CN113389759B - 一种引射装置 - Google Patents

Abstract

一种引射装置，涉及航空航天设备技术领域，包括相对设置的第一壳体和第二壳体，第一壳体和第二壳体之间的间隙形成扩压通道；相对设置的第一喷射体和第二喷射体，第一喷射体设置在第一壳体内，第二喷射体设置在第二壳体内，第一喷射体和第二喷射体之间的间隙形成射流通道；轴向调节机构，设置在第一壳体上或者第二壳体上，通过带动第一壳体或者第二壳体沿轴向的移动，从而调整扩压通道和射流通道的大小。本发明的引射装置，引射通道面积通过调节板间缝隙，使引射流量在一定范围变化，结构紧凑，引射效率高，且便于制造加工，安装方便。

Description

一种引射装置

技术领域

本发明涉及航空航天设备技术领域，具体涉及一种引射装置。

背景技术

引射器是一种高压工作气流和低压引射气流混合增压的流体机械，同时具有抽真空的作用；不同结构的引射器，在航空航天、军事国防和国民工业等领域得到广泛应用。以气体为介质的超声速引射器，具有结构简单，体积小，调节方便等优点，特别是以氢气为工作介质的引射器，逐步进入实用化阶段。

对于现有类型的引射器，尽管结构较简单，但是，引射气流通道的孔径较大时，横向掺混距离或面积增大，其引射混合、扩压管道内的流场及其复杂，引射效率低；另一个极端是，在低功率负载下引射效果不佳，一些不明现象存在相互作用和干扰，大大降低引射器效率。

多年来，如何进行引射系统的优化，提高引射效率，减少轴线方向上的长度尺寸，提出多种引射器设计思路，例如，阵列式引射系统，提出用多台引射器的入口和出口分别并联在一起，组成并联系统，但是这种方式，集成度差，导致各台引射器入口的被引射气流，以及出口的排气反压相互干扰，流量衔接控制困难。

由此看出，现有的引射装置需要解决提高引射效率，减少轴线上的长度尺寸，优化引射系统等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑易于调节,能改变引射流量，便于加工制造的引射装置，包括：

相对设置的第一壳体和第二壳体，所述第一壳体和所述第二壳体之间的间隙形成扩压通道；

相对设置的第一喷射体和第二喷射体，所述第一喷射体设置在所述第一壳体内，所述第二喷射体设置在所述第二壳体内，所述第一喷射体和所述第二喷射体之间的间隙形成射流通道；

轴向调节机构，设置在所述第一壳体上或者所述第二壳体上，通过带动所述第一壳体或者所述第二壳体沿轴向的移动，从而调整所述扩压通道和所述射流通道的大小。

优选地，所述轴向调节机构包括驱动组件和固定件，所述驱动组件驱动所述第一壳体或者所述第二壳体沿轴向往复移动；

所述固定件设置在所述第一壳体和所述第二壳体的边缘，包括导向螺栓和锁紧螺母，所述导向螺栓穿过所述第一壳体和所述第二壳体，并通过所述锁紧螺母将所述导向螺栓固定在所述第一壳体和所述第二壳体上，以固定所述扩压通道间距的大小。

优选地，所述第一壳体和所述第二壳体均设置有多个螺纹孔，其中，所述第一壳体上的螺纹孔与所述第二壳体上的螺纹孔相匹配；或者，

所述第一壳体和所述第二壳体中的一个设置有多个螺纹孔，另外一个设置有多个光孔，其中，所述螺纹孔与所述光孔相匹配。

优选地，所述第一壳体和所述第二壳体均为盘形体零件，所述盘形体具有依次连接的盘底、锥形状的颈部和盘沿，所述盘沿为光滑平面，所述第一壳体和所述第二壳体的盘沿平行相对设置，两个所述盘沿之间的缝隙形成所述扩压通道；

所述第一喷射体和所述第二喷射体分别同轴套设在所述第一壳体的颈部内腔和所述第二壳体颈部内腔，且所述第一喷射体和所述第二喷射体的外壁与颈部内腔形成低压气体腔室，所述颈部的壁面上设有低压气体入口，用于导入低压气体，其中所述低压气体腔室与所述扩压通道之间连通。

