CN115217590B - 一种双向旋流加强的尿素混合装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双向旋流加强的尿素混合装置，包括：喷嘴底座，安装在筒体上端；筒体，筒体的一端为进气口、另一端为出气口，所述出气口处设置旋流板；混合内组件，固定在所述筒体内部，包括混合管组件和Z型隔板，混合管组件和Z型隔板贴合固定设置；所述混合内组件与所述喷嘴底座在竖直方向上同轴；所述混合管组件包括自上而下依次设置的旋流管、支撑环、扩张管和弧形导流板，所述旋流管和扩张管通过支撑环相互固定连接；所述扩张管的上部均设若干个破碎翅片；所述弧形导流板固定在所述扩张管的底部，弧形导流板向下倾斜设置。本发明可双向加强和保持旋转气流，从而促进旋流长效作用的高效混合器，促进尿素的分解，降低尿素结晶风险。

Description

一种双向旋流加强的尿素混合装置

技术领域

本发明涉及一种尿素混合装置，尤其是一种双向旋流加强的尿素混合装置，属于柴油机SCR后处理技术领域。

背景技术

在柴油机SCR后处理系统应用技术中，如何实现喷入的尿素分解、快速转化为NH₃还原剂并减少尿素在SCR后处理系统中的结晶风险是整个开发过程中的关键技术。尤其是目前市场状态下，排气背压要求较高，系统转化效率要求已趋于极限，可靠性要求不断提升，如何在低背压下保证尿素的快速分解、均匀混合以及防止结晶失效成为行业难点问题。

由于实际应用中尿素喷射方向无法和气流方向保持一致，因此需要采用竖向和轴向两个方向的旋流结构来分别解决尿素分解及结晶问题以及SCR中的氨气混合均匀度问题。但是，局部设计的旋流结构产生的旋流效果往往不明显，或者会随着气体流动而逐渐降低，因此，如何保持旋转气流的长效作用成为行业中的难点问题之一。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种双向旋流加强的尿素混合装置，可双向加强和保持旋转气流，从而促进旋流长效作用的高效混合器，促进尿素的分解，降低尿素结晶风险。

为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：

一种双向旋流加强的尿素混合装置，包括：

喷嘴底座，安装在筒体上端；

筒体，筒体的一端为进气口、另一端为出气口，所述出气口处设置旋流板；

混合内组件，固定在所述筒体内部，包括混合管组件和Z型隔板，混合管组件和Z型隔板贴合固定设置；所述混合内组件与所述喷嘴底座在竖直方向上同轴；

所述混合管组件包括自上而下依次设置的旋流管、支撑环、扩张管和弧形导流板，所述旋流管和扩张管通过支撑环相互固定连接；所述扩张管的上部均设若干个破碎翅片，各破碎翅片向扩张管内中心轴方向延伸；所述弧形导流板固定在所述扩张管的底部，弧形导流板向下倾斜设置；

所述扩张管的下部设置扩张管进口，所述扩张管进口朝向筒体进气口方向；所述扩张管的下部设置扩张管出口，所述扩张管出口朝向筒体出气口方向。

进一步地，所述旋流管上设置有15~20个第一旋流翅片，所述第一旋流翅片的叶片朝向旋流管内部，第一旋流翅片和管壁切向成γ角，γ角为20°~40°。

进一步地，所述旋流管下端为倾斜断面，旋流管管身较长的一面朝向筒体的进气口，分布在旋流管上的若干个第一旋流翅片的长度与旋流管管身长度相适应，形成阶梯状分布；所述第一旋流翅片的长度L为100mm~50mm。

进一步地，所述扩张管的直径至少比旋流管的直径大30%。

进一步地，所述扩张管上设有15~20个破碎翅片，所述破碎翅片和扩张管的轴向夹角α为18~26°；所述破碎翅片为V字形，破碎翅片上沿两翼之间的夹角δ为110°~160°。

进一步地，所述Z型隔板包括第一竖隔板、斜隔板和第二竖隔板，所述斜隔板向下倾斜设置，斜隔板的上端连接第一竖隔板，斜隔板的下端连接第二竖隔板；所述混合管组件插入所述Z型隔板的中间孔中进行固定。

进一步地，所述弧形导流板和Z型隔板的横截面方向成夹角β，β的范围为20°~45°。

进一步地，所述旋流板靠近边缘处均设若干个半圆型旋流孔及相对应的半圆形叶片，旋流板的正中心位置密布若干小孔，所述小孔周围均设一圈同向的第二旋流翅片；旋流板设置在混合内组件后方40mm～80mm处。

