CN106089818A - 一种自动辅助引射式蒸汽喷射器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流体机械技术领域，尤其涉及一种自动辅助引射式蒸汽喷射器，包括沿轴线依次密封连接的喷嘴、接收室、混合室渐缩段、混合室喉部和扩压室，喷嘴设有工作蒸汽入口，工作蒸汽入口连接工作蒸汽管道，接收室设有引射蒸汽入口，引射蒸汽入口连接引射蒸汽管道；混合室的喉部设有第一辅助引射蒸汽入口，扩压室设有第二辅助引射蒸汽入口，第一辅助引射蒸汽入口和第二辅助引射蒸汽入口分别连接第一辅助引射蒸汽管道和第二辅助引射蒸汽管道。利用余压、余速来卷吸和携带来自第一辅助引射蒸汽管道和第二辅助引射蒸汽管道的辅助引射蒸汽，提高了蒸汽喷射器的引射系数，降低系统能耗。

Description

一种自动辅助引射式蒸汽喷射器

技术领域

本发明涉及流体机械技术领域，尤其涉及一种自动辅助引射式蒸汽喷射器。

背景技术

蒸汽喷射器是一种应用广泛的流体机械。其以高压蒸汽为动力，利用高压蒸汽节流的可用能，提高低压蒸汽的压力，用高压蒸汽的能量回收放失的低压蒸汽，回收高温凝结水的闪蒸汽等，从而将不同等级压力的蒸汽综合利用，达到显著的节能效果。

一般蒸汽喷射器由喷嘴、接收室、混合室(渐缩段、喉部)和扩压室四部分组成。其工作原理为：高温高压工作蒸汽流经喷嘴进行绝热膨胀并在喷嘴出口处形成超音速流和真空区，接收室内引射蒸汽在压差和高速工作流体的作用下被卷吸和携带入混合室。两股流体在混合室入口段形成一股以超音速工作流体为中心外围包裹低速引射流体的混合流体。在激波和紊动扩散作用下，两股流体相互碰撞、摩擦和掺和，从而进行质量、能量和动量的交换，使得工作流体的速度不断减小，引射流体的速度不断增大。其混合流体被压缩，压力升高，流速降为亚音速，并在混合室的某处充分混合，达到单一均衡状态。混合流体进入扩压室后，压力升高流速降低，达到排出蒸汽所需参数。蒸汽喷射器以其显著的节能效果、低污染的工作性能，以及无需额外机械功、结构简单、造价低廉、操作和维修方便等优点在工业领域中得到普遍的应用。

传统的蒸汽喷射器采用固定喷嘴和混合室扩压室一体化结构，这种结构只有在工作参数固定的设计条件下才能达到最佳工况。然而，实际工业生产中经常会出现外部蒸汽工作参数变化的情况，尤其是多工况高压蒸汽运行过程中。当实际工况与设计值有所变化时，蒸汽喷射器工作性能就会出现很大的恶化状况，导致整个系统运行不稳定，效率下降，这是因为不同工况的高压蒸汽都应该对应一个最佳的蒸汽喷射器设计尺寸，若工作蒸汽压力过高，就会出现余压和余速，压力过低则会出现引射量锐减甚至回流，从而导致引射系数降低，严重影响蒸汽喷射器的工作效率。

针对以上缺陷，不少研究者提出了可调节式喷射器。其中部分基于改变喷嘴位置，如公开号为CN103016423A的中国专利针对不同工况的高压蒸汽通过调节喷嘴外螺纹管与端盖中心处内螺纹管的旋度大小，在线调整喷嘴出口与混合室入口之间的距离，从而使喷射器可以在较宽范围内保持较高的工作性能。同样类似专利公开号CN204512014U中国专利通过螺纹伸缩管和导向机构来调节喷嘴与混合室的距离，使蒸汽喷射器达到宽范围高工作性能。还有部分基于改变喷嘴的结构尺寸，如利用旋转手轮实现调节锥的锥形端在喷嘴喉部的伸缩，从而调节改变喷嘴喉部面积，起到维持工作蒸汽压力和调整工作蒸汽用量的作用。

