CN102454465A - 后处理安装系统 - Google Patents

Abstract

一种排气后处理模块，包括用于将模块连接到一表面上的多个安装架。所述安装架以放射状形式布置在模块的中央位置周围。所述安装架还具有与穿过所述中央位置的径向膨胀方向对准的移行方向。

Description

后处理安装系统

技术领域

本发明涉及后处理模块的安装/装配/固定。

背景技术

许多动力系统需要后处理模块以便控制排放物。后处理模块可能在操作过程中变热并且膨胀，但是，后处理模块通常安装在不会同样变热或膨胀的表面上。该热膨胀差异导致应力的产生。

美国专利No.6,209,844公开了一种用于支承排气系统的装置，该装置可在排气系统的纵向方向上枢转，以便允许排气系统的膨胀。

发明内容

一方面，提供的排气后处理模块包括用于将模块连接到一表面上的多个安装架。所述安装架布置在模块的中央位置周围。所述安装架还具有与穿过中央位置的径向膨胀方向对准的移行方向。另一方面，提供的排气后处理模块包括用于将模块连接到一表面上的多个安装架，其中，所述安装架以放射状形式布置在模块的中央位置周围。

另一方面，提供了将排气后处理模块安装在一表面上的方法。该方法包括在模块上选择中央位置并且将安装架以放射状形式定位在模块的中央位置周围。

通过后续的说明和附图，本发明的其它特征和方面将更加明显。

附图说明

图1是包括发动机的机车和安装在机车上的后处理模块的侧视图；

图2是包括发动机的发电机和安装在发电机上的后处理模块的侧视图；

图3是示例性的后处理模块中的元件的俯视图；

图4是后处理模块和用于将模块安装到机器上的安装系统；

图5是图4的后处理模块的俯视图，示出了包括在安装系统中的安装架的位置；

图6是图5的安装架的立体图；

图7a是后处理模块相对于安装表面膨胀之前的图6的安装架的侧视图；

图7b是后处理模块相对于安装表面膨胀之后的图7a的安装架的侧视图；

图8是一种可选的安装架的立体图；以及

图9是用于安装后处理模块的方法的流程图。

具体实施方式

图1和图2示出了用于给示例性机器2提供动力的动力系统1。图1示出了给可移动机器例如列车机车3提供动力的动力系统1。图2示出了给静止的/固定的机器例如发电机4提供动力的动力系统1。动力系统1可以用于驱动任何种类的可移动的或静止的机器2，包括公路用卡车或机动车、非公路用卡车、矿用卡车、铰接式卡车、运土装置、矿用装置、发电机、航空应用、其它机车应用、海事应用、泵、或其它用发动机作为动力的应用。

动力系统1包括发动机10和后处理组件、系统或模块100。发动机10用于给机器2提供动力。发动机10包括将排气14输送给后处理模块100的排气管12。排气管12也可以包括波纹管16。

发动机10也可以包括许多其它未示出的系统和元件，例如空气系统、涡轮系统、燃料系统、传感器、冷却系统、外围部件、传动元件、混合元件、排气再循环系统、圈、衬垫、连杆、机轴、油底壳、油泵、飞轮、轴承等等。发动机10可以是任何种类的发动机(内燃式发动机、气体发动机、柴油发动机、气态燃料发动机、天然气发动机、丙烷发动机、四冲程发动机、两冲程发动机等等)，可以是任何尺寸，具有任何数量的气缸并且为任何构型(“V”型、直列式、星形/辐射式等等)。

后处理模块100通过安装系统200安装到机器安装表面5上。安装系统200可以被看作模块100的一部分。机器安装表面5可以是机器2的一部分，或者对于静止机器2而言安装表面可以是安装有后处理模块100的另一个结构的一部分。机器安装表面5可以，如图2所示，是机器2的顶板6，或者如图1所示，在顶板6的表面下方的凹陷区域7的底面上。

