CN105570202B - 一种内壁结构可调节的喷射器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内壁结构可调节的喷射器，包括：吸入室，该吸入室设有引射蒸气入口；喷嘴，其设于所述吸入室内；混合室，其与所述吸入室以及喷嘴相通，所述混合室包括锥形段和柱形段，所述锥形段由内外两层壁面构成，且外壁均固定，内壁呈平滑的流线型且可改变弯曲程度，所述柱形段为夹层套管式连接，包括可轴向移动的内层套管和固定的外层套管；扩压室，其由内外两层壁面构成，内外壁间设有带独立腔的金属膜片夹层，可通过该夹层厚度变化来调整扩压室内壁的弯曲程度。本发明的喷射器，因混合室和扩压室可在喷射器壳体内部一定范围内进行结构调节，可适应不同工作参数的要求，保证喷射器在变工况下仍具有较高的效率。

Description

一种内壁结构可调节的喷射器

技术领域

本发明涉及喷射器领域，特别涉及一种内壁结构可调节的喷射器。

背景技术

喷射器一般由喷嘴、吸入室、混合室及扩压室四部分组成，其工作原理是动力蒸气作为工作流体进入喷嘴后进行绝热膨胀，在出口处流速达到超音速，在吸入室内高速流体带动引射蒸气沿喷射器轴向流动，在混合室内两股压力不同的流体相互混合，速度降低至音速以下，在扩压室内混合流体的流速继续降低，压力升高至所需要求后排出喷射器。喷射器在石油天然气、化工、制冷供暖、制糖、造纸、冶金、能源等领域有着广泛应用。

喷射器工作时，工作流体在喷嘴出口附近及混合流体进入扩压室时，通常会产生斜激波或膨胀波。激波强度与喷嘴出口角度及背压、混合室锥形段渐缩角、混合室出口背压及扩压室锥角有关。激波通常出现在两个位置，一是超音速工作流体在喷嘴出口产生激波，降低喷射器的抽吸能力；二是在扩压室的起始端，当工作流体和引射流体混合后，从混合室来的超音速混合流体在扩压室入口处会引起较强的激波，降低喷射器所能达到的最大压缩比。

在喷射器相关工作参数中，温度、压力、速度、膨胀比稍大一些，压缩比适当小一些，有利于增强喷射器性能；此外，喷射器的结构参数(如喷嘴距、截面比、扩压室锥角等)对其性能也有着重要影响。在设计喷射器时，喷嘴的出口截面比按照理想工况已设定为最佳值，即喷嘴出口压力正好等于吸入室压力，此时不会有激波产生。但在变工况下会存在压力差，在最佳值固定的基础上，喷嘴出口截面比变小会产生斜激波，变大会产生膨胀波。对于混合室的截面比，以引射流体在混合室进口处正好达到极限状态为佳，过小会发生壅塞现象，过大则会造成引射能力不足。

喷射系数一定时，从喷嘴出口出来的自由流束的终截面应与混合室的柱形段入口截面相等。在不影响自由流束所带走的引射介质流量的前提下，若混合室的柱形段向喷嘴移近一点，即适当缩短喷嘴距，喷射器的性能会更佳。混合室的柱形段长度过短会导致混合不够完全，过长又会带来过多的摩擦损失和流动损失。

传统喷射器的内部结构固定，混合室的锥形段和扩压室的壁面为圆锥形，其径向和轴向尺寸无法根据实际需要进行调整。研究表明，当扩压室入口端锥角适当减小时，喷射系数稍微有所回升，性能提高，但若继续缩小锥角，喷射器将无法正常工作。在喷射器实际工作过程中，由于扩压室锥角固定，超音速混合流体经过时极易在折转角内壁产生较强斜激波，引起不可逆流动损失，导致喷射器效率明显下降。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内壁结构可调节的喷射器，从而克服了现有喷射器内部结构固定而无法随工况变化调整，导致喷射器效率下降的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种内壁结构可调节的喷射器，包括：吸入室，该吸入室设有引射蒸气入口；喷嘴，其设于所述吸入室内，所述喷嘴一端为工作蒸气入口；混合室，其与所述吸入室及所述喷嘴相通，所述混合室包括锥形段和柱形段，所述混合室锥形段由内、外两层壁面构成，外壁固定，内壁呈平滑的流线型且可改变弯曲程度，所述混合室柱形段为夹层套管式连接，包括可轴向移动的内层套管和固定不动的外层套管；以及扩压室，其一端与所述混合室相通，另一端为混合蒸气出口，所述扩压室由内、外两层壁面构成，外壁固定，内壁为流线型，内、外壁间设有带独立腔的弹性金属膜片夹层，可通过其厚度变化来调整扩压室内壁的弯曲程度。

