一种可调节喷射器的制作方法

本发明涉及喷射器设计，特别涉及一种可调节喷射器。

背景技术：

喷射器结构简单，加工容易，造价低廉，运行稳定可靠，在工业生产中有广泛的应用。喷射器在蒸汽压缩、喷射式制冷、喷射式热泵等系统中被应用，可以作为膨胀设备或者压缩设备来提高系统的性能，进而实现节能减排的效果。目前，喷射器也可被应用于工业的余热回收装置中。

喷射器主要由喷嘴、混合室和扩压段组成。然而，根据设计工况设计的喷射器，其整个结构和尺寸都是固定的，当工作流体的负荷在非设计工况变化时，喷射器的性能将下降，甚至喷射器不再工作。由于目前对喷射器的设计主要集中在喷射器的整体结构，对喷射器的内部调节的部件设计少有涉及。

技术实现要素：

为了解决现有喷射器不能满足工作流体负荷变化的情况，即喷射器的内部结构不能随着负荷变化而变化的问题，本发明提供一种可调节喷射器，利用两个滑块分别调节喷射器的喷嘴和混合扩压段喉部直径，并给出了两个滑块的结构设计。本发明通过调节喷射器喷嘴和混合扩压段的直径，确定在喷嘴和混合扩压段的喉部处的速度是音速，喷射器的流量的变化可以满足多负荷情况，在工业生产中有更广泛的应用。

本发明所采用的技术方案是：一种可调节喷射器，包括同轴连接的喷嘴和混合扩压段，所述喷嘴的喉部内设置有能沿所述喷嘴轴向移动的喷嘴滑块，通过所述喷嘴滑块的轴向移动调节所述喷嘴喉部的流通截面积；所述喷嘴滑块分为靠近所述喷嘴喉部入口的第一部分和背离所述喷嘴喉部入口的第二部分，所述喷嘴滑块的第一部分的截面形状为三角形，所述喷嘴滑块的第二部分的截面形状为椭圆形。

进一步地，采用钢丝绳调节结构对所述喷嘴滑块进行轴向移动，所述钢丝绳调节结构包括：

两个旋柱，两个所述旋柱分别设置在所述喷嘴和所述混合扩压段的有效设计尺寸外；

两个定位装置，两个定位装置分别设置在两个所述旋柱上，并位于所述喷射器的轴向中心线处；以及，

钢丝绳，所述钢丝绳的两端分别缠绕在两个所述定位装置上，所述喷嘴滑块固定连接在所述钢丝绳上，并且，所述喷嘴滑块的初始位置以所述喷嘴喉部入口为原始位置点，同时向一个方向旋转两个所述旋柱，通过所述钢丝绳带动所述喷嘴滑块轴向移动，实现对所述喷嘴喉部的流通截面积的调节，进而实现对工作流体的流量调节。

进一步地，采用滑杆调节结构对所述喷嘴滑块进行轴向移动，所述滑杆调节结构包括：

第一电动机，所述第一电动机设置在所述喷射器的外部；以及，

第一滑杆，所述第一滑杆沿所述喷嘴的中心线布置，所述第一滑杆的一端与所述喷嘴滑块固定连接、另一端与所述第一电动机固定连接，通过所述第一电动机带动所述第一滑杆水平轴向移动，从而带动所述喷嘴滑块轴向移动，实现对所述喷嘴喉部的流通截面积的调节，进而实现对工作流体的流量调节。

进一步地，所述混合扩压段的喉部内设置有能沿所述混合扩压段轴向移动的扩压段滑块，通过所述扩压段滑块的轴向移动调节所述混合扩压段喉部的流通截面积；所述扩压段滑块分为靠近所述混合扩压段喉部入口的第一部分和背离所述混合扩压段喉部入口的第二部分，所述扩压段滑块的第二部分的截面形状为椭圆形结构，所述扩压段滑块的第一部分的截面轮廓线根据所述喷嘴滑块调节所述喷嘴喉部直径时的流量变化规律确定。

进一步地，采用同步调节机构对所述喷嘴滑块和所述扩压段滑块进行同步轴向移动，所述同步调节机构包括：

第二电动机，所述第二电动机设置在所述喷射器的外部；

第三滑杆，所述第三滑杆沿所述喷嘴和所述混合扩压段的中心线布置，所述喷嘴滑块固定连接在所述第三滑杆上；所述第三滑杆的一端与所述第二电动机固定连接、另一端设置有外螺纹并伸入至所述混合扩压段内与所述扩压段滑块的第一部分螺纹连接，所述扩压段滑块内设置有与所述外螺纹配合连接的内螺纹；

