CN210292414U - 一种针对压缩/喷射制冷系统的反馈式自动调节的喷射器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种针对压缩/喷射制冷系统的反馈式自动调节的喷射器，解决的是目前喷射器作为膨胀装置的压缩/喷射制冷系统中喷射器偏离设计工况运行的问题。本实用新型包括喷射器主体和反馈式自动调节系统，所述的喷射器主体包括引射室，引射室内设有工作喷嘴，与工作喷嘴相连通依次设有混合室和扩压室，扩压室为喷射器出口，所述的工作喷嘴的一侧设有喷射器高压工质进口，所述的引射室的一侧设有喷射器低压工质进口。采用上述技术方案的本实用新型使喷射器出口工质干度和引射系数满足特定数学关系式，使喷射器在设计工况下运行，达到最佳的喷射器及系统性能，提高系统效率和运行工况的稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及制冷系统，具体涉及一种针对压缩/喷射制冷系统的反馈式自动调节的喷射器。
背景技术
随着经济和社会的不断发展，能源短缺和环境污染问题日益突出，新型的节能减排技术逐步受到重视。传统制冷系统中的膨胀阀节流损失严重，采用喷射器作为膨胀装置可有效回收制冷部分的节流损失，提高压缩机入口压力，减少压缩机耗功。在这种喷射器作为膨胀装置的压缩/喷射制冷系统中，喷射器后接气液分离器，气相工质进压缩机，液相工质通过蒸发器被引射进喷射器的低压入口，以实现回收膨胀阀的节流损失。为维持系统稳定运行，要求喷射器的出口干度和引射系数之间需要满足特定的数学关系式，但这在实际运行中很难实现，以致喷射器在偏离设计工况条件下运行，甚至导致喷射器失效、系统不能制冷。总之，尽管采用喷射器作为膨胀装置可有效回收膨胀阀的节流损失，但此喷射器作为膨胀装置的压缩/喷射制冷系统存在的突出技术问题，严重影响了此系统的性能和实际推广应用，亟需解决束缚其关键部件喷射器的稳定运行问题。
实用新型内容
本实用新型为解决目前喷射器作为膨胀装置的压缩/喷射制冷系统中喷射器偏离设计工况运行的问题，提供一种针对压缩/喷射制冷系统的反馈式自动调节的喷射器。
为解决上述技术问题，本实用新型采用下述技术方案：一种针对压缩/喷射制冷系统的反馈式自动调节的喷射器，包括喷射器主体和反馈式自动调节系统，所述的喷射器主体包括引射室，引射室内设有工作喷嘴，与工作喷嘴相连通依次设有混合室和扩压室，扩压室出口处为喷射器出口，所述的工作喷嘴的一侧设有喷射器高压工质进口，所述的引射室的一侧设有喷射器低压工质进口。
所述的反馈式自动调节系统包括工质干度测量模块、逻辑控制器、和直线步进电机，所述直线步进电机的电机螺杆输出轴与螺母推杆连接，螺母推杆的自由端设有阀针，阀针伸进工作喷嘴内；所述工质干度测量模块的输入端与喷射器高压工质进口、喷射器低压工质进口和喷射器出口连接，工质干度测量模块的输出端与逻辑控制器的输入端相连,逻辑控制器的输出端与直线步进电机的输入端连接。本实用新型的电机螺杆输出轴为丝杆，螺母推杆为中空结构，内部设有内螺纹，螺母推杆的内螺纹与电机螺杆输出轴螺纹配合。
所述工质干度测量模块的输入端为喷射器高压工质进口处和喷射器低压工质进口处工质的温度、压力及质量流量信号，以及喷射器出口处工质的温度和压力信号。
所述的电机螺杆输出轴、螺母推杆、阀针、工作喷嘴与喷射器主体的中轴线在同一条直线上。
一种针对压缩/喷射制冷系统的反馈式自动调节的喷射器的调节方法，包括以下步骤：①工质干度测量模块对喷射器出口工质干度进行实时测量，并将实时测量的喷射器出口工质干度数据输出给逻辑控制器；
②逻辑控制器接收到工质干度测量模块输出的喷射器出口工质干度数据后，与逻辑控制器获取的喷射器内引射系数数据进行核算对比，并根据逻辑控制器核算对比结果控制工作喷嘴内阀针的伸缩量，并将阀针的伸缩量反馈到直线步进电机；
