一种可调式喷射装置及方法

1.本发明涉及喷射混合器领域，具体涉及一种可调式喷射装置及方法。


背景技术：

2.喷射器是一种利用高压流体来提高低压流体的压力进而获得一股压力居中的流体的装置，应用非常广泛。将其应用于喷射式系统中，不仅可以减少压缩机的压比，减少能量输入，而且可以提高系统的可靠性。喷射器的主要损失是工作流体和引射流体在混合前的速度差以及混合过程中的激波现象。
3.中国专利(公开号：cn101412011a)中公开了一种可调式喷射器，当进入喷射器的制冷剂流量变化时，通过针阀对喷嘴喉部截面积和混合段锥形入口截面积的调节，可提高喷嘴的效率，并避免气流在混合段中出现激波或回流现象，提高喷射器的工作效率。但是该可调式喷射器的接受室为直管型结构，工作流体和引射流体混合前的速度差较大。中国专利(公开号：cn105855084b)中公开了一种可调式喷射器，能够调节喷射器内各个喉部的流通面积，使喉部呈直线型通道，提高喷射器工作效率，但在调节过程中为单独对各个喉部进行调节，虽然增加了可调节范围，但也增加了调节的数量和步骤，导致调节效率较低，无法适用于对引射比进行快速调整的场景。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种可调式喷射装置及方法，通过在喷射装置内部设置调节芯，调节芯在动力喷嘴、混合室内均有分布，改变调节芯位置时能够同时调节动力喷嘴内通道的截面积和混合室内通道的截面积，减少调节步骤以提高调节速度，满足快速调整引射比的需求，从而提高运行效率。
5.本发明的第一目的是提供一种可调式喷射装置，采用以下方案：
6.包括沿轴向依次连通的接受室、混合室和扩压室，第一入口通过动力喷嘴接入接受室轴向一端，第二入口接入接受室；调节芯位于混合室内，调节芯一端穿过接受室后探入动力喷嘴内，调节芯与动力喷嘴内壁之间形成第一通道，调节芯与混合室内壁之间形成第二通道；调节芯通过沿轴向的移动改变第一通道和第二通道的径向截面积。
7.进一步地，所述调节芯位于动力喷嘴内的节段为第一锥形段，第一锥形段与动力喷嘴同轴布置，使第一通道的径向截面呈环形。
8.进一步地，所述第一锥形段与动力喷嘴内壁在同一环向位置的母线平行布置，沿轴向上，第一通道的径向厚度相等。
9.进一步地，所述调节芯位于混合室内的节段为第二锥形段，第二锥形段与混合室同轴布置，使第二通道的径向截面呈环形。
10.进一步地，所述第二锥形段与混合室内壁在同一环向位置的母线呈夹角布置，沿轴向上，第二通道的径向截面积相等。
11.进一步地，所述调节芯位于接受室内的节段为直线段，直线段与接受室同轴布置，
第二入口沿接受室环向布置，且第二入口内流体流向与接受室流体流向呈锐角。
12.进一步地，所述调节芯连接有带动其沿轴向往复运动的调节件，调节件延伸至第一入口外，通过调节芯沿轴向的运动改变第二通道的轴向长度。
13.进一步地，所述调节芯远离接受室的一端延伸至扩压室内并形成第三锥形段，第三锥形段与扩压室内壁之间形成第三通道，第三通道的径向截面积沿轴线远离混合室的方向上逐渐增大。
14.本发明的第二目的是提供一种利用可调式喷射装置的工作方法，包括：
15.第一入口接入高压流体，第二入口接入低压流体，高压流体经过动力喷嘴后输入混合室内与低压流体汇合；
16.汇合后的低压流体和高压流体共同输入混合室内进行混合，混合后的流体通过扩压室流出；
17.调整调节芯的轴向位置，改变第一通道和第二通道的径向截面积，调整引射比。
18.进一步地，调整调节芯的轴向位置后，改变第一通道和第二通道的截面积之比，第二通道的轴向长度也随之变化。
19.与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
20.(1)针对目前调节喷射器内截面积时效率较低的问题，通过在喷射装置内部设置调节芯，调节芯在动力喷嘴、混合室内均有分布，改变调节芯位置时能够同时调节动力喷嘴内通道的截面积和混合室内通道的截面积，减少调节步骤以提高调节速度，满足快速调整引射比的需求，从而提高运行效率。
21.(2)调节芯为整体结构，调节芯的不同节段配合不同位置形成多条通道，在调节芯移动时，同时调节多个通道位置的径向截面积，控制面积比，解决了进出口工况条件发生变化时引射能力下降导致的引射比降低的问题，保证引射比。
