CN106391341A - 喷嘴及蒸汽引射器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷嘴及蒸汽引射器，所述喷嘴包括依次连接的入口管段(1)、过渡管段(2)和出口管段(3)，该出口管段(3)形成为沿入口到出口的方向内径渐增的锥形扩张管，其中，所述出口管段(3)的外周部包括沿周向依次交错形成的凸棱部(31)和凹棱部(32)，从而在所述出口管段(3)的任意横截面上，该出口管段(3)的内壁面的轮廓形成为沿周向方向凹凸相间的花瓣形。通过上述技术方案，横截面为花瓣形的喷嘴相比于圆形截面的喷嘴，在流通面积相同的情况下，具有更大的周长，增加了喷嘴内壁与流体的接触面积，可以增加出口处与其他流体的卷吸、混合效果，提高喷射系统，形成均匀度更好的混合流体。

Description

喷嘴及蒸汽引射器

技术领域

本发明涉及流体喷射领域，具体地，涉及一种喷嘴及蒸汽引射器。

背景技术

蒸汽喷射器利用高压蒸汽在拉瓦尔型工作喷嘴中形成的超音速低压射流卷吸二次流体，再经扩压减速后在出口形成中压混合蒸汽，常用于制备真空、流体混合、流体输送等，具有结构简单、运行维护方便的特点。

目前提高蒸汽喷射器性能的主要方法有：合理的喷射器结构尺寸设计，主要是混合段进口与出口的面积比、喉部面积比等。由于蒸汽喷射过程中存在激波，合理的结构尺寸能够控制激波位置和数量，提高两股蒸汽的混合效果，得到最大的喷射系数。目前相关技术领域都是圆锥筒形喷射器，即工作段截面为圆形。借助气体动力学原理对圆锥筒形喷射器两股蒸汽的轴向混合原理进行适当的宏观假设后，发现喷嘴喷射的高压蒸汽与引射蒸汽的混合效果并不能令人满意。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够提高与其他流体混合效果的喷嘴。

另外，本发明的目的还包括提供一种蒸汽引射器，该蒸汽引射器的喷嘴能够提高喷射的蒸汽与其他蒸汽的混合效果。

为了实现上述目的，本发明提供一种喷嘴，包括依次连接的入口管段、过渡管段和出口管段，该出口管段形成为沿入口到出口的方向内径渐增的锥形扩张管，其中，所述出口管段的外周部包括沿周向依次交错形成的凸棱部和凹棱部，从而在所述出口管段的任意横截面上，该出口管段的内壁面的轮廓形成为沿周向方向凹凸相间的花瓣形。

优选地，所述凸棱部与所述凹棱部的内壁面为平滑曲面，并且所述凸棱部与所述凹棱部的内壁面平滑过渡连接。

优选地，在所述出口管段的任意横截面中，所述凸棱部的内轮廓边和所述凹棱部的内轮廓边为圆弧线段，在所述凸棱部的圆弧线段与相邻的所述凹棱部的圆弧线段之间的连接处，相连的两个所述圆弧线段的切线重合。

优选地，所述凸棱部的圆弧线段与所述凹棱部的圆弧线段的半径和弧度相同。

优选地，在所述出口管段的任意横截面中，与该横截面的面积相等的基准圆的半径为R，所述凸棱部的圆弧线段和所述凹棱部的圆弧线段的连接点与所述出口管段的中心轴线的距离为r₁，所述凸棱部的圆弧线段和所述凹棱部的圆弧线段的总数分别为n，4≤n≤25，所述凸棱部的圆弧线段和所述凹棱部的圆弧线段的半径均为r₂且弧度均为α，π/n≤α≤π，则，

优选地，所述入口管段为内径恒定的直管结构，所述过渡管段为沿入口到出口的方向内径渐缩的锥形收缩管。

另外，本发明还提供了一种蒸汽引射器，其中，该蒸汽引射器包括具有中空管腔的主体管及根据以上方案所述的喷嘴，所述喷嘴的出口管段轴向地插入到所述主体管的后端部内。

优选地，所述主体管包括位于后部的接受管段，该接受管段内形成有接受腔，所述喷嘴的出口管段同轴地插入所述接受腔内。

优选地，所述蒸汽引射器包括低温引射蒸汽导入管，该低温引射蒸汽导入管沿径向插入所述接受腔内。

优选地，所述主体管包括内径渐缩混合管段、内径恒定的喉管段及内径渐增的扩压管段，所述接受管段、所述混合管段、所述喉管段及所述扩压管段依次连接。

通过上述技术方案，横截面为花瓣形的喷嘴相比于圆形截面的喷嘴，在流通面积相同的情况下，具有更大的周长，增加了喷嘴内壁面与流体的接触面积，可以增加出口处与其他流体的卷吸、混合效果，提高喷射系统，形成均匀度更好的混合流体。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的一种具体实施方式的喷嘴的结构示意图。