机器安装表面5不必为如图1和2中所示的顶面或顶板6。机器安装表面5也可以是侧表面，后处理模块100悬挂在机器2或其它结构的侧面。机器安装表面5也可以是机器2或其它结构的底面，后处理模块100悬挂在机器2或其它结构的下方。机器安装表面5可以是多种表面类型。机器安装表面5可以是图中示出的平坦表面或者可以包括不规则式样的机架构件并且可以与机器2的不同部件相结合。机器安装表面5也可以包括表面的组合。例如，安装系统200可以置于模块100的底面和机器2之间以及模块100的侧面和机器2之间。

后处理模块100是构造成从排气14中除掉组成成分例如NOx和微粒的装置。后处理模块100可以包括许多不同的构型。美国专利申请12/645014、12/881274和12/320425中公开了一些这样的后处理模块100，所有这些文献通过引用结合入本文。后处理模块100可以被容纳在如所示出的长方形盒中以便容纳和引导排气14，具有另一形状的结构，或者可以是在单个框架上由管道连接的多个装置的组合。

图3示出后处理模块100的元件、结构和布局的一种可能的组合的示例。同样，元件、布局和结构的许多其它组合是可行的。图3示出了排气14的从排气管12进入两个入口102的两股流。然后，排气14的所述两股流通过柴油氧化催化剂(DOC)104——其将一氧化碳(CO)和未燃尽的碳氢化合物(HC)氧化成二氧化碳(CO₂)。接着，排气流被示出为在离开柴油氧化催化剂(DOC)104后混合。

如图所示，后处理模块100也可以包括具有还原剂供应器112、还原剂管道114和还原剂喷射器116的还原系统110。还原剂供应器112可以安装在后处理模块100上或者如图所示为独立件。还原剂供应器112可以包括贮备有还原剂例如尿素的罐以及用于通过还原剂管道114将还原剂供应给还原剂喷射器116的泵。

还原剂喷射器116将还原剂喷入排气14的混合流。接着，排气14的流又一次分开并通过两个选择性催化还原(SCR)装置118中的一个。选择性催化还原装置118包括催化剂，以用于在存在还原剂的情况下将NO和NO₂还原为N₂。接着，排气14通过出口120排出。

入口102和出口120可以定位并定向成容许排气14从若干不同的方向(包括从后处理模块100的顶面122、底面124、侧面126、前面128、后面130以及中央)进入和离开。在后处理模块中排气14的流径也可以具有各种弯曲、转向、分叉和汇合，以便引导排气14通过可能被包含的各种元件。

在其它构型中，后处理模块100也可以包括一个或更多个柴油微粒过滤器(DPF)、催化柴油微粒过滤器(CDPF)、热源，以用于从柴油微粒过滤器、消音器、水解催化剂、稀薄氮氧化物捕集器(LNT)、氨氧化催化剂(AMOX)、DPF和SCR组合装置(CDS)、以及任何其它合适的排气处理装置中回收或去除碳灰。

从图4最佳地看出，模块100的顶面122、底面124、侧面126、前面128和后面130可以构成长方形盒结构。底面124可以构成将后处理模块100连接到安装系统200上的模块安装表面132——该安装系统200将后处理模块100连接到机器2上。模块安装表面132也可以由后处理模块100的其它部件构成或者为与后处理模块100连接的结构。模块安装表面132也可以由表面的组合构成。例如，顶面122、侧面126、前面128或后面130可以用于构成模块安装表面132的全部或一部分。

从图4最佳地看出，后处理模块100的外表面可以由金属薄板制成，所以后处理模块100可能需要框架134。在一个示出的实施例中，框架134与模块100的底面124连接。框架134可以包括为后处理模块100提供刚性和结构支承的横向构件。框架134根据给定的布置的需要而定位和设定尺寸。

安装系统200包括多个安装架202。安装架202是用于将模块100安装或连接在安装表面5上的装置。安装系统200也可以包括延伸部分203，以用于填充后处理模块100和安装表面5之间的间隙。

从图5最佳地看出，安装架202定位在中央位置204周围。安装架202可以布置成——至少大约——沿着径向环206围绕着中央位置204。安装架202的布置形式也可以在某种程度上围绕中央位置204对称。如图4所示，安装架202可以定位成沿着框架134的部件(在其上方或下方或侧方)以便提供附接点/安装点。

