CN110226025B - 用于空气对空气后冷却器的耐高温管对集管机械接头 - Google Patents

用于空气对空气后冷却器的耐高温管对集管机械接头 Download PDF

Info

Publication number
CN110226025B
CN110226025B CN201880008659.8A CN201880008659A CN110226025B CN 110226025 B CN110226025 B CN 110226025B CN 201880008659 A CN201880008659 A CN 201880008659A CN 110226025 B CN110226025 B CN 110226025B
Authority
CN
China
Prior art keywords
air
header
core
core tube
clamp
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880008659.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110226025A (zh
Inventor
J·L·肯尼迪
N·谢思
J·M·沃尔克
E·S·扎诺瑞
C·E·萨博塔
N·特里
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Caterpillar Inc
Original Assignee
Caterpillar Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Caterpillar Inc filed Critical Caterpillar Inc
Publication of CN110226025A publication Critical patent/CN110226025A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110226025B publication Critical patent/CN110226025B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/045—Constructional details of the heat exchangers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation, materials, or manufacturing and assembly
    • F02B29/0456—Air cooled heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406—Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • F02B29/0425—Air cooled heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/025—Tubular elements of cross-section which is non-circular with variable shape, e.g. with modified tube ends, with different geometrical features
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/084—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from aluminium or aluminium alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/06—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by dismountable joints
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
    • F28F9/165—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by using additional preformed parts, e.g. sleeves, gaskets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0082—Charged air coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/08—Fastening; Joining by clamping or clipping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/08—Fastening; Joining by clamping or clipping
    • F28F2275/085—Fastening; Joining by clamping or clipping with snap connection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/20—Fastening; Joining with threaded elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Quick-Acting Or Multi-Walled Pipe Joints (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

公开了一种配置成冷却来自空气压缩机(26)的压缩空气的空气对空气后冷却器(ATAAC)(20)。ATAAC(20)可以包括第一集管(50)。第一集管(50)可以包括多个槽(70)，每个槽具有凹槽(74)。ATAAC(20)还可以包括多个芯管(58)，每个芯管包括插入第一集管(50)的槽(70)中的相应一个中的第一端部(60)。ATAAC(20)还可以包括多个机械接头(76)，每个机械接头将芯管(58)中的一个的第一端部(60)连接到第一集管(50)。机械接头(76)的每一个可以包括插入槽(70)中的一个中的凹槽(74)中的C形环(78)，和将芯管(58)夹紧到第一集管(50)的夹具(82)。C形环(78)和夹具(82)两者都可以由金属材料形成。