第二滑杆，所述第二滑杆沿所述混合扩压段的中心线布置，所述第二滑杆的一端与所述扩压段滑块的第二部分固定连接、另一端内开设有沟槽；以及，

限位杆，所述限位杆的一端固定连接在所述混合扩压段的内壁上、另一端设置在所述第二滑杆的沟槽内，通过所述限位杆和所述沟槽的配合使得所述扩压段滑块在所述第三滑杆的水平轴向移动作用下只能发生水平轴向移动，而不发生旋转运动；其中，

通过所述第二电动机带动所述第三滑杆水平轴向移动，在所述第三滑杆与所述扩压段滑块的螺纹连接及所述限位杆和所述沟槽的配合作用下，使得所述扩压段滑块发生与所述喷嘴滑块运动方向相反的水平轴向移动，实现所述喷嘴滑块和所述扩压段滑块的同步反向移动，从而实现对所述喷嘴喉部和所述混合扩压段喉部的流通截面积的同步调节。

进一步地，采用非同步调节机构对所述喷嘴滑块和所述扩压段滑块进行非同步轴向移动，所述非同步调节机构包括：

第三电动机，所述第三电动机设置在所述喷射器的外部；

第四滑杆，所述第四滑杆沿所述喷嘴的中心线布置，所述第四滑杆的一端与所述喷嘴滑块固定连接、另一端与所述第三电动机固定连接，通过所述第三电动机带动所述第四滑杆水平轴向移动，从而带动所述喷嘴滑块轴向移动，实现对所述喷嘴喉部的流通截面积的调节，进而实现对工作流体的流量调节；

第四电动机，所述第四电动机设置在所述喷射器的混合扩压段的外部；以及，

第五滑杆，所述第五滑杆沿所述混合扩压段的中心线布置，所述第五滑杆的一端与所述扩压段滑块固定连接、另一端与所述第四电动机固定连接，通过所述第四电动机带动所述第五滑杆水平轴向移动，从而带动所述扩压段滑块轴向移动，实现对所述混合扩压段喉部的流通截面积的调节，进而实现对工作流体的流量调节。

进一步地，所述喷嘴和所述混合扩压段之间采用螺栓相互连接，所述喷嘴出口距离混合室入口的水平距离通过调节所述螺栓实现。

本发明的有益效果是：本发明一种可调节喷射器，可以通过调节喷嘴喉部的直径改变工作流体的质量流量，涉及钢丝绳结构和滑杆结构；也可以调节喷嘴和混合扩压段的喉部直径同时改变流体流量，涉及同步调节和非同步调节两种方法。通过改变喉部直径，可以实现流量的控制，满足工作流体多负荷运行的工况，增加了喷射器的应用范围，扩大了其在工业上的应用。

附图说明

图1a：本发明的喷嘴滑块和扩压段滑块的结构设计示意图；

图1b：本发明设置有喷嘴滑块的喷嘴喉部截面示意图；

图1c：本发明设置有扩压段滑块的混合扩压段喉部截面示意图；

图2：本发明采用钢丝绳结构对喷嘴喉部直径进行调节的结构示意图；

图3：本发明采用滑杆结构对喷嘴喉部直径进行调节的结构示意图；

图4：本发明采用滑杆结构对喷嘴喉部直径和混合扩压段喉部直径进行同步调节的结构示意图；

图5：本发明采用滑杆结构对喷嘴喉部直径和混合扩压段喉部直径进行非同步调节的结构示意图；

附图标注：1—喷嘴；2—混合扩压段；3—螺栓；4—y型圈密封；5—喷嘴滑块；6—旋柱；7—定位装置；8—钢丝绳；9—第一电动机；10—第一滑杆；11—扩压段滑块；12—外螺纹；13—第二滑杆；14—沟槽；15—限位杆；16—第二电动机；17—第三滑杆；18—第三电动机；19—第四滑杆；20—第四电动机；21—第五滑杆。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如附图1至图5所示，一种可调节喷射器，包括同轴连接的喷嘴1和混合扩压段2。

1.喷嘴1喉部直径调节

所述喷嘴1的喉部内设置有能沿所述喷嘴1轴向移动的喷嘴滑块5，通过所述喷嘴滑块5的轴向移动调节所述喷嘴1喉部的流通截面积。

1.1调节喷嘴1喉部直径的喷嘴滑块5的结构设计

对于所述喷嘴滑块5的设计，以喷嘴1喉部入口为基准，所述喷嘴滑块5的最大直径d1和喷嘴1的喉部直径d0相等，即：

d1＝d0(1)

