一種應(yīng)用于船用柴油機(jī)scr系統(tǒng)自激振蕩脈沖霧化噴嘴的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種霧化噴嘴，特別是一種通過(guò)自激振蕩發(fā)生脈沖射流而達(dá)到增強(qiáng)霧化效果噴嘴。
【背景技術(shù)】
[0002]SCR系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)外研究最廣泛、減少NOx效果最好的后處理措施，該方法的基本工作原理是:尾氣從廢氣渦輪出口進(jìn)入排氣管，安裝在排氣管上的尿素計(jì)量噴射裝置將適量的尿素水溶液以霧狀形式噴入到排氣管中，尿素水溶液在高溫排氣作用下發(fā)生水解和熱解反應(yīng)，生成所需要的還原劑氨氣(NH3)，氨氣與排氣混合均勻后在SCR系統(tǒng)催化劑表面將NOx還原成氮?dú)?N2)。
[0003]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，SCR系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，很大程度上取決于尿素水溶液霧化的效果，以往SCR噴嘴的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路源于在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的針閥式噴嘴結(jié)構(gòu)，這種噴嘴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低廉，易于設(shè)計(jì)和維修。但這種噴嘴一般應(yīng)用于無(wú)空氣輔助系統(tǒng)，噴嘴經(jīng)常處于較高溫度的排氣中，需要額外地對(duì)噴嘴提供冷卻，更重要的是還原劑停噴后的殘留物在水分蒸發(fā)后會(huì)結(jié)晶，容易造成噴嘴的堵塞。有空氣混合系統(tǒng)可有效解決這一問(wèn)題，還原劑與空氣混合后在高壓作用下從噴嘴噴出，壓力大小由噴嘴口直徑和空氣流量決定，并直接影響混合物的出口速度，因此也對(duì)噴射流分解形成的液滴大小有直接影響。
[0004]市場(chǎng)上應(yīng)用與汽車尾氣的SCR系統(tǒng)噴嘴已經(jīng)設(shè)計(jì)成型并投入使用，這種噴嘴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，安放在汽車排氣孔的中后部。船用噴嘴面臨的問(wèn)題是噴霧量要比汽車高出數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)，柴油機(jī)排氣管道口徑也是汽車排氣管道的數(shù)十倍乃至數(shù)百倍，這對(duì)噴嘴的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及霧化效果提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，進(jìn)而沿用傳統(tǒng)的針閥型結(jié)構(gòu)已經(jīng)無(wú)法滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，提出一種通過(guò)自激振蕩發(fā)生脈沖射流而達(dá)到增強(qiáng)霧化效果噴嘴。
[0006]為達(dá)到以上目的，通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種應(yīng)用于船用柴油機(jī)SCR系統(tǒng)自激振蕩脈沖霧化噴嘴，包括:氣液噴射頭和裝配于氣液噴射頭前端噴射口連接的自激脈沖頭；
[0008]氣液噴射頭包括:加工有還原劑管路的噴射芯和套至于噴射芯外部的噴射外殼；
[0009]其中，噴射芯外壁與噴射外殼內(nèi)壁之間存有間隙，此間隙為繞噴射芯外壁的環(huán)形間隙，且此間隙作為氣體管路，進(jìn)而還原劑管路與氣體管路形成同心環(huán)結(jié)構(gòu)；
[0010]還原劑管路輸出端部加工有若干小噴射孔，且小噴射孔成圓環(huán)狀分布；
[0011]氣體管路為階梯狀結(jié)構(gòu)，由輸入端到輸出端孔徑(即噴射芯外壁與噴射外殼間隙)逐漸變小，且氣體管路靠近還原劑管路輸出端的部分環(huán)腔直徑逐漸變小(即越靠近還原劑管路輸出端氣體管路的環(huán)腔的直徑越小)；
[0012]自激脈沖頭包括:與氣液噴射頭輸出端對(duì)接的混合氣注入口，脈沖噴射口和設(shè)置于自激脈沖頭中部的自激振蕩混合腔室;其中，混合氣注入口與脈沖噴射口分別與自激振蕩混合腔室輸入端和輸出端連通；
[0013]自激振蕩混合腔室位于脈沖噴射口端內(nèi)壁設(shè)置有向自激振蕩混合腔室中心延伸的錐狀凸起，且脈沖噴射口加工在錐狀凸起中心線上與自激振蕩混合腔室連通；
[0014]其中，自激振蕩混合腔室的腔體內(nèi)存在著膨脹和卷吸等復(fù)雜的流動(dòng)過(guò)程，使腔體內(nèi)射流的流動(dòng)受到兩側(cè)不對(duì)稱的擾動(dòng)下，發(fā)生附壁效應(yīng)而偏向腔體一側(cè)流動(dòng)并最終附著在壁面上;沿周向分布的不對(duì)稱擾動(dòng)驅(qū)使射流撞向壁面的區(qū)域并不固定，沿著腔體壁面周向移動(dòng)，導(dǎo)致射流在腔內(nèi)做旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)并“反彈”噴出腔體；