Description

用于空气对空气后冷却器的耐高温管对集管机械接头
技术领域
本公开总体上涉及空气对空气后冷却器，并且更具体地，涉及具有耐高温管对集管机械接头的空气对空气后冷却器。
背景技术
用于许多机器、车辆和设备的发动机系统包括进气系统，所述进气系统将进气输送到内燃发动机以与燃料一起燃烧。进气系统可以包括空气压缩机，所述空气压缩机对进气加压以迫使更多空气进入发动机以进行燃烧。在较高的发动机功率密度下，压缩机出口处的压缩空气的温度可以接近或甚至超过350℃。在较新的发动机设计中，在较高的发动机功率密度下可能存在更加高的压缩机出口温度。
为了在引入发动机中之前冷却压缩空气，进气系统还可以包括空气压缩机下游的空气对空气后冷却器(ATAAC)。ATAAC可以包括热压缩空气进入冷却器的入口端(或热端)，冷却的压缩空气离开冷却器的出口端(或冷端)，以及将压缩空气从热端输送到冷端的管芯组件。流动通过管的压缩空气可以通过与围绕管外部流动的较冷的环境空气进行热交换来冷却。芯组件的管可以成排布置并且使用机械连接、钎焊连接或使用橡胶复合垫圈的滑动接合连接到热端处的第一集管和冷端处的第二集管。例如，复合垫圈可以装配到集管的槽中，并且管可以插入复合垫圈中以提供允许管随着热膨胀和收缩而轴向滑动的“滑动”接头。与散热器中的管生长相比，在ATAAC中随着热膨胀的管生长程度可能更大。
虽然有效，但目前的ATAAC设计可能无法承受超过300℃的温度。特别是，用于将管连接到集管的橡胶复合垫圈可能在高于300℃的温度下出现故障。另外，使用具有较高温度能力的材料制成的其它类型的垫圈可能成本过高。其它ATAAC设计可能具有更高的温度能力，但可能具有重型构造和/或制造成本高。
美国专利申请公开号2016/0084591公开了一种管对集管密封系统，其中管膨胀到集管中的槽处的O形环中。O形环允许管的热膨胀和收缩，并且减小管对集管密封处的热应力。然而，仍然需要具有更高温度能力的成本效益高的ATAAC管对集管接头以应用于具有更高功率密度的发动机中。
发明内容
根据本公开的一个方面，公开了一种配置成冷却来自空气压缩机的压缩空气的空气对空气后冷却器(ATAAC)。所述ATAAC可以具有配置成接收来自所述空气压缩机的压缩空气的热端，和配置成释放冷却的压缩空气的冷端。所述ATAAC可以包括在所述热端处并且包括多个槽的第一集管。所述槽的每一个可以具有在所述第一集管的表面上围绕所述槽的凹槽。所述ATAAC还可以包括在所述冷端处的第二集管，和多个芯管，每个芯管在所述第一集管和所述第二集管之间延伸并且配置成将压缩空气从所述热端运送到所述冷端。所述芯管的每一个可以包括插入所述第一集管的所述槽中的相应一个中的第一端部。所述ATAAC还可以包括多个机械接头，每个机械接头将所述芯管中的一个的第一端部连接到所述第一集管。所述机械接头的每一个可以包括插入所述槽中的一个的所述凹槽中的C形环，和将所述芯管夹紧到所述第一集管的夹具。所述C形环和所述夹具两者都可以由金属材料形成。
根据本公开的另一方面，公开了一种机器。所述机器可以包括内燃发动机和进气系统，所述进气系统配置成将进气引导至所述内燃发动机。所述进气系统可以包括空气压缩机，所述空气压缩机配置成加压并增加进气的温度。所述机器还可以包括空气对空气后冷却器(ATAAC)，所述空气对空气后冷却器在所述空气压缩机的下游并且配置成冷却来自所述空气压缩机的压缩空气。所述ATAAC可以包括第一集管和第二集管。所述第一集管可以具有呈交错排列的多排槽，并且所述槽的每一个可以在所述第一集管的表面上具有围绕所述槽的凹槽。所述机器还可以包括芯组件，所述芯组件包括多个芯管，每个芯管在所述第一集管和所述第二集管之间延伸。所述芯管的每一个可以包括插入所述第一集管的所述槽中的相应一个中的第一端部，和靠近所述凹槽接触所述第一集管的表面的凸缘。所述机器还可以包括多个机械接头，每个机械接头将所述芯管中的一个的第一端部连接到所述第一集管。所述机械接头的每一个可以包括插入所述槽中的一个的所述凹槽中的C形环，和将所述芯管的凸缘夹紧到所述第一集管的夹具。所述C形环、所述夹具和所述凸缘均可以由金属材料形成。
根据本公开的另一方面，公开了一种将芯管连接到空气对空气后冷却器(ATAAC)的第一集管的方法。所述第一集管可以包括由凹槽围绕的槽，并且所述芯管可以包括在第一端部处的金属凸缘。所述方法可以包括将C形环插入所述槽的所述凹槽中。所述C形环可以由金属材料形成。所述方法还可以包括将所述芯管的所述第一端部插入所述第一集管的所述槽中，并且使用夹具将所述芯管的所述金属凸缘夹紧到所述第一集管，使得所述金属凸缘靠近所述凹槽接触所述第一集管的表面。所述夹具可以由金属材料形成。所述夹紧可以提供所述芯管和所述第一集管之间的金属接头。所述金属接头可以具有大于300℃的温度能力。
当结合附图阅读时，本公开的这些和其它方面以及特征将更加易于理解。
附图说明
图1是根据本公开构造的机器的透视图。
图2是根据本公开构造的机器的发动机系统的示意图。
图3是根据本公开构造的发动机系统的空气对空气后冷却器(ATAAC)的侧视图，其中为清楚起见移除了ATAAC的许多芯管。
图4是根据本公开构造的芯管和ATAAC的入口端(或热端)处的第一集管之间的机械接头的透视图。
图5是根据本公开构造的通过芯管中的一个的中心部分的横截面图。
图6是根据本公开构造的通过图4的截面6-6的横截面图。
图7是根据本公开构造的机械接头的C形环的透视图。
图8是根据本公开构造的芯管和ATAAC的出口端(或冷端)处的第二集管之间的滑动接头的透视图。
图9是根据本公开构造的滑动接头的横截面图。
图10是根据本公开构造的单独示出的滑动接头的垫圈的透视图。
图11是根据本公开构造的ATAAC的芯组件的一部分的透视图。
图12是根据本公开构造的图10的芯组件的俯视图。
图13是根据本公开构造的用于支撑芯组件的芯管的夹子的透视图。
