CN104907195A - 一种旋流引射喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及真空及其他流体输送设备，公开了一种旋流引射喷嘴，包括导筒、可调式螺旋导流器和喷管。导筒顶部用于连接气体压力管道，底部与喷管密封连接；喷管上部设置有斜向下的直槽型切向入口；可调式螺旋导流器通过调节螺纹安装于喷管的顶端面，且设置有导叶锥体，导叶锥体上设置有导叶翅片。本发明采用切向入旋加旋和顶部导向元件加旋相结合，同时可以通过调节顶部导向元件的深入量来改变射流旋流强度，既克服了切向入旋引起的射流中心低速低压区缺陷，又克服了中心布置导向元件的阻流效应，使喷嘴内流体迅速掺混，出口紊动程度提高，使用在引射器上容易形成更高的真空度，提高引射器的抽吸效率，具有结构紧凑、可调性、适用性强等优点。

Description

一种旋流引射喷嘴

技术领域

本发明涉及一种主要用于真空及其他流体输送设备上的混合流体引射器喷嘴，具体的说，是涉及一种组合式旋流引射喷嘴。

背景技术

引射器是真空及其他流体输送设备上一种重要的工艺装置，它的根本性质是可以提高流体的压力却不直接消耗机械能。引射器在实际工作中主要有两方面的应用：一、提供低压环境，可用于介质的抽吸，常用做真空泵；二、在喷射出口处，混合流体经由扩压室，提升混合流体的压力。由于引射器结构简单、成本低、无运动零件、使用可靠；对流体无严格要求，工作范围宽，可用于易燃易爆、有毒、腐蚀性强的各种流体介质，因此在国内外的能源动力、石油化工、冶金、轻纺、制冷等领域得到广泛应用。

喷嘴作为组成引射器的核心部件，其结构是否优异直接关系到引射器的性能。研究表明，一定的旋流强度可以提高引射器的抽吸效率，增加引射真空度。

公开号为CN1371764A的中国专利提供了一种“旋流引射式洗涤节水器”，是通过旋转射流来达到引射的目的，在节水上取得了一定的效果，但是其在喷嘴喉部采用螺旋槽道，存在两个缺点：一个是喷嘴喉部直径最小不易加工；另一个是螺旋槽道布置于喷嘴中心，在产生旋转水射流的同时增加了喷嘴内部的压强损失，对喷嘴材料要求更高。在流体粘性和惯性的存在下，导致阻流效应增大，加旋效果不好。

发明内容

本发明提供了一种旋流引射喷嘴，其采用顶部布置导向元件，解决了中心布置导向元件会产生阻流效应的技术问题，还可以避免切向进气引起的中心低压区，不仅能够调节射流旋流强度，而且引射效果优异。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种旋流引射喷嘴，包括导筒、可调式螺旋导流器和喷管；

所述喷管底部为具有渐缩渐扩段的喷口；所述喷管顶部设置顶端面，所述喷管的顶端面中心设置有螺纹通孔；所述喷管的管壁上部开设有至少两个斜向下的直槽型切向入口，所述直槽型切向入口的下方在所述喷管的管壁外侧设置带有密封螺纹的轴肩；

所述可调式螺旋导流器包括调节区段，所述调节区段外部设置有用于与所述螺纹通孔相配合的调节螺纹；所述调节区段上部设置有用于卡在所述螺纹通孔顶部的升程限位盖，所述升程限位盖顶部中心设置有外六角螺母；所述调节区段下部置有导叶锥体，所述导叶锥体外部设置有导叶翅片；

所述导筒为两端开口的筒体结构，其顶部用于连接气体压力管道，底部与所述喷管的轴肩密封连接。

其中，至少两个所述直槽型切向入口均开设于距离所述喷管的顶端面5-10mm处，并且周向均布于所述喷管的管壁上；所有的直槽型切向入口旋向相同；每个所述直槽型切向入口的外缘分别与所述喷管的管壁内表面相切，每个所述直槽型切向入口的中心线与所述喷管轴线之间的夹角为30°-45°。

