卡箍及具有其的内燃机用管道结构的制作方法

1.本发明涉及管道连接领域，具体而言涉及卡箍及具有其的内燃机用管道结构。


背景技术：

2.随着内燃机向着高功率密度、高可靠性方向发展。内燃机的结构紧凑性设计日益受到关注。其中内燃机的排气管的紧凑要求不仅关系到排气密封的可靠性，更加关系到整机的安全性。而卡箍作为连接排气管的结构，卡箍的结构的合理性直接影响排气管的密封性能以及排气管的连接强度。
3.现有的对夹式卡箍，包括第一卡箍和第二卡箍。第一卡箍和第二卡箍用于夹紧排气管。卡箍具有凸肩。凸肩设置有安装孔，以设置螺栓和螺母，从而通过螺栓和螺母连接第一卡箍和第二卡箍，进而使第一卡箍和第二卡箍夹紧排气管。
4.不过，现有的对夹式卡箍的轴肩高度尺寸小。在使第一卡箍和第二卡箍夹紧管道，以及在内燃机工作时，轴肩容易变形，进而使管道泄漏。
5.为此，本发明提供一种卡箍及具有其的内燃机用管道结构，以至少部分地解决上述问题。


技术实现要素：

6.在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施例部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
7.为至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种卡箍，卡箍包括：
8.两个管箍，管箍包括管箍部和凸肩部，管箍部为弧形结构，管箍部的沿管箍部的第一径向方向的两端均设置有凸肩部，凸肩部具有轴线沿管箍部的第二径向方向延伸的安装通孔，第二径向方向垂直于第一径向方向，凸肩部的沿管箍部的第二径向方向的尺寸为h，管箍部的半径尺寸为r，h的范围为0.5r≤h≤r，
9.螺栓组件，螺栓组件包括螺栓和螺母，螺栓用于穿设于安装通孔后和螺母连接，以连接两个管箍。
10.根据本发明的卡箍，h的范围为0.5r≤h≤r，可以增加管箍的刚性和强度，减少管箍部弯曲变形而局部拱起的可能性，进而能够减少管道在连接处密封不严而泄漏的可能性。
11.可选地，凸肩部的靠近螺栓组件的头部的轴肩安装面为倾斜面，倾斜面具有斜面外端和斜面内端，沿管箍部的第一径向方向，斜面外端位于斜面内端的远离弧形结构的圆心的一侧，沿管箍部的第二径向方向，斜面内端位于斜面外端的靠近弧形结构的圆心的一侧。
12.可选地，凸肩部的靠近螺栓组件的头部的轴肩安装面垂直于管箍部的第二径向方向，卡箍包括楔形垫片，螺栓组件连接两个管箍的情况下，楔形垫片套设于螺栓的螺杆，楔形垫片搭接至轴肩安装面，以使楔形垫片的靠近与之相邻的螺栓组件的头部的表面为倾斜面，沿管箍部的第一径向方向，楔形垫片的厚度较大的一端用于设置于螺栓的杆体的远离
弧形结构的圆心的一侧。
13.可选地，倾斜面和管箍部的第一径向方向之间的夹角α的范围为0
°
＜α≤20
°
。
14.可选地，螺栓的材料的线胀系数小于或等于管箍的材料的线胀系数。
15.可选地，
16.螺栓的材料的线胀系数小于或等于14，并且/或者
17.管箍的材料的线胀系数小于或等于17。
18.可选地，管箍部的横截面形状具有v形槽。
19.本发明还提供了一种内燃机用管道结构，内燃机用管道结构包括：至少两个管道，以及前述的卡箍，卡箍用于连接相邻的管道。
20.根据本发明的内燃机用管道结构，内燃机用管道结构包括前述的卡箍，h的范围为0.5r≤h≤r，可以增加管箍的刚性和强度，减少管箍部弯曲变形而局部拱起的可能性，进而能够减少管道在连接处密封不严而泄漏的可能性。
21.可选地，管道的端部设置有连接法兰，卡箍用于连接相邻的管道的连接法兰，以连接相邻的管道，管道结构还包括密封垫片，密封垫片用于设置于相邻的管道的连接法兰之间，以用于密封相邻的管道的连接法兰之间的间隙，管箍的材料的线胀系数小于或等于连接法兰的材料的线胀系数。
附图说明
22.为了使本发明的优点更容易理解，将通过参考在附图中示出的具体实施方式更详细地描述上文简要描述的本发明。可以理解这些附图只描绘了本发明的典型实施方式，因此不应认为是对其保护范围的限制，通过附图以附加的特性和细节描述和解释本发明。
23.图1为根据本发明的第一个优选实施方式的卡箍的主视图，其中卡箍的部分被剖开；
24.图2为图1的卡箍的a处局部放大示意图，其中未示出螺栓；
25.图3为图1的卡箍的b-b处剖视示意图；
26.图4为图1的卡箍连接管道的连接法兰和密封垫片的剖视示意图；
27.图5为根据本发明的第二个优选实施方式的卡箍的主视图，其中卡箍的部分被剖开；
28.图6为图5的卡箍的c处局部放大示意图；
29.图7为一个实验的密封垫片表面的接触压力分布图；以及
30.图8为另一个实验的螺栓的螺杆的内侧和外侧的应力图。
31.附图标记说明
32.110、
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管箍
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111、