③直线步进电机接收到逻辑控制器发出的阀针伸缩量的调节信号，控制直线步进电机带动电机螺杆输出轴旋转，通过螺母推杆与电机螺杆输出轴相啮合，控制阀针的轴向伸缩量调节，以调整工作喷嘴的喉部面积。
步骤②所述的逻辑控制器内喷射器出口工质干度与喷射器内引射系数应满足的特定关系式为：
式中，x为喷射器出口工质干度；μ为喷射器的引射系数。
本步骤所述的根据逻辑控制器核算对比结果控制工作喷嘴内阀针的伸缩量时，根据喷射器出口工质干度的大小控制电机螺杆输出轴旋转，电机螺杆输出轴旋转带动与之啮合的螺母推杆前进或后退，进而逐步调节阀针的轴向伸缩量，直至逻辑控制器计算出逻辑控制器内喷射器出口工质干度与喷射器内引射系数的关系满足其特定关系式为止。
所述喷射器出口工质干度x是工质干度测量模块基于喷射器高压工质进口处工质和喷射器低压工质进口处工质的温度、压力及质量流量信号，以及喷射器出口处工质的温度和压力信号计算得到的；计算出喷射器出口工质干度的公式为：
式中，x为喷射器出口工质干度；m1和m2分别为喷射器低压工质进口和喷射器高压工质进口侧工质流量，单位为kg/s；h1和h2分别为喷射器低压工质进口和喷射器高压工质进口液体的焓，单位kJ/kg；h3g和h3l分别为喷射器出口湿蒸气所对应温度和压力下的饱和气体和饱和液体的焓，单位kJ/kg。
所述逻辑控制器获取的喷射器内的引射系数μ是根据喷射器低压工质进口和喷射器高压工质进口侧工质流量进行获取，计算公式为：
针对压缩/喷射制冷系统的反馈式自动调节的喷射器的调节方法应用于无回热的压缩/喷射制冷系统，所述的无回热的压缩/喷射制冷系统还包括冷凝器、压缩机、气液分离器、膨胀阀、蒸发器和喷射器，所述冷凝器的出口与所述喷射器高压工质进口相连接，所述喷射器出口与所述气液分离器的进口相连接，所述气液分离器的气态工质出口与压缩机的入口相连接，所述气液分离器的液态工质出口与膨胀阀的入口相连接，所述压缩机的出口与冷凝器的进口相连接，所述膨胀阀的出口与蒸发器的进口相连接，所述蒸发器的出口与喷射器低压工质进口相连接。
针对压缩/喷射制冷系统的反馈式自动调节的喷射器的调节方法应用于带回热的压缩/喷射制冷系统，所述的带回热的压缩/喷射制冷系统还包括压缩机、气液分离器、膨胀阀、蒸发器、喷射器、回热器和气体冷却器，所述压缩机的出口与气体冷却器的进口相连接，所述气体冷却器的出口与回热器的进口a相连接，所述回热器的出口b与喷射器的高压工质进口相连接，所述喷射器出口与所述气液分离器的进口相连接，所述气液分离器的气态工质出口与回热器的进口c相连接，所述气液分离器的出口d与压缩机的入口相连接，所述压缩机的出口与气体冷却器的进口相连接，所述气液分离器的液态工质出口与膨胀阀的入口相连接，所述膨胀阀的出口与蒸发器的进口相连接，所述蒸发器的出口与喷射器的低压工质进口相连接。
随着制冷系统工况参数的变化，本实用新型通过喷射器出口的工质干度测量模块，测量喷射器出口湿蒸气的干度。通过逻辑控制器将测量的喷射器出口湿蒸气干度与获取的喷射器内引射系数数据进行核算对比，经逻辑控制器处理后获得喷射器的工作喷嘴内阀针的伸缩量，然后反馈到直线步进电机。控制直线步进电机工作，带动电机螺杆出轴旋转，通过螺母推杆与电机螺杆出轴相啮合，实现阀针的轴向伸缩量调节，以调整喷射器工作喷嘴的喉部面积，进而改变喷射器高压工质进口液体的质量流量，改变喷射器的引射系数，最终使喷射器出口工质干度和引射系数满足特定数学关系式，使喷射器在设计工况下运行，达到最佳的喷射器及系统性能，提高系统效率和运行工况的稳定性。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图；
图2是本实用新型无回热的压缩/喷射制冷系统示意图；
图3是本实用新型带回热的压缩/喷射制冷系统示意图；
