太阳城集团

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一种应用于船用柴油机SCR系统自激振荡脉冲雾化喷嘴.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201510800811.4

申请日:

2015.11.19

公开号:

太阳城集团CN105240095A

公开日:

2016.01.13

当前法律状态:

驳回

有效性:

无权

法律详情: 发明专利申请公布后的驳回 IPC(主分类):F01N 3/28申请公布日:20160113|||实质审查的生效IPC(主分类):F01N 3/28申请日:20151119|||公开
IPC分类号: F01N3/28 主分类号: F01N3/28
申请人: 大连海事大学
发明人: 徐敏义; 薛宇迪; 崔洋
地址: 116026辽宁省大连市高新园区凌海路1号
优先权:
专利代理机构: 大连东方专利代理有限责任公司21212 代理人: 曲永祚; 李洪福
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法律状态
申请(专利)号:

CN201510800811.4

授权太阳城集团号:

||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2019.03.22|||2016.02.10|||2016.01.13

法律状态类型:

太阳城集团发明专利申请公布后的驳回|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明公开了一种应用于船用柴油机SCR系统自激振荡脉冲雾化喷嘴,包括:气液喷射头和装配于气液喷射头前端喷射口连接的自激脉冲头;气液喷射头包括:加工有还原剂管路的喷射芯和套至于喷射芯外部的喷射外壳;其中,喷射芯外壁与喷射外壳内壁之间存有间隙,此间隙为绕喷射芯外壁的环形间隙,且此间隙作为气体管路;还原剂管路输出端部加工有若干小喷射孔,且小喷射孔成圆环状分布,此结构实现气体行程与还原剂行程切割气液混合效果显著;自激脉冲头与气液喷射头之间装配形成间隙腔室用来实现气液充分混合,且此间隙腔室与自激脉冲头自身的自激振荡混合腔室连通,混合后的气体内液滴再一次由两腔室连通空切割,最终形成脉冲性喷射的高度混合的气液混合气。

权利要求书

权利要求书
1.  一种应用于船用柴油机SCR系统自激振荡脉冲雾化喷嘴,其特征在于:包括,气液喷射头和装配于气液喷射头(1)前端喷射口连接的自激脉冲头(2);
所述气液喷射头(1)包括:加工有还原剂管路(A)的喷射芯(1.1)和套至于喷射芯(1.1)外部的喷射外壳(1.2);
其中,喷射芯(1.1)外壁与喷射外壳(1.2)内壁之间存有间隙,此间隙为绕喷射芯(1.1)外壁的环形间隙,且此间隙作为气体管路(B),进而还原剂管路(A)与气体管路(B)形成同心环结构;
所述还原剂管路(A)输出端部加工有若干小喷射孔,且小喷射孔成圆环状分布;
所述气体管路(B)为阶梯状结构,由输入端到输出端孔径逐渐变小,且气体管路(B)靠近还原剂管路(A)输出端的部分环腔直径逐渐变小;
所述自激脉冲头(2)包括:与气液喷射头(1)输出端对接的混合气注入口(2.1),脉冲喷射口(2.3)和设置于自激脉冲头(2)中部的自激振荡混合腔室(2.2);其中,混合气注入口(2.1)与脉冲喷射口(2.3)分别与自激振荡混合腔室(2.2)输入端和输出端连通;
所述自激振荡混合腔室(2.2)位于脉冲喷射口(2.3)端内壁设置有向自激振荡混合腔室(2.2)中心延伸的锥状凸起,且脉冲喷射口(2.3)加工在锥状凸起中心线上与自激振荡混合腔室(2.2)连通。

2.  根据权利要求1所述的一种应用于船用柴油机SCR系统自激振荡脉冲雾化喷嘴,其特征在于:所述自激振荡混合腔室(2.2)为回转体。

3.  根据权利要求1所述的一种应用于船用柴油机SCR系统自激振荡脉冲雾化喷嘴,其特征在于:所述混合气注入口(2.1)、自激振荡混合腔室(2.2)和脉冲喷射口(2.3)中心同轴。

