多次破碎且旋流可控的尿素混合装置的制作方法

1.本发明涉及柴油机废气后处理技术领域，尤其是一种多次破碎且旋流可控的尿素混合装置。


背景技术：

2.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。
3.目前技术条件下，采用旋流结构解决氨气的混合均匀度问题已经成为行业共识。但是，旋流结构带来良好的混合效果的同时，也带来了混合器的高背压问题，因此，如何在低背压情况下保证尿素的快速破碎和分解以及均匀混合至关重要。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种多次破碎且旋流可控的尿素混合装置，通过控制尿素喷射方向与破碎翅片安装方向，实现低背压下混合气流旋流，充分破碎并降低尿素结晶，使尿素快速与废气混合均匀。本发明采用的技术方案是：一种多次破碎且旋流可控的尿素混合装置，包括筒体、尿素喷射组件和旋流混合组件；所述尿素喷射组件连接于筒体，且尿素喷射组件沿第一方向延伸至筒体内，以使得尿素溶液喷入筒体内，所述第一方向与重力方向夹角β；所述旋流混合组件包括进气隔板，连接于筒体内壁且位于尿素喷射组件上游；出气隔板，连接于筒体内壁，所述出气隔板位于尿素喷射组件下游；旋流导板，连接于进气隔板和出气隔板之间，以使得进气隔板和出气隔板之间形成旋流空间；进气导板，设置在旋流空间内，用于遮挡喷向筒体内壁的尿素溶液；第一破碎翅片组，设置在旋流空间内且位于进气导板下游，用于破碎尿素溶液和废气的混合气流；以及第二破碎翅片组，设置在旋流空间内且与第一破碎翅片组交错布置，以使得混合气流在第一破碎翅片组和第二破碎翅片组之间来回碰撞破碎；其中，所述第一破碎翅片组和第二破碎翅片组均沿第二方向延伸，所述第二方向与重力方向夹角γ，其中β＜γ＜23
°
。
5.进一步地，所述进气隔板上设置有主进气口，所述主进气口包括顺序连接的第一主进气边和第二主进气边；
所述出气隔板上设置有出气口，所述出气口包括顺序连接的第一出气边、第二出气边和第三出气边；所述旋流导板包括顺序连接的第一旋流边和第二旋流边；其中，所述第一旋流边的一端与第一主进气边对接，其另一端与第一出气边对接，以使得废气从主进气口进入旋流空间后呈逆时针旋流运动；其中，所述第二旋流边的一端与进气隔板相连接，其另一端与第二出气边对接，用于改变排气背压。
6.进一步地，所述第一破碎翅片组包括至少一个第一长翅片和至少一个第一短翅片，至少一个第一长翅片和至少一个第一短翅片高低错落布置，所述第一长翅片和第一短翅片分别与进气隔板相连接，所述第一长翅片和第一短翅片与重力方向夹角γ，以使得混合气流吹扫至第一长翅片和第一短翅片的正面；所述第二破碎翅片组包括至少一个第二短翅片和至少一个第二长翅片；至少一个所述第二短翅片与至少一个第一长翅片相对应，至少一个所述第二长翅片与至少一个第一短翅片相对应，以使得第一破碎翅片组和第二破碎翅片组之间形成齿形破碎通道；所述第二短翅片和第二长翅片分别与出气隔板相连接，所述第二短翅片和第二长翅片与重力方向夹角γ，以使得混合气流吹扫至第二短翅片和第二长翅片的正面。
7.进一步地，所述进气隔板上设有副进气口，以使得废气进入旋流空间内并吹扫至第一长翅片、第一短翅片、第二短翅片和第二长翅片的背面。
8.进一步地，所述进气导板与副进气口的副进气边对接，用于控制从副进气口进入旋流空间的进气量。
9.进一步地，所述尿素喷射组件包括底座罩盖、喷嘴底座和喷嘴，所述底座罩盖设置在筒体外表面，所述喷嘴底座设置在底座罩盖上，所述喷嘴设置在喷嘴底座上，所述喷嘴沿第一方向贯穿喷嘴底座和底座罩盖。
10.进一步地，所述筒体外表面设置有隔热罩，所述隔热罩外表面设置有保温棉。
11.本发明的优点：筒体内旋流空间实现径向旋流增加尿素混合距离，并利用第一破碎翅片组合第二破碎翅片组的组合将不同高度位置的尿素溶液多次破碎，提升尿素破碎效果，同时限制β＜γ＜23
°
进一步减少尿素液膜在第一破碎翅片组合第二破碎翅片组表面黏连的时间，进一步防止尿素结晶，实现低背压下混合气流旋流，充分破碎并降低尿素结晶，使尿素快速与废气混合均匀；旋流导板的尺寸改变能够控制旋流强度，有效控制排气背压，保证尿素的快速破碎和分解以及均匀混合；第一长翅片与第二短翅片相对、第一短翅片与第二长翅片相对，使得混合气流在逆时针旋转时，还会有沿着筒体轴向的往复运动，并在不同的翅片之间反复撞击破碎，进一步提高破碎效果；主进气口和副进气口不仅可以对废气分流，还能根据各个翅片的布置角度，从不同侧面吹扫各个翅片，防止尿素在翅片上黏连和累积，并且进气导板的长度不同，副进气口的进气量也不用，从而调整气流对翅片的吹扫效果。
附图说明