图14是根据本公开构造的处于打开位置的夹子的侧视图。
图15是根据本公开的方法的将芯管连接到第二集管中涉及的一系列步骤的流程图。
图16是根据本公开的另一方法的将芯管连接到第一集管中涉及的一系列步骤的流程图。
图17是根据本公开构造的使用夹子组装芯组件中涉及的一系列步骤的流程图。
具体实施方式
现在参考附图，并且具体参考图1，示出了机器10。通常，机器10可以包括内燃发动机12以提供动力以驱动机器10的运动，以及其它可选特征，例如车轮14(或履带)，以及操作员控制站16。例如，机器10可以是采矿卡车18，但是它也可以是其它类型的移动或固定机器，例如但不限于轮式装载机、挖掘机、推土机、钻机、电铲、或材料处理机。在其它示例中，机器10可以是任何类型的移动或固定机器(有人或无人)，其包括用于冷却压缩进气的空气对空气后冷却器(ATAAC)20(参见图2)。
转到图2，示出了机器10的发动机系统22。发动机系统22可以包括进气系统24，所述进气系统将进气引导至内燃发动机12以进行燃烧。进气系统24可以包括空气压缩机26，所述空气压缩机是加压并增加进气的温度的涡轮增压器28的一部分，以及ATAAC 20，在输送到发动机12之前所述ATAAC冷却从空气压缩机26释放的加压进气。取决于发动机功率密度，空气压缩机26出口处的进气温度可以接近或超过350℃，发动机功率密度越高，压缩机出口温度越高。ATAAC 20可以基本上冷却加压进气，并且冷却的进气可以被输送到发动机12的一个或多个燃烧室30以与燃料一起燃烧。在一些布置中，ATAAC 20可以将加压的进气冷却至约100℃或更低。
燃烧产生的废气可以通过一个或多个排气管线32从燃烧室30释放，并且可以驱动涡轮增压器28的涡轮34的旋转。涡轮34又可以通过互连轴36驱动空气压缩机26的旋转，使空气压缩机26吸入并加压更多的进气。然后废气可以在穿过消音器40之后通过排气管38从系统22排出。应当理解，发动机系统22可以可选地包括对于本领域普通技术人员显而易见的附加部件，例如但不限于过滤器、阀、废气再循环系统和排气后处理部件。
现在参考图3，ATAAC 20被单独示出。ATAAC 20可以包括具有一个或多个入口44的入口端(或热端)42，所述入口接收来自空气压缩机26的热进气，以及具有一个或多个出口48的出口端(或冷端)46，冷却后冷却的进气通过所述出口释放。入口端42可以包括第一集管50，并且出口端46可以包括第二集管52。在第一集管50和第二集管52之间可以是芯组件56，所述芯组件由在第一集管50和第二集管52之间延伸的多个芯管58组成。进气可以通过芯管58从入口端42流动到出口端46，在此期间进气可以与围绕管58的外部流动的较冷的环境空气进行热交换。
参考图3-5，芯管58可以是独立部件(单独的部件)，其不通过钎焊或其它金属连接工艺互连，与现有技术的一些ATAAC设计中一样。因而，芯管58可以在损坏时单独维修或更换，而不需要更换整个芯组件56。每个芯管58可以包括第一端部60，第二端部62(也参见图8)，以及在第一端部60和第二端部62之间的中心部分64。芯管58的第一和第二端部60和62可以具有圆形横截面形状。另外，如图5中所示，管58的中心部分64可以具有卵形横截面形状。在一些布置中，芯管58的第一和第二端部60和62可以具有约一英寸的直径，但是芯管58也可以具有其它尺寸。沿着管58的中心部分64可以是翅片66，所述翅片促进流动通过管58的进气和在管58的外部流动的环境空气之间的热交换。芯管58可以由轻质金属材料形成，例如但不限于铝或铝合金。
第一集管50可以由金属材料形成，例如钢或不锈钢。另外，第一集管50可以具有呈交错排列布置的多排68槽70，其中每个槽70配置成接收芯管58中的一个。如本文所用，“交错排列”是指彼此偏移的多排槽，使得一排的槽/管在紧邻排的槽/管之间(也参见图8和12)。另外，面向芯组件56的第一集管50的表面72可以包括凹槽74，每个凹槽围绕槽70中的一个(参见图4)。
如图4中所示，每个芯管58的第一端部60可以接收在第一集管50的槽70中的相应一个中，并且可以用机械接头76与其连接。有利地，机械接头76的部件可以表现出远超过350℃的温度能力。如下面进一步解释，机械接头76的部件可以由在高于350℃的温度下稳定的金属材料形成。也就是说，机械接头76的部件在高于350℃的温度下可能不会表现出磨损或材料劣化。因此，ATAAC 20的入口端(或热端)42可以暴露于高于350℃的高进气温度而不出现故障。
参考图4和6-7，机械接头76可以包括插入凹槽74中的C形环78，在芯管58的第一端部60处的凸缘80，以及机械紧固到第一集管50的夹具82。夹具82可以插入到凸缘80上以将凸缘80和C形环78夹紧到第一集管50。当夹紧时，凸缘80可以与第一集管50的表面72接合以提供防止芯管58和第一集管50之间的进气泄漏的密封。在一些布置中，夹具82可以配置成将芯管58中的两个夹紧到第一集管50(参见图4)。例如，夹具82可以包括两个开口84，每个开口配置成接收芯管58中的一个的第一端部60。在其它替代布置中，夹具82可以将两个以上或仅一个芯管58夹紧到第一集管50。可以使用一个或多个机械紧固件86(例如螺栓88(或铆钉))将夹具82紧固到第一集管50，其中第一集管50具有孔90以接收机械紧固件86(参见图6)。作为非限制性示例，孔90可以定位在槽70之间(参见图4和6)。在其它布置中，夹具82可以使用其它类型的紧固件(例如螺钉)紧固到第一集管50。
凸缘80可以是围绕芯管58的第一端部60的一部分的金属环，其机械连接到芯管58。例如，芯管58可以在内部膨胀到凸缘80中以防止芯管58和凸缘80之间的空气泄漏。为了提高通过内部膨胀形成的凸缘80和芯管58之间的接头的稳固性，凸缘80的内径可以具有形成在其中的凹槽91。在其它情况下，凸缘80可以通过钎焊、焊接或本领域普通技术人员显而易见的另一种金属连接工艺连接到芯管58。凸缘80可以由金属材料(例如不锈钢)或比芯管58的铝材料更硬的另一种材料形成。
