CN112282976B - 天然气发动机用扰流式混合器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然气发动机用扰流式混合器，包括混合器外壳及固定在所述混合器外壳内的横梁和叶轮，所述混合器外壳沿纵轴向两端分别定义空气入口和混合气体出口，所述混合器外壳沿垂直于所述纵轴向的方向的一侧定义天然气入口，所述天然气横梁及天然叶轮设对应于所述天然气入口设置，所述天然叶轮上设有中心气槽及扰流叶片。本发明的天然气发动机用扰流式混合器中，叶轮对气体扰流，提高混合均匀性；叶轮与芯子集成为一体，简化了结构。
Description
技术领域
本发明涉及天然气发动机技术领域，具体涉及一种天然气发动机用扰流式混合器。
背景技术
随着排放法规的日益严格，EGR废气再循环技术在发动机领域中有了较大的发展。而在天然气发动机中，EGR技术今年来也得到了越来越广泛的运用。
天然气发动机的可燃性混合气体分为三部分：空气、EGR废气及天然气。EGR天然气发动机的混合器分为燃气混合器与废气混合器，燃气混合器用于混合天然气与新鲜空气，废气混合器用于将燃气混合器中形成的混合燃气与排气管中取的EGR废气进行混合。
经过检索，中国实用新型专利第201710093556.3号“燃气发动机用混合器及EGR混合器”公开了一种天然气发动机的混合器，该呼混合器在入口处装有叶轮，先混合EGR废气，后混合器天然气，EGR废气与天然气通过芯子上的方形气孔进入流道，与空气混合，同时利用芯子形成文丘里结构，利用流速与压力的关系，促进混合器。然而，该混合器中将叶轮设置在芯子上游，会导致芯子破坏叶轮形成的气旋，从而导致气体混合不均匀，影响发动机的工作效果。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种天然气发动机用扰流式混合器，能够提高气体混合均匀性。
为实现上述目的，本发明所设计的天然气发动机用扰流式混合器包括混合器外壳及固定在所述混合器外壳内的横梁和叶轮，所述混合器外壳沿纵轴向两端分别定义空气入口和混合气体出口，所述混合器外壳沿垂直于所述纵轴向的方向的一侧定义天然气入口，所述天然气横梁及天然叶轮设对应于所述天然气入口设置，所述天然叶轮上设有中心气槽及扰流叶片。
作为优选方案，所述叶轮上的扰流叶片为流线型叶片，所述叶轮朝向所述天然气入口一侧的中心气槽采用外窄内宽的结构。
作为优选方案，所述叶轮的迎风侧中心气槽为梯形结构。
作为优选方案，所述横梁的壁面的天然气孔的流通面积与所述叶轮的中心气槽的流通面积比为1：(3～4)。
作为优选方案，所述横梁的壁面的天然气孔的流通面积与所述叶轮的中心气槽的流通面积比为1：3.5。
作为优选方案，所述横梁的纵轴向的后端面与所述叶轮的纵轴向前端面对应开有截面为形成小气道的槽。
作为优选方案，所述横梁与所述叶轮摩擦焊固定后通过摩擦焊与所述混合器外壳固定，焊接位置在所述叶轮和所述混合器外壳相接触的一圈环形端面上。
本发明的有益效果是：本发明的天然气发动机用扰流式混合器中，叶轮对气体扰流，提高混合均匀性；叶轮与芯子集成为一体，简化了结构；横梁与叶轮之间形成小气道，天然气在压力的作用力下，将一部分天然气导向混合器气道中心，可以使天然气与空气充分接触，促进混合；控制横梁的壁面天然气孔的流通面积、叶轮的中心气槽的流通面积的比例，保证新的混合气体在同一截面内分布均匀；叶轮采用流线型叶片，降低气体阻力，降低寒区结冰风险；叶轮迎风侧的气槽采用外窄内宽结构，可以最大限度的将天然气导入到混合器气道中心处或接近中心处，促进均匀混合。
附图说明
图1为本发明优选实施例的天然气发动机用扰流式混合器的沿气体流通方向的截面结构示意图。
图中各元件标号如下：混合器外壳1、横梁2、叶轮3。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
针对现有的混合器混合均匀性差的问题，本发明设计了一种天然气发动机用扰流式混合器，天然气通过横梁的壁面圆孔、叶轮中心气槽进入混合器气体通道与空气混合，然后混合气体通过叶轮扰流形成气旋，在后续管路进一步提升混合均匀性。
请结合参阅图1，本发明优选实施例的天然气发动机用扰流式混合器包括混合器外壳1、横梁2及叶轮3，所有零件以混合器外壳1作为主体进行安装排布，横梁2安装在混合器外壳1内，横梁2与叶轮3在纵轴向上顺次固定。
