CN101412011A

CN101412011A - 可调式喷射器

Info

Publication number: CN101412011A
Application number: CNA2008101620627A
Authority: CN
Inventors: 陈光明; 徐肖肖; 唐黎明; 梁利霞; 蔡培裕
Original assignee: Zhejiang University ZJU; Zhejiang Dunan Artificial Environmental Equipment Co Ltd
Current assignee: Zhejiang University ZJU; Zhejiang Dunan Artificial Environmental Equipment Co Ltd
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2009-04-22

Abstract

本发明公开了一种可调式喷射器。此喷射器主要结构包括喷嘴、针阀、接受室、混合段、扩压段，控制装置。该针阀结构包括渐缩部分、圆柱部分和锥形部分。针阀至少从喷嘴喉部延伸至混合段入口，针阀通过控制装置在轴向上移动，同时调节喷嘴喉部和混合段截面积。混合段包括混合段锥形入口和变截面混合室。混合段、喷嘴喉部和喷嘴扩张段的内流通面积与针阀限定的实际流体流通的截面面积根据针阀的锥形相应的进行变化。当进入喷嘴的制冷剂流量变化时，通过同时调节喷嘴喉部截面积和混合段锥形入口截面积，充分的提高喷嘴效率的同时，使气流在混合段不出现激波或者回流现象，提高喷射器效率。将此喷射器应用于喷射循环中提高系统效率。

Description

可调式喷射器

技术领域

本发明涉及一种可调式喷射器，具体涉及一种可以同时调节喷嘴喉部截面积和混合段截面积的喷射器。喷射器是一种高压流体抽吸低压流体的装置。

背景技术

喷射器是一种应用非常广泛的流体机械。流体通过这种装置后，与另外一股流体混合，并发生能量交换，从而形成一股压力介于两股流体压力之间的混合流体。将其应用于喷射循环中，可以提高压缩机的入口压力，节省压缩机的输入功，能有效地提高喷射循环的效率。喷射器的引射效果与外部流体参数以及喷射器的内部结构参数有关，如果两者匹配较好，则引射效果较好，反之，则较差。但在工程实践中，广泛使用的固定结构式喷射器由于不能调节内部结构参数，而喷射器工作性能直接取决于混合室截面积与喷嘴的临界截面积的比值。因此，当实际工况中外部参数变化时，特别是进入喷嘴的流体的流率变化时，将导致喷射器外部流体参数与内部结构参数匹配的失调，从而大大降低喷射器的效率，其喷射器效率定义为引射流体所获得的有用能与工作流体所丧失的有用能之比。

针对上述问题，设计一个内部结构主要参数可调的喷射器，不仅能调整喷嘴喉部截面积，而且能对混合段截面积也进行相应的调整，以提高喷射器在外界工况改变时的效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种可调式喷射器。

可调式喷射器包括喷射器外腔、喷嘴、喷嘴收缩部分、喷嘴喉部、喷嘴扩张部分、针阀、针阀渐缩部分、针阀圆柱部分、针阀锥形部分、连接件、喷嘴延伸接头、支撑件、控制装置、高压流体进口通道、低压流体进口通道、混合流体出口通道，喷射器外腔依次设有接受室、混合段、扩压段，混合段依次设有混合段锥形入口、混合段变截面混合室、喷射器腔体内设有喷嘴延伸接头，喷嘴延伸接头一端设有喷嘴，喷嘴延伸接头另一端设有控制装置，喷嘴延伸接头通过连接件固定在喷射器腔体一端，控制装置设有针阀，针阀穿一过喷嘴延伸接头、喷嘴进入混合段，扩压段出口设有混合流体出口通道，喷嘴延伸接头设有高压流体进口通道，接受室设有低压流体进口通道。

所述的控制装置为手动实现调节控制或自动调节控制，例如线性螺旋管线圈电动机。喷嘴依次设有喷嘴收缩部分、喷嘴喉部、喷嘴扩张部分，喷嘴喉部的截面积在流体通道中最小。针阀依次设有渐缩部分、圆柱部分和锥形部分，所述针阀至少从喷嘴喉部延伸至混合段入口。

