一種多流體混合器的製作方法

2023-07-24 12:39:42

本發明涉及一種流體混合器，尤其涉及一種多流體混合器，具體適用於提高混合效率和混合均勻性。

背景技術：

目前，面對日趨嚴峻的環境危機，各國對排放法規的要求越來越嚴格，低排放是內燃機發展的主要方向。egr作為降低內燃機nox排放的有效機內淨化措施，也是燃氣發動機實現低排放的重要技術之一。在燃氣發動機中，egr、燃氣與新鮮充量的混合均勻性對發動機性能至關重要。因此，通常會增加混合器裝置以強化燃氣、egr與新鮮充量的混合效率，達到較好的混合均勻性。

中國專利公開號為cn105003361a，公開日為2015年10月28日的發明專利公開了一種集成egr混合器，包括：egr閥座部，其頂端具有egr閥安裝法蘭，該egr閥座部的側壁開設有廢氣入口；以及混合及擾流部，其與所述egr閥座部一體成型，該混合及擾流部的一側為燃氣混合器進氣側；該混合及擾流部的另一側為發動機進氣接管出氣側；所述燃氣混合器進氣側與發動機進氣接管出氣側之間設置有混合擾流腔，該混合擾流腔的上遊為混合腔，該混合腔內設置有混合芯，混合芯的外周側具有廢氣環槽，該廢氣環槽通過廢氣流道與egr閥座部的廢氣入口連通；該混合擾流腔的下遊為擾流腔。雖然該發明能使egr氣體有效混合，但其仍存在以下缺陷：

1、該發明只能實現兩種氣體的混合，不能夠適用於採用egr的燃氣發動機。

2、該發明設置雙橫梁混合結構雖然在混合腔後設置擾流腔，但是由於其混合不同步，其混合均勻度仍然無法滿足燃氣發動機的混合需求，而且該發明集成度較低，製造工藝複雜、可靠性低。

技術實現要素：

本發明的目的是克服現有技術中存在的集成度低、混合效果差的問題，提供了一種高集成度、混合效果優的多流體混合器。

為實現以上目的，本發明的技術解決方案是：

一種多流體混合器，包括混氣座和混合芯，所述混合芯設置於混氣座內部；

所述混氣座包括頂板和底板，所述頂板與底板之間同軸設置有外腔壁、中腔壁和內腔壁，所述外腔壁與中腔壁之間形成有第一流體腔，所述中腔壁與內腔壁之間形成有第二流體腔，所述內腔壁內為混氣腔，所述外腔壁上設置有第一流體進氣口和第二流體進氣口，所述第一流體進氣口與第一流體腔相通，所述第二流體進氣口與第二流體腔相通；

所述混合芯包括中部支座、第一流體混氣葉片和第二流體混氣葉片，所述第一流體混氣葉片的一端與中部支座的外壁固定連接，所述第一流體混氣葉片22的另一端穿過內腔壁後與中腔壁固定連接，所述第二流體混氣葉片的一端與中部支座的外壁固定連接，所述第二流體混氣葉片的另一端與內腔壁固定連接；

所述第一流體混氣葉片為中空結構，第一流體混氣葉片內形成有第一流體葉片腔，所述第一流體葉片腔與第一流體腔相通，所述中部支座與內腔壁之間的第一流體葉片腔的腔壁上開設有多個第一混氣孔；

所述第二流體混氣葉片為中空結構，第二流體混氣葉片23內形成有第二流體葉片腔，所述第二流體葉片腔與第二流體腔相通，所述第二流體葉片腔的腔壁上開設有多個第二混氣孔。

所述中部支座為圓管結構，所述第一流體混氣葉片與第二流體混氣葉片均布於中部支座的外圓周上。

所述中部支座的管壁內開設有第一流體中混腔，所述第一流體中混腔通過第一流體葉片腔與第一流體腔相通。

所述第一流體混氣葉片與第二流體混氣葉片數量的和大於等於三片。

所述第一流體混氣葉片與第二流體混氣葉片數量的和為六片。

所述第一流體混氣葉片與頂板之間的夾角等於第二流體混氣葉片與頂板之間的夾角，所述第一流體混氣葉片與頂板之間的夾角為30度–80度。

所述第一流體混氣葉片與頂板之間的夾角為60度。

所述第一流體混氣葉片的橫截面形狀與第二流體混氣葉片的橫截面形狀相同，所述第一流體混氣葉片從頂板側到底板側厚度逐漸變厚，所述頂板處為主流體流入處，所述底板處為主流體流出處。

