CN101490378B - 用来将管道连接在排气管出口上的装置 - Google Patents

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Abstract

用于形成密封的螺钉连接的装置，所述螺钉连接用来将管道(5)连接在用于使装置承受热负荷的流动介质的出口(3)上的、特别是用来将排气弯管(5)连接在内燃机废气出口(3)上，具有设置在管道(5)的固定法兰(7)上的用于有关螺栓(15)的孔(13)和一个位于法兰(7)和出口(3)之间的密封装置，其特征为，设置一框架件(19)，它在留出至少一个用于介质的通道口(23)的情况下在其朝向出口(3)的一侧包围法兰(7)，并形成法兰(7)的被螺栓(15)穿过的其他边缘区的至少局部的包围部，在框架件(19)上至少一个孔具有一与配设于它的螺栓(15)相配的直径，位于法兰(7)上的孔做成长孔，它们使管道(5)可以沿垂直于螺栓(15)的移动方向运动，并在框架件(19)朝向出口(3)的部分(21)的两侧有密封装置的密封元件。

Description

用来将管道连接在排气管出口上的装置
技术领域
本发明涉及一种用来形成密封的螺纹连接的装置，该螺纹连接用于将管道连接在用于一承受热负荷的流动介质的装置的出口上、特别是用于将排气弯管连接到内燃机排气管出口上，具有设置在管道的固定法兰上的用于有关螺栓的孔和一位于法兰和出口之间的密封装置。
背景技术
众所周知热负荷，如在高温流动介质，特别是内燃机废气中所产生的那样，在用固定的螺钉连接的管道连接处可能导致构件相互剧烈的扭曲。排气弯管的法兰相对于有关内燃机的冷的汽缸头的热膨胀尺寸差例如可以在几毫米范围内。这可能造成一系列负面影响，如弯管的变形，螺栓的伸长，螺栓螺纹的损坏，汽缸头的损坏，带有相应密封问题的密封连接的松脱、构件磨损等等。目前呈现出来的排气区内温度的提高使得与此有关的问题更加尖锐。
为了在此消除弊端，目前试图，通过减小螺纹连接的拧紧力矩而减小构件的相互影响。虽然由于这个措施减小了弯管的变形，但是同时造成弯管强烈的周期性的长度变化。这又可能由于在螺钉头或螺栓和螺母上的带动效应通过与弯管法兰的摩擦锁合导致螺栓的损坏。由此使螺栓可能周期地往复运动，这造成螺栓螺纹的损坏、密封连接的松脱和不密封性。
发明内容
鉴于这些问题本发明的目的是，提供一种装置，它即使在以高的热负荷运行的状态下也保证管道、特别是排气弯管运行可靠的连接。
按照本发明这个目的通过一在其总体上具有权利要求1特征的装置实现。
按照权利要求1的特征部分，本发明设置一用于管道法兰的框架件，位于管道法兰上的长孔允许法兰相对于螺栓移动运动，框架件通过至少一个孔和相配的螺栓匹配的直径克服由热引起的移动运动基本上固定不动。因此穿过框架件的螺栓与法兰的移动运动脱钩。法兰的移动运动在其朝向出口的一侧上相对于紧靠的带有密封装置的环绕的密封元件的框架件，在法兰的相对置的顶面上相对于框架件的内侧，因此不与螺纹连接的螺钉头(螺母)摩擦锁合地进行。因此由热造成的法兰运动不引起螺栓的弯曲载荷。在这方面排气弯管还可以相对于整个密封件进行运动，或者排气弯管包括配设的密封件相对于其他密封件移动。
在一些优良的实施例中，法兰在沿通过长孔规定的移动方向延伸的两个纵边缘处具有一组长孔，其中框架件在其朝向出口的一侧上形成一从法兰的纵边到纵边的基本上连贯的底面，它设有用于介质的通道口和与螺栓的直径匹配的孔。由此在框架件的底面上在框架件和法兰朝向它的面之间得到一用于密封装置的位于框架件底面内侧上的密封元件连贯的密封面。
