CN113914984A - 一种排气管、波纹管组件及设计方法 - Google Patents

一种排气管、波纹管组件及设计方法 Download PDF

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Abstract

一种排气管、波纹管组件，包括第一排气管、波纹管和第二排气管，其中，波纹管两端设置有波纹管法兰，第一排气管的末端设置有连接法兰，第二排气管的首端设置有连接法兰，两个波纹管法兰分别连接两个连接法兰；其中，波纹管法兰的连接面上设置有凸台，连接法兰的连接面上设置有凹槽，凹槽与凸台对应地配合设置。本发明还提供一种排气管、波纹管组件的设计方法，设计的排气管、波纹管组件解决柴油机排气管与波纹管的法兰偏心问题，并降低排气管路的安装难度。

Description

一种排气管、波纹管组件及设计方法
技术领域
本发明涉及柴油机领域，特别是涉及一种排气管、波纹管组件及设计方法。
背景技术
柴油机排气管的工作环境恶劣，高温、高压并伴有高频的振动，故而在排气管之间会使用金属波纹管(以下简称波纹管)来吸收振动，防止排气管间由刚性连接引起的振裂。波纹管属于软连接，其本身具有拉伸、压缩、弯曲的功能，可以吸收振动以及一定的轴向和径向的位移。波纹管与排气管之间多用的连接方式为管卡连接，安装方便快捷、节省空间。
用管卡的U型槽扣住排气管与波纹管法兰，当拧紧管卡的螺栓时，两法兰会在U型槽的作用力下紧密贴合，对密封垫片产生足够的压紧力，有效的防止排气管内高温废气的泄露。在理想的安装状态下，波纹管与排气管的法兰是对齐的，但各节排气管、波纹管在安装时存在偏差，各节排气管的加工尺寸也会存在一定误差，这会导致波纹管和排气管的法兰产生偏心。当法兰偏心时，管卡沟槽就会与法兰面产生空隙，因为管卡本身是没有矫正偏心的功能的，故而这种偏心会伴随柴油机整个工作过程。在这种情况下，管卡无法提供足够的压紧力，密封垫片很快会被泄露出的高温气体侵蚀，造成排气管路漏气，导致热效率降低，且存在高温伤人的安全隐患。
法兰偏心可以通过装配手段来调节，安装时工人手托波纹管，先将波纹管与一侧1号位排气管法兰对齐后固定，接下来调节另一侧2号位排气管位置(排气管一般是用螺栓固定在机体或气缸盖等铸造零部件上，并设有调节垫片和可调螺栓孔，用来微调排气管位置)，待波纹管另一侧法兰与2号位排气管法兰视觉上对齐后，拧紧管卡进行固定。缺点是：波纹管与1号位排气管法兰对齐后，管卡U型槽套在法兰上，在拧紧螺栓的过程中法兰处于不可视状态，这时人工托扶的波纹管无法保证完全静止，可能会产生不同程度的偏心，此处精度完全取决于工人的安装水平。当需要安装多节排气管时，偏差逐渐累积、调节垫片和可调螺栓孔无法弥补偏心距时，就需要重复调节前几节排气管，一旦操作不当容易导致波纹管变形，影响其使用寿命。为达成理想状态，反复安装调节过程耗时长，工序繁琐。
为了减少安装调节时对波纹管的变形损伤，可以制作波纹管的仿制工装，先用工装矫正排气管位置，待排气管位置调节固定好后，再将工装替换成波纹管，该技术可实现多节排气管同时调整。缺点是：在拧紧管卡螺栓的过程中法兰处于不可视状态，这时人工托扶的波纹管无法保证完全静止，可能会产生不同程度的偏心，此处精度完全取决于工人的安装水平。虽然可多节排气管同时调整，但安装、替换工装耗时耗力。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种排气管、波纹管组件，解决柴油机排气管与波纹管的法兰偏心问题，并降低排气管路的安装难度。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种排气管、波纹管组件，包括第一排气管、波纹管和第二排气管，其中，波纹管两端设置有波纹管法兰，第一排气管的末端设置有连接法兰，第二排气管的首端设置有连接法兰，两个波纹管法兰分别连接两个连接法兰；
