CN103688125A - 用于减小热交换器的管束在其壳体内的振动的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于减小热交换器的管束在其壳体内的振动的装置，其中在管束已被制造后，该装置允许紧固和快速的插入。在制造管束后的这种容易的插入允许管束所遭受的高温（用于通过钎焊的附接）不影响该装置的性能，具体地，例如通过回火取得的弹性。

Description

用于减小热交换器的管束在其壳体内的振动的装置
技术领域
本发明涉及一种用于减小热交换器的管束在其壳体内的振动的装置，其中在管束已被制造后，该装置允许紧固和快速的插入。在制造管束后的这种容易的插入使得管束所遭受的的高温（用于通过钎焊的附接）可以不影响该装置的性能，具体地，例如通过回火取得的弹性。
背景技术
为高流体流速设计的热交换器，例如用于“EGR”（废气再循环）系统中以减小在内燃发动机中的氮氧化物（NOx）排放的那些热交换器，是具有很大质量的装置。
通常的构造是布置了容纳管束的壳体的构造，其多个管形成了束装（packing）。在壳体内循环有第一流体即液体冷却剂，该第一流体从管束移除热量，通过这些管循环有第二流体即待冷却的气体。
管束具有纵长的形状并且其质量很大。当该换热器遭受如在车辆中发生的外部刺激时，该管束具有动态性能，其特征在于振动的基本模态。最相关的是振动的第一基本模态，并且其与最低基本频率相关。由与振动模态相关的波腹中的变形所导致的位移可能很大，造成显著变形，这些显著变形是材料疲劳、机械干涉的原因，并且因此是破损和噪音的根源。
特别地，货车的交换器非常长，能够达到超过300毫米的长度，其带有具有200赫兹左右的自然频率的管束，其在发动机的范围内。这种类型的管束或也称之为管组（battery）可重达5到11千克之间，造成需要非常稳固的支撑件。
制造这些管束的通常方式是通过钎焊。通过在附接表面内插设包含合金的钎焊料膏（brazing paste）来组装管道、附接部件和支撑件，钎焊料膏在低于组成部件的熔点下熔解。这样附接的组件被引入熔炉中，导致钎焊料膏的熔解，而待附接的部件的金属未熔解。然而，尽管这些部件未达到熔解温度，熔炉的温度可到足够使它们软化的1100℃左右。例如，在经过钎焊熔炉后，具有通过回火以实现特定的弹性性能而取得的马氏体结构的钢将不复存在。
管束由管道形成，管道的自然频率取决于其长度，当所述管道制造得更长时，自然频率减小。当管道的自然频率非常低并且接近由发动机引起的一次谐波时，管束可开始共振，并且可发生由于振动的破损。为防止交换器的管束在壳体内的振动的问题，建立了在管束和壳体之间的不同于端部的支撑点，使得形成管束的管道如同它们短于它们的实际长度般工作，并且因此它们具有更高的自然频率，远离发动机振动所在的频率。这些中间支撑点因此限定了新的节点（node），其改变了由振动导致的管束的动态性能。
管束和壳体之间的这些支撑点为弹性的是合宜的，因此如果为了该目的将弹性部件结合入，那么它们必须在经过熔炉后安装，因为否则它们的弹性性能将被破坏，并且它们经历的任何变形将为永久性的。
在具有公开号EP1870656A2的欧洲专利中提议的解决方案是已知的。该专利申请描述了可在管束经过熔炉后安装的弹性夹（clip）。
所描述的夹安装在管束的一个面中，或者因为接纳弹性元件的固定件已预先固定在管束上（例如在熔炉中），或者使用了将管保持附接在管束的长度的特定点处的部件。该部件通常称之为挡件。
当使用该部件时，制造有容纳扁条（flat bar）的孔，从扁条呈现出楔形或叉形元件。这种构造允许通过滑动弹性支撑件的插入，其中该滑动沿着平行于管束的主纵向且横向于该部件的方向。为了移除，必需按压弹性的楔形或叉形部分，并且强行取出。
所有提议的解决方案需要在管束的各个面中以独立的方式的插入，并且尽管固定件防止其取出，但其未确保没有振动的附接。如果其具有特定的间隙，则楔形或叉形在插入之后复原其位置。该间隙在插入之后被保持，并且可造成不期望的振动。
发明内容
本发明提议一种更简单的备选解决方案，一旦管束经过熔炉，该方案允许其安装，大大减少了安装时间，并且还允许以快速的方式的用于其替换的移除。
