一种筒式锥管旋流混合器发明专利

专利名称：一种筒式锥管旋流混合器

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202011164561.7

专利申请（专利权）人：武汉洛特福动力技术有限公司
权利人地址：湖北省武汉市蔡甸区珠山湖大道230号

专利发明（设计）人：李平,蔡同祥,汤琪林,李先维,杜浩

专利摘要：本发明公开了一种筒式锥管旋流混合器，包括筒体、前半圆柱壳体、圆弧挡板、后半圆柱壳体、底板、斜板、旋流锥管、圆弧分配器，所述筒体中设置双半圆柱壳体，其包括前半圆柱壳体和后半圆柱壳体，所述双半圆柱壳体两侧焊接圆弧挡板和斜板，且所述双半圆柱壳体后侧设置圆弧分配器，所述圆弧分配器的直边焊接在所述圆弧挡板上，所述双半圆柱底部焊接底板，所述底板上设置旋流锥管，所述旋流锥管上设置喷嘴底座，所述喷嘴底座上设置喷嘴。本发明在低背压下能满足尿素充分分解、降低尿素结晶风险及满足SCR排放所需的氨分布高混合性能要求。

主权利要求：
1.一种筒式锥管旋流混合器，其特征在于，包括：
筒体，其为尾气后处理装置壳体；
前半圆柱壳体，其位于所述筒体内且上下表面均为固定于所述筒体内壁的圆弧形，所述前半圆柱壳体的中心轴线与所述筒体的中心轴线垂直；
圆弧挡板，其焊接于所述前半圆柱壳体的一侧以及所述筒体上以将所述前半圆柱壳体的一侧与筒体之间密封以挡住该侧气流；
后半圆柱壳体，其位于所述筒体内且中心轴线也与所述筒体的中心轴线垂直，所述后半圆柱壳体的直径大于所述前半圆柱壳体的直径，所述后半圆柱壳体与前半圆柱壳体设置圆弧挡板的一侧相切，所述后半圆柱壳体与前半圆柱壳体另一侧形成进气缺口，所述后半圆柱壳体的上端及位于缺口的另一侧为固定于所述筒体内壁的圆弧形，所述后半圆柱壳体与所述前半圆柱壳体的偏心距为两圆柱半径差值；
底板，其由所述后半圆柱壳体下端水平延伸至所述前半圆柱壳体内壁固定形成，所述底板中心沿所述前半圆柱壳体中心开设底板孔；
斜板，其焊接于所述前半圆柱壳体位于缺口的另一侧的下部及所述筒体上以将沿所述筒体内流动的尾气从缺口导流至所述前半圆柱壳体及后半圆柱壳体之间；
旋流锥管，其竖直设置于所述底板上，所述旋流锥管、所述前半圆柱壳体以及所述底板上的底板孔三者中心轴线重合，所述旋流锥管沿锥面从上至下依次开设有数个贯通至旋流锥管内部的旋流孔，所述旋流锥管顶部依次设置有喷嘴底座和喷嘴；
还包括圆弧分配器，其设置于所述后半圆柱壳体后侧且与所述后半圆柱壳体同圆心，所述圆弧分配器的其中一侧设置为直边并焊接在所述圆弧挡板上，所述圆弧分配器的其它边设置为圆弧边并焊接在筒体上以形成密封板，所述圆弧分配器上设置有数个分配孔；
所述后半圆柱壳体的直径比所述前半圆柱壳体的直径大1/3～1/4。
2.如权利要求1所述的筒式锥管旋流混合器，其特征在于，所述旋流锥管为上小下大的圆台形结构，且倾斜角度设置为12°～20°。
3.如权利要求1所述的筒式锥管旋流混合器，其特征在于，所述旋流孔的孔径为6～
10mm，所述旋流孔沿所述旋流锥管轴向间距为10～14mm。
4.如权利要求1所述的筒式锥管旋流混合器，其特征在于，所述旋流锥管高度为筒体外径的2/3～3/4。
5.如权利要求1所述的筒式锥管旋流混合器，其特征在于，所述底板孔的孔径为进气管外径4/5～5/6。
6.如权利要求1所述的筒式锥管旋流混合器，其特征在于，所述旋流锥管与所述前半圆柱壳体之间的间距为底板孔孔径的1/2～2/3。
7.如权利要求1所述的筒式锥管旋流混合器，其特征在于，所述分配孔的孔径为6～
10mm。