混合器外壳1沿纵轴向两端分别定义空气入口和混合气体出口，分别如图1中左右两侧的箭头所示，形成沿纵轴向的气体通道。混合器外壳1垂直于纵轴线的一侧定义天然气入口，如图1中上方箭头所示。即，空气沿纵轴向从一侧的空气入口进入，与从垂直于纵轴向一侧的天然气入口进入的天然气混合后，从纵轴向另一侧的混合气体出口流出。空气入口与混合气体出口之间沿纵轴向定义混合器气体通道。
横梁2的壁面上开设有天然气孔，以供从天然气入口进入混合器外壳1内的天然气由此进入混合器气体通道中。横梁2的纵轴向的后端面、叶轮3的纵轴向前端面对应开有截面为方形的槽，二者贴合形成小气道。从天然气入口进入的天然气在压力的作用力下，一部分被小气道导向混合器气体通道中心，另一部分通过天然气孔直接进入混合器气体通道，这样可以使天然气与空气和EGR废气的混合气体充分接触，促进混合。同时为了避免新的混合气在同一截面内分布不均匀，可通过控制横梁2的壁面天然气孔的流通面积、叶轮3的中心气槽的流通面积比来调节。在优选实施例中，横梁2的壁面天然气孔的流通面积、叶轮3的中心气槽的流通面积比为1：(3～5)，优选为1：3.5。
叶轮3上设有扰流的流线型叶片，迎风侧(朝向天然气入口一侧)气槽采用梯形结构(外窄内宽)的结构，可以最大限度的将天然气导入到混合器气道中心处或接近中心处。
横梁2与叶轮3依靠摩擦焊固定，作为一个整体通过摩擦焊与混合器外壳1固定，焊接位置在叶轮6和混合器外壳1相接触的一圈环形面，既可以起到固定的效果，又可以起到密封的效果。
上述天然气发动机用扰流式混合器的工作原理如下：空气从横梁2一侧的空气入口沿纵轴向进入气体通道，如图1中左侧箭头所示；天然气通过横梁2壁面的天然气孔、叶轮3中心气槽进入气体通道与空气和EGR废气混合气体混合，然后新的混合气体通过叶轮3的叶片扰流形成气旋，在后续管路进一步提升混合均匀性。
本发明的天然气发动机用扰流式混合器基于叶轮扰流结构。与现有技术相比，本发明的天然气发动机用扰流式混合器至少具有以下益效果为：
(1)叶轮与芯子集成为一体，简化了结构；
(2)横梁与叶轮之间形成小气道，天然气在压力的作用力下，将一部分天然气导向混合器气道中心，可以使天然气与空气充分接触，促进混合；
(3)控制横梁的壁面天然气孔的流通面积、叶轮的中心气槽的流通面积的比例，保证新的混合气体在同一截面内分布均匀；
(4)叶轮采用流线型叶片，降低气体阻力，降低寒区结冰风险；
(5)叶轮迎风侧的气槽采用外窄内宽结构，可以最大限度的将天然气导入到混合器气道中心处或接近中心处，促进均匀混合。
本发明的以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种天然气发动机用扰流式混合器，其特征在于：包括混合器外壳(1)及固定在所述混合器外壳(1)内的横梁(2)和叶轮(3)，所述混合器外壳(1)沿纵轴向两端分别定义空气入口和混合气体出口，所述混合器外壳(1)沿垂直于所述纵轴向的方向的一侧定义天然气入口，所述横梁(2)及叶轮(3)设对应于所述天然气入口设置，所述叶轮(3)上设有中心气槽及扰流叶片；所述叶轮(3)上的扰流叶片为流线型叶片，所述叶轮(3)朝向所述天然气入口一侧的中心气槽采用外窄内宽的结构；所述横梁(2)的纵轴向的后端面与所述叶轮(3)的纵轴向前端面对应开有截面为形成小气道的槽。
2.根据权利要求1所述的天然气发动机用扰流式混合器，其特征在于：所述叶轮(3)的迎风侧中心气槽为梯形结构。
3.根据权利要求1所述的天然气发动机用扰流式混合器，其特征在于：所述横梁(2)的壁面的天然气孔的流通面积与所述叶轮(3)的中心气槽的流通面积比为1：(3～4)。
4.根据权利要求3所述的天然气发动机用扰流式混合器，其特征在于：所述横梁(2)的壁面的天然气孔的流通面积与所述叶轮(3)的中心气槽的流通面积比为1：3.5。
5.根据权利要求1所述的天然气发动机用扰流式混合器，其特征在于：所述横梁(2)与所述叶轮(3)摩擦焊固定后通过摩擦焊与所述混合器外壳(1)固定，焊接位置在所述叶轮(3)和所述混合器外壳(1)相接触的一圈环形端面上。
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