CN111065799A - 用于空气到空气后冷却器（ataac）的可高温连接组件 - Google Patents

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Abstract

(57)本发明涉及一种空气到空气后冷却器(ATAAC)(108)，其具有集管(204)、限定在集管(204)中的多个槽(222)、联接到集管(204)的多个芯管(208)，以及将集管(204)与多个芯管(208)联接的多个接头组件(234)。多个接头组件(234)中的每一个包括适配器(402)、套管(502)和螺母(404)。适配器(402)还包括与多个槽(222)中的一个螺纹接合的第一部分(508)。适配器(402)还包括插入多个芯管(208)之一的扩口端部(312)内的锥形部分(514)。此外，适配器(402)包括限定在锥形部分(514)和第一部分(508)之间的第二部分(512)。套管(502)围绕多个芯管(208)中的一个设置并且与多个芯管(208)中的一个的扩口端部(312)接合。螺母(404)与套管(502)和适配器(402)的第二部分(512)接合。

Description

用于空气到空气后冷却器(ATAAC)的可高温连接组件
技术领域
本发明总体上涉及一种用于发动机的空气到空气后冷却器(ATAAC)，并且更具体地涉及一种具有能够实现高温的管到集管接头组件的ATAAC。
背景技术
用于许多机器和设备的发动机系统包括将进气输送到内燃机以与燃料燃烧的进气系统。进气系统可以包括空气压缩机，该空气压缩机对进气加压以迫使更多的空气进入发动机进行燃烧。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℃。
为了在引入发动机之前冷却压缩空气，进气系统还可以包括设置在空气压缩机下游的空气到空气后冷却器(ATAAC)。ATAAC可包括热压缩空气从其中进入ATAAC的入口端(或热端)、冷却的压缩空气从其中离开ATAAC的出口端(或冷端)。典型的ATAAC包括连接到设置在冷端和热端处的集管的多个芯管。通常，多个芯管通过索环接头连接到集管。这种索环接头使用橡胶复合索环将多个芯管连接到集管。在大于350度的温度下，橡胶复合材料索环(用于索环接头中)的完整性可能受到损害，因此，损害多个芯管与集管之间的接头的完整性，这可能是不希望的。
美国专利No.7971909公开了一种管接头和一种使用管接头连接管子的方法。管接头包括接头体，诸如螺母的紧固件和套管。套管在紧固件连接到接头体之前与紧固件或接头体形成一体。当紧固构件附接到接头主体时，部分被切断并与紧固构件或接头主体分离。当螺母完全连接时，部分咬入管道中，并且管道连接到接头主体。
发明内容
根据本发明的一个方面，公开了一种用于发动机系统的空气到空气后冷却器(ATAAC)。ATAAC包括集管，该集管设置在ATAAC的端部，适于接收热空气，该集管包括第一表面、第二表面，并限定从第一表面延伸到第二表面的多个槽。此外，ATAAC包括多个芯管，多个芯管的每一个具有扩口端部。多个芯管通过多个接头组件与集管联接，多个接头组件中的每一个包括适配器。适配器还包括与多个槽中的一个螺纹接合的第一部分。适配器还包括插入多个芯管之一的扩口端部内的锥形部分。此外，适配器包括限定在锥形部分和第一部分之间的第二部分。另外，多个接头组件中的每个接头组件包括围绕多个芯管中的一个芯管设置的部分，该部分与多个芯管中的一个芯管的扩口端部接合。此外，每个接头组件包括与套管和适配器的第二部分接合的螺母，其中螺母与套管和第二部分的接合有助于将适配器的锥形部分保持在多个芯管之一的扩口端部内。
根据本发明的一个方面，公开了一种发动机系统。该发动机系统包括发动机、连接在发动机上游并构造成向发动机提供压缩空气的压缩机。此外，发动机系统包括连接在压缩机下游和发动机上游的空气到空气后冷却器(ATAAC)。ATAAC包括集管，该集管设置在ATAAC的端部，适于接收热空气，该集管包括第一表面、第二表面，并限定从第一表面延伸到第二表面的多个槽。此外，ATAAC包括多个芯管，多个芯管中的每一个具有扩口端部。多个芯管通过多个接头组件与集管联接，多个接头组件中的每一个包括适配器。适配器还包括与多个槽中的一个螺纹接合的第一部分。适配器还包括插入多个芯管之一的扩口端部内的锥形部分。此外，适配器包括限定在锥形部分和第一部分之间的第二部分。另外，多个接头组件中的每个包括围绕多个芯管中的一个设置的套管，该套管与多个芯管中的一个的扩口端部接合。此外，每个接头组件包括与套管和适配器的第二部分接合的螺母，其中螺母与套管和第二部分的接合有助于将适配器的锥形部分保持在多个芯管之一的扩口端部内。