所述喷嘴滑块5分为靠近所述喷嘴1喉部入口的第一部分和背离所述喷嘴1喉部入口的第二部分，根据所述喷嘴1的实际尺寸结构确定所述喷嘴滑块5第一部分的水平长度l1和所述喷嘴滑块5第二部分的水平长度l2，可根据经验和需求来自行确定。所述喷嘴滑块5的第一部分，即，进入所述喷嘴1的部分的截面形状以三角形的形式设计，所述喷嘴滑块5的第二部分的截面形状以椭圆形的形式设计。起调节作用的主要为三角形部分，椭圆形部分是为了减小高速气流对喷嘴滑块5的冲击而设计。

在三角形调节区域，将喷嘴滑块5的水平距离平均分成n份，喷嘴滑块5每水平移动一次的距离是l1/n，若移动的距离为i*l1/n，i表示移动的次数，此时对应的滑块直径为d，根据三角形相似定理：

公式(2)化简得：

设所述喷嘴滑块5的第一部分的三角形顶点为坐标原点o点，x轴沿着所述喷嘴1的中心线并与所述喷嘴1中流体的流动方向相反，y轴垂直于所述喷嘴1的中心线，则，所述喷嘴滑块5的第二部分椭圆形的中心坐标是(l1,0)、长半轴的长度是l2、短半轴的长度是d1/2，因此，所述喷嘴滑块5的第二部分的椭圆形轮廓线方程为：

由此，调节喷嘴1喉部的喷嘴滑块5的结构被获得。

1.2钢丝绳结构对喷嘴1喉部直径的调节

如图2所示，采用钢丝绳调节结构对所述喷嘴滑块5进行轴向移动，所述钢丝绳调节结构包括两个旋柱6，两个定位装置7和钢丝绳8。两个所述旋柱6分别设置在所述喷嘴1和所述混合扩压段2的有效设计尺寸外。两个定位装置7分别设置在两个所述旋柱6上，并位于所述喷射器的轴向中心线处。所述钢丝绳8采用柔性钢丝绳；所述钢丝绳8的两端分别缠绕在两个所述定位装置7上，所述旋柱6每旋转一周，所述钢丝绳8会水平移动一段距离，移动距离等于所述定位装置7的周长。所述喷嘴滑块5固定连接在所述钢丝绳8上，并且，所述喷嘴滑块5的初始位置以所述喷嘴1喉部入口为原始位置点，即此时图2中显示的位置；同时向一个方向旋转两个所述旋柱6，通过所述钢丝绳8带动所述喷嘴滑块5轴向移动，可以实现对所述喷嘴1喉部直径的调节，即实现对所述喷嘴1喉部的流通截面积的调节，进而实现对工作流体的流量调节。

1.3滑杆结构对喷嘴1喉部直径的调节

如图3所示，采用滑杆调节结构对所述喷嘴滑块5进行轴向移动，所述滑杆调节结构包括第一电动机9和第一滑杆10。所述第一电动机9设置在所述喷射器的外部。所述第一滑杆10沿所述喷嘴1的中心线布置，所述第一滑杆10的一端与所述喷嘴滑块5固定连接、另一端与所述第一电动机9固定连接；所述第一滑杆10是刚性结构，可以通过所述第一电动机9带动所述第一滑杆10水平轴向移动，水平移动的距离可根据实际滑杆转一圈单独计算。通过第一滑杆10和所述第一电动机9带动所述喷嘴滑块5轴向移动，可以实现对所述喷嘴1喉部直径的调节，即实现对所述喷嘴1喉部的流通截面积的调节，进而实现对工作流体的流量调节。

2.喷嘴1喉部直径和混合扩压段2喉部直径调节

喷射器的喉部速度应为当前工况时的音速。喷射器工作流体和出口流体的工况确定时，喷嘴1和混合扩压段2喉部的音速是保持不变的，当在喷嘴1处增加喷嘴滑块5时，可以调节工作流体的质量流量，但是此时混合扩压段2的喉部不一定能达到音速。因此，在上述中所述喷嘴1的喉部内设置喷嘴滑块5的基础上，在混合扩压段2的喉部可以对应的增加一个能沿混合扩压段2轴向移动的扩压段滑块11，通过所述扩压段滑块11的轴向移动调节混合扩压段2喉部的流通截面积。

