專利名稱：一種熱氣機(jī)加熱器部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是發(fā)動(dòng)機(jī)換熱器，尤其關(guān)于熱氣機(jī)加熱器。
背景技術(shù)：
熱氣機(jī)是一種采用外部熱源加熱的外燃發(fā)動(dòng)機(jī)，加熱器、回?zé)崞骱屠鋮s器是熱氣機(jī)換熱系統(tǒng)的三大部件，其性能的好壞直接影響熱氣機(jī)的效率，因此加熱器、回?zé)崞骱屠鋮s器也是熱氣機(jī)的核心部件之一。其中，加熱器部件起著將外部高溫?zé)崃總鬟f給熱氣機(jī)工質(zhì)的作用，工質(zhì)受熱膨脹對(duì)活塞做功，實(shí)現(xiàn)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功能。對(duì)于四缸雙作用熱氣機(jī)，為了方便共用一個(gè)燃燒室，一般熱氣機(jī)的4個(gè)加熱器呈圓形布置，構(gòu)成一個(gè)圓筒形燃燒室。加熱器部件常采用全管式，由加熱管、加熱器筒體和回?zé)崞魍搀w組成，全管式加熱器部件中，回?zé)崞鞒虱h(huán)形筒體，布置在加熱器筒體內(nèi)，加熱器筒體內(nèi)腔和熱氣機(jī)缸套內(nèi)腔是活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的空間，加熱管的兩端分別與加熱器筒體和回?zé)崞魍搀w的內(nèi)腔相通。熱氣機(jī)的常用工質(zhì)為氫氣或氦氣，泄漏性極強(qiáng)，且其最高壓力可達(dá)20MPa以上，最高溫度可達(dá)800℃以上，工作條件十分嚴(yán)酷，因此為保證加熱器的工作強(qiáng)度，一般用耐高溫合金鍛件加工而成。雖然目前幾乎所有的四缸熱氣機(jī)都采用了這種全管式的加熱器部件，但其存在如下不足之處(1)這種加熱器要求每根加熱管的形狀都不同，工藝復(fù)雜，且大多數(shù)加熱管由于回轉(zhuǎn)半徑小，其彎制需要手工配合修正，不適合批量生產(chǎn)，加工難度高，成本高；(2)如果回?zé)崞鞲邷孛芊饧?，做功的工質(zhì)將出現(xiàn)短路，即活塞腔中的工質(zhì)沒有經(jīng)過加熱管而直接進(jìn)入回?zé)崞髦?，無法形成斯特林循環(huán)，不能做功。
(3)加熱器筒體由于結(jié)構(gòu)緊湊，要承受高溫高壓工作環(huán)境，工作強(qiáng)度大，需要采用鍛件，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種熱氣機(jī)加熱器部件，解決加熱器部件工藝復(fù)雜、加工難度大、生產(chǎn)成本高，且可靠性較差的技術(shù)問題。
本發(fā)明的目的是通過以下的技術(shù)方案來解決的一種熱氣機(jī)加熱器部件，包括加熱器筒體、回?zé)崞魍搀w和一組加熱管，加熱管的兩端分別連通加熱器筒體和回?zé)崞魍搀w的內(nèi)腔，所述的加熱器筒體和回?zé)崞魍搀w是分離的；所述的一組加熱管的結(jié)構(gòu)是大致相同的。
上述的熱氣機(jī)加熱器部件，采用了分離布置的加熱器筒體和回?zé)崞魍搀w，使得加熱管的布置十分方便，所有的加熱管的結(jié)構(gòu)基本相同，且彎制半徑更大，大大簡化了工藝，適合批量生產(chǎn)，生產(chǎn)成本可顯著降低；采用分離的加熱器筒體和回?zé)崞魍搀w，徹底避免了加熱器筒體內(nèi)的氣體直接進(jìn)入回?zé)崞鞯目赡?，提高了可靠性?br> 上述的熱氣機(jī)加熱器部件，在加熱器筒體和回?zé)崞魍搀w上分別有一個(gè)圓弧形加熱管連接體，加熱管連接體上表面各有若干等距分布的用于插置焊接加熱管的孔。加熱管連接體的設(shè)置方便了加熱管的布置，使得每根加熱管可以設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)一致，簡化了工藝，適合批量生產(chǎn)，降低了成本。同時(shí)也可以使加熱器和回?zé)崞魍搀w本體在同等條件下外徑減小，便于布置。
上述的熱氣機(jī)加熱器部件，所述加熱管彎制成大致“n”字形，分成前后兩側(cè)，前側(cè)與加熱器筒體連通，后側(cè)與回?zé)崞魍搀w連通，一組加熱管形成一個(gè)近似的1/4圓筒體。這種結(jié)構(gòu)有利于四個(gè)加熱器構(gòu)建環(huán)行燃燒室，且高度和直徑都很容易調(diào)整，加熱管分為前后兩排，增加了換熱面積，有利于提高熱氣機(jī)的效率。