在一些特别优良的实施例中，框架件与沿法兰纵边缘延伸的从底面上折弯起来的侧壁以及盖板部分做成一体，盖板部分在法兰纵边缘区域内在其背向出口的顶面上延伸。在框架件的这种笼式结构上，在建立连接时装配过程特别方便，因为笼式包围法兰的框架件可以事先已经套在法兰上，在那里它可以有利地自动固定在安装位置上，在这个安装位置上在建立连接时螺栓既可以穿过框架件上的孔也可以穿过法兰上的长孔。
这里可以采取这样的布局，即包含一组用于螺栓的孔的盖板部分在框架件的整个长度上延伸。在这些实施例中，可能有利的是，盖板部分在位于顺序衔接的孔之间的区域内设有拱起部，它们分别在法兰顶面和盖板部分之间形成一中间空腔。减小法兰和框架件之间的接触面大小的这些中间空腔减小向框架件的热传导。
作为另一种选择可以采用这样的布局。即盖板部分被分成单独的通过中间空腔隔开的盖板部分，其中在盖板部分上设置用于螺栓的孔。这里也通过在盖板部分之间存在的中间空腔减小热传导。
如上所述，在本发明中可以通过热膨胀进行法兰和框架件之间的相对运动。确切地说，在法兰顶面和框架件的盖板部分之间以及在底面和法兰的相面向的侧面之间形成移动区，其中这里移动在密封装置的密封元件的一个或两个密封面上进行。有鉴于此，在框架件底面和法兰朝向它的面之间设置的密封元件做得减小摩擦力和/或设有减摩件，可能是有利的。此外移动也可以在层状密封件本身之间进行。
相应地在法兰的顶面和框架件的盖板部分之间存在减摩结构和/或减摩件，是有利的。
在法兰是排气弯管一部分的情况下框架件最好在法兰长孔的整个序列上延伸，此排气弯管为了形成用于多个沿纵向分布废气出口的共同连接具有细长的包含长孔的纵边缘和在末端连接它们的较短的侧边缘。在这种结构上，在多汽缸发动机的情况下整个螺纹连接也可以借助于唯一一个框架件相对于法兰的移动运动脱钩，该螺纹连接对于每个汽缸的废气出口可以具有如至少一对螺栓。
附图说明
下面借助于在附图中所示的实施例具体说明本发明。附图表示：
-图1表示一借助于螺钉连接安装在一未画出的内燃机汽缸头上的排气弯管的按近似于自然比例的，断开并部分剖开地画出的正视图，其中在附图的位于图上半部分内示出本发明装置的第一实施例，在附图的下半部分中示出本发明装置的第二实施例；
-图2表示按图1中剖分线II-II的相对于图1放大的局部纵剖视；
-图3表示在图1中所示的框架件的长度段断开表示的斜透视图，其中和图1一样，在图中上方表示第一实施例，在图形下方表示第二实施例；
-图4表示图1中视图的侧视图，其中对应汽缸头的部分区域以断开的剖视图示出；
-图5表示在图4中用V表示的部分区域放大画出的局部视图。
具体实施方式
下面以用于排气弯管连接在一多汽缸内燃机汽缸头上的螺钉连接为例说明本发明。当然本发明同样可以有利地用于其他类型管道的连接的螺钉连接中，所述管道可通流可以是气态或液态的高温介质。
在附图中在一多汽缸内燃机中在图4和5中仅仅局部表示一汽缸头，并用1表示。在汽缸头1上有用于成列设置的汽缸的沿纵向相互错开的废气出口3，其中在图1中可以看到4个废气出口3。如由最后所述的图中可以清楚看到的那样，在图4中整体以5表示的借助于本发明的螺钉连接待连接在汽缸头1上的排气弯管具有一常用结构的固定法兰7，它包围废气汇集管11(图4)的开口端。
