專利名稱：帶有用于在通道流方向上產(chǎn)生流動轉(zhuǎn)矩的翼片對的靜態(tài)混合器的制作方法
帶有用于在通道流方向上產(chǎn)生流動轉(zhuǎn)矩的翼片對的靜態(tài)混合器
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的、帶有用于在通道
流(Kanalstroemung)方向上產(chǎn)生流動轉(zhuǎn)矩(Stromungsdrall)的至少 一對 翼片的靜態(tài)混合器。這一對翼片是渦流感應(yīng)的靜態(tài)混合元件。這樣的 一對或者多對在通道中特別是在矩形通道中在截面上彼此相鄰排列 的翼片組成了渦流感應(yīng)的靜態(tài)混合器。在通常情況下，各對翼片彼此 相鄰設(shè)置在某一 "層"上；但它們可能也會柵欄式地彼此相鄰和彼此 上下設(shè)置在兩"層"或更多"層"之上。
舉例來說，采用渦流感應(yīng)的靜態(tài)混合元件時第二流體應(yīng)該混合進 入第一流體。在這里第一流體可能是含有氧化氮的廢氣，在該廢氣中 借助于在脫硝裝置中的尾氣處理器可以進行氮氧化的脫除，第二流體 以氨氣或者氨氣/空氣混合氣體的形式作為添加物流向其中。采用 一種 由文件DE-A- 195 39 923已知的設(shè)備，即一種用于通道流的靜態(tài)混合 器，第二流體可以通過必須的均勾化作用二混合到第一流體中，而壓
力損失較小。采用渦流感應(yīng)的靜態(tài)混合元件時，也僅^又可以實現(xiàn)一種 溫度和/或濃度平衡的形式的均勻化作用。
在已知的設(shè)備中，至少有兩個渦流產(chǎn)生的平面類型的翼片在一個 由流體流經(jīng)的通道中如此的設(shè)置，以致角動量在通道流方向，即主要 流動方向上被強制產(chǎn)生。翼片的入流側(cè)的前邊緣固定在一個管道上， 該管道處于與主要流動方向垂直和與管道的高度(或者較短的一面) 并行。這種固定管道把上面的壁表面連接到下面的壁表面。添加物配 給部(Additivdosierung)可以集成到該管道中。輸入該管道的第二流體 可以通過多個噴嘴分布到第一流體。這兩個翼片是可相互置換的，并 且以V字形安裝在固定管道上。從前邊緣出發(fā)翼片在相反的方向上彎
4曲，以致其在入流側(cè)上表現(xiàn)出凹形的平面。沿著主要流動方向的翼片 截面有可變的縱向延伸和可變的調(diào)整?；谶@特別的造型在通道流時 出現(xiàn)了角動量，該角動量以第一渦流的形式引起在整個通道高度上方 的混合。在有利的實施形式中，與管道垂直的楔形薄板和翼片對的兩 個面連接。該楔形薄片既用作空氣動力學(xué)的穩(wěn)定也用作機械的穩(wěn)定。 多個翼片對感應(yīng)了第一渦流的相應(yīng)的數(shù)目，該渦流4吏得在通道截
面上方的添加物的總體往內(nèi)混合(Zumischung)成為了可能。鄰近的在 相反的方向上旋轉(zhuǎn)的渦流把自身連接成圓柱體，該圓柱體在感應(yīng)該渦 流的翼片的作用范圍之外延伸。假如渦流是在相反的方向上的，那么 在單個的作用范圍之中產(chǎn)生一種更好的混勻(Durchmischung),可是對 于總體混勻則是負擔。在這種情況下為了改善總體混勻借助于附加的 引導(dǎo)元件(參見DE-A- 195 39 923),可以產(chǎn)生位于鄰近的渦流之間的混 合聯(lián)接。
除了第一渦流以外即在固定管道后面和平面類型翼片的空閑邊 緣上也形成第二渦流。雖然第二渦流可能促成局部的混合，可是引起 壓力損失和不期望的振蕩作用。假如可能至少部分地阻礙了第二渦流 的出現(xiàn)，這是有利的。
本發(fā)明的目的在于，提供一種渦流感應(yīng)的靜態(tài)混合器，其在關(guān)于 壓力損失和振蕩作用方面有所改善。該目的是通過權(quán)利要求1中限定 的混合器來實現(xiàn)。
該靜態(tài)混合器至少包括了 一對在通道流方向上用于產(chǎn)生流動轉(zhuǎn) 矩的翼片。翼片的入流側(cè)的前邊緣處于與通道流垂直和與通道的較短