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管箍部
33.112、
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凸肩部
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113、
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安装通孔
34.114、
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第一管箍
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115、
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第二管箍
35.116、
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v形槽
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121、
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螺栓
36.122、
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螺母
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131、
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倾斜面
37.132、
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斜面外端
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133、
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斜面内端
38.140、
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密封垫片
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150、
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连接法兰
39.211、
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管箍部
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212、
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凸肩部
40.221、
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螺栓
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222、
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螺母
41.231、
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倾斜面
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227、
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轴肩安装面
42.240、
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楔形垫片
具体实施方式
43.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
44.以下参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。需要说明的是，本文中所使用的术语“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，并非限制。
45.在本文中，本技术中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其它含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一空间件”其本身不暗示“第二空间件”的存在，术语“第二空间件”本身不暗示“第一空间件”的存在。
46.为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
47.第一实施方式
48.本发明提供了一种卡箍。请参考图1至图4，该卡箍用于连接两根管道。如图4所示，管道的端部具有连接法兰150。连接法兰150沿管道的径向向外延伸。连接法兰150构造为绕管道的轴线的周向连续结构。两根管道的连接法兰150连接，以连通两个管道。卡箍抱紧两根管道的连接在一起的连接法兰150，从而连接两根管道。连接法兰150之间设置有密封垫片140，以密封两个连接法兰150之间的间隙。密封垫片140可以是橡胶密封垫片。
49.如图1所示，卡箍包括两个管箍110。管箍110包括管箍部111和凸肩部112。管箍部111为弧形结构。卡箍通过管箍部111抱紧管道的连接法兰150，以连接管道。
50.请参考图1和图2，凸肩部112包括第一凸肩部和第二凸肩部。第一凸肩部位于管箍部111的沿管箍部111的第一径向方向d1(图1的左右方向)的一端。第二凸肩部位于管箍部111的沿管箍部111的第一径向方向d1的另一端。凸肩部112具有安装通孔113。安装通孔113的轴线沿管箍部111的第二径向方向d2(图1的上下方向)延伸。管箍部111的第一径向方向d1垂直于管箍部111的第二径向方向d2。沿管箍部111的第一径向方向d1，第一凸肩部的位置和第二凸肩部的位置相对于管箍部111的第二径向方向d2对称。
51.两个管箍110包括第一管箍114和第二管箍115。卡箍还包括螺栓组件。螺栓组件包括螺栓121和螺母122。螺栓121用于穿设于安装通孔113。第一管箍114和第二管箍115的开口相对。第一管箍114的第一凸肩部正对于第二管箍115的第一凸肩部。第一管箍114的第二凸肩部正对于第二管箍115的第二凸肩部。
52.螺栓121依次穿过第一管箍114的凸肩部112和第二管箍115的凸肩部112，然后和螺母122连接。具体的，一个螺栓121依次穿过第一管箍114的第一凸肩部和第二管箍115的第一凸肩部，然后和一个螺母122连接。另一个螺栓121依次穿过第一管箍114的第二凸肩部和第二管箍115的第二凸肩部，然后和另一个螺母122连接。这样，拧紧管箍110的螺栓121，即可使第一管箍114和第二管箍115抱紧位于其内的管道的连接法兰150。
53.凸肩部112的沿管箍部111的第二径向方向d2的尺寸为h。管箍部111的半径尺寸为r。h的范围为0.5r≤h≤r。由此，可以增加管箍110的钢性和强度，减少管箍部111弯曲变形而局部拱起的可能性。进一步优选地，h＝0.6r。
54.本实施方式中，h的范围为0.5r≤h≤r，可以增加管箍110的刚性和强度，减少管箍部111弯曲变形而局部拱起的可能性，进而能够减少管道在连接处密封不严而泄漏的可能性。
55.请继续参考图1和图2，具体的，请参考图1和图2，沿管箍部111的第二径向方向d2，凸肩部112的远离弧形结构的圆心的侧面为轴肩安装面。轴肩安装面构造为倾斜面131。倾斜面131倾斜于管箍部111的第一径向方向d1。具体的，倾斜面131具有斜面外端132和斜面内端133。沿管箍部111的第一径向方向d1，斜面外端132位于斜面内端133的远离弧形结构的圆心的一侧。沿管箍部111的第二径向方向d2，斜面内端133的相对于斜面外端132更加靠近弧形结构的圆心。
56.拧紧螺栓121的情况下，螺栓组件的安装面逐渐靠近凸肩部112。这样，螺栓组件的安装面先抵靠至斜面外端132。继续拧紧螺栓121的过程中，螺栓组件的安装面对斜面外端132的作用使凸肩部112逐渐变形，进而使轴肩安装面逐渐垂直于管箍部111的第二径向方向d2。当螺栓121拧紧至预定的预紧力时，轴肩安装面大致垂直于管箍部111的第二径向方向d2，螺栓组件的安装面贴合至轴肩安装面。此时，螺栓121的轴线大致平行于管箍部111的第二径向方向d2。这样，螺栓121的杆体受力均匀，能够减少螺栓121的杆体的内侧(杆体的远离斜面外端132的侧端)应力，减少螺栓121断裂的可能性。
57.此外，可以使连接法兰150之间的密封垫片140的表面的受力均匀，提高密封性能。
58.倾斜面131和管箍部111的第一径向方向d1之间的夹角的范围为0
°
到20
°
。由此，可以进一步减少螺栓121的杆体的内侧应力，进而进一步减少螺栓121断裂的可能性。
59.进一步优选地，倾斜面131和管箍部111的第一径向方向d1之间的夹角为5
°
。
60.优选地，螺栓121的材料的线胀系数小于或等于管箍110的材料的线胀系数。由此，能够尽可能地避免在高温环境中工作的情况下，通过螺栓121连接的第一管箍114和第二管箍115的连接发生松弛，进而能够尽可能地避免泄漏。
61.优选地，螺栓121的材料的线胀系数x1的范围为0＜x1≤14。由此，方便螺栓121的选型。