其中，波纹管法兰的连接面上设置有凸台，连接法兰的连接面上设置有凹槽，凹槽与凸台对应地配合设置，或者，
波纹管法兰的连接面上设置有凹槽，连接法兰的连接面上设置有凸台，凹槽与凸台对应地配合设置。
进一步地，还包括管卡，管卡固定连接法兰和波纹管法兰。
进一步地，凸台的高度大于2毫米。
进一步地，凸台的顶端外缘做倒角。
进一步地，凹槽的顶端做倒角，凹槽的底端做倒圆角。
进一步地，凸台的宽度大于等于凸台的高度。
进一步地，凹槽的深度比凸台的高度大至少1毫米。
进一步地，凸台与凹槽设计为具有相同的直径但不同的公差。
进一步地，凸台的外径
Figure BDA0003343049630000031
凹槽的内径
Figure BDA0003343049630000032
其中公差A值为0.25mm、B值为0.1mm。
一种上述排气管、波纹管组件的设计方法，包括：将波纹管两端的波纹管法兰的连接面上分别设计为具有凸台；将第一排气管末端的连接法兰的连接面上、第二排气管首端的连接法兰的连接面上分别设计为具有与凸台配合的凹槽；将凸台的高度设计为大于2mm，凹槽的深度设计为大于凸台的高度至少1mm；将凸台的外径
Figure BDA0003343049630000033
凹槽的内径
Figure BDA0003343049630000034
设计为通过公差A、B来控制波纹管和第一排气管和第二排气管的安装配合。
本发明的有益效果为：
本发明的排气管、波纹管组件，在组装排气管路时不再需要反复调试，不仅节省大量人力，而且提高生产效率；充分利用波纹管的可变形特质，吸收加工、组装误差，同时减少反复拆卸对波纹管的损坏；波纹管在凸台卡入凹槽后不再需要人工托扶，即可保证波纹管的法兰与排气管的法兰的绝对对心；有效地解决由波纹管的法兰与排气管的法兰的不对心导致的管卡漏气问题，提高热效率。
附图说明
图1显示本发明的排气管、波纹管组件的排气管的连接法兰和波纹管的波纹管法兰的局部截面图；
图2显示本发明的排气管、波纹管组件的排气管和波纹管连接的截面图；
图3显示本发明的排气管、波纹管组件的管卡为单螺栓形式的示意图；
图4显示本发明的排气管、波纹管组件的管卡为双螺栓形式的示意图；
图5显示本发明的排气管、波纹管组件的管卡的沟槽为9.2b形式的示意图；
图6显示本发明的排气管、波纹管组件的管卡的沟槽为10.2a形式的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例及附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的排气管、波纹管组件，如图1和图2所示，包括第一排气管2、波纹管1和第二排气管3，其中，波纹管1两端设置有波纹管法兰4，第一排气管2的末端设置有连接法兰5，第二排气管3的首端设置有连接法兰5，两个波纹管法兰4分别连接两个连接法兰5；其中，波纹管法兰4的连接面上设置有凸台6，连接法兰5的连接面上设置有凹槽7，凹槽7与凸台6对应地配合设置。其中波纹管1优选为金属波纹管。
第一排气管2的连接法兰5的凹槽7、第二排气管3的连接法兰5的凹槽7优选相同，设计为具有深度t、直径M的凹槽。凹槽7的顶端做C1的倒角，该倒角在第一排气管2、第二排气管3与波纹管1的配合中起导向作用。凹槽7的底端做R1.5的倒圆角以便于加工。
波纹管1两端的波纹管法兰4的凸台6优选相同，设计为具有高度t0、直径M的凸台。凸台6的顶端外缘做C1的倒角，该倒角在波纹管1与第一排气管2、第二排气管3的配合中起导向作用。
因为波纹管1的压缩量是有限的，所以波纹管1两端的波纹管法兰4的凸台6的高度t0过大会导致波纹管1与第一排气管2、第二排气管3拆卸时无法取下；但如果凸台6的高度t0过小，则波纹管1会容易与第一排气管2、第二排气管3脱槽，从而凸台6的高度t0需要合理设计。在多个实施例中，当凸台6的高度t0大于2mm时，波纹管1能够抵抗大部分组装过程中的振动、晃动而不脱槽。在多个实施例中，当凸台6的高度t0大于等于3mm时，波纹管1便不会再因振动、晃动而脱槽。