根据本发明的一个方面，公开了一种将芯管连接到设置在空气到空气后冷却器(ATAAC)的端部的集管的方法。该方法包括将适配器的第一部分螺纹接合到限定在集管中的槽。此外，该方法包括围绕芯管接收螺母。此外，该方法包括围绕芯管设置套管，其中螺母与套管接合，其中螺母和套管可相对于套管滑动。此后，该方法包括扩口该芯管的第一端以形成该芯管的扩口端部。该方法还包括将适配器的锥形部分插入芯管的扩口端部。另外，该方法包括将螺母与适配器的第二部分螺纹接合以将螺母与部分接合，其中螺母与套管的接合有助于套管与扩口端部的接合，以保持适配器与芯管的扩口端部接合。
附图说明
图1示出了根据本发明的示范性发动机系统的示意图；
图2示出了根据本发明的空气到空气后冷却器(ATAAC)的透视图；
图3示出了根据本发明的芯管的截面透视图；
图4示出了根据本发明的联接到ATAAC的第一集管的芯管的透视图；
图5示出了根据本发明的联接到ATAAC的第一集管的芯管的透视图；
图6示出了根据本发明的适配器的截面透视图；
图7示出了根据本发明的套管的截面透视图；
图8示出了根据本发明的螺母的截面透视图；以及
图9示出说明根据本发明的用于将芯管与ATAAC的第一集管联接的方法的流程图。
具体实施方式
参见图1，示出了发动机系统100。发动机系统100可应用于各种机器中，例如但不限于挖掘机、装载机、推土机、压实机、铺路机、拉索、越野卡车、采矿卡车、机车和类似的其他机器，例如可应用于建筑业的机器，包括自主机器和半自主机器。在一些实现方式中，本发明的多个方面可以扩展到固定式发电机器，并且扩展到应用于商业和家庭环境中的机器。发动机系统100包括发动机102、涡轮增压器104、排气管106和后冷却器108。涡轮增压器104还包括压缩机110和涡轮112。
发动机102可构造成接收用于燃烧的燃料，例如天然气(或天然气的一种或多种组分中的任一种)、柴油或氢气(H2)。发动机102可以点燃燃料以产生能量，该能量此后用于给使用发动机102的机器的各种部件提供动力。燃料的点火产生废气，废气通过导管114与涡轮增压器104的涡轮112连通。废气驱动涡轮增压器104的涡轮112的叶轮(未示出)。涡轮112的叶轮通过轴连接到压缩机110。涡轮112的叶轮的运动导致压缩机110运行。压缩机110压缩来自周围环境的空气并通过后冷却器108将压缩空气输送到发动机102。后冷却器108可以对应于热交换器，该热交换器被配置成用于在压缩空气被输送到发动机102之前冷却压缩空气。后冷却器108的一些示例可以包括但不限于空气到空气后冷却器(ATAAC)、散热器和/或类似物。为了进行描述，后冷却器108被认为是ATAAC 108。将结合图2描述ATAAC 108的结构。
参考图2，示出了ATAAC 108的透视图。ATAAC 108包括框架202、第一集管204、第二集管206和多个芯管208。框架202包括第一构件210、第二构件212、第三构件214和成对的第四构件216。第一构件210、第二构件212和第三构件214在第一集管204和第二集管206之间延伸。在一个实施例中，第一构件210、第二构件212和第三构件214沿着第一集管204和第二集管206的长度相等地间隔开，并且基本上彼此平行。此外，第一构件210、第二构件212和第三构件214中的每一个基本上垂直于第一集管204和第二集管206。
该成对的第四构件216连接到第一构件210、第二构件212和第三构件214中的每一个。此外，这对第四构件216基本上平行于第一集管204和第二集管206放置，并且与第一集管204和第二集管206等距离间隔开。
第一集管204包括第一表面218和第二表面220。第一集管204以第二表面220靠近第二集管206并且第一表面218远离第二集管206的方式放置在ATAAC 108中。此外，第一集管204包括从第一集管204的第二表面220延伸到第一集管204的第一表面218的多个槽222。在一个实施例中，多个槽222中的每一个具有圆形横截面并且具有带螺纹的内表面224(由226表示)。在一个实施例中，限定在多个槽222的每一个的内表面224上的螺纹224对应于管道螺纹。