优选地，每个所述直槽型切向入口的中心线与所述喷管轴线之间的夹角为45°。

其中，所述调节螺纹的长度2-3倍于所述螺纹通孔的长度，用于调节所述可调式螺旋导流器在所述喷管中的深入量。

其中，所述导叶锥体的锥度为1：1.5-2.5。

优选地，所述导叶锥体的锥度为1：1.75。

其中，所述导叶翅片的型线为变指数螺距线，其参数方程为：

$\left\{\begin{array}{c}x=a\mathrm{\θ}cos\mathrm{\θ}\\ y=b\mathrm{\θ}sin\mathrm{\θ}\\ z=c{(2-\mathrm{\θ})}^2\end{array}\right\}$

其中a、b、c为常数，取值为1-10中的整数；θ为变量。

优选地，所述导叶翅片的型线为变指数螺距线，其参数方程为：

$\left\{\begin{array}{c}x=4\mathrm{\θ}cos\mathrm{\θ}\\ y=4\mathrm{\θ}sin\mathrm{\θ}\\ z=10{(2-\mathrm{\θ})}^2\end{array}\right\}.$

其中，所述轴肩下部为外凸于所述轴肩的托台，所述导筒的底端置于所述喷管的托台上，所述导筒的底端与所述喷管的托台之间设置有密封垫。

其中，所述可调式螺旋导流器的升程限位盖直径大于调节区段5-10mm。

本发明的有益效果是：

本发明的旋流引射喷嘴采用切向入旋加旋和顶部导向元件加旋相结合，同时可以通过螺纹调节顶部导向元件的深入量来改变射流旋流强度，既克服了切向入旋引起的射流中心低速低压区缺陷，又克服了中心布置导向元件的阻流效应，能够使喷嘴内流体迅速掺混，出口紊动程度提高，使用在引射器上容易形成更高的真空度，提高引射器的抽吸效率，具有结构紧凑、可调性、适用性强等优点。

附图说明

图1是本发明所提供的旋流引射喷嘴的结构示意图；

图2是图1中可调式螺旋导流器的结构示意图；

图3是图1中喷管的结构示意图；

图4是直槽型切向入口的结构剖面图；

图5是本发明所提供的旋流引射喷嘴的工作过程示意图。

图中：1—导筒；2—可调式螺旋导流器；21—外六角螺母，22—升程限位盖，23—调节区段，24—调节螺纹，25—导叶锥体，26—导叶翅片；3—密封垫；4—喷管；41—螺纹通孔，42—直槽型切向入口，43—轴肩，44—托台，45—密封螺纹，46—喷口；5—接受室；6—混合室；7—扩压室。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1所示，本实施例公开了一种旋流引射喷嘴，主要包括导筒1、可调式螺旋导流器2、密封垫3和喷管4。

导筒1为两端开口的筒体结构，其顶部用于连接气体压力管道，底部用于与喷管4密封连接。

如图2所示，可调式螺旋导流器2包括外六角螺母21、升程限位盖22、调节区段23、调节螺纹24、导叶锥体25和导叶翅片26。调节区段23为长度20-30mm、直径20mm的圆柱体结构，调节区段23外部满布有调节螺纹24，用于调节可调式螺旋导流器2在喷管4中的深入量。升程限位盖22设置于调节区段23上部，其直径为25mm，以对可调式螺旋导流器2进行升程限位。外六角螺母21设置于升程限位盖22的顶部中心，方便可调式螺旋导流器2的旋转。导叶锥体25设置于调节区段23下部，其顶面直径为20mm。一般情况下，导叶锥体25的锥度在1：1.5-2.5范围内，可以保证喷管4内流体通道的当量面积较为合适，从而使流体在进入喷口46前其流场较为稳定，其中导叶锥体25的锥度为1：1.75时可保证当量面积不变。导叶锥体25外部设置导叶翅片26，经理论计算和实验证明，当导叶翅片26的型线为变指数螺距线时，可对流体加以导向整流，增强其旋流，对流体的阻碍作用最小，该变指数螺距线的参数方程如下：