附图标号：1-直线步进电机，2-螺杆，3-螺母推杆，4-高压工质进口，5-引射室，6-工作喷嘴，7-阀针，8-混合室，9-扩压室，10-喷射器出口，11-工质干度测量模块，12-逻辑控制器，13-低压工质进口，14-冷凝器，15-压缩机，16-气液分离器，17-膨胀阀，18-蒸发器，19-喷射器，20-回热器。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，一种针对压缩/喷射制冷系统的反馈式自动调节的喷射器，包括喷射器主体和反馈式自动调节系统，所述的喷射器主体包括引射室5，引射室5内设有工作喷嘴6，与工作喷嘴6相连通依次设有混合室8和扩压室9，扩压室9出口处为喷射器出口10，所述的工作喷嘴6的一侧设有喷射器高压工质进口4，所述的引射室5的一侧设有喷射器低压工质进口13。
所述的反馈式自动调节系统包括工质干度测量模块11、逻辑控制器12、和直线步进电机1，所述直线步进电机1的电机螺杆输出轴2与螺母推杆3连接，螺母推杆3的自由端设有阀针7，阀针7伸进工作喷嘴6内；所述工质干度测量模块11的输入端与喷射器高压工质进口4、喷射器低压工质进口13和喷射器出口10连接，工质干度测量模块11的输出端与逻辑控制器12的输入端相连,逻辑控制器12的输出端与直线步进电机1的输入端连接。本实用新型工质干度测量模块11用以监测喷射器出口工质的干度。
所述工质干度测量模块11的输入端为喷射器高压工质进口4处和喷射器低压工质进口13处工质的温度、压力及质量流量信号，以及喷射器出口处工质的温度和压力信号。基于上述信号，工质干度测量模块11计算得到喷射器出口10处工质的干度；将工质干度测量模块11计算得到的干度输出传送给逻辑控制器12的输入端，逻辑控制器12对工质干度测量模块11输出的干度与喷射器的引射系数进行对比判断；逻辑控制器12根据对比判断结果控制直线步进电机1工作；直线步进电机1通过电机螺杆出轴2和螺母推杆3的传动，实现阀针7在工作喷嘴内轴向伸缩量的调节。
所述的电机螺杆输出轴2、螺母推杆3、阀针7、工作喷嘴6与喷射器主体的中轴线在同一条直线上。
一种针对压缩/喷射制冷系统的反馈式自动调节的喷射器的调节方法，包括以下步骤：①工质干度测量模块11对喷射器出口10处工质干度进行实时测量，并将实时测量的工质干度数据输出给逻辑控制器12；
②逻辑控制器12接收到工质干度测量模块11输出的工质干度数据后，与逻辑控制器12获取的喷射器内引射系数数据进行核算对比，并根据逻辑控制器12核算对比结果得到工作喷嘴内阀针的伸缩量，并将阀针的伸缩量反馈到直线步进电机1；
③直线步进电机1接收到逻辑控制器12发出的阀针伸缩量的调节信号，控制直线步进电机1带动电机螺杆输出轴2旋转，通过螺母推杆3与电机螺杆输出轴2相啮合，控制阀针7的轴向伸缩量调节，以调整工作喷嘴的喉部面积。本实用新型通过改变喷射器的引射系数，最终使喷射器出口工质干度和引射系数满足特定数学关系式。
步骤②所述的逻辑控制器12内喷射器出口工质干度与喷射器内引射系数应满足的特定关系式为：
式中，x为喷射器出口工质干度；μ为喷射器的引射系数。
所述喷射器出口处的工质干度是工质干度测量模块11基于喷射器高压工质进口4处工质和喷射器低压工质进口13处工质的温度、压力及质量流量信号，以及喷射器出口10处工质的温度和压力信号计算得到的；计算出喷射器出口工质干度的公式为：
式中，x为喷射器出口工质干度；m1和m2分别为喷射器低压工质进口和喷射器高压工质进口侧工质流量，单位为kg/s；h1和h2分别为喷射器低压工质进口和喷射器高压工质进口液体的焓，单位kJ/kg；h3g和h3l分别为喷射器出口湿蒸气所对应温度和压力下的饱和气体和饱和液体的焓，单位kJ/kg。
本实用新型的调节方法是基于喷射器出口10的工质干度进行的反馈调节，上述计算公式是根据相应参数下的物性参数，并根据质量守恒、能量守恒和干度的定义得到的。
所述逻辑控制器12获取的喷射器内的引射系数μ是根据喷射器低压工质进口和喷射器高压工质进口侧工质流量进行获取，计算公式为：
