超音速菊花型噴嘴及安裝有該噴嘴的氣體噴射式真空泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石油、化工、冶金、電力、機(jī)械、制冷、制藥、海水淡化以及軍工等行業(yè)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超音速或跨音速菊花型噴嘴及安裝有該噴嘴的氣體噴射式真空栗。
[0002]此外，本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生真空的超音速或跨音速菊花型噴嘴。
[0003]此外，本發(fā)明涉及一種用于煉油減壓蒸餾等裝置的石油化工蒸汽噴射式抽空器。
[0004]此外，本發(fā)明涉及一種用于冶金鋼水真空處理等系統(tǒng)的蒸汽噴射器。
[0005]此外，本發(fā)明涉及一種用于電力、醫(yī)藥、海水淡化、制冷等的蒸汽噴射泵。
[0006]此外，本發(fā)明涉及一種用于機(jī)械、石化等行業(yè)的水蒸汽噴射真空泵等。
【背景技術(shù)】
[0007]自從1895年美國(guó)出現(xiàn)第一個(gè)真正意義上的噴射式真空泵專(zhuān)利(US536415，VacuumPump)以來(lái)，噴射式真空泵的主要結(jié)構(gòu)和性能沒(méi)有發(fā)生多大的變化。噴射式真空泵是由一定壓力和溫度的動(dòng)力氣態(tài)介質(zhì)(稱(chēng)為主流)，經(jīng)過(guò)拉瓦爾(Laval)噴嘴或錐形收縮噴嘴減壓增速后進(jìn)入擴(kuò)壓室，在擴(kuò)壓室中與被抽的氣體(稱(chēng)為次流)進(jìn)行能量交換與混合，并攜帶被抽氣體在擴(kuò)壓室內(nèi)減速、增壓、混合，最終克服出口背壓排出，從而達(dá)到抽取次流的目的。在實(shí)際生產(chǎn)中，噴射式真空泵使用的動(dòng)力氣體，常用的是水蒸汽，所以工程上經(jīng)常被稱(chēng)之為蒸汽噴射式抽空器、蒸汽噴射器、蒸汽噴射式真空泵、水蒸汽噴射真空泵等。噴射式真空泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、沒(méi)有運(yùn)動(dòng)件、工作穩(wěn)定可靠、安裝使用維護(hù)簡(jiǎn)單、抽氣量很大，能抽出含有大量水蒸汽、粉塵等氣體等特點(diǎn)，最大可為工藝提供一般不小于1.33-0.13Pa絕對(duì)壓力的真空環(huán)境，是石油、化工、冶金、電力、機(jī)械、制冷、海水淡化、制藥以及軍工等領(lǐng)域大型成套裝置中的關(guān)鍵部分。雖然噴射式真空泵的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但是主流氣體在噴射式真空泵中的流動(dòng)過(guò)程受多種重要因素影響，如湍流、激波，抽氣機(jī)理比較復(fù)雜，其抽氣理論和設(shè)計(jì)方法等尚不完善。
[0008]本發(fā)明涉及使用氣態(tài)動(dòng)力介質(zhì)(稱(chēng)為主流,如蒸汽、空氣、工藝氣體)來(lái)產(chǎn)生真空的噴射式真空泵，在工程上經(jīng)常也被稱(chēng)為蒸汽噴射式抽空器、蒸汽噴射器、蒸汽噴射式真空泵、水蒸汽噴射真空泵等。在工程實(shí)際中，蒸汽噴射式真空泵(蒸汽噴射式抽空器、蒸汽噴射器、水蒸汽噴射真空泵等)消耗大量的水蒸汽，是生產(chǎn)裝置耗能大戶(hù)之一。蒸汽噴射式真空泵的工作效率主要取決于兩個(gè)方面:其一，也是最為重要的，是完成能量轉(zhuǎn)換、產(chǎn)生真空的噴嘴結(jié)構(gòu)形式、尺寸以及加工精度等；其二，與噴嘴相配合的噴射式真空泵的流道形式、尺寸、制造裝配精度以及安裝質(zhì)量等。如果使用多級(jí)噴射式真空泵，還與每一級(jí)噴射式真空栗的布局有關(guān)。