优选地，所述第一喷射体和所述第二喷射体均具有开口的筒体，且其中一个所述筒体与高压气体管接头连通，所述筒体一端与壳体固定，另一端沿径向向边缘方向延伸出环形边沿，所述环形边沿表面具有依次连接的弧形凸起段、平直段和倾斜段，所述第一喷射体和所述第二喷射体的环形边沿相对设置，两个所述环形边沿之间的缝隙形成所述射流通道。

优选地，所述驱动组件包括移动机构和转接头，所述转接头一端与所述驱动机构连接，另一端与所述第一壳体连接。

优选地，所述第二壳体的盘底设有通气孔，所述通气孔与所述第二喷射体和高压气体管接头连通。

优选地，所述第二喷射体的筒径与所述高压气体管接头的管径相同。

优选地，还包括引射管，所述引射管分别设置在所述第一壳体和所述第二壳体的颈部位置，与所述低压气体入口连通。

优选地，所述扩压通道的面积为流通面积，所述射流通道的面积为喷射面积，所述流通面积/所述喷射面积为调节面积比ε，ε范围为：6≤ε≤10。

本发明实施例的技术方案，具有如下优点：

1.本发明实施例提供的引射装置，包括相对设置的第一壳体和第二壳体，且第一壳体和第二壳体内分别安装有第一喷射体和第二喷射体，其中，第一壳体和第二壳体之间的间隙形成扩压通道，第一喷射体和第二喷射体之间的间隙形成射流通道，这样的设计有效地减小引射器的整体尺寸，系统紧凑；进一步地，第一壳体或第二壳体上设有轴向调节组件，可以带动第一壳体或第二壳体沿轴向往复移动，以调节第一壳体或第二壳体之间的扩压通道，由于，喷射体安装于壳体内，所以，调节扩压通道的同时，射流通道也发生变化， 采用这种调节间隙的办法，容易实现流量控制，提高效率。

2.本发明实施例提供的引射装置，轴向调节组件采用驱动组件和固定件配合的设计，其中，驱动组件主要用于驱动壳体的移动，固定组件用来固定两个壳体之间的间隙，结构简单易实现。

3.本发明实施例提供的引射装置，第一壳体和第二壳体，第一喷射体和第二喷射体均采用回转体零件，不仅易于加工，安装时采用对称组装的方式使得气流引射时受力均匀，平稳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中引射装置的一个具体示例的结构示意图；

图2为本发明实施例1中第二壳体和第二喷射体装配的一个具体示例的结构示意图；

图3为本发明实施例1中第二壳体的一个具体示例的正视剖视结构示意图；

图4为本发明实施例1中第二壳体的一个具体示例的俯视结构示意图；

图5为本发明实施例1中第一喷射体的一个具体示例的正视剖视结构示意图；

图6为本发明实施例1中第一喷射体的一个具体示例的俯视结构示意图；

图7为本发明实施例1中转接头的一个具体示例的结构示意图；

图8为本发明实施例1中导向螺栓的一个具体示例的结构示意图；

图9为本发明实施例1中高压气体管接头的一个具体示例的结构示意图；

图10为本发明实施例1中引射管的一个具体示例的结构示意图；

图11为本发明实施例2中燃料电池氢气引射装置的应用一个具体示例的结构示意图；

附图标记：

11-第一壳体，12-第二壳体，21-第一喷射体，22-第二喷射体，3-引射管，4-转接头，5-导向螺栓，6-高压气体管接头，7-低压气体入口，8-通气孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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，本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其他组合的存在或增加。术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。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，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。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，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本发明实施例提供一种引射装置，如图1-10所示，包括：相对设置的第一壳体11和第二壳体12，第一壳体11和第二壳体12之间的间隙形成扩压通道；相对设置的第一喷射体21和第二喷射体22，第一喷射体21设置在第一壳体11内，第二喷射体22设置在第二壳体12内，第一喷射体21和第二喷射体22之间的间隙形成射流通道；轴向调节机构，设置在第一壳体11上或者第二壳体12上，通过带动第一壳体11或者第二壳体12沿轴向的移动，从而调整扩压通道和射流通道的大小。