本发明涉及一种装置，其可安装在热交换器中，优选地在属于用于冷却内燃发动机的废气的EGR系统的交换器中，该装置布置在管束或管组中，其管容纳在壳体中，使得管束的弹性支撑被建立在壳体的内表面上。该装置的特殊构造允许解决上文描述的问题。
本装置意在用于的管束具有的构造包括至少一个主面和两个邻近的侧面，并且其中管束还具有在管之间的一个或更多连接部件或“挡件”，造成在主面和邻近的侧面中的伸出部。
构造管束的管通过称之为连接部件或“挡件”的部件保持。如果它们遭受振动，该部件保持不同管之间的恒定的附接。该部件需要在主面和邻近的侧面两者中，从由管束的管的组件形成的束装伸出。装置的固定件将设立在伸出区域中。
如在现有技术中已经描述地，已知一种夹，其同样地固定至连接部件但需要孔的存在，在孔中插设允许进入但不允许取出的楔形片。
本发明的装置另外还包括：
·适于布置在主面上的第一部分和适于布置在侧面上的两个第二部分，其中这些第二部分从第一部分的端部形成并且相对地布置，使得第一部分和第二部分构造成“U”。
装置的该第一特征基于其具有的形状限定了与管束的连接模式。在两个侧面上延伸的两条臂的存在将允许当其安装时的保持力（retention）、在安装期间容易的插入及当其有必要替换时它的抽出。
·一个或更多固定件，其布置在构造成“U”形的各部分中并且向由第一部分和第二部分形成的“U”的内侧定向，这些固定件适于接纳由在管束的管之间的连接部件形成的伸出部。
连接部件在主面中并且也在侧面中伸出。该装置具有"U"形形状，“U”形形状具有意在在主面上被支撑的第一部分和意在在侧面中被支撑的两个第二部分。这些部分各自又具有也具有"U"形形状的固定件。这些固定件覆盖由连接部件形成的伸出部的一部分。
装置向管束的插入使得固定件通过以不同的方式靠近实现了所述固定。在第一部分中的固定件以相对的方式靠近由连接部件形成的伸出部，并且更靠近地移动，直到U形固定件覆盖伸出部的部分。靠近移动在主面中横向于伸出部。另一方面，在第二部分中的具有相同的靠近移动的固定件平行于侧面的伸出部移动。它们首先与侧面上的伸出部的始端接触，所述侧面在固定件的"U"内容纳伸出部；并且直到到达最终位置，它们滑动允许伸出部沿着它们的内部滑动。
通过装置的这种构造，以单个插入操作将支撑件结合到三个面（主面和两个邻近的侧面）上是可能的。如此构造的这些固定件允许装置向管束的插入和装置从管束的抽出，并且"U"形形状在由管束的管限定的纵向上又限制了装置的移动。
·一个或更多弹性支撑元件，其布置在各部分中并且向由第一部分和第二部分形成的“U”的外侧定向，这些弹性支撑元件适于在热交换器的罩壳的内侧上被支撑。
一旦装置落位在最终位置，通过将弹性支撑元件布置在"U"的外侧上，其解决了在管束和罩壳之间设立支撑的问题。
在本发明的优选的实施例中，这种弹性元件通过冲切并且随后折弯扁条构造，其造成了装置的所有的元件。由于装置在管束制造之后安装，所以使用的材料的弹性性能不受钎焊熔炉的高温影响。
管束和罩壳之间的支撑限定了管束的振动的模态中的新的节点，提高了与具有最低特性频率的振动的模态相关的频率的值。
·两个第二部分均包括保持夹，使得两个夹相对地操作以将所述装置保持在管束中。
一旦装置插设在管束上，在各侧上的保持夹的存在弹性地保持该装置。构造成"U"形的第一部分和第二部分具有弹性性能。各第二侧面部分中并且相对地操作的夹的存在限制住管束。在本发明的优选的模式中，这些夹有向由第一部分和第二部分形成的主要的"U"的内侧的伸出部的形状。向内侧的伸出部进入槽，例如由两根邻近的管形成的槽。也可能是将第二部分布置成具有更大的长度，并且允许在侧表面终止处边缘中夹的支撑。
本发明可依照不同的实施例实施，特别地那些通过从属权利要求2至8设立的实施例，其通过引用并入该说明书。
结合至少一个根据权利要求9的装置的热交换器同样是本发明的一个保护客体，其中根据权利要求9的该交换器通过引用并入该说明书。
附图说明
参考附图，从以下优选实施例的详细描述，本发明的这些和其他特征及优点示出得更加清楚，这些实施例仅通过说明性且非限制性的示例给出。
图1示出了用于EGR系统的热交换器的实施例，该EGR系统用于内燃发动机中的气体的再循环。根据分解透视图示出该热交换器，并且其允许观察根据实施本发明的一种方式的用于减小振动的两个装置的位置。
图2a、2b根据正视图和侧视图示出了根据一个实施例的装置。