以上方法都能够较好的适应高压蒸汽变工况环境，但往往存在密封效果不佳，人工操作复杂且精确度差等问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种自动辅助引射式蒸汽喷射器以解决现有的喷射器不能很好的适应高压工作蒸汽变工况环境的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自动辅助引射式蒸汽喷射器，包括喷射器主体、工作蒸汽管道、第一辅助引射蒸汽管道和第二辅助引射蒸汽管道，所述喷射器主体包括沿轴线依次密封连接的喷嘴、接收室、混合室渐缩段、混合室喉部和扩压室，所述喷嘴设有工作蒸汽入口，所述工作蒸汽入口连接工作蒸汽管道，所述接收室设有引射蒸汽入口，所述引射蒸汽入口连接引射蒸汽管道；所述混合室的喉部设有第一辅助引射蒸汽入口，所述扩压室设有第二辅助引射蒸汽入口，所述第一辅助引射蒸汽入口和所述第二辅助引射蒸汽入口分别连接第一辅助引射蒸汽管道和第二辅助引射蒸汽管道。

其中，所述第一辅助引射蒸汽管道上设有第一电磁阀，所述第二辅助引射蒸汽管道上设有第二电磁阀，所述工作蒸汽管道上设有压力检测单元。

其中，还包括控制单元，所述控制单元分别与所述压力检测单元、第一电磁阀及第二电磁阀连接，所述控制单元根据所述压力检测单元检测到的压力信号控制所述第一电磁阀和第二电磁阀的开闭。

其中，所述压力检测单元为压力变送器，所述控制单元为可编程逻辑控制器。

其中，所述压力检测单元检测到的压力为P，当P≤P₁时，所述控制单元控制所述第一电磁阀和第二电磁阀关闭；当P₁<P≤P₂时，所述控制单元控制所述第一电磁阀开启、第二电磁阀关闭；当P₂<P≤P₃时，所述控制单元控制所述第一电磁阀关闭、第二电磁阀开启；当P>P₃时，所述控制单元控制所述第一电磁阀和第二电磁阀开启；其中，P₁、P₂和P₃为所述控制单元预设压力值，且P₁<P₂<P₃，P₁为工作蒸汽在标准设计工况下对应的压力参数。

其中，所述第一辅助引射蒸汽入口设于所述喉部的压力最低位置处，所述第二辅助引射蒸汽入口设于所述扩压室的压力最低位置处。

其中，所述第一电磁阀安设于所述第一辅助引射蒸汽入口和第一辅助引射蒸汽管道的连接处，所述第二电磁阀安设于所述第二辅助引射蒸汽入口和第二辅助引射蒸汽管道的连接处。所述压力检测单元安设于所述工作蒸汽管道近工作蒸汽入口处。

其中，所述第一辅助引射蒸汽管道和所述第二辅助引射蒸汽管道分别与所述引射蒸汽管道连通，引射同一股蒸汽且所述第二辅助引射蒸汽管道的管径大于所述第一辅助引射蒸汽管道的管径。

其中，所述工作蒸汽管道、第一辅助引射蒸汽管道、第二辅助引射蒸汽管道与所述喷射器主体分别通过法兰连接，且各个连接处均设有密封圈。

其中，所述混合室喉部设有加强筋。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

(1)本发明提供的一种自动辅助引射式蒸汽喷射器，包括喷射器主体、工作蒸汽管道、第一辅助引射蒸汽管道和第二辅助引射蒸汽管道，喷射器主体包括沿一条直线依次密封连接的喷嘴、接收室、混合室渐缩段、混合室喉部和扩压室。接收室设有工作蒸汽入口和引射蒸汽入口，喷嘴安装于工作蒸汽入口处，接收室通过喷嘴与工作蒸汽管道连接，引射蒸汽入口连接引射蒸汽管道；混合室喉部设有第一辅助引射蒸汽入口，扩压室设有第二辅助引射蒸汽入口，第一辅助引射蒸汽入口和第二辅助引射蒸汽入口分别连接第一辅助引射蒸汽管道和第二辅助引射蒸汽管道。在使用时，当工作蒸汽的压力高压波动时，充分利用高压工作蒸汽的余压和余速，经第一辅助引射蒸汽管道和第二辅助引射蒸汽管道卷吸和携带低压引射蒸汽，提高蒸汽喷射器的引射系数，减弱内部激波能量损耗，从而改善蒸汽喷射器的性能，降低了系统能耗。

(2)还包括控制单元、设于第一辅助引射蒸汽管道上的第一电磁阀，设于第二辅助引射蒸汽管道上的第二电磁阀、设于工作蒸汽管道上的压力检测单元。所述控制单元分别与所述压力检测单元、第一电磁阀及第二电磁阀连接，所述控制单元根据所述压力检测单元检测到的压力信号控制所述第一电磁阀和第二电磁阀的开闭。可以随时根据高压工作蒸汽压力变化自动调节辅助引射入口开关，自动化程度较高。

(3)结构简单，加工制作成本低，安装、拆卸方便，整体稳定性、抗压性强，气密性好，能够很好的适应多工况工作蒸汽压力环境。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的自动辅助引射式蒸汽喷射器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的辅助引射自动控制系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的蒸汽喷射器主体结构示意图。

