CN101479025B - 带有用于在通道流方向上产生流动转矩的翼片对的静态混合器 - Google Patents
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Abstract
该静态混合器(1)包括了用于在通道流(3)方向上产生流动转矩(300)的至少一对翼片(2；2a，2b)。翼片的入流侧的前边缘处于与通道流垂直，并且与通道(10)的高度平行。下游的入流表面弯曲成凹形，并且在相反的方向上弯曲。每个翼片(2a，2b)都设计为按照空气动力学配置的主体，它包括了前壁(20)、凸形侧壁(21)和凹形侧壁(22)。前壁具有凸出的形状或者入流边缘的形状。特别地，与侧壁垂直的翼片横截面具有和飞机承载面的横截面相似的形状。
Description
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的、带有用于在通道流(Kanalstroemung)方向上产生流动转矩(Stromungsdrall)的至少一对翼片的静态混合器。这一对翼片是涡流感应的静态混合元件。这样的一对或者多对在通道中特别是在矩形通道中在截面上彼此相邻排列的翼片组成了涡流感应的静态混合器。在通常情况下，各对翼片彼此相邻设置在某一“层”上；但它们可能也会栅栏式地彼此相邻和彼此上下设置在两“层”或更多“层”之上。
举例来说，采用涡流感应的静态混合元件时第二流体应该混合进入第一流体。在这里第一流体可能是含有氧化氮的废气，在该废气中借助于在脱硝装置中的尾气处理器可以进行氮氧化的脱除，第二流体以氨气或者氨气/空气混合气体的形式作为添加物流向其中。采用一种由文件DE-A-195 39 923已知的设备，即一种用于通道流的静态混合器，第二流体可以通过必须的均匀化作用二混合到第一流体中，而压力损失较小。采用涡流感应的静态混合元件时，也仅仅可以实现一种温度和/或浓度平衡的形式的均匀化作用。
在已知的设备中，至少有两个涡流产生的平面类型的翼片在一个由流体流经的通道中如此的设置，以致角动量在通道流方向，即主要流动方向上被强制产生。翼片的入流侧的前边缘固定在一个管道上，该管道处于与主要流动方向垂直和与管道的高度(或者较短的一面)并行。这种固定管道把上面的壁表面连接到下面的壁表面。添加物配给部(Additivdosierung)可以集成到该管道中。输入该管道的第二流体可以通过多个喷嘴分布到第一流体。这两个翼片是可相互置换的，并且以V字形安装在固定管道上。从前边缘出发翼片在相反的方向上弯曲，以致其在入流侧上表现出凹形的平面。沿着主要流动方向的翼片截面有可变的纵向延伸和可变的调整。基于这特别的造型在通道流时出现了角动量，该角动量以第一涡流的形式引起在整个通道高度上方的混合。在有利的实施形式中，与管道垂直的楔形薄板和翼片对的两个面连接。该楔形薄片既用作空气动力学的稳定也用作机械的稳定。
多个翼片对感应了第一涡流的相应的数目，该涡流使得在通道截面上方的添加物的总体往内混合(Zumischung)成为了可能。邻近的在相反的方向上旋转的涡流把自身连接成圆柱体，该圆柱体在感应该涡流的翼片的作用范围之外延伸。假如涡流是在相反的方向上的，那么在单个的作用范围之中产生一种更好的混匀(Durchmischung)，可是对于总体混匀则是负担。在这种情况下为了改善总体混匀借助于附加的引导元件(参见DE-A-195 39 923)，可以产生位于邻近的涡流之间的混合联接。
除了第一涡流以外即在固定管道后面和平面类型翼片的空闲边缘上也形成第二涡流。虽然第二涡流可能促成局部的混合，可是引起压力损失和不期望的振荡作用。假如可能至少部分地阻碍了第二涡流的出现，这是有利的。
本发明的目的在于，提供一种涡流感应的静态混合器，其在关于压力损失和振荡作用方面有所改善。该目的是通过权利要求1中限定的混合器来实现。
该静态混合器至少包括了一对在通道流方向上用于产生流动转矩的翼片。翼片的入流侧的前边缘处于与通道流垂直和与通道的较短的一面平行，接下来把这一面简称作高度。下游的入流面弯曲成凹形并在相反的方向上弯曲。每个翼片设计为空气动力学配置的主体，它包括了前壁、凸形侧壁和凹形侧壁。前壁有凸出的形状或者入流边缘的形状。特别地，与侧壁垂直的翼片横截面具有和飞机承载面的横截面相似的形状。
从属权利要求2至10涉及了根据本发明的混合器的有利的改进形式。
接下来按照附图阐述本发明。其中：
图1显示了根据本发明的混合器，
图2显示了采用稍微简化的图示的该混合器的一对翼片，
图3显示了图2的翼片对的明晰图示，和
图4显示了翼片的截面。