本实施例中，如图1所示，第一壳体11和第二壳体12以上下相对设置的方式组装，且第一喷射体21和第二喷射体22分别固定安装于第一壳体11和第二壳体12内，且上下相对设置，这样结构紧凑，有利于减少整体装置的尺寸，扩压通道和射流通道都设置在壳体的径向方向上，通道大小调节起来方便；进一步地，轴向调节机构设置在第一壳体11上或者第二壳体12上，以设置在第一壳体11上为例进行说明，第一壳体11在轴向调节机构的带动下沿轴向方向向上或者向下移动，从而使第一壳体11和第二壳体12之间的间隙即扩压通道大小发生变化；又由于，第一喷射体21和第二喷射体22分别固定于第一壳体11和第二壳体12内，第一壳体11上下移动的同时，带动第一喷射体21产生上下移动，从而引起射流通道的大小发生变化；这样的结构只需要控制轴向调节机构的参数就能同时调整扩压通道和射流通道同时在一定范围发生变化，从而适应引射流量的变化，不仅易于操作，而且有助于提高引射器效率。

优选地，轴向调节机构包括驱动组件和固定件，驱动组件驱动第一壳体11或者第二壳体12沿轴向往复移动；固定件设置在第一壳体11和第二壳体12的边缘，包括导向螺栓5和锁紧螺母，导向螺栓5穿过第一壳体11和第二壳体12，并通过锁紧螺母将导向螺栓5固定在第一壳体11和第二壳体12上，以固定扩压通道间距的大小。

优选地，第一壳体11和第二壳体12均设置有多个螺纹孔，其中，第一壳体11上的螺纹孔与第二壳体12上的螺纹孔相匹配；或者，第一壳体11和第二壳体12中的一个设置有多个螺纹孔，另外一个设置有多个光孔，其中，螺纹孔与光孔相匹配。

本发明实施例中，驱动组件用来调节第一壳体11和第二壳体12之间的间隙，导向螺栓5和锁紧螺母配合用来固定调整之后的间隙，对扩压通道起紧固作用。具体地，一个实施例中，第一壳体11和第二壳体12均设有螺纹孔，调整好间隙后，导向螺栓5穿过第一壳体11和第二壳体12的螺纹孔，并通过锁紧螺母固定在壳体上；另一个实施例中，第一壳体11上设有螺纹孔，第二壳体12上设有光孔，调整好间隙后，导向螺栓5穿过第一壳体11上的螺纹孔和第二壳体12上的光孔，并通过锁紧螺母固定在壳体上，这样起到紧固作用的同时可以节省加工成本，其中，如图8所示，导向螺栓5加工成一端车螺纹，另外一端为光杆，两端有锁紧螺母进行限位，有螺纹一端固定在上壳体上，光杆的一端可在壳体的光孔内滑动，本实施例中导向螺栓5直径为M22，光孔直径为22mm；与这个实施例相似，第一壳体11上设有光孔，第二壳体12上设有螺纹孔，调整好间隙后，导向螺栓5穿过第一壳体11上的光孔和第二壳体12上的螺纹孔，并通过锁紧螺母固定在壳体上。具体地，在本实施例中，导向螺栓5的数量为4个，螺纹孔和光孔的数量相应的也为4个。固定件采用螺纹连接的方式，其连接结构简单、可靠、而且装拆方便。

优选地，如图1-4所示，第一壳体11和第二壳体12均为盘形体零件，盘形体具有依次连接的盘底、锥形状的颈部和盘沿，盘沿为光滑平面，第一壳体11和第二壳体12的盘沿平行相对设置，两个盘沿之间的缝隙形成扩压通道；第一喷射体21和第二喷射体22分别同轴套设在第一壳体11的颈部内腔和第二壳体12颈部内腔，且第一喷射体21和第二喷射体22的外壁与颈部内腔形成低压气体腔室，颈部的壁面上设有低压气体入口7，用于导入低压气体，其中低压气体腔室与扩压通道之间连通。

本发明实施例中，壳体设计为盘形，总体结构紧凑，盘沿为光滑平面，可以使得扩压过程更加均匀、平稳，且压力损失较小。进一步地，壳体的颈部呈锥形状，相对于直筒型，可以使壳体具有较大空腔部位，以便为低压气体提供更多的容纳空间，低压气体腔室与扩压通道之间连通以便于低压气体进入扩压通道与高压气体进行混合。

优选地，如图1-6所示，第一喷射体21和第二喷射体22均具有开口的筒体，且其中一个筒体与高压气体管接头6连通，筒体一端与壳体固定，另一端沿径向向边缘方向延伸出环形边沿，环形边沿表面具有依次连接的弧形凸起段、平直段和倾斜段，第一喷射体21和第二喷射体22的环形边沿相对设置，两个环形边沿之间的缝隙形成射流通道。

