一种套管分流式尿素混合装置的制作方法

1.本发明属于柴油机尾气后处理技术领域，具体涉及一种套管分流式尿素混合装置。


背景技术：

2.在scr(选择性催化还原selective catalytic reduction)系统应用技术中，如何将喷入的尿素和发动机废气进行均匀混合并完成对尿素的二次破碎、减少尿素在混合器位置的结晶风险是整个开发过程中的关键。u型后处理器作为国六排放阶段商用车后处理系统的关键部件，其尿素混合装置尚不成熟。
3.相关技术中，尿素混合器常见的混合单元多使用翅片结构或者纤维单元实现尿素的破碎和分流，同时采用孔板或者孔管结构实现尿素的混合。但是，翅片结构由于微型翅片加工难度大等问题多采用大翅片结构，对尿素的破碎及分流作用有限。近年来，也有采用旋流和双层孔管来实现尿素的破碎分流以及在scr前的混合作用。但是，由于旋流结构对尿素的破碎能力有限，孔管虽有分流作用，但也容易堵塞小孔而发生严重的尿素结晶，导致尿素的分流和分解难以快速完成。


技术实现要素：

4.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种套管分流式尿素混合装置，所要解决的技术问题是如何提升尿素的分流作用和破碎效果，进而提高尿素分解速率并降低尿素结晶的风险。
5.技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
6.一种套管分流式尿素混合装置，包括相互连接的后蚌壳端盖以及前蚌壳端盖，所述后蚌壳端盖与所述前蚌壳端盖形成内部中空的腔体，所述前蚌壳端盖上具有进口以及出口，所述进口以及所述出口与所述后蚌壳端盖的内部连通，还包括位于所述腔体内的混合组件，所述混合组件包括喷嘴底座、旋流管组件、隔板、导流板以及旋流板，所述喷嘴底座的一端与所述旋流管组件的一端固连，所述喷嘴底座的另一端与所述后蚌壳端盖固连且与外部的尿素喷嘴连通；所述隔板的中心具有一通孔，所述隔板通过所述通孔与所述旋流管组件套接连接；所述导流板位于所述旋流管组件远离所述喷嘴底座的一侧，所述导流板与所述后蚌壳端盖固连；所述旋流板与所述出口匹配固连；所述喷嘴底座位于所述后蚌壳端盖内靠近所述进口的一端；所述导流板位于所述后蚌壳端盖内靠近所述出口的一端；所述隔板位于所述旋流管组件的中部，所述隔板的外周壁与所述腔体的内周壁贴合紧配。
7.可选的，所述旋流管组件包括外层旋流管、内开窗套管以及支撑堵盖，所述内开窗套管位于所述外层旋流管的内部，所述内开窗套管通过所述支撑堵盖与所述外层旋流管固连，所述支撑堵盖位于所述外层旋流管远离所述喷嘴底座的一端，所述支撑堵盖与所述外层旋流管相互垂直。
8.可选的，所述外层旋流管与所述内开窗套管同轴，所述外层旋流管的内径与所述
内开窗套管的外径比为6/5～3/2。
9.可选的，所述外层旋流管的进口部的周壁上具有两排开口的旋流翅片，所述旋流翅片沿所述外层旋流管的中轴线均匀间隔设置；所述外层旋流管的出口部的周壁上具有若干贯穿的小孔，所述小孔沿所述外层旋流管的中轴线均匀间隔设置；所述外层旋流管的进口部为所述喷嘴底座与所述隔板之间的部分，所述外层旋流管的出口部为所述支撑堵盖与所述隔板之间的部分。
10.可选的，所述旋流翅片靠近所述喷嘴底座的一排的长度大于另一排的长度，所述旋流翅片的长度方向沿所述外层旋流管的轴向设置。
11.可选的，所述内开窗套管的周壁上具有若干排贯穿的长孔，所述长孔沿所述内开窗套管的中轴线均匀间隔设置，所述长孔的长度方向沿所述内开窗套管的轴向设置。
12.可选的，所述支撑堵盖的外周壁上具有多个支撑脚，所述支撑脚沿所述支撑堵盖的中轴线均匀间隔设置，所述支撑堵盖通过所述支撑脚将所述内开窗套管与所述外层旋流管固连；所述支撑堵盖上还具有若干贯穿的通孔，所述通孔沿所述支撑堵盖的中轴线均匀间隔设置。
13.可选的，所述支撑堵盖靠近所述旋流板的中心位置。
14.可选的，所述旋流板与所述出口同轴；所述旋流板的中心具有贯穿的锥形孔，所述锥形孔沿远离所述后蚌壳端盖的方向突出，且直径逐渐变小；
15.所述旋流板上还具有一圈开口的槽口，所述槽口位于所述锥形孔的外周，所述槽口沿所述旋流板的中轴线均匀间隔设置。
16.可选的，所述导流板靠近所述旋流板的一侧向下倾斜设置，所述后蚌壳端盖上还具有两个贯穿的分流槽，两个所述分流槽对称设置，所述分流槽位于所述导流板远离所述旋流板的一侧，所述分流槽与所述导流板对应设置。