夹具82可以由耐高温金属材料形成，例如但不限于钢或不锈钢。C形环78可以由耐高温且耐腐蚀的金属材料形成，例如不锈钢。在替代布置中，C形环78可以是弹簧激励的C形环，并且可以包括在C形环78的腔92内的弹簧，这对于本领域普通技术人员来说是显而易见的(参见图7)。替代地，可以使用O形环代替C形环78。
现在转向图8，第二集管52可以由金属材料形成，例如钢或不锈钢。另外，第二集管52可以包括呈交错排列的多排68槽70，其与第一集管50中的槽70的排68的交错排列对准并且成镜像。第二集管52中的每个槽70可以接收芯管58中的一个的第二端部62。因而，第一集管50和第二集管52可以配合以支撑呈交错排列的芯管58。然而，区别于可以用更刚性的机械接头76连接到第一集管50的芯管58的第一端部60，芯管58的第二端部62可以用滑动接头94连接到第二集管52，所述滑动接头允许芯管58在热膨胀和收缩时在槽70内轴向滑动。每个滑动接头94可以包括插入槽70中的一个中的垫圈96，其中垫圈96接收芯管58的第二端部62并且允许芯管58的第二端部62在其中轴向滑动。
滑动接头94和垫圈96的结构在图9-10中进一步详细示出。垫圈96可以沿着轴线98延伸，并且可以包括接触芯管58的内表面101，以及接触槽70的外表面102(参见图9)。内表面101可以包括接触芯管58的一个或多个径向向内突出区域104，以及一个或多个凹陷区域106，所述一个或多个凹陷区域径向向外突出并且提供芯管58和滑动接头94中的垫圈96之间的间隙。也就是说，凹陷区域106可以不与滑动接头94中的芯管58形成接触，由此与具有平坦内表面的现有技术的垫圈相比，显著减小了垫圈96和芯管58之间的接触面积。因而，与具有平坦内表面的现有技术垫圈相比，使芯管58在垫圈96内轴向滑动所需的摩擦力或力可以显著减小。芯管58在垫圈96内滑动所需的减小的摩擦力或力可以防止垫圈96的磨损或材料失效，由此防止空气泄漏，同时还减小垫圈96脱离或拉出第二集管52的敏感性。另外，管58在滑动接头94中滑动所需的减小的摩擦也可以减小在入口端43处传递到机械接头76的负荷或力的大小。以该方式，可以保护机械接头76免于潜在的故障和空气泄漏。
径向向内突出区域104可以沿着垫圈96的内表面101在上内边缘108和下内边缘110之间延伸。尽管图9示出了沿着内表面101的两个径向向内突出区域104，但是垫圈96可以在替代布置中具有两个以上或仅一个径向向内突出区域104。在一些布置中，垫圈96可以具有靠近下内边缘110的至少一个径向向内突出区域104，如图9中所示。在上内边缘108处可以是径向向内突出肋112，其从内表面101突出以接触芯管58并且防止或阻止外部碎屑在垫圈96和芯管58之间通过。
沿着垫圈96的外表面102可以是上外边缘114和下外边缘116。在垫圈96的上外边缘114处可以是包括下唇缘120的凸缘118，所述下唇缘接触面向芯组件56的第二集管52的表面122(也参见图8)。凸缘118与第二集管52的表面122的接合可以限制垫圈96插入第二集管52中的深度并且防止垫圈96被推动通过槽70。靠近下外边缘116可以是径向向外突出肋124，其从外表面102突出并且接合第二集管52的槽70中的倒角126。肋124与倒角126的接合可将垫圈96锁定在第二集管52的槽70中，由此防止垫圈96被拉出第二集管52。而且，靠近下内边缘110的径向向内突出区域104可以位于肋124的径向内侧，使得当径向向内突出区域104接触芯管58时肋124压入倒角126中。
垫圈96可以由复合材料形成，例如橡胶复合材料。在一些布置中，复合材料可以包括一种或多种含氟弹性体。作为非限制性可能性，垫圈96可由FKM含氟弹性体橡胶形成。在其它布置中，垫圈96可以由其它类型的复合材料、金属材料或聚合材料形成。取决于其材料成分，垫圈96可以具有比ATAAC 20的入口(或热)端42处的机械接头76的金属部件更低的温度能力。然而，垫圈96可以具有足够的温度能力以承受ATAAC 20的出口(或冷)端46处的操作温度(例如，约100℃，但是出口端46处的温度在一些情况下可能与其显著地变化)。
现在转向图11-12，芯管58可以紧密地填充在芯组件56内以满足ATAAC 20的性能要求。为了增加芯组件56中的芯管58的填充密度，芯管58的排68可以彼此重叠，使得每排68中的芯管58在任何紧邻的排68的芯管58之间突出(参见图12)。为了以这样的布置支撑芯管56，ATAAC20还可以包括在芯组件56的中心区域132处的夹子组件130(应当注意，为清楚起见图11-12中仅示出了夹子组件130的一部分)。夹子组件130可以包括多个夹子134，每个夹子围绕芯管58中的一个的中心部分64夹紧。特别地，夹子134可以夹在缺少翅片66的中心部分64的一部分周围。如下面进一步解释，夹子组件130的夹子134可以通过形成凸凹连接136而可拆卸地彼此互连(参见图12)。值得注意的是，夹子134可以具有对称结构，并且可以彼此相同以允许芯管58与单个部件号互连。夹子134可以由模制塑料材料形成，但是也可以使用其它类型的合适材料(例如，复合材料，金属材料等)。
如图13-14中所示，每个夹子134可以包括对称的第一和第二杆138和140，以及在第一和第二杆138和140之间的腔142，所述腔成形为接收芯管58的中心部分64。腔142可以尺寸确定成围绕中心部分64并与芯管58形成过盈配合。因而，腔142可以具有与芯管58的中心部分64互补的形状。例如，如果中心部分64具有卵形横截面形状(参见图5)，腔142也可以具有略微更大尺寸的卵形形状。