式中，μ为喷射器的引射系数。
如图2所示，针对压缩/喷射制冷系统的反馈式自动调节的喷射器的调节方法应用于无回热的压缩/喷射制冷系统：
针对压缩/喷射制冷系统的反馈式自动调节的喷射器调节方法应用于无回热的压缩/喷射制冷系统，所述的无回热的压缩/喷射制冷系统还包括冷凝器14、压缩机15、气液分离器16、膨胀阀17、蒸发器18和喷射器19，所述冷凝器14的出口与所述喷射器高压工质进口4相连接，所述喷射器出口10与所述气液分离器16的进口相连接，所述气液分离器的气态工质出口与压缩机15的入口相连接，所述气液分离器的液态工质出口与膨胀阀17的入口相连接，所述压缩机的出口与冷凝器14的进口相连接，所述膨胀阀的出口与蒸发器18的进口相连接，所述蒸发器的出口与喷射器低压工质进口13相连接。
当图2所示的无回热的压缩/喷射制冷系统运行时，压缩机15排出的高温高压气态制冷剂进入冷凝器14，在冷凝器内与外部冷却介质进行换热放出热量凝结为液态，高压液态制冷剂进入喷射器高压工质进口4，并在工作喷嘴6内进行膨胀降压为低压的两相工质，以引射从蒸发器18过来的饱和或过热低压制冷剂蒸气，低压制冷剂蒸气经过喷射器低压工质进口13进入引射室5进一步降压增速，在混合室8内与从工作喷嘴6出来的两相工质充分混合，之后进入扩压室9进行增压，从喷射器出口10出来的两相工质进入气液分离器16，经过气液分离器分离为气态和液态工质，气态制冷剂进入压缩机15完成增温增压，液态制冷剂经过膨胀阀17的节流降压后进入蒸发器进行蒸发吸热，然后在压差驱动下进入喷射器的低压工质进口13，完成循环。工质干度测量模块11实时监测喷射器出口10的工质干度，并输送到逻辑控制模块12进行对比判断，经过逻辑控制模块12处理后获得喷射器的工作喷嘴内阀针的伸缩量，然后反馈到直线步进电机1，直线步进电机1通过接收逻辑控制器12的调节信号，控制直线步进电机1带动电机螺杆出轴2旋转，通过螺母推杆3与电机螺杆出轴2相啮合，控制阀针7的轴向伸缩量调节，以调整喷射器工作喷嘴的喉部面积，改变进入喷射器的高压工质的质量流量，进而改变喷射器的引射系数，通过调节最终使喷射器出口工质干度和引射系数满足喷射器出口工质干度和喷射器的引射系数之间其特定数学关系式。
当图2所示无回热的压缩/喷射制冷系统工况变化，引起喷射器出口干度减小时，通过工质干度测量模块11传递到逻辑控制模块12，经过逻辑控制模块12处理后获得喷射器的工作喷嘴内阀针的伸进量，然后反馈到直线步进电机1，直线步进电机1通过接收逻辑控制器12的调节信号，控制直线步进电机1带动电机螺杆出轴2旋转，通过螺母推杆3与电机螺杆出轴2相啮合，控制阀针7的轴向伸进量调节，以减小喷射器工作喷嘴的喉部面积，减小进入喷射器的高压工质的质量流量，进而增大喷射器的引射系数，通过调节最终使喷射器出口工质干度和引射系数满足特定数学关系式。反之，当系统工况变化，引起喷射器出口干度增大时，通过工质干度测量模块11传递到逻辑控制模块12，经过逻辑控制模块12处理后获得喷射器的工作喷嘴内阀针的缩进量，然后反馈到直线步进电机1，直线步进电机1通过接收逻辑控制器12的调节信号，控制直线步进电机1带动电机螺杆出轴2旋转，通过螺母推杆3与电机螺杆出轴2相啮合，控制阀针7的轴向缩进量调节，以增大喷射器工作喷嘴的喉部面积，增大进入喷射器的高压工质的质量流量，进而减小喷射器的引射系数，通过调节最终使喷射器出口工质干度和引射系数之间满足其特定数学关系式。