进一步地，所述筒体上靠近进气口的位置设置温度传感器，用以测试混合器内的排气温度。

进一步地，所述扩张管进口由若干个纵向排列的弧形进气孔组成，所述Z型隔板的第二竖隔板上设有相应的弧形进气孔。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

1.采用和混合管组件紧贴合的Z型隔板设计，减少了混合装置的轴向尺寸，使结构更加紧凑。

2.采用翅片内翻式旋流管，且翅片翻转角度γ可调整，大大加强了旋流管的旋流效果，同时翅片内翻减少了旋流管尺寸，便于安装；

3.旋流管上翅片长度采用阶梯状布置，大大增加了进气通流截面积，降低了旋流管产生的压力损失。

4.旋流管下方连接直径更大的扩张管，可促进旋转气流快速排出，同时也减少被旋流带起的尿素颗粒在下方管壁上过分累积，降低了下方管壁结晶的风险。

5.扩张管内上端采用破碎翅片，有利于对喷入的尿素形成二次破碎，从而促进尿素的快速蒸发及分解。

6.破碎翅片和喷射方向的角度α＜26°，可较大程度的减小尿素液膜在翅片左右两侧表面上黏连的时间。同时破碎翅片的形状采用L型结构，且L型结构竖直向下倾斜，倾斜边和水平方向成δ角，可降低尿素在翅片上下侧边上的黏连时间，防止破碎翅片上产生结晶。

7.破碎翅片可形成竖直方向上的二次旋流，对旋流管的旋流效果起到二次加强作用。

8.扩张管下端设计有矩形出口，且出口向后方倾斜，底部连接弧形导流板，导流板自上而下倾斜布置，便于扩张管中的尿素快速排出。同时弧形导流板和筒体横截面成β角，此设计可引导气流在筒体中形成沿筒体轴线的第一次旋流，有利于尿素和气流在SCR端面上的分布均匀度。

9.混合内组件后方设计有旋流板，在在筒体轴向上形成第二次强旋流，从而对筒体轴线方向的旋流效果起到二次加强效果。

10.由于旋流板的轴向旋流容易将尿素和气流甩向筒体边缘，从而导致筒体中轴线位置的分布较弱。因此，本发明在旋流板中间设计有一圈旋流翅片以及若干小孔，提升中间位置的尿素浓度分布。

附图说明

图1为本发明实施例的轴测图。

图2为本发明实施例的左视图

图3为本发明实施例的右视图。

图4为本发明实施例的剖视图。

图5为本发明实施例的分解示意图。

图6为本发明实施例的混合内组件局部左视图。

图7为本发明实施例的混合内组件局部右视图。

图8为本发明实施例的混合内组件局部仰视图。

图9为本发明实施例的混合内组件分解示意图。

图10为本发明实施例的混合管组件分解示意图。

图11a为本发明实施例的旋流管结构示意图。

图11b为本发明实施例的旋流管结构示意图。

图11c为本发明实施例的旋流管结构示意图。

图12a为本发明实施例的破碎翅片结构示意图。

图12b为本发明实施例的破碎翅片结构示意图。

图12c为本发明实施例的破碎翅片结构示意图及尿素着壁位置示意图。

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，以下结合附图及实施例，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。

如图1到图5所示，本发明实施例提供一种双向旋流加强的尿素混合装置，包括喷嘴底座1、筒体2、温度传感器3、混合内组件4和旋流板5。其中，筒体2上端设置有平台，所述喷嘴底座1焊接在筒体2的平台上，并和混合内组件4在竖直方向上同轴。所述筒体2的一端为进气口、另一端为出气口，所述出气口处设置旋流板5。

所述混合内组件4焊接在所述筒体2内部，所述混合内组件4和所述旋流板5互相匹配使用。所述筒体2上靠近进气口的位置设置温度传感器3，用以测试混合器内（即SCR前）的排气温度。

如图9所示，所述混合内组件4包括混合管组件41和Z型隔板42，混合管组件41和Z型隔板42贴合固定设置，可极大的降低混合管组件41在筒体2轴向方向的长度，使整个结构更加紧凑小巧。混合管组件41插入Z型隔板42的中间孔中，并通过焊接固定。

如图10所示，其中，所述混合管组件41包括自上而下依次设置的旋流管411、支撑环412、扩张管413和弧形导流板415，所述旋流管411和扩张管413通过支撑环412相互焊接；所述扩张管413靠上端位置设置有15~20个槽口，用于插入并焊接破碎翅片414。弧形导流板415焊接在扩张管413底部，自上而下倾斜布置，可引导气流和尿素快速排出。