根据本发明的混合器，正如按照图1至4所描绘的，至少包括一对翼片作为混合器元件2，用该混合器元件在通道10中在通道流3中产生流动转矩300，角动量的轴指向通道流3的方向。通道10的上侧10a和下侧10b定义了通道10的高度。翼片对2包括第一翼片2a和第二翼片2b。翼片2a，2b的入流侧的前边缘处于与通道流3垂直和与通道10的高度平行。翼片2a和2b根据前边缘向下流动处有流入的表面或翼片壁22，其弯曲成凹形以及在相反的方向上弯曲。通道10的轴定义了通道流3的主要流动方向30(图3)，转矩300指向通道流。
每个翼片2a，2b根据本发明的设计为空气动力学配置的主体，它包括了前壁20、凸形侧壁21和凹形侧壁22。横跨侧壁20，21，22的翼片截面有可变的定向和纵向延伸。特别地，该翼片截面具有和飞机承载面的横截面相似的形状。翼片截面的延伸在角度α和角度β之间变化，正如图3中所示。其中α小于β是有利的。在描述的实施例子中凸出的前壁20具有长形的圆柱体20′或者管道23(图4)。角撑板26(图1)给出翼片对2的改善的机械稳定性。在描述的实施形式中前壁20具有突出的形状；但是它也可以如此成型，以致它构成特别的入流边缘，在入流边缘上灰尘颗粒不能或只能以很有限制的质量附着。
混合器元件2的翼片2a，2b构成以轻质结构的形式的主体；特别地它们是空腔主体。有利地是，翼片2a，2b的侧壁由细薄板制造，例如其厚度是1mm，可是也可能更小，例如0.5mm。变得稳定的连接元件设置在侧壁2a，2b的内部之间，例如波纹状的薄板条24(见图4)泡沫状的主体(没有描述的)或支承件(Holme)。在图1中支承件作为虚线27表明的。
作为轻质结构生产的翼片2a，2b可能这样地构成，以致在1米的翼片高度(或也更高)其缺少固有振荡，该固有振动频率位于1至10Hz的范围。在该范围以外的固有振荡通过通道流3而没有激发；特别地没有激发所谓的旗帜式振荡(Fahnenschwingung)。(“旗帜式振荡”是一种流动感应的振荡，其与一面在风中飘动的旗帜的运动类似的。)因为翼片的空气动力学的形状，通道流3发生在流入到静态混合器元件的范围时，在静态混合器中流动截面在翼片之间持续地减少。此时流动的动能的增加对应于压力降低。紧接着流动截面以扩散的方式扩大。此时没有动能的本质的耗散压力又会增加。减少的耗散意味着只有微弱形成的第二涡流产生，例如通过该涡流没有旗帜式振荡激发。通过轻质结构翼片2a，2b加强了，以致振荡的激发也基于改变的机械特征要么完全消失要么至少延迟到更高和因此而不严格的振荡频率。
在所引用的DE-A-195 39 923中对于混合器元件的一种可能的结构说明了细壁的主体的应用，特别地这样来自薄板或塑料的应用。这些实施形式由于强度和稳定性的要求不适合于大的混合器(从1m或2m起的通道高度)的安装，正如它们在脱硝装置经常应用的。采用根据本发明的混合器1的混合器元件2排除了该问题。也没有外部的加强结构如肋条是必须的，沿着翼片表面这不利地影响了流动范围或者引起灰尘存放和以此损害了混合器1的作用方式。
添加物配给可以以熟知的方式借助配料栅格(Dosiergitter)进行。但是如果添加物配给部集成到混合器元件2中，就节省了大量的费用，正如在DE-A-195 39 923中所述的。在添加物配给中喷嘴间接地设置在翼片的基部，与添加物配给的这种熟知的形式不同，设有指定分别带有添加物的馈入的排出口是更加有利的，其中添加物的馈入方向指向流动方向或横向于流动方向。这样的措施不仅产生更好的混合作用，而且馈入也对不均匀的流入更加不敏感了。因此指定在前壁20中或在前壁20附近侧边的缺口42为集成添加物配给部的排出口。缺口42为喷嘴，钻孔或经激光切割的开口，例如它们可能是圆的、矩形的或裂口状的。要配给的添加物是第二流体4(图1)，它混入通过通道3构成的第一流体。缺口42分别确定第二流体4的馈入方向40，该方向把排出角度σ定义到主要流动方向30。该排出角度σ具有有利的数值，它位于范围60至170°之间，优选地在120至150°之间。用模型计算的CFD研究(“计算流体动力学”CFD)得出σ的一个142.5°的最优值。集成的添加物配给部也可以包括用于第二流体4的缺口，该缺口设置在侧壁21和22之中。
添加物配给部的缺口42相隔一定距离地设置在水平位上，其在理论上或经验上在模型计算或者试验方面优化。但是通常所有或大多数的缺口42位于不同的水平位上，其可以指明不同的距离。
缺口42可以与添加物的输送管道连接，否则添加物直接输送到翼片侧面的空腔主体。