针对压缩/喷射制冷系统的反馈式自动调节喷射器的调节方法应用于带回热的压缩/喷射制冷系统，所述的带回热的压缩/喷射制冷系统还包括压缩机15、气液分离器16、膨胀阀17、蒸发器18、喷射器19、回热器20和气体冷却器21,所述压缩机15的出口与气体冷却器21的进口相连接，所述气体冷却器21的出口与回热器20的进口a相连接，所述回热器20的出口b与喷射器19的喷射器高压工质进口4相连接，所述喷射器出口10与所述气液分离器16的进口相连接，所述气液分离器的气态工质出口与回热器20的进口c相连接，所述气液分离器的出口d与压缩机15的入口相连接，所述压缩机15的出口与气体冷却器21的进口相连接，所述气液分离器16的液态工质出口与膨胀阀17的入口相连接，所述膨胀阀的出口与蒸发器18的进口相连接，所述蒸发器18的出口与喷射器19的喷射器低压工质进口13相连接。
当图3所示的带回热的压缩/喷射制冷系统运行时，选CO2为制冷剂，压缩机15排出的高温高压超临界CO2气体进入气体冷却器21，在气体冷却器21内与外部冷却介质进行换热放出热量，之后进入回热器20与从气液分离器出来的CO2气体进一步换热冷却，然后进入喷射器19的高压工质进口4，并在工作喷嘴6内进行膨胀降压为低压的两相工质，以引射从蒸发器18过来的饱和或过热低压CO2蒸气，低压CO2蒸气经过喷射器低压工质进口13进入引射室5进一步降压增速，在混合室8内与从工作喷嘴6出来的两相工质充分混合，之后进入扩压室9进行增压，从喷射器出口10出来的两相工质进入气液分离器16，经过气液分离器分离为气态和液态CO2工质，气态CO2工质进入压缩机15完成增温增压，液态CO2工质经过膨胀阀17的节流降压后进入蒸发器进行蒸发吸热，然后在压差驱动下进入喷射器的低压工质进口13，完成循环。工质干度测量模块11实时监测喷射器出口10的工质干度，并输送到逻辑控制模块12进行对比判断，经过逻辑控制模块12处理后获得喷射器的工作喷嘴内阀针的伸缩量，然后反馈到直线步进电机1，直线步进电机1通过接收逻辑控制器12的调节信号，控制直线步进电机1带动电机螺杆出轴2旋转，通过螺母推杆3与电机螺杆出轴2相啮合，控制阀针7的轴向伸缩量调节，以调整喷射器工作喷嘴的喉部面积，改变进入喷射器的高压工质的质量流量，进而改变喷射器的引射系数，通过调节最终使喷射器出口工质干度和引射系数满足其特定数学关系式。
当图3所示带回热的压缩/喷射制冷系统工况变化，引起喷射器出口干度减小时，通过工质干度测量模块11传递到逻辑控制模块12，经过逻辑控制模块12处理后获得喷射器的工作喷嘴内阀针的伸进量，然后反馈到直线步进电机1，直线步进电机1通过接收逻辑控制器12的调节信号，控制直线步进电机1带动电机螺杆出轴2旋转，通过螺母推杆3与电机螺杆出轴2相啮合，控制阀针7的轴向伸进量调节，以减小喷射器工作喷嘴的喉部面积，减小进入喷射器的高压工质的质量流量，进而增大喷射器的引射系数，通过调节最终使喷射器出口工质干度和引射系数满足特定数学关系式。反之，当系统工况变化，引起喷射器出口干度增大时，通过工质干度测量模块11传递到逻辑控制模块12，经过逻辑控制模块12处理后获得喷射器的工作喷嘴内阀针的缩进量，然后反馈到直线步进电机1，直线步进电机1通过接收逻辑控制器12的调节信号，控制直线步进电机1带动电机螺杆出轴2旋转，通过螺母推杆3与电机螺杆出轴2相啮合，控制阀针7的轴向缩进量调节，以增大喷射器工作喷嘴的喉部面积，增大进入喷射器的高压工质的质量流量，进而减小喷射器的引射系数，通过调节最终使喷射器出口工质干度和引射系数满足其特定数学关系式。
Claims (4)
1.一种针对压缩/喷射制冷系统的反馈式自动调节的喷射器，其特征在于：包括喷射器主体和反馈式自动调节系统，所述的喷射器主体包括引射室（5），引射室（5）内设有工作喷嘴（6），与工作喷嘴（6）相连通依次设有混合室（8）和扩压室（9），扩压室（9）出口处为喷射器出口（10），所述的工作喷嘴（6）的一侧设有喷射器高压工质进口（4），所述的引射室（5）的一侧设有喷射器低压工质进口（13）。