上述的熱氣機(jī)加熱器部件，所述的加熱管在與回?zé)崞魍搀w靠近的后側(cè)上穿置有一組散熱片，并與加熱管焊接成一體。這種結(jié)構(gòu)有利于增大后排加熱管的換熱效果，使前后排管子的熱負(fù)荷均勻。
上述的熱氣機(jī)加熱器部件，所述的加熱器筒體和回?zé)崞魍搀w為耐熱高溫合金鋼鑄件。這樣大大簡化了加熱器筒體和回?zé)崞魍搀w的加工工藝，減少了加工量，降低了生產(chǎn)成本。
上述的熱氣機(jī)加熱器部件，所述的加熱器筒體和回?zé)崞魍搀w與熱氣機(jī)機(jī)體采用螺栓連接方式。這種連接方式簡單、可靠，拆裝方便，也便于加熱器的定位。
總之，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)1、加熱器筒體和回?zé)崞魍搀w分離，部件結(jié)構(gòu)更加簡單，加熱管結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，工藝要求大大降低，生產(chǎn)成本顯著下降。初步測(cè)算，該種結(jié)構(gòu)的加熱器較全管式的加熱器生產(chǎn)周期和成本將降低一倍以上。
2、有效解決了加熱器腔和回?zé)崞髑还べ|(zhì)短路的問題，提高了可靠性。


圖1是全管式加熱器部件的立體圖。
圖2是圖1筒體部分的剖視圖。
圖3是本發(fā)明的立體圖。
圖4是本發(fā)明的加熱器筒體立體圖。
圖5是本發(fā)明的單根加熱管和換熱片布置圖。
具體實(shí)施例方式圖1和圖2所示的是一種常用的四缸雙作用熱氣機(jī)加熱器的結(jié)構(gòu)圖，又稱全管式加熱器，由一組加熱管1、集成的加熱器筒體3和回?zé)崞魍搀w組成，加熱器筒體3和回?zé)崞魍搀w設(shè)計(jì)成一體，內(nèi)腔是加熱器腔5，頂部為半球形、下部為圓柱體的空腔，與熱氣機(jī)活塞9的結(jié)構(gòu)相適配，是活塞9做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的空間。加熱器腔5的頂部設(shè)置有眾多與加熱管相通的孔2。在加熱器腔5的外周設(shè)置有環(huán)行的回?zé)崞髑?，回?zé)崞?也設(shè)計(jì)成環(huán)行柱體結(jié)構(gòu)，回?zé)崞髑?的上端也設(shè)置有眾多與加熱管相連通的孔6。熱氣機(jī)工作時(shí)，工質(zhì)就在加熱器腔5、加熱管1和回?zé)崞髑?中按照斯特林循環(huán)來回流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)從加熱管1吸收熱量，氣體膨脹做功轉(zhuǎn)換成活塞9往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)械功的功能。
圖3是本發(fā)明的一種實(shí)施例。如圖所示，加熱器筒體3和回?zé)崞魍搀w13采用了分離的結(jié)構(gòu)，即兩個(gè)筒體相互獨(dú)立布置，這樣，筒體的結(jié)構(gòu)就可以大大簡化，筒體圓周尺寸可以設(shè)計(jì)得更小，所配的回?zé)崞?可以設(shè)計(jì)成圓柱形，結(jié)構(gòu)更加簡化，加工成本也會(huì)大大降低，消除了回?zé)崞鹘z網(wǎng)燒結(jié)時(shí)，內(nèi)圈與內(nèi)筒體松動(dòng)導(dǎo)致氣體短路的問題。加熱器筒體3和回?zé)崞魍搀w13分離設(shè)計(jì)，將徹底消除全管式加熱器由于加熱管腔5和回?zé)崞髑?由于密封失效，導(dǎo)致工質(zhì)直接在加熱管腔5和回?zé)崞髑?中互通，而不經(jīng)過加熱管1而短路的問題，有利于提高加熱器部件的可靠性。加熱器筒體3和回?zé)崞魍搀w13采用高溫合金鑄件，這樣可以降低生產(chǎn)成本，當(dāng)然也可以采用鍛件加工而成。一組加熱管1分別與加熱器筒體3和回?zé)崞魍搀w13的內(nèi)腔連通，加熱管1與加熱器筒體3和回?zé)崞魍搀w13的連接采用釬焊連接。為了使四個(gè)加熱器構(gòu)成一個(gè)環(huán)行共用燃燒室，每個(gè)加熱器的加熱管1布置成一個(gè)接近1/4圓柱形的結(jié)構(gòu)，每根加熱管1彎制成近似“n”字形，分成前后兩側(cè)，前側(cè)與加熱器筒體3相連通，后側(cè)與回?zé)崞魍搀w13相連通。