$\left\{\begin{array}{c}x=a\mathrm{\θ}cos\mathrm{\θ}\\ y=b\mathrm{\θ}sin\mathrm{\θ}\\ z=c{(2-\mathrm{\θ})}^2\end{array}\right\}.$

其中a、b、c为常数，根据实际应用中的需要进行设定，取值范围为1-10中的整数；θ为变量。

而较为优化的是a＝4、b＝4、c＝10时，变指数螺距线的参数方程为：

$\left\{\begin{array}{c}x=4\mathrm{\θ}cos\mathrm{\θ}\\ y=4\mathrm{\θ}sin\mathrm{\θ}\\ z=10{(2-\mathrm{\θ})}^2\end{array}\right\}.$

如图3所示，喷管4包括螺纹通孔41、直槽型切向入口42、轴肩43、托台44、密封螺纹45、喷口46。

喷管4是在本领域常见的拉瓦尔喷管基础上改进而成，其底部为具有减压增速渐缩段和扩压增速渐扩段的喷口46。喷管4的顶部设置顶端面，该顶端面的中心设置长度为10mm、直径为20mm的螺纹通孔41。喷管4的螺纹通孔41与可调式螺旋导流器2上调节区段23的调节螺纹24相配合，以使调节可调式螺旋导流器2固定连接于喷管4顶部；并且调节螺纹24长度是螺纹通孔41长度的2-3倍，从而可以调节可调式螺旋导流器2在喷管4中的深入量。升程限位盖22顶部的外六角螺母21使得可调式螺旋导流器2的装卸和调节较为方便和省力。同时，升程限位盖22的直径大于螺纹通孔41的直径，因此能够卡在螺纹通孔41顶端，从而对可调式螺旋导流器2的升程进行限位，防止可调式螺旋导流器2在内旋和外压的作用下落入喷管4内部。

喷管4的管壁上部开设有两个相错180度的直槽型切向入口42，两个直槽型切向入口42均以斜向下进入喷管4。两个直槽型切向入口42的旋向相同，并且开设于距离喷管4的顶端面5-10mm处。每个直槽型切向入口42的外缘分别与喷管4的管壁内表面相切，如图4所示。每个直槽型切向入口42的中心线与喷管4的轴线之间的夹角最好为30°-45°，该夹角范围可以保证流体的内切向动量更好的转化为轴向动量，从而增强旋流引射强度；而模拟显示在直槽型切向入口42中心线与喷管4轴线呈45°夹角时，流体的切向动量和轴向动量分配最为恰当，旋流引射强度最强。当然，直槽型切向入口42的数量并不局限于两个，还可以是大于两个的其他数量，此时直槽型切向入口42应在喷管4的管壁上周向均匀布置。

喷管4的管壁外侧在直槽型切向入口42的下方位置设置有轴肩43，一方面保证工作流体通过直槽型切向入口42进入喷管4，另一方面用于连接导筒1。具体地，轴肩43外周设置有密封螺纹45，该密封螺纹45与连接导筒1底端的内螺纹连接，从而使连接导筒1与喷管4密封连接。同时，喷管4下部为外凸于轴肩43的托台44，该托台44能够使导筒1底端置于其上，导筒1底端与托台44之间设置有密封垫3，从而使连接导筒1与喷管4密封连接。