类似于第一集管204，第二集管206还具有第一表面226和第二表面228。第二集管206以这样的方式放置在ATAAC 108中，使得第二表面228靠近第一集管204并且第一表面226远离第一集管204。此外，类似于第一集管204，第二集管206包括从第二集管206的第二表面228延伸到第二集管206的第一表面226的多个槽(未示出)。在一个实施例中，限定在第二集管206中的多个槽具有不带螺纹的内表面。在一个实施例中，第一集管204定义ATAAC108的第一端230，第二集管206定义ATAAC 108的第二端232。设置在ATAAC 108的第一端230处的第一集管204构造成接收来自压缩机110的热压缩空气。设置在ATAAC 108的第二端232处的第二集管206构造成向发动机102提供冷却的压缩空气。因此，ATAAC 108的第一端230和ATAAC 108的第二端232可以分别对应于ATAAC 108的热端230和冷端232。
冷却热压缩空气的过程由通过多个第一接头组件234和多个第二接头组件(未示出)连接到ATAAC 108的第一集管204和ATAAC 108的第二集管206的多个芯管208执行。参照图3，示出了多个芯管208的芯管208a的截面透视图。芯管208a包括第一端302、第二端304、第一部分306、第二部分308和限定在第一部分306和第二部分308之间的中心部分310。此外，第一部分306包括扩口端部312和管部314。扩口端部312从芯管208a的第一端302轴向延伸到管部314，并且可以通过扩口第一部分306的一部分而形成。因此，扩口端部312的内径沿从管部314到第一端302的轴向方向增加。因此，扩口端部312在第一端302处具有最大内径，并且在扩口端部312和管部314的接合处316处具有最小内径。扩口端部312具有内表面18和外表面20。
第一部分306的管部314从接头316(即扩口端部312和管部314的接头)轴向延伸到中心部分310。在一个实施例中，管部314可以具有圆形横截面形状。此外，芯管208a的中心部分310可以具有椭圆形截面形状。在一个实施例中，芯管208a的中心部分310可包括翅片322，翅片322有助于流过芯管208a的热压缩空气(从压缩机110接收)和流出芯管208a的环境空气之间的热交换。可以设想，多个芯管208中的其他芯管可以具有与芯管208a类似的结构。
第二部分308从中心部分310轴向延伸到第二端304。第二端304连接到在第二集管206中限定的多个槽。此外，芯管208a的第一端302通过多个第一接头组件234的接头组件234a在狭槽222a处连接到第一集管204。已经结合图4和图5描述了接头组件234a的结构。
参照图4和图5，示出了通过接头组件234a连接到第一集管204的芯管208a的透视图和截面图。接头组件234a包括适配器402、套管502(参见图5)和螺母404。
参照图5和图6，适配器402包括第一端504、第二端506、第一部分508、凸缘部分510、第二部分512和锥形部分514。此外，适配器402具有外周边516和内周边518。适配器402的内周518限定通道520。
适配器402的第一部分508从第一端504轴向延伸到凸缘部分510。此外，适配器402在第一部分508处的外周516具有螺纹(由522表示)并且构造成与限定在第一集管204中的多个狭槽222中的一个接合。图5示出了适配器402的第一部分508与限定在第一集管204中的槽222a的接合。在一个实施例中，在第一部分508处限定在适配器402的外周516上的螺纹522对应于管道螺纹。
适配器402的凸缘部分510从适配器402的第一部分508轴向延伸到适配器402的第二部分512。在一个实施例中，适配器402在凸缘部分510处的外径大于适配器402的其他部分处的外径。例如，适配器402的凸缘部分510处的外径大于适配器402在第一部分508处的外径。此外，适配器402在凸缘部分510处的外周516限定了沿凸缘部分510的长度轴向延伸的多个凹槽602。多个凹槽602使得能够使用紧固工具(例如扳手)来将适配器402的第一部分508与多个槽222紧固在一起。