安装架202包括移行方向208。安装架202在移行方向208上具有一定的运动自由度。对于每个安装架202，移行方向208与通过(至少近似地)中央位置204的径向膨胀方向210对准。

图6中示出了安装架202的一个实施例。在这个实施例中，安装架202示出为包括模块安装架212和机器安装架214。模块安装架212安装在模块安装表面132上，并且机器安装架214安装在机器安装表面5上。模块安装架212和机器安装架214均具有“U”型横截面。模块安装架212的尺寸适合装配在机器安装架214内并具有由模块安装架212的外部和机器安装架214的内部之间的总差异或间隙限定的移行距离216。在另一个实施例中，安装架202可以布置成模块安装架212的尺寸适合于装配在机器安装架214内部。

滑杆218延伸通过并连接模块安装架212和机器安装架214。滑杆218对准移行方向208，以提供模块安装架212和机器安装架214之间的相对运动中的移行距离216。滑杆218的位于模块安装架212外部的一个或两个端部可以包括帽220。帽220可以如所示出的由螺纹连接在滑杆218的端部上的螺母构成，或者为滑杆218中的弯头、焊接块、或者多种其它形式。

螺栓222可以用于将模块安装架212附接到模块安装表面132上以及将机器安装架214附接到机器安装表面5上。绝缘板或垫224可以夹在模块安装架212和模块安装表面132之间以及机器安装架214和机器安装表面5之间。其它实施例可以不包括绝缘板224。如图6中模块安装架212的背面可以看到的，连接板226也可以视强度需要添加到安装架202的元件上。

图8中示出安装架202的另一个实施例。在这个实施例中，机器安装架214包括通道228，模块安装架212的一部分沿着通道228在移行方向208上行进。如图所示，顶板230悬挂在底板232上形成了通道228。模块安装架212包括“T”型杆234。“T”型杆234的底端限制在通道228中并且“T”型杆234的顶部通过螺母236固定在机架134上。在其它实施例中，模块安装架212和通道228可以具有多种其它互补的形状以便容许在移行方向208上的运动。如前所述，模块安装架212和机器安装架214也可以换向。

工业适用性

模块100会随着加热增长或膨胀。图5示出了由于热膨胀，模块的长度由L1增长为L2，模块的宽度由W1增长为W2。当然，在该过程中模块100的高度和其它方面也会增长。

通过模块100的热排气14加热模块100。在其它实施例中，也可通过用于使柴油微粒过滤器再生的热源加热模块100。模块100可以被加热到高于环境温度约490摄氏度或更高温度。

尽管本发明不仅限于大模块100，然而由于本文描述的一些原因，本发明可以特别适用于大模块100。大模块100可以定义为长度大于2米且宽度大于1米的模块100。大模块100也可以较重，可能地超过2000磅。在一个实施例中，大模块100的长度L1可以接近4米且宽度W1可以接近2米。在该实施例中，模块的重量可以为差不多5000磅。在大约480摄氏度，模块100可以从环境条件下的尺寸增长或膨胀为长度增长接近26mm、宽度增长接近12mm。当然，这只是尺寸和增长程度的一个示例，以便说明相关尺寸的基本量级。其它实施例可具有各种形状、尺寸、热膨胀系数和相关的温度变化。

尽管如前所述模块100变热且增长，安装表面5可以保持相对较凉并且并未近乎同样膨胀。模块100和安装表面5之间的温差可以高达接近430摄氏度。在其它实施例中，温差可能会更高。结果，安装表面5可能不像模块100那么膨胀，并且如果模块100刚性地附接在安装表面5上会导致应力。这些应力可以导致刚性安装架的疲劳或失效，或者模块100或安装表面5或机器2的另一个部件的弯曲或甚至撕裂。

为了减少由这些热膨胀造成的应力并且防止损坏，可能需要可移动安装架。该可移动安装架可以设计成枢转或滑动。可移动安装架也可以为弹性体或橡胶隔离安装架(rubber isolation mount)——其用变形取代枢转或滑动。但是，这些解决方案具有缺点。第一，这些安装架会允许模块100在动态或冲击负载作用下运动。由于模块100可能很重并且机器2可能是可移动的(具有相关的起点、终点、振动、冲撞和碰撞)，这些动态或冲击负载和冲力可能很大。模块100的显著运动会导致重量不平衡、导致疲劳并增加应力。

