CN113614386B - 射流泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种射流泵(10)，包括用于加速一推进剂的一射流喷嘴(14)，其中所述射流喷嘴(14)具有一收敛入口部分(28)及连接到所述收敛入口部分(28)的一出口部分(26)，其中所述出口部分(26)包括一内壁(38)并且以一开口角度(16)发散，其中根据本发明，所述开口角度(16)设计成使以亚音速流过所述出口部分(26)的一推进剂从所述内壁(38)中释放，并且使以超音速流过所述出口部分(26)的一推进剂通过所述内壁(38)来引导。因此，本发明提供一个自动化、具有成本效益及简单改变至不同压力比率的所述射流泵(10)。

Description

射流泵

技术领域

本发明涉及一种射流泵，包括用于加速一推进剂的一射流喷嘴，其中所述射流喷嘴具有一收敛入口部分及连接到所述收敛入口部分的一出口部分，其中所述出口部分一内部空间，所述内部空间包括由一内壁围绕并以一开口角度发散。

背景技术

数个射流泵使用包含一推进剂的一流体射流，以吸入及加速一吸入介质。所述抽吸作用是由流过所述吸入介质的所述推进剂所引起，其中，当所述推进剂的流速足够高时，所述吸入介质也是由所述推进剂所携带。为了加速一推进剂，所述推进剂在压力下被引导而通过一喷嘴，从而加速所述推进剂。如果所述吸入压力及所述推进剂压力具有一亚临界压力关系，一收敛喷嘴则用以加速所述射流泵中的所述推进剂。在超临界压力关系的情况下，一收敛/发散喷嘴(即所谓的拉瓦尔喷嘴(Laval nozzle))用以进一步加速在所述拉瓦尔喷嘴的所述收敛部分中已经加速到音速的所述推进剂。由于所述拉瓦尔喷嘴的所述发散部分是作为所述推进剂的一扩散器，携带有以亚音速流动的所述推进剂的所述拉瓦尔喷嘴将导致流速减慢。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种改良的射流泵，所述改良的射流泵能够在亚临界及超临界压力关系下操作。

本发明涉及一种射流泵，包括用于加速一推进剂的一射流喷嘴，其中所述射流喷嘴具有一收敛入口部分及连接到所述收敛入口部分的一出口部分，其中所述出口部分包括一内部空间，所述内部空间由一内壁围绕并且以一开口角度发散，其中根据本发明的规定，所述开口角度构造成使以亚音速流过所述出口部分的一推进剂从所述内壁中释放，并且使以超音速流过所述出口部分的推进剂由通过所述内壁来引导。

本发明提供一种具有一射流喷嘴的射流泵，所述射流喷嘴的收敛入口部分加速流过所述收敛入口部分的一推进剂，其中所述推进剂在流过所述入口部分之前以亚音速流动。如果在流过所述入口部分及加速的所述推进剂之后继续具有亚音速，所述推进剂也以亚音速流过所述出口部分。在这种情况下，所述射流喷嘴的所述出口部分具有一发散的内壁，也就是说，所述出口部分的横截面从所述收敛入口部分处增加。在这种情况下，所述射流喷嘴可以为一特殊构造的拉瓦尔喷嘴(specially constructed Laval nozzle)。在这种情况下，所述发散的内壁的所述开口角度大到使以亚音速流动通过所述出口部分的所述推进剂从所述出口部分的所述内壁中释放。因此，所述射流喷嘴的所述出口部分对于以亚音速流动的所述推进剂不作为一扩散器，从而在流过所述出口部分时不会导致所述推进剂的速度减慢。相反地，只有所述射流喷嘴的所述收敛入口部分作用于以亚音速流动的所述推进剂。所述射流喷嘴的所述收敛入口部分对于以亚音速流动的所述推进剂作为一收敛喷嘴。如果所述推进剂被所述收敛入口部分加速到音速，所述推进剂会被所述出口部分的所述发散的内部空间进一步加速。在这种情况下，所述推进剂由所述出口部分的所述发散的内壁来引导，因为在这种情况下所述推进剂没有从所述内壁中释放。在这种情况下，所述出口部分用作以超音速流动的所述推进剂的一喷嘴，并且进一步加速所述推进剂。因此，所述射流喷嘴做为以超音速流动的推进剂的一拉瓦尔喷嘴。