8.如权利要求1所述的筒式锥管旋流混合器，其特征在于，所述圆弧分配器外径为所述后半圆柱壳体的1.15～1.3倍。 说明书 : 一种筒式锥管旋流混合器技术领域[0001] 本发明涉及柴油机尾气后处理技术领域。更具体地说，本发明涉及一种筒式锥管旋流混合器。背景技术[0002] 随着国六排放标准的实施，对汽车尾气净化的要求越来越严格，而SCR技术路线作为降低汽车尾气中氮氧化物(NOx)含量的有效措施，被绝大部分厂家所采用，SCR技术路线所涉及的尿素混合装置成为一个关键部件。尿素溶液经尿素泵喷射到尾气净化装置中，通过混合器雾化和转化为氨气，氨气在SCR催化剂的作用下与NOx反应生生成氮气和水，其中氨气与尾气的混合程度尤为重要。氨气与尾气混合不均匀会造成排放超标，尿素结晶跟喷射尿素水溶液雾化程度、气流温升等密切相关。在满足排放要求及低结晶风险前提下，主机厂越来越关注降低尿素混合装置背压。目前众多尿素混合方案难以在低背压下同时解决尿素结晶和氨分布差的问题。发明内容[0003] 本发明的一个目的是提供一种筒式锥管旋流混合器，在低背压下能满足尿素充分分解、降低尿素结晶风险及满足SCR排放所需的氨分布高混合性能要求。[0004] 为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种筒式锥管旋流混合器，包括：[0005] 筒体，其为尾气后处理装置壳体；[0006] 前半圆柱壳体，其位于所述筒体内且上下表面均为固定于所述筒体内壁的圆弧形，所述前半圆柱壳体的中心轴线与所述筒体的中心轴线垂直；[0007] 圆弧挡板，其焊接于所述前半圆柱壳体的一侧以及所述筒体上以将所述前半圆柱壳体的一侧与筒体之间密封以挡住该侧气流；[0008] 后半圆柱壳体，其位于所述筒体内且中心轴线也与所述筒体的中心轴线垂直，所述后半圆柱壳体的直径大于所述前半圆柱壳体的直径，所述后半圆柱壳体与前半圆柱壳体设置圆弧挡板的一侧相切，所述后半圆柱壳体与前半圆柱壳体另一侧形成进气缺口，所述后半圆柱壳体的上端及位于缺口的另一侧为固定于所述筒体内壁的圆弧形，所述后半圆柱壳体与所述前半圆柱壳体的偏心距为两圆柱半径差值；[0009] 底板，其由所述后半圆柱壳体下端水平延伸至所述前半圆柱壳体内壁固定形成，所述底板中心沿所述前半圆柱壳体中心开设底板孔；[0010] 斜板，其焊接于所述前半圆柱壳体位于缺口的另一侧的下部及所述筒体上以将沿所述筒体内流动的尾气从缺口导流至所述前半圆柱壳体及后半圆柱壳体之间；[0011] 旋流锥管，其竖直设置于所述底板上，所述旋流锥管、所述前半圆柱壳体以及所述底板上的底板孔三者中心轴线重合，所述旋流锥管沿锥面从上至下依次开设有数个贯通至旋流锥管内部的旋流孔，所述旋流锥管顶部依次设置有喷嘴底座和喷嘴。[0012] 优选的是，还包括圆弧分配器，其设置于所述后半圆柱壳体后侧且与所述后半圆柱壳体同圆心，所述圆弧分配器的其中一侧设置为直边并焊接在所述圆弧挡板上，所述圆弧分配器的其它边设置为圆弧边并焊接在筒体上以形成密封板，所述圆弧分配器上设置有数个分配孔。[0013] 优选的是，所述后半圆柱壳体的直径比所述前半圆柱壳体的直径大1/3～1/4。[0014] 优选的是，所述旋流锥管为上小下大的圆台形结构，且倾斜角度设置为12°～20°。[0015] 优选的是，所述旋流孔的孔径为6～10mm，所述旋流孔沿所述旋流锥管轴向间距为10～14mm。[0016] 优选的是，所述旋流锥管高度为筒体外径的2/3～3/4。[0017] 优选的是，所述底板孔的孔径为进气管外径4/5～5/6。[0018] 优选的是，所述旋流锥管与所述前半圆柱壳体之间的间距为底板孔孔径的1/2～2/3。[0019] 优选的是，所述分配孔的孔径为6～10mm。[0020] 优选的是，所述圆弧分配器外径为所述后半圆柱壳体的1.15～1.3倍。[0021] 本发明至少包括以下有益效果：[0022] 1、本发明的混合器结构简单、空间小，适合较短的布置要求。[0023] 2、本发明的混合器气流在进入旋流锥管时，包裹扰动效果佳，沿旋流锥管足够长的混合路径能有效降低结晶风险，同时兼顾低背压下满足SCR氨分布要求。