2.1调节混合扩压段2喉部直径的扩压段滑块11的结构设计

所述扩压段滑块11分为靠近所述混合扩压段2喉部入口的第一部分和背离所述混合扩压段2喉部入口的第二部分，所述扩压段滑块11的第二部分的截面形状为椭圆形结构，所述扩压段滑块11的第一部分的截面轮廓线是根据所述喷嘴滑块5调节喷嘴1喉部直径时的流量变化规律来对应计算确定，水平长度由喷嘴滑块5的第一部分的水平长度对应计算确定。所述扩压段滑块11结构的具体设计如下：

在混合扩压段2增加扩压段滑块11：(1)若扩压段滑块11和喷嘴滑块5是非同步调节，则扩压段滑块11可以按照喷嘴滑块5的步骤设计。难点是在实验过程中，喷嘴滑块5的位置被调节好之后，扩压段滑块11对应的位置需要被逐步调节，进而使混合扩压段2的速度达到音速。(2)若扩压段滑块11和喷嘴滑块5同步调节两个喉部的直径，用小写字母表示喷嘴1处的情况，混合扩压段2的用大写字母表示。具体计算方法如下：

喷嘴1处的质量流量m：

m＝μm引(5)

式中，μ表示喷射器的引射系数，m引表示引射流体的质量流量。

在喷嘴滑块5的尺寸确定后，有：

m＝ρv＝ρas(6)

式中，ρ表示喷嘴1喉部流体密度，v表示单位时间内流过喷嘴的流体的体积流量，a表示喷嘴1喉部音速，s表示喉部的横截面积，在流体的确定时，质量流量的比值等于喉部面积之比，即：

式中，m有滑块表示有滑块时的质量流量；m无滑块表示无滑块时的质量流量；s有效表示喷嘴滑块5调节喷嘴1喉部直径时，流体通过的有效的圆环面积；s总表示当喷嘴1喉部无喷嘴滑块5时，喷嘴1喉部的总面积。

喷嘴滑块5的截面积s滑块：

当喷嘴1喉部无喷嘴滑块5时，喷嘴1喉部的总面积s总为：

喷嘴滑块5调节喷嘴1喉部直径时，流体通过的有效的圆环面积s有效为：

混合扩压段2的质量流量m：

m＝m+m引＝(1+μ)m(11)

在设计工况下，喷射器的引射系数μ不变，以混合扩压段2的喉部出口为基准，混合扩压段2的喉部质量流量比和喷嘴1的喉部质量流量比相等，即：

式中，m有滑块表示流体混合后有滑块时的质量流量；m无滑块表示流体混合后无滑块时的质量流量。

当混合扩压段2喉部无扩压段滑块11时，混合扩压段2喉部的总面积s总为：

式中，d0表示混合扩压段2的喉部直径。

扩压段滑块11调节混合扩压段2喉部直径时，流体通过的有效的圆环面积s有效，即，图1c中剖面空心圆环的面积：

式中，di表示水平移动i次之后对应的扩压段滑块11的直径。

由公式(14)和(15)，可以算出水平移动i次之后对应的扩压段滑块11的直径di：

该公式表示喷嘴滑块5和扩压段滑块11同时反向移动i*l1/n时，对应的扩压段滑块11的直径是i*d0/n。即扩压段滑块11水平移动l1/n，2l1/n……(n-1)l1/n，nl1/n，都会对应一个单独的直径d0/n，2d0/n……(n-1)d0/n，nd0/n。n无穷大时，扩压段滑块11相当于由无限个微元结构组成，可以根据描点法画出扩压段滑块11的结构。值得注意的是，该设计方法未考虑滑杆的直径，在实际设计中，可将此按照面积关系考虑进去。扩压段滑块11最大的水平位移为l1，此时对应的最厚的部分直径为d1，该尺寸在喷嘴滑块5的调节量是100％时确定。由此，扩压段滑块11的第二部分的椭圆形结构的短半轴被确定，是d1/2，其长半轴l2可根据经验和需求来自行确定。

设所述扩压段滑块11的第一部分的三角形顶点为坐标原点o’点，x’轴沿着所述混合扩压段2的中心线并与所述混合扩压段2中流体的流动方向相同，y’轴垂直于所述混合扩压段2的中心线，则，扩压段滑块11的第二部分的椭圆形轮廓线方程为：