另外，每个夹子134可以包括第一端部144和第二端部146，其中第一端部144具有配置将围绕芯管58锁定夹子134的夹持特征148。特别地，夹持特征148可以包括第一杆138的第一边缘150与第二杆140的第二互补边缘152之间的接合。例如，边缘150和152可以是互补的锯齿状边缘。在替代布置中，夹持特征148可以包括其它类型的互补边缘或锁定布置。在夹子134的第二端部146处可以是铰链部分154，所述铰链部分允许第一和第二杆138和140在闭合位置(参见图13)和打开位置(参见图14)之间铰接。也就是说，夹子134可以铰接到打开位置以允许芯管58插入腔142中，并且夹子134可以铰接到闭合位置以围绕芯管58锁定夹子134。铰链部分154可以包括具有减小材料厚度的第二端部146的区域。
现在参考图12-14，夹子134的第一和第二杆138和140可以均包括靠近第一端部144(和夹持特征148)的阳连接器156，以及靠近第二端部146(和铰链部分154)的阴连接器158。因而，每个夹子134的阳连接器156可以连接到任何紧邻的排68中的夹子134的阴连接器158(参见图12)。更具体地，在芯管58的重叠、交错排列中，夹子134的第一端部144可以在紧邻排68中的两个夹子134之间突出，并且可以连接到两个夹子134的阴连接器158(参见图12)。另外，夹子134的第二端部146可以在紧邻排68中的两个夹子134之间突出并且连接到两个夹子134的阳连接器156。然而应当理解，在芯组件56的拐角和边缘处，夹子134的阳连接器156和阴连接器158可以与另一结构(例如，支撑横杆160(参见图3))接合，或者可以是未接合的。在替代设计中，夹子134可以具有第一端部144处(靠近夹持特征148)的阴连接器158和第二端部146处(靠近铰链部分154)的阳连接器156。在另外的其它布置中，夹子134可以通过本领域普通技术人员显而易见的其它类型的连接可拆卸地彼此连接。诸如这些的变化也落入本公开的范围内。
工业适用性
通常，本公开的教导可以在许多行业中找到广泛的适用性，包括但不限于采矿、农业、建筑和土方设备行业。例如，本公开可以在使用采用ATAAC来冷却空气压缩机出口处的进气的机器或设备，特别是使用具有高(>300℃)压缩机出口温度的机器或设备的任何行业中找到适用性。
转到图15，示出了在使用滑动接头94将芯管58的第二端部62连接到第二集管52中可能涉及的步骤。应当理解，图15的方法可以根据需要重复以将芯组件56的所有芯管58连接到第二集管52。从框200处开始，可以将垫圈96插入第二集管52的槽70中直到沿着上外边缘114的凸缘188接触第二集管52的表面122。在下一个框202处，可以将芯管58的第二端部62插入垫圈96中以允许芯管58和径向向内突出区域104之间的接触(参见图9)。当芯管58靠近垫圈96的下内边缘110接触径向向内突出区域104时，径向向外突出肋124可以被径向向外推动并且与槽70的倒角126形成更紧密的接合，由此将垫圈96锁定在槽70中(框204)。框204的完成可以提供芯管58和第二集管52之间的滑动接头94，滑动接头94允许芯管58在热膨胀和收缩期间在垫圈96内轴向滑动。
图16示出了使用机械接头76将芯管58中的一个连接到第一集管50中涉及的一系列步骤。在第一框210处，可以将C形环78插入到围绕第一集管50的槽70的凹槽74中。然后可以根据框212将芯管58的第一端部60插入槽70中。根据下一个框214，可以使用夹具82将芯管58的凸缘80夹紧到第一集管50，使得凸缘80紧紧接合第一集管50的表面72以防止芯管58和第一集管50之间的空气泄漏(参见图6)。框214可以包含使用接收在第一集管50的孔90中的螺栓88将夹具82机械地紧固到集管50(参见图6)。在一些布置中，夹具82可以将相邻芯管58的两个凸缘80夹紧到第一集管50(参见图4)。框214的完成可以提供芯管58和第一集管50之间的机械接头76。可以根据需要重复图16的方法以将芯组件56的所有芯管58连接到第一集管50。
使用夹子134组装芯组件56中可能涉及的步骤在图17中示出。在第一框220处，芯组件56的每个芯管58可以用夹子134中的一个组装。通过在铰链部分154处打开每个夹子134，将芯管58的中心部分64插入夹子134的腔142中，并且然后使用夹持特征148锁定围绕芯管58闭合的夹子，可以实现框220。根据下一个框222，芯管58然后可以布置在重叠交错排68中并使用夹子134连接。也就是说，每个夹子134的阳连接器156可以连接在紧邻排中的两个夹子134的阴连接器158之间以支撑呈重叠交错排列的芯管58。
本文公开的ATAAC包括具有高温能力(>350℃)的机械接头以在ATAAC的入口(或热)端处将芯管连接到第一集管。因此，本文公开的ATAAC可以与具有高功率密度和高压缩机出口温度的发动机设计兼容。ATAAC的芯管是如一些现有技术设计中未钎焊在一起的单个部件。因而，损坏的芯管可以单独维修和/或更换，而无需更换整个芯组件。此外，与现有技术的铜、黄铜或不锈钢芯管相比，芯管可以由铝或铝合金形成以显著降低ATAAC的重量和制造成本。在ATAAC的出口(或冷)端处，芯管可以使用滑动接头连接到第二集管，所述滑动接头允许芯管随着热膨胀和收缩而轴向滑动。滑动接头包括与芯管接触的垫圈，与现有技术的垫圈设计相比，所述垫圈具有减小的接触面积。减小的接触面积减小了允许芯管在垫圈内滑动所需的力或摩擦力的大小。以该方式，可以显著减小垫圈的材料磨损和/或垫圈从第二集管脱离的敏感性。而且，还可以减小在第一集管处传递到机械接头的力或负荷的大小，由此保护机械接头免于故障和/或空气泄漏。此外，芯管可以使用与凸凹连接互连的夹子以重叠交错排支撑。夹子可以具有对称结构并且可以彼此相同，使得可以使用单个夹子部件号来组装芯组件。夹子允许芯管以更紧密的配置组装，允许改善ATAAC性能。
预期本文公开的技术可在广泛的领域中找到广泛的工业适用性，例如但不限于采矿、农业、建筑和土方设备应用。

