CN208749685U - 引气装置以及具有该引气装置的引射充气系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种用于引射充气系统的引气装置及具有该引气装置的引射充气系统，该引气装置包括：与高压气管连通的过渡腔；安装于高压气管上的多个引射喷嘴；所述多个喷嘴在所述过渡腔上分布成两个中心圆来排列：俯视该装置时位于内中心圆的多个引射喷嘴；和俯视该装置时位于外中心圆的多个引射喷嘴，该过渡腔内设置有将来自高压气管的气体引导到设置于该过渡腔的多个引射喷嘴的气体通道，来自于高压引气管的气体通过引射喷嘴喷出到混合室。该设备使得引射充气系统能够在危机发生时进行快速引射充气，使得充气容积达到救生用压力范围后尽快帮助旅客逃生。

Description

引气装置以及具有该引气装置的引射充气系统

技术领域

本申请属于航空、航海、消防应急逃生领域，特别涉及一种旅客逃生快速引射充气系统引射器。

背景技术

旅客逃生快速引射充气系统由高压气源(比如装有高压气体的气瓶)、高压减压稳压阀、高压引射器以及高压引气管路等组成，如图1所示。引射器结构如图2所示，其中喷嘴可以优选采用扩张喷嘴以及拉法尔喷嘴两种形式。高压气源10内装高压N₂与CO₂混合工质，高压减压稳压阀20将混合工质压力降低到引射所需压力，混合工质流进引射器40，吸入大量环境大气共同进入充气容积(未图示)进行快速引射充气，缩短充气时间，尽快帮助旅客逃生。混合工质流量为引射流量，吸入的环境大气流量为吸入流量，吸入流量与引射流量之比为引射比。

旅客逃生快速引射充气系统需要在尽可能短的时间内使充气容积达到要求的压力，因此要求该系统引射流量大，引射比高，同时系统体积、重量不能太大。高压气源中混合工质组分、充装质量、引射压力、高压引射器结构等参数对系统要求的性能都有很大影响，这些参数需要进行合理设计确定，以便于快速引射充气系统的广泛应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本申请提供了一种

本申请提供了一种引气装置，其特征在于，该装置包括：与高压气管连通的过渡腔；安装于高压气管上的多个引射喷嘴；所述多个喷嘴在所述过渡腔上分布成两个中心圆来排列：俯视该装置时位于内中心圆的多个引射喷嘴；和俯视该装置时位于外中心圆的多个引射喷嘴，该过渡腔内设置有将来自高压气管的气体引导到设置于该过渡腔的多个引射喷嘴的气体通道，来自于高压引气管的气体通过引射喷嘴喷出。

在如上所述的引气装置中，优选：所述内中心圆上设置的多个引射喷嘴均匀分布，所述外中心圆上设置的多个引射喷嘴均匀分布，内外中心圆相距δ，混合室内径D，内中心圆直径d满足如下关系：

在如上所述的引气装置中，优选：设置在所述内中心圆上的引射喷嘴与设置在所述外中心圆的多个引射喷嘴之一位于从内外中心圆的圆心出发的同一条半径线上。

在如上所述的引气装置中，优选：所述引射喷嘴为拉法尔喷嘴，所述拉法尔喷嘴的入口直径D1＝2.5mm～3.5mm；所述拉法尔喷嘴的出口直径 D2＝2.5mm～3.5mm。

在如上所述的引气装置中，优选：D1＝D2。

在如上所述的引气装置中，优选：所述引射喷嘴为拉法尔喷嘴，所述拉法尔喷嘴的喉部直径D3＝1.7mm～2.0mm。

在如上所述的引气装置中，优选：所述引气装置安放于引射器，所述引射器包括吸入环境大气的吸入室和将所述环境大气与来自于引射喷嘴的高压气体加以混合的混合室，所述引气环设置于所述吸入室，来自于高压引气管的气体通过引射喷嘴喷出到所述混合室，所述混合室的直径Dh在80-100mm 内；所述混合室的总长度Lh与Dh的关系为Lh＝2.2Dh～3.0Dh。

在如上所述的引气装置中，优选：所述内中心圆设置有6个引射喷嘴，所述外中心圆设置有12个引射喷嘴。

在如上所述的引气装置中，优选：所述混合室的面积比为混合室等截面段流通面积与引射喷嘴最小流通总面积之比，所述最小流通总面积＝引射喷嘴最细位置的截面积×引射喷嘴数量，所述混合室的面积比范围在130～190 之间。

本申请还提供一种引射充气系统，其特征在于，包括上述任一种引气装置和充气容积,来自于引气装置的高压气体在与环境大气于混合室混合后导入所述充气容积。

通过实验验证可知，如果采用上述结构的引射装置用于救急逃生用引射充气系统，引射过程中的引射比可以达到2.5以上，实现了快速充气的目的，可使得救急逃生用气囊快速充满气体。