2.2滑杆结构对喷嘴1喉部直径和混合扩压段2喉部直径的同步调节

如图4所示，喷嘴滑块5被用来调节喷嘴1喉部直径，扩压段滑块11被用来调节混合扩压段2的喉部直径。采用同步调节机构对所述喷嘴滑块5和所述扩压段滑块11进行同步轴向移动，所述同步调节机构包括第二滑杆13，两个限位杆15，第二电动机16和第三滑杆17。所述第二电动机16设置在所述喷射器的外部。所述第三滑杆17沿所述喷嘴1和所述混合扩压段2的中心线布置，所述喷嘴滑块5固定连接在所述第三滑杆17上；所述第三滑杆17的一端与所述第二电动机16固定连接、另一端设置有外螺纹12并伸入至所述混合扩压段2内与所述扩压段滑块11的第一部分螺纹连接，所述扩压段滑块11内设置有与所述外螺纹12配合连接的内螺纹。所述第二滑杆13沿所述混合扩压段2的中心线布置，所述第二滑杆13的一端与所述扩压段滑块11的第二部分固定连接、另一端内开设有沟槽14。所述限位杆15的一端固定连接在所述混合扩压段2的内壁上、另一端设置在所述第二滑杆13的沟槽14内，通过所述限位杆15和所述沟槽14的配合使得所述扩压段滑块11在所述第三滑杆17的水平轴向移动作用下只能发生水平轴向移动，而不发生旋转运动。通过所述第二电动机16带动所述第三滑杆17水平轴向移动，在所述第三滑杆17与所述扩压段滑块11的螺纹连接及所述限位杆15和所述沟槽14的配合作用下，使得所述扩压段滑块11发生与所述喷嘴滑块5运动方向相反的水平轴向移动，实现所述喷嘴滑块5和所述扩压段滑块11的同步反向移动，从而实现对所述喷嘴1喉部和所述混合扩压段2喉部的流通截面积的同步调节。

喷嘴滑块5和扩压段滑块11的移动通过第二电动机16来控制。喷嘴滑块5和扩压段滑块11是通过内外螺纹连接的，当喷嘴滑块5向右移动(减小喷嘴1喉部直径)时，扩压段滑块11反向靠近喷嘴滑块5，也在对应的减少混合扩压段2的喉部直径；当喷嘴滑块5向左移动时，扩压段滑块11向右退出。在这个过程中，扩压段滑块11只能水平移动，不能旋转，该功能由两个限位杆15和第二滑杆13上的沟槽14完成，两个限位杆15的一端分别被固定在喷射器壁上，另一端被放置在沟槽14中。值得注意的是，扩压段滑块11和喷嘴滑块5是同时反向移动的，且扩压段滑块11的第一部分轮廓线是根据喷嘴滑块5的第一部分轮廓线对应计算获得的，所以对两个喉部的调节是同步的。

2.3滑杆结构对喷嘴1喉部直径和混合扩压段2喉部直径的非同步调节

如图5所示，采用非同步调节机构对所述喷嘴滑块5和所述扩压段滑块11进行非同步轴向移动，所述非同步调节机构包括第三电动机18，第四滑杆19，第四电动机20和第五滑杆21。所述第三电动机18设置在所述喷射器的外部。所述第四滑杆19沿所述喷嘴1的中心线布置，所述第四滑杆19的一端与所述喷嘴滑块5固定连接、另一端与所述第三电动机18固定连接，通过所述第三电动机18带动所述第四滑杆19水平轴向移动，从而带动所述喷嘴滑块5轴向移动，实现对所述喷嘴1喉部的流通截面积的调节，进而实现对工作流体的流量调节。所述第四电动机20设置在所述喷射器的混合扩压段2的外部。所述第五滑杆21沿所述混合扩压段2的中心线布置，所述第五滑杆21的一端与所述扩压段滑块11固定连接、另一端与所述第四电动机20固定连接，通过所述第四电动机20带动所述第五滑杆21水平轴向移动，从而带动所述扩压段滑块11轴向移动，实现对所述混合扩压段2喉部的流通截面积的调节，进而实现对工作流体的流量调节。

非同步调节与同步调节是类似的，不同之处在于根据图4结构设计的喷嘴滑块5和扩压段滑块11，可以分开单独调节两个喉部的直径，更具有灵活性，适用范围更广。图5中的喷嘴滑块5和扩压段滑块11都可以旋转，并采用第三电动机18和第四电动机20来分别控制喷嘴滑块5和扩压段滑块11的水平移动。

3.喷嘴1的水平调节

所述喷嘴1和所述混合扩压段2之间采用螺栓3相互连接，图2中，所述喷嘴1出口距离混合室入口的水平距离l可以通过调节所述螺栓3实现。所述喷嘴1和所述混合扩压段2的密封采用y型圈密封4实现。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。