在一个特别有利的实施形式中，翼片对2的侧壁21，22通过与管子垂直的楔形薄板(未显示)连接，正如这样的来自DE-A-195 39 923的薄板是熟知的。假如楔形薄板具有带直角边的三角形形状，那么边缘就在凹形的侧壁22之上前伸。采用楔形薄板的这样位于侧壁之上的边缘取得更好的混合作用，此时不会增加压力降。
翼片壁21、22至少部分由金属、陶瓷材料和/或塑料制造。金属的混合元件2可以用陶瓷材料或塑料涂层。
根据本发明的混合器的应用是特别有利的——假如通道10的高度(较短侧)比0.5m高，优选地比1m高。混合器元件2(翼片对)有利地延长在通道10的高度之上，其中元件设置在一层上。因此在这种情况下混合器元件2的数目基本上与通道宽度比通道长度的商一样。该数目的典型数值位于2至8的范围之间。分别根据混合器元件2的数目产生大量——更有效或更不有效的——配置变型：例如所有混合器元件2交替地或同一个方向旋转。因此有可能使混合器元件2的配置按任务优化，其参考作为初始条件情境中给出的温度或集中的不均匀分布而产生。翼片对2可以不在一“层”上而也可以在两或多“层”上设置，其中“层”通常不是通过壁相互分开的。
Claims (15)
1.一种静态混合器(1)，其包括了至少一对在通道流(3)方向(30)上用于产生流动转矩(300)的翼片(2；2a，2b)，该翼片对由至少两个翼片(2a，2b)组成，其中每个翼片(2a，2b)都设计为根据空气动力学配置的主体，其包括了前壁(20)、凸形侧壁(21)和凹形侧壁(22)，其特征在于，所述前壁(20)构成入流侧的前边缘，以致翼片对(2)的翼片(2a，2b)的入流侧的前边缘与通道流垂直，并且其下游的入流侧壁(21，22)在相反的方向上弯曲，其中所述前壁(20)具有凸起的形状或者入流边缘的形状；所述翼片(2a，2b)构成为轻质结构的形式的主体，而该翼片(2a，2b)的轻质结构构成为空腔主体。
2.根据权利要求1所述的混合器，其特征在于，设置成与所述侧壁垂直的横截面具有和飞机承载面的横截面相似的形状。
3.根据权利要求2所述的混合器，其特征在于，所述翼片(2a，2b)的侧壁(21，22)由细薄板制造，并且在侧壁的内部之间设置有稳定的连接元件。
4.根据权利要求3所述的混合器，其特征在于，所述连接元件由支承件、波纹状的薄板条(24)或泡沫状的主体构成。
5.根据权利要求3所述的混合器，其特征在于，所述细薄板的厚度值是0.5mm至1mm。
6.根据权利要求4所述的混合器，其特征在于，所述轻质结构有固有振荡，其频率位于范围1Hz至10Hz之外，以致通过所述通道流(3)没有振荡在这个频率范围中能够被激发，并且没有所谓的旗帜式振荡出现。
7.根据权利要求1所述的混合器，其特征在于，集成的添加物配给部的多个缺口(42)设置在翼片侧壁中，其中要配给的添加物(4)是第二流体，它混入在形成通道流(3)的第一流体中。
8.根据权利要求7所述的混合器，其特征在于，所述缺口(42)形成为喷嘴的或钻孔的缺口。
9.根据权利要求7的所述混合器，其特征在于，所述缺口(42)设置在前壁(20)中或前壁的附近的侧面，并且与管道处于垂直的楔形薄板和所述翼片对的侧壁连接，且其稍微超出凹形侧壁(22)，以获得更好的混合作用。
10.根据权利要求7所述的混合器，其特征在于，所述缺口(42)确定第二流体的馈入方向，该方向相对于主要流动方向(30)而限定排出角度(σ)，并且该排出角度具有位于范围60°至170°之间的数值。
11.根据权利要求7所述的混合器，其特征在于，所述缺口(42)确定第二流体的馈入方向，该方向相对于主要流动方向(30)而限定排出角度(σ)，并且该排出角度具有位于范围120°至150°之间的数值。
12.根据权利要求7所述的混合器，其特征在于，所述缺口(42)相隔一定距离地设置在某水平位上，该水平位是在模型计算或者试验方面中优化的。
13.根据权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述侧壁(21，22)至少部分地由金属、陶瓷材料和/或塑料制造。
14.根据权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述通道(10)的较短侧大于0.5m，并且所述翼片对(2)设置在某一层上，其中它们在通道的较短侧上延伸，或者所述翼片对设置在两个或多个层上。
15.根据权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述通道(10)的较短侧大于1m，并且所述翼片对(2)设置在某一层上，其中它们在通道的较短侧上延伸，或者所述翼片对设置在两个或多个层上。
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