图2是图1所示喷嘴在出口管段的截面图。

图3是根据本发明的一种具体实施方式的蒸汽引射器的结构示意图。

附图标记说明

1 入口管段 2 过渡管段

3 出口管段 4 主体管

5 接受管段 6 低温引射蒸汽导入管

7 混合管段 8 喉管段

9 扩压管段 31 凸棱部

32 凹棱部

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种喷嘴，包括依次连接的入口管段1、过渡管段2和出口管段3，该出口管段3形成为沿入口到出口的方向内径渐增的锥形扩张管，其中，所述出口管段3的外周部包括沿周向依次交错形成的凸棱部31和凹棱部32，在所述出口管段3的任意横截面上，该出口管段3的内壁面的轮廓形成为沿周向方向凹凸相间的花瓣形。

凸棱部31和凹棱部32分别径向向外凸出、向内凹陷，从而在出口管段3的横截面中，凸棱部31和凹棱部32的内壁面轮廓线分别形成为外凸线段和内凹线段，形成凹凸相间的花瓣形状(例如，图2所示的形状)，与普通的圆形相比，在内部的截面积相同的情况下，花瓣形的截面具有更大的周长，增加了出口处流体与外部的接触空间，因此，当所述喷嘴用于蒸汽引射器时，通过该喷嘴喷射的高压蒸汽与引射蒸汽(相对地可以为低压)之间的卷吸、混合效果增强，提高了喷射系统。

此处需要说明的是，本发明的设计重点在于喷嘴的容纳流体通过的内部空腔的形状，凸棱部31和凹棱部32都是表示内壁面的形状，并不是对外部形状的限定，当然，通常所述喷嘴的管壁厚度极小甚至可以忽略，内外的形状一致。

凸棱部31和凹棱部32在任意横截面中形成的外凸线段和内凹线段可以为多种形状，从较为宽泛的意义上，横截面的轮廓可以为五角星、六角星等形状，也可以形成为多段抛物线连接形成的闭合曲线，或者直线线段与曲线组合形成的闭合形状等。

优选地，凸棱部31与凹棱部32的内壁面为平滑曲面，并且所述凸棱部31与所述凹棱部32的内壁面平滑过渡连接。此处，凸棱部31与凹棱部32并非限制为“棱角分明”的形状，而是在横截面中形成的曲线为平滑线，例如，抛物线、抛物线与直线的组合等，平滑线表示该线条在平面直角坐标系中的斜率连续变化，这有利于在流体在出口管段3的内壁面上更为平滑地实现转向，减少能量损失。

具体地，在所述出口管段3的任意横截面中，所述凸棱部31的内轮廓边和所述凹棱部32的内轮廓边为圆弧线段，在所述凸棱部31的圆弧线段与相邻的所述凹棱部32的圆弧线段之间的连接处，相连的两个所述圆弧线段的切线重合。相连的两个所述圆弧线段的切线重合，可以使得两个圆弧线段平滑连接，圆弧线段本身的斜率变化为连续，其切线即可体现其斜率，因此，两个圆弧线段的切线重合即在连接处斜率相同。当然，所述凸棱部31的内轮廓边和所述凹棱部32的内轮廓边也可以为以上所述的抛物线，并且在连接处的切线重合。

多个所述凸棱部31的圆弧线段或所述凹棱部32的圆弧线段可以各自具有相同的半径和弧度，但二者的半径和弧度可以不同，并且在此情况下，二者的连接处同样可以实现平滑地连接。优选地，所述凸棱部31的圆弧线段与所述凹棱部32的圆弧线段的半径和弧度相同。这样的结构更便于加工制作，并且出口管段3的横截面的内轮廓线变化波动较小。

进一步地，在所述出口管段3的任意横截面中，与该横截面的面积相等的基准圆的半径为R，所述凸棱部31的圆弧线段和所述凹棱部32的圆弧线段的连接点与所述出口管段3的中心轴线的距离为r₁，所述凸棱部31的圆弧线段和所述凹棱部32的圆弧线段的总数分别为n，4≤n≤25，所述凸棱部31的圆弧线段和所述凹棱部32的圆弧线段的半径均为r₂且弧度均为α，π/n≤α≤π，则，在制作本发明的喷嘴时，可以根据现有的圆形喷嘴的结构进行设计，例如根据蒸汽引射器的流体需求，当现有的圆形喷嘴满足流量需求时的半径为R时，可以根据以上所述的r₁和r₂和计算方法计算待制作的花瓣形喷嘴的尺寸参数，其中，花瓣数量即所述凸棱部31或所述凹棱部32的数量可以根据整体的尺寸进行选择，而每个圆弧段的弧度也需要进行特别地设计，可以根据基准圆的半径及花瓣数目进行设计。优选地，当n＝10且α＝2π/3时，与等面积的圆形喷嘴相比，花瓣形的喷嘴的周长增加了21.4％，有利于增强两种流体的混合效果。