62.优选地，管箍110的材料的线胀系数x2的范围为0＜x2≤17。由此，方便管箍110的选型。
63.优选地，螺栓121的材料为06cr25ni20。由此，方便螺栓121的选型。
64.优选地，管箍110的材料为25cr2mova。由此，方便管箍110的选型。
65.优选地，管箍110可以为一体成型结构。例如管箍110可以为铸造件。由此方便管箍110的加工。第一管箍114和第二管箍115的结构可以相同。由此，方便更换。
66.第一管箍114和第二管箍115抱紧连接法兰的情况下，沿管箍部111的第一径向方向d1，第一管箍114和第二管箍115之间存在间隔。
67.本发明还提供了一种内燃机用管道结构。如图4所示，管道结构包括至少两个管道、前述的卡箍，以及前述密封垫片140。管道的端部具有前述的连接法兰150。至少两个管道依次连接，从而连通。管道用于连接至内燃机的排气口，以用于排气。相邻的管道之间通
过卡箍连接。
68.本实施方式中，管道结构包括前述的卡箍，h的范围为0.5r≤h≤r，可以增加管箍110的刚性和强度，减少管箍部111弯曲变形而局部拱起的可能性，进而能够减少管道在连接处密封不严而泄漏的可能性。
69.优选地，如图4所示，连接法兰150的远离密封垫片140的侧面为法兰倾斜面。法兰倾斜面倾斜于管道的径向方向。连接在一起的两个连接法兰150的法兰倾斜面构成横截面(该横截面延伸经过管道的轴线)为v形结构。
70.如图3和图4所示，管箍部111的横截面(该横截面延伸经过弧形结构的轴线)形状具有开口朝向弧形结构的圆心的v形槽116。连接法兰150构成的v形结构进入v形槽116内。v形槽116的侧面贴合并抱紧法兰倾斜面，进而抱紧连接法兰150。由此，能够更加牢固的固定连接法兰150。
71.优选地，管箍110的材料的线胀系数小于或等于连接法兰150的材料的线胀系数。由此，能够尽肯能地避免在高温环境中工作的情况下，卡箍和连接法兰150的连接发生松弛，进而能够尽可能地避免泄漏。
72.第二实施方式
73.第二实施方式中，请参考图5和图6，凸肩部212的轴肩安装面227垂直于管箍部211的第二径向方向d2。卡箍还包括楔形垫片240。楔形垫片240的端面倾斜于楔形垫片240的轴线方向。这样，楔形垫片240的沿其径向方向的第一端的厚度大于第二端的厚度。楔形垫片240套设于螺栓221的螺杆的外周。楔形垫片240位于螺栓组件的头部(螺栓221的头部和螺母222)和轴肩安装面227之间。楔形垫片240的第一端设置于螺杆的沿管箍部211的第一径向方向d1的外侧(沿管箍部211的第一径向方向d1，螺杆的远离弧形结构的圆心的一侧)。
74.楔形垫片240的一个端面搭接至轴肩安装面227的情况下，楔形垫片240的靠近螺栓组件的头部的表面为倾斜面231。该倾斜面231的作用和第一实施方式的倾斜面131的作用大致相同，这里不再赘述。
75.第二实施方式的其他设置大致相同于第一实施方式，这里不再赘述。
76.在内燃机的排气管上装配卡箍进行试验。本次试验以第一改进卡箍和h＝0.1r的第一试验卡箍进行试验对比。第一改进卡箍的h＝0.6r。第一试验卡箍和第一改进卡箍的其他试验条件大致相同。采用第一试验卡箍的内燃机在工作时，排气管的密封垫片处存在漏气现象。而采用第一改进卡箍的内燃机在工作时，排气管的密封垫片处无漏气现象。
77.此外，在试验的过程中，采集内燃机在工作时密封垫片表面的接触压力。在拧紧螺栓的预定的预紧力相同的条件下，采用第一改进卡箍相对于采用第一试验卡箍，密封垫片表面的接触压力在周向上更加均匀，详见图7。
78.在内燃机的排气管上装配卡箍进行试验。本次试验以第二改进卡箍和第二试验卡箍进行试验对比。第二试验卡箍的轴肩安装面垂直于管箍部的第二径向方向d2，并且第二试验卡箍无第二实施方式的楔形垫片。第二改进卡箍的具有本技术的倾斜面。第二试验卡箍和第二改进卡箍的其他试验条件大致相同。螺栓的螺杆外侧(螺栓的沿管箍部的第一径向方向d1的远离弧形结构的圆心的一侧)和内侧(螺栓的沿管箍部的第一径向方向d1的靠近弧形结构的圆心的一侧)均设置有应变片(应变片位于第一卡箍和第二卡箍之间)。在拧紧螺栓的预定的预紧力相同的条件下，采用第二改进卡箍时，螺栓内侧和外侧的应力差约
较小，且未超出材料屈服。而采用第二试验卡箍时，螺栓内侧和外侧的应力的应力差较大(达到200mpa以上)，并且随着预定的预紧力逐渐增大，差异也增大，详见图8，其中螺栓1和螺栓2为连接卡箍的两个螺栓。
79.本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
80.除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“部件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。
81.本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。