优选地，上述技术方案中，所述混合室的柱形段包括：外层套管，其设有内螺纹；以及内层套管，其设有与所述内螺纹相互啮合的外螺纹，所述内层套管与第一驱动件连接，通过所述第一驱动件驱动所述内层套管沿混合室轴线方向移动，所述混合室锥形段内壁远离所述喷嘴一端与所述内层套管靠近所述喷嘴一端相互配合，使所述内层套管沿混合室轴线方向移动时能够改变所述混合室锥形段内壁的弯曲程度。

优选地，上述技术方案中，所述第一驱动件为驱动齿轮。

优选地，上述技术方案中，所述混合室锥形段内壁由弹性金属膜片制成。

优选地，上述技术方案中，所述扩压室内壁为弹性金属膜片，所述扩压室内壁与外壁间设有独立腔，所述独立腔内设有多个中空且相互连通的弹性金属膜片夹层，所述弹性金属膜片夹层可挤压所述扩压室内壁，通过第二驱动件改变所述弹性金属膜片夹层的厚度，来调整与所述扩压室内壁的挤压程度，进而改变所述扩压室内壁的弯曲程度，以调节扩压室径向尺寸和锥角大小。

优选地，上述技术方案中，所述第二驱动件包括：液压泵；以及输油腔，所述输油腔与所述液压泵连接，所述输油腔与所述弹性金属膜片夹层连通，所述液压泵通过所述输油腔将液压油输入弹性金属膜片夹层内，以调节弹性金属膜片夹层的厚度。

优选地，上述技术方案中，所述输油腔为多根输油腔。

优选地，上述技术方案中，所述工作蒸气入口处、所述引射蒸气入口处和所述混合蒸气出口处均设有流量测量件、温度测量件和压力测量件。

优选地，上述技术方案中，所述流量测量件、温度测量件和压力测量件与控制器连接，所述控制器与所述第一驱动件和所述第二驱动件连接，以控制所述混合室锥形段内壁和所述扩压室内壁的形变。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明内壁结构可调节的喷射器，混合室和扩压室可在喷射器壳体内部一定范围内进行结构调节，降低了工作流体和引射流体在混合过程及流动过程的能量损失，可适应不同工作参数的要求，保证喷射器在变工况下仍具有较高的效率。

附图说明

图1是根据本发明的内壁结构可调节的喷射器的结构示意图。

图2是根据图1中内壁可调节部位的调节范围示意图。

图3是根据图2中Ⅰ段的局部结构放大图；

图4是根据图2中Ⅱ段的局部结构放大图；

图5是根据图2中Ⅲ段的局部结构放大图。

主要附图标记说明：

1-喷射器壳体，2-吸入室，3-引射蒸气法兰，4-喷嘴，5-工作蒸气入口法兰，6-混合室，61-混合室锥形段内壁，62-混合室柱形段，621-外层套管，622-内层套管，7-扩压室，71-扩压室内壁，72-扩压室外壁，73-独立腔，74-弹性金属膜片夹层，8-混合蒸气出口法兰，9-驱动齿轮，10-液压泵，11-输油腔。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1至图5所示，根据本发明具体实施方式的一种内壁结构可调节的喷射器，该喷射器设有喷射器壳体1。喷射器包括：呈圆柱形的吸入室2，吸入室2设有引射蒸气入口，引射蒸气入口处设有引射蒸气法兰3。喷嘴4设于所述吸入室2内，优选地，喷嘴4中部设有环形凹槽，为先缩后扩形。所述喷嘴4一端为工作蒸气入口，工作蒸气入口处设有工作蒸气入口法兰5。混合室6与所述吸入室2以及喷嘴4相通，所述混合室6包括混合室锥形段和混合室柱形段62，所述混合室的锥形段内壁61呈平滑的流线型且可改变弯曲程度，优选地，所述混合室的锥形段内壁61用弹性好、强度大、耐高压、灵敏度高的金属膜片制成，混合室柱形段62为夹层套管式连接，包括可轴向移动的内层套管622和固定不动的外层套管621。呈渐扩圆台形的扩压室7，其一端与所述混合室6相通，另一端为混合蒸气出口，混合蒸气出口处设有混合蒸气出口法兰8，所述扩压室7设有扩压室内壁71，所述扩压室内壁71呈流线型且可改变弯曲程度。所述吸入室2、所述混合室6和所述扩压室7包容在所述喷射器壳体1内组成一体并依次连接。