17.有益效果：与现有技术相比，本发明提供的一种套管分流式尿素混合装置，大大提升了尿素的分流作用和破碎效果，进而提高了尿素的分解速率并降低了尿素结晶的风险。
附图说明
18.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
19.图1为本发明一个示例性实施例提供的一种套管分流式尿素混合装置的轴测图；
20.图2为本发明一个示例性实施例提供的一种套管分流式尿素混合装置的分解示意图；
21.图3为本发明一个示例性实施例提供的一种套管分流式尿素混合装置的混合组件的分解示意图；
22.图4为本发明一个示例性实施例提供的一种套管分流式尿素混合装置的旋流管组件示意图；
23.图5为本发明一个示例性实施例提供的一种套管分流式尿素混合装置的旋流管组件示意图；
24.图6为本发明一个示例性实施例提供的一种套管分流式尿素混合装置的混合腔位置示意图；
25.图7为本发明一个示例性实施例提供的一种套管分流式尿素混合装置的图6的a处放大图；
26.图中：1、后蚌壳端盖；11、分流槽；2、前蚌壳端盖；21、进口；22、出口；3、混合组件；31、喷嘴底座；32、旋流管组件；321、外层旋流管；3211、旋流翅片；3212、小孔；322、内开窗套管；3221、长孔；323、支撑堵盖；324、支撑脚；33、隔板；34、导流板；35、旋流板；351、锥形孔；352、槽口；4、第一混合腔；5、第二混合腔；6、第三混合腔；7、第四混合腔。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，而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。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
29.下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。
30.如图1所示为一种套管分流式尿素混合装置，包括相互连接的后蚌壳端盖1以及前蚌壳端盖2，后蚌壳端盖1与前蚌壳端盖2形成内部中空的腔体，可选的，该后蚌壳端盖1与前蚌壳端盖2的连接方式包括但不限于焊接、铆接、胶粘以及螺栓连接的其中一种；如图2所示，前蚌壳端盖2上开设有圆形的进口21以及出口22，进口21以及出口22与后蚌壳端盖1的内部连通，可选的，该进口21以及出口22的开设方式包括但不限于激光切割、等离子切割以及铣床加工的其中一种。
31.如图2所示，还包括位于腔体内的混合组件3，混合组件3包括喷嘴底座31、旋流管组件32、隔板33、导流板34以及旋流板35，喷嘴底座31的一端与旋流管组件32的一端固连，可选的，该喷嘴底座31的一端与旋流管组件32的一端的连接方式包括但不限于焊接、铆接、胶粘以及螺栓连接的其中一种；喷嘴底座31的另一端与后蚌壳端盖1固连且与外部的尿素喷嘴连通，用于将尿素喷入上述腔体内与废气混合，可选的，该喷嘴底座31的另一端与后蚌壳端盖1的连接方式包括但不限于焊接、铆接、胶粘以及螺栓连接的其中一种；喷嘴底座31位于后蚌壳端盖1内靠近进口21的一端；隔板33的中心具有一通孔，隔板33通过该通孔与旋流管组件32套接连接，可选的，该隔板33与旋流管组件32的连接方式包括但不限于焊接、铆接、胶粘以及螺栓连接的其中一种；隔板33位于旋流管组件32的中部，隔板33的外周壁与腔体的内周壁贴合紧配；导流板34位于旋流管组件32远离喷嘴底座31的一侧，导流板34与后蚌壳端盖1固连，可选的，该导流板34与后蚌壳端盖1的连接方式包括但不限于焊接、铆接、胶粘以及螺栓连接的其中一种；导流板34位于后蚌壳端盖1内靠近出口22的一端；旋流板35与出口22匹配固连，该旋流板35的外周壁与出口22的内周壁贴合，可选的，该旋流板35与出口22的连接方式包括但不限于焊接、铆接、胶粘以及螺栓连接的其中一种。
32.在本实施例中，通过旋流管组件32和旋流板35的设置，既保证了旋流管组件32轴向方向的尿素和废气的混合效果，又保证了进口21以及出口22轴向方向的混合均匀性。
33.在本实施例中，该进口21以及出口22远离后蚌壳端盖1的一侧，沿进口21以及出口22的周向还分别安装有翻边法兰，分别用于连接dpf(柴油颗粒过滤器diesel particulate filter)和scr(选择性催化还原selective catalytic reduction)。