2.根据权利要求1所述的针对压缩/喷射制冷系统的反馈式自动调节的喷射器，其特征在于：所述的反馈式自动调节系统包括工质干度测量模块（11）、逻辑控制器（12）、和直线步进电机（1），所述直线步进电机（1）的电机螺杆输出轴（2）与螺母推杆（3）连接，螺母推杆（3）的自由端设有阀针（7），阀针（7）伸进工作喷嘴（6）内；所述工质干度测量模块（11）的输入端与喷射器高压工质进口（4）、喷射器低压工质进口（13）和喷射器出口（10）连接，工质干度测量模块（11）的输出端与逻辑控制器（12）的输入端相连, 逻辑控制器（12）的输出端与直线步进电机（1）的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的针对压缩/喷射制冷系统的反馈式自动调节的喷射器，其特征在于：所述工质干度测量模块（11）的输入端为喷射器高压工质进口（4）处和喷射器低压工质进口（13）处工质的温度、压力及质量流量信号，以及喷射器出口处工质的温度和压力信号。
4.根据权利要求2所述的针对压缩/喷射制冷系统的反馈式自动调节的喷射器，其特征在于：所述的电机螺杆输出轴（2）、螺母推杆（3）、阀针（7）、工作喷嘴（6）与喷射器主体的中轴线在同一条直线上。
Priority Applications (1)
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| CN201920959153.7U CN210292414U (zh) | 2019-06-24 | 2019-06-24 | 一种针对压缩/喷射制冷系统的反馈式自动调节的喷射器 |
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| CN201920959153.7U Withdrawn - After Issue CN210292414U (zh) | 2019-06-24 | 2019-06-24 | 一种针对压缩/喷射制冷系统的反馈式自动调节的喷射器 |
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Cited By (2)
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| CN114963606A (zh) * | 2022-05-26 | 2022-08-30 | 辽宁飞鸿达蒸汽节能设备有限公司 | 一种气体喷射器的工况调节装置及气体喷射器 |
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2019
- 2019-06-24 CN CN201920959153.7U patent/CN210292414U/zh not_active Withdrawn - After Issue
Cited By (3)
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| CN110173914A (zh) * | 2019-06-24 | 2019-08-27 | 郑州轻工业学院 | 针对压缩/喷射制冷系统的反馈式自动调节的喷射器 |
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| CN114963606A (zh) * | 2022-05-26 | 2022-08-30 | 辽宁飞鸿达蒸汽节能设备有限公司 | 一种气体喷射器的工况调节装置及气体喷射器 |
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Granted publication date: 20200410 Effective date of abandoning: 20240507 |
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