CN105363582B - 一种能够调整喷射器喷嘴面积的喷针控制装置及喷射器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够调整喷射器喷嘴面积的喷针控制装置及喷射器，喷针控制装置，包括：喷针置于一次流管内，设置在喷嘴喉部的轴线上；固定支架固定于一次流管的管壁上；喷针通过喷针支撑管与固定支架连接；喷针运动控制装置一端固定在固定支架上，另一端与喷针连接，用于控制喷针的运动，从而改变喷射器喷嘴喉口的面积。本发明有益效果：能够在线调节喷射器喉部面积的大小，改善喷射器的性能，使喷射器在处于不同的工况下都具有良好的性能。
Description
技术领域
本发明涉及喷射器技术领域，特别涉及一种能够调整喷射器喷嘴面积的喷针控制装置及喷射器。
背景技术
喷射器是一种应用广泛的流体机械，他利用工作流体的射流来实现能量的转换。喷射器以其结构简单、造价低廉以及操作和维修方便的特点，广泛应用于抽除气体、废热回收和混合加热等领域。
喷射器依靠流体间的相互碰撞来传递能量，其内部的混合过程非常复杂，因此对于喷射器的研究多采用经验公式。近些年，使用CFD软件来模拟喷射器内部流体流动的仿真实验越来越受到重视。但由于实验的难度较大，因此人们对喷射器内部流体的流动了解也相对较少。
由于上述原因，目前喷射器的设计一般是针对固定工况，一旦偏离固定工况，喷射器的稳定性急速下降；由于喷射器的结构是固定的，导致其参数调节的范围极窄，如果对喷射器的参数进行调节，喷射器的效率会发生大幅度的下降，甚至导致无法继续使用。例如，在海水淡化装置中，由于系统负荷的变化，需要较大幅度的改变喷射器的出口流量；另外，在实际工业生产中，外部一次流流体的压力、工质等参数发生变化时，特别是流量这一参数发生较大幅度的变化将导致喷射器性能发生大幅度的下跌。因此，如何较宽范围内实现喷射器的可调节的性能，以满足多种工况的需求，是目前亟需要解决的问题。
目前最常用的控制喷射器喷嘴的方法是在喷嘴前加一喷针，通过步进电机来移动喷针的位置，从而达到控制喷射器喷嘴喉口面积的目的。由于步进电机体积庞大、环境适应性差以及控制系统复杂等的原因，一直未被广泛应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种能够调整喷射器喷嘴面积的喷针控制装置及喷射器；该喷射器能够在线调节喷射器喉部面积的大小，改善喷射器的性能，使喷射器在处于不同的工况下都具有良好的性能。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种能够调整喷射器喷嘴面积的喷针控制装置，包括：喷针、固定支架和喷针运动控制装置；所述喷针置于一次流管内，设置在喷嘴喉部的轴线上；所述固定支架固定于一次流管的管壁上；所述喷针通过喷针支撑管与固定支架连接；
所述喷针运动控制装置一端固定在固定支架上，另一端与喷针连接，用于控制喷针的运动，从而改变喷射器喷嘴喉口的面积。
所述固定支架包括：空心梁、横梁和控制台；所述空心梁和横梁互相垂直地设置在一次流管内部，在所述空心梁和横梁相交的位置处固定有控制台。
所述喷针运动控制装置包括：设置在喷针支撑管内部并与固定支架连接的发热电阻，所述发热电阻通过热胀冷缩材料与喷针连接；所述发热电阻的加热导线通过固定支架引出；