所述第一流體葉片腔的上、下兩側的腔壁均開設有第一混氣孔，所述第二流體葉片腔的上、下兩側的腔壁均開設有第二混氣孔。

所述第一流體進氣口的開口面積大於等於多個第一混氣孔開孔總面積的和，所述第二流體進氣口的開口面積大於等於多個第二混氣孔開孔總面積的和。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

1、本發明一種多流體混合器中將三種流體在一個混合器中完成混合，結構緊湊、集成度高，有效提高了混合器的可靠性，能夠滿足採用erg的燃氣發動機的混氣需求。因此，本設計能夠在一個混合氣中完成三種流體的混合，混合器結構緊湊、集成度高。

2、本發明一種多流體混合器中的混氣座採用雙層環形進氣腔的結構，將第一流體腔套設於第二流體腔外，第二流體腔內設置混氣腔，為混氣芯的葉片布置提供了良好的基礎，使第一流體混氣葉片和第二流體混氣葉片能夠在同一平面內沿圓周均勻布置，有效提高混合器的混合均勻性。因此，本設計的混氣座結構設計巧妙，混合均勻性高。

3、本發明一種多流體混合器中的混合芯採用類似於電扇葉片的結構布置，在同一平面圓周上間隔布置第一流體混氣葉片與第二流體混氣葉片，將主流體分散為幾個部分，同時使主流體的氣流方向在混合芯處發生變化，然後再使第一混氣孔與第二混氣孔出來的第一流體、第二流體與主流體三者能夠同時混合，使氣體混合的均勻更高，有效提高混合效果。因此，本設計的混合芯能夠有效分散氣流，提高混合效果。

4、本發明一種多流體混合器中的中部支座為圓管結構，能夠是流到混合芯中部的流體順利通過，通過的氣流與下方旋轉的氣流相混合，在減小流體阻力的同時，有效提高混合均勻性。因此，本設計的流體阻力適中，流體混合均勻。

5、本發明一種多流體混合器中中部支座的管壁內開設有第一流體中混腔，第一流體中混腔通過第一流體葉片腔與第一流體腔相通，這樣的設計能夠均勻第一流體在各腔內的壓力使第一流體的輸出更加均勻。因此，本設計流體腔內壓力均勻，混合可靠性高。

6、本發明一種多流體混合器中所述第一流體混氣葉片與頂板之間的夾角等於第二流體混氣葉片與頂板之間的夾角，當第一流體混氣葉片與頂板之間的夾角角度越大時，葉片導流作用越小，主流體產生的渦流越小，混合效果變差，但是阻力小；當第一流體混氣葉片與頂板之間的夾角角度越小時，葉片導流作用越強，產生的渦輪越大，混合效果越好，但是阻力增加；當第一流體混氣葉片與頂板之間的夾角為30度–80度時，混合效果較好，最佳混合角度為60度。因此，本設計的葉片設置具有一定的傾斜角度，有利於主流體產生的渦流，提高混合效果。

7、本發明一種多流體混合器中第一流體混氣葉片的橫截面形狀與第二流體混氣葉片的橫截面形狀相同，兩者均採用上窄下寬的設計，不僅便於分流，而且能夠使主流體產生更大的渦流。因此，本設計的葉片結構設計不僅有利於分流，而且能夠增強主流體的旋轉。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是圖1中混合芯的結構示意圖。