因此，本发明提供一种射流泵，所述射流泵在数个亚临界压力条件及数个超临界压力条件下皆可与一单一射流喷嘴一起操作，所述数个亚临界压力条件亦即指当所述推进剂处于亚音速产生所述抽吸作用时，所述数个超临界压力条件亦即指当所述推进剂处于超音速产生所述抽吸作用时。在这种情况下，所述出口部分对所述流动的推进剂的作用是由所述内壁的所述开口角度来自动调节。因此，作为本发明的结果，提供了一种自动化、具有成本效益及简单切换至不同压力关系的所述射流泵。

所述出口部分的所述内壁可构造成使流过所述出口部分的所述推进剂在从超音速到亚音速的一转变期间从所述内壁中释放。换句话说，所述出口部分的所述内壁可构造成使流过所述出口部分的所述推进剂在从一超临界压力关系到一亚临界压力关系的一转变期间从所述内壁中释放。

因此，所述射流泵的操作期间的压力可以从所述超临界压力关系改变成所述亚临界压力关系，其中在切换操作期间防止压力冲击。这带来了所述射流泵的应用范围的一额外扩展。

此外，所述出口部分的所述内壁可构造成使从亚音速到超音速的一转变期间流过所述出口部分的所述推进剂靠着所述内壁来定位(position)，并且通过所述内壁来引导。换句话说，所述出口部分的所述内壁可构造成使流过所述出口部分的所述推进剂在从亚临界压力关系到超临界压力关系的一转变期间靠着所述内壁来定位(position)，并且通过所述内壁来引导。

因此，可以进行从亚临界压力关系到超临界压力关系的一无摩擦转变。这进一步扩大了所述射流泵的应用范围。

此外，所述推进剂的一推进剂压力与所述出口部分处的一吸入压力的一压力关系可为1.05及5之间，优选地为1.1及2.5之间。

因此，所述射流泵可在一宽压力范围内操作，其中与一期望吸入压力相比的一压力关系可为亚临界或超临界的。

因此，在所述推进剂以亚音速流动的一低压关系及所述推进剂以超音速流动的一高压关系下，为所述射流泵的操作提供了一足够的吸入压力。

因此，所述射流泵具有可在其中操作的亚临界及超临界操作范围。因此，所述射流泵可在一广泛的应用范围内操作。

有利地，所述开口角度大于7°。

所述开口角度大于7°时，进一步促进以亚音速流过所述出口部分的所述推进剂从所述内壁中释放。因此，防止了以亚音速流过所述出口部分的所述推进剂黏附到所述出口部分的所述内壁。

附图说明

本发明的其他特征、细节及优点将从权利要求的用词中理解，以及从参考所附图式的数个实施例的以下叙述中理解，其中：

图1是射流泵的示意图，

图2a、b是射流喷嘴的数个示意图，以及

图3a、b是出口部分的数个范例的数个示意图。

具体实施方式

图1是一射流泵的示意性剖视图，其中所述射流泵于整体上以元件符号10表示。

射流泵10具有一推进剂罐12、一喷嘴14、一吸入介质罐18、一混合室20及一扩散器22。

所述推进剂设置于所述推进剂罐12中。在这种情况下，所述推进剂可以是一可压缩的推进剂。所述推进剂可以在所述推进剂罐12中以一压力作用或在一压力下储存在所述推进剂罐12中。所述压力关系可以例如为1.05及5之间，优选地为1.1及2.5之间。在这个推进剂压力下，所述推进剂在所述射流泵10的操作期间从所述推进剂罐12流向所述喷嘴14。这可由箭头30表示。

在这种情况下，所述推进剂喷嘴14具有一收敛入口部分28及一出口部分26，所述出口部分26具有一发散内部空间40。所述出口部分26及所述收敛入口部分28彼此连接。所述收敛入口部分28与所述出口部分26的连接位置具有所述喷嘴14的最小横截面。