[0024] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明[0025] 图1为本发明混合器的结构示意图；[0026] 图2为本发明混合器的正视结构剖面图；[0027] 图3为本发明混合器的正视结构示意图；[0028] 图4为本发明混合器的俯视结构示意图；[0029] 图5为本发明混合器的进气气流方向示意图；[0030] 图6为本发明混合器的出气气流方向示意图。[0031] 附图标记说明：[0032] 1‑双半圆柱壳体、1‑1‑前半圆柱壳体、1‑2‑后半圆柱壳体、2‑圆弧挡板、3‑喷嘴底座、4‑喷嘴、5‑底板、5‑1‑底板孔、6‑旋流锥管、6‑1‑旋流孔、7‑圆弧分配器、7‑1‑分配孔、8‑斜板、9‑筒体。具体实施方式[0033] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。[0034] 需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。[0035] 如图1至6所示，本发明提供一种筒式锥管旋流混合器，包括：[0036] 筒体9，其为尾气后处理装置壳体，即封装壳体；[0037] 前半圆柱壳体1‑1，其位于所述筒体9内且上下表面均为固定于所述筒体9内壁的圆弧形，所述前半圆柱壳体1‑1的中心轴线与所述筒体9的中心轴线垂直；[0038] 圆弧挡板2，其焊接于所述前半圆柱壳体1‑1的一侧以及所述筒体9上以将所述前半圆柱壳体1‑1的一侧与筒体9之间密封以挡住该侧气流；[0039] 后半圆柱壳体1‑2，其位于所述筒体9内且中心轴线也与所述筒体9的中心轴线垂直，所述后半圆柱壳体1‑2的直径大于所述前半圆柱壳体1‑1的直径，所述后半圆柱壳体1‑2与前半圆柱壳体1‑1设置圆弧挡板2的一侧相切，所述后半圆柱壳体1‑2与前半圆柱壳体1‑1另一侧形成进气缺口，所述后半圆柱壳体1‑2的上端及位于缺口的另一侧为固定于所述筒体9内壁的圆弧形，所述后半圆柱壳体1‑2与所述前半圆柱壳体1‑1的偏心距为两圆柱半径差值；[0040] 底板5，其由所述后半圆柱壳体1‑2下端水平延伸至所述前半圆柱壳体1‑1内壁固定形成，所述底板5中心沿所述前半圆柱壳体1‑1中心开设底板孔5‑1；[0041] 斜板8，其焊接于所述前半圆柱壳体1‑1位于缺口的另一侧的下部及所述筒体9上以将沿所述筒体9内流动的尾气从缺口导流至所述前半圆柱壳体1‑1及后半圆柱壳体1‑2之间；[0042] 旋流锥管6，其竖直设置于所述底板5上，所述旋流锥管6、所述前半圆柱壳体1‑1以及所述底板5上的底板孔5‑1三者中心轴线重合，所述旋流锥管6沿锥面从上至下依次开设有数个贯通至旋流锥管6内部的旋流孔6‑1，所述旋流锥管6顶部依次设置有喷嘴底座3和喷嘴4；[0043] 圆弧分配器7，其设置于所述后半圆柱壳体1‑2后侧且与所述后半圆柱壳体1‑2同圆心，所述圆弧分配器7的其中一侧设置为直边并焊接在所述圆弧挡板2上，所述圆弧分配器7的其它边设置为圆弧边并焊接在筒体9上以形成密封板，所述圆弧分配器7上设置有数个分配孔。[0044] 在上述技术方案中，设置的一种筒式锥管旋流混合器，在低背压下能满足尿素充分分解、降低尿素结晶风险及满足SCR排放所需的氨分布要求。主体结构为：所述筒体9中设置双半圆柱壳体1，其包括前半圆柱壳体1‑1和后半圆柱壳体1‑2，所述双半圆柱壳体1两侧焊接圆弧挡板2和斜板8，且所述双半圆柱壳体1后侧设置圆弧分配器7，所述圆弧分配器7的直边焊接在所述圆弧挡板2上，所述双半圆柱壳体1底部焊接底板5，所述底板5上设置旋流锥管6，所述旋流锥管6上设置喷嘴底座3，所述喷嘴底座3上设置喷嘴4。