第二，可移动安装架也需要考虑在多于一个移行方向上的运动。由于模块100可能很大，可能不仅仅是长度上的热膨胀的量显著，因此也需要考虑在其它方向上的膨胀。尽管橡胶隔离安装架可以应付不同方向上的运动，机械滑动或枢转安装架可能需要昂贵的复杂设计。复杂设计可能相对比较脆弱，需要使用更多安装架。

第三，由于这些安装架可能需要考虑模块100的整个长度L1或宽度W1上的增长，这些安装架可能需要应付大的移行距离。

第四，橡胶隔离安装架可能昂贵且强度不够，需要使用很多橡胶绝缘安装架。橡胶隔离安装架也承受着温度循环和可能导致退化的因素。橡胶隔离安装架也可能具有有限范围的运动，且可能需要大高度以提供大模块所需的运动量。大高度可能使得橡胶隔离安装架脆弱并且更加昂贵。

安装架也可以设计成在一个角落或一个区域为刚性安装架且在其它位置为可移动的安装架，用于支承且应付热膨胀。该安装架结构可以使动态负荷造成的所有应力集中在该刚性安装架上，并且因此该刚性安装架需要具有承受该应力所需要的额外代价。同时，可移动的安装架仍然具有上述相同的问题。模块100，特别是大模块100，可能也需要设计成具有更高强度以便承载施加在刚性安装架上的载荷。

由于大模块100的重量、位置、尺寸和大量的安装架导致大模块100不容易维护，所以对于大模块100而言上述可能的失效尤其是一个问题。

公开的安装系统200减轻了许多上述问题。第一，安装系统200锁定了模块100使其不会由于动态或冲击负载而运动。由于所有的安装架202仅具有彼此不同的单一或受限的移行方向208，从而防止了模块100在任何方向上的运动。安装架202的放射状和对称形式整体上也有助于阻止模块100允许任何不受限的移行方向。

第二，由于安装架202的定向和定位，安装架202可以设计成具有仅一个的移行方向。由于每个安装架202具有对准或定向于穿过公用或共用中央位置204的径向膨胀方向210的移行方向208，模块100可以膨胀或增长而不受限制。因此，安装架202仅需要一个移行方向208。仅具有一个移行方向208使得安装架202更简单、更耐用且更便宜。

第三，减少了移行距离216。由于安装架仅需要应付从中央位置204向外的增长，所需的移行距离减少了一半。安装架202不再需要适应模块100的整个长度或宽度上的增长，安装架202仅需要应付从中央位置204向外的增长。

第四，安装架202设计不必依靠橡胶或其它弹性体材料，这些材料可能比较昂贵且可能退化且造成受限的范围。另一方面，安装架202的对称和放射状形式也有助于分配应力。该应力分配对大模块100而言可能特别重要。

中央位置204可以选择为模块长度L1的中间点和模块宽度W1的中间点的交叉点。考虑不同的方式，中央位置204可以选择成使得从中央位置204沿相对方向的热膨胀大致相等。例如，假定模块100为上面给出的尺寸，模块100将从中央位置204在长度方向上增长13mm(预期膨胀长度26mm的1/2)且从中央位置204在宽度方向上增长6mm(预期膨胀宽度12mm的1/2)。

中央位置204的选择也可以略微随意并且因此在一个方向上偏离而对安装系统200的性能没有显著的影响。因此，中央位置204理解为大体在模块100的中央附近的任何位置。然而，如果中央位置204相对于一侧面或角落偏离太远，将会导致应力——由于安装架202的移行方向208不能不受限制地对准模块100的膨胀。

在一个实施例中，中央位置204可以在模块100的总长度L1的中央50％内。在另一个实施例中，中央位置204可以在模块100的总宽度W1的中央50％内。在另一个实施例中，中央位置204可以在模块100的总长度L1的中央50％内并且在模块100的总宽度W1的中央50％内。在另一个实施例中，中央位置204可以在模块100的总长度L1的中央25％内。在另一个实施例中，中央位置204可以在模块100的总宽度W1的中央25％内。在另一个实施例中，中央位置204在模块100的总长度L1的中央25％内并且在模块100的总宽度W1的中央25％内。