通过发热电阻为热胀冷缩材料加热，使得热胀冷缩材料形变以控制所述喷针向靠近喷嘴喉部的位置运动，从而改变喷射器喷嘴面积。
所述热胀冷缩材料为：铝或者铜；所述热胀冷缩材料设置成波浪形或者弹簧状。
所述喷针运动控制装置包括：
设置在喷针支撑管内部并与固定支架连接的电磁铁，在所述喷针的靠近固定支架一端的末端设置永磁铁，所述电磁铁通过弹簧与永磁铁连接；与所述电磁铁连接的通电导线通过固定支架引出；
通过改变电磁铁电流的大小，使得电磁铁与永磁铁作用以控制喷针运动，在电磁铁不通电，即弹簧未发生形变时，喷针所处位置为初始位置；当给电磁铁通一个方向电流时，电磁铁与永磁铁间产生斥力，控制喷针向右移动，到达斥力与弹力相互平衡的位置；当给电磁铁通相反方向的电流时，其与永磁铁间产生吸力，控制喷针向左移动到吸力与弹力相互平衡的位置，从而改变喷射器喷嘴面积。
所述喷针运动控制装置包括：
在所述喷针支撑管内部设置密封活塞，在所述密封活塞与固定支架之间设有空腔，所述密封活塞与喷针连接；通过固定支架引出流体导入管，所述流体导入管与空腔连通；
通过流体导入管为空腔导入或者抽出流体，根据导入或抽出流体体积的不同，使得密封活塞发生位移以控制喷针运动；抽出流体时，空腔内压力减小，为达到外部压力与空腔内部压力的平衡，喷针将向左移动；给空腔内注入流体时，空腔内部压力增大，为达到外部压力与空腔内部压力的平衡，喷针将向右移动，从而改变喷射器喷嘴面积。
所述喷针运动控制装置包括：
设置在喷针支撑管内部并与固定支架连接的膜盒，所述膜盒通过活动支架与喷针连接；
根据一次流的压力控制膜盒的形变，膜盒的形变通过活动支架传送给喷针，从而自适应控制喷针运动，改变喷射器喷嘴面积。
所述活动支架为两个连接在一起的菱形铰链，所述两个菱形铰链通过其中一个顶点连接，连接的顶点位置为定轴，固定于一次流入口壁上，两个菱形铰链的其余顶点均为动轴，两个菱形铰链的两端的动轴分别连接膜盒和喷针。
当一次流的压力增大时，膜盒外部所受压力增大而内部压力不变，此时膜盒的膜片向里凹陷，带动与膜盒连接的动轴向左发生位移；由于定轴不会发生位移，因此，与喷针连接的动轴会带动喷针产生向右的位移；
当一次流的压力减小时，膜盒外部所受压力减小而内部压力不变，此时膜盒的膜片向外膨胀，带动与膜盒连接的动轴向右发生位移；由于定轴不会发生位移，因此，与喷针连接的动轴会带动喷针产生向左的位移；
一种采用上述的任一种喷针控制装置的喷射器，包括：一次流管、喷嘴、二次流管、混合室、扩压管以及喷针控制装置；
所述一次流管、混合室和扩压管沿轴线依次连接，二次流管置于混合室下方，通入混合室内，所述喷嘴横穿过一次流管进入混合室，喷嘴圆形喉部与混合室锥形出口处于同一轴线；喷针控制装置设置在喷嘴内部。
本发明的有益效果是：
①本发明通过控制喷射器喷嘴的喉部面积的大小来实现对喷射器性能调节的作用。可通过调节电流大小的方式在线调节喷射器喉部面积的大小，改善喷射器的性能，使喷射器在处于不同的工况下都具有良好的性能。
②通过调节喷嘴喉部面积的大小改变喷嘴的流量，以达到代替节流阀的目的。
③这种控制装置安全可靠，结构简单，成本低廉。
④采用膜盒方案的喷射器能够达到自适应控制的目的，可使喷射器一次流流量在一定范围内发生变化时，自动调节喷射器喉嘴比，时刻处于性能最优的状态。
附图说明
图1为喷射器结构图；
图2为固定支架结构图；
图3为热胀冷缩型可变喉嘴比喷射器；
图4为电磁型可变喉嘴比喷射器；
图5为活塞型可变喉嘴比喷射器；
