[发明专利]一种混合室切向补气的超音速气体引射器

说明书

一种混合室切向补气的超音速气体引射器，所述的引射器由引射气入口1、外壁2、被引射气入口3、第一混合室支板4、补气气入口5、第二混合扩压器6、第一混合室7、引射气喷嘴8、引射器喷嘴支板9、端盖10、第二混合扩压器支板11组成。切向补气经由第一混合室和第二混合扩压器形成的补气喷嘴在第二混合扩压器内部形成气动喉道，降低引射器最小起动压力，并可在有被引射气体(负载)情况下节约引射工质流量，从而保证引射器可靠起动并具有较高的引射能力。

技术领域

本发明涉及一种以气体作为引射工质获得真空及流体输送的装置。

背景技术

超音速气体引射器是一种流体输送装置，它依靠高压气体(蒸汽)流经超音速喷嘴后所形成的高速流卷吸另一种低压流体，并在装置中进行能量交换与物质掺混，达到抽取真空或者输送低压流体的目的。使用超音速气体引射器只消耗引射气体自身能量而无需外加动力，其结构简单、制造容易、与管道的连接方便，而且某些气体(如蒸汽)可以在后续设备中冷凝回收，循环使用，因此超音速气体引射器广泛应用于真空环境获得领域。

通常，超音速气体引射器工作流程可分为三个阶段：引射器自身起动(供给引射气)、正常工作状态(供给被引射气-保持指定时间-停止供给被引射气)、停止供给引射气(关闭引射器)，其中引射器自身起动是超音速气体引射器正常工作的必要阶段。按照气体动力学相关理论，超音速气体引射器自身起动的标志是正激波被引射气体推出超音速扩压器出口。因此，在引射器几何尺寸确定后，要求引射气体的总压必须高于最小起动压力，才能将正激波推出扩压器，保证扩压器内主流为音速或超音速。由于超音速气体引射器的引射气体由拉瓦尔型喷嘴加速至超音速，因此，引射气体的最小流量正比于最小起动压力，引射器的引射系数高低亦受限于最小起动压力。

固定结构的超音速气体引射器只能在设计工况下才能达到正常的工作效率，引射气体压力、流量的调节变化范围很小，必须在一定的范围内才能正常工作，否则超音速气体引射器的工作效率将会极大的降低，甚至不能工作。因此，超音速气体引射器(主要是蒸汽喷射泵)设计者力求依实际工况对喷嘴位置、喷嘴截面积进行调节。例如中国专利CN201827162U、CN203670313U提出了喷嘴位置可调的蒸汽喷射泵，根据工作蒸汽的压力、温度、流量等的变化，手动调节喷嘴位置，以保证喷射泵在最佳点工作，实现系统在变工况下的稳定运行。中国专利CN101876329B提出了一种可变喷嘴式喷射泵，通过旋转手轮或通过采集高速流体的流量信号控制自动执行机构实现了喷射泵喷嘴的可调性。中国专利CN102748330A提出了一种多喷嘴蒸汽喷射式热泵及操作方法，通过多喷嘴组作用，提高喷射系数，达到稳定混合蒸汽压力，减少了无法利用压力相对低的蒸汽作为驱动蒸汽而产生的能源浪费。但上述方法均未能从根本上解决固定结构的超音速气体引射器最小起动压力不可调节的问题。

发明内容

本发明的技术解决问题：超音速气体引射器起动阶段要求引射气体的总压必须高于最小起动压力，造成几何结构固定的引射器起动阶段所需的高压引射气体流量远大于有负载条件下所需的流量，从而造成引射系数低和高压引射工质浪费。此外，由于引射器及引射工质供应系统的设计往往基于经验，因此，若引射工质供应能力裕量不足，则可能造成引射器无法起动，必须对引射工质供应系统(例如锅炉、气瓶场)进行改造或者在设计阶段采用较大的裕量，这也将导致设备规模增加、高压气体资源浪费。采取超音速入口切向补气进行主动流体控制是解决引射器低压起动的最佳方式之一。

本发明的技术解决方案：

本发明的技术解决方案是在超音速气体引射器的引射气喷嘴和超音速扩压器之间增加一个混合室和补气集气室，并利用新增的混合室外壁与原超音速扩压器形成切向补气喷嘴，用于加速并调节补气流量和流动方向。补气气体在原超音速扩压器内形成气动喉道，其截面积小于原超音速扩压器截面积，从而降低引射器最小起动压力，并可在有被引射气体(负载)情况下自适应调节气动喉道大小、节约引射气体流量，从而保证引射器可靠起动并具有较高的引射系数。

本发明与现有技术相比的优点如下：