图中：1：喷嘴；2：接收室；3：混合室渐缩段；4：混合室喉部；5：扩压室；6：工作蒸汽入口；7：引射蒸汽入口；8：第一辅助引射蒸汽入口；9：第二辅助引射蒸汽入口；10：法兰；11：法兰；12：法兰；13：法兰；14：法兰；15：喉部加强筋；16：第一电磁阀；17：第二电磁阀；18：压力变送器；19：工作蒸汽管道；20：引射蒸汽管道；21：辅助引射蒸汽主管道；22：第一辅助引射蒸汽管道；23：第二辅助引射蒸汽管道；24：可编程逻辑控制器；25：信号发出端；26：信号接收端。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

如图1至图3所示，本发明实施例提供的一种自动辅助引射式蒸汽喷射器，包括喷射器主体、工作蒸汽管道19、第一辅助引射蒸汽管道22和第二辅助引射蒸汽管道23，如图3所示，喷射器主体包括沿轴线依次密封连接的喷嘴1、接收室2、混合室渐缩段3、混合室喉部4和扩压室5，接收室2引射蒸汽入口7，喷嘴1设有工作蒸汽入口6，工作蒸汽入口6通过法兰14与工作蒸汽管道19连接，引射蒸汽入口7通过法兰11连接引射蒸汽管道20；混合室喉部4设有第一辅助引射蒸汽入口8，扩压室5设有第二辅助引射蒸汽入口9，第一辅助引射蒸汽入口8和第二辅助引射蒸汽入口9分别连接第一辅助引射蒸汽管道22和第二辅助引射蒸汽管道23。

高温高压的工作蒸汽流经喷嘴1进行绝热膨胀，并在喷嘴1的出口处形成超音速流和真空区，引射蒸汽从引射蒸汽入口7进入接收室2，在压差和高速工作流体的作用下被卷吸和携带入混合室渐缩段3，两股流体在混合室渐缩段3入口段形成一股以超音速工作流体为中心外围包裹低速引射流体的混合流体。在激波和紊动扩散作用下，两股流体相互碰撞、摩擦和掺和，从而进行质量、能量和动量的交换，使得工作流体的速度不断减小，引射流体的速度不断增大。其混合流体被压缩，压力升高，流速降为亚音速，并在混合室的某处充分混合，达到单一均衡状态。混合流体进入扩压室5后，压力升高流速降低，达到排出蒸汽所需参数后排出。实际工况中工作蒸汽压力往往会发生波动问题，工作蒸汽压力的升高会使得混合蒸汽在喉部4和扩压室5入口段形成一个低压区，低压区内低于引射蒸汽的压力，存在可利用的余压和余速。为满足多工况的要求，在混合室喉部4设置第一辅助引射蒸汽入口8，第一辅助引射蒸汽入口8设有法兰12与第一辅助引射蒸汽管道22连接，扩压室5设置第二辅助引射蒸汽入口9，第二辅助引射蒸汽入口9设有法兰13与第二辅助引射蒸汽管道23连接，各个法兰与辅助引射蒸汽管道的连接处优选为焊接，且在法兰间设置高压密封圈，保证各个连接处的密封性。当工作蒸汽的压力变大时，利用混合蒸汽的余压、余速来卷吸和携带来自第一辅助引射蒸汽管道22和第二辅助引射蒸汽管道23的辅助引射蒸汽，提高了蒸汽喷射器的引射率，减弱了内部激波能量损耗，从而达到改善蒸汽喷射器的性能，降低系统能耗的目的。

进一步地，第一辅助引射蒸汽管道22上设有第一电磁阀16，第二辅助引射蒸汽管道23上设有第二电磁阀17。第一电磁阀16安设于第一辅助引射蒸汽入口8和第一辅助引射蒸汽管道22的连接处，第二电磁阀17安设于第二辅助引射蒸汽入口9和第二辅助引射蒸汽管道23的连接处。通过控制第一电磁阀16或第二电磁阀17的开闭来实现在对应工况下辅助引射入口的开闭，以适应高压工作蒸汽多工况工作环境，且避免了引射蒸汽的回流。

