一種應用于船用柴油機scr系統自激振蕩脈沖霧化噴嘴的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種霧化噴嘴，特別是一種通過自激振蕩發生脈沖射流而達到增強霧化效果噴嘴。
【背景技術】
[0002]SCR系統是國內外研究最廣泛、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入排氣管，安裝在排氣管上的尿素計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生水解和熱解反應，生成所需要的還原劑氨氣(NH3)，氨氣與排氣混合均勻后在SCR系統催化劑表面將NOx還原成氮氣(N2)。
[0003]實驗發現，SCR系統性能的優劣，很大程度上取決于尿素水溶液霧化的效果，以往SCR噴嘴的結構的設計思路源于在工業上廣泛應用的針閥式噴嘴結構，這種噴嘴結構簡單，制造成本低廉，易于設計和維修。但這種噴嘴一般應用于無空氣輔助系統，噴嘴經常處于較高溫度的排氣中，需要額外地對噴嘴提供冷卻，更重要的是還原劑停噴后的殘留物在水分蒸發后會結晶，容易造成噴嘴的堵塞。有空氣混合系統可有效解決這一問題，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，因此也對噴射流分解形成的液滴大小有直接影響。
[0004]市場上應用與汽車尾氣的SCR系統噴嘴已經設計成型并投入使用，這種噴嘴結構簡便，安放在汽車排氣孔的中后部。船用噴嘴面臨的問題是噴霧量要比汽車高出數個數量級，柴油機排氣管道口徑也是汽車排氣管道的數十倍乃至數百倍，這對噴嘴的設計結構及霧化效果提出了嚴峻的考驗，進而沿用傳統的針閥型結構已經無法滿足要求。
【發明內容】
[0005]本發明針對上述技術問題，提出一種通過自激振蕩發生脈沖射流而達到增強霧化效果噴嘴。
[0006]為達到以上目的，通過以下技術方案實現的:
[0007]—種應用于船用柴油機SCR系統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壁之間存有間隙，此間隙為繞噴射芯外壁的環形間隙，且此間隙作為氣體管路，進而還原劑管路與氣體管路形成同心環結構；
[0010]還原劑管路輸出端部加工有若干小噴射孔，且小噴射孔成圓環狀分布；
[0011]氣體管路為階梯狀結構，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腔的直徑越小)；
[0012]自激脈沖頭包括:與氣液噴射頭輸出端對接的混合氣注入口，脈沖噴射口和設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壁設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存在著膨脹和卷吸等復雜的流動過程，使腔體內射流的流動受到兩側不對稱的擾動下，發生附壁效應而偏向腔體一側流動并最終附著在壁面上；沿周向分布的不對稱擾動驅使射流撞向壁面的區域并不固定，沿著腔體壁面周向移動，導致射流在腔內做旋進運動并“反彈”噴出腔體；
[0015]進一步的，混合腔的設計旨在利用當射流通過混合氣注入口以實現突擴的方式噴入構滿足一定幾何條件的腔體內時，無需外力激勵，射流就會連續不斷地作準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，可極大的促進噴射出混合氣體與柴油機排氣管道內氣體高效，充分的混合。
[0016]進一步的，自激振蕩混合腔室為回轉體，混合氣注入口、自激振蕩混合腔室和脈沖噴射口中心同軸，此結構用于保證形成高頻連續自激振蕩射流；
[0017]進一步的，氣液噴射頭輸出端與自激脈沖頭輸入端之間設置有一個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混合腔，增加一個混合腔室；
[0018]進一步的，氣液噴射頭與自激脈沖頭為可拆卸固定連接，此結構主要方更換以及維修；且此結構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]采用上述技術方案的本發明，氣液噴射頭和自激脈沖頭，該混合方式設計為外部環繞氣體混合方式，氣體通過噴射芯和噴射外殼之間形成的環形縫隙(簡稱氣體管路)輸入，氣體管路為階梯狀結構，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結構，且越靠近還原劑管路輸出端氣體管路的環腔的直徑越小，這樣形成邊加速邊收縮，同時還原劑管路內液體通過先通過還原劑管路輸出端部呈環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的高速環狀氣體直接接觸，實現二次切割，二次粉碎，并同步混合，混合氣在一級混合腔內充分混合實現第一級霧化，降速，然后穿過混合氣注入口實現第三次切割，最后進入到自激振蕩混合腔室內再進行混合和第二次霧化，并且這次輸出在這個獨特的腔室結構里，已經被三次粉碎的還原劑液滴形成高頻連續自激振蕩射流，通過脈沖噴射口噴出，與柴油機排出的煙氣進行充分混合，再經過靜態混合器進一步混合之后，進入SCR催化劑控制箱。
[0020]綜上，本發明具有以下優勢:
[0021]1、通過獨特的自激振蕩混合腔室設計，連續射流會在腔室中反饋、迭加和放大，形成強烈的自激振蕩脈沖射流；這種射流加劇了邊界層的不穩定性，使大尺度的擬序結構更容易失穩，進而更容易卷吸周圍流體。這些擬序結構在向下游運動過程中，產生變形、合并、破裂，逐級破碎成小尺度渦結構，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入噴嘴腔室之時進行混合，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，在相同的系統壓力下霧化效果會得到較好的改善，霧化細度明顯減小。
[0023]3、湍流射流的控制方式分為主動控制和被動控制，本裝置很好的利用了被動控制的原理，不施加額外機械激勵，就能產生較大變壓特性，不斷地作準周期性振蕩，節約能源，減少環境污染。
[0024]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
【附圖說明】
[0025]本發明共4幅附圖，其中:
[0026]圖1為本發明氣液噴射頭與自激脈沖頭無間隙對接結構示意圖。
[0027]圖2為本發明的主視結構示意圖。
[0028]圖3為本發明的自激振蕩混合腔室局部放大圖。
[0029]圖4為本發明氣液噴射頭與自激脈沖頭之間設置一級混合腔時構示意圖。
[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、一級混合腔。
【具體實施方式】
[0031]如圖1、圖2、圖3和圖4所示的一種應用于船用柴油機SC