[0009]目前市場(chǎng)上先進(jìn)的大量使用的蒸汽噴射式真空泵(蒸汽噴射式抽空器、蒸汽噴射器、水蒸汽噴射真空泵等)都采用傳統(tǒng)的拉瓦爾噴嘴結(jié)構(gòu)，該種形式噴射式真空泵噴射系數(shù)小、動(dòng)力介質(zhì)蒸汽消耗量大、效率低、還有較大噪音。
[0010]在現(xiàn)有技術(shù)中，授權(quán)公告號(hào)為CN201949953U的專(zhuān)利公開(kāi)了一種高效節(jié)能?chē)娮旒鞍惭b有該噴嘴的蒸汽噴射泵，該種噴嘴是通過(guò)采用噴嘴直管段來(lái)努力實(shí)現(xiàn)降低蒸汽消耗量的目標(biāo)。然而該種結(jié)構(gòu)形式仍然采用拉瓦爾噴嘴，沒(méi)有突破性地從根本上、從機(jī)理上來(lái)大幅度提高蒸汽噴射泵的噴射系數(shù)和抽真空效率。
[0011]授權(quán)公告號(hào)為CN2475476Y的專(zhuān)利公開(kāi)了一種噴射器噴嘴，該種噴射器噴嘴是通過(guò)采用可變的噴嘴喉部來(lái)實(shí)現(xiàn)降低蒸汽消耗量的目標(biāo)。噴嘴喉部直徑大則蒸汽消耗量大，噴嘴喉部直徑小則蒸汽消耗量小，然而該種結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有從根本上提高蒸汽噴射器的噴射系數(shù)和抽真空效率。
[0012]授權(quán)公告號(hào)為CN2746983Y的專(zhuān)利公開(kāi)了一種蒸汽制冷機(jī)組中的主噴射器噴嘴，該噴嘴只能用于夏季中央空調(diào)制冷，不能用于產(chǎn)生真空的噴射式真空泵。
[0013]授權(quán)公告號(hào)為CN2096009U的專(zhuān)利公開(kāi)了一種蒸汽冷凝水回收噴射器，其收斂圓錐型噴嘴是一種用于鍋爐蒸汽冷凝水回收裝置中的汽與水的混合噴射器，發(fā)明目的是混合和解決汽堵問(wèn)題，不能用于產(chǎn)生真空的噴射式真空泵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的主要目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，發(fā)明了一種超音速或跨音速菊花型噴嘴和相配套的氣體噴射式真空泵，代替現(xiàn)在大量使用的拉瓦爾噴嘴和氣體噴射式真空泵等裝置，從根本上、機(jī)理上改善了主流氣體(如水蒸汽、空氣、工藝氣體)噴出噴嘴的流動(dòng)和分布形態(tài)，以及與被引射氣體在擴(kuò)壓室混合段中的流動(dòng)和分布形態(tài)，進(jìn)而使噴射式真空泵的噴射系數(shù)和工作效率得到根本的提高，大幅度減少?lài)娚涫秸婵毡玫闹髁鳉怏w(如蒸汽)的消耗量，降低氣動(dòng)噪聲。
[0015]本發(fā)明還有另一個(gè)目的是提供一種與菊花型噴嘴相配套的蒸汽噴射式抽空器。
[0016]本發(fā)明還有另一個(gè)目的是提供一種與菊花型噴嘴相配套的蒸汽噴射器。
[0017]本發(fā)明還有另一個(gè)目的是提供一種與菊花型噴嘴相配套的水蒸汽噴射真空泵或蒸汽噴射泵等。
[0018]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，公開(kāi)了一種工質(zhì)為氣體(如水蒸汽)的超音速或跨音速菊花型噴嘴，包括4個(gè)部分:1)噴嘴入口段(圖1中符號(hào)1) ；2)噴嘴喉部(圖1中符號(hào)2) ；3)噴嘴出口段(圖1中符號(hào)3) ；4)噴嘴延長(zhǎng)段(圖1中符號(hào)4)。這4個(gè)部分依次連接，形成完整的菊花型噴嘴結(jié)構(gòu)。
