一种几何诱导涡线空化单孔旋流尿素喷嘴

技术领域

本发明涉及柴油机尾气后处理技术领域，具体是一种几何诱导涡线空化单孔旋流尿素喷嘴。

背景技术

随着柴油机排放法规的日趋严格，后处理系统需采用选择性催化还原系统SCR去除尾气中含有的氮氧化物。通常将32.5％的尿素水溶液喷射入排气管中，经过水解、热解形成氨气，再通过催化载体将氮氧化物催化还原成无害的氮气和水，实现尾气处理的目的。

现有的尿素喷嘴很难实现良好的雾化效果，喷雾分布不均匀，且喷雾锥角较大，尿素溶液喷入排气管内，喷出的尿素喷雾易碰壁，在管壁上形成液膜，进而造成尿素结晶，堵塞排气管路，造成尾气排放超标，严重的情况下甚至会损坏发动机，因此急需设计一种尿素喷嘴以解决该问题。

发明内容

针对现有尿素喷嘴喷雾分布不均匀，且喷雾锥角较大，喷出的尿素喷雾易碰壁，在管壁上形成液膜，进而造成尿素结晶的问题，提供了一种几何诱导涡线空化单孔旋流尿素喷嘴，通过设置有旋流流道的旋流片配合汇流片，在确定喷嘴流量的工况下，得到喷雾锥角更小、液滴分布更细密且周向分布均匀的喷雾。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种几何诱导涡线空化单孔旋流尿素喷嘴，包括旋流片、汇流片、外壳体、孔板和阀体组件，阀体组件设置在外壳体内，控制外壳体内流道的通断，阀体组件上设置供外壳体内流道通畅时流体通过的阀体出液口；旋流片一端正对阀体出液口，旋流片上设置有多个与阀体出液口连通且相对于旋流片轴线倾斜的旋流流道，多个旋流流道绕旋流片轴线呈圆周阵列分布；旋流片另一端抵接汇流片，汇流片上设置有锥形的汇流流道且汇流流道锥形大端正对旋流流道，使流体从旋流流道流出后至汇流流道内；汇流片另一端抵接孔板，孔板上设置有连通汇流流道和外界的喷孔。

进一步的，阀体组件包括球阀、密封球和阀座，阀座固定在外壳体内且两者之间形成密封，阀座上设置阀体出液口；球阀在外壳体内活动连接且两者之间设置有供流体流动的间隙，球阀靠近阀座的一端固定连接有密封球，当球阀活动至密封球抵接阀座时，密封球对阀体出液口进行密封。

进一步的，密封球圆周方向设置有多个与轴线平行的平面。

进一步的，球阀上设置有第一定位销孔、第二定位销孔，且第一定位销孔和第二定位销孔空间相互垂直，第一定位销孔和第二定位销孔上均销连接有定位销，且定位销与外壳体内壁之间存在间隙。

进一步的，阀座靠近旋流片的一端设置有阶梯孔，旋流片、汇流片靠近阀座的一端分别抵接阶梯孔上两个不同的孔肩；阀座靠近密封球的一端设置有锥面，密封球抵接阀座上的锥面时对阀体出液口进行密封。

进一步的，旋流流道为圆柱形通道。

进一步的，旋流片靠近阀体出液口一端设置有连通旋流流道和阀体出液口的导流腔。

进一步的，多个旋流流道相对于旋流片轴线沿切向方向倾斜。

进一步的，多个旋流流道相对于旋流片轴线沿切向方向和径向方向均倾斜。

进一步的，所述旋流流道相对于旋流片轴线倾斜30°-60°。

本发明的有益效果是：

本发明通过在汇流片上设置多个相对于旋流片轴线倾斜的旋流流道，流体从阀体出液口进入旋流流道内，流体均匀分为多股，流体在旋流流道内获得切向速度。获得切向速度的流体继续向下游运动进入汇流片内锥形的汇流流道，多股旋流在此处汇聚。汇聚后的流体在汇流流道内切片呈圆环状并继续向下游流动，经由孔板上的喷孔排出，形成具有一定切向速度和较大轴向初速度的空心旋流。空心旋流在喷孔外形成空心圆锥形液膜，液膜破碎后可以得到喷雾锥角小、液滴分布细密且周向分布均匀的旋流喷雾。

本发明所述喷嘴结构简单，安装操作方便。另外，本发明中第一定位销孔和第二定位销孔上均销连接有定位销，定位销可限制球阀径向方向的移动，避免球阀在径向方向出现晃动，影响流体流动，且定位销与外壳体内壁之间存在间隙，使定位销不限制球阀轴向方向移动。

附图说明

图1为本发明几何诱导涡线空化单孔旋流尿素喷嘴爆炸示意图。

图2为本发明几何诱导涡线空化单孔旋流尿素喷嘴剖视图。

图3为本发明几何诱导涡线空化单孔旋流尿素喷嘴安装定位销后剖视图。

图4为本发明几何诱导涡线空化单孔旋流尿素喷嘴阀座、旋流片、汇流片和孔板连接示意图。

图5为本发明几何诱导涡线空化单孔旋流尿素喷嘴旋流片立体示意图。

图6为本发明几何诱导涡线空化单孔旋流尿素喷嘴内部压力云图。

图7为本发明尿素喷嘴内流耦合近场喷雾气液相分界面云图。

图中，1.球阀，11.第一定位销孔，12.第二定位销孔，13.密封球，2.阀座，21.阀体出液口，3.旋流片，31.旋流流道，32.导流腔，4.汇流片，41.汇流流道，5.外壳体，6.孔板，61.喷孔。