适配器402的第二部分512从适配器402的凸缘部分510轴向延伸到适配器402的锥形部分514。在一个实施例中，适配器402在第二部分512处的外周516具有螺纹(由524表示)。在一个实施例中，形成在适配器402的第二部分512的外周上的螺纹524不同于螺纹522。例如，螺纹522对应于管子螺纹，而螺纹524对应于非管子螺纹。
锥形部分514从第二部分512轴向延伸到适配器402的第二端506。在一个实施例中，适配器402在锥形部分514中的外径沿轴向从第二部分512向第二端506减小。因此，适配器402在锥形部分514和第二部分512连接处的外径大于适配器402在第二端506处的外径。适配器402的锥形部分514插入芯管208a的扩口端部312内，使得锥形部分514的外表面517邻接芯管208a的扩口端部312的内表面318。
接头组件234a的套管502围绕芯管208a设置(见图5)。套管502将结合图7进一步描述。图7示出了套管502的截面透视图。套管502包括内周702、外周704、第一端706和第二端708。套管502的内周702限定了孔710。套管502的内径(即孔710的直径)基本上等于芯管208a的管部314的外径。在一个实施例中，套管502可在芯管208a的管部314上滑动。套管502的第一端706构造成与芯管208a的扩口端部312的外表面320接合。
在一个实施例中，套管502可以包括第一部分712和第二部分714。第一部分712从套管502的第一端706轴向延伸到第二部分714。此外，套管502的第二部分714从套管502的第一部分712轴向延伸到第二端708。在一个实施例中，第一部分712的外径大于第二部分714的外径。因此，在第一部分712和第二部分714的连接处限定台阶716。
再参照图5，接头组件234a的螺母404部分地设置在套管502和芯管208a周围。参照图8，螺母404包括外周边802、内周边804、第一端806和第二端808。另外，螺母404包括限定在内周边804上的第一结构810、第二结构812和第三结构814。
螺母404的第一结构810从第一端806轴向延伸到第三结构814。此外，螺母404的第一结构810具有螺纹(由816表示)并构造成与适配器402的第二部分512接合。螺纹816限定在螺母404的内周804上。此外，限定在螺母404的内周804上的螺纹816的类型与限定在适配器402的第二部分512中的螺纹524的类型相同。
第三结构814从第一结构810轴向延伸到第二结构812。在一个实施例中，第三结构814的内径与第一结构810的内径相同。此外，螺母404在第三结构814处的内周804没有螺纹。
第二结构812从第三结构814轴向延伸到螺母404的第二端808。第二结构812的内径小于第一结构810和第三结构814的内径。因此，在第二结构812和第三结构814的接合处定义步骤818。
为了将芯管208a与槽222a连接，适配器402的第一部分508与槽222a螺纹接合(通过限定在槽222a中的螺纹和适配器402的第一部分508上的螺纹522之间的螺纹接合)。此后，芯管208a是：以适配器402的锥形部分514插入到芯管208a的扩口端部312中的方式老化适配器402。扩口端部312的内表面318在锥形部分514处邻接适配器402的外周516。此外，为了使芯管208a与适配器402接合，螺母404(设置在套管502上)与适配器402的第二部分512螺纹接合。当螺母404与适配器402的第二部分512接合时，台阶818(限定在螺母404的内周804上)与限定在套管502的外周704上的台阶716邻接。台阶818与台阶716的这种邻接以及螺母404相对于适配器402的第二部分512的进一步移动(朝向芯管208a的第一端302)使得套管502的一部分被推过芯管208a的扩口端部312并与之接合。套管502与扩口端部312的接合有助于适配器402的锥形部分514与芯管208a的扩口端部312的保持和邻接，并且由此有助于在扩口端部312与锥形部分514之间形成金属对金属的密封。
工业实用性