12.图1为本发明的爆炸图。
13.图2为本发明的装配图。
14.图3为本发明的前视图。
15.图4为本发明的后视图。
16.图5为本发明的旋流混合组件的爆炸图。
17.图6为本发明的旋流混合组件第一视角组装图。
18.图7为本发明的旋流混合组件第二视角组装图。
19.图8为本发明第一视角尿素喷射示意图。
20.图9为本发明第二视角尿素喷射示意图。
21.图中：1-筒体，2-尿素喷射组件，3-旋流混合组件，4-隔热罩，5-保温棉，201-底座罩盖，202-喷嘴底座，203-喷嘴，301-进气隔板，302-出气隔板，303-旋流导板，304-进气导板，305-第一破碎翅片组，306-第二破碎翅片组，3011-主进气口，3011a-第一主进气边，3011b-第二主进气边，3012-副进气口，3012a-副进气边，3021-出气口，3021a-第一出气边，3021b-第二出气边，3012c-第三出气边，303a-第一旋流边，303b-第二旋流边，305a-第一长翅片，305b-第一短翅片，306a-第二短翅片，306b-第二长翅片。
具体实施方式
22.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。
23.请参阅附图1-5，本发明提供一种多次破碎且旋流可控的尿素混合装置，包括筒体1、尿素喷射组件2和旋流混合组件3；所述尿素喷射组件2连接于筒体1，且尿素喷射组件2沿第一方向延伸至筒体1内，以使得尿素溶液喷入筒体1内，所述第一方向与重力方向夹角β；所述旋流混合组件3包括进气隔板301、出气隔板302、旋流导板303、进气导板304、第一破碎翅片组305以及第二破碎翅片组306；进气隔板301连接于筒体1内壁且位于尿素喷射组件2上游；出气隔板302连接于筒体1内壁，所述出气隔板302位于尿素喷射组件2下游；旋流导板303连接于进气隔板301和出气隔板302之间，以使得进气隔板301和出气隔板302之间形成旋流空间；进气导板304设置在旋流空间内，用于遮挡喷向筒体1内壁的尿素溶液；第一破碎翅片组305设置在旋流空间内且位于进气导板304下游，用于破碎尿素溶液和废气的混合气流；第二破碎翅片组306设置在旋流空间内且与第一破碎翅片组305交错布置，以使得混合气流在第一破碎翅片组305和第二破碎翅片组306之间来回碰撞破碎；其中，所述第一破碎翅片组和第二破碎翅片组均沿第二方向延伸，所述第二方向与重力方向夹角γ，其中β＜γ＜23
°
。
24.废气进入筒体1后，穿过进气隔板301进入旋流空间内旋流，并与尿素喷射组件2喷射出的尿素溶液混合，混合气流经过第一破碎翅片组305和第二破碎翅片组306的来回破碎后，穿过出气隔板302排出旋流空间，采用径向旋流式旋流增加尿素混合距离，使得尿素与
废气充分混合与旋转，提升尿素的混合均匀度；由于尿素喷射方向和各破碎翅片组布置角度的设置，很大程度上减少尿素液膜在各破碎翅片组上黏连的时间，防止翅片组上产生结晶；在一些实施例中，17
°
＜β＜20
°
≤γ≤22
°
；具体地，β＝18
°
，γ＝20
°
；β＝19
°
，γ＝21
°
；β＝20
°
，γ＝22
°
；由于尿素的喷射为发散型，β相对于γ过小时或过大时，喷射在各破碎翅片组上的尿素太集中，各破碎翅片组正反两面接触的尿素颗粒不均匀，对尿素混合影响太大，保持β和γ角度差在2
°
左右，发散的尿素随着旋流可以均匀接触各破碎翅片组正背两面，既保证破碎效果，又提高混合均匀性，还防止尿素结晶。
25.请参阅附图5-7，在本技术中，所述进气隔板301上设置有主进气口3011，所述主进气口3011包括顺序连接的第一主进气边3011a和第二主进气边3011b；主进气口3011呈大致的三角形并位于旋流空间的入口处；所述出气隔板302上设置有出气口3021，所述出气口3021包括顺序连接的第一出气边3021a、第二出气边3021b和第三出气边3021c；出气口3021呈大致的梯形并位于旋流空间的出口处，出气口3021位于主进气口3011的顺时针方向；所述旋流导板303包括顺序连接的第一旋流边303a和第二旋流边303b；其中，所述第一旋流边303a的一端与第一主进气边3011a对接，其另一端与第一出气边3021a对接，以使得废气从主进气口3011进入旋流空间后呈逆时针旋流运动；其中，所述第二旋流边303b的一端与进气隔板301相连接，其另一端与第二出气边3021b对接，用于改变排气背压。