的一面平行，接下來把這一面簡稱作高度。下游的入流面彎曲成凹形 并在相反的方向上彎曲。每個翼片設(shè)計為空氣動力學(xué)配置的主體，它 包括了前壁、凸形側(cè)壁和凹形側(cè)壁。前壁有凸出的形狀或者入流邊緣 的形狀。特別地，與側(cè)壁垂直的翼片橫截面具有和飛機承載面的橫截 面相似的形狀。
5從屬權(quán)利要求2至10涉及了根據(jù)本發(fā)明的混合器的有利的改進 形式。
接下來按照附圖闡述本發(fā)明。其中 圖l顯示了根據(jù)本發(fā)明的混合器，
圖2顯示了采用稍微簡化的圖示的該混合器的 一對翼片， 圖3顯示了圖2的翼片對的明晰圖示，和 圖4顯示了翼片的截面。
根據(jù)本發(fā)明的混合器，正如按照

圖1至4所描繪的，至少包括一 對翼片作為混合器元件2，用該混合器元件在通道10中在通道流3中 產(chǎn)生流動轉(zhuǎn)矩300,角動量的軸指向通道流3的方向。通道10的上側(cè) 10a和下側(cè)10b定義了通道10的高度。翼片對2包括第一翼片2a和 第二翼片2b。翼片2a， 2b的入流側(cè)的前邊緣處于與通道流3垂直和 與通道10的高度平行。翼片2a和2b根據(jù)前邊緣向下流動處有流入的 表面或翼片壁22,其彎曲成凹形以及在相反的方向上彎曲。通道10 的軸定義了通道流3的主要流動方向30(圖3)，轉(zhuǎn)矩300指向通道流。
每個翼片2a， 2b根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計為空氣動力學(xué)配置的主體，它 包括了前壁20、凸形側(cè)壁21和凹形側(cè)壁22。橫跨側(cè)壁20， 21, 22 的翼片截面有可變的定向和縱向延伸。特別地，該翼片截面具有和飛 機承載面的橫截面相似的形狀。翼片截面的延伸在角度a和角度fi之 間變化，正如圖3中所示。其中oc小于B是有利的。在描述的實施例 子中凸出的前壁20具有長形的圓柱體20'或者管道23(圖4)。角撐板 26(圖l)給出翼片對2的改善的機械穩(wěn)定性。在描述的實施形式中前壁 20具有突出的形狀；但是它也可以如此成型，以致它構(gòu)成特別的入流 邊緣，在入流邊緣上灰塵顆粒不能或只能以纟艮有限制的質(zhì)量附著。
混合器元件2的翼片2a, 2b構(gòu)成以輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的形式的主體；特別 地它們是空腔主體。有利地是，翼片2a， 2b的側(cè)壁由細薄板制造，例
6如其厚度是lmm，可是也可能更小，例如0.5 mm。變得穩(wěn)定的連接元件設(shè)置在側(cè)壁2a， 2b的內(nèi)部之間，例如波紋狀的薄板條24(見圖4)泡沫狀的主體(沒有描述的)或支承件(Holme)。在圖1中支承件作為虛線27表明的。
作為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的翼片2a, 2b可能這樣地構(gòu)成，以致在1米的翼片高度(或也更高)其缺少固有振蕩，該固有振動頻率位于1至10Hz的范圍。在該范圍以外的固有振蕩通過通道流3而沒有激發(fā)；特別地沒有激發(fā)所謂的旗幟式振蕩(Fahnenschwingung)。("旗幟式振蕩"是一種流動感應(yīng)的振蕩，其與一面在風中飄動的旗幟的運動類似的。)因為翼片的空氣動力學(xué)的形狀，通道流3發(fā)生在流入到靜態(tài)混合器元件的范圍時，在靜態(tài)混合器中流動截面在翼片之間持續(xù)地減少。此時流動的動能的增加對應(yīng)于壓力降低。緊接著流動截面以擴散的方式擴大。此時沒有動能的本質(zhì)的耗散壓力又會增加。減少的耗散意味著只有微弱形成的第二渦流產(chǎn)生，例如通過該渦流沒有旗幟式振蕩激發(fā)。通過輕質(zhì)結(jié)構(gòu)翼片2a, 2b加強了，以致振蕩的激發(fā)也基于改變的機械特征要么完全消失要么至少延遲到更高和因此而不嚴格的振蕩頻率。
在所引用的DE-A- 195 39 923中對于混合器元件的一種可能的結(jié)構(gòu)說明了細壁的主體的應(yīng)用，特別地這樣來自薄板或塑料的應(yīng)用。這些實施形式由于強度和穩(wěn)定性的要求不適合于大的混合器(從lm或2m起的通道高度)的安裝，正如它們在脫硝裝置經(jīng)常應(yīng)用的。采用根據(jù)本發(fā)明的混合器1的混合器元件2排除了該問題。也沒有外部的加強結(jié)構(gòu)如肋條是必須的，沿著翼片表面這不利地影響了流動范圍或者引起灰塵存放和以此損害了混合器1的作用方式。
