用于冷却冷却器，内流道的冷却水与缸套安装孔相联通，用于冷却缸套；在1#缸套安装孔和远端的3#缸套安装孔之间，还设置有冷却水补充流道，用于增加远端的3#缸套的冷却效果；所述的冷却水补充流道设置为多个，在每个流道的一端设置有一个带有小孔的螺塞，用于调节控制流量；所述的机身采用铸铝材料整体铸造而成，所述的缸套安装孔和冷却器安装孔采用先铸造再机加工的工艺方式；冷却水外流道沿1#缸套安装孔和3#缸套安装孔的中心线对称地分成外流道一和外流道二两路，流经外流道一的冷却水依次流经2#冷却器安装孔和3#冷却器安装孔,流经外流道二的冷却水依次流经1#冷却器安装孔和4#冷却器安装孔。
优选地，上述的热气机用机身，冷却水内流道分成内流道一、内流道二和补充流道三路；内流道一、内流道二沿1#缸套安装孔和3#缸套安装孔的中心线对称分布；冷却水从内流道进口流入，流经1#缸套安装孔后分别进入内流道一、内流道二和补充流道，最后在3#缸套安装孔处汇合成一路经内流道出口流出。
本发明的有益效果是：
本发明的机身，对分离布置的缸套和冷却器分别采用内流道和外流道冷却水进行冷却，增加了冷却效果，同时为保证四个缸套的冷却均匀性，增设了补充流道。采用上述方案试制了一个机身，并进行了整机试验，试验结果表明，增设补充流道后，四个缸的工质温差显著降低，最大温差不到10℃，热气机效率也有一定程度的提高。此外，本发明采用了一次成型的铸造制造工艺，提高了生产效率，缩短了加工周期，降低了生产成本。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的结构剖面示意图。
其中：
1-1#冷却器安装孔1；2-1#缸套安装孔2；3-冷却水进口3；4-2#冷却器安装孔4；5-2#缸套安装孔5；6-3#冷却器安装孔6；7-3#缸套安装孔；8-冷却水出口8；9-4#冷却器安装孔；10-4#缸套安装孔10；31-外流道二；32-内流道进口32；33-外流道一；34-外流道一；35-外流道一；36-内流道出口36；37-外流道二；38-外流道二；321-内流道二；322-内流道一；323-补充流道；324-内流道一；325-内流道二。
具体实施方式
图1所示为本发明的一个实施例，该机身为一体式的,为提高生产效率，降低成本，本机身采用铸铝材料整体铸造而成再机加工的工艺方式。该机身上设置有安装热气机缸套用缸套安装孔和安装冷却器用的冷却器安装孔，该机身适用于缸套和冷却器分开布置的热气机。机身上缸套安装孔呈方形布置，在每个缸套安装孔附近设置有一个冷却器安装孔。
在机身上还设置冷却水流道和工质流道，为方便外围管路布置，本机身只设置了一个冷却水进口3和一个冷却水出口8。为提高冷却效果，冷却水流道分成了两路，包括外流道和内流道，外流道的冷却水与冷却器安装孔相联通，用于冷却冷却器，内流道的冷却水与缸套安装孔相联通，用于冷却缸套。
冷却水外流道沿1#缸套安装孔2和3#缸套安装孔7的中心线对称地分成外流道一33、34、35和外流道二31、37、38两路，流经外流道一33的冷却水依次流经2#冷却器安装孔4和3#冷却器安装孔6,流经外流道二31的冷却水依次流经1#冷却器安装孔1和4#冷却器安装孔9,外流道在铸造时一次成型。
冷却水内流道分成内流道一322、324和内流道二321、325两路，内流道一322、324和内流道二321、325沿1#缸套安装孔2和3#缸套安装孔7的中心线对称分布；冷却水从内流道进口32流入，流经1#缸套安装孔2后分别进入内流道一322、内流道二321，内流道一322、324流经2#缸套安装孔5，内流道二321、325流经4#缸套安装孔10，内流道一322、324和内流道二321、325最后在3#缸套安装孔7处汇合成一路经内流道出口36流出。