本申请的其他特征和优点将在如下的具体实施方式部分详细描述。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为旅客逃生快速引射充气系统的结构示意图。

图2为高压引射器结构图。

图3示出了混合工质中N₂含量对充气性能的影响图。

图4为一种18喷嘴引射器喷嘴布局图。

图5为拉法尔喷嘴结构示意图。

图中的附图标记说明如下：

10高压气源；20高压减压稳压阀；30高压引气管道；35高压引气管；40引射器；50引射流入口；60混合室；70吸入室；75过渡腔；80引射喷嘴；Dh混合室直径；Lh混合室总长度。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。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申请，并不用于限制本申请。

在本申请的描述中，需要说明的是，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申请和简化描述，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申请的限制。此外，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。

在本申请的描述中，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。对于电和通信领域而言，可以是有线连接，也可以是无线连接。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申请中的具体含义。

本申请的优选实施例提供了一种旅客逃生快速引射充气系统引射器。

引射器结构

如图1、2所示，作为本申请的发明人研发的引射充气系统用引射器，该引射器包括：吸入室70、混合室60，和设置于所述吸入室70内的引射部，该引射部包括：与高压气源连接的高压引气管35；与高压引气管35连通并设置于吸入室内的引气装置，以及安装在引气装置上的多个引射喷嘴80；

来自高压气源10的气体，在经过高压减压稳压阀降低到规定的压力后，通过一个或者多个高压引气管道30来到高压引气管35的引射流入口50处、进而再通过引气装置以及引射喷嘴80被喷入混合室60，高压气体进入引射器时，会有大量的环境大气从吸入室70的大气开口端被吸入并形成吸入流，进而进入混合室60内与来自引射部件的高压气体混合，形成混合流后再共同进入充气容积(比如救生气囊)，进行快速引射充气，使得充气容积达到救生用压力范围后尽快帮助旅客逃生。

其中，高压引气管35可以固定于吸入室70，引气装置可固定于高压引气管35上，他们也可根据需要直接安放于吸入室70。

而作为引气装置的具体实施方式，可以采用如下的结构。

圆台形的过渡腔作为引气装置

如图1、4所示，作为本申请的发明人研发的引射充气系统用引射器的一个示例，该引射器包括：与高压气源10连接的高压引气管35，吸入室(未图示)、混合室60，和设置于所述吸入室内的过渡腔75，过渡腔75内设置有高压气体通道，多个引射喷嘴80也安装在过渡腔75上，引射喷嘴80与过渡腔内的高压气体通道连通；高压引气管35连通到过渡腔进而与高压气体通道连通；

具体来说，来自高压气源10的高压气体(比如后面所说的混合工质，还可以是其他任何现有的救生充气系统用气体)，在经过高压减压稳压阀20降低到规定的压力后，通过一个或者多个高压引气管道30来到高压引气管35 的引射流入口处、进而再通过与设置于过渡腔75的高压气体通道(也可以称之为内腔)连通的引射喷嘴80被喷入混合室，高压气体进入引射器时，会有大量的环境大气从吸入室的大气开口端被吸入并进入混合室60内与高压气体混合，然后共同进入充气容积(比如救生气囊)，进行快速引射充气，使得充气容积达到救生用压力范围后尽快帮助旅客逃生。

作为上述过渡腔，可以是设置于吸入室的一个圆台，也可以是其他能完成高压气体传送功能的任何形状，高压引气管与过渡腔相接，而每一个喷嘴均通过管道与过渡腔相接或者直接安装于过渡腔上(如图5，沿轴向看去，呈放射状)，具体可以根据吸入室的空间要求以及实际情况而定。这样就实现了引射流经高压引气管→引射喷嘴的流通。

作为高压气源10，可以是容纳有救生用充气气体的高压气瓶，作为救生用充气气体，可以是传统的N₂，也可以是以一定比例混合的N₂和CO₂。

因此，本申请选用CO₂与N₂混合气作为混合工质，并且将CO₂与N₂混合工质中的N₂的质量组分范围确定为0.4～0.7(即，N₂的质量分数为40％-70％)，例如可以为0.45、0.48、0.50、0.53、0.55、0.57、0.60、0.62、0.65、0.68等。

另外，高压气瓶中CO₂与N₂混合气以2MPa～5MPa的压力范围存在，例如可以为2.2MPa、2.4MPa、2.6MPa、3MPa、3.3MPa、3.6MPa、3.9MPa、4.0MPa、 4.1MPa、4.4MPa、4.6MPa、4.8MPa等。