如圖4所示，加熱器筒體3上還有一個(gè)布置加熱管的加熱管連接體10，常稱作支管，它與加熱器筒體3本體是一體的，常在鑄造時(shí)就鑄造成一體，也可以采用焊接的形式進(jìn)行連接，為便于加熱管1布置，加熱管連接體10設(shè)計(jì)成接近1/4圓弧形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部是一個(gè)空腔，并與加熱器筒體3的內(nèi)腔連通。在加熱管連接體10的上表面有若干沿圓弧大致等距分布的孔15，加熱管1插置在這些孔中進(jìn)行焊接，在對(duì)應(yīng)的回?zé)崞魍搀w13上也有相同的加熱管連接體14，這樣連接加熱管筒體3和回?zé)崞魍搀w13的眾多加熱管1就可以設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)一致，提高了互換形，大大簡化了加工工藝，特別是加熱管1的加工工藝。如圖1所示的全管式的加熱器由于結(jié)構(gòu)所限，每根加熱管1結(jié)構(gòu)都不一致，且彎制半徑小，加工難度十分大，加熱管1的彎制往往需要機(jī)械與手工相結(jié)合的方式進(jìn)行，加工周期長，成本高。而采用本發(fā)明的這種結(jié)構(gòu)后，加熱管1的結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，結(jié)構(gòu)也大大簡化，在自動(dòng)彎管機(jī)上可以一次加工成型，生產(chǎn)效率大幅度提高，成本顯著降低。
圖5所示的為本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例。由于加熱管1一般設(shè)計(jì)成“n”字形，分成前后兩排，前排的加熱管直接面對(duì)燃燒產(chǎn)生的高溫燃?xì)?，換熱效果較好，而后排的加熱管與高溫燃?xì)饩嚯x較遠(yuǎn)，燃?xì)獾臏囟群土鲃?dòng)速度也更低，因此前后排的換熱效果就不一樣，加熱管1的熱負(fù)荷不均，將會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，加上管內(nèi)工質(zhì)壓力最高達(dá)20MPa以上，且按斯特林循環(huán)交替變化，因此加熱管1在這種內(nèi)部交邊機(jī)械應(yīng)力和交變熱應(yīng)力的作用下，會(huì)嚴(yán)重影響加熱管1的可靠性。為使加熱管1前后排的受熱基本相當(dāng)，因此在后排加熱管上穿置了一組換熱片16，增加其換熱面積，換熱片16與加熱管1釬焊成一體，這樣通過增加換熱面積的方法就解決了加熱管1前后換熱效果不一致的問題，降低了熱應(yīng)力，同時(shí)也提高了換熱效果和熱氣機(jī)的效率。圖5所示的是一根加熱管1單獨(dú)設(shè)計(jì)一組換熱片16，當(dāng)然也可以將所有加熱管的換熱片16設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，即每個(gè)換熱片16都設(shè)計(jì)成弧形薄片，上面開好與加熱管1匹配的孔，一層一層地穿置在一起后進(jìn)行釬焊，但這種整體式的換熱片工藝要求較高，對(duì)孔的位置度要求很高，否則不易與加熱管1進(jìn)行穿置。采用圖5所示的結(jié)構(gòu)后，對(duì)換熱片16的工藝要求可大大降低，這樣也可以方便地修改加熱管1的形狀，也無需保證安裝整體式換熱片的加熱管部分加熱管必須是直段的要求，達(dá)到較大范圍內(nèi)可改變?nèi)紵覂?nèi)徑的目的。
加熱器的大小、加熱管的數(shù)量和直徑是根據(jù)熱氣機(jī)的功率要求進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)的，如對(duì)于一臺(tái)50kW～100kW的熱氣機(jī)，加熱管一般選用直徑為5mm～7mm的加熱管20～35根即可，如某型燃用天然氣的熱氣機(jī)，功率為50kW，每個(gè)加熱器采用了27根直徑為6mm的高溫合金加熱管。