具体实施方式

下面结合附图具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1-5所示，本发明所述几何诱导涡线空化单孔旋流尿素喷嘴，包括旋流片3、汇流片4、外壳体5、孔板6和阀体组件，阀体组件设置在外壳体5内，阀体组件包括球阀1、密封球13和阀座2，阀座2固定在外壳体5内且两者之间形成密封，阀座2上设置供流体通过的阀体出液口21。球阀1在外壳体5内活动连接且两者之间设置有供流体流动的间隙，球阀1靠近阀座2的一端固定连接有密封球13，阀座2靠近密封球13的一端设置有锥面，当球阀1活动至密封球13抵接阀座2上的锥面时，密封球13对阀体出液口21进行密封，此时阀体出液口21被完全堵住，外壳体5内流道断开；当密封球13远离阀体出液口21时，阀体出液口21未被堵住，外壳体5内流道畅通。球阀1另一端与电磁阀图中未画出连接，用于控制球阀1的抬升和落座，当球阀1落座时密封球13抵接阀座2上的锥面。密封球13圆周方向设置有多个与轴线平行的平面，以避免与阀座2碰撞或者摩擦。所述球阀1上设置有第一定位销孔11、第二定位销孔12，且第一定位销孔11和第二定位销孔12空间相互垂直，第一定位销孔11和第二定位销孔12上均销连接有定位销，定位销可限制球阀1径向方向的移动，避免球阀1在径向方向出现晃动，避免影响流体流动，使得流体流动更稳定，且定位销与外壳体5内壁之间存在间隙，使定位销不限制球阀1轴向方向移动。

阀座2靠近旋流片3的一端设置有阶梯孔，用于安装旋流片3和汇流片4，旋流片3、汇流片4靠近阀座2的一端分别抵接阶梯孔上两个不同的孔肩。旋流片3一端正对阀体出液口21，旋流片3上设置有多个与阀体出液口21连通且相对于旋流片3轴线倾斜的旋流流道31，旋流流道31为圆柱形通道，多个旋流流道31绕旋流片3轴线呈圆周阵列分布。旋流流道31相对于旋流片3轴线倾斜30°-60°，流体流经旋流流道31时能够获得更好地旋流效果。多个旋流流道31相对于旋流片3轴线沿切向方向倾斜，以在旋流流道31获得向下的轴向速度和切向速度。多个旋流流道31也可相对于旋流片3轴线沿切向方向和径向方向均倾斜，在旋流流道31内获得向下的轴向速度和切向速度的同时获得径向方向速度，便于得到更细密的液滴分布。所述旋流片3靠近阀体出液口21一端设置有连通旋流流道31和阀体出液口21的导流腔32，便于流体流入旋流流道31内。旋流片3另一端抵接汇流片4，汇流片4上设置有锥形的汇流流道41且汇流流道41锥形大端正对旋流流道31，使流体从旋流流道31流出后至汇流流道41内。汇流片4另一端抵接孔板6，孔板6固定在外壳体5上，其中可采用常见固定方式连接，如孔板6焊接在外壳体5上。孔板6上设置有连通汇流流道41和外界的喷孔61，用于将喷雾喷出。

本发明所述喷嘴安装时，先第一定位销孔11和第二定位销孔12内插入定位销，并将固定有密封球13的球阀1放入外壳体5内。依次往外壳体5内安装阀座2、旋流片3、汇流片4以及孔板6，其中阀座2外壁和外壳体5内壁采用过盈配合来实现两者的密封固定。最后，将孔板6和外壳体5之间进行固定，如采用焊接方式固定。本发明所述喷嘴结构简单，安装操作方便。

本发明所述喷嘴未工作时，球阀1一端的密封球13抵接阀座2上的锥面，对阀座2中间的通孔进行密封。工作时，与球阀1另一端连接的电磁阀启动，控制球阀1抬升，密封球13远离阀座2；32.5％的尿素水溶液由尿素泵加压沿球阀1与外壳体5之间围成的环形间隙向下游运动，流体流经阀座2，从阀体出液口进入旋流片3内多个旋流流道31内，流体均匀分为多股，流体在旋流流道31内获得切向速度。获得切向速度的流体继续向下游运动进入汇流片4内锥形的汇流流道41，多股旋流在此处汇聚。如图6所示，由于离心力作用汇流流道中心低压甚至负压区，流道内出现涡线空化，涡线空化与外界连通，空气由此倒吸形成气核，气核如图7所示。汇聚后的流体在汇流流道41内切片呈圆环状并继续向下游流动，经由孔板6上的喷孔61排出，形成具有一定切向速度和较大轴向初速度的空心旋流。空心旋流在喷孔外形成空心圆锥形液膜，液膜破碎后可以得到喷雾锥角小、液滴分布细密且周向分布均匀的旋流喷雾。在拥有相同粒径分布的情况下，锥角更小的喷雾更不容易碰壁，可以有效抑制尿素结晶。

所述实例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。