可调式喷射器含有喷嘴、针阀、混合段、扩压段等部件。所述的喷嘴包括喉部，喉部的截面积在所述的流体通道中最小；所述的混合段为低压流体增压通道一部分，其中从喷嘴喷出的流体将低压流体卷吸带走，所述低压流体与喷嘴喷出的流体在此段混合。通过设置调节部件同时调节喷嘴喉部截面积和混合段截面积，在充分提高喷嘴效率的同时，使气流在混合段不出现激波或者回流现象，提高喷射器的整体效率。

对于可调式喷射器，特别是其中调节部件包括针阀，其结构包括渐缩部分、圆柱部分和锥形部分。所述针阀至少从喷嘴喉部延伸至混合段入口，其在喷嘴和混合段轴向上的移动通过控制装置实现。针阀在轴向上的移动可以同时调节喷嘴喉部流道和混合段流道截面积。混合段、喷嘴喉部和喷嘴扩张段的内流通面积与针阀限定的实际流体流通的截面面积根据针阀的锥形相应的进行变化。

附图说明

图1为可调式喷射器结构示意图；

图2为本发明的喷嘴和混合段的放大示意图；

图3为本发明的针阀结构示意图；

图4为本发明的针阀在轴线上移动的示意图；

图5为本发明的带控制装置的喷射器结构示意图；

图6为本发明实施例1的喷射循环示意图；

图7为本发明实施例2的喷射循环示意图。

图中，喷射器腔体1、喷嘴2、喷嘴收缩部分2b、喷嘴喉部2a、喷嘴扩张部分2c、针阀3、针阀渐缩部分3a、针阀圆柱部分3b、针阀锥形部分3c、混合段4、混合段锥形入口4a、混合段变截面混合室4b、扩压段5、接受室6、连接件7、喷嘴延伸接头8、支撑件9、控制装置10、高压流体进口通道11、低压流体进口通道12、混合流体进口通道13、冷凝器14、锅炉15、循环泵16、节流阀17、蒸发器18、高压侧热交换器19、压缩机20、气液分离器21、节流阀22、低压侧热交换器23。

具体实施方式

当实际工况中各参数变化时，特别是进入喷嘴的流体的流率变化时，能够增加喷射器的效率。

下面结合附图对本发明的结构及实施方案作进一步的说明。

如图1所示，可调式喷射器包括喷射器外腔1、喷嘴2、喷嘴收缩部分2b、喷嘴喉部2a、喷嘴扩张部分2c、针阀3、针阀渐缩部分3a、针阀圆柱部分3b、针阀锥形部分3c、连接件7、喷嘴延伸接头8、支撑件9、控制装置10、高压流体进口通道11、低压流体进口通道12、混合流体出口通道13，喷射器外腔1依次设有接受室6、混合段4、扩压段5，混合段4依次设有混合段锥形入口4a、混合段变截面混合室4b、喷射器腔体1内设有喷嘴延伸接头8，喷嘴延伸接头8一端设有喷嘴2，喷嘴延伸接头8另一端设有控制装置6，喷嘴延伸接头8通过连接件7固定在喷射器腔体1一端，控制装置10设有针阀3，针阀3穿一过喷嘴延伸接头8、喷嘴2进入混合段4，扩压段5出口设有混合流体出口通道13，喷嘴延伸接头8设有高压流体进口通道11，接受室10设有低压流体进口通道12。

如图2所示，喷嘴2依次设有喷嘴收缩部分2b、喷嘴喉部2a、喷嘴扩张部分2c，喷嘴喉部2a的截面积在流体通道中最小。

如图3所示，针阀3依次设有渐缩部分3a、圆柱部分3b和锥形部分3c，所述针阀3至少从喷嘴喉部2a延伸至混合段5入口。针阀3在喷嘴2和混合段4轴向上的移动通过控制装置10实现。针阀3设置在喷嘴2的轴向上用于同时调节喷嘴喉部截面积2a和混合段4截面积。因此，流入喷嘴的制冷剂流量发生变化时，喷嘴效率都能充分的提高，并使气流在混合段4不出现激波或者回流现象。因此，相应的将喷嘴喉部2a和喷嘴扩张部分2b内表面与针阀3限定的实际制冷剂流通的截面面积根据针阀3的锥形相应的进行变化，以保证工作流体能充分膨胀到与引射流体压力相等或略小的喷嘴背压，且混合段4的内表面与针阀3限定的实际制冷剂流通的截面面积根据针阀3的锥形相应的进行变化，使气流在混合部分不出现激波或者回流现象.