本发明实施例中，需要说明的是，第一喷射体21和第二喷射体22形状尺寸相同，这样便于加工和更换，具体地，两者皆为回转体零件，且均具有筒体，这样当喷射体引射气体时，受力较为均匀。第一喷射体21和第二喷射体22的筒体分别与第一壳体11和第二壳体12固定，具体地，筒体的一端固定在壳体的底部上，并通过O型圈密封，使用螺钉紧固连接。射流装置工作时，高压气体经筒体进入射流通道，进一步地，根据气流膨胀的设计原理，气流在直径r最小的两板间隙，形成临界截面，即超声速缝隙喉道，随着径向距离增加，面积增大，气流膨胀加速，在最大径向距离时，直径为R，速度达到一定的Ma数，即为喷管的设计速度，其中1.5≤Ma≤4。因此需要控制喷射体环形边沿的径向距离的加工尺寸，以来获得需要的Ma数，在本实施例中，环形边沿表面具有依次连接的弧形凸起段、平直段和倾斜段，第一喷射体21和第二喷射体22的环形边沿相对设置，其中两个弧形凸起段之间形成射流通道横截面积最小即喉道段，两个平直段之间形成横截面积最大的射流通道的等值段，两个倾斜段之间形成射流通道的出口，在本实施例中，径向R/r=4，Ma=2.94。气流随着径向距离增大，流通面积增大，气体膨胀，气流由亚声速逐渐加速到超声速，在射流通道的出口达到一定的Ma数， 然后进入扩压通道，并吸入低压气体腔室中的低压气体，进行混合，混合气流在扩压通道中进一步减速扩压，排出引射装置。

进一步地，根据设计要求，第一壳体11的盘沿与第一喷射体21的环形边沿两个平面之间的距离为s，装配时s可以在一定范围内变化。本实施例为距离s=0，即两者在一个平面上；对应地，如图2所示，第二壳体12的盘沿与第二喷射体22的环形边沿两个平面之间的距离为s，装配时s可以在一定范围内变化。本实施例为距离s=0，即两者在一个平面上。

优选地，如图1和7所示，驱动组件包括移动机构和转接头4，转接头4一端与驱动机构连接，另一端与第一壳体11连接。

本发明实施例中，移动机构为减速电机和丝杆螺母装置，本实施例中未画出，转接头4一端与丝杆螺母装置连接，另一端与第一壳体11连接，使用转接头4安装更方便，电机驱动丝杆螺母装置和转接头4带动第一壳体11沿轴向往复移动以调整扩压通道的大小。进一步地，为了方便安装，转接头4的连接端设计为法兰盘的形式。

优选地，如图1和9所示，第二壳体12的盘底设有通气孔8，通气孔8与第二喷射体22和高压气体管接头6连通。

优选地，第二喷射体22的筒径与高压气体管接头6的管径相同。

本发明实施例中，通气孔8为高压气体入口，进一步地，第二喷射体22的筒径与高压气体管接头6的管径相同，这样有利于气流由高压气体管接头6进入第二喷射体22时保持平稳。其中，高压气体管的口径大小与来流的流量匹配，以较均匀的速度和较低湍流度，进入引射装置的供气管。在本实施例中，管道内径DN30。

优选地，如图1和10所示，还包括引射管3，引射管3分别设置在第一壳体11和第二壳体12的颈部位置，与低压气体入口7连通。

本发明实施例中，如图10所示，引射管3一端设有法兰盘，引射管3通过法兰盘和内六角螺栓安装在第一壳体11和第二壳体12上，本实施例中，引射气体管内径为20mm。

优选地，扩压通道的面积为流通面积，射流通道的面积为喷射面积，流通面积/喷射面积为调节面积比ε，ε范围为：6≤ε≤10。

本发明实施例中，调节引射装置时，由于扩压通道和射流通道同时变化，而引射面积比不变，在工作气体压力不变的情况下，引射系数不变，这样就能够在流量大范围变化时，引射装置维持高性能。

实施例2

在本实施例中，以氢燃料电池引射装置的具体应用来更好的说明本发明的原理，如图11所示，用序号①~⑥来指示气体的循环回路节点，具体地，①代表高压气体入口，②代表引射气体入口，③代表混合气体出口，④代表轴向调节机构，⑤代表燃料电池排气口，⑥代表燃料电池气体入口，工作时，高压氢气由①进入引射装置，通过膨胀加速产生低压环境，⑤产生的低压气体由②进入引射装置后混合增压，然后经③排出，形成一定压力的氢气重新进入⑥，引射装置中的第二壳体组件固定在箱体上，通过④移动第一壳体组件，改变引射装置扩压通道和射流通道的大小，以实现流量的调节。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种引射装置，其特征在于，包括：