[0019]菊花型噴嘴入口段為沿流動(dòng)方向截面積逐漸減小結(jié)構(gòu)，其壁面型線(xiàn)可以是便于加工的錐形管結(jié)構(gòu)或理想的維托辛斯基型線(xiàn)軸對(duì)稱(chēng)收斂結(jié)構(gòu)或以維托辛斯基型線(xiàn)為原型的圓弧線(xiàn)、雙曲線(xiàn)或拋物線(xiàn)等；噴嘴喉部為直管段；噴嘴出口段的型面為菊花形的褶皺擴(kuò)張型結(jié)構(gòu)，沿流動(dòng)方向噴嘴出口段截面積逐漸增大；噴嘴出口段的褶皺擴(kuò)張型結(jié)構(gòu)，在圓周方向上為呈周期性排列的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)或非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)；菊花形的褶皺擴(kuò)張型結(jié)構(gòu)在任意一個(gè)橫截面上可以是具有壁厚的由圓弧線(xiàn)、三角函數(shù)線(xiàn)、雙曲線(xiàn)、拋物線(xiàn)、橢圓線(xiàn)、直線(xiàn)等或它們之間的任意組合圍成的一個(gè)封閉曲線(xiàn)，在工程上常用的為圓弧線(xiàn)、三角函數(shù)線(xiàn)、直線(xiàn)或它們之間的任意組合；噴嘴延長(zhǎng)段為等橫截面積或變橫截面積的管道形狀，對(duì)于等橫截面積形狀，其向下游延伸段的橫截面形狀與噴嘴出口段的終止截面相同，對(duì)于變橫截面積形狀，其向下游延伸段的橫截面形狀與噴嘴出口段的終止截面形狀相同，橫截面積不同，但拉伸母線(xiàn)可以是直線(xiàn)或任意曲線(xiàn)。
[0020]優(yōu)選地，如圖1和圖2所述超音速或跨音速菊花型噴嘴滿(mǎn)足:1)D1 > D2，D2 = D3，其中，噴嘴入口段起始截面直徑為D1，噴嘴入口段終止截面直徑為D2，噴嘴喉部直徑為D3 ；2)L1 > 0mm, L2 = 0.1?300mm，L2優(yōu)選常用的為2?20mm，其中，噴嘴入口段軸向長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，噴嘴喉部軸向長(zhǎng)度為 L2 ;3)S3 = S4，S4 < S5，S4: S5 = 1: 1.2 ?1: 1000，S5 = S6*s5 < s6，其中，噴嘴喉部橫截面流通面積為s3，噴嘴出口段起始橫截面流通面積為s4，噴嘴出口段終止橫截面流通面積為s5，噴嘴延長(zhǎng)段橫截面流通面積為S6 ；4)L3 = 10?2000mm，AN1 = 45。?-45。，AN2 = 0。?75。，n = 2 ?48，B = 2 ?500mm，其中，噴嘴出口段菊花型結(jié)構(gòu)的軸向長(zhǎng)度為L(zhǎng)3，內(nèi)擴(kuò)張角為AN1，外擴(kuò)張角為AN2，圓周方向上菊花瓣型結(jié)構(gòu)的個(gè)數(shù)為n，噴嘴出口段終止截面上菊花瓣型結(jié)構(gòu)周向?qū)挾葹锽;5)L4 = 2?500mm，其中，噴嘴延長(zhǎng)段軸向長(zhǎng)度為L(zhǎng)4。
[0021]一種安裝有[014]至[020]所述超音速或跨音速菊花型噴嘴的氣體噴射式真空泵或蒸汽噴射式抽空器或蒸汽噴射器或水蒸汽噴射真空泵或蒸汽噴射泵等裝置，其特征在于:所述氣體噴射式真空泵或蒸汽噴射式抽空器或蒸汽噴射器或水蒸汽噴射真空泵或蒸汽噴射泵等裝置包括:1)主流氣體(如水蒸汽、空氣、工藝氣體)管道入口段(圖3中符號(hào)5) ；2)菊花型噴嘴(圖3中符號(hào)6) ；3)吸入室(圖3中符號(hào)7)以及與吸入室相連的次流入口段(圖3中符號(hào)13) ；4)擴(kuò)壓室混合段(圖3中符號(hào)8)，它由兩部分組成:一是擴(kuò)壓室混合段入口部分(圖3中符號(hào)9)，二是擴(kuò)壓室混合段收斂部分(圖3中符號(hào)10) ；5)擴(kuò)壓室喉部(圖3中符號(hào)11) ；6)擴(kuò)壓室擴(kuò)壓段(圖3中符號(hào)12)。所述超音速或跨音速菊花型噴嘴安裝在吸入室內(nèi)，菊花型噴嘴入口段(圖1中符號(hào)1)與主流氣體管道入口段(圖3中符號(hào)5)的接頭采用焊接，或墊片密封加螺紋連接，或墊片密封加法蘭連接的方式連接。優(yōu)選