所述收敛入口部分28具有一逐渐变细的横截面(cross section which tapers)。所述推进剂最初流入具有一大横截面的所述收敛入口部分28的一区域。由于所述收敛入口部分28的所述横截面逐渐变细，流过所述收敛入口部分28的所述推进剂则被加速。

取决于所述推进剂压力，当所述推进剂流过所述收敛入口部分28时，所述推进剂通过所述收敛入口部分28而加速到亚音速或音速。

所述出口部分26邻接所述收敛入口部分28的所述逐渐变细的端(tapered end)。在这种情况下，所述出口部分26包括一内壁38，所述内壁38横向地围绕所述内部空间40。在这种情况下，于一实施例中，所述内壁38可以一圆锥形覆盖面(conical covering face)的方式来围绕所述内部空间40(如图3a所绘示)。于另一实施例中，所述内壁38可以具有一钟形形状的覆盖面(covering face having a bell-like shape)的方式来围绕所述内部空间40(如图3b所绘示)。

在这种情况下，所述内部空间40具有一入口开口，所述入口开口连接到所述收敛入口部分28的所述出口开口。此外，所述内部空间40具有一出口开口，所述出口开口大于所述内部空间40的所述入口开口。所述内壁38在所述内部空间40的所述入口开口及所述出口开口之间延伸。在这种情况下，所述内部空间40以一发散方式构造并且以一开口角度16发散。根据所述内部空间40的所述入口开口处的最窄横截面，所述内壁38直接地定义出所述开口角度16。在这种情况下，所述内壁38的所述开口角度16可以随着与所述入口开口的距离增加而改变。

在这种情况下，所述开口角度16选择为使以亚音速流过所述出口部分26的一推进剂从所述内壁38中释放，并且使以超音速流过所述出口部分26的一推进剂通过所述内壁来引导38。也就是说，所述内壁38不影响以亚音速流过所述出口部分26的一推进剂。相反地，以亚音速流动的所述推进剂从所述内壁38中释放，并且作为从所述收敛入口部分28的所述出口开口通过所述出口部分26并流出所述喷嘴14的一射流。

所述开口角度16进一步选择为使以超音速流过所述出口部分26的一推进剂由所述内壁38来引导。在这种情况下，流过所述出口部分26的所述推进剂的膨胀(垂直于所述流动方向)是由所述内壁38所限制。因此，所述推进剂的所述流动的一外部区域则沿着所述内壁38流动。

在这种情况下，所述开口角度16可以为至少7°。所述开口角度16的一上限可以例如为8°及45°之间。

由于垂直于所述流动方向并受所述内壁38所限制的膨胀，所述推进剂进一步加速并以增加的超音速从所述出口部分26流出。

在离开所述出口部分26之后，所述推进剂流过所述吸入介质罐18的一开口并产生一吸入压力。

所述吸入介质也被流过所述吸入介质罐18的所述推进剂所携带及加速。所述推进剂及所述吸入介质则因此到达所述混合室20。在所述推进剂及所述吸入介质流过所述混合室20的同时，所述推进剂及所述吸入介质混合在一起。

所述混合室20与所述扩散器22邻接，所述推进剂及与其混合的所述吸入介质在所述扩散器中则被减速。所述扩散器22包括一出口开口24。所述推进剂及所述吸入介质可以通过所述出口开口24流出所述射流泵。

图2a及2b是通过所述射流喷嘴14的示意性横截面，其中所述推进剂通过所述射流喷嘴14的所述流动是由数个流线32、34表示。

在这种情况下，图2a中的所述推进剂通过所述收敛入口部分28加速到音速。于所述收敛入口部分28中，这是由所述数个合并流线32表示。已加速到音速的所述推进剂从所述收敛入口部分28流入所述出口部分26。于出口部分26中，所述数个流线32相对于彼此发散。在这种情况下，所述数个外流线32沿着所述内壁38延伸，由此代表的是，所述推进剂沿着所述内壁38而引导通过所述内部空间40。在这种情况下，所述推进剂被膨胀，并且速度因此进一步达到超音速。