通常，排气系统的波纹管的设计压缩量在5mm左右，由于波纹管1的波纹管法兰4的凸台6的高度t0达到3mm后波纹管1已不会与第一排气管2、第二排气管3脱槽，所以再增大凸台6的高度t0已毫无意义。在一实施例中，凸台6的高度t0的最优值为3mm。如果波纹管1的设计压缩量较小，则波纹管1两端的波纹管法兰4的凸台6的高度t0应尽量选取最大值，并且在安装过程中避免大力碰撞、晃动，以避免波纹管1脱落。为避免干涉，第一排气管2的连接法兰5的凹槽7的深度t、第二排气管3的连接法兰5的凹槽7的深度t比凸台6的高度t0大至少1mm。
为确保波纹管1两端的波纹管法兰4与第一排气管2的连接法兰5及第二排气管3的连接法兰5绝对对心，波纹管1两端的波纹管法兰4的凸台6与第一排气管2的连接法兰5的凹槽7及第二排气管3的连接法兰5的凹槽7设计为具有相同的直径但不同的公差，凸台6的外径
Figure BDA0003343049630000051
凹槽7的内径
Figure BDA0003343049630000052
通过公差A、B来控制波纹管1和第一排气管2及第二排气管3的安装配合，因此凸台6和凹槽7需要精加工。公称直径M应根据波纹管1的波纹管法兰4和第一排气管2的连接法兰5及第二排气管3的连接法兰5的外径及其他结构(如垫片沟槽)确定，但为保证凸台6的结构强度，凸台6的宽度L应大于等于凸台6的高度t0。在多个实施例中，优选地公差A值为0.25mm、B值为0.1mm，该公差下的凸台6与凹槽7配合最佳，配合面的粗糙度至少应达到12.5才能实现流畅配合，达到6.3则更佳。
参考图2，波纹管1在轴向上是可以微量压缩、拉伸的，因此在安装时将波纹管1稍微压缩，放置在相邻的第一排气管2和第二排气管3之间，调整波纹管1的波纹管法兰4，当波纹管1两端的波纹管法兰4的凸台6与第一排气管2的连接法兰5的凹槽7及第二排气管3的连接法兰5的凹槽7对准后，波纹管1会膨胀回原有长度并被卡住无法窜动。此时波纹管1便不再需要人工托扶，波纹管1两端的波纹管法兰4与第一排气管2的连接法兰5及第二排气管3的连接法兰5会一直保持对心，利用管卡8分别将第一排气管2末端的连接法兰5与波纹管1一端的波纹管法兰4、第二排气管3首端的连接法兰5与波纹管1另一端的波纹管法兰4固定在一起，从而将波纹管1分别和第一排气管2及第二排气管3固定到一起。拆卸波纹管1时，在将管卡8拆卸之后，只需按住波纹管1的波纹端面压缩波纹管1，待波纹管1两端的波纹管法兰4的凸台6脱离第一排气管2的连接法兰5的凹槽7和/或第二排气管3的连接法兰5的凹槽7后即可拆除。
本发明的排气管、波纹管组件使用的管卡8，可以通过市购获得，优选使用购自诺马集团
Figure BDA0003343049630000061
的管卡。管卡8可以采用单螺栓STC型管卡，也可以采用双螺栓STC型管卡，并且优选使用沟槽为9.2b或10.2a型的管卡，如图3-图6所示。
本发明的排气管、波纹管组件的设计方法，包括：将波纹管1两端的波纹管法兰4的连接面上分别设计为具有凸台6；将第一排气管2末端的连接法兰5的连接面上、第二排气管3首端的连接法兰的连接面上分别设计为具有与凸台6配合的凹槽7；将凸台6的高度t0设计为大于2mm，凹槽7的深度t设计为大于凸台6的高度t0至少1mm；将凸台6的外径
Figure BDA0003343049630000062
凹槽7的内径
Figure BDA0003343049630000063
设计为通过公差A、B来控制波纹管1和第一排气管2、第二排气管3的安装配合。
本发明的排气管、波纹管组件，在组装排气管路时不再需要反复调试，不仅节省大量人力，而且提高生产效率；充分利用波纹管的可变形特质，吸收加工、组装误差，同时减少反复拆卸对波纹管的损坏；波纹管1在凸台6卡入凹槽7后不再需要人工托扶，即可保证波纹管1的波纹管法兰4与第一排气管2的连接法兰5及第二排气管3的连接法兰5的绝对对心；有效地解决由波纹管1的波纹管法兰4与第一排气管2的连接法兰5及第二排气管3的连接法兰5的不对心导致的管卡漏气问题，提高热效率。