34.在本实施例中，当废气气流进入本混合装置时，首先从进口21进入，并通过旋流管组件32形成强烈的旋转气流进入旋流管组件32的内部，与此同时尿素从喷嘴底座31的位置喷入该旋流管组件32的内部与废气进行充分均匀的混合；然后，随气流方向冲击在导流板34上，导流板34的设置主要为了防止尿素在后蚌壳端盖1内靠近出口22的底部囤积，从而产生结晶影响尿素与废气的混合均匀度；最后，经旋流板35再次混合后从出口22排出。
35.作为一种可选实施方式，如图3所示，旋流管组件32包括外层旋流管321、内开窗套管322以及支撑堵盖323，内开窗套管322位于外层旋流管321的内部，内开窗套管322通过支撑堵盖323与外层旋流管321固连，可选的，该内开窗套管322、支撑堵盖323以及外层旋流管321的连接方式包括但不限于焊接、铆接、胶粘以及螺栓连接的其中一种；支撑堵盖323位于外层旋流管321远离喷嘴底座31的一端，即靠近出口22的一端；支撑堵盖323与外层旋流管321相互垂直。
36.在本实施例中，旋流管组件32采用套管方式，增强了外层旋流管321与内开窗套管322之间的旋流强度，防止尿素在旋流管组件32的内部囤积产生尿素结晶。
37.作为一种可选实施方式，如图3所示，外层旋流管321与内开窗套管322同轴，外层旋流管321的内径与内开窗套管322的外径比为6/5～3/2。
38.在本实施例中，外层旋流管321的内径与内开窗套管322的外径比为6/5，该外层旋流管321的内径与内开窗套管322的外径比在6/5～3/2范围内的旋流混合效果区别不大，可灵活布置，但是小于6/5或者大于3/2则会使旋流混合效果下降。
39.作为一种可选实施方式，如图3所示，外层旋流管321的进口部的周壁上具有两排开口的旋流翅片3211，用于将废气以高速旋转的方式进入外层旋流管321内与尿素进行混合，旋转旋流翅片3211沿外层旋流管321的中轴线均匀间隔设置，可选的，该旋流翅片3211与外层旋流管321的连接方式包括但不限于加工中心机加工、一体成型的其中一种；外层旋流管321的出口部的周壁上具有若干贯穿的小孔3212，小孔3212沿外层旋流管321的中轴线均匀间隔设置，可选的，该小孔3212由加工中心开设或冲压成型；外层旋流管321的进口部为喷嘴底座31与隔板33之间的部分，外层旋流管321的出口部为支撑堵盖323与隔板33之间的部分。
40.在本实施例中，由于尿素喷束呈锥形角喷射，该旋流翅片3211的设置加强了尿素起喷位置的旋流作用以及尿素锥形喷束着壁点位置的旋流作用；该小孔3212的设置提升了尿素的分流和破碎效果，进而提高了尿素与废气的混合效率。
41.作为一种可选实施方式，如图3所示，旋流翅片3211靠近喷嘴底座31的一排的长度大于另一排的长度，旋流翅片3211的长度方向沿外层旋流管321的轴向设置。
42.在本实施例中，外层旋流管321采用两段式旋流翅片3211，靠近喷嘴底座31的一排旋流翅片3211较长，主要加强尿素起喷位置的旋流作用，另一排旋流翅片3211较短，用于增强尿素锥形喷束着壁点位置的旋流作用。
43.作为一种可选实施方式，如图3所示，内开窗套管322的周壁上具有若干排贯穿的长孔3221，该长孔3221为跑道型，可选的，该长孔3221由加工中心开设或冲压成型；长孔3221沿内开窗套管322的中轴线均匀间隔设置，长孔3221的长度方向沿内开窗套管322的轴向设置。
44.在本实施例中，该长孔3221的设置提升了外层旋流管321与内开窗套管322之间的气流流动性，实现了尿素的快速分流；同时，该长孔3221能够对尿素形成良好的破碎作用。
45.作为一种可选实施方式，如图4和图5所示，支撑堵盖323的外周壁上具有多个支撑脚324，支撑脚324沿支撑堵盖323的中轴线均匀间隔设置，支撑堵盖323通过支撑脚324将内开窗套管322与外层旋流管321固连；支撑堵盖323上还开设有若干贯穿的通孔，通孔沿支撑堵盖323的中轴线均匀间隔设置。可选的，也可以仅采用支撑脚324将内开窗套管322与外层旋流管321固连。该支撑堵盖323上的通孔进一步的加强了对尿素的破碎作用。