22.(3)锥形段配合的动力喷嘴内壁、混合室内壁均为锥形，并使第一锥形段与动力喷嘴内壁同一环向位置的母线平行布置，第一通道形成径向厚度相等的喇叭状结构，第二锥形段与混合室内壁同一环向位置的母线呈夹角设置，实现厚度不同、截面积相等的混合室，在流体沿第二通道内流动过程中逐渐扩散，保证对流体的引射能力。
23.(4)通过第二锥形段配合混合室形成的第二通道也成锥形，在调节芯位置发生变化时，第二通道的轴向长度也随之变化，同时调节喷射装置内第一通道、第二通道的面积以及混合室内部的长度，能够适应更多的工况，使其在不同的所需流量条件下达到合适的引射比，从而提高喷射装置的运行效率。
附图说明
24.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
25.图1为本发明实施例1和2中可调式喷射装置的结构示意图。
26.图2为本发明实施例1和2中改变调节芯位置后的示意图。
27.图3为本发明实施例1和2中改变调节芯位置后的示意图。
28.其中，1-第一入口，2-第二入口，3-调节件，4-调节芯，5-动力喷嘴，6-接受室，7-混合室，8-扩压室。
具体实施方式
29.实施例1
30.本发明的一个典型实施例中，如图1-图3所示，给出一种可调式喷射装置。
31.流体在喷射器内部的流动过程影响喷射器末端输出的状态，目前通过调节喷射器内各个喉部的流通面积，使喉部呈直线型通道，提高喷射器工作效率，但在调节过程中需要单独对各个喉部进行调节，虽然增加了可调节范围，但也增加了调节的数量和步骤，导致调节效率较低，同时，其调整参数为单一类型，对于通道的长度无法进行调整，无法适用于对引射比进行快速调整的场景。
32.基于此，本实施例中提供一种可调式喷射装置，可以同时调节动力喷嘴5喉部处与混合室7处的通道截面积，进而调控两者的面积比，解决了进出口工况条件变化时，引射能力下降，引射比降低的问题。
33.下面，结合附图对本实施例中的可调式喷射装置进行详细说明。
34.参见图1，可调式喷射器设有基体和调节芯4，基体内部形成沿轴向依次连通的接受室6、混合室7和扩压室8。
35.其中，接受室6能够获取多种流体，使多种流体在接受室6内汇合，至少设有两个入口，不同的入口可以对接不同的流体源，比如：第一入口1接入第一流体源，第二入口2接入第二流体源，第一流体源和第二流体源能够提供不同压力的射流，从而使不同压力的射流在接受室6内汇合。
36.混合室7获取接受室6内汇合后的流体，使流体在混合室7内进行充分混合。扩压室8将混合后的流体进行扩压输出。
37.调节芯4布置在基体内，分为多个节段，部分节段位于接受室6内、部分节段位于混合室7内、部分节段位于扩压室8内，调节芯4为整体式结构，在调节芯4改变位置时，如图2、图3所示，各个节段相对于所处位置的基体同时改变位置。
38.接受室6通过第一入口1和第二入口2接入流体源，本实施例中，第一入口1通过动力喷嘴5接入接受室6轴向一端，第二入口2通过接受室6环向侧面接入接受室6，使第一入口1和第二入口2输入流体的方向相交叉。
39.调节芯4的部分节段位于混合室7内，调节芯4一端穿过接受室6后探入动力喷嘴5内，调节芯4与动力喷嘴5内壁之间形成第一通道，使得第一入口1输入的流体能够在第一通道作用下增速形成射流；调节芯4与混合室7内壁之间形成第二通道，使得第一入口1和第二入口2输入射流汇合后进行混合，第二通道为相对于接受室6更薄的薄壁通道，提高接受室6汇合后流体的输出压力。
40.调节芯4为一体式结构，部分节段配合动力喷嘴5内壁之间形成第一通道，部分节段配合混合室7内壁之间形成第二通道，在调节芯4位置发生变化时，第一通道和第二通道同时发生变化。
41.具体的，调节芯4为包括多个节段的芯材结构，轴线方向与基体轴线方向相同，调节芯4在沿轴向移动时改变的为第一通道和第二通道的径向截面积。径向截面积的变化通过调节芯4外周壁与动力喷嘴5内壁之间间隙的变化。
42.调节芯4的一个节段为位于动力喷嘴5内的第一锥形段，第一锥形段与动力喷嘴5同轴布置，使第一通道的径向截面呈环形；调节芯4的另一个节段为位于混合室7内的第二
锥形段，第二锥形段与混合室7同轴布置，使第二通道的径向截面呈环形。
43.在第一锥形段和第二锥形段之间，调节芯4位于接受室6内的节段为直线段，直线段与接受室6同轴布置，第二入口2沿接受室6环向布置，且第二入口2内流体流向与接受室6流体流向呈锐角。