图3以透视图示出了该装置的相同的实施例。
图4示出了根据相同的实施例的装置和管束或管组之间的附接的侧面细节。
具体实施方式
图1示出了由容纳管束2的壳体3形成的热交换器的一个实施例，其中的管束2也被称为管组。壳体3具有用于在其中循环的液体冷却剂（为了视图的清楚没有标出）入口和出口。
该液体冷却剂与管束2接触，待被冷却的气体循环通过这些管。热气体通过交换表面将热量传递至液体冷却剂，交换表面限定了形成管束2的管。该管束2也依次具有用于第二流体即待被冷却的气体的入口和不同的出口。图示出了气体出口总管4。
管束2容纳在壳体3内，使得在管束和壳体3的内表面之间存在间隔。取决于其端部处的紧固，管束2遭受振动并且沿其长度变形。
该相同的图示出了在特定距离处保持形成管束2的管彼此紧固的连接部件2.1。图1中所示的示例中，存在三个连接部件2.1，两个由根据本发明的实施例的装置1覆盖而第三个2.1未被覆盖以便允许示出其布置和构造。
此连接部件2.1被示出为在限定具有棱柱形的管束2的四个壁中伸出。虽然根据该实施例的装置1的支撑直接通过管束2的表面发生，但连接部件2.1允许在纵向上的保持力。纵向被认为是由管束2的管所确定的优选方向。
根据第一实施例的用于减小振动的装置1在管束2的棱柱形主体的三个面中被支撑，其中一个面将被称为主面2.2，两个面将被称为侧面2.3。例如，这些面2.2、2.3在管之间的间隔处可具有凹部或凹口。一旦装置1被布置在管束2上，它们向外侧提供弹性支撑元件1.3，当管束被引入壳体3内时，该外侧弹性支撑元件1.3意于被支撑在壳体3的内面内。在装置1的纵向位置中，该支撑件设立了用于管束2的振动的模态的节点。
一旦被安装，装置1必须允许在壳体3中的容易的插入，并且必须紧固地连接至管束2以允许插入而装置1相对于管束2没有纵向上的移动。
其次，合宜的是，对于装置1，还允许管束2的取出以允许维护作业。
鉴于图2a、2b和3，可以看出，根据本发明的装置1的构造通过冲切并随后折弯的扁条来获得。
该扁条示出了第一部分1.1，其通过两个第二部分1.2延伸。一旦被折弯，这些第二部分1.2构成具有相对的第二部分1.2的"U"。该"U"形构造允许包围管束2的主面2.2和两个侧面2.3。
从形成第一部分1.1的扁条以及从第二部分1.2，侧向延伸有折弯的扁条，其向一侧形成弹性元件1.3，而向另一侧侧向延伸有折弯的扁条，其形成固定件1.4以及垫板（skid）1.5。
由于它们的较长的长度以及所使用的材料的弹性特性，弹性元件1.3是弹性条（strip）。这些弹性元件1.3允许在壳体3的内面中的装置1的支撑。壳体3的内面中的弹性元件1.3的支撑优选地发生在突出的位置处（根据与管束2上的装置1的支撑表面垂直的方向），其中，支撑表面搁靠在管束2上。
弹性元件1.3具有相对于第一或第二部分1.1、1.2的高度，相比于管束2和壳体3的内壁之间的距离，弹性元件1.3从第一或第二部分形成出更多，以致因此能够维持两个元件之间的隔开的弹性力。弹性元件1.3的楔形形状允许管束2容易地进入壳体3内，尽管此较大的高度意味着机械干涉。
弹性元件1.3的端部又向内侧弯曲以便在管束的相对于壳体3取出的方向上也提供楔形表面。
固定件1.4的形状为"U"形，其中定向该"U"形使得其在上部覆盖由管束2的管的连接部件2.1形成的伸出部。
图4示出了管束2的一部分，其带有装置1的侧视图。遵循图中所示的定向，管的纵向是竖向的，并且装置1的插入是从右到左的。在该图中，可以观察到对应于第一部分1.1的右边的固定件1.4与连接部件2.1形成的伸出部将如何彼此靠近，直到覆盖住由连接部件2.1形成的伸出部。
遵循本发明的装置1的插入的该相同方向，在图的中间所见的并且对应于第二部分1.2的固定件1.4将从右进入，从开始就容纳由连接部件2.1形成的伸出部，并且将滑动至其最终位置，允许连接部件2.1的伸出部的通过。
在与弹性元件1.3延伸处相对的一侧，延伸有具有与管束2的支撑表面垂直的折弯部的垫板1.5，这减小了在固定件1.4内由连接部件2.1形成的伸出部的横向间隙。
夹1.6构造成与在管束2的管之间形成的间隙重合。在该图4中所使用的管束2在侧表面2.3中具有多个凹部，而在图1中所使用的管束2仅具有一个凹部，使得该图不会过于复杂。
