Реактор каталитического нейтрализатора Советский патент 1992 года по МПК F01N3/10 

18

сЈ

J ел

Изобретение относится к двигателест- роению, преимущественно к системам очистки отработавших газов (ОГ), в частности к каталитическим нейтрализаторам.

Известен реактор каталитического нейтрализатора НКД 241, содержащий впускную и рабочую полости, образованные внутренней и внешней цилиндрическими решетками и двумя торцовыми стенками, причем внутренняя решетка выполнена; плавающей относительно последних, а рабочая полость заполнена гранулированным катализатором 1.

Недостатки аналога - недостаточно высокие эффективность, надежность и долговечность работы, объясняемые значительным истиранием, поколем и уносом гранул, катализатора из единого большого по объему кольцевого реактора.

Известен реактор каталитического нейтрализатора, содержащий все перечисленные выше признаки, но рабочая полость которого продольными перегородками разделена -по меньшей мере на три секции,

заполненные гранулированным КаТаЛИЗаТО- рО-М {2.:

Однако и этот реактор не свободен от перечисленных ранее недостатков, так как секции выполнены в виде единого неразъемного блока, различные элементы которого подвергаются неодинаковым тепловым деформациям при колебаниях температуры ОГ, т.е. при работе двигателя на нестационарных режимах.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является реактор катализатора, описанный в 3. Недостатками данного решения являются невысокая надежность работы и низкая эффективность очистки.

Цель изобретения - повышение эффективности и надежности.

Это достигается тем; что торцовые стенки снабжены внутренними и внешними цилиндрическими отбортовками, обращенными в рабочую полость, внутренние и внешние поверхности которых являются посадочными для соответствующих решеток, на отбортовках каждой стенки выполнены по меньшей мере три пары соосно расположенных пазов, в которые свободно вставлены перегородки,пазы углублены в стенку по меньшей мере на величину радиусов сопряжений стенки с бтбортовкзми, на перегородке выполнен по меньшей мере один зиг в продольном направлении, зазор между перегородкой и одной из решеток не должен превышать половины толщины соответствующей отбортовки, зазор между перегородкой и одной из торцовых стенок

не должен быть больше 1 /3 среднего условного диаметра гранулы катализатора, перегородка выполнена перфорированной и размер перфорации по наименьшему сечекию не превышает половины среднего условного диаметра гранулы, все поверхности рабочей полости покрыты катализатором.

На фиг.1 изображен реактор в корпусе каталитического нейтрализатора; на фиг.2 0 разрез А -А на фиг.1; на фиг.З - узел 1 на фиг.1; на фиг.4 - вид по стрелке Б на фиг.З. Реактор 1 содержит впускную и рабочую полости 2 и 3, которые образованы внут- ренней и внешней цилиндрическими

5 перфорированными решетками 4 и 5 и двумя торцовыми стенками 6 и 7. Последние снабжены горизонтальными внутренними и внешними цилиндрическими отбортовками 8 и 9, обращенными в рабочую полость 3 и

0 служащими посадочными поверхностями для решеток 4 и 5. Внешняя решетка соединена со стенками 6 и 7, внутренняя решетка - плавающая, так как вставлена свободно. Рабочая полость реактора перегородками

5 10 разделена на три продольные секции 11, 12 и 13, заполненные гранулированным катализатором 14, для загрузки-выгрузки которого каждая секция снабжена окнами 15, выполненными в торцовой стенке 6. Сам

0 реактор укреплен в корпусе 16 с помощью стенки б, з корпусе также выполнены загрузочные окна, соосные с окнами 15 стенки 6. В рабочем состоянии окна 15 закрываются крышкой 17, являющейся одновремен5 но впускным патрубком нейтрализатора. Выпуск ОГ осуществляется через выпускной патрубок 18 корпуса нейтрализатора.

В представленной конструкции осуществлен принцип полной тепловой развязки

0 и независимости друг от друга при термических деформациях различных деталей реактора. В горизонтальных отбортовках торцовых стенок 6 и 7 выполнены по три пары сквозных пазов 19, 20, в которые

5 свободно вставлены перегородки 10. Для усиления продольной жесткости в перегородках выполнены зиги 21 (фиг.2), Со стороны стенки 7 выпускная полость закрыта заглушкой 22. Надежная тепловая развязка конструкции обеспечивается монтажом пе0 регородок с гарантированными торцовыми и радиальными зазорами (люфтами) $1 и дг, которые не должны превышать 1/3 величины среднего условного диаметра DCp гранул для предотвращения пересыпания послед5 них между секциями. Одновременно надежность установки перегородок в пазах стенок . требует чтобы контакт между ними осуществлялся хотя бы по половине толщины материала отбортовки. Для этого глубина паза

должна быть по меньшей мере заподлицо с торцом контакта стенки с перегородкой (фиг.1), т.е. по меньшей мере на глубину внутреннего радиуса R сгиба (сопряжения). На фиг.З и 4 представлен другой вариант исполнения пазов, т.е. уже с обработкой стенок по торцам на глубину радиуса сопряжения..