图6为膜盒型可变喉嘴比喷射器；
图7为热胀冷缩型喷针控制装置；
图8为电磁型喷针控制装置；
图9为活塞型喷针控制装置；
图10为膜盒型喷针控制装置；
图11为膜盒型喷针控制装置中铰链部分的放大图；
其中，1.一次流入口，2.吸入室，3.喷嘴喉部，4.喷嘴出口，5.等压混合段，6.二次流入口，7.等面积混合段，8.扩散室，9.一次流管壁，10.空心梁，11.横梁，13.控制台，14.发热电阻的加热导线，15.发热电阻，16.热胀冷缩材料，17.喷针，18.喷针支撑管，19.电磁铁，20.电磁铁的通电导线，21.弹簧，22.永磁铁，23.流体导入管，24.活塞，25.流体导入口，26.铰链，27.膜盒，28.动轴，29.定轴，30空腔。
具体实施方式：
下面结合附图与实例对本发明做进一步说明：
应当理解，本发明所涉及的重点在于对喷针控制装置以及采用该喷针控制装置的喷射器的改进，对于其中涉及到的膜盒27、一次流管、喷嘴、二次流管、混合室以及扩压管，在满足喷射器可靠性的情况下，本领域技术人员应知其具体结构及安装方式，本发明对于膜盒27、一次流管、喷嘴、二次流管、混合室以及扩压管所做的简要说明，本领域技术人员根据现有知识容易确知。
一般来说，喷射器由喷嘴、引射室、混合段、扩散室8四部分组成。如图1所示，一次流入口1、喷嘴喉部3、喷嘴出口4、等压混合段5、等面积混合段7和扩散室8依次连接；二次流入口6与吸入室2连通；二次流管置于混合室下方，通入混合室内，喷嘴横穿过一次流管进入混合段，喷嘴圆形喉部与混合段锥形出口处于同一轴线；喷针控制装置设置在喷嘴内部。
其工作原理为一次流蒸汽(即动力蒸汽)进入喷嘴进行绝热膨胀，在喷嘴出口4处形成超音速流体，在超音速流体流经引射室时由于高速形成的低压将带动喷射器而二次流体沿喷射器轴向运动，在混合室内两股流体相混合，并且形成的混合流体降到音速以下，在扩压段内，混合流体的速度进一步降低，压力升高达到排除流体所需参数。引射流体与一次流体质量流量的比值成为引射系数，其为衡量喷射器性能优劣的主要指标。
本发明公开了一种能够调整喷射器喷嘴面积的喷针控制装置，包括：喷针17、固定支架和喷针运动控制装置；喷针17置于一次流管内，设置在喷嘴喉部3的轴线上；固定支架固定于一次流管壁9上；喷针17通过喷针支撑管18与固定支架连接；喷针运动控制装置一端固定在固定支架上，另一端与喷针17连接，用于控制喷针17的运动；喷针17的形状为针形，与喷嘴的圆形喉部设置在同一轴线上，喷针17越靠近喷嘴喉部3，喷嘴的喷射面积越小，从而通过移动喷针17来改变喷射器喷嘴喉口的面积。
如图2所示，固定支架包括：空心梁10、横梁11和控制台13；空心梁10和横梁11互相垂直地设置在一次流管内部，在空心梁10和横梁11相交的位置处固定有控制台13，控制台13与空心梁10和横梁11连接固定。
实施例一：
如图3和图7所示，喷针运动控制装置包括：设置在喷针支撑管18内部并与固定支架连接的发热电阻15，发热电阻15通过热胀冷缩材料16与喷针17连接；发热电阻15的加热导线14通过固定支架的空心梁10引出；
通过导线为发热电阻15供电，通过改变电源电流或者电压的大小使电阻的温度发生变化，热胀冷缩材料16会因为热胀冷缩原理发生形变，从而带动喷针17发生位移。