4.  根据权利要求1所述的一种应用于船用柴油机SCR系统自激振荡脉冲雾化喷嘴,其特征在于:气液喷射头(1)输出端与自激脉冲头(2)输入端之间设置有一个由气液喷射头(1)输出端向自激脉冲头(2)输入端直径逐渐减小的一级混合腔(C)。

5.  根据权利要求1所述的一种应用于船用柴油机SCR系统自激振荡脉冲雾化喷嘴,其特征在于:气液喷射头(1)与自激脉冲头(2)为可拆卸固定连接。

说明书

说明书一种应用于船用柴油机SCR系统自激振荡脉冲雾化喷嘴
技术领域
本发明涉及一种雾化喷嘴,特别是一种通过自激振荡发生脉冲射流而达到增强雾化效果喷嘴。
背景技术
SCR系统是国内外研究最广泛、减少NOx效果最好的后处理措施,该方法的基本工作原理是:尾气从废气涡轮出口进入排气管,安装在排气管上的尿素计量喷射装置将适量的尿素水溶液以雾状形式喷入到排气管中,尿素水溶液在高温排气作用下发生水解和热解反应,生成所需要的还原剂氨气(NH3),氨气与排气混合均匀后在SCR系统催化剂表面将NOx还原成氮气(N2)。
实验发现,SCR系统性能的优劣,很大程度上取决于尿素水溶液雾化的效果,以往SCR喷嘴的结构的设计思路源于在工业上广泛应用的针阀式喷嘴结构,这种喷嘴结构简单,制造成本低廉,易于设计和维修。但这种喷嘴一般应用于无空气辅助系统,喷嘴经常处于较高温度的排气中,需要额外地对喷嘴提供冷却,更重要的是还原剂停喷后的残留物在水分蒸发后会结晶,容易造成喷嘴的堵塞。有空气混合系统可有效解决这一问题,还原剂与空气混合后在高压作用下从喷嘴喷出,压力大小由喷嘴口直径和空气流量决定,并直接影响混合物的出口速度,因此也对喷射流分解形成的液滴大小有直接影响。
市场上应用与汽车尾气的SCR系统喷嘴已经设计成型并投入使用,这种喷嘴结构简便,安放在汽车排气孔的中后部。船用喷嘴面临的问题是喷雾量要比汽车高出数个数量级,柴油机排气管道口径也是汽车排气管道的数十倍乃至数百倍,这对喷嘴的设计结构及雾化效果提出了严峻的考验,进而沿用传统的针阀型结构已经无法满足要求。
发明内容
本发明针对上述技术问题,提出一种通过自激振荡发生脉冲射流而达到增强雾化效果喷嘴。
为达到以上目的,通过以下技术方案实现的:
一种应用于船用柴油机SCR系统自激振荡脉冲雾化喷嘴,包括:气液喷射头和装配于气液喷射头前端喷射口连接的自激脉冲头;
气液喷射头包括:加工有还原剂管路的喷射芯和套至于喷射芯外部的喷射外壳;
其中,喷射芯外壁与喷射外壳内壁之间存有间隙,此间隙为绕喷射芯外壁的环形间隙,且此间隙作为气体管路,进而还原剂管路与气体管路形成同心环结构;
还原剂管路输出端部加工有若干小喷射孔,且小喷射孔成圆环状分布;
气体管路为阶梯状结构,由输入端到输出端孔径(即喷射芯外壁与喷射外壳间隙)逐渐变小,且气体管路靠近还原剂管路输出端的部分环腔直径逐渐变小(即越靠近还原剂管路输出端气体管路的环腔的直径越小);
自激脉冲头包括:与气液喷射头输出端对接的混合气注入口,脉冲喷射口和设置于自激脉冲头中部的自激振荡混合腔室;其中,混合气注入口与脉冲喷射口分别与自激振荡混合腔室输入端和输出端连通;
自激振荡混合腔室位于脉冲喷射口端内壁设置有向自激振荡混合腔室中心延伸的锥状凸起,且脉冲喷射口加工在锥状凸起中心线上与自激振荡混合腔室连通;
其中,自激振荡混合腔室的腔体内存在着膨胀和卷吸等复杂的流动过程,使腔体内射流的流动受到两侧不对称的扰动下,发生附壁效应而偏向腔体一侧流动并最终附着在壁面上;沿周向分布的不对称扰动驱使射流撞向壁面的区域并不固定,沿着腔体壁面周向移动,导致射流在腔内做旋进运动并“反弹”喷出腔体;