圖3是圖1中混氣座的結構示意圖。

圖4是圖1中第一流體混氣葉片的剖視圖。

圖中：混氣座1、頂板11、底板12、外腔壁13、中腔壁14、內腔壁15、混合芯2、中部支座21、第一流體混氣葉片22、第二流體混氣葉片23、第一流體腔3、第一流體進氣口31、第一流體葉片腔32、第一混氣孔33、第一流體中混腔34、第二流體腔4、第二流體進氣口41、第二流體葉片腔42、第二混氣孔43、混氣腔5。

具體實施方式

以下結合附圖說明和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

參見圖1至圖4，一種多流體混合器，包括混氣座1和混合芯2，所述混合芯2設置於混氣座1內部；

所述混氣座1包括頂板11和底板12，所述頂板11與底板12之間同軸設置有外腔壁13、中腔壁14和內腔壁15，所述外腔壁13與中腔壁14之間形成有第一流體腔3，所述中腔壁14與內腔壁15之間形成有第二流體腔4，所述內腔壁15內為混氣腔5，所述外腔壁13上設置有第一流體進氣口31和第二流體進氣口41，所述第一流體進氣口31與第一流體腔3相通，所述第二流體進氣口41與第二流體腔4相通；

所述混合芯2包括中部支座21、第一流體混氣葉片22和第二流體混氣葉片23，所述第一流體混氣葉片22的一端與中部支座21的外壁固定連接，所述第一流體混氣葉片22的另一端穿過內腔壁15後與中腔壁14固定連接，所述第二流體混氣葉片23的一端與中部支座21的外壁固定連接，所述第二流體混氣葉片23的另一端與內腔壁15固定連接；

所述第一流體混氣葉片22為中空結構，第一流體混氣葉片22內形成有第一流體葉片腔32，所述第一流體葉片腔32與第一流體腔3相通，所述中部支座21與內腔壁15之間的第一流體葉片腔32的腔壁上開設有多個第一混氣孔33；

所述第二流體混氣葉片23為中空結構，第二流體混氣葉片23內形成有第二流體葉片腔42，所述第二流體葉片腔42與第二流體腔4相通，所述第二流體葉片腔42的腔壁上開設有多個第二混氣孔43。

所述中部支座21為圓管結構，所述第一流體混氣葉片22與第二流體混氣葉片23均布於中部支座21的外圓周上。

所述中部支座21的管壁內開設有第一流體中混腔34，所述第一流體中混腔34通過第一流體葉片腔32與第一流體腔3相通。

所述第一流體混氣葉片22與第二流體混氣葉片23數量的和大於等於三片。

所述第一流體混氣葉片22與第二流體混氣葉片23數量的和為六片。

所述第一流體混氣葉片22與頂板11之間的夾角等於第二流體混氣葉片23與頂板11之間的夾角，所述第一流體混氣葉片22與頂板11之間的夾角為30度–80度。

所述第一流體混氣葉片22與頂板11之間的夾角為60度。

所述第一流體混氣葉片22的橫截面形狀與第二流體混氣葉片23的橫截面形狀相同，所述第一流體混氣葉片22從頂板11側到底板12側厚度逐漸變厚，所述頂板11處為主流體流入處，所述底板12處為主流體流出處。

所述第一流體葉片腔32的上、下兩側的腔壁均開設有第一混氣孔33，所述第二流體葉片腔42的上、下兩側的腔壁均開設有第二混氣孔43。

所述第一流體進氣口31的開口面積大於等於多個第一混氣孔33開孔總面積的和，所述第二流體進氣口41的開口面積大於等於多個第二混氣孔43開孔總面積的和。

本發明的原理說明如下：

egr廢氣再循環系統（exhaustgasrecirculation）簡稱egr，是將柴油機或汽油機產生的廢氣的一小部分再送回氣缸。再循環廢氣由於具有惰性將會延緩燃燒過程，也就是說燃燒速度將會放慢從而導致燃燒室中的壓力形成過程放慢，這就是氮氧化合物會減少的主要原因。另外，提高廢氣再循環率會使總的廢氣流量（massflow）減少，因此廢氣排放中總的汙染物輸出量將會相對減少。egr系統的任務就是使廢氣的再循環量在每一個工作點都達到最佳狀況，從而使燃燒過程始終處於最理想的情況，最終保證排放物中的汙染成份最低。