如图6所示，实施例1，采用喷射器代替压缩制冷的压气机进行蒸汽喷射制冷。在蒸汽喷射制冷循环中，水蒸汽作为制冷剂。水蒸汽在锅炉15中定压加热汽化，随后水蒸汽进入喷射器喷嘴2高速喷出，并在喷嘴出口处由于射流边界层的紊动扩散作用卷吸在蒸发器18吸热汽化的水蒸汽，两股水蒸汽在混合段4进行速度的均衡和压力的升高。最后，混合流体进入扩压段5降速升压后，在喷射器出口形成居中压力的混合流体。冷凝器14将从喷射器扩压段5出来的混合流体冷凝放热，放热后的混合流体一部分通过节流阀17节流降压进入蒸发器，这部分混合流体与室外空气进行热交换，实现蒸汽喷射制冷。另一部分混合流体通过循环泵16提升压力后进入锅炉15进行下一轮的循环。

如图7所示，实施例2，应用于空调和热泵系统。在压缩喷射循环中，可以用氨、卤代烃、空气或其中的某一组分、二氧化碳等及其含有它们一种或几种的混合物作制冷剂。本发明以二氧化碳做制冷剂的热泵热水器为例说明其喷射循环的实施过程。压缩机20抽吸和压缩制冷剂。高压侧热交换器19(气体冷却器)通过压缩机排出的制冷剂与使用水进行热交换，获得热水。低压侧热交换器23(蒸发器)通过室外空气与液体制冷剂之间进行热交换使液体制冷剂蒸发。喷射器卷吸蒸发器23中的蒸发的制冷剂，同时使从气体冷却器19中出来的制冷剂减压和膨胀，并通过把动能转化成压力能来增加制冷剂的压力使其抽入压缩机20。气液分离器21把来自喷射器的制冷剂分离成气体制冷剂和液体制冷剂。气液分离器21的气体制冷剂出口连接压缩机20的吸入口，其液体制冷剂出口连接蒸发器23的入口。节流阀22安装在气液分离器21液体制冷剂出口和蒸发器23入口之间的制冷剂管路上，对进入蒸发器23的液体制冷剂减压。经气体冷却器19放热冷却的制冷剂进入喷射器的喷嘴膨胀，在喷射器喷嘴2出口处形成高速低压流体，卷吸来自蒸发器23的气体制冷剂，两股气流在喷射器的混合段4进行动量和能量交换，并经扩压段5降速升压后，在喷射器出口形成介于蒸发压力和压缩机排气压力之间的居中压力的混合流体。

以上两个实施例子说明喷射器应用广泛，它的主要特征就是提高低压流体的压力而不直接消耗机械能。下面选取实施例2详细的说明可调式喷射器。在实际的喷射循环中，外部环境因素的变化(例如环境温度，风速等)，导致气体冷却器19制冷剂出口温度变化，最终引起最优高压侧压力的变化。为调整高压侧压力，必须改变制冷剂流量，通过调节喷射器喷嘴的喉部2a截面积实现制冷剂流量的调节。而喷射器工作性能与混合段截面积与喷嘴的临界截面积的比值密切相关。若制冷剂的流量变化时，仅喷嘴喉部2a截面积被控制，而喷射器的混合段截面积不能调节，喷射器性能会受到较大的影响。所述的变截面混合段4b主要特征是为锥形渐缩混合段，通过针阀的锥形部分3c调节变截面混合室结构实现近似于最优调节。与固定式喷射器等截面混合段相比，可以通过针阀的锥形部分在轴线上的移动灵活的实现混合段流道不同面积的调节，能够实现混合室截面积与喷嘴的临界截面积的比值Ψ总是处于最优值Ψ_opt。相应的将混合段4、喷嘴喉部2a和喷嘴扩张段2c的内流通面积与针阀3限定的实际流体流通的截面面积根据针阀3的锥形相应的进行变化。应用控制装置10灵活的实现针阀对喷嘴的喉部2a截面积和混合段4截面积的调节。