所述扩张管413的下部设置扩张管进口4131，所述扩张管进口4131朝向筒体2进气口方向；所述扩张管413的下部设置扩张管出口4132，所述扩张管出口朝向筒体2出气口方向。

本发明所述的混合装置在实际应用中，布置于SCR催化单元前，起到混合气流和尿素，提升混合效率，提高尿素分解效果，降低尿素结晶的作用。

一具体的实施例中，如图10、图11所示，所述旋流管411上设置有15~20个第一旋流翅片4111，采用向管内翻转的形式，所述第一旋流翅片4111的叶片朝向旋流管411内部，第一旋流翅片4111和管壁切向成γ角，γ角为20°~40°，可有效增强进气气流的旋流强度。

一具体的实施例中，如图10所示，为了尽可能降低排气背压，第一旋流翅片4111的长度L采用阶梯状分布。所述旋流管411下端为倾斜断面，旋流管411管身较长的一面朝向筒体2的进气口，分布在旋流管411上的若干个第一旋流翅片4111的长度与旋流管411管身长度相适应，形成阶梯状分布；所述第一旋流翅片4111的长度L为100mm~50mm。

一具体的实施例中，如图9和图10所示，所述扩张管413的直径至少比旋流管411的直径大30%，有利于旋流管411内形成的旋流快速排出，同时也防止在旋流作用下过多的尿素被甩至扩张管413的管壁上而形成液膜。

一具体的实施例中，如图10和图12所示，所述扩张管413靠上端位置上设有15~20个破碎翅片414，各破碎翅片414向扩张管413内中心轴方向延伸，用于对喷入的尿素喷束进行二次破碎。所述破碎翅片414和扩张管413的轴向夹角α控制在18～26°范围内；所述破碎翅片414为V字形或者呈倾斜的L型，破碎翅片414上沿两翼之间的夹角δ为110°~160°。设置夹角α和倾斜角δ的目的是防止喷入的尿素颗粒过多的在破碎翅片414累积，使尿素颗粒和形成的尿素液膜更容易扩张管413下方流动。在实际应用过程中，可灵活调整破碎翅片414的长度、轴向夹角α及上沿两翼夹角δ，可适配不同喷射锥角θ的尿素喷射系统，从而达到最佳的尿素破碎效果和减少尿素结晶。

一具体的实施例中，如图9所示，所述Z型隔板42包括第一竖隔板421、斜隔板422和第二竖隔板423，所述斜隔板422向下倾斜设置，斜隔板422的上端连接第一竖隔板421，斜隔板422的下端连接第二竖隔板423；所述混合管组件41插入所述Z型隔板42的中间孔中进行固定。

一具体的实施例中，如图8所示，所述弧形导流板415和Z型隔板42的横截面方向成夹角β，β的控制范围一般在20°~45°之间，可有效引导气流向后方沿筒体2轴向形成强旋流，防止强旋流撞击Z型隔板42而形成尿素着壁及产生较大压力损失。另外，所述弧形导流板415的后段弧形向上翘起，有利于将扩张管413中喷出的气流向上扬起。

一具体的实施例中，如图3所示，所述旋流板5设置在混合内组件4后方40mm～80mm处。所述旋流板5靠近边缘处均设若干个类似于“猫耳”型或半圆型旋流孔及相对应的半圆形叶片51，旋流板5的正中心位置密布若干小孔52，所述小孔52周围均设一圈同向的第二旋流翅片53。旋流板5可形成和混合内组件4同向的旋转气流，使得旋转气流再次得到加强。同时也防止尿素在混合内组件4的弧形导流板415上累积。

一具体的实施例中，如图9和图10所示，所述扩张管进口4131由若干个纵向排列的弧形进气孔组成，所述Z型隔板42的第二竖隔板423上设有相应的弧形进气孔。

一具体的实施例中，如图9所示，所述扩张管出口4132为矩形出口。

当气流进入本混合装置时，首先在Z型隔板42的形状的引导下进入混合组件41内，并在其中形成竖直方向的第一次旋转气流。旋流管411内形成的竖向强旋流在向扩张管413内扩散时，主要集中吹扫破碎叶片414上的尿素，防止尿素在破碎叶片414上过多累积。由于破碎叶片414是尿素的主要拦截部件，也是尿素结晶风险较高的部件之一。因此，通过设置破碎叶片414和竖直方向的轴向夹角α及上沿两翼夹角δ，使得破碎叶片414对气流的旋转方向和旋流方向一致，从而使扩张管413内的旋流强度得到第二次加强，同时减少了破碎叶片414上的尿素结晶风险。