所述入口管段1为内径恒定的直管结构，所述过渡管段2为沿入口到出口的方向内径渐缩的锥形收缩管。过渡管段2与出口管段3形成拉瓦尔形喷嘴，而入口管段1可以使得导入的流体形成直线流动。

另外，本发明提供了一种蒸汽引射器，其中，该蒸汽引射器包括具有中空管腔的主体管4及以上方案所述的喷嘴，所述喷嘴的出口管段3轴向地插入到所述主体管4的后端部内。主体管4用于容纳所述喷嘴的至少出口管段3插入，并且将所述喷嘴喷射的蒸汽与其他类型的蒸汽混合后喷射排出。

进一步地，所述主体管4包括位于后部的接受管段5，该接受管段5内形成有接受腔，所述喷嘴的出口管段3同轴地插入所述接受腔内。如图3所示，所述喷嘴的前端插入所述接受腔内，包括部分的入口管段1和过渡管段2。

另外，所述蒸汽引射器包括低温引射蒸汽导入管6，该低温引射蒸汽导入管6沿径向插入所述接受腔内。低温引射蒸汽导入管6用于提供低温低压的蒸汽，用于与所述喷嘴喷射的高温高压蒸汽在接受管段5的接受腔中混合形成中压蒸汽。

另外，所述主体管4包括内径渐缩混合管段7、内径恒定的喉管段8及内径渐增的扩压管段9，所述接受管段5、所述混合管段7、所述喉管段8及所述扩压管段9依次连接。所述混合管段7可以使得高压蒸汽与低压蒸汽地进一步混合，并且渐缩的混合管段7、喉管段8以及渐扩的扩压管段9形成拉瓦尔形喷管，可以在渐缩段和渐扩段对流体进行两次加速，获得高速流体。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种喷嘴，包括依次连接的入口管段(1)、过渡管段(2)和出口管段(3)，该出口管段(3)形成为沿入口到出口的方向内径渐增的锥形扩张管，其特征在于，所述出口管段(3)的外周部包括沿周向依次交错形成的凸棱部(31)和凹棱部(32)，从而在所述出口管段(3)的任意横截面上，该出口管段(3)的内壁面的轮廓形成为沿周向方向凹凸相间的花瓣形。

2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述凸棱部(31)与所述凹棱部(32)的内壁面为平滑曲面，并且所述凸棱部(31)与所述凹棱部(32)的内壁面平滑过渡连接。

3.根据权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，在所述出口管段(3)的任意横截面中，所述凸棱部(31)的内轮廓边和所述凹棱部(32)的内轮廓边为圆弧线段，在所述凸棱部(31)的圆弧线段与相邻的所述凹棱部(32)的圆弧线段之间的连接处，相连的两个所述圆弧线段的切线重合。

4.根据权利要求3所述的喷嘴，其特征在于，所述凸棱部(31)的圆弧线段与所述凹棱部(32)的圆弧线段的半径和弧度相同。

5.根据权利要求4所述的喷嘴，其特征在于，在所述出口管段(3)的任意横截面中，与该横截面的面积相等的基准圆的半径为R，所述凸棱部(31)的圆弧线段和所述凹棱部(32)的圆弧线段的连接点与所述出口管段(3)的中心轴线的距离为r₁，所述凸棱部(31)的圆弧线段和所述凹棱部(32)的圆弧线段的总数分别为n，4≤n≤25，所述凸棱部(31)的圆弧线段和所述凹棱部(32)的圆弧线段的半径均为r₂且弧度均为α，π/n≤α≤π，则，

$r_1=R\·\sqrt{\frac{\mathrm{\π}}{n\·sin\frac{\mathrm{\π}}{n}}},r_2=\frac{R}{sin\frac{\mathrm{\α}}{2}}\sqrt{\frac{\mathrm{\π}tan\frac{\mathrm{\π}}{2n}}{2n}}.$

6.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述入口管段(1)为内径恒定的直管结构，所述过渡管段(2)为沿入口到出口的方向内径渐缩的锥形收缩管。

7.一种蒸汽引射器，其特征在于，该蒸汽引射器包括具有中空管腔的主体管(4)及根据权利要求1-6中任意一项所述的喷嘴，所述喷嘴的出口管段(3)轴向地插入到所述主体管(4)的后端部内。

8.根据权利要求7所述的蒸汽引射器，其特征在于，所述主体管(4)包括位于后部的接受管段(5)，该接受管段(5)内形成有接受腔，所述喷嘴的出口管段(3)同轴地插入所述接受腔内。

9.根据权利要求8所述的蒸汽引射器，其特征在于，所述蒸汽引射器包括低温引射蒸汽导入管(6)，该低温引射蒸汽导入管(6)沿径向插入所述接受腔内。

10.根据权利要求8所述的蒸汽引射器，其特征在于，所述主体管(4)包括内径渐缩混合管段(7)、内径恒定的喉管段(8)及内径渐增的扩压管段(9)，所述接受管段(5)、所述混合管段(7)、所述喉管段(8)及所述扩压管段(9)依次连接。