作为存放上述混合工质的高压气瓶，可以采用任何能承受上述压力且不会与混合工质中任一气体发生反应的材质来制成。

高压气源无论是N₂还是N₂与CO₂气体的混合气体，均以高压形式 (2MPa～5MPa)储存于高压气瓶中，必要的时候通过上述快速引射充气系统的引射器在短时间内利用高压气瓶内储存的有限混合工质尽可能多地吸入环境空气，提高引射阶段流入充气容积中的气体质量，达到快速充气救生的目的。

对于快速引射充气系统，引射压力均很高，引射压力与系统背压之比远大于10，喷嘴出口为超音速气流。在这种情况下，引射压力提高可以成比例的增大引射流量，但引射比将降低，引射效率低对充分利用气源工质不利。另一方面，引射压力过低会由于引射流量低造成过低的混合流量，达不到充气要求。因此引射压力设置非常重要，合理设置该压力也可以使系统达到快速、高效的充气要求。为保证系统引射效率，对于拉法尔喷嘴引射器，优选引射流入口处的总压绝对压力不大于3.4MPa；对于扩张喷嘴引射器，优选引射流入口总压绝对压力不大于3.8MPa。

也就是说，图1中的高压减压稳压阀出来的气体压力，可以根据喷嘴的类型选择不同的压力。

图5为上述说明的引射器部的一个示例的俯视图，从图中看出是把多个喷嘴80都设置在位于吸入室内的过渡腔75上，该多个喷嘴80与过渡腔75 内设置有的高压气体通道相连通，过渡腔内的高压气体通道与高压引气管35 连通。

但是该多个喷嘴分为两部分，配置成内外两个中心圆，第一部分喷嘴均匀分布在内中心圆上，第二部分喷嘴均匀分布在外中心圆上，来自高压气瓶的高压气体比如高压混合工质经过高压引气管进入过渡腔后，通过高压气体通道进入引射喷嘴。

下面以混合室直径为80～100mm范围中的任一直径，比如82mm、85mm、 90mm、95mm、98mm等，喷嘴数设置为18个喷嘴为例说明喷嘴相对于混合室空间的布局位置，如图5所示的俯视结构图。

从图上可以看出，18个喷嘴被分为两部分，第一部分为位于内圈的6个喷嘴，第二部分为位于外圈的12个喷嘴。相对于混合室空间，第一部分的6 个喷嘴均匀分布在直径为d的内中心圆d上，第二部分的12个喷嘴均匀分布在外中心圆上，俯视图中内外中心圆相距δ，混合室内径用D表示。图5所示引射器喷嘴布局范围需要满足如下条件才能达到快速引射充气的效果：

且两者之和满足：

根据实验验证可知，如果采用这样结构的引射器，引射过程中的引射比可以达到2.5以上。实现了快速充气的目的。

拉法尔喷嘴大小

作为上述的引射喷嘴，可以采用拉法尔喷嘴，也可以采用扩张喷嘴。下面以拉法尔喷嘴为例说明对喷嘴结构的要求。拉法尔喷嘴的结构如图5所示，入口、喉部及出口直径分别为D1、D2、D3，出口直径D3不能小于喉部直径D2。喷嘴入口、出口直径变化可以显著影响引射流量、引射效率。大引射流量和高引射效率可以充分利用气源高压工质提高充气容积、缩短充气时间，实现快速充气。

喷嘴入口直径在一定范围内可以调整引射流量，但对引射效率影响不明显，随入口直径增大引射流量提高，当增大到一定值后引射流量不再变大，此时入口直径达到最佳状态，可以使引射器在一定的引射压力下获得较高的引射流量。

喷嘴出口直径在一定范围内改变引射效率，对引射流量影响不明显，随着出口直径增大引射效率明显提高，当增大到一定值后引射效率不再提高，达到最大值，此时出口直径达到最佳状态。因此出口直径存在最大值，在此状态下引射器处于高效工作状态。

喷嘴的入口以及出口直径最佳值需根据引射器总体结构，利用CFD分析软件【一种商用软件】确定。最大喷嘴入口直径的确定方法为：在仿真软件中将喷嘴入口直径D1参数化，修改尺寸数值其余尺寸固定不变并仿真分析，根据最大引射流量确定最佳入口直径；同样在仿真软件中将喷嘴出口直径D3 参数化，修改尺寸数值其余尺寸固定不变并仿真分析，根据最大引射比确定最佳出口直径。

对于前面所说的18喷嘴引射器，当混合室直径在80～100mm范围内，拉法尔喷嘴入口直径D1的范围为2.5～3.5mm，喉部直径D2的范围为 1.7～2.0mm，出口直径D3范围为2.5～3.5mm。D1、D2和D3满足如下关系：