于图2b中，所述推进剂也通过所述收敛入口部分28而加速，但所述推进剂的速度保持低于音速。所述推进剂因此以亚音速流出所述收敛入口部分28。所述数个流线34在所述收敛入口部分28中被压缩。

由于所述发散内壁38的所述开口角度16选择为以亚音速流动的一推进剂从所述发散内壁38中释放，因此所述推进剂在所述出口部分26中不膨胀，而是作为流过所述出口部分26的一自由射流。这是由所述出口部分26中的所述数个流线34所绘示出，所述数个流线34基本上彼此平行地延伸。所述自由射流在所述出口部分26中具有一几乎恒定的宽度36。

因此，所述出口部分26中的所述推进剂的所述亚音速流动的所述宽度36小于由所述内壁38横向界定的所述内部空间40的一净宽度，其中所述净宽度由于所述发散内壁38而增加。

因此，所述内壁38则避免用作对于以亚音速流动的所述推进剂的一扩散器，且所述推进剂被所述出口部分26制动(braked)。

所述收敛入口部分28中的所述推进剂的压力可在操作期间增加或减少。在这种情况下，所述出口部分26的所述内壁38构造成使流过所述出口部分26的所述推进剂在从超临界压力关系到亚临界压力关系的一转变期间从所述内壁38中释放。相反地，流过所述出口部分26的所述推进剂在从亚临界压力关系到超临界压力关系的一转变期间靠着所述内壁38来定位(position)，并且通过所述内壁38来引导。

这意味着所述出口部分26中的所述推进剂的速度可以在超音速及亚音速之间变化，而不会中断所述射流泵10的操作。因此，所述射流泵10可以在超临界压力关系及亚临界压力关系时进行操作。

在这种情况下，在0.98帕的一吸入压力及1.1帕的一推进剂压力下，所述推进剂以亚音速流过所述出口部分26的一亚临界压力关系可以被调整，其中所述流动的推进剂从所述内壁38中释放。

在0.98帕的一吸入压力及2.5帕的一推进剂压力下，所述推进剂以超音速流过所述出口部分26的一超临界压力关系因此可以被调整，其中所述流动的推进剂由所述内壁38来引导。

本发明不限于上述数个实施例的一个，而是可以多种方式修改。

从权利要求、说明书及所附图式得出的所有数个特征及数个优点，包括数个结构细节、数个空间配置及数个方法步骤，可以单独地及以极其不同的组合的方式具有创造性显著意义。

元件符号列表

10 射流泵

12 推进剂罐

14 喷嘴

16 开口角度

18 吸入介质罐

20 混合室

22 扩散器

24 出口开口

26 出口部分

28 收敛入口部分

30 流动方向

32 数个超音速流线

34 数个亚音速流线

36 自由射流的宽度

38 内壁

40 内部空间

Claims (2)

1.一种射流泵，包括用于加速一推进剂的一射流喷嘴(14)，其中所述射流喷嘴(14)具有一收敛入口部分(28)及连接到所述收敛入口部分(28)的一出口部分(26)，其中所述出口部分(26)包括一内部空间(40)，所述内部空间(40)由一内壁(38)围绕并且以一开口角度(16)发散，其特征在于，所述开口角度(16)构造成使以亚音速流过所述出口部分(26)的一推进剂从所述内壁(38)中释放，并且使以超音速流过所述出口部分(26)的一推进剂通过所述内壁(38)来引导，所述出口部分(26)的所述内壁(38)构造成使流过所述出口部分(26)的所述推进剂在从超音速到亚音速的一转变期间从所述内壁(38)中释放，所述开口角度(16)大于7°，其中所述推进剂的一推进剂压力与所述出口部分(26)之后的一吸入压力之间的一压力关系为1.1及2.5之间。

2.如权利要求1所述的射流泵，其特征在于，所述出口部分(26)的所述内壁(38)构造成使流过所述出口部分(26)的所述推进剂在从亚音速到超音速的一转变期间靠着所述内壁(38)来定位，并且通过所述内壁(38)来引导。