在实际工况中，当制冷剂流量减小时，通过针阀3的调节，喷射器喷嘴喉部2a截面积相应的减小，若混合段变截面积混合室4b不能调节，则Ψ>Ψ_opt，也就是说混合段变截面积混合室4b要比设计值大，若偏离设计值过大反映到流动上，就会形成混合段内的回流现象。反之，当制冷剂流量增大时，通过针阀3的调节喷射器喷嘴喉部2a截面积相应的增大，若混合段变截面积混合室4b不能调节，则Ψ<Ψ_opt，也就是说混合段变截面积混合室4b要比设计值小，若偏离设计值过小就会产生激波。因此，偏离最优值Ψ_opt会使喷射器效率大大降低。

喷射器的具体的调节方式如图4所示：当制冷剂流量减小时，通过针阀的渐缩部分3a调节喷射器喷嘴喉部2a截面积相应的减小，在推动针阀的向前移动的过程中(由a到b)，相应的针阀锥形部分3c在向前移动的过程中使得变截面混合段4b的截面也不断减小，实现所需的面积调节。当制冷剂流量增大时，通过针阀的渐缩部分3a调节，喷射器喷嘴喉部2a截面积相应的增大，在推动针阀的向后移动的过程中，相应的针阀锥形部分3c在向后移动的过程中(由b到a)使得变截面混合段4b的截面也不断增大，且实现所需的面积调节。通过实验表明，在某一工况下，可调式喷射器效率(45％)比固定式喷射器效率(40％)至少提高12.5％。

对本发明的控制装置可以为手动实现调节控制或自动调节控制，例如，线性螺旋管线圈电动机或者其他的控制模块，如图5所示。首先通过采集系统工作参数如气体冷却器制冷剂出口温度、高压侧压力等，然后运用控制算法使输出信号控制线性螺旋管线圈步进电机实现针阀移动的步长，最终实现最优的控制。

Claims

1.一种可调式喷射器，其特征在于包括喷射器外腔(1)、喷嘴(2)、喷嘴收缩部分(2b)、喷嘴喉部(2a)、喷嘴扩张部分(2c)、针阀(3)、针阀渐缩部分(3a)、针阀圆柱部分(3b)、针阀锥形部分(3c)、连接件(7)、喷嘴延伸接头(8)、支撑件(9)、控制装置(10)、高压流体进口通道(11)、低压流体进口通道(12)、混合流体出口通道(13)，喷射器外腔(1)依次设有接受室(6)、混合段(4)、扩压段(5)，混合段(4)依次设有混合段锥形入口(4a)、混合段变截面混合室(4b)、喷射器腔体(1)内设有喷嘴延伸接头(8)，喷嘴延伸接头(8)一端设有喷嘴(2)，喷嘴延伸接头(8)另一端设有控制装置(6)，喷嘴延伸接头(8)通过连接件(7)固定在喷射器腔体(1)一端，控制装置(10)设有针阀(3)，针阀(3)穿一过喷嘴延伸接头(8)、喷嘴(2)进入混合段(4)，扩压段(5)出口设有混合流体出口通道(13)，喷嘴延伸接头(8)设有高压流体进口通道(11)，接受室(10)设有低压流体进口通道(12)。

2.按照权利要求1所述的一种可调式喷射器，其特征在于所述的控制装置(10)为手动实现调节控制或自动调节控制。

3.按照权利要求1所述的一种可调式喷射器，其特征在于所述的喷嘴(2)依次设有喷嘴收缩部分(2b)、喷嘴喉部(2a)、喷嘴扩张部分(2c)，喷嘴喉部(2a)的截面积在流体通道中最小。

4.按照权利要求1所述的一种可调式喷射器，其特征在于所述的针阀(3)依次设有渐缩部分(3a)、圆柱部分(3b)和锥形部分(3c)，所述针阀(3)至少从喷嘴喉部(2a)延伸至混合段(5)入口。