通过发热电阻15为热胀冷缩材料16加热，使得热胀冷缩材料16形变以控制喷针17向靠近喷嘴喉部3的位置运动，从而减小喷射器喷嘴面积。停止加热后，热胀冷缩材料16缩小，带动喷针17向远离喷嘴喉部3的位置运动，从而增大喷射器喷嘴面积。
热胀冷缩材料16选用铝或者铜；
优选地，热胀冷缩材料16设置成波浪形或者弹簧21状。
将上述喷针运动控制装置设置到喷射器内部，构成喷嘴面积可调的喷射器结构；喷针运动控制装置与喷射器喷嘴喉部3保持在同一轴线上，喷针17越靠近喷嘴喉部3，喷嘴的喷射面积越小，从而通过移动喷针17来改变喷射器喷嘴喉口的面积。
实施例二：
如图4和图8所示，喷针运动控制装置包括：设置在喷针支撑管18内部并与固定支架连接的电磁铁19，在喷针17的靠近固定支架一端的末端设置永磁铁22，电磁铁19通过弹簧21与永磁铁22连接；与电磁铁19连接的通电导线20通过固定支架的空心梁10引出；通过改变电磁铁19电流的大小，使得电磁铁19与永磁铁22作用以控制喷针17运动；在电磁铁19不通电，即弹簧21未发生形变时，喷针17所处位置为初始位置。当给电磁铁19通一个方向电流，使之与永磁铁22间产生斥力，控制喷针17向右移动，到达斥力与弹力相互平衡的位置；当给电磁铁19通相反方向电流，使之与用磁铁间产生吸力，控制喷针17向左移动到吸力与弹力相互平衡的位置；从而改变喷射器喷嘴面积。
通过通电导线20为电磁铁19供电，通过改变电源提供的电压或者电流的大小改变电磁铁19磁场的大小，当电磁体磁场发生变化时，永磁铁22所受电磁力的大小将发生变化，此时电磁力与弹簧21所提供的弹力的平衡被打破，喷针17将发生位移，以达到新的平衡，从而达到控制喷针17位移的目的。
将上述喷针运动控制装置设置到喷射器内部，构成喷嘴面积可调的喷射器结构；喷针运动控制装置与喷射器喷嘴喉部3保持在同一轴线上，喷针17越靠近喷嘴喉部3，喷嘴的喷射面积越小，从而通过移动喷针17来改变喷射器喷嘴喉口的面积。
实施例三：
如图5和图9所示，喷针运动控制装置包括：在喷针支撑管18内部设置密封活塞24，在密封活塞24与固定支架之间设有空腔30，密封活塞24与喷针17连接；通过固定支架的空心梁10引出流体导入管23，流体导入管23通过流体导入口25与空腔30连通；
通过流体导入管23为空腔30导入或者抽出流体，根据导入或抽出流体体积的不同，抽出流体时，空腔30内压强减小，活塞24带动喷针17向左移动，活塞24带动喷针17向左移动；注入流体时，空腔30内压强增大，推动活塞24向右移动，活塞24带动喷针17向右移动，使得密封活塞24发生位移以控制喷针17运动，从而改变喷射器喷嘴面积。
将上述喷针运动控制装置设置到喷射器内部，构成喷嘴面积可调的喷射器结构；喷针运动控制装置与喷射器喷嘴喉部3保持在同一轴线上，喷针17越靠近喷嘴喉部3，喷嘴的喷射面积越小，从而通过移动喷针17来改变喷射器喷嘴喉口的面积。
实施例四：
如图6和图10所示，所述喷针运动控制装置包括：设置在喷针支撑管18内部并与固定支架连接的膜盒27，膜盒27通过活动支架与喷针17连接；根据一次流的压力控制膜盒27的形变，膜盒27的形变通过活动支架传送给喷针17，从而自适应控制喷针17运动，改变喷射器喷嘴面积。
如图11所示，活动支架为两个连接在一起的菱形铰链26，两个菱形铰链26通过各自的其中一个顶点互相连接，连接的顶点位置为定轴29，固定于一次流入口1壁上，两个菱形铰链26的其余顶点均为动轴28，两个菱形铰链26的两端的动轴28分别连接膜盒27和喷针17。