本发明的排气管、波纹管组件的一种替代方式为：设计一种在安装过程中固定波纹管1的专门的托扶装置(未示出)，再制作波纹管1的仿制工装(未示出)，先用仿制工装矫正第一排气管2和第二排气管3的位置，待第一排气管2和第二排气管3的位置调节固定好后，再将仿制工装替换成波纹管1，可达到与本发明的排气管、波纹管组件的相同效果。但该替代方式的排气系统布局紧凑，缺乏足够的空间布置固定装置，且会使排气管路的安装过程更为复杂耗时。
参考图1和图2，在另一实施例中，本发明的排气管、波纹管组件，包括第一排气管2、波纹管1和第二排气管3，其中，波纹管1两端设置有波纹管法兰4，第一排气管2的末端设置有连接法兰5，第二排气管3的首端设置有连接法兰5，两个波纹管法兰4分别连接两个连接法兰5；波纹管法兰4的连接面上设置有凹槽7，连接法兰5的连接面上设置有凸台6，凹槽7与凸台6对应地配合设置。
其中凸台6和凹槽7的设计可以分别参考上述实施例中波纹管法兰4的连接面上的凸台6及连接法兰5的连接面上的凹槽7的设计。并且排气管、波纹管组件的安装同样可以参考上述实施例中排气管、波纹管组件的安装。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种排气管、波纹管组件，其特征在于，包括第一排气管、波纹管和第二排气管，其中，所述波纹管两端设置有波纹管法兰，所述第一排气管的末端设置有连接法兰，所述第二排气管的首端设置有连接法兰，两个所述波纹管法兰分别连接两个所述连接法兰；
其中，所述波纹管法兰的连接面上设置有凸台，所述连接法兰的连接面上设置有凹槽，所述凹槽与所述凸台对应地配合设置，或者，
所述波纹管法兰的连接面上设置有凹槽，所述连接法兰的连接面上设置有凸台，所述凹槽与所述凸台对应地配合设置。
2.根据权利要求1所述的排气管、波纹管组件，其特征在于，还包括管卡，所述管卡固定所述连接法兰和所述波纹管法兰。
3.根据权利要求2所述的排气管、波纹管组件，其特征在于，所述凸台的高度大于2毫米。
4.根据权利要求1所述的排气管、波纹管组件，其特征在于，所述凸台的顶端外缘做倒角。
5.根据权利要求4所述的排气管、波纹管组件，其特征在于，所述凹槽的顶端做倒角，所述凹槽的底端做倒圆角。
6.根据权利要求1所述的排气管、波纹管组件，其特征在于，所述凸台的宽度大于等于所述凸台的高度。
7.根据权利要求1所述的排气管、波纹管组件，其特征在于，所述凹槽的深度比所述凸台的高度大至少1毫米。
8.根据权利要求1所述的排气管、波纹管组件，其特征在于，所述凸台与所述凹槽设计为具有相同的直径但不同的公差。
9.根据权利要求8所述的排气管、波纹管组件，其特征在于，所述凸台的外径
Figure FDA0003343049620000011
凹槽的内径
Figure FDA0003343049620000012
其中公差A值为0.25mm、B值为0.1mm。
10.一种权利要求1-9中任一项所述的排气管、波纹管组件的设计方法，其特征在于，包括：将波纹管两端的波纹管法兰的连接面上分别设计为具有凸台；将第一排气管末端的连接法兰的连接面上、第二排气管首端的连接法兰的连接面上分别设计为具有与所述凸台配合的凹槽；将所述凸台的高度设计为大于2mm，所述凹槽的深度设计为大于所述凸台的高度至少1mm；将所述凸台的外径
Figure FDA0003343049620000021
所述凹槽的内径
Figure FDA0003343049620000022
设计为通过公差A、B来控制所述波纹管和所述第一排气管和所述第二排气管的安装配合。
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