Claims (9)

1.一种配置成冷却来自空气压缩机(26)的压缩空气的空气对空气后冷却器(20)，所述空气对空气后冷却器(20)具有配置成接收来自所述空气压缩机(26)的压缩空气的热端(42)，其包括：
在所述热端(42)处的第一集管(50)，所述第一集管(50)包括多个槽(70)，每个槽具有在所述第一集管(50)的表面(72)上围绕所述槽(70)的凹槽(74)；
多个芯管(58)，每个芯管包括插入所述第一集管(50)的所述槽(70)中的相应一个中的第一端部(60)；以及
多个机械接头(76)，每个机械接头将所述芯管(58)中的一个的所述第一端部(60)连接到所述第一集管(50)，所述机械接头(76)的每一个包括插入所述槽(70)中的一个的所述凹槽(74)中的C形环(78)，和将所述芯管(58)夹紧到所述第一集管(50)的夹具(82)，所述夹具(82)包括将所述芯管(58)的所述第一端部(60)接收在其中的开口，所述C形环(78)和所述夹具(82)两者都由金属材料形成，其中所述芯管(58)的每一个包括在所述夹具(82)和所述第一集管(50)之间的凸缘(80)，当夹紧时，所述凸缘(80)与所述第一集管(50)的表面(72)接合以在所述芯管(58)和所述第一集管(50)之间提供密封，所述凸缘(80)也由金属材料形成。
2.根据权利要求1所述的空气对空气后冷却器(20)，其中所述机械接头(76)在高于300℃的温度下是稳定的。
3.根据权利要求1所述的空气对空气后冷却器(20)，其中所述芯管(58)是单独的部件。
4.根据权利要求1所述的空气对空气后冷却器(20)，其中所述芯管(58)的每一个由选自铝和铝合金的材料形成。
5.根据权利要求1所述的空气对空气后冷却器(20)，其中所述夹具(82)将所述芯管(58)中的两个夹紧到所述第一集管(50)。
6.根据权利要求1所述的空气对空气后冷却器(20)，其中所述夹具(82)用螺栓固定到所述第一集管(50)。
7.根据权利要求1所述的空气对空气后冷却器(20)，其中所述机械接头(76)的每一个的所述C形环(78)由不锈钢形成。
8.根据权利要求1所述的空气对空气后冷却器(20)，其中所述夹具(82)由钢形成。
9.一种发动机系统(22)，其包括：
空气对空气后冷却器(20)，所述空气对空气后冷却器在空气压缩机(26)的下游并且配置成冷却来自所述空气压缩机(26)的压缩空气，所述空气对空气后冷却器(20)包括具有呈交错排列的多排(68)槽(70)的第一集管(50)，所述槽(70)的每一个具有在所述第一集管(50)的表面(72)上围绕所述槽(70)的凹槽(74)；
芯组件(56)，所述芯组件包括多个芯管(58)，每个芯管包括插入所述第一集管(50)的所述槽(70)中的相应一个中的第一端部(60)，所述芯管(58)的每一个包括靠近所述凹槽(74)接触所述第一集管(50)的表面(72)的凸缘(80)；以及
多个机械接头(76)，每个机械接头将所述芯管(58)中的一个的所述第一端部(60)连接到所述第一集管(50)，所述机械接头(76)的每一个包括插入所述槽(70)中的一个的所述凹槽(74)中的C形环(78)，和将所述芯管(58)的凸缘(80)夹紧到所述第一集管(50)的夹具(82)，所述夹具(82)包括将所述芯管(58)的所述第一端部(60)接收在其中的开口，所述C形环(78)、所述夹具(82)和所述凸缘(80)均由金属材料形成。
CN201880008659.8A 2017-02-07 2018-01-22 用于空气对空气后冷却器的耐高温管对集管机械接头 Active CN110226025B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/426,595 US20180224216A1 (en) 2017-02-07 2017-02-07 High Temperature Capable Tube-To-Header Mechanical Joint for Air-to-Air Aftercooler
US15/426595 2017-02-07
PCT/US2018/014631 WO2018147998A1 (en) 2017-02-07 2018-01-22 High temperature capable tube-to-header mechanical joint for air-to-air aftercooler