Оптимальное число и расположение перегородок представлено на фиг.2, при этом обеспечивается достижение высокой прочности конструкции реактора на изгиб или прогиб, а также устойчивость формы тонкостенных и перфорированных решеток в поперечном сечении. Меньшее число пере- городок, а следовательно, и продольных секций реактора приводит к ухудшению эффективности и надежности работы. При горизонтальном расположении перегородок ухудшается очистка ОГ, проходящих через возможные пустоты под перегородками, возникающие при термическом расширении объема реактора, при вертикальном расположении перегородок увеличивается истирание, покол и унос катализатора вследствие относительно большой высоты секции реактора, заполненного недеформируемым и не очень прочным носителем катализатора, имеющим меньший коэффициент объемного расширения сравнительно с материалом решеток и торцовых стенок.

Газопроницаемость решеток 4 и 5 обеспечивается сквозными продольными щелями (отверстиями) 23, ширина которых не превышает 1/2 DCp. В целях обеспечения газопроницаемости перегородок 10 без пересыпания гранул катализатора перегородки могут быть снабжены аналогичной перфорацией 24 (фиг.1), Для повышения эффективности процесса очистки ОГ все поверхности перегородок а также поверхности решеток и торцовых стенок со стороны рабочего объема могут быть покрыты катализатором.

Реактор каталитического нейтрализато- ра работает следующим образом.

Поток ОГ через входной патрубок (крышку 17) поступает во впускную полость 2 и через перфорированную внутреннюю .решетку 4 поступает в рабочую полость 3, секции которой заполнены гранулами катализатора 14, где происходит окисление продуктов неполного сгорания топлива. Через щели 23 внешней решетки 5 очищенные ОГ поступают к выпускному патрубку 18 корпу- са 16 и через него выходят из нейтрализатора.

Целесообразность применения данной конструкции была проверена эксперимент тально как на моторных стендах, так и при

эксплуатационных испытаниях гусеничных тракторов Т-130М с дизелем Д-160, на последнем имела место подкапотная установка каталитического нейтрализатора вместо штатного выпускного патрубка. Один из нейтрализаторов проработал в течение 2,5 лет около 5000 моточ. При этом ни на одном из четырех испытывавшихся нейтрализаторов (остальные работали 3000- 3500 моточ.) повреждений (трещин, прогаров, короблений) решеток и других элементов конструкции реакторов не было. Унос катализатора вследствие истирания и покола гранул, определяющийся при ревизиях, не превышал 4%. Все это свидетельствует о достаточно высокой степени надежности и долговечности конструкции и эффективности ее работы (смена катализатора через указанный выше интервал наработки производилась при довольно высокой степени очистки ОГ по окиси углерода - не ниже 72%).

Формула изобретения

1.Реактор каталитического нейтрализатора, содержащий впускную полость и рабочую полость, заполненную гранулированным катализатором и образованную внешней решеткой, внутренней плавающей решеткой и двумя торцовыми стенками с внутренними и внешними цилиндрическими отбортовками, обращенными в рабочую полость с образованием посадочных поверхностей для внешней и внутренней решеток, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и надежности, он дополнительно содержит по меньшей мере три продольные перегородки, на цилиндрических отбортовках выполнены по меньшей мере три пары соосно расположенных пазов, продольные перегородки размещены в рабочей полости с образованием по меньшей мере трех секций и свободно установлены в пазах с образованием торцовых и радиальных зазоров.

2.Реактор по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что пазы углублены в торцовые стенки на величину радиуса сопряжения стенки с одной из отбортовок.

3.Реактор по пп.1 и2,отличаю- щ и и с я тем, что каждая продольная перегородка выполнена в продольном направлении по меньшей мере с одним зигом.

4.Реактор по пп.1-3, отличающий- с я тем, что радиальный зазор не превышает 1 /2 толщины соответствующей отбортов- ки.

5.Реактор по пп.1-4, отличающий- с я тем, что торцовый зазор не превышает 1/3 среднего условного диаметра гранулы катализатора.

6. Реактор по пп.1-5, отличающий- с я тем, что каждая перегородка выполнена перфорированной с размером перфорации по наименьшему сечению, не превышающим 1 /2 среднего условного диаметра гранулы катализатора.

7. Реактор по пп.1-6, отличающийся тем, что поверхности рабочей полости покрыты катализатором.

Изобретение позволяет повысить эффективность и надежность реактора. В горизонтальных отбортовках торцовых стенок 6 и 7 выполнено по три пары сквозных пазов 19, 20, в которые свободно вставлены перегородки 10. Со стороны стенки 7 выпускная полость за крыта заглушкой 22. Перегородки смонтированы с гарантированными торцовыми и радиальными зазорами, которые не должны превышать 1/3 величины среднего условного диаметра DCp гранул. Одновременно надежность установки перегородок в пазах стенок требует, чтобы контакт между ними осуществлялся хотя бы по половине толщины материала отбортовки. Для этого глубина паза должна быть по меньшей мере заподлицо с торцом контакта стенки с перегородкой, т.е. по меньшей мере на глубину внутреннего радиуса R сопряжения. 6 з.п. ф-лы, 4 ил. Ј

21

10

и

20

Фиг.З

±А

ю

19

10

(Риг..

вид б

®игМ