参考图9，示出了说明用于组装ATAAC 108的方法的流程图900。在阶段902，提供核心管208a。最初，没有一个端部(即第一端部302和第二端部304中没有一个端部)是未扩大的，即，第一部分306中的芯管208a的内径是恒定的。在阶段904，螺母404围绕芯管208a设置。在一个实施例中，螺母404可沿第一部分306的长度滑动。此后，在阶段906，套管502围绕芯管208a的第一部分306设置。套管502的台阶716接合/邻接螺母404的台阶818。因此，当螺母404沿着芯管208a的第一部分306的长度滑动时，套管502也与螺母404一起滑动
在阶段908，芯管208a的第一端302使用一种或多种已知技术扩口以形成扩口端部312。在阶段910，适配器402的第一部分508与限定在第一集管204中的多个槽222中的槽222a螺纹接合。此外，在阶段912，适配器402的锥形部分514插入芯管208a的扩口端部312中。
在914处，螺母404与适配器402的第二部分512螺纹接合。在一个实施例中，当螺母404与适配器402的第二部分512螺纹接合时，螺母404朝向适配器402的第一端504移动，由此使得套管502朝向芯管208a的扩口端部312滑动。在螺母404进一步螺纹运动时，螺母404的台阶818推压套管502的台阶716，使得套管502的该部分定位在芯管208a的扩口端部312的一部分上，导致套管502与扩口端部312接合。套管502的一部分在扩口端部312上的定位和接合有助于实现芯管208a的扩口端部312和适配器402的锥形部分514之间的金属对金属的密封，从而实现防漏接合。此外，当利用管螺纹将适配器402与第一集管204连接时，在适配器402和第一集管204之间形成防漏接头。这样，每个芯管208a连接到第一集管204，产生ATAAC，ATAAC可以操作和处理具有高温的压缩空气，特别是温度高于300度的压缩空气。

Claims (4)

1.一种用于发动机系统(100)的空气到空气后冷却器(ATAAC)(108)，所述ATAAC(108)包括：
集管(204)，设置在ATAAC(108)的端部(230)，适于接收热空气，集管(204)包括第一表面(218)、第二表面(220)，并限定从第一表面(218)延伸到第二表面(220)的多个槽(222)；
多个芯管(208)，所述多个芯管(208)中的每个具有扩口端部(312)；以及
将多个芯管(208)中的每个与集管(204)联接的多个接头组件(234)，多个接头组件(234)中的每个包括：
适配器(402)，所述适配器包括：
第一部分(508)，所述第一部分与所述多个槽(222)中的一者螺纹接合，
锥形部分(514)，所述锥形部分被插入所述多个芯管(208)之一的扩口端部(312)内，并且
第二部分(512)，所述第二部分被限定在所述锥形部分(514)与所述第一部分(508)之间，
部分(502)，所述部分被布置成围绕所述多个芯管(208)中的一个，所述部分(502)与所述多个芯管(208)中的一个的扩口端部(312)相接合，
螺母(404)，所述螺母与所述套管(502)以及所述适配器(402)的所述第二部分(512)相接合，其中所述螺母(404)与所述套管(502)以及所述第二部分(512)的接合有助于将所述适配器(402)的所述锥形部分(514)保持在所述多个芯管(208)中的一个的所述扩口端部(312)内。
2.根据权利要求1所述的ATAAC(108)，其中，所述多个芯管(208)中的一个的所述扩口端部(312)具有内表面(318)，其中所述扩口端部(312)的所述内表面(318)邻接所述渐缩部分(514)中的所述适配器(402)的外表面(320)。
3.根据权利要求1所述的ATAAC(108)，其中，适配器(402)进一步包括限定在第一部分(508)和第二部分(512)之间的凸缘部分(510)。
4.根据权利要求1所述的ATAAC(108)，其中，所述部分(502)包括与所述扩口端部(312)接合的第一部分(712)以及第二部分(714)，所述第一部分(712)具有大于所述第二部分(714)的外径的外径以在所述第一部分(712)与所述第二部分(714)之间限定第一台阶(716)。
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