扩张管413下端设置有倾斜的扩张管出口4132，同时匹配倾斜布置的弧形导流板415，引导气流自上而下，快速向后方形成沿筒体2轴向旋转的气流。通过扩张管出口4132倾斜设置，不但能够形成旋转气流，同时也能够防止旋转气流撞击Z型隔板42而形成尿素着壁及产生较大压力损失。

通过扩张管出口4132形成旋转气流强度较弱，通过旋流板5可形成和同向的旋转气流，使得筒体2轴向的旋转气流得到二次加强。同时也防止尿素在混合内组件4的弧形导流板415上累积。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种双向旋流加强的尿素混合装置，其特征在于，包括：

喷嘴底座（1），安装在筒体（2）上端；

筒体（2），筒体（2）的一端为进气口、另一端为出气口，所述出气口处设置旋流板（5）；

混合内组件（4），固定在所述筒体（2）内部，包括混合管组件（41）和Z型隔板（42），混合管组件（41）和Z型隔板（42）贴合固定设置；所述混合内组件（4）与所述喷嘴底座（1）在竖直方向上同轴；

所述混合管组件（41）包括自上而下依次设置的旋流管（411）、支撑环（412）、扩张管（413）和弧形导流板（415），所述旋流管（411）和扩张管（413）通过支撑环（412）相互固定连接；所述扩张管（413）的上部均设若干个破碎翅片（414），各破碎翅片（414）向扩张管（413）内中心轴方向延伸；所述弧形导流板（415）固定在所述扩张管（413）的底部，弧形导流板（415）向下倾斜设置；

所述扩张管（413）的下部设置扩张管进口（4131），所述扩张管进口（4131）朝向筒体（2）进气口方向；所述扩张管（413）的下部设置扩张管出口（4132），所述扩张管出口朝向筒体（2）出气口方向；

所述扩张管（413）下端设置有倾斜的扩张管出口（4132），同时匹配倾斜布置的弧形导流板（415），所述弧形导流板（415）和Z型隔板（42）的横截面方向成夹角β，β的范围为20°~45°；

所述旋流管（411）上设置有15~20个第一旋流翅片（4111），所述第一旋流翅片（4111）的叶片朝向旋流管（411）内部，第一旋流翅片（4111）和管壁切向成γ角，γ角为20°~40°；

所述旋流管（411）下端为倾斜断面，旋流管（411）管身较长的一面朝向筒体（2）的进气口，分布在旋流管（411）上的若干个第一旋流翅片（4111）的长度与旋流管（411）管身长度相适应，形成阶梯状分布；所述第一旋流翅片（4111）的长度L为100mm~50mm；

所述Z型隔板（42）包括第一竖隔板（421）、斜隔板（422）和第二竖隔板（423），所述斜隔板（422）向下倾斜设置，斜隔板（422）的上端连接第一竖隔板（421），斜隔板（422）的下端连接第二竖隔板（423）；所述混合管组件（41）插入所述Z型隔板（42）的中间孔中进行固定。

2.如权利要求1所述的双向旋流加强的尿素混合装置，其特征在于，所述扩张管（413）的直径至少比旋流管（411）的直径大30%。

3.如权利要求1所述的双向旋流加强的尿素混合装置，其特征在于，所述扩张管（413）上设有15~20个破碎翅片（414），所述破碎翅片（414）和扩张管（413）的轴向夹角α为18~26°；所述破碎翅片（414）为V字形，破碎翅片（414）上沿两翼之间的夹角δ为110°~160°。

4.如权利要求1所述的双向旋流加强的尿素混合装置，其特征在于，所述旋流板（5）靠近边缘处均设若干个半圆型旋流孔及相对应的半圆形叶片（51），旋流板（5）的正中心位置密布若干小孔（52），所述小孔（52）周围均设一圈同向的第二旋流翅片（53）；旋流板（5）设置在混合内组件（4）后方40mm～80mm处。

5.如权利要求1所述的双向旋流加强的尿素混合装置，其特征在于，所述筒体（2）上靠近进气口的位置设置温度传感器（3），用以测试混合器内的排气温度。

6.如权利要求1所述的双向旋流加强的尿素混合装置，其特征在于，所述扩张管进口（4131）由若干个纵向排列的弧形进气孔组成，所述Z型隔板（42）的第二竖隔板（423）上设有相应的弧形进气孔。