CN110953909B - 一种环形蓄热器的制作工艺及环形蓄热器 - Google Patents

一种环形蓄热器的制作工艺及环形蓄热器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种环形蓄热器的制作工艺及环形蓄热器，环形蓄热器具有丝网烧结块、内套筒组合件、蓄热器外套筒以及支撑环，其特征在于，包括如下步骤：步骤S100：为丝网称重；步骤S200：丝网定型烧结，得到分环形烧结块；步骤S300：测量分环形烧结块的尺寸，选取多个分环形烧结块拼合，拼合后的高度为丝网烧结块的设计高度；步骤S400：组配内套筒组合件和环形烧结块；步骤S500：装配蓄热器外套筒以及支撑环、烧结得到蓄热器成品。滚压丝网烧结块，使得丝网烧结块的外侧壁光滑。丝网具有薄丝网和厚丝网，厚丝网位于丝网烧结块两端，薄丝网位于丝网烧结块内部。

Description

一种环形蓄热器的制作工艺及环形蓄热器
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤指一种环形蓄热器的制作工艺及环形蓄热器。
背景技术
斯特林发动机是特种发动机的一种，斯特林发动机可应用于水下特种环境或者光热发电领域。
蓄热器是斯特林制发动机的关键零部件，其性能直接影响到发动机的性能。对于斯特林循环，气体流道通常由加热器、蓄热器、冷却器组成，蓄热器是整个气体流道中的中间环节，上端连接着加热器、下端连接着冷却器，蓄热器内承受着工质的高速震荡往复流动，同时从蓄热器顶端到底部大约存在700度的温度差。
斯特林发动机的功率损失主要来源于蓄热器，而蓄热器的功率损失主要取决于蓄热器的孔隙率、基体热导率、进口温度变化及蓄热器的无益容积等。在蓄热器设计和制作过程中，蓄热器必须要保证有很强的蓄热导热能力，一定的刚度和抗热变形能力，尽量小的无益容积。对于多缸斯特林发动机尤其是U形布置的四缸或者八缸机来说，四个斯特林循环依次串联，各个缸安装的蓄热器性能(孔隙率、无益容积等)的一致性尤其重要。如果各缸的蓄热器存在性能差异，很容易导致一缸或者多缸的做功能力变差，导致发动机功率降低，传动系统不平衡，机器振动增加，严重时会造成发动机损坏。因此，设计和制造一种外部尺寸、性能高度一致性的高效蓄热器是斯特林发动机研制的关键。高效蓄热器的蓄热部分通常采用不锈钢丝网填充或者不锈钢丝网烧结制成。环形蓄热器由于存在内外两个套筒，既要考虑套筒与丝网的牢固连接，又要使热量沿套筒的径向、轴向传导尽量少，还有考虑整体的刚度，避免使用过程中变形，设计和制造的难度更大。
传统的丝网填充工艺是把一片片的丝网填充的回热器腔体中，由于丝网不平整及容易卷曲的特性，填充时不能精确控制蓄热器的孔隙率，同时丝网与丝网之间由于存在间隙，导致蓄热器的无益容积不同，所以生产过程中蓄热器的一致性难以把控。
采用传统丝网烧结后安装于蓄热器筒体的工艺，也存在烧结后丝网孔隙率不同的问题。同时也存在烧结变形，不同批次蓄热器烧结高度不同，蓄热器的高度尺寸难以精确控制，从而蓄热器与加热器或者冷却器之间的无益容积不同，进而导致发动机各缸性能不一致。
发明内容
本发明的目的是提供一种环形蓄热器的制作工艺及环形蓄热器，第一实现了环形蓄热器的孔隙率、导热率及无益容积一致；第二降低了热量沿丝网烧结块向内的径向传导，同时降低了热量在轴向上沿内套筒的传导。
本发明提供的技术方案如下：一种环形蓄热器的制作工艺，所述环形蓄热器具有丝网烧结块、内套筒组合件、蓄热器外套筒以及支撑环，包括如下步骤：
步骤S100：为所述丝网称重；
步骤S200：所述丝网定型烧结，得到分环形烧结块；
步骤S300：测量所述分环形烧结块的尺寸，选取多个分环形烧结块拼合，拼合后的高度为所述丝网烧结块的设计高度；
步骤S400：组配所述内套筒组合件和所述环形烧结块；
步骤S500：装配所述蓄热器外套筒以及所述支撑环、烧结得到蓄热器成品。
本方法对丝网进行称重，对分环形烧结块进行测量尺寸并拼合使得拼合后的高度与所述丝网烧结块的设计高度相等，这样的工序能够保证环形蓄热器的孔隙率和无益容积一致。
优选的，滚压所述丝网烧结块，使得所述丝网烧结块的外侧壁光滑。
滚压的目的主要是使丝网烧结块的外侧壁光滑，消除因丝网装配公差带来的丝网烧结块的外径飞边，增加后续工序丝网烧结块与蓄热器外套筒的接触点，增加二次烧结的焊接点，避免脱焊虚焊。
具体的，所述丝网具有薄丝网和厚丝网，所述厚丝网位于所述丝网烧结块两端，所述薄丝网位于所述丝网烧结块内部。
厚丝网的设置能够满足丝网烧结块两端保护内部薄丝网的需求。
具体的，所述分环形烧结块具有两个。
具体的，所述定型烧结和所述成型烧结的工艺参数相同。
具体的，所述步骤S100的所述丝网称重前包括制作所述丝网，具体包括以下步骤：
步骤S10：冲制所述丝网；
步骤S20：检验所述丝网质量；
步骤S30：清洗所述丝网。
具体的，所述步骤S300的制作所述丝网进一步包括以下步骤：
步骤S310：将所述丝网定型，并施加压力，得到丝网定型件；
步骤S320：卸载定型压力后，将所述丝网定型件烧结。
具体的，所述内套筒组合件由缸套和内套筒连接。
优选的，所述内套筒的外壁加工有径向凹槽。
径向凹槽的设计能够降低热量沿丝网烧结块向内的径向的传导，同时在轴向上降低热量沿内套筒传导。
通过焊接的方式能够增加隔热槽，降低热量沿丝网烧结件向内的径向的传导，同时在轴向上降低热量沿内套筒组合件的热传导，热传导面积小，降低热量的直接轴向传导，同时内套筒组合件有一定的刚度，可以作为丝网烧结块的安装支撑。
本发明方案包括以下至少一项有益效果：
1、本方法对丝网进行称重，对分环形烧结块进行测量尺寸并拼合使得拼合后的高度与所述丝网烧结块的设计高度相等，这样的工序能够保证环形蓄热器的孔隙率和无益容积一致。
2、将丝网叠放后进行烧结能够将丝网与丝网之间存在间隙控制进行控制，进而能够精确控制蓄热器的孔隙率和无益容积。
3、该环形蓄热器结构刚度好，可靠性好，使用中不易发生变形、脱焊失效等。
4、沿内外套筒的热流损失小，蓄热器效率高。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种环形蓄热器的制作工艺及环形蓄热器的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明整体制作工艺的流程图；
图2是本发明制作丝网的流程图；
图3是本发明制作丝网烧结块的流程图；
图4是本发明制作丝网定型示意图；
图5是本发明蓄热器外套筒以及所述支撑环、烧结、滚边、精加工、尺寸检测、泵压以及入库工艺的流程图；
图6是本发明外套筒热套结构示意图；
图7是本发明组件装配结构示意图；
图8是本发明滚边工艺示意图；
图9是本发明精加工工艺示意图；
图10是本发明内套筒组合件的结构示意图；
图11是本发明内套筒的结构示意图；
图12是本发明内套筒组合件的剖面图；
图13是本发明环形蓄热器的剖面图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
本发明的第一实施例，如图1所示，本发明整体制作工艺的流程图。
本发明提供的技术方案如下：一种环形蓄热器100的制作工艺，环形蓄热器100具有丝网烧结块101、内套筒组合件102、蓄热器外套筒103以及支撑环104，蓄热器外套筒103具有L型底部支撑，包括如下步骤：
步骤S100：为丝网称重；
步骤S200：丝网定型烧结，得到分环形烧结块；
步骤S300：测量分环形烧结块的尺寸，选取多个分环形烧结块拼合，拼合后的高度为丝网烧结块101的设计高度；
步骤S400：组配内套筒组合件102和环形烧结块形成组合体；
步骤S500：装配蓄热器外套筒103以及支撑环104、烧结得到环形蓄热器100成品。
本方法对丝网进行称重，对分环形烧结块进行测量尺寸并拼合使得拼合后的高度与丝网烧结块101的设计高度相等，这样的工序能够保证环形蓄热器100的孔隙率和无益容积一致。
优选的，滚压丝网烧结块101，以安装好丝网烧结块101的内套筒组合件102的中心轴为基准，上车床进行丝网烧结块101滚压，车刀位置安装专用的滚压轮，滚压丝网烧结块101的外径，应严格控制滚压的径向尺寸，使外径与蓄热器的外壁的设计尺寸过盈0.2mm—0.3mm。
滚压的目的主要是使丝网烧结块101的外侧壁光滑，消除因丝网装配公差带来的丝网烧结块101的外径飞边，增加后续工序丝网烧结块101与蓄热器外套筒103的接触点，增加二次烧结的焊接点，避免脱焊虚焊。
具体的，丝网具有薄丝网和厚丝网，厚丝网位于丝网烧结块101两端，薄丝网位于丝网烧结块101内部。
厚丝网的设置能够满足丝网烧结块101两端保护内部薄丝网的需求。
具体的，分环形烧结块具有两个，两个分环形烧结块的高度之和与设计的环形烧结块的高度相等。分环形烧结块的高度还可以为多个，多个分环形烧结块的高度之和与设计的环形烧结块的高度相等。
具体的，定型烧结和成型烧结的工艺参数相同。工艺参数为烧结的温度、时间等工艺参数一致。
实施例二，在实施例一的基础上，如图2所示，制作丝网的流程图。
具体的，步骤S100的丝网称重前包括制作丝网，具体包括以下步骤：
步骤S10：冲制丝网；
步骤S20：检验丝网质量；
步骤S30：清洗丝网。
经过上述的步骤制作丝网能够满足环形蓄热器100对丝网的质量要求。
实施例三，在实施例二的基础上，如图3所示，制作丝网烧结块101的流程图。
具体的，步骤S200包括以下步骤：
如图4所示，步骤S210：将丝网定型，并施加压力，得到丝网定型件；
步骤S220：卸载定型压力后，将丝网定型件烧结。
上述步骤能够解决由于丝网不平整及容易卷曲的问题，进而解决丝网与丝网之间存在的间隙，从而能够精确控制环形蓄热器100的孔隙率，所以生产过程中环形蓄热器100的一致性能够精确把控。
实施例四，在实施例三的基础上，如图5所示，后续制作工艺的流程图。
具体的，步骤S500还包括以下步骤：
如图6所示，步骤S510：外套筒热套，将蓄热器外套筒103放入烘箱中进行加热，加热后将蓄热器外套筒103热装至丝网烧结块101，装配时保证蓄热器外套筒103的底部支撑与丝网烧结块101贴合。蓄热器外套筒103的外表面应留有0.2-0.4mm的加工余量；
如图7所示，步骤S520：组件装配，将下支撑环104装配至上述组合体上，同时在下支撑环104和组合体的接触位置加入胶粘剂和镍基钎料(镍基钎料的钎焊温度与丝网烧结温度一致)，下支撑环104留有加工余量。
步骤S530：烧结(钎焊)，将装配下支撑环104的组合体放入真空钎焊炉进行钎焊，烧结温度为1230度加减5度，保温时间为4h，随后随炉冷却，设置一定时间的升温段和升温保温段，保证升温过程平缓，要求严格控制入炉的烧结件数量，保证炉膛内温度均匀。烧结的主要目的是两个分丝网烧结块101之间进行烧结，丝网烧结块101与外套筒之间进行烧结，同时钎焊下支撑环104。
如图8所示，步骤S540：滚边，用滚边机对丝网外壁的上端进行滚边，施加500N的力，使上端与丝网烧结件上部贴合。
如图9所示，步骤S550：精加工，按图纸精加工出外形各配合表面和密封槽，所有尺寸、表面要求达到图纸的设计要求，精加工时采用专用贴纸保护丝网烧结块101的表面，同时严禁使用切屑液，避免污染丝网烧结块101。
步骤S560：尺寸检测，对各设计尺寸进行检验，满足设计要求。
步骤S570：泵压，通过专用工装对蓄热器成品进行强度和气密性检测。
步骤S580：入库，装入专用密封干燥袋后，入库保存。
如图10所示，具体的，内套筒组合件102由缸套105和内套筒106通过钎焊连接到一起。
采用钎焊结构的内套筒组合件内部加工有径向凹槽(隔热槽)，减小热传导面积，降低丝网烧结件热量向内套筒组合件径向的传导，同时在轴向上降低热量沿内套筒组合件102的热传导。同时采用钎焊结构的内套筒组合件102结构刚度好，焊接变形小，可以作为丝网烧结块101的安装支撑。
实施例五，在实施例四的基础上，如图11、12所示，内套筒106的外径上加工有若干径向凹槽107。
径向凹槽107的设计能够减小热传导面积，降低丝网烧结块101的热量沿内套筒组合件102在径向上的热传导，同时降低热量沿内套筒组合件102在轴向上的热传导。
如图13所示，本发明提供的技术方案如下：一种环形蓄热器100，使用根据上述的工艺制备而成。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种环形蓄热器的制作工艺，具有原材料丝网，所述环形蓄热器具有丝网烧结块、内套筒组合件、蓄热器外套筒以及支撑环，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S100：为所述丝网称重；
步骤S200：所述丝网定型烧结，得到分环形烧结块；
所述步骤S200的制作所述丝网进一步包括以下步骤：
步骤S210：将所述丝网定型，并施加压力，得到丝网定型件；
步骤S220：卸载定型压力后，将所述丝网定型件烧结；
步骤S300：测量所述分环形烧结块的尺寸，选取多个分环形烧结块拼合，拼合后的高度为所述丝网烧结块的设计高度；
步骤S400：组配所述内套筒组合件和所述环形烧结块；
步骤S500：装配所述蓄热器外套筒以及所述支撑环、成型烧结得到蓄热器成品。
2.根据权利要求1所述的一种环形蓄热器的制作工艺，其特征在于：
滚压所述丝网烧结块，使得所述丝网烧结块的外侧壁光滑。
3.根据权利要求1所述的一种环形蓄热器的制作工艺，其特征在于：
所述丝网具有薄丝网和厚丝网，所述厚丝网位于所述丝网烧结块两端，所述薄丝网位于所述丝网烧结块内部。
4.根据权利要求1所述的一种环形蓄热器的制作工艺，其特征在于：
所述分环形烧结块具有两个。
5.根据权利要求1所述的一种环形蓄热器的制作工艺，其特征在于：
所述定型烧结和所述成型烧结的工艺参数相同。
6.根据权利要求1所述的一种环形蓄热器的制作工艺，其特征在于：
所述步骤S100的所述丝网称重前包括制作所述丝网，具体包括以下步骤：
步骤S10：冲制所述丝网；
步骤S20：检验所述丝网质量；
步骤S30：清洗所述丝网。
7.根据权利要求1所述的一种环形蓄热器的制作工艺，其特征在于：
所述内套筒组合件由缸套和内套筒钎焊连接。
8.根据权利要求7所述的一种环形蓄热器的制作工艺，其特征在于：
所述内套筒的外径加工有径向凹槽。
9.一种环形蓄热器，其特征在于，包括：
使用根据权利要求1-8任一项所述的工艺制备而成。
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