加熱器下端與熱氣機(jī)機(jī)體相連接，一般采用螺栓連接，在加熱器筒體3和回?zé)崞魍搀w13上有若干螺栓孔11、12。當(dāng)然也可以采用采用如圖1所示的螺紋連接形式，在加熱器筒體或回?zé)崞魍搀w與機(jī)體之間采用一個(gè)過渡環(huán)形壓緊螺母4。
本發(fā)明不局限以上的形式，還可以變換成其他的形式，如改變加熱管的彎制形狀和布置形式，但只要采用分離式的加熱器筒體和回?zé)崞魍搀w結(jié)構(gòu)，將加熱管的形狀設(shè)計(jì)成統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，或者是等同的替換，都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種熱氣機(jī)加熱器部件，包括加熱器筒體(3)、回?zé)崞魍搀w(13)和一組加熱管(1)，加熱管(1)的兩端分別連通加熱器筒體(3)和回?zé)崞魍搀w(13)的內(nèi)腔，其特征在于所述的加熱器筒體(3)和回?zé)崞魍搀w(13)是分離的；所述的一組加熱管(1)的結(jié)構(gòu)是大致相同的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱氣機(jī)加熱器部件，其特征在于在加熱器筒體(3)和回?zé)崞魍搀w(13)上分別有一個(gè)圓弧形加熱管連接體(10、14)，加熱管連接體(10、14)上表面各有若干基本等距分布的用于插置焊接加熱管的孔(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱氣機(jī)加熱器部件，其特征在于所述加熱管(1)彎制成大致“n”字形，分成前后兩側(cè)，前側(cè)與加熱器筒體(3)連通，后側(cè)與回?zé)崞魍搀w(13)連通，一組加熱管(1)形成一個(gè)近似的1/4圓筒體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱氣機(jī)加熱器部件，其特征在于所述的加熱管(1)在與回?zé)崞魍搀w(13)靠近的后側(cè)上穿置有一組散熱片(16)，并與加熱管(1)焊接成一體。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱氣機(jī)加熱器部件，其特征在于所述的加熱管(1)在與回?zé)崞魍搀w(13)靠近的后側(cè)上穿置有一組散熱片(16)，并與加熱管(1)焊接成一體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱氣機(jī)加熱器部件，其特征在于所述的加熱器筒體(3)和回?zé)崞魍搀w(13)為耐熱高溫合金鋼鑄件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱氣機(jī)加熱器部件，其特征在于所述的加熱器筒體(3)和回?zé)崞魍搀w(13)與熱氣機(jī)機(jī)體采用螺栓連接方式，在加熱器筒體(3)和回?zé)崞魍搀w(13)的下部有多個(gè)螺栓孔(11、12)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱氣機(jī)加熱器部件，包括加熱器筒體(3)、回?zé)崞魍搀w(13)和一組加熱管(1)，加熱管(1)的兩端分別連通加熱器筒體(3)和回?zé)崞魍搀w(13)的內(nèi)腔，所述的加熱器筒體(3)和回?zé)崞魍搀w(13)是分離的；所述的一組加熱管(1)的結(jié)構(gòu)是大致相同的。采用分離布置的加熱器筒體(3)和回?zé)崞魍搀w(13)，使得加熱管(1)的布置十分方便，所有的加熱管(1)的結(jié)構(gòu)基本相同，且彎制半徑更大，大大簡化了工藝，適合批量生產(chǎn)，生產(chǎn)成本可顯著降低；另外，這種結(jié)構(gòu)將徹底避免加熱器筒體(3)內(nèi)的氣體直接進(jìn)入回?zé)崞鞯目赡埽岣吡思訜崞鞑考目煽啃?。這種加熱器可以應(yīng)用于四缸雙作用熱氣機(jī)上。
文檔編號(hào)F02G1/055GK1940276SQ20051003007
公開日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日
發(fā)明者朱辰元, 薛飛, 汪海貴 申請(qǐng)人:上海齊耀動(dòng)力技術(shù)有限公司