全部的安装架202可以共用共有的设计，移行距离216足够应付模块100的最大预期增长，但是离中央位置204较近的安装架202可以设计成具有较短的移行距离216。例如，假定为上面给出的尺寸，安装架202可以设计或构造成具有至少13mm的移行距离216。

图7a和7b示出了如何获得移行距离216的一个实施例。图7a示出了模块100膨胀之前的安装架202，图7b示出了模块100膨胀之后的与图7a相同的安装架。图7a和7b中，安装表面5保持相对较凉并且因此不显著增长。图7a中，模块安装架212偏向中央位置204。图7b中，模块安装架212示出为已经沿着滑杆218远离中央位置204向右侧滑动、移位或移行。

图8示出了一个可选的实施例，通过“T”型杆234在通道228中滑动、移位或移行而获得移行距离216。在另一个实施例中，安装架202可以设计成通过移行方向208上的枢转动作(而不是移位或滑动)而获得移行距离216。在另一个实施例中，安装架202可以包括弹性体材料或橡胶以获得移行距离216。

隔热板224可以用于限制模块100和安装表面5之间的热传递。阻止热传递也是为什么模块100并未装配有与安装表面接触的大表面区域的原因。通过限制热传递，安装表面5保持相对较凉并且因此可以使用更便宜的金属或其它材料。波纹管16有助于应付模块100相对于发动机10和机器2的其它元件的增长和运动。

图9示出了用于装配上述安装系统200的方法300。第一步301为选择中央位置204。第二步302包括将安装架202设置成离中央位置204具有至少预期热膨胀的移行距离216。第三步303包括将安装架202以放射状形式定位在中央位置204周围。第四步304包括对准移行方向使其通过中央位置204。

安装系统200也可以应用于除后处理模块100之外的装置。安装系统200可以应用于任何环境——其中一个装置安装在另一个装置上并且在两者之间具有大的温度梯度，因此产生热应力。

尽管在不脱离后续权利要求的范围的情况下本文中公开的实施例可以相互结合，本领域技术人员显然可以进行各种更改和变形。通过参考公开的说明书和实施过程，本领域技术人员显然可以得到其它实施例。说明书和实施例仅倾向于示例性的，实际保护范围由后续权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种排气后处理模块，包括用于将模块连接到一表面上的多个安装架，

其中，所述安装架布置在模块的中央位置周围，并且所述安装架具有与穿过所述中央位置的径向膨胀方向对准的移行方向。

2.根据权利要求1所述的排气后处理模块，其特征在于，所述安装架以放射状和对称形式定位在所述中央位置周围。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的排气后处理模块，其特征在于，所述安装架具有仅一个移行方向。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的排气后处理模块，其特征在于，所述安装架的元件相对于彼此滑动以沿着移行方向获得移行距离。

5.根据权利要求4所述的排气后处理模块，其特征在于，所述安装架包括：

固定在模块上的模块安装架；

固定在所述表面上的机器安装架，其中所述模块安装架和所述机器安装架之间限定一间隙；和

滑杆，该滑杆固定在模块安装架和机器安装架之一上并与模块安装架和机器安装架中的另外一个滑动接合，其中所述滑杆沿着移行方向布置并且所述间隙限定移行距离。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的排气后处理模块，其特征在于，所述安装架在可移动机器的顶部和模块的底部之间。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的排气后处理模块，其特征在于，所述安装架的布置结构阻止所述模块动态运动。

8.将排气后处理模块安装到一表面上的方法，包括：

在模块上选择中央位置；和

将安装架以放射状形式定位在所述中央位置周围。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括：将所述安装架的移行方向对准通过所述中央位置的径向膨胀方向。

10.根据权利要求8-9中任一项的方法，其特征在于，进一步包括：将所述安装架设置成离所述中央位置具有至少预期热膨胀量的移行距离。

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