对于四缸双作用热气机而言，由于热气机布置紧凑，热气机热负荷大，对于缸套的冷却十分关键，在冷却水进、出口各只有一个的前提下，冷却水分外流道和内流道两路分别去冷却冷却器和缸套，一般情况下，经过冷却第一组缸套和冷却器后冷却水的温度将上升，而温度已上升的冷却水再去冷却第二组缸套和冷却器时，被冷却的缸套和冷却器的工质温度将较前一组的上升，从而导致热气机各缸的工质在温度和压力方面存在差异，使热气机的整机性能和各缸的输出功的均衡性出现差异。为提高热气机四个缸的冷却效果均匀性，改善工质温度均匀性，在1#缸套安装孔2和远端的3#缸套安装孔7之间，设置了冷却水补充流道323，用于增加远端的3#缸套的冷却效果。冷却水补充流道323的流量大小通过数值模拟计算，设计出所需流道的通径，冷却水补充通道既可以直接加工成型，为均匀分布流场，本机身通过设计了多个冷却水补充流道323，多个冷却水补充流道323一般沿缸套轴向上下布置，间隔一定距离。同时为提高工艺性，方便调节流量，在每个流道的一端，设置有一个带有一定直径小孔的螺塞，用于调节控制流量，如果需要增大冷却水补充流道323的流量，采用通径较大的螺塞，反之采用通径较小的螺塞。这种结构，满足了在冷却水一进一出的情况下，使4个缸套和4个冷却器得到均匀冷却，从而满足热气机4个缸内工质温度均匀的目的。
本发明采用一进一出冷却水管路设计，简化了其它热气机采用的二进二出的冷却水管路设计，冷却效果相同的前提下结构更为简单可靠。此外，机身采用一次铸造成型的制造工艺，提高了生产效率，缩短了加工周期，降低了生产成本。
本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利保护范围的限制，只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利保护的范围。
Claims (2)
1.一种热气机用机身，所述的机身为一体式的,在所述的机身上设置有安装热气机缸套用的四个方形布置的缸套安装孔和安装冷却器用的冷却器安装孔，以及冷却水进口(3)和冷却水出口(8)和冷却器流道，所述的机身上每个缸的冷却器安装孔与缸套安装孔是分开布置的，冷却器安装孔布置在相邻的缸套安装孔附近；所述的冷却水进口(3)和冷却水出口(8)各为一个；其特征在于：冷却水流道分为外流道和内流道，外流道的冷却水与冷却器安装孔相联通，用于冷却冷却器，内流道的冷却水与缸套安装孔相联通，用于冷却缸套；在1#缸套安装孔(2)和远端的3#缸套安装孔(7)之间，还设置有冷却水补充流道(323)，用于增加远端的3#缸套的冷却效果；所述的冷却水补充流道(323)设置为多个，在每个流道的一端设置有一个带有小孔的螺塞，用于调节控制流量；所述的机身采用铸铝材料整体铸造而成，所述的缸套安装孔和冷却器安装孔采用先铸造再机加工的工艺方式；冷却水外流道沿1#缸套安装孔(2)和3#缸套安装孔(7)的中心线对称地分成外流道一和外流道二两路，流经外流道一的冷却水依次流经2#冷却器安装孔(4)和3#冷却器安装孔(6),流经外流道二的冷却水依次流经1#冷却器安装孔(1)和4#冷却器安装孔(9)。
2.根据权利要求1所述的热气机用机身，其特征在于：冷却水内流道分成内流道一(322、324)、内流道二(321、325)和冷却水补充流道(323)三路；内流道一(322、324)、内流道二(321、325)沿1#缸套安装孔(2)和3#缸套安装孔(7)的中心线对称分布；冷却水从内流道进口(32)流入，流经1#缸套安装孔(2)后分别进入内流道一(322、324)、内流道二(321、325)和冷却水补充流道(323)，最后在3#缸套安装孔(7)处汇合成一路经内流道出口(36)流出。
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