CN106286420B - 波瓣抽空器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超音速波瓣喷嘴以及安装有该喷嘴的波瓣抽空器装置。所述超音速波瓣喷嘴包括入口段、喷嘴喉部、喷嘴出口段以及喷嘴出口尾缘的修形。所述安装有超音速波瓣喷嘴的波瓣抽空器装置包括：1)主流流体管道入口段；2)超音速波瓣喷嘴；3)吸入室以及与吸入室相连的次流入口；4)混合扩压室。混合扩压室包括：1)混合段，由两部分组成，一是入口部分，二是收敛部分；2)喉部；3)扩压段。本发明在根本上、机理上具有高的引射系数和工作效率，可以大幅度节能降耗。

Description

波瓣抽空器

技术领域

本发明属于石油、石化、化工、冶金、电力、制冷、制药、海水淡化等行业设备技术领域，具体涉及一种用于产生真空的超音速波瓣喷嘴及其波瓣抽空器装置。

此外，本发明涉及一种输送流体的喷射泵。

此外，本发明涉及一种产生真空的喷射式真空泵。

背景技术

现有抽空器是由一定压力和温度的流体介质，如蒸汽、空气、装置工艺流体(称为主流)，经过拉瓦尔喷嘴或锥形收扩喷嘴减压增速后进入混合扩压室，在混合扩压室中与被抽的介质(称为次流)进行能量交换与混合，并携带被抽介质在混合扩压室内混合、减速、增压，最终克服出口背压排出，从而达到抽取次流的目的。因为抽空器具有工况适应范围广、结构简单、没有运动件、工作稳定可靠、安装使用维护简单、抽气量大，能抽出含有大量水蒸汽、粉尘等杂质等特点，是石油、石化、化工、冶金、电力、制冷、制药、海水淡化等领域的核心设备之一。

在工程上主流经常使用水蒸汽，所以也被称为蒸汽抽空器、蒸汽喷射泵。在工程实际中，蒸汽抽空器消耗大量的水蒸汽，是生产装置耗能大户之一。蒸汽抽空器的工作效率主要取决于两个方面：其一，也是最为重要的，是完成能量转换、产生真空的喷嘴结构形式、尺寸以及加工精度；其二，与喷嘴相配合的抽空器的流道形式、尺寸、制造装配精度。

目前蒸汽抽空器使用的拉瓦尔喷嘴或收扩喷嘴结构，抽空能力小、蒸汽消耗大、效率低、噪音大。

在现有技术中，授权公告号为CN201949953U的专利公开了一种高效节能喷嘴及安装有该喷嘴的蒸汽喷射泵，该种喷嘴是通过采用喷嘴直管段来努力实现降低蒸汽消耗量的目标。然而该种结构形式仍然采用拉瓦尔喷嘴，没有突破性地从根本上、从机理上来大幅度提高蒸汽喷射泵的引射系数和抽真空效率。

在现有技术中，授权公告号为CN2475476Y的专利公开了一种喷射器喷嘴，该种喷射器喷嘴是通过采用可变的喷嘴喉部截面积来实现降低蒸汽消耗量的目标。喷嘴喉部直径大则蒸汽消耗量大，喷嘴喉部直径小则蒸汽消耗量小，然而该种结构形式只是便于调节负荷，没有研究改进蒸汽喷射器的引射系数和抽空效率。

发明内容

本发明的主要目的是从根本上、机理上大幅度提高抽空器引射系数和工作效率，发明了一种超音速波瓣喷嘴和相配套的波瓣抽空器装置，代替现在大量使用的拉瓦尔喷嘴或收扩喷嘴抽空器等装置，从根本上、机理上改善了主流流体喷出喷嘴的流动和分布形态，以及与被抽吸流体在混合扩压室中的流动和分布形态，大幅度减少抽空器的主流流体的消耗量，降低气动噪声。

本发明还有另一个目的是提供一种与超音速波瓣喷嘴相配套的输送流体的喷射泵。

本发明还有另一个目的是提供一种与超音速波瓣喷嘴相配套的产生真空的喷射式真空泵。

根据本发明实施例，公开了一种工质为流体的超音速波瓣喷嘴，包括3个部分：1)喷嘴入口段(图1中符号1)；2)喷嘴喉部(图1中符号2)；3)喷嘴出口段(图1中符号3)。这3个部分依次连接，形成完整的波瓣喷嘴结构。