进一步地，工作蒸汽管道19上设有压力检测单元。压力检测单元近工作蒸汽入口6安设于工作蒸汽管道19上。如图2所示，控制单元24分别与压力检测单元、第一电磁阀16及第二电磁阀17连接构成辅助引射自动控制系统，控制单元24根据压力检测单元18检测到的压力信号控制第一电磁阀16和第二电磁阀17的开闭。具体的，压力检测单元为压力变送器18，控制单元为可编程逻辑控制器24。且压力变送器18与可编程逻辑控制器24的信号接收端26连接，第一电磁阀16和第二电磁阀17分别与编程控制器24的信号发出端25连接。压力变送器18检测进入接收室2的工作蒸汽的压力，并将检测的压力信号传递给可编程逻辑控制器24，可编程逻辑控制器24根接收到的压力信号和内部对应程序对第一电磁阀16和第二电磁阀17进行相应控制。初始状态下，蒸汽喷射器各结构尺寸符合标准工作参数下的最佳工况设计要求，在标准工作参数下，第一电磁阀16、第二电磁阀17都处于关闭状态，但在实际工况中一般难以达到最佳工况，尤其工作蒸汽压力的高压波动问题，往往有些时段会使得工作蒸汽压力高于设计值，蒸汽喷射器内部的余压和余速增大，工作效率降低，此时只需要通过可编程逻辑控制器24自动控制第一电磁阀16、第二电磁阀17的开闭利用余压余速辅助引射低压蒸汽以解决高压工作蒸汽压力过高而引起蒸汽喷射器工作性能恶化的问题。按照设计要求，初始时高压工作蒸汽处于常用低压段。随着工作蒸汽压力的升高，蒸汽喷射器内部的余压和余速增大，工作效率降低，此时会在内部形成相对低压区，其中混合室喉部4和扩压室5低压区辅助引射有效。具体而言，随着高压工作蒸汽压力的增大，先在混合室喉部4引射效果最佳，压力再增大时在扩压室5引射效果最佳，压力进一步增大时两处同时引射效果最佳。根据实际情况，压力变送器18检测到的压力为P，当P≤P₁时，控制单元24控制第一电磁阀16和第二电磁阀17关闭；当P₁<P≤P₂时，控制单元24控制第一电磁阀16开启、第二电磁阀17关闭；当P₂<P≤P₃时，控制单元24控制第一电磁阀16关闭、第二电磁阀17开启；当P>P₃时，控制单元24控制第一电磁阀16和第二电磁阀17开启；其中，P₁、P₂和P₃为控制单元24内的预设压力值，且P₁<P₂<P₃，P₁为工作蒸汽在标准设计工况下对应的压力参数。

进一步地，第二辅助引射蒸汽管道23的管径稍大于第一辅助引射蒸汽管道22的管径。且第一辅助引射蒸汽管道22和第二辅助引射蒸汽管道23分别通过辅助引射总管道21与引射蒸汽管道20连接，优选为焊接，引射同一股低压蒸汽。

进一步地，在该蒸汽喷射器主体、工作蒸汽管道19、引射蒸汽管道20、辅助引射总管道21、第一辅助引射蒸汽管道22和第二辅助引射蒸汽管道23的外部均设有保温层，以增强该蒸汽喷射器的保温性能，降低能量损失。

进一步地，第一辅助引射蒸汽入口8设于所述喉部4压力最低位置，第二辅助引射蒸汽入口9设于所述扩压室5压力最低的位置。在扩压室5的入口段设置第二辅助引射蒸汽入口9，辅助引射蒸汽从扩压室5的入口段进入蒸汽喷射器内，在内部混合流体的卷吸作用下与内部混合流体混合，并从扩压室5的出口段排出，扩压室5的尾部开口处设有法兰10，用于与其他管道连接，保证了整个蒸汽喷射器的密封性。

进一步地，喷射器主体加厚设置且设置支撑管，混合室喉部4的外部设置加强筋15，增强喷射器主体的刚性。

使用时，首先将工作蒸汽压力预设值与各辅助引射蒸汽入口的关系输入可编程逻辑控制器，搭建对应的辅助引射自动控制系统。初始状态时(压力未达到P₁时)，辅助引射管道的电磁阀都处于关闭状态，当高压蒸汽压力升高处于P₁至P₂间，蒸汽的动能不能很好转化为压力势能，在混合室喉部4出现明显低压区，在扩压室5的入口段也出现小范围低压区，此时自动打开第一电磁阀16，利用喉部4余压余速自第一辅助引射蒸汽入口8引射蒸汽。当高压工作蒸汽压力继续增大到处于P₂至P₃间，混合室喉部4低压区余压有所减小，扩压室5低压区余压余速越居主要地位，此时自动关闭第一电磁阀16，打开第二电磁阀17，利用扩压室5低压区的余压余速自第二辅助引射蒸汽入口9引射蒸汽。当高压蒸汽压力进一步增大且超过P₃时，在打开第二电磁阀17条件下，混合室喉部4的低压区存在明显的余压余速，此时再自动打开第一电磁阀16，自两处引射入口引射蒸汽。