进一步的,混合腔的设计旨在利用当射流通过混合气注入口以实现突扩的方式喷入构满足一定几何条件的腔体内时,无需外力激励,射流就会连续不断地作准周期性振荡这一特性,这种高度雾化以及周期性振荡喷射的形式,可极大的促进喷射出混合气体与柴油机排气管道内气体高效,充分的混合。
进一步的,自激振荡混合腔室为回转体,混合气注入口、自激振荡混合腔室和脉冲喷射口中心同轴,此结构用于保证形成高频连续自激振荡射流;
进一步的,气液喷射头输出端与自激脉冲头输入端之间设置有一个由气液喷射头输出端向自激脉冲头输入端直径逐渐减小的一级混合腔,增加一个混合腔室;
进一步的,气液喷射头与自激脉冲头为可拆卸固定连接,此结构主要方更换以及维修;且此结构连接方式通常选用螺纹装配,也可选用密封性良好其他 可拆卸连接方式。
采用上述技术方案的本发明,气液喷射头和自激脉冲头,该混合方式设计为外部环绕气体混合方式,气体通过喷射芯和喷射外壳之间形成的环形缝隙(简称气体管路)输入,气体管路为阶梯状结构,由输入端到输出端孔径逐渐变小,旨在使空气流速加快,还原剂管路和空气管路形成同心环结构,且越靠近还原剂管路输出端气体管路的环腔的直径越小,这样形成边加速边收缩,同时还原剂管路内液体通过先通过还原剂管路输出端部呈环形分布的若干小喷射孔第一次粉碎,第一次粉碎的液体与空气管路出来的高速环状气体直接接触,实现二次切割,二次粉碎,并同步混合,混合气在一级混合腔内充分混合实现第一级雾化,降速,然后穿过混合气注入口实现第三次切割,最后进入到自激振荡混合腔室内再进行混合和第二次雾化,并且这次输出在这个独特的腔室结构里,已经被三次粉碎的还原剂液滴形成高频连续自激振荡射流,通过脉冲喷射口喷出,与柴油机排出的烟气进行充分混合,再经过静态混合器进一步混合之后,进入SCR催化剂控制箱。
综上,本发明具有以下优势:
1、通过独特的自激振荡混合腔室设计,连续射流会在腔室中反馈、迭加和放大,形成强烈的自激振荡脉冲射流;这种射流加剧了边界层的不稳定性,使大尺度的拟序结构更容易失稳,进而更容易卷吸周围流体。这些拟序结构在向下游运动过程中,产生变形、合并、破裂,逐级破碎成小尺度涡结构,形成陡峭的速度梯度或者浓度梯度,加速分子层面的混合。
2、将尿素液体与空气在进入喷嘴腔室之时进行混合,使得两者在喷嘴中充分振荡,得到高压力尿素的自激振荡脉冲射流;自激振荡脉冲射流可以较大地改善了液体射流的喷射压力,在相同的系统压力下雾化效果会得到较好的改善,雾化细度明显减小。
3、湍流射流的控制方式分为主动控制和被动控制,本装置很好的利用了被动控制的原理,不施加额外机械激励,就能产生较大变压特性,不断地作准周期性振荡,节约能源,减少环境污染。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。
附图说明
本发明共4幅附图,其中:
图1为本发明气液喷射头与自激脉冲头无间隙对接结构示意图。
图2为本发明的主视结构示意图。
图3为本发明的自激振荡混合腔室局部放大图。
图4为本发明气液喷射头与自激脉冲头之间设置一级混合腔时构示意图。
图中:1、气液喷射头,1.1、喷射芯,1.2、喷射外壳,2、自激脉冲头,2.1、混合气注入口,2.2、自激振荡混合腔室,2.3、脉冲喷射口,A、还原剂管路,B、气体管路,C、一级混合腔。
具体实施方式
如图1、图2、图3和图4所示的一种应用于船用柴油机SCR系统自激振荡脉冲雾化喷嘴,包括:气液喷射头和装配于气液喷射头1前端喷射口连接的自激脉冲头2;
气液喷射头1包括:加工有还原剂管路A的喷射芯1.1和套至于喷射芯1.1外部的喷射外壳1.2;