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110226025A CN110226025A (zh) 2019-09-10
CN110226025B true CN110226025B (zh) 2022-07-19

Family

ID=63037066

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880008659.8A Active CN110226025B (zh) 2017-02-07 2018-01-22 用于空气对空气后冷却器的耐高温管对集管机械接头

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20180224216A1 (zh)
CN (1) CN110226025B (zh)
DE (1) DE112018000296T5 (zh)
WO (1) WO2018147998A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11047632B2 (en) 2019-01-24 2021-06-29 Caterpillar Inc. Support assembly for finned tube type heat exchangers
CN110970278B (zh) * 2019-12-13 2022-10-28 南京三乐集团有限公司 一种用于辐冷型空间行波管的收集极散热结构
US11230964B2 (en) * 2020-04-20 2022-01-25 Caterpillar Inc. Machine system having cooler with pack seal and header assembly for same

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002371844A (ja) * 2001-06-13 2002-12-26 Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd 建設機械のクーリングパッケージ
JP2004209501A (ja) * 2002-12-27 2004-07-29 Showa Denko Kk 筒状体固定装置および筒状体固定方法
CN1620588A (zh) * 2001-12-27 2005-05-25 达纳加拿大公司 具有内部带槽歧管的热交换器
CN1719156A (zh) * 2004-11-29 2006-01-11 李勤民 具有减振结构的冷热交换机
WO2010144514A2 (en) * 2009-06-12 2010-12-16 Burnham Services, Inc. Watertube and method of making and assembling same within a boiler or heat exchanger
CN102510937A (zh) * 2009-09-01 2012-06-20 贝洱两合公司 用于内燃机的气体冷却器
JP2012154540A (ja) * 2011-01-25 2012-08-16 Noritz Corp 熱交換器およびこれに用いられるコネクタ
CN105444608A (zh) * 2014-09-23 2016-03-30 英瑞美国有限责任公司 热交换器管到集管密封系统
CN106255862A (zh) * 2014-04-29 2016-12-21 达纳加拿大公司 具有多件式塑料壳体的增压空气冷却器