添加物配給可以以熟知的方式借助配料4冊格(Dosiergitter)進行。但是如果添加物配給部集成到混合器元件2中，就節(jié)省了大量的費用，正如在DE-A- 195 39 923中所述的。在添加物配給中噴嘴間接地設(shè)置在翼片的基部，與添加物配給的這種熟知的形式不同，設(shè)有指定分別帶有添加物的饋入的排出口是更加有利的，其中添加物的饋入方向指
7向流動方向或橫向于流動方向。這樣的措施不僅產(chǎn)生更好的混合作
用，而且饋入也對不均勻的流入更加不敏感了。因此指定在前壁20中或在前壁20附近側(cè)邊的缺口 42為集成添加物配給部的排出口 。缺口 42為噴嘴，鉆孔或經(jīng)激光切割的開口，例如它們可能是圓的、矩形的或裂口狀的。要配給的添加物是第二流體4(圖1),它混入通過通道3構(gòu)成的第一流體。缺口 42分別確定第二流體4的饋入方向40,該方向把排出角度c7定義到主要流動方向30。該排出角度cr具有有利的數(shù)值，它位于范圍60至170。之間，優(yōu)選地在120至150。之間。用模型計算的CFD研究("計算流體動力學(xué)"CFD)得出ct的一個142.5°的最優(yōu)值。集成的添加物配給部也可以包括用于第二流體4的缺口 ，該缺口設(shè)置在側(cè)壁21和22之中。
添加物配給部的缺口 42相隔一定距離地設(shè)置在水平位上，其在理論上或經(jīng)驗上在模型計算或者試驗方面優(yōu)化。但是通常所有或大多數(shù)的缺口 42位于不同的水平位上，其可以指明不同的距離。
缺口 42可以與添加物的輸送管道連接，否則添力。物直接輸送到翼片側(cè)面的空腔主體。
在一個特別有利的實施形式中，翼片對2的側(cè)壁21， 22通過與管子垂直的楔形薄板(未顯示)連接，正如這樣的來自DE-A- 195 39 923的薄板是熟知的。假如楔形薄板具有帶直角邊的三角形形狀，那么邊緣就在凹形的側(cè)壁22之上前伸。采用楔形薄板的這樣位于側(cè)壁之上的邊緣取得更好的混合作用，此時不會增加壓力降。
翼片壁21、 22至少部分由金屬、陶瓷材料和/或塑料制造。金屬的混合元件2可以用陶瓷材料或塑料涂層。
根據(jù)本發(fā)明的混合器的應(yīng)用是特別有利的一一假如通道10的高度(較短側(cè))比0.5 m高，優(yōu)選地比1 m高。混合器元件2(翼片對)有利地延長在通道10的高度之上，其中元件設(shè)置在一層上。因此在這種情況下混合器元件2的數(shù)目基本上與通道寬度比通道長度的商一樣。該數(shù)目的典型數(shù)值位于2至8的范圍之間。分別根據(jù)混合器元件2的
8數(shù)目產(chǎn)生大量一一更有效或更不有效的一一配置變型例如所有混合器元件2交替地或同一個方向旋轉(zhuǎn)。因此有可能使混合器元件2的配置按任務(wù)優(yōu)化，其參考作為初始條件情境中給出的溫度或集中的不均勻分布而產(chǎn)生。翼片對2可以不在一 "層，，上而也可以在兩或多"層"上設(shè)置，其中"層，，通常不是通過壁相互分開的。
權(quán)利要求
1. 一種靜態(tài)混合器(1)，其包括了至少一對在通道流(3)方向上用于產(chǎn)生流動轉(zhuǎn)矩(300)的翼片(2；2a，2b)，該翼片對由至少兩個翼片組成，其中每個翼片(2a，2b)都設(shè)計為根據(jù)空氣動力學(xué)配置的主體，其包括了前壁(20)、凸形側(cè)壁(21)和凹形側(cè)壁(22)，其特征在于，所述前壁(20)構(gòu)成入流側(cè)的前邊緣，以致翼片對(2)的翼片(2a，2b)的入流側(cè)的前邊緣與通道流垂直，并且其下游的入流側(cè)壁(21，22)在相反的方向上彎曲，其中所述前壁(20)具有凸起的形狀或者入流邊緣的形狀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合器，其特征在于，設(shè)置成與所述側(cè) 