本設計的主流體、第一流體與、第二流體三者之間的混合存在一定的比例關係，三者按照適當的比例混合才能適合於發動機的燃燒需要。對於比例的調節可以採用一下方式：

1、調節第一流體混氣葉片22與第二流體混氣葉片23的數量比。第一流體混氣葉片22與第二流體混氣葉片23儘量間隔分布，這樣能夠提高混合均勻度。

2、調節第一流體混氣葉片22與第二流體混氣葉片23上的開孔數量或開孔大小；也可採用漸變孔。

3、在內腔壁15和/或第一流體中混腔34的腔壁上開孔。

本設計的第一流體混氣葉片22和第二流體混氣葉片23既可以採用雙側開孔的設計，也可以採用單側開孔的設計，但是雙側開孔混合效果更好。

實施例1：

一種多流體混合器，包括混氣座1和混合芯2，所述混合芯2設置於混氣座1內部，所述混氣座1包括頂板11和底板12，所述頂板11與底板12之間同軸設置有外腔壁13、中腔壁14和內腔壁15，所述外腔壁13與中腔壁14之間形成有第一流體腔3，所述中腔壁14與內腔壁15之間形成有第二流體腔4，所述內腔壁15內為混氣腔5，所述外腔壁13上設置有第一流體進氣口31和第二流體進氣口41，所述第一流體進氣口31與第一流體腔3相通，所述第二流體進氣口41與第二流體腔4相通；所述混合芯2包括中部支座21、第一流體混氣葉片22和第二流體混氣葉片23，所述第一流體混氣葉片22的一端與中部支座21的外壁固定連接，所述第一流體混氣葉片22的另一端穿過內腔壁15後與中腔壁14固定連接，所述第二流體混氣葉片23的一端與中部支座21的外壁固定連接，所述第二流體混氣葉片23的另一端與內腔壁15固定連接；所述第一流體混氣葉片22為中空結構，第一流體混氣葉片22內形成有第一流體葉片腔32，所述第一流體葉片腔32與第一流體腔3相通，所述中部支座21與內腔壁15之間的第一流體葉片腔32的腔壁上開設有多個第一混氣孔33；所述第二流體混氣葉片23為中空結構，第二流體混氣葉片23內形成有第二流體葉片腔42，所述第二流體葉片腔42與第二流體腔4相通，所述第二流體葉片腔42的腔壁上開設有多個第二混氣孔43；所述第一流體混氣葉片22與第二流體混氣葉片23數量的和大於等於三片；所述第一流體混氣葉片22與頂板11之間的夾角等於第二流體混氣葉片23與頂板11之間的夾角，所述第一流體混氣葉片22與頂板11之間的夾角為30度–80度。

實施例2：

實施例2與實施例1基本相同，其不同之處在於：

所述中部支座21為圓管結構，所述第一流體混氣葉片22與第二流體混氣葉片23均布於中部支座21的外圓周上；所述第一流體混氣葉片22與第二流體混氣葉片23數量的和為六片；所述第一流體混氣葉片22與頂板11之間的夾角為60度；所述第一流體葉片腔32的上、下兩側的腔壁均開設有第一混氣孔33，所述第二流體葉片腔42的上、下兩側的腔壁均開設有第二混氣孔43。

實施例3：

實施例3與實施例2基本相同，其不同之處在於：

所述中部支座21的管壁內開設有第一流體中混腔34，所述第一流體中混腔34通過第一流體葉片腔32與第一流體腔3相通；所述第一流體混氣葉片22的橫截面形狀與第二流體混氣葉片23的橫截面形狀相同，所述第一流體混氣葉片22從頂板11側到底板12側厚度逐漸變厚，所述頂板11處為主流體流入處，所述底板12處為主流體流出處。

實施例4：

實施例4與實施例3基本相同，其不同之處在於：

所述第一流體進氣口31的開口面積大於等於多個第一混氣孔33開孔總面積的和，所述第二流體進氣口41的開口面積大於等於多個第二混氣孔43開孔總面積的和。