44.调节芯4的再一个节段为远离接受室6的一端延伸至扩压室8内所形成的第三锥形段，第三锥形段与扩压室8内壁之间形成第三通道，第三通道的径向截面积沿轴线远离混合室7的方向上逐渐增大。
45.如图1、图2所示，调节芯4沿轴向上分为四个节段，分别为第一锥形段、直线段、第二锥形段和第三锥形段。第一锥形段与动力喷嘴5内壁在同一环向位置的母线平行布置，沿轴向上，第一通道的径向厚度相等；第二锥形段与混合室7内壁在同一环向位置的母线呈夹角布置，沿轴向上，第二通道的径向截面积相等，并且第二通道的径向厚度逐渐变化。
46.动力喷嘴5通过第一入口1接入高压流，动力喷嘴5的出口和第二入口2共同连通接受室6；第一入口1的内壁为流线型结构，相较于传统的直线型壁面，减少了流动阻力，降低了流动过程中的能量损失，提高了喷射装置的运行效率；动力喷嘴5、接受室6、混合室7和扩压室8依次连通，是具有相同的轴线的筒状结构。
47.动力喷嘴5为缩放喷嘴，设置在接受室6前，在动力喷嘴5、接受室6、混合室7以及扩压室8的轴线处布置有调节芯4，调节芯4可在电动装置的驱动下能够沿轴向移动，从而改变动力喷嘴5喉部和调节芯4的外壁组成的环形空间的径向截面积，同时改变混合室7内壁与调节芯4的外壁组成的环形空间的径向截面积，在改变混合室7位置径向截面积的同时，混合室7内壁与调节芯4外壁之间相对的区域长度也发生变化，从而可以改变混合室7位置形成的第二通道长度。
48.动力喷嘴5的径向尺寸沿轴向上逐渐变化，对应该处的调节芯4的第一锥形段与动力喷嘴5的内壁有着相同的角度布置。同时混合室7设计并非是圆筒状的等截面积结构，而是圆台筒状的非等截面积结构，混合室7内壁的径向尺寸沿轴向上逐渐变化，对应该处的调节芯4的第二锥形段与混合室7的内壁有着不同的角度布置，从而使二者之间形成的第二通道呈截面积相等、厚度不同的筒状结构。
49.结合图1和图3，通过上述结构布置，使得动力喷嘴5和调节芯4第一锥形段之间形成的第一通道的厚度均匀分布，达到动力喷嘴5内部第一通道的厚度不变。混合室7与第二锥形段之间的第二通道的径向截面积从前到后始终保持相同的条件，实现了等截面积混合室7。
50.扩散室内部的空腔为圆筒状结构设计，与内部倒三角锥形第三锥形段组成了截面积不断扩大的区域，与传统的扩张喷嘴式扩压室8可以起到相同的作用。
51.如图3所示，调节芯4连接有带动其沿轴向往复运动的调节件3，调节件3延伸至第一入口1外，通过调节芯4沿轴向的运动改变第二通道的轴向长度。本实施例中的调节件3可以采用电动推杆、伸缩杆等线性驱动元件，带动调节芯4沿轴向移动。
52.以图1所示姿态为例，动力喷嘴5位于接受室6的左侧，扩压室8位于混合室7的右侧。在调节芯4向左移动的过程中，动力喷嘴5喉部的截面积会减小，混合室7内部第二通道的径向截面积会减小，混合室7的长度会减小；相反的，在调节芯4向右移动的过程中，动力喷嘴5喉部的截面积会增大，混合室7内部第二通道的径向截面积会增大，混合室7的长度会
增大。
53.因此，调节芯4在沿轴向移动过程中，一方面可以改变内部通道的面积比，另一方面可以改变混合室7内部第二通道的长度，从而对不同工况进行更好的适应。通过调节通道的面积比和混合室7长度，可以使可调式喷射装置适应更多工况条件，使其在不同的所需流量条件下达到合适的引射比，从而提高喷射器的运行效；。尤其是对于超临界二氧化碳循环制冷的小型喷射器，采用可调式喷射装置可以使其系统能在不同的制冷量需求下以较高的效率运行。
54.实施例2
55.本发明的另一典型实施方式中，如图1-图3所示，给出一种可调式喷射装置的工作方法。
56.参见图1-图3，该工作方法包括：
57.第一入口1接入高压流体，第二入口2接入低压流体，高压流体经过动力喷嘴5后输入混合室7内与低压流体汇合；
58.汇合后的低压流体和高压流体共同输入混合室7内进行混合，混合后的流体通过扩压室8流出；
59.调整调节芯4的轴向位置，改变第一通道和第二通道的径向截面积，调整引射比；调整调节芯4的轴向位置后，改变第一通道和第二通道的截面积之比，第二通道的轴向长度也随之变化。
60.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。