46.作为一种可选实施方式，如图6所示，支撑堵盖323靠近旋流板35的中心位置，便于尿素直接从旋流板35中心位置导出，提升scr(选择性催化还原selective catalytic reduction)前端面的氨气分布均匀性。
47.作为一种可选实施方式，如图3所示，旋流板35与出口22同轴；旋流板35的中心具有贯穿的锥形孔351，锥形孔351沿远离后蚌壳端盖1的方向突出，且直径逐渐变小，可选的，该锥形孔351与旋流板35的连接方式包括但不限于焊接、铆接、胶粘以及一体成型的其中一种；旋流板35上还具有一圈开口的槽口352，该槽口352为猫耳型，槽口352位于锥形孔351的外周，槽口352沿旋流板35的中轴线均匀间隔设置，可选的，该槽口352与旋流板35的连接方式包括但不限于焊接、铆接、胶粘以及一体成型的其中一种。
48.在本实施例中，锥形孔351的设置保证了气流主要从旋流板35的中心位置排出；同时，旋流板35四周均布槽口352，能够将经过的气流形成强旋转气流，提高了对尿素颗粒更进一步的混合效果，进而也保证了尿素分解成氨气的效率和氨气在scr(选择性催化还原selective catalytic reduction)前端面分布的均匀程度。
49.作为一种可选实施方式，如图2和图3所示，导流板34靠近旋流板35的一侧向下倾斜设置，便于尿素向出口22的方向排出；如图6和图7所示，后蚌壳端盖1上还开设有两个贯穿的分流槽11，两个分流槽11对称设置，分流槽11位于导流板34远离旋流板35的一侧，分流槽11与导流板34对应设置。该分流槽11的设置，使部分气流从导流板34后端两侧流入导流板34的下方，从而吹扫导流板34下方的尿素。
50.作为一种可选实施方式，如图6所示，前蚌壳端盖1、后蚌壳端盖2以及混合组件3之间形成了四个混合腔，分别为：
51.第一混合腔4，由前蚌壳端盖1、后蚌壳端盖2的上端部分、旋流管组件32的上部以及隔板33组成；
52.第二混合腔5，由外层旋流管321与内开窗套管322组成；
53.第三混合腔6，由内开窗套管322与支撑堵盖323组成；
54.第四混合腔7，由前蚌壳端盖1、后蚌壳端盖2下端部分、旋流管组件32的下部、隔板33、导流板34以及旋流板35组成。
55.为了更好的理解本发明，下面结合附图和一个具体实施例对本发明作更进一步的说明。需要说明的是，该具体实施例所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，不限定本
发明保护的范围。
56.本实施例中，为了解决尿素的分流和破碎效果差，导致尿素分解速率低以及尿素容易结晶的问题，使用上述任一实施例中记载的一种套管分流式尿素混合装置，该装置的工作原理，包括以下步骤：
57.步骤一，当废气气流进入本混合装置时，首先进入第一混合腔4中，通过外层旋流管321上的旋流翅片3211形成强烈的旋转气流进入第二混合腔5和第三混合腔6中；同时，尿素从喷嘴底座31位置喷入第三混合腔6中，通过内开窗套管322完成尿素的破碎和分流，内开窗套管322上的长孔3221开孔较大，尿素不容易在开孔中间累积，从而能够将尿素均匀的分流至第二混合腔5中，进而更容易被第二混合腔5中的强旋流带走；第三混合腔6中的没有着壁在内开窗套管322上的尿素则可以具有更长的混合距离，并最终在支撑堵盖323上完成进一步地破碎和分流；
58.步骤二，从第二混合腔5和第三混合腔6中流出的废气和尿素将进入第四混合腔7中，并冲击在导流板34上，导流板34倾斜向下的布置，使尿素便于向出口22的方向排出；同时，两个分流槽11的设置使部分气流从导流板34的后端两侧流入导流板34下方，并吹扫导流板下方的尿素；
59.步骤三，从第四混合腔7排出的废气和尿素通过旋流板35完成最终的尿素和尿素分解出的氨气的混合作用，旋流板35中间的锥形孔351，保证了气流主要从旋流板35中心位置排出，旋流板35上的槽口352能够将经过的气流形成强旋转气流，起到对尿素颗粒更进一步混合的效果，同时也保证了尿素分解成氨气的效率和氨气在scr(选择性催化还原selective catalytic reduction)前端面分布的均匀程度。
60.综上所述，与现有技术相比，本发明提供的一种套管分流式尿素混合装置，通过四个混合腔的设置，大大提升了尿素的分流作用和破碎效果，进而提高了尿素的分解速率并降低了尿素的结晶风险。
61.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。