波瓣喷嘴的入口段沿流动方向横截面积逐渐减小，其壁面型线是锥形管结构或理想维托辛斯基型线母线轴对称收敛结构或以维托辛斯基型线为原型的圆弧线、双曲线或抛物线型线母线结构。喷嘴喉部为等直径、略收缩或略扩张的圆形、波瓣形截面通道。波瓣形是一种波浪形的褶皱收扩结构，在任意一个横截面上可以是具有壁厚的由圆弧线、三角函数线、双曲线、抛物线、椭圆线、直线等或它们之间的任意组合围成的一个封闭曲线，在工程上常用的为圆弧线、直线或它们之间的任意组合。喷嘴出口段为波瓣形结构，沿流动方向喷嘴横截面积不变、逐渐收缩、逐渐增大或它们之间的任意组合，沿圆周方向呈周期性排列的对称结构或非对称结构，对称结构称为轴对称波瓣喷嘴，非对称结构称为非对称波瓣喷嘴。该超音速波瓣喷嘴还具有以下特征：D1＞D2，D2＝D3，L1＞0mm，L2≥0mm，其中，D1为喷嘴入口段起始横截面直径，D2为喷嘴入口段终止横截面直径，D3为喷嘴喉部开始横截面直径，L1为喷嘴入口段的轴向长度，L2为喷嘴喉部的轴向长度；S3＝S4的圆形、波瓣形截面或它们的组合的通道，S4＝S5或S4＜S5的圆形、波瓣形截面或它们的组合的通道，其中，S3为喷嘴喉部终止横截面流通面积，S4为喷嘴出口段起始横截面流通面积，S5为喷嘴出口段终止横截面流通面积；L3＞0mm，AN1＝-30°～60°，AN2＝0°～60°，n≥2，B≥0mm，其中，L3为喷嘴出口段的轴向长度，AN1为波瓣内扩张角，AN2为波瓣外扩张角，n为圆周方向上波浪形波瓣瓣型结构的个数，B为喷嘴出口横截面上波浪形波瓣瓣型结构周向宽度。

一种安装有[0009]至[0013]所述超音速波瓣喷嘴抽空器装置，其特征在于，所述波瓣抽空器装置包括：1)主流流体管道入口段(图2中符号5)；2)波瓣喷嘴(图2中符号6)；3)吸入室(图2中符号7)以及与吸入室相连的次流入口段(图2中符号13)；4)混合扩压室混合段(图2中符号8)，它由两部分组成：一是混合扩压室混合段入口部分(图2中符号9)，二是混合扩压室混合段收敛部分(图2中符号10)；5)混合扩压室喉部(图2中符号11)；6)混合扩压室扩压段(图2中符号12)。在所述超音速波瓣喷嘴(图2中符号6)安装在吸入室内，波瓣喷嘴入口段(图1中符号1)与主流流体管道入口段(图2中符号5)的接头采用焊接，或垫片密封加螺纹连接，或垫片密封加法兰连接的方式连接，喷嘴出口横截面与混合扩压室的混合段入口横截面平行或不平行，设计原则是两者的流场匹配，优选地，波瓣抽空器采用CFD设计，使混合扩压室流场与超音速波瓣喷嘴流场匹配，达到最大的引射流量比和最优的流动损失。

一种安装有[0009]至[0013]所述超音速波瓣喷嘴抽空器装置，其特征在于，在所述超音速波瓣喷嘴(图2中符号6)出口段的褶皱收扩结构中，切除了三角形部分(图1中符号4)，形成了尾缘修形波瓣喷嘴。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：主流流体在波瓣喷嘴入口段中逐渐加速；在喷嘴喉部最小横截面恰好达到临界状态，速度为当地声速；在喷嘴出口段中，超音速流体继续膨胀加速。在喷嘴出口段的末端截面上，速度达到最大值，压力达到最小值，从而形成一个低压区。因为次流流体压力高于该低压区压力，所以次流流体在压力差的作用下被吸引进入抽空器中。同时，因为流体的粘性作用以及波瓣喷嘴出口段的褶皱收扩结构，所以喷嘴下游主流流体与次流流体的有效接触面积大大增加了，即主流粘性拖拉次流的作用力大大强化了。另外，在超音速波瓣喷嘴出口段尾缘进行了修形，从机理上再次增加了主流流体与次流流体的有效接触面积，改变了主流流体离开喷嘴后的流动形态以及流线分布，改善了主流流体与被引射次流介质在混合扩压室中的流动形态。最终因为上述三大方面的原因，主流流体在超音速波瓣喷嘴出口附近和下游的大范围高真空低压区、主次流接触粘性剪切周长的增加、主次流有效接触裹挟面积的增加、混合扩压室与超音速喷嘴的有效配合等机理，使波瓣抽空器主流粘性裹挟次流介质的能力突破性地增强，所以超音速波瓣抽空器能够在同样主流流体质量流量下大大增加了引射的次流质量流量，或在同样的引射次流质量流量下大大减少了主流流体消耗量，即本质上具有高的引射系数和工作效率。