[0015]進(jìn)一步的，混合腔的設(shè)計(jì)旨在利用當(dāng)射流通過(guò)混合氣注入口以實(shí)現(xiàn)突擴(kuò)的方式噴入構(gòu)滿足一定幾何條件的腔體內(nèi)時(shí)，無(wú)需外力激勵(lì)，射流就會(huì)連續(xù)不斷地作準(zhǔn)周期性振蕩這一特性，這種高度霧化以及周期性振蕩噴射的形式，可極大的促進(jìn)噴射出混合氣體與柴油機(jī)排氣管道內(nèi)氣體高效，充分的混合。
[0016]進(jìn)一步的，自激振蕩混合腔室為回轉(zhuǎn)體，混合氣注入口、自激振蕩混合腔室和脈沖噴射口中心同軸，此結(jié)構(gòu)用于保證形成高頻連續(xù)自激振蕩射流；
[0017]進(jìn)一步的，氣液噴射頭輸出端與自激脈沖頭輸入端之間設(shè)置有一個(gè)由氣液噴射頭輸出端向自激脈沖頭輸入端直徑逐漸減小的一級(jí)混合腔，增加一個(gè)混合腔室；
[0018]進(jìn)一步的，氣液噴射頭與自激脈沖頭為可拆卸固定連接，此結(jié)構(gòu)主要方更換以及維修;且此結(jié)構(gòu)連接方式通常選用螺紋裝配，也可選用密封性良好其他可拆卸連接方式。
[0019]采用上述技術(shù)方案的本實(shí)用新型，氣液噴射頭和自激脈沖頭，該混合方式設(shè)計(jì)為外部環(huán)繞氣體混合方式，氣體通過(guò)噴射芯和噴射外殼之間形成的環(huán)形縫隙(簡(jiǎn)稱氣體管路)輸入，氣體管路為階梯狀結(jié)構(gòu)，由輸入端到輸出端孔徑逐漸變小，旨在使空氣流速加快，還原劑管路和空氣管路形成同心環(huán)結(jié)構(gòu)，且越靠近還原劑管路輸出端氣體管路的環(huán)腔的直徑越小，這樣形成邊加速邊收縮，同時(shí)還原劑管路內(nèi)液體通過(guò)先通過(guò)還原劑管路輸出端部呈環(huán)形分布的若干小噴射孔第一次粉碎，第一次粉碎的液體與空氣管路出來(lái)的高速環(huán)狀氣體直接接觸，實(shí)現(xiàn)二次切割，二次粉碎，并同步混合，混合氣在一級(jí)混合腔內(nèi)充分混合實(shí)現(xiàn)第一級(jí)霧化，降速，然后穿過(guò)混合氣注入口實(shí)現(xiàn)第三次切割，最后進(jìn)入到自激振蕩混合腔室內(nèi)再進(jìn)行混合和第二次霧化，并且這次輸出在這個(gè)獨(dú)特的腔室結(jié)構(gòu)里，已經(jīng)被三次粉碎的還原劑液滴形成高頻連續(xù)自激振蕩射流，通過(guò)脈沖噴射口噴出，與柴油機(jī)排出的煙氣進(jìn)行充分混合，再經(jīng)過(guò)靜態(tài)混合器進(jìn)一步混合之后，進(jìn)入SCR催化劑控制箱。
[0020]綜上，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)勢(shì):
[0021 ] 1、通過(guò)獨(dú)特的自激振蕩混合腔室設(shè)計(jì)，連續(xù)射流會(huì)在腔室中反饋、迭加和放大，形成強(qiáng)烈的自激振蕩脈沖射流;這種射流加劇了邊界層的不穩(wěn)定性，使大尺度的擬序結(jié)構(gòu)更容易失穩(wěn)，進(jìn)而更容易卷吸周圍流體。這些擬序結(jié)構(gòu)在向下游運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，產(chǎn)生變形、合并、破裂，逐級(jí)破碎成小尺度渦結(jié)構(gòu)，形成陡峭的速度梯度或者濃度梯度，加速分子層面的混入口 ο
[0022]2、將尿素液體與空氣在進(jìn)入噴嘴腔室之時(shí)進(jìn)行混合，使得兩者在噴嘴中充分振蕩，得到高壓力尿素的自激振蕩脈沖射流；自激振蕩脈沖射流可以較大地改善了液體射流的噴射壓力，在相同的系統(tǒng)壓力下霧化效果會(huì)得到較好的改善，霧化細(xì)度明顯減小。
[0023]3、湍流射流的控制方式分為主動(dòng)控制和被動(dòng)控制，本裝置很好的利用了被動(dòng)控制的原理，不施加額外機(jī)械激勵(lì)，就能產(chǎn)生較大變壓特性，不斷地作準(zhǔn)周期性振蕩，節(jié)約能源，減少環(huán)境污染。
[0024]上述說(shuō)明僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實(shí)用新型的技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本實(shí)用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說(shuō)明如下。
【附圖說(shuō)明】
[0025]本實(shí)用新型共4幅附圖，其中:
[0026]圖1為本實(shí)用新型氣液噴射頭與自激脈沖頭無(wú)間隙對(duì)接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2為本實(shí)用新型的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖3為本實(shí)用新型的自激振蕩混合腔室局部放大圖。
[0029]圖4為本實(shí)用新型氣液噴射頭與自激脈沖頭之間設(shè)置一級(jí)混合腔時(shí)構(gòu)示意圖。
[0030]圖中:1、氣液噴射頭，1.1、噴射芯，1.2、噴射外殼，2、自激脈沖頭，2.1、混合氣注入口，2.2、自激振蕩混合腔室，2.3、脈沖噴射口，A、還原劑管路，B、氣體管路，C、一級(jí)混合腔。
【具體實(shí)施方式】
[0031]如圖1、圖2、圖3和圖4所示的一種