壁垂直的橫截面具有和飛機承載面的橫截面相似的形狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合器，其特征在于，所述翼片(2a， 2b)構(gòu)成為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的形式的主體，特別地構(gòu)成為空腔主體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合器，其特征在于，所述翼片(2a， 2b)的側(cè)壁(21， 22)由細薄板制造，其厚度的值是例如0.5mm至lmm, 并且在側(cè)壁的內(nèi)部之間設(shè)置有穩(wěn)定的連接元件，其中該連接元件例如 由支承件、波紋狀的薄板條(24)或泡沫狀的主體構(gòu)成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的混合器，其特征在于，所述輕質(zhì)結(jié) 構(gòu)有固有振蕩，其頻率位于范圍1Hz至10Hz之外，特別地在這個范 圍之上，以致通過所述通道流(3)沒有振蕩在這個頻率范圍中能夠被激 發(fā)，并且沒有所謂的旗幟式振蕩出現(xiàn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的混合器，其特征在于，集 成的添加物配給部的、特別地噴嘴的或鉆孔的多個缺口 (42)設(shè)置在翼 片側(cè)壁(20， 21, 22)中，其中要配給的添加物(4)是第二流體，它混入 在形成通道流(3)的第 一流體中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的所述混合器，其特征在于，所述缺口(42)設(shè) 置在前壁(20)中或前壁的附近的側(cè)面，并且特別地與管道處于垂直的 楔形薄板和所述翼片對的側(cè)壁連接，且其稍微超出凹形側(cè)壁(22),以獲得更好的混合作用。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的混合器，其特征在于，所述缺口(42)確 定第二流體的饋入方向，該方向相對于主要流動方向(30)而限定排出 角度O)，并且該排出角度具有位于范圍60至170。之間的數(shù)值，優(yōu)選地 在120至150°之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項所述的混合器，其特征在于，所 迷缺口(42)相隔一定距離地設(shè)置在某水平位上，該水平位是在模型計 算或者試驗方面中優(yōu)化的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的混合器，其特征在于， 所述翼片壁(21， 22)至少部分地由金屬、陶瓷材料和/或塑料制造。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的混合器，其特征在于， 所述通道(10)的較短側(cè)大于0.5 m,優(yōu)選地大于1 m高，并且所述翼片 對(2)可以設(shè)置在某一層上，其中它們在通道的較短側(cè)上延伸，或者所 述翼片對也可以_沒置在兩個或多個層上。
全文摘要
該靜態(tài)混合器(1)包括了用于在通道流(3)方向上產(chǎn)生流動轉(zhuǎn)矩(300)的至少一對翼片(2；2a，2b)。翼片的入流側(cè)的前邊緣處于與通道流垂直，并且與通道(10)的高度平行。下游的入流表面彎曲成凹形，并且在相反的方向上彎曲。每個翼片(2a，2b)都設(shè)計為按照空氣動力學(xué)配置的主體，它包括了前壁(20)、凸形側(cè)壁(21)和凹形側(cè)壁(22)。前壁具有凸出的形狀或者入流邊緣的形狀。特別地，與側(cè)壁垂直的翼片橫截面具有和飛機承載面的橫截面相似的形狀。
文檔編號B01F5/06GK101479025SQ200780024462
公開日2009年7月8日 申請日期2007年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者F·莫瑟, J·肖克, S·蘇舍沃利特謝克 申請人:蘇舍化學(xué)技術(shù)有限公司