其中,喷射芯1.1外壁与喷射外壳1.2内壁之间存有间隙,此间隙为绕喷射芯1.1外壁的环形间隙,且此间隙作为气体管路B,进而还原剂管路A与气体管路B形成同心环结构;
还原剂管路A输出端部加工有若干小喷射孔,且小喷射孔成圆环状分布;
气体管路B为阶梯状结构,由输入端到输出端孔径(即喷射芯外壁与喷射外壳间隙)逐渐变小,且气体管路B靠近还原剂管路A输出端的部分环腔直径逐渐变小(即越靠近还原剂管路A输出端气体管路B的环腔的直径越小);
自激脉冲头2包括:与气液喷射头1输出端对接的混合气注入口2.1,脉冲喷射口2.3和设置于自激脉冲头2中部的自激振荡混合腔室2.2;其中,混合气注入口2.1与脉冲喷射口2.3分别与自激振荡混合腔室2.2输入端和输出端连通;
自激振荡混合腔室2.2位于脉冲喷射口2.3端内壁设置有向自激振荡混合腔室2.2中心延伸的锥状凸起,且脉冲喷射口2.3加工在锥状凸起中心线上与自激振荡混合腔室2.2连通;
进一步的,自激振荡混合腔室2.2为回转体,混合气注入口2.1、自激振荡混合腔室2.2和脉冲喷射口2.3中心同轴,此结构用于保证形成高频连续自激振荡射流;
进一步的,气液喷射头1输出端与自激脉冲头2输入端之间设置有一个由气液喷射头1输出端向自激脉冲头2输入端直径逐渐减小的一级混合腔C,增加一个混合腔室,进一步提高混合效果;
进一步的,气液喷射头1与自激脉冲头2为可拆卸固定连接,此结构主要方更换以及维修;且此结构连接方式通常选用螺纹装配,也可选用密封性良好其他可拆卸连接方式。
采用上述技术方案的本发明,气液喷射头1和自激脉冲头2,该混合方式设计为外部环绕气体混合方式,气体通过喷射芯1.1和喷射外壳1.2之间形成的环形缝隙(简称气体管路B)输入,气体管路B为阶梯状结构,由输入端到输出端孔径逐渐变小,旨在使空气流速加快,还原剂管路A和空气管路B形成同心环结构,且越靠近还原剂管路A输出端气体管路B的环腔的直径越小,这样形成边加速边收缩,同时还原剂管路A内液体通过先通过还原剂管路A输出端部呈环形分布的若干小喷射孔第一次粉碎,第一次粉碎的液体与空气管路B出来的告诉环状气体直接接触,实现二次切割,二次粉碎,并同步混合,混合气在一级混合腔C内充分混合实现第一级雾化,降速,然后穿过混合气注入口2.1实现第三次切割,最后进入到自激振荡混合腔室2.2内再进行混合和第二次雾化,并且这次输出在这个独特的腔室结构里,已经被三次粉碎的还原剂液滴形成高频连续自激振荡射流,通过脉冲喷射口2.3喷出,与柴油机排出的烟气进行充分混合,再经过静态混合器进一步混合之后,进入SCR催化剂控制箱。
其中,如图3所示,图中所指,L1混合气注入口长度,D2为脉冲喷射口直径,D为自激振荡混合腔室直径,L为自激振荡混合腔室长度,L2为锥状凸起长度,a为锥状凸起锥角;
在一个优选的实施例中,L/D的最佳配比区出现在0.3~0.4,因此可对喷嘴尺寸做出进一步调整,优选范围0.25~0.45;
在一个优选的实施例中,根据参考文献可查的α角120°为最佳,考虑到综合尺寸,本专利给定范围113°~130°。
其中,一级混合腔C为可选择性设置,如图1和图4所示。
太阳城集团以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上诉揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明 技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

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