优选地，所述混合室柱形段62包括：外层套管621，其设有内螺纹，内层套管622设有与所述内螺纹相互啮合的外螺纹，所述内层套管622与第一驱动件连接，所述第一驱动件为驱动齿轮9。通过所述第一驱动件驱动所述内层套管622转动，所述内层套管622的外螺纹与所述外层套管621的内螺纹相互啮合传动，以驱动所述内层套管622沿混合室轴线方向移动，所述混合室锥形段内壁61远离所述喷嘴4一端与所述内层套管622靠近所述喷嘴4一端相互配合，所述内层套管622沿混合室轴线方向移动时能够改变所述混合室锥形段内壁61的弯曲程度。

优选地，所述扩压室内壁71为弹性金属膜片，所述扩压室内壁71与扩压室外壁72间设有独立腔73，所述独立腔73内设有多个中空且相互连通的弹性金属膜片夹层74。弹性金属膜片夹层74挤压所述扩压室内壁71，通过第二驱动件改变所述弹性金属膜片夹层74的厚度，来调整与所述扩压室内壁71的挤压程度，进而改变所述扩压室内壁71的弯曲程度，以调节扩压室7的径向尺寸和锥角大小。

优选地，所述第二驱动件包括：液压泵10和输油腔11。优选地，输油腔11为多根输油腔。所述输油腔11与所述液压泵10连接，所述输油腔11与所述弹性金属膜片夹层74连通，所述液压泵10通过所述输油腔11将液压油输入所述弹性金属膜片夹层74内。

优选地，上述技术方案中，所述工作蒸气入口处、所述引射蒸气入口处和所述混合蒸气出口处均设有流量测量件、温度测量件和压力测量件。所述流量测量件、温度测量件和压力测量件与控制器连接，控制器与所述第一驱动件和所述第二驱动件连接，通过控制器控制所述第一驱动件和所述第二驱动件动作，以调节所述混合室锥形段内壁61和所述扩压室内壁71的形变。

本发明内壁结构可调节的喷射器的工作原理如下：

设计工况下，对混合室柱形段62，其内层套管622的轴向位置能够保证伸入到混合室锥形段的长度顶起其内壁金属膜片维持在适宜的弯曲状态，此时喷嘴距达到最佳。扩压室内壁71为弹性金属膜片，由于扩压室内壁71与扩压室外壁72间设有独立腔73，独立腔73内的弹性金属膜片夹层74挤压扩压室内壁71，保证扩压室内壁71维持在适宜的弯曲状态，此时扩压室锥角大小和径向尺寸也达到最佳。因此在设计工况下工作的喷射器，不需要调整喷射器的内壁尺寸便能够获得较高的效率。

但实际工况往往会与设计工况存在一定偏差，喷射器一般在非设计工况参数下运行，效率较低。此时就需要根据工况的变化，让混合室的锥形段内壁61、柱形段62和扩压室7在喷射器壳体1内部一定范围内进行结构调节以确保喷射器效率仍维持在较高水平。下面对各部件调节的具体原理和实施方法进行详细阐述。

所述混合室锥形段内壁61用弹性好、强度大、耐高压、灵敏度高的金属膜片制成。当工况发生变化时，可通过混合室柱形段62的内层套管622沿混合室轴线方向的移动，来改变混合室锥形段内壁61的形状并作近似流线型调整，使其内壁变截面能扩展成柱形段的近似延迟，使混合段的截面变化尽可能与流体流动规律相符，以减少流动损失并削弱激波效应，从而提高喷射器的效率和性能。

所述混合室柱形段62为夹层套管式连接，所述外层套管621和所述内层套管622有着可相互啮合的螺纹，控制器控制所述第一驱动件驱动内层套管622旋转，使其沿混合室轴线方向移动，从而调整其伸出混合室锥形段的长度，进而改变伸出部分顶起混合室锥形段内壁61的弯曲程度(调节范围在O₁A₁与O₁A₂之间)。

所述扩压室内壁71和所述扩压室外壁72间附有一层带独立腔73的弹性金属膜片夹层74，在混合流体可能产生激波的区段，通过局部调整所述弹性金属膜片夹层74的凸起程度，来调整所述扩压室内壁71的弯曲程度，使其作近似流线型变化(调节范围在O₂B₁与O₂B₂之间)，最终所述扩压室7的径向尺寸和锥角大小根据工况条件发生改变，提高了喷射器出口的最大压缩比，从而减弱甚至削除了激波等不正常流动现象所引起的不可逆损失。