[0045] 如图5所示，气流在前半圆柱1‑1和圆弧挡板2阻挡下沿斜板8进入双半圆柱1和旋流锥管6之间的旋流腔，旋流腔沿气流方向逐渐变小，在旋流腔内形成巨大的旋转气流，腔内旋转的气流沿旋流孔6‑1进入旋流锥管6内，旋转气流进入旋流锥管6四周的旋流孔6‑1后再次进行旋流，两次旋流气流充分包裹混合喷射进入旋流锥管6内的尿素，旋转的混合气流沿旋流锥管6始终有轴向向下速度分量，将尿素喷雾沿旋流锥管6轴向带出底板孔5‑1。如图6所示，从底板孔5‑1流出的气流一部分沿圆弧分配器7下部的分配孔7‑1流出，另一部分向上进入后半圆柱1‑2与圆弧分配器7之间的空腔后沿圆弧分配器7中上部的分配孔7‑1流出。进入旋流锥管6的气流在两次旋流下可以充分包裹从喷嘴4喷射的尿素喷雾，在气流作用下沿旋流锥管6至上而下混合，降低尿素喷雾在混合升温过程中触壁风险，从而使旋流锥管6内壁面区域不会产生较厚的液膜，有效降低结晶风险；旋流锥管6高度为筒体9外径的2/3～3/4，足够长的混合路径可以保证底板孔5‑1流出的气流混合性和温度均能达到设定要求。为避免经底板孔5‑1流出的气流偏下底板5下方一侧，在后半圆柱1‑2后设置圆弧分配器7，通过调节圆弧分配器7与后半圆柱1‑2之间距离及分配孔7‑1大小，可以有效改善进入SCR气流的速度均匀性和氨分布均匀性，使其达到预定设计的发动机厂的技术指标。气流经旋流锥管6后沿底板5下部空间逃逸出圆弧分配器7，混合器内气流依次通过旋流孔6‑1、底板孔5‑1、分配孔7‑1，以上所述三类孔流畅，不存在急剧变化的豁口，产生的压差低。[0046] 在另一种技术方案中，所述后半圆柱壳体1‑2的直径比所述前半圆柱壳体1‑1的直径大1/3～1/4，此直径大小范围是结合模拟计算和试验测试总结出来的最佳范围，该范围直接决定进气缺口大小，后半圆柱壳体1‑2比前半圆柱壳体1‑1直径差值过小会导致封装整体背压偏大；差值偏大会影响气流在后半圆柱壳体1‑2与前半圆柱壳体1‑1形成的旋流腔的旋流效果，影响混合效果，致使导致氨分布偏低。[0047] 在另一种技术方案中，所述旋流锥管6为上小下大的圆台形结构，且倾斜角度设置为12°～20°，此倾斜角度范围是结合模拟计算和试验测试总结出来的最佳倾斜角度，偏大或偏小均会影响气流混合效果。[0048] 在另一种技术方案中，所述旋流锥管6高度为筒体9外径的2/3～3/4，旋流锥管6的高度偏大会导致旋流锥管6混合路径减小，气流得不到充分混合；旋流锥管6的高度偏小一方面会使背压增大，另一方面使流出圆弧分配器7的气流偏向下方，同样不会改善氨分布；旋流锥管6的高度是多次优化计算实测的结果。[0049] 在另一种技术方案中，所述底板孔5‑1的孔径为进气管外径4/5～5/6。底板孔5‑1大小参考封装进气管外径，一般为进气管外径4/5～5/6，比进气管小，产生一定背压，让气流与喷射尿素产生的氨混合均匀，满足氨分布要求；孔偏小背压过大，孔偏大氨分布不达标。发动机排气到尾气后处理装置即封装之间的一段管为封装进气管。[0050] 在另一种技术方案中，所述旋流孔6‑1的孔径为6～10mm，所述旋流孔6‑1沿所述旋流锥管6轴向间距为10～14mm。[0051] 在另一种技术方案中，所述分配孔的孔径为6～10mm。[0052] 在另一种技术方案中，所述旋流锥管6与所述前半圆柱壳体1‑1之间的间距为底板孔5‑1孔径的1/2～2/3。[0053] 在另一种技术方案中，所述圆弧分配器7外径为所述后半圆柱壳体1‑2的1.15～1.3倍。[0054] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

专利地区：湖北

专利申请日期：2020-10-27

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN112196645B