26.具体地，第二旋流边303b沿筒体1径向延伸且长度为b，筒体的半径为r，当d=r时，混合气流无法排出旋流空间，整个装置的排气背压最大；所以当旋流空间出口处的口径d（d=r-b）改变时，整个装置的排气背压也会改变，通过调整b能够有效控制旋流强度，从而控制混合装置的背压情况，使得低背压情况下保证尿素的快速破碎、分解以及均匀混合。
27.请参阅附图5-7，在本技术中，所述第一破碎翅片组305包括至少一个第一长翅片305a和至少一个第一短翅片305b，至少一个第一长翅片305a和至少一个第一短翅片305b高低错落布置，所述第一长翅片305a和第一短翅片305b分别与进气隔板301相连接，所述第一长翅片305a和第一短翅片305b与重力方向夹角γ，以使得混合气流吹扫至第一长翅片305a和第一短翅片305b的正面；高低错落布置的至少一个第一长翅片305a和至少一个第一短翅片305b防止尿素溶液在同一位置过度累积；所述第二破碎翅片组306包括至少一个第二短翅片306a和至少一个第二长翅片306b；至少一个所述第二短翅片306a与至少一个第一长翅片305a相对应，至少一个所述第二长翅片306b与至少一个第一短翅片305b相对应，以使得第一破碎翅片组305和第二破碎翅片组306之间形成齿形破碎通道；所述第二短翅片306a和第二长翅片306b分别与出气隔板302相连接，所述第二短翅片306a和第二长翅片306b与重力方向夹角γ，以使得混合气流吹扫至第二短翅片306a和第二长翅片306b的正面。
28.作为本技术的实施例，第一长翅片305a有两个，第一短翅片305b有一个，第二短翅片306a有两个，第二长翅片306b有一个，合计6片翅片。
29.作为本技术的实施例，如附图5所示，在第一破碎翅片组305或第二破碎翅片组306中，距离喷嘴203越远，相邻翅片的间距越大，增加不同翅片在水平方向上的间隙，防止尿素快速结成大块结晶；至少一个第一长翅片305a和至少一个第一短翅片305b在不同高度上，
使尿素溶液在重力方向上与不同翅片发生多次碰撞和破碎，提高尿素破碎效果，减小尿素颗粒的平均直径，加快尿素蒸发和分解，并且防止同一水平布置导致尿素溶液与翅片碰撞后反弹至其他翅片上。
30.请参阅附图5-7，在本技术中，为人实现废气分流及吹扫翅片，所述进气隔板301上设有副进气口3012，以使得废气进入旋流空间内并吹扫至第一长翅片305a、第一短翅片305b、第二短翅片306a和第二长翅片306b的背面；副进气口3012的开口小于主进气口3011的开口，并且，副进气口3012位于主进气口3011的逆时针方向，同时副进气口3012位于出气口3021的顺时针方向；具体地，所述进气导板304与副进气口3012的副进气边3012a对接，用于控制从副进气口3012进入旋流空间的进气量；在一个实施例中，进气导板304和副进气边3012a均沿重力方向延伸；受旋流作用，从副进气口3012进入的废气与混合气体在进气导板304的下端混合再吹向各个翅片；进气导板304重力方向长度为a，副进气边3012a的长度为c，当a越小时，e（e=c-a）越大，从副进气口3012进入的废气流量越大，所以根据实际结晶位置调整长度a，从而控制副进气口3012的进气量，进而调整该部分气流对破碎翅片的吹扫效果。
31.请参阅附图1-3，在本技术中，为了实现尿素的稳定喷射，所述尿素喷射组件2包括底座罩盖201、喷嘴底座202和喷嘴203，所述底座罩盖201设置在筒体1外表面，所述喷嘴底座202设置在底座罩盖201上，所述喷嘴203设置在喷嘴底座202上，所述喷嘴203沿第一方向贯穿喷嘴底座202和底座罩盖201。
32.请参阅附图1-3，在本技术中，为了提高筒体1的隔热保温功能，所述筒体1外表面设置有隔热罩4，所述隔热罩4外表面设置有保温棉5。
33.工作原理：如附图8-9所示，废气进入筒体1后，首先从主进气口3011和副进气口3012进入旋流空间内，主进气口3011引导废气在旋流空间内形成强旋转气流，强旋转气流与喷嘴203喷出的尿素溶液混合后，在多个翅片之间来回碰撞破碎，避免尿素颗粒在各个翅片上累积和粘附，各个翅片与重力方向夹角γ＜23
°
，从而减少尿毒溶液与各个翅片之间的接触面积，加快尿素液膜在重力作用下的流动作用；各个翅片沿重力方向交错布置使得尿素溶液在重力方向上在第一破碎翅片组305和第二破碎翅片组306之间发生多次碰撞和破碎，经过破碎的尿素颗粒直径将大大减小，加快尿素蒸发和分解，同时仍有部分尿素颗粒在各个翅片的正面和背面粘附；此时从副进气口3012进入的小部分废气在强旋转气流的带动下，分别吹扫至各个翅片的正面和背面，加快尿素液膜的蒸发，最后与尿素均匀混合的气流从出气口3021排出。
34.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。