附图说明

图1代表本发明所述实施例的一种超音速波瓣喷嘴主视图的基本示意图。其中，图1中符号1表示喷嘴入口段，图1中符号2表示喷嘴喉部，图1中符号3表示喷嘴出口段，图1中符号4表示喷嘴出口段中切掉的三角形部分。

图2代表本发明所述实施例的安装有该超音速波瓣喷嘴的波瓣抽空器基本示意图。其中，图2中符号5表示主流流体管道入口段，图2中符号6表示波瓣喷嘴，图2中符号7表示吸入室，图2中符号8表示混合扩压室混合段，图2中符号9表示混合扩压室混合段入口部分，图2中符号10表示混合扩压室混合段收敛部分，图2中符号11表示混合扩压室喉部，图2中符号12表示混合扩压室扩压段，图2中符号13表示与吸入室相连的次流入口。

具体实施方式

图1和图2示出一种超音速波瓣喷嘴及安装有该超音速波瓣喷嘴的波瓣抽空器装置。将图1中波瓣喷嘴的3个部分：喷嘴入口段(图1中符号1)、喷嘴喉部(图1中符号2)、喷嘴出口段(图1中符号3)，依次连接，形成完整的超音速波瓣喷嘴结构。然后，将完整的超音速波瓣喷嘴(图2中符号6)安装在吸入室(图2中符号7)内，波瓣喷嘴入口段(图1中符号1)与主流流体(如水蒸汽、空气、工艺流体)管道入口段(图2中符号5)的接头采用焊接，或垫片密封加螺纹连接，或垫片密封加法兰连接，将工艺装置中需要被抽吸流体的工艺管道采用焊接，或垫片密封加螺纹连接，或垫片密封加法兰连接到次流入口(图2中符号13)，将混合扩压室扩压段出口(图2中符号12)与工艺装置中输送混合流体的工艺管道采用焊接，或垫片密封加螺纹连接，或垫片密封加法兰连接。

最后需要说明的是：上述各技术方案、设计分析方法和实施例只是本发明的实施方式而非限制，尽管参照较佳的实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域内的技术人员，在本发明公开的原理、技术方案、方法或应用等基础上，很容易做出各种类型的修改、变形或等同替换，而未脱离本发明原理、技术方案、方法或应用等的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种用于抽空的超音速波瓣喷嘴，该喷嘴包括3个部分：喷嘴入口段、喷嘴喉部、喷嘴出口段，这3个部分依次连接，形成完整的超音速波瓣喷嘴结构，所述喷嘴的入口段沿流动方向横截面积逐渐减小，其壁面型线是理想维托辛斯基型线母线轴对称收敛结构，并且喷嘴出口段为波瓣形结构，沿圆周方向呈非对称结构，喷嘴出口段的轴向长度L3＞0mm，AN1＝-30°～60°，AN2＝0°～60°，S3＝S4＝S5，其中，AN1为波瓣内扩张角，AN2为波瓣外扩张角，S3为喷嘴喉部终止横截面流通面积，S4为喷嘴出口段起始横截面流通面积，S5为喷嘴出口段终止横截面流通面积。

2.一种带有如权利要求1所述的超音速波瓣喷嘴的波瓣抽空器装置，其特征在于，由：1)主流流体管道入口段；2)超音速波瓣喷嘴；3)吸入室以及与吸入室相连的次流入口；4)混合扩压室组成，混合扩压室由：1)混合段；2)喉部；3)扩压段这3部分组成，超音速波瓣喷嘴安装在吸入室内，喷嘴出口横截面与混合扩压室的混合段入口横截面平行。