固定件1.4防止纵向上的移动，但是允许插入，而不需要如现有技术中出现的对连接部件2.1钻孔或插入在孔内复原的片。
通过由于U形构造而产生的相对地夹持以及通过夹1.6的保持力的附接防止了将成为额外的振动和噪音的来源的间隙的存在。

Claims (9)

1.一种用于减小热交换器的管束（2）在其壳体（3）内的振动的装置，其中，所述管束（2）示出的构造包括主面（2.2）和两个邻近的侧面（2.3），并且其中所述管束（2）还具有在管之间的一个或更多连接部件（2.1），造成在所述主面（2.2）和所述邻近的侧面（2.3）中的伸出部，所述装置的特征在于其包括：
·适于布置在所述主面（2.2）上的第一部分（1.1）以及适于布置在所述侧面（2.3）上的两个第二部分（1.2），其中这些第二部分（1.2）从所述第一部分（1.1）的端部形成并且相对地布置，使得所述第一部分（1.1）和所述第二部分（1.2）构造成“U”，
·一个或更多固定件（1.4），其布置在构造成“U”形的各部分（1.1，1.2）中并且向由所述第一部分（1.1）和所述第二部分（1.2）形成的所述“U”的内侧定向，这些固定件（1.4）适于接纳由在所述管束（2）的管之间的所述连接部件（2.1）形成的所述伸出部，
·一个或更多弹性支撑元件（1.3），其布置在各部分（1.1，1.2）中并且向由所述第一部分（1.1）和所述第二部分（1.2）形成的所述“U”的外侧定向，这些弹性支撑元件（1.3）适于在所述热交换器的所述壳体（3）的内侧上被支撑；以及，
·两个第二部分（1.2）均包括保持夹（1.6），使得两个夹（1.6）相对地操作以保持所述管束（2）中的所述装置（1）。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置依照冲切和折弯的扁条来构造。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述弹性支撑元件（1.3）依照允许将所述管束（2）插入所述壳体（3）中的楔形折弯部构造。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述弹性支撑元件（1.3）沿第二折弯部延伸，造成倾斜延伸部（1.3.1），所述倾斜延伸部（1.3.1）便于所述管束的抽出而不锁定在所述壳体（3）中。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，一个或更多固定件被构造成所述第一或第二部分（1.1，1.2）的具有折弯部的横向延伸部，以造成向由所述第一部分（1.1）和所述第二部分（1.2）形成的“U”的内侧定向的“U”，并且适于包围由所述管束（2）的管之间的所述连接部件（2.1）形成的所述伸出部。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在与所述弹性元件（1.3）延伸处相对的侧面上，延伸有具有与所述管束（2）的所述支撑表面垂直的折弯部的垫板（1.5），以减小由在所述固定件（1.4）内的所述连接部件（2.1）形成所述伸出部的横向间隙。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述夹（1.6）借助于折弯部构造成，所述折弯部如同向着由所述第一部分（1.1）和所述第二部分（1.2）形成的所述“U”的所述内侧的凹口。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述凹口布置在所述第二部分（1.2）的端部处。
9.一种热交换器，其包括壳体（3），在所述壳体（3）中容纳用于待被冷却的流体通过的管束（2），其中所述管束示出构造包括主面（2.2）和两个邻近的侧面（2.3），并且其中所述管束（2）还具有在管之间的一个或更多连接部件（2.1），造成在所述主面（2.2）和所述邻近的侧面（2.3）中的伸出部，其特征在于，在管之间的一个或更多连接部件（2.1）中，其具有根据权利要求1至8中任一项所述的装置，在所述管束（2）和所述壳体（3）之间设立支撑。
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