相对设置的第一壳体（11）和第二壳体（12），所述第一壳体（11）和所述第二壳体（12）之间的间隙形成扩压通道；

相对设置的第一喷射体（21）和第二喷射体（22），所述第一喷射体（21）设置在所述第一壳体（11）内，所述第二喷射体（22）设置在所述第二壳体（12）内，所述第一喷射体（21）和所述第二喷射体（22）之间的间隙形成射流通道；

轴向调节机构，设置在所述第一壳体（11）上或者所述第二壳体（12）上，通过带动所述第一壳体（11）或者所述第二壳体（12）沿轴向的移动，从而调整所述扩压通道和所述射流通道的大小。

2.根据权利要求1所述的引射装置，其特征在于，所述轴向调节机构包括驱动组件和固定件，所述驱动组件驱动所述第一壳体（11）或者所述第二壳体（12）沿轴向往复移动；

所述固定件设置在所述第一壳体（11）和所述第二壳体（12）的边缘，包括导向螺栓（5）和锁紧螺母，所述导向螺栓（5）穿过所述第一壳体（11）和所述第二壳体（12），并通过所述锁紧螺母将所述导向螺栓（5）固定在所述第一壳体（11）和所述第二壳体（12）上，以固定所述扩压通道间距的大小。

3.根据权利要求2所述的引射装置，其特征在于，所述第一壳体（11）和所述第二壳体（12）均设置有多个螺纹孔，其中，所述第一壳体（11）上的螺纹孔与所述第二壳体（12）上的螺纹孔相匹配；或者，

所述第一壳体（11）和所述第二壳体（12）中的一个设置有多个螺纹孔，另外一个设置有多个光孔，其中，所述螺纹孔与所述光孔相匹配。

4.根据权利要求3所述的引射装置，其特征在于，所述第一壳体（11）和所述第二壳体（12）均为盘形体零件，所述盘形体具有依次连接的盘底、锥形状的颈部和盘沿，所述盘沿为光滑平面，所述第一壳体（11）和所述第二壳体（12）的盘沿平行相对设置，两个所述盘沿之间的缝隙形成所述扩压通道；

所述第一喷射体（21）和所述第二喷射体（22）分别同轴套设在所述第一壳体（11）的颈部内腔和所述第二壳体（12）颈部内腔，且所述第一喷射体（21）和所述第二喷射体（22）的外壁与颈部内腔形成低压气体腔室，所述颈部的壁面上设有低压气体入口（7），用于导入低压气体，其中所述低压气体腔室与所述扩压通道之间连通。

5.根据权利要求4所述的引射装置，其特征在于，所述第一喷射体（21）和所述第二喷射体（22）均具有开口的筒体，且其中一个所述筒体与高压气体管接头（6）连通，所述筒体一端与壳体固定，另一端沿径向向边缘方向延伸出环形边沿，所述环形边沿表面具有依次连接的弧形凸起段、平直段和倾斜段，所述第一喷射体（21）和所述第二喷射体（22）的环形边沿相对设置，两个所述环形边沿之间的缝隙形成所述射流通道。

6.根据权利要求5所述的引射装置，其特征在于，所述驱动组件包括移动机构和转接头（4），所述转接头（4）一端与所述驱动机构连接，另一端与所述第一壳体（11）连接。

7.根据权利要求6所述的引射装置，其特征在于，所述第二壳体（12）的盘底设有通气孔（8），所述通气孔（8）与所述第二喷射体（22）和高压气体管接头（6）连通。

8.根据权利要求7所述的引射装置，其特征在于，所述第二喷射体（22）的筒径与所述高压气体管接头（6）的管径相同。

9.根据权利要求8所述的引射装置，其特征在于，还包括引射管（3），所述引射管（3）分别设置在所述第一壳体（11）和所述第二壳体（12）的颈部位置，与所述低压气体入口（7）连通。

10.根据权利要求1所述的引射装置，其特征在于，所述扩压通道的面积为流通面积，所述射流通道的面积为喷射面积，所述流通面积/所述喷射面积为调节面积比ε，ε范围为：6≤ε≤10。

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