本发明的工作过程如下：

导筒1与气体压力管道连接，工作流体通过两个直槽型切向入口42进入喷管4，高速射入到喷管4的管壁内表面，在喷管4的管壁内表面上形成强烈的旋转流场，在可调式螺旋导流器2的整流、引导下，使得具有切向动量的高速旋转气流获得向喷口46方向的动量，再经过喷口46的渐缩段减压增速、渐扩段扩压增速，在喷口46出口形成高速的的旋转射流。在气体的扰动和黏性作用力下，对接受室5内的气体造成抽吸力，混合气体再经过混合室6、扩压室7进行能量和动量的交换，最终排出引射器。本发明可通过可调式螺旋导流器2调节切向动量和轴向动量的比例来改变射流旋流强度。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋流引射喷嘴，其特征在于，包括导筒、可调式螺旋导流器和喷管；

所述喷管底部为具有渐缩渐扩段的喷口；所述喷管顶部设置顶端面，该顶端面中心设置有螺纹通孔；所述喷管的管壁上部开设有至少两个斜向下的直槽型切向入口，所述直槽型切向入口的下方在所述喷管的管壁外侧设置带有密封螺纹的轴肩；

所述可调式螺旋导流器包括调节区段，所述调节区段外部设置有用于与所述螺纹通孔相配合的调节螺纹；所述调节区段上部设置有用于卡在所述螺纹通孔顶部的升程限位盖，所述升程限位盖顶部中心设置有外六角螺母；所述调节区段下部设置有导叶锥体，所述导叶锥体外部设置有导叶翅片；

所述导筒为两端开口的筒体结构，其顶部用于连接气体压力管道，底部与所述喷管的轴肩密封连接。

2.根据权利要求1所述的一种旋流引射喷嘴，其特征在于，至少两个所述直槽型切向入口均开设于距离所述喷管的顶端面5-10mm处，并且周向均布于所述喷管的管壁上；所有的直槽型切向入口旋向相同；每个所述直槽型切向入口的外缘分别与所述喷管的管壁内表面相切，每个所述直槽型切向入口的中心线与所述喷管轴线之间的夹角为30°-45°。

3.根据权利要求2所述的一种旋流引射喷嘴，其特征在于，每个所述直槽型切向入口的中心线与所述喷管轴线之间的夹角为45°。

4.根据权利要求1所述的一种旋流引射喷嘴，其特征在于，所述调节螺纹的长度2-3倍于所述螺纹通孔的长度，用于调节所述可调式螺旋导流器在所述喷管中的深入量。

5.根据权利要求1所述的一种旋流引射喷嘴，其特征在于，所述导叶锥体的锥度为1：1.5-2.5。

6.根据权利要求5所述的一种旋流引射喷嘴，其特征在于，所述导叶锥体的锥度为1：1.75。

7.根据权利要求1所述的一种旋流引射喷嘴，其特征在于，所述导叶翅片的型线为变指数螺距线，其参数方程为：

$\left\{\begin{array}{c}x=a\mathrm{\θ}cos\mathrm{\θ}\\ y=b\mathrm{\θ}sin\mathrm{\θ}\\ z=c{(2-\mathrm{\θ})}^2\end{array}\right\}$

其中a、b、c为常数，取值为1-10中的整数；θ为变量。

8.根据权利要求7所述的一种旋流引射喷嘴，其特征在于，所述导叶翅片的型线为变指数螺距线，其参数方程为：

$\left\{\begin{array}{c}x=4\mathrm{\θ}cos\mathrm{\θ}\\ y=4\mathrm{\θ}sin\mathrm{\θ}\\ z=10{(2-\mathrm{\θ})}^2\end{array}\right\}.$

9.根据权利要求1所述的一种旋流引射喷嘴，其特征在于，所述轴肩下部为外凸于所述轴肩的托台，所述导筒的底端置于所述喷管的托台上，所述导筒的底端与所述喷管的托台之间设置有密封垫。

10.根据权利要求1所述的一种旋流引射喷嘴，其特征在于，所述可调式螺旋导流器的升程限位盖直径大于调节区段5-10mm。