当一次流的压力增大时，膜盒27外部所受压力增大而内部压力不变，此时膜盒27的膜片向里凹陷，带动与膜盒27连接的动轴28向左发生位移；由于定轴29固定于一次流入口1壁上，所以不会发生位移，因此，与喷针17连接的动轴28会带动喷针17产生向右的位移；
当一次流的压力减小时，膜盒27外部所受压力减小而内部压力不变，此时膜盒27的膜片向外膨胀，带动与膜盒27连接的动轴28向右发生位移；由于定轴29固定于一次流入口1壁上，所以不会发生位移，因此，与喷针17连接的动轴28会带动喷针17产生向左的位移；
将上述喷针运动控制装置设置到喷射器内部，构成喷嘴面积可调的喷射器结构；喷针运动控制装置与喷射器喷嘴喉部3保持在同一轴线上，喷针17越靠近喷嘴喉部3，喷嘴的喷射面积越小，从而通过移动喷针17来改变喷射器喷嘴喉口的面积。
如此一来，会使喷射器的性能维持在相对较好的状态，不会因为一次流流体压力发生变化而导致性能降低的问题，实现了喷射器喷嘴面积的自适应控制。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (5)
1.一种能够调整喷射器喷嘴面积的喷针控制装置，其特征是，包括：喷针、固定支架和喷针运动控制装置；所述喷针置于一次流管内，设置在喷嘴喉部的轴线上；所述固定支架固定于一次流管的管壁上；所述喷针通过喷针支撑管与固定支架连接；
所述喷针运动控制装置一端固定在固定支架上，另一端与喷针连接，用于控制喷针的运动，从而改变喷射器喷嘴喉口的面积；
所述喷针运动控制装置包括：
设置在喷针支撑管内部并与固定支架连接的电磁铁，在所述喷针的靠近固定支架一端的末端设置永磁铁，所述电磁铁通过弹簧与永磁铁连接；与所述电磁铁连接的通电导线通过固定支架引出；
通过改变电磁铁电流的大小，使得电磁铁与永磁铁作用以控制喷针运动；在电磁铁不通电，即弹簧未发生形变时，喷针所处位置为初始位置；当给电磁铁通一个方向电流时，电磁铁与永磁铁间产生斥力，控制喷针向右移动，到达斥力与弹力相互平衡的位置；当给电磁铁通相反方向的电流时，其与永磁铁间产生吸力，控制喷针向左移动到吸力与弹力相互平衡的位置，从而改变喷射器喷嘴面积。
2.如权利要求1所述的一种能够调整喷射器喷嘴面积的喷针控制装置，其特征是，所述固定支架包括：空心梁、横梁和控制台；所述空心梁和横梁互相垂直地设置在一次流管内部，在所述空心梁和横梁相交的位置处固定有控制台底座。
3.如权利要求1所述的一种能够调整喷射器喷嘴面积的喷针控制装置，其特征是，所述喷针运动控制装置还可以选用另外一种方式，包括：设置在喷针支撑管内部并与固定支架连接的发热电阻，所述发热电阻通过热胀冷缩材料与喷针连接；所述发热电阻的加热导线通过固定支架引出；
通过发热电阻为热胀冷缩材料加热，使得热胀冷缩材料形变以控制所述喷针向靠近喷嘴喉部的位置运动，从而改变喷射器喷嘴面积。
4.如权利要求3所述的一种能够调整喷射器喷嘴面积的喷针控制装置，其特征是，所述热胀冷缩材料为：铝或者铜；所述热胀冷缩材料设置成波浪形或者弹簧状。
5.一种喷嘴面积可调的喷射器，其特征是，包括：在喷射器一次流管内设置权利要求1-4任一项所述的喷针控制装置，所述喷针控制装置与喷射器的喷嘴喉部位于同一轴线上。
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