综上所述，本发明提供的自动辅助引射式蒸汽喷射器在混合室喉部4连接第一辅助引射蒸汽管道22，在扩压室5连接第二辅助引射蒸汽管道23，根据工作蒸汽的压力不同，打开或关闭设于第一辅助蒸汽管道22上的第一电磁阀16或第二辅助蒸汽管道23上的第二电磁阀17，来实现根据高压工作蒸汽压力对低压蒸汽自动辅助引射，充分利用高压工作蒸汽压力偏大时的余压余速，进一步提高了引射的效率，防止蒸汽喷射器工作性能恶化。且整个蒸汽喷射器的密封性较好。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和保护范围。

Claims (10)

1.一种自动辅助引射式蒸汽喷射器，其特征在于：包括喷射器主体、工作蒸汽管道、第一辅助引射蒸汽管道和第二辅助引射蒸汽管道，所述喷射器主体包括沿轴线依次密封连接的喷嘴、接收室、混合室渐缩段、混合室喉部和扩压室，所述喷嘴设有工作蒸汽入口，所述工作蒸汽入口连接工作蒸汽管道；所述接收室设有引射蒸汽入口，所述引射蒸汽入口连接引射蒸汽管道；所述混合室的喉部设有第一辅助引射蒸汽入口，所述扩压室设有第二辅助引射蒸汽入口；所述第一辅助引射蒸汽入口和所述第二辅助引射蒸汽入口分别连接第一辅助引射蒸汽管道和第二辅助引射蒸汽管道。

2.根据权利要求1所述的自动辅助引射式蒸汽喷射器，其特征在于：所述第一辅助引射蒸汽管道上设有第一电磁阀，所述第二辅助引射蒸汽管道上设有第二电磁阀，所述工作蒸汽管道上设有压力检测单元。

3.根据权利要求2所述的自动辅助引射式蒸汽喷射器，其特征在于：还包括控制单元，所述控制单元分别与所述压力检测单元、第一电磁阀及第二电磁阀连接，所述控制单元根据所述压力检测单元检测到的压力信号控制所述第一电磁阀和第二电磁阀的开闭。

4.根据权利要求3所述的自动辅助引射式蒸汽喷射器，其特征在于：所述压力检测单元为压力变送器，所述控制单元为可编程逻辑控制器。

5.根据权利要求3所述的自动辅助引射式蒸汽喷射器，其特征在于：所述压力检测单元检测到的压力为P，当P≤P₁时，所述控制单元控制所述第一电磁阀和第二电磁阀关闭；当P₁<P≤P₂时，所述控制单元控制所述第一电磁阀开启、第二电磁阀关闭；当P₂<P≤P₃时，所述控制单元控制所述第一电磁阀关闭、第二电磁阀开启；当P>P₃时，所述控制单元控制所述第一电磁阀和第二电磁阀开启；其中，P₁、P₂和P₃为所述控制单元预设压力值，且P₁<P₂<P₃，P₁为工作蒸汽在标准设计工况下对应的压力参数。

6.根据权利要求1所述的自动辅助引射式蒸汽喷射器，其特征在于：所述第一辅助引射蒸汽入口设于所述喉部的压力最低位置处，所述第二辅助引射蒸汽入口设于所述扩压室的压力最低位置处。

7.根据权利要求3所述的自动辅助引射式蒸汽喷射器，其特征在于：所述第一电磁阀安设于所述第一辅助引射蒸汽入口和第一辅助引射蒸汽管道的连接处，所述第二电磁阀安设于所述第二辅助引射蒸汽入口和第二辅助引射蒸汽管道的连接处。所述压力检测单元安设于所述工作蒸汽管道近工作蒸汽入口处。

8.根据权利要求1所述的自动辅助引射式蒸汽喷射器，其特征在于：所述第一辅助引射蒸汽管道和所述第二辅助引射蒸汽管道分别与所述引射蒸汽管道连通，引射同一股蒸汽，且所述第二辅助引射蒸汽管道的管径大于所述第一辅助引射蒸汽管道的管径。

9.根据权利要求1-9任一项所述的自动辅助引射式蒸汽喷射器，其特征在于：所述工作蒸汽管道、第一辅助引射蒸汽管道、第二辅助引射蒸汽管道与所述喷射器主体分别通过法兰连接，且各个连接处均设有高温密封圈。

10.根据权利要求1所述的自动辅助引射式蒸汽喷射器，其特征在于：所述混合室喉部设有加强筋。