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4164255A (en) * 1977-11-14 1979-08-14 Fives-Cail Babcock Heat exchanger
US4384611A (en) * 1978-05-15 1983-05-24 Hxk Inc. Heat exchanger
US4570704A (en) * 1984-03-26 1986-02-18 L & M Radiator, Inc. Support for heat exchanger tubes
IT222294Z2 (it) * 1989-10-20 1995-02-17 Borletti Climatizzazione Scambiatore di calore per impianti di climatizzazione di autoveicoli.
CA2006002C (en) * 1989-12-19 1993-07-20 Blake J. Grundy Radiator and method of making a radiator
DE4305945A1 (de) * 1993-02-26 1994-09-01 Behr Gmbh & Co Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge
US5354103A (en) * 1994-01-28 1994-10-11 Eaton Corporation Quick connect conduit coupling
US7234511B1 (en) * 1995-06-13 2007-06-26 Philip George Lesage Modular heat exchanger having a brazed core and method for forming
US6374911B1 (en) * 1999-06-17 2002-04-23 Modine Manufacturing Company Charge air cooler and method of making the same
ITMI20020573U1 (it) * 2002-12-10 2004-06-11 Apen Group S P A Gruppo scambiatore di calore e camera di combustione ad alto rendiment o per caldaie e generatori di aria calda
EP1912012B1 (en) * 2005-08-03 2014-01-01 Eagle Industry Co., Ltd. Pipe fitting
RU2008129679A (ru) * 2005-12-21 2010-01-27 Янссен Фармацевтика Н.В. (Be) Новые замещенные пиразиноновые производные для применения при мсн-1-опосредованных заболеваниях
US7878233B2 (en) * 2006-03-31 2011-02-01 Caterpillar Inc Air-to-air aftercooler
CA2652700C (en) * 2006-05-19 2011-11-29 Robert Janezich Removable tube heat exchanger with retaining assembly
CN103557738B (zh) * 2013-10-31 2016-01-13 茂名重力石化机械制造有限公司 一种列管式换热器管箱的密封结构
CN104913667A (zh) * 2015-06-18 2015-09-16 北京化工大学 D形螺栓u形管式高压换热器

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002371844A (ja) * 2001-06-13 2002-12-26 Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd 建設機械のクーリングパッケージ
CN1620588A (zh) * 2001-12-27 2005-05-25 达纳加拿大公司 具有内部带槽歧管的热交换器
JP2004209501A (ja) * 2002-12-27 2004-07-29 Showa Denko Kk 筒状体固定装置および筒状体固定方法
CN1719156A (zh) * 2004-11-29 2006-01-11 李勤民 具有减振结构的冷热交换机
WO2010144514A2 (en) * 2009-06-12 2010-12-16 Burnham Services, Inc. Watertube and method of making and assembling same within a boiler or heat exchanger
CN102510937A (zh) * 2009-09-01 2012-06-20 贝洱两合公司 用于内燃机的气体冷却器
JP2012154540A (ja) * 2011-01-25 2012-08-16 Noritz Corp 熱交換器およびこれに用いられるコネクタ
CN106255862A (zh) * 2014-04-29 2016-12-21 达纳加拿大公司 具有多件式塑料壳体的增压空气冷却器
CN105444608A (zh) * 2014-09-23 2016-03-30 英瑞美国有限责任公司 热交换器管到集管密封系统

Also Published As

Publication number Publication date
DE112018000296T5 (de) 2019-10-02
WO2018147998A1 (en) 2018-08-16
CN110226025A (zh) 2019-09-10
US20180224216A1 (en) 2018-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110291279B (zh) 用于空气对空气后冷却器的管对集管滑动接头
CN110226025B (zh) 用于空气对空气后冷却器的耐高温管对集管机械接头
US9933216B2 (en) Heat exchanger
JP4097994B2 (ja) ２部分ｃｍｃ燃焼室のための結合部
US10612855B2 (en) Modular heat exchanger assembly for ultra-large radiator applications
EP1327748A1 (en) Seal for gas turbine nozzle and shroud interface
US20130000285A1 (en) Internal combustion engine exhaust thermoelectric generator and methods of making and using the same
US8500131B2 (en) Exhaust manifold gasket
US20130264039A1 (en) Heat exchanger assembly and method
US6293098B1 (en) Method and apparatus for joining pressurized exhaust manifold sections
US10697706B2 (en) Heat exchanger
RU2646166C1 (ru) Трубный узел для трубопровода для газообразной среды
JP5817676B2 (ja) 排気冷却装置
US10329992B2 (en) Manifold sealing face for improved bellows installation
US9403204B2 (en) Heat exchanger assembly and method
US7845649B2 (en) Methods and apparatus to facilitate sealing high pressure joints
KR101471514B1 (ko) 고압 도관용 연결 플랜지
US10995650B2 (en) Heat shield for bellows
EP0680552B1 (en) Air inlet aftercooler mounting and sealing system
US10753229B2 (en) Mounting arrangement for mounting a fluid cooler to a gas turbine engine case
US20160348565A1 (en) Segmented Exhaust Manifold Gas Seals
US11230964B2 (en) Machine system having cooler with pack seal and header assembly for same
EP3265657B1 (fr) Dispositif de fixation d'un collecteur de gaz d'échappement
FR3050231A1 (fr) Agencement optimise de collecteur d'echappement avec fixation en queue d'aronde
US9687784B2 (en) Exhaust system having segmented service flange

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant