CN112228241B - 一种发动机用组合式机身 - Google Patents

Abstract

本发明属于热气机领域，公开了一种发动机用组合式机身，包括分体设置的机身一和机身二，所述机身一与所述机身二水平布置且通过螺栓连接；所述机身一和所述机身二内分别设置有冷却水流道，所述冷却水流道包括沿径向同轴设置的第一主流道和第二主流道；所述机身一和所述机身二的侧壁分别设有冷却水进口，顶部分别设有冷却水出口，所述冷却水进口与所述第一主流道连通，所述冷却水出口与所述第二主流道连通。本发明采用组合机身解决大型发动机机身因尺寸过大导致无法加工的问题，同时采用简单的流道结构，使机身可采用锻造加机加工方式，避免采用铸造方式造成的铸造缺陷，并保证较好的冷却效果。

Description

一种发动机用组合式机身

技术领域

本发明涉及热气机领域，尤指一种发动机用组合式机身。

背景技术

机身是热气机的重要组成部分，其上加工有加热器、回热器、冷却器、缸套、加热器热电偶组件、冷却器热电偶组件等零部件的安装位置，其上部与外燃***相连，其下部与传动***连接，对整个热气机的组成起到承上启下的作用。机身内部还设有冷却水流道、工质***流道，机身还为工质管系、冷却水管等提供安装接口。

目前，热气机机身根据热气机传动形式的不同可以分为U型和V型机身，无论何种形式的机身，其加工的难点主要在于工质流道和冷却水流道。机身在设计时能够避开重要零部件安装位置从而实现工质流道和冷却水流道在机身上的布置，对于中小型机身的加工，其外形尺寸小，工质流道和冷却水流道相对比较短，使得刀具夹持装置具有足够的刚度可以降低崩刀的风险，同时满足加工精度的要求，加工工艺相对简单。但对于大型热气机，其机身尺寸较大，与之配合的压力壳尺寸偏大不易加工，且工质流道和冷却水流道过长导致加工困难甚至无法加工，此时，采用组合机身可以很好地解决加工问题。

专利号ZL201020161403.1的中国专利公布了一种发动机用组合式机身，该机身包括上、下机身，其中，上机身设计有冷却水流道，下机身设计有工质流道，上下机身通过螺栓连接。虽然该组合式机身能够满足热气机用机身的需求，但上机身冷却水流道分为两层，冷却水流道为环形，采用机加工的方式无法成型，只能采用铸造成型，而采用铸造成型的机身往往在冷却水流道、工质流道、密封面等关键位置出现气孔、疏松等铸造缺陷，导致机身出现强度或密封问题，这种情况在大型机身上更易出现。此外，将冷却水流道分为多个支路流经冷却器，会导致靠近冷却水入口处的冷却器冷却效果较好而远离冷却水入口处的冷却器冷却效果较差，容易造成热气机每缸的做功能力出现差异进而影响热气机的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种发动机用组合式机身，采用组合机身解决大型发动机机身因尺寸过大导致无法加工的问题，同时采用简单的流道结构，使机身可采用锻造加机加工方式，避免采用铸造方式造成的铸造缺陷，并保证较好的冷却效果。

本发明提供的技术方案如下：

一种发动机用组合式机身，包括包括分体设置的机身一和机身二，所述机身一与所述机身二水平布置且通过螺栓连接；

所述机身一和所述机身二内分别设置有冷却水流道，所述冷却水流道包括沿径向同轴设置的第一主流道和第二主流道；

所述机身一和所述机身二的侧壁分别设有冷却水进口，顶部分别设有冷却水出口，所述冷却水进口与所述第一主流道连通，所述冷却水出口与所述第二主流道连通。

进一步优选地，还包括水口堵头组件，所述机身一和所述机身二的侧壁分别设有用于加工所述第二主流道的工艺孔，所述机身一上的工艺孔与所述机身二上的工艺孔分别通过所述水口堵头组件封堵。

进一步优选地，所述水口堵头组件包括水口堵头、定位螺栓、组合垫圈和水口密封圈，所述水口堵头位于所述工艺孔处，且通过所述定位螺栓与所述机身一或所述机身二连接，所述组合垫圈设置在所述定位螺栓与所述水口堵头的连接处，所述水口密封圈设置在所述水口堵头与所述工艺孔的连接处。

进一步优选地，所述机身一内设有第一工质流道，所述机身二内设置有第二工质流道，所述第一工质流道与所述第二工质流道首尾连通设置。

进一步优选地，还包括工质堵头组件，所述第一工质流道与所述第二工质流道之间通过所述工质堵头组件连通。

进一步优选地，所述工质堵头组件包括工质堵头、工质密封圈、定位螺栓和挡圈，所述工质堵头通过所述定位螺栓固定在所述机身一或所述机身二上，所述工质密封圈设置在所述工质堵头与所述机身一或所述机身二之间，所述挡圈套设在所述工质密封圈外。

进一步优选地，所述第一工质流道与所述第二工质流道均为多个且数量相同，多个所述第一工质流道与多个所述第二工质流道一一对应连通。

进一步优选地，所述机身一与所述机身二的数量分别为两个，两个所述机身一与两个所述机身二组合成V型四缸机身，且两个所述机身一呈对角设置，两个所述机身二呈对角设置。

进一步优选地，所述机身一与所述机身二采用多个长螺柱和多个短螺栓紧固连接，且所述长螺柱为细杆螺柱。

本发明的技术效果在于：采用多个机身组合的方式，不仅降低机身的加工难度，而且结构紧凑、安装、拆卸方便；机身上位于缸套孔两侧的冷却水流道共轴，直线型流道加工方便，使得各个机身可通过锻件加机加工的方式加工，以避免铸造等缺陷；各个机身上的冷却水流道采用一进一出的形式，入口处的冷却水只流经一个冷却器，能够保证每个冷却器的冷却效果一致，保证冷却器的冷却效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1是本发明一种发动机用组合式机身的俯视图；

图2是本发明一种发动机用组合式机身的结构示意图；

图3是本发明一种发动机用组合式机身的剖面图；

图4是本发明一种发动机用组合式机身的单个机身的冷却水流道结构图；

图5是本发明一种发动机用组合式机身的冷却水流道布置图；

图6是本发明一种发动机用组合式机身的单个机身的冷却水流道剖面图；

图7是本发明一种发动机用组合式机身的水口堵头组件的结构示意图；

图8是本发明一种发动机用组合式机身的水口堵头组件的***图；

图9是本发明一种发动机用组合式机身的工质流道布置图；

图10是本发明一种发动机用组合式机身的第一工质堵头组件的结构示意图；

图11是本发明一种发动机用组合式机身的第一工质堵头组件的***图；

图12是本发明一种发动机用组合式机身的第二工质堵头组件的结构示意图

图13是本发明一种发动机用组合式机身的第二工质堵头组件的***图

图14是本发明一种发动机用组合式机身的机身一的结构示意图；

图15是本发明一种发动机用组合式机身的机身二的结构示意图。

附图标号说明：

1、机身一；2、机身二；31、第一主流道；32、第二主流道；4、冷却水进口；5、冷却水出口；6、缸套孔；7、工艺孔；8、水口堵头组件；81、水口堵头；82、定位螺栓；83、组合垫圈；84、水口密封圈；91、第一工质流道；92、第二工质流道；10、第一工质堵头组件；11、第二工质堵头组件；12、工质堵头；121、通孔；13、工质密封圈；14、挡圈；15、长螺柱；16、短螺栓。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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。

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。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明提供一种发动机用组合式机身的具体实施例，如图1至图6所示，包括分体设置的机身一1和机身二2，机身一1与机身二2的结构如图14和图15所示，机身一1与机身二2水平布置且通过螺栓连接。

如图4和图6所示，机身一1和机身二2内分别设置有冷却水流道，冷却水流道包括沿径向同轴设置的第一主流道31和第二主流道32；机身一1和机身二2的侧壁分别设有冷却水进口4，顶部分别设有冷却水出口5，冷却水进口4与第一主流道31连通，冷却水出口5与第二主流道32连通。

具体地，为了解决大型热气机机身因尺寸过大而无法加工的问题，将热气机的机身设置为由多个尺寸较小的单缸机身组成，可以明显降低加工难度。多个单缸机身之间通过螺栓连接，机身一1为一个单缸机身，机身二2也为一个单缸机身，且机身一1与机身二2的结构相似。

机身一1与机身二2的数量分别为两个，四个单缸机身的排布方式如图1和图2所示，两个机身一1与两个机身二2组合成V型四缸机身，机身一1与机身二2内分别设有缸套孔6，V型四缸机身的四个缸套孔6环绕设置，四个缸套孔6分别为C1、C2、C3和C4，C1和C3为机身一1上的缸套孔6，C2和C4为机身二2上的缸套孔6；其中，C1与C2位于V型的一侧，C3与C4位于V型的另一侧，且两个机身一1呈对角设置，两个机身二2呈对角设置。V型机身的结构设计，可使斯特林发动机的缸心距下降50％以上，从而使得结构非常紧凑。在其他实施例中，机身一1与机身二2的数量还可分为为四个，以组合成八缸机身，其组合方式与四缸机身的组合方式相似。

机身一1与机身二2上分别设有与之对应的压力壳安装位置，实现一缸一盖功能；压力壳分别安装在机身一1与机身二2的顶部。发动机的缸套和冷却器均布置在各个机身的缸套孔6内。

如图4所示，机身一1与机身二2上的冷却水流道相同，冷却水流道包括沿单缸机身径向同轴设置的第一主流道31和第二主流道32，第一主流道31和第二主流道32分别位于冷却器的两侧，且在冷却器的两侧保持共轴，即在缸套孔6的两侧保持共轴。第一主流道31与第二主流道32通过冷却器外侧与机身内侧形成的流道连通。在单个机身上，冷却水从冷却水进口4进入第一主流道31，然后经过冷却器后进入第二主流道32内，最后从与第二主流道32连通的冷却水出口5排出，即各机身内的冷却水从冷却水进口4进入后，从冷却水出口5流出，也即在单个机身上，冷却水流道采用一进一出的形式，不存在冷却水流道分支现象，入口处的冷却水只流经一个冷却器，能够保证每个冷却器的冷却效果一致。

本发明中，机身一1与机身二2上的冷却水流道包括共轴设置的第一主流道31和第二主流道32，即第一主流道31与第二主流道32为直线型流道，冷却水流道结构简单，可以通过简单的加工打孔工艺即可完成，即单个机身可以先采用锻件加工成型，然后通过机加工完成，无需采用铸造成型工艺，可避免铸造成型造成的铸造缺陷，提高机身强度或密封问题。

由于冷却水流道过长，加工机身的冷却水流道时，可分别从机身两侧分别加工水道，冷却水进口4设置在各机身侧壁上，冷却水进口4与第一主流道31可共轴，可直接从冷却水进口4处加工第一主流道31。冷却水出口5设置在各机身顶部，冷却水出口5与第二主流道32不共轴，无法直接从冷却水出口5处加工水道，如图6所示，可在各机身上设置一工艺孔7，通过工艺孔7来加工第二主流道32，如图5、图14和图15所示，加工完成后通过水口堵头组件8对工艺孔7进行封堵。

如图7和图8所示，水口堵头组件8包括水口堵头81、定位螺栓82、组合垫圈83和水口密封圈84，水口堵头81位于工艺孔7处，且通过定位螺栓82与机身一1或机身二2连接，组合垫圈83设置在定位螺栓82与水口堵头81的连接处，水口密封圈84设置在水口堵头81与工艺孔7的连接处。水口堵头组件8主要作用是对冷却水流道加工工艺孔7进行封堵，由于水口堵头81通过定位螺栓82固定在各机身上，导致水口堵头81出现通孔引起泄露，因此，需要在定位螺栓82与水口堵头81之间增加一道组合垫圈83进行密封，组合垫圈83的结构内部多为橡胶起主要密封作用，外部多为金属骨架起支撑作用，防止内部橡胶受力变形。水口密封圈84用于密封水口堵头81与工艺孔7之间的缝隙，防止引起泄露。

机身一1和机身二2上分别设有连接冷腔与热腔的工质流道，单个机身上的工质流道长度比整体机身流道长度要短很多，从工艺来讲也更容易加工，并且本发明中的工质流道均为直线型流道，结构简单，更方便加工。为保证整机的斯特林循环，机身一1与机身二2上的工质流道需要连通。如图9所示，机身一1内的工质流道为第一工质流道91，机身二2内的工质流道为第二工质流道92，第一工质流道91与第二工质流道92首尾连通设置，例如四缸机身，第一个第一工质流道91的出口与第一个第二工质流道92的入口连通，第一个第二工质流道92的出口与第二个第一工质流道91的入口连通，第二个第一工质流道91的出口与第二个第二工质流道92的入口连通，第二个工质流道92的出口与第一个工质流道91的入口连通。

第一工质流道91与第二工质流道92之间通过工质堵头组件进行连通。由于第一工质流道91与第二工质流道92在布置上存在一定的差异，因此，第一工质流道91的出口与第二工质流道92的入口通过第一工质堵头组件10连通，第二工质流道92的出口与第一工质流道91的入口通过第二工质堵头组件11连通。

如图10至图13所示，第一工质堵头组件10与第二工质堵头组件11结构基本相同，都包括工质堵头12、工质密封圈13和定位螺栓82，第一工质堵头组件10与第二工质堵头组件11的区别仅在于工质堵头12上开设的通孔121的位置存在差别。工质堵头12通过定位螺栓82固定在机身一1或机身二2上，确保各机身工质流道能够对齐，这样的工质堵头12固定方式可以保证工质流通，减少工质流动损失，工质密封圈13设置在工质堵头12与机身一1或机身二2之间，起到密封作用。第一工质堵头组件10和第二工质堵头组件11还包括挡圈14，挡圈14套设在工质密封圈13外，以防止工质密封圈13受力变形而影响密封效果，保证工质密封圈13的可靠性。

机身一1上的第一工质流道91与机身二2上的第二工质流道92均为三个，工质堵头12上开设有三个通孔121，三个第一工质流道91与三个第二工质流道92通过工质堵头12一一对应连通，工质堵头12开设三个通孔121便于工质流通。三个第一工质流道91在布置时尽量保证流道的对称性，以使每个工质流道内流动的工质分布均匀；同理三个第二工质流道92在布置时也尽量保证流道的对称性。在满足使用性能的前提下，也可以设置不同数目的工质流道，如设置两个或四个等。

整体式机身的工质流道均设在机身内部，工质流动时对机身产生的压力属于内压。但本发明的分体式组合机身与整体式机身不同，由于工质堵头12的存在，工质会在工质堵头12处产生很大的侧推力，该力的大小与工质压力、工质堵头12的横截面积有关，该力会迫使机身之间分离，从而导致机身与缸套产生力的相互作用使得缸套变形，同时该力会使机身与曲轴箱连接用螺栓产生弯应力，造成安全隐患。为了使分体式组合机身能够正常使用，利用多个长螺柱15、多个短螺栓16等紧固件将各机身之间进行紧固，以克服该侧推力从而保证各机身连接可靠。

同时，在研发过程中，发明人发现用于连接各机身的长螺柱15容易发生应力疲劳而损坏，后经发明人研究分析得知这是由于工质温度变化，导致工质压力在工质流道内为变值，机身处的侧推力会产生波动，进而使得长螺柱15产生应力疲劳，后经过多次实验发现采用细杆结构的长螺柱15可缓解该力产生的应力疲劳。这是因为螺柱可以分为粗杆和细杆，粗杆的双头螺柱无螺纹部分直径约等于螺纹的大径，此种螺柱刚度好，当整个螺柱承受拉应力时，由于中间杆比较粗而变形小，螺纹处由于中径比中间杆小，其变形较大，作用力主要集中在螺纹处，造成螺纹处应力过大，当承受较大的交变载荷时容易在中间杆与螺纹接触位置产生明显应力疲劳而断裂。而细杆螺柱其中间杆直径约等于螺纹中径，螺纹与光杆部分能均衡分布载荷(都是中径位置)，柔性较好，在承受交变载荷时不会在中间杆与螺纹交接处产生疲劳应力，因此，采用细杆螺柱可以缓解工质对机身侧推力产生的应力疲劳。

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 (7)

1.一种发动机用组合式机身，其特征在于，包括分体设置的机身一和机身二，所述机身一与所述机身二水平布置且通过螺栓连接；

所述机身一和所述机身二内分别设置有冷却水流道，所述冷却水流道包括沿径向同轴设置的第一主流道和第二主流道；

所述机身一和所述机身二的侧壁分别设有冷却水进口，顶部分别设有冷却水出口，所述冷却水进口与所述第一主流道连通，所述冷却水出口与所述第二主流道连通；

还包括水口堵头组件，所述机身一和所述机身二的侧壁分别设有用于加工所述第二主流道的工艺孔，所述机身一上的工艺孔与所述机身二上的工艺孔分别通过所述水口堵头组件封堵；

所述水口堵头组件包括水口堵头、定位螺栓、组合垫圈和水口密封圈，所述水口堵头位于所述工艺孔处，且通过所述定位螺栓与所述机身一或所述机身二连接，所述组合垫圈设置在所述定位螺栓与所述水口堵头的连接处，所述水口密封圈设置在所述水口堵头与所述工艺孔的连接处。

2.根据权利要求1所述的一种发动机用组合式机身，其特征在于，

所述机身一内设有第一工质流道，所述机身二内设置有第二工质流道，所述第一工质流道与所述第二工质流道首尾连通设置。

3.根据权利要求2所述的一种发动机用组合式机身，其特征在于，还包括工质堵头组件，所述第一工质流道与所述第二工质流道之间通过所述工质堵头组件连通。

4.根据权利要求3所述的一种发动机用组合式机身，其特征在于，所述工质堵头组件包括工质堵头、工质密封圈、定位螺栓和挡圈，所述工质堵头通过所述定位螺栓固定在所述机身一或所述机身二上，所述工质密封圈设置在所述工质堵头与所述机身一或所述机身二之间，所述挡圈套设在所述工质密封圈外。

5.根据权利要求2所述的一种发动机用组合式机身，其特征在于，所述第一工质流道与所述第二工质流道均为多个且数量相同，多个所述第一工质流道与多个所述第二工质流道一一对应连通。

6.根据权利要求1所述的一种发动机用组合式机身，其特征在于，所述机身一与所述机身二的数量分别为两个，两个所述机身一与两个所述机身二组合成V型四缸机身，且两个所述机身一呈对角设置，两个所述机身二呈对角设置。

7.根据权利要求1所述的一种发动机用组合式机身，其特征在于，所述机身一与所述机身二采用多个长螺柱和多个短螺栓紧固连接，且所述长螺柱为细杆螺柱。