当工作蒸气的流速和压力较大(或较小)时，膨胀比偏大(或偏小)，所述内层套管622伸入到混合室锥形段的长度适当缩短(或变长)，拉伸(或压缩)混合室锥形段内壁61作流线型调整的弧线，可调整的极限位置为O₁A₁(或O₁A₂)，喷嘴距相应变长(或缩短)，使得从喷嘴4出口出来的工作蒸气的终截面始终与混合室柱形段62的截面面积保持一致，保证工作蒸气所带走的引射蒸气流量与喷射器所允许通过的流量相当，减少了流动损失。

在能够保证喷射器正常工作的前提下，若所述扩压室内壁71和所述扩压室外壁72间带独立腔73的弹性金属膜片夹层74凸起程度适当增大(或减小)，则减小(或增加)了扩压室内壁径向尺寸，同时锥角变小(或变大)，达到提高喷射器出口的最大压缩比、进而减弱甚至削除激波的目的。所述扩压室内壁71可调整的极限位置为O₂B₁(或O₂B₂)。

变工况时，重复上述实施方式以使喷射器尽可能在最佳效率下工作。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种内壁结构可调节的喷射器，其特征在于，包括：

吸入室，该吸入室设有引射蒸气入口；

喷嘴，其设于所述吸入室内，所述喷嘴一端为工作蒸气入口；

混合室，其与所述吸入室以及所述喷嘴相通，所述混合室包括锥形段和柱形段，所述混合室锥形段由内、外两层壁面构成，外壁固定，内壁呈平滑的流线型且可改变弯曲程度，所述混合室柱形段为夹层套管式连接，包括可轴向移动的内层套管和固定不动的外层套管；以及

扩压室，其一端与所述混合室相通，另一端为混合蒸气出口，所述扩压室由内、外两层壁面构成，内壁为流线型，外壁固定，内、外壁间设有带独立腔的弹性金属膜片夹层，可通过其厚度变化来调整扩压室内壁的弯曲程度。

2.根据权利要求1所述的内壁结构可调节的喷射器，其特征在于，所述混合室的柱形段包括：

外层套管，其设有内螺纹；以及

内层套管，其设有与所述内螺纹相互啮合的外螺纹，所述内层套管与第一驱动件连接，通过所述第一驱动件驱动所述内层套管沿混合室轴线方向移动，所述混合室锥形段内壁远离所述喷嘴一端与所述内层套管靠近所述喷嘴一端相互配合，所述内层套管沿混合室轴线方向移动时能够改变所述混合室锥形段内壁的弯曲程度。

3.根据权利要求2所述的内壁结构可调节的喷射器，其特征在于，所述第一驱动件为驱动齿轮。

4.根据权利要求1所述的内壁结构可调节的喷射器，其特征在于，所述混合室锥形段内壁由弹性金属膜片制成。

5.根据权利要求1所述的内壁结构可调节的喷射器，其特征在于，所述扩压室内壁为弹性金属膜片，所述扩压室内壁与外壁间设有独立腔，所述独立腔内设有多个中空且相互连通的弹性金属膜片夹层，所述弹性金属膜片夹层可挤压所述扩压室内壁，通过第二驱动件改变所述弹性金属膜片夹层的厚度，来调整与所述扩压室内壁的挤压程度，进而改变所述扩压室内壁的弯曲程度，以调节扩压室径向尺寸和锥角大小。

6.根据权利要求5所述的内壁结构可调节的喷射器，其特征在于，所述第二驱动件包括：

液压泵；以及

输油腔，所述输油腔与所述液压泵连接，所述输油腔与所述弹性金属膜片夹层连通，所述液压泵通过所述输油腔将液压油输入弹性金属膜片夹层内，以调节弹性金属膜片夹层的厚度。

7.根据权利要求6所述的内壁结构可调节的喷射器，其特征在于，所述输油腔为多根输油腔。

8.根据权利要求1所述的内壁结构可调节的喷射器，其特征在于，所述工作蒸气入口处、所述引射蒸气入口处和所述混合蒸气出口处均设有流量测量件、温度测量件和压力测量件。

9.根据权利要求8所述的内壁结构可调节的喷射器，其特征在于，所述流量测量件、温度测量件和压力测量件与控制器连接，所述控制器与第一驱动件和第二驱动件连接，以控制所述混合室锥形段内壁和所述扩压室内壁的形变。