法兰7沿其细长的纵边缘9分布地具有一组长孔13，它们可由螺栓穿过，在实施例中它们是直立螺栓15，它们固定在汽缸头1中。如图1中所示，通过用于法兰7相对于直立螺栓15的移动运动的长孔13的方位确定沿轴线17(图1)方向的移动方向，它沿纵边缘9的纵向延伸。为了在起先没有热负荷的起始位置可相互移动的元件的精确定位可以设置一相应的具有可嵌入配合轴颈的配合孔。
在图1，3和5中总体用19表示的框架件在图3中单独表示一分长度段。框架件19由一钢板一体地成形，并具有一平的底面21，在它上面有一组通孔23(图3和4)，它们在图4中所示的安装状态与汽缸头1上的废气出口3对齐。在一种未详细表示的实施形式中代替平的底面21底面也可以是卷边或形成凹凸轮廓的。如图3同样清楚表示的那样，从其平面直角形折弯的侧壁25在底面21纵向分布的侧边缘上延伸，同样折弯的盖板部分27连接在侧壁25上。根据在图1和3上半部分中所示的例子，盖板部分27可以具有连贯的盖板条的形状，而在图1和3下半部分中所示的实施例中，盖板部分分成单独的盖板部分29，在它们之间有空缺，在底面21以及在盖板部分27中，在后一个所述的例子中在盖板部分29内，有用于直立螺栓15的孔31，其中设置在框架件19上的孔31的至少一部分其直径与有关直立螺栓15的直径匹配，使得框架件19不能相对于直立螺栓15移动，所述盖板部分也可以打排孔和/或形成构造。
如同样由图3和4可以最清楚地看到的那样，框架件19具有一这样的笼式结构，使排气弯管5的法兰7在其配设于汽缸头1的一侧用其底面21包围，使得侧壁25包围法兰7的纵边缘9，而盖板部分27，必要时以盖板部分29的形式，在法兰7的顶面41上延伸。在设有相互离开一定距离设置的单独的盖板部分29的实施例中，通过缩小接触面减小弯管7和框架件19之间的热传导。在图1和3上部所示的具有连续的板条形式的盖板部分27的例子中可通过这样的方法达到热传导相应的减小，即位于孔31之间的部段中以这样的方式进行盖板部分27的变形，使得形成拱起33，通过它们在盖板部分27和法兰7之间分别产生中间空腔35(见图2)。
如由图5可见，为了更清楚起见密封装置密封元件的尺寸夸大地画出，为了密封，在弯管5和汽缸头1之间设置的密封装置具有一贴合在汽缸头1上的第一密封元件37和一个贴合在法兰7上的第二密封元件39，框架件19的底面21在第一和第二密封元件之间延伸。已经说明过，因为框架件19防止由热造成的移动运动，在第一密封元件的密封面37上不产生相对运动。另一方面可以通过热膨胀发生法兰7的移动运动，使得在第二密封元件39的密封面上可以通过这样的方法发生相对运动，即要不法兰7相对于密封元件39运动，要不密封元件39和法兰7一起相对于框架件19的底面21运动。鉴于此在第二密封元件39上和/或框架件19的底面上和/或法兰7的贴合面上采用减摩结构或材料如黄铜、青铜、氮化硼等等，可能是有利的。在法兰7的包围盖板部分27或盖板部分29的顶面41上的类似措施可能是适宜的。在一种未详细画出的实施形式中，不必强制存在第一密封元件37，通道口23也可以是翻边的或具有一圆周卷边。
如图可见，螺钉连接的螺钉头通过装在直立螺栓上的螺母43构成。拧紧的螺母43压紧在盖板部分27上或必要时压紧在盖板部分29上，亦即在框架件19的贴合面上，它不进行由热引起的移动运动。因此在法兰7移动时不会通过摩擦锁合带动螺母43，就像在螺母支承在法兰7上的情况那样。而是在法兰顶面41在相对于相关的盖板部分27/盖板部分29的移动区45内(图5)进行相对运动。因此法兰7的移动决不对直立螺栓15产生作用力。代替采用独立的密封元件37、39也可以在框架件19的底面21上形成密封卷边，它们在底面21的内侧或外侧上起密封作用。如在实际试验中所表明的那样，在本发明中用较小的拧紧力矩实现螺钉连接可能是有价值的。在一种可供选择的未具体画出的实施形式中，也可以直接采用带头螺钉，其中相应的头部与螺栓连接。即使在元件框架件19、通道口23、侧壁25和盖板部分27之间存在小的伸长，这不涉及到本发明补偿装置的有效性。也不需要所建立的每个连接都设有长孔13。