D1＝D3

混合室直径为100mm左右时，D1＝D3≈2·D2，喷嘴入口、出口直径最佳值为3.5mm。

混合室的长径比

另外，混合室的尺寸结构也会对引射效率以及吸气流量具有一定的影响。这其中一个重要的参数就是引射器混合室长径比。

如图2所示，混合室2包括等截面尺寸的第一段和变截面尺寸的第二段，其中第一段是一端与吸入室连接，接收来自引射喷嘴的高压工质气体或者N2 以及自吸入室70吸入的环境大气气体，其另一端与第二段的小口径端连接，第二段随着远离小口径端，直径变大，将混合得到的气流导入救生用充气容积比如气囊。第一段和第二段的总长度是Lh，引射器混合室长径比为混合室的总长度Lh与混合室的等截面段的直径Dh之比。

混合室长径比对引射性能的影响趋势是变化的。长径比很小时，同样的高压工质吸气流量低，引射效率低；随长径比增大，引射效率逐渐升高，但长径比超过3时，引射比提高不再显著，再继续增加长径比反而会降低引射比。引射器长径比不可过小，也不可过大，否则除了可能会降低引射效率外，还使引射器体积及重量太大。

经综合考虑，本申请中混合室的长径比范围取2.2～3.0，例如可以为2.35、 2.45、2.45、2.60、2.75、2.90。

混合室的面积比

另外，本申请的发明人发现引射器混合室的面积也会对引射效率以及吸气流量具有一定的影响。这其中一个重要的参数就是引射器混合室的面积比引射器混合室的面积比为混合室等截面段流通面积与喷嘴最小流通总面积之比。最小流通总面积即：喷嘴最细位置的截面积×喷嘴数。

在合理的喷嘴布局情况下，合理设计混合室的面积比可有效提高快速引射充气系统的引射效率。面积比很小时，同样的高压工质吸气流量低，引射效率低；随面积比增大，引射效率逐渐升高；但面积比增大到一定范围时，引射比变化不大，再继续增加反而会降低引射比。因此，当引射比变化不大时，应尽可能减小面积比以降低引射器体积及重量。

经综合考虑，本申请中混合室的面积比范围取130～190，这样可以保证在不降低引射效率情况下，减小引射器的体积及重量。

由技术常识可知，本申请可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本申请范围内或在等同于本申请的范围内的改变均被本申请包含。

Claims (10)

1.一种引气装置，其特征在于，该引气装置包括：

与高压气管连通的过渡腔；

安装于高压气管上的多个引射喷嘴；

所述多个引射喷嘴在所述过渡腔上分布成两个中心圆来排列：

俯视该引气装置时位于内中心圆的多个引射喷嘴；和俯视该引气装置时位于外中心圆的多个引射喷嘴，

该过渡腔内设置有将来自高压气管的气体引导到设置于该过渡腔的多个引射喷嘴的气体通道，来自于高压引气管的气体通过引射喷嘴喷出。

2.根据权利要求1所述的引气装置，其特征在于，

所述内中心圆上设置的多个引射喷嘴均匀分布，

所述外中心圆上设置的多个引射喷嘴均匀分布，

内外中心圆相距δ，混合室内径D，内中心圆直径d满足如下关系：

3.根据权利要求1所述的引气装置，其特征在于，

设置在所述内中心圆上的引射喷嘴与设置在所述外中心圆的多个引射喷嘴之一位于从内外中心圆的圆心出发的同一条半径线上。

4.根据权利要求1所述的引气装置，其特征在于，

所述引射喷嘴为拉法尔喷嘴，

所述拉法尔喷嘴的入口直径D1＝2.5mm～3.5mm；

所述拉法尔喷嘴的出口直径D2＝2.5mm～3.5mm。

5.根据权利要求4所述的引气装置，其特征在于，

D1＝D2。

6.根据权利要求1所述的引气装置，其特征在于，

所述引射喷嘴为拉法尔喷嘴，

所述拉法尔喷嘴的喉部直径D3＝1.7mm～2.0mm。

7.根据权利要求1所述的引气装置，其特征在于，

所述引气装置安装有引射器，所述引射器包括吸入环境大气的吸入室和将所述环境大气与来自于引射喷嘴的高压气体加以混合的混合室，

来自于高压引气管的气体通过引射喷嘴喷出到所述混合室，

所述混合室的直径Dh在80-100mm内；

所述混合室的总长度Lh与Dh的关系为Lh＝2.2Dh～3.0Dh。

8.根据权利要求1所述的引气装置，其特征在于，

所述内中心圆设置有6个引射喷嘴，

所述外中心圆设置有12个引射喷嘴。

9.根据权利要求7所述的引气装置，其特征在于，

所述混合室的面积比为混合室等截面段流通面积与引射喷嘴最小流通总面积之比，

所述最小流通总面积＝引射喷嘴最细位置的截面积×引射喷嘴数量，

所述混合室的面积比范围在130～190之间。

10.一种引射充气系统，其特征在于，包括：

权利要求1～9任一所述的引气装置；和

充气容积，

来自于引气装置的高压气体在与环境大气于混合室混合后导入所述充气容积。