Claims (9)

1.用于形成密封的螺纹连接的装置，该螺纹连接用来将管道(5)连接在用于使装置承受热负荷的流动介质的出口(3)上，具有设置在管道(5)的固定法兰(7)上的用于有关螺栓(15)的孔(13)和一个位于法兰(7)和出口(3)之间的密封装置(37，39)，设置一框架件(19)，该框架件在留出至少一个用于介质的通道口(23)的情况下在其朝向出口(3)的一侧包围法兰(7)，并形成法兰(7)的被螺栓(15)穿过的其他边缘区(41)的至少局部的包围部，在框架件(19)上至少一个孔(31)具有一个与配设于它的螺栓(15)相配的直径，位于法兰(7)上的孔设计成长孔(13)，所述长孔使管道(5)可以在垂直于螺栓(15)的移动方向(17)运动，在框架件(19)朝向出口(3)的部分(21)的两侧有密封装置的密封元件(37、39)；
法兰(7)在沿通过长孔(13)规定的移动方向(17)延伸的两个纵边缘(9)上具有一组长孔(13)，框架件(19)在其朝向出口(3)的一侧上形成一个从法兰(7)的纵边缘(9)到纵边缘(9)的连贯的底面(21)，该底面设有用于介质的通道口(23)和设有与螺栓(15)的直径匹配的孔(31)；
其特征为：框架件(19)设计成与从底面(21)折弯的侧壁(25)以及盖板部分(27、29)成一体的，所述侧壁沿法兰(7)的纵边缘(9)延伸，所述盖板部分在法兰(7)纵边缘(9)区域内在其背向出口(3)的顶面(41)上延伸。
2.按权利要求1的装置，其特征为：包含一组用于螺栓(15)的孔(31)的盖板部分(27)在框架件(19)的整个长度上延伸。
3.按权利要求2的装置，其特征为：盖板部分(27)在依次排列的孔(31)之间的区域内设有间隔面和/或拱起部(33)，它们分别在法兰(7)的顶面(41)和盖板部分(27)之间形成一中间空腔(35)。
4.按权利要求2的装置，其特征为：盖板部分被分成单独的通过中间空腔隔开的盖板部分(29)，用于螺栓(15)的孔(31)设置在盖板部分(29)内。
5.按权利要求1至4之任一项的装置，其特征为：在框架件(19)的底面(21)和法兰(7)的相面向的面之间设置的密封元件(39)设计成减少摩擦的和/或设有减摩件。
6.按权利要求1至4之任一项的装置，其特征为：在法兰(7)的顶面(41)和框架件(19)的盖板部分(27、29)之间存在减摩结构和/或减摩件。
7.按权利要求1至4之任一项的装置，其特征为：法兰(7)是排气弯管(5)的一部分，它为了形成用于沿纵向分布的多个废气出口(3)的共同连接具有细长的包含长孔(13)的纵边缘(9)和在末端连接它们的较短的侧边缘，框架件(19)在法兰(7)的整组的长孔(13)上延伸。
8.按权利要求1至4之任一项的装置，其特征为：通过长孔(13)规定的移动方向(17)沿法兰(7)的纵边缘(9)延伸。
9.按权利要求1至4之任一项的装置，其特征为：所述螺纹连接用来将排气弯管(5)连接在内燃机废气出口(3)上。
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