一种带有防冷凝微波加热装置的环形蒸汽引射器 |
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| 申请号 | CN202310994314.7 | 申请日 | 2023-08-09 | 公开(公告)号 | CN117072496A | 公开(公告)日 | 2023-11-17 |
| 申请人 | 国能河北龙山发电有限责任公司; | 发明人 | 李强; 张敬坡; 姚鹏飞; 侯峰; 冯慧波; 梁华洋; 郭景洲; 周昊; 杨立辉; 金科浪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种带有防冷凝 微波 加热装置的环形 蒸汽 引射器，涉及蒸汽引射器技术领域，包括引射器本体和微波加热装置：引射器本体上设置有拉法尔 喷嘴 用于喷入工作蒸汽；微波加热装置包括微波发生器和波 导管 ，其中微波发生器用于产生与 水 蒸气共振 频率 相近的高频微波， 波导 管用于将所述高频微波传导至拉法尔喷嘴处。传统蒸汽引射器存在积水无法及时排出的问题，对引射器结构和性能产生不利影响。相较于 现有技术 ，本发明通过增加一个微波加热装置，利用微波加热非 接触 式、快速、高效、可精准调控的特点，对拉法尔喷嘴处的蒸汽进行加热，来减少冷凝水的产生。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种带有防冷凝微波加热装置的环形蒸汽引射器，包括引射器本体，所述引射器本体上设置有拉法尔喷嘴(3)用于喷入工作蒸汽，并在位于拉法尔喷嘴(3)下游的管道上设置有混合室(4)和扩压室(5)；其特征在于，在所述拉法尔喷嘴(3)处设置有微波加热装置； |
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| 说明书全文 | 一种带有防冷凝微波加热装置的环形蒸汽引射器技术领域[0001] 本发明属于蒸汽引射器技术领域，具体涉及一种带有防冷凝微波加热装置的环形蒸汽引射器。 背景技术[0002] 蒸汽引射器是利用高压的工作蒸汽来抽吸低压的引射蒸汽，并形成中压蒸汽一种的流体机械装置，其具有结构简单可靠、运转费用低廉、节能效果显著的特点，广泛应用于海水淡化、制冷、化工、火箭和喷气飞机的推进系统、储能等领域。其工作原理为：高温高压的工作蒸汽通过拉法尔喷管，其静压转化为动压，流体速度增大，在喷管的喉部位置达到音速，并在渐扩段继续加速至超音速，在喷管出口形成低压区，引射蒸汽被高速低压的蒸汽卷吸进入混合室中混合。混合后的蒸汽进入扩压室膨胀扩压，流速减小，达到用户所需的蒸汽状态。但是在拉法尔喷管中加速的过程中，流体温度也会急剧下降，当温度低于当前压力的饱和温度时，便发生冷凝现象。在喷管内发生冷凝会造成引射器内发生壅塞现象，对引射器结构和性能产生不利影响。 [0003] 实用新型专利(CN201921798328.7)公开一种具有疏水功能的组合式蒸汽引射器，其具有疏水功能的组合式蒸汽引射器包括若干个彼此独立设置的引射器和连接部，每个引射器上均设置有疏水机构，用于单独控制每一个引射器中积水的排出。但是仍未从根本上解决蒸汽引射器内冷凝的问题。 [0004] 上述蒸汽引射器通过将多个引射器组合，每一个单独开设疏水机构来解决引射器内部积水问题。但是对于不同的工况，积水程度不一样，如果无法及时排出其中的积水，仍会对引射器性能产生较大的不利影响。此外现有一些蒸汽引射器通过提高工作蒸汽的过热度来解决内部冷凝问题，但是较大的过热度会产生较大的热应力，对引射器的结构强度有较大的要求，且很难满足多变的工况。因此，要解决引射器内冷凝的问题。 发明内容[0005] 为解决现有技术中的问题，本发明提出了一种带有防冷凝微波加热装置的环形蒸汽引射器。 [0006] 本发明采用以下技术方案： [0007] 一种带有防冷凝微波加热装置的环形蒸汽引射器，包括引射器本体，所述引射器本体上设置有拉法尔喷嘴用于喷入工作蒸汽，并在位于拉法尔喷嘴下游的管道上设置有混合室和扩压室；其特征在于，在所述拉法尔喷嘴处设置有微波加热装置； [0008] 所述微波加热装置包括微波发生器和波导管，其中微波发生器用于产生与水蒸气共振频率相近的高频微波；波导管用于将微波发生器所产生的高频微波传导至拉法尔喷嘴处并对拉法尔喷嘴处的工作蒸汽进行加热； [0009] 在拉法尔喷嘴与混合室之间的管道内设置有螺旋叶片，用于促进工作蒸汽和引射蒸汽混合，减少冷凝的产生。 [0010] 作为本发明的优选方案，所述的引射器本体的上游设置有引射蒸汽入口，下游设置有混合蒸汽出口；引射器本体还设置有工作蒸汽入口，所述工作蒸汽入口与所述拉法尔喷嘴相连。 [0011] 作为本发明的优选方案，所述的拉法尔喷嘴由渐缩段、喉部及渐扩段组成，渐缩段、喉部及渐扩段顺次连接，其中渐缩段的入口即为拉法尔喷嘴的入口，渐扩段出口即为拉法尔喷嘴出口；从拉法尔喷嘴的喉部位置到拉法尔喷嘴出口之间均匀分布有多个波导管；所述拉法尔喷嘴使工作蒸汽加速膨胀，工作蒸汽的压力能转化为动能且工作蒸汽被加速至超音速，工作蒸汽在拉法尔喷嘴出口处压力低于引射蒸汽的压力。 [0012] 作为本发明的优选方案，所述微波发生器包括变压器、磁控管、信号采集及传输装置、控制开关；所述信号采集及传输装置采集拉法尔喷嘴渐扩段不同位置处的温度及压力数据；控制开关通过变压器控制磁控管的工作状态和输出功率的大小，磁控管用于产生微波。 [0013] 作为本发明的优选方案，所述微波发生器还包括监测系统，所述监测系统主要由计算机和信号传输线组成；监测系统接收信号采集及传输装置采集的拉法尔喷嘴渐扩段不同位置处的温度及压力数据；并将所采集到的温度及压力数据反馈到控制开关来控制磁控管的工作状态和输出功率的大小。 [0014] 作为本发明的优选方案，所述波导管包括波导管外壳、温度探头、压力探头和陶瓷封盖；所述波导管外壳与微波发生器的磁控管相连接，将磁控管产生的微波传导至拉法尔喷嘴处；所述温度探头测量拉法尔喷嘴渐扩段处温度数据；所述压力探头测量拉法尔喷嘴渐扩段处压力数据；温度探头和压力探头分别与信号采集及传输装置相连接且均穿透固定在陶瓷封盖上；所述陶瓷封盖使微波穿透进入拉法尔喷嘴的渐扩段且将波导管与拉法尔喷嘴隔绝开来，防止蒸汽进入波导管中。 [0015] 作为本发明的优选方案，所述螺旋叶片为设置在引射器本体内的翅片形式。 [0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果包括： [0017] (1)传统蒸汽引射器通过提高工作蒸汽的过热度来解决内部冷凝问题，但是较大的过热度会产生较大的热应力，对引射器的结构强度有较大的要求，且很难满足多变的工况。此外，目前有些蒸汽引射器通过将多个引射器组合，每一个单独开设疏水机构来解决引射器内部积水问题。但存在积水无法及时排出的问题。本发明通过在拉法尔喷嘴处增加一个微波加热装置，利用微波加热非接触式、快速、高效、可精准调控的特点，对拉法尔喷嘴处的蒸汽进行加热，可有效减少在喷嘴喉部及渐扩段发生的蒸汽冷凝现象，来减少冷凝水的产生； [0021] 图1为带有防冷凝微波加热装置的环形蒸汽引射器的整体结构图； [0022] 图2为A‑A截面处的左视图； [0023] 图3为B‑B截面处的左视图； [0024] 图4为微波加热装置图； [0025] 图5为C处波导管与引射器壳体连接部位的局部放大图； [0026] 图6为D处拉法尔喷嘴与波导管连接部位的局部放大图。 [0027] 附图标记说明：1‑微波发生器、2‑波导管、3‑拉法尔喷嘴、4‑混合室、5‑扩压室、6‑引水槽、7‑螺旋叶片、8‑排水管、9‑监测系统、10‑密封装置； [0028] 变压器1‑1、磁控管1‑2、信号采集及传输装置1‑3、电源插头1‑4、控制开关1‑5、外壳1‑6； [0029] 波导管外壳2‑1、温度探头2‑2、压力探头2‑3、陶瓷封盖2‑4； [0030] 拉法尔喷嘴渐缩段3‑1、喉部3‑2、渐扩段3‑3； [0031] 金属密封圈10‑1、两个半圆形的金属封盖10‑2及卡箍10‑3。 具体实施方式[0032] 下面结合具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。所述实施例仅是本公开内容的示范且不圈定限制范围。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。本发明采用环形蒸汽引射器的结构来设计，为的是在给引射器增加微波加热装置的同时又可以尽量减小对管内流场的影响。 [0033] 如图1所示，为本发明的带有防冷凝微波加热装置的环形蒸汽引射器的其中一个实施例，其具体包括：引射器本体、微波发生器1、波导管2、拉法尔喷嘴3、混合室4、扩压室5、引水槽6、螺旋叶片7、排水管8、监测系统9和密封装置10。 [0034] 所述引射器本体上设置有拉法尔喷嘴3用于喷入工作蒸汽，并在位于拉法尔喷嘴3下游的管道上设置有混合室4和扩压室5；在所述拉法尔喷嘴3处设置有微波加热装置。 [0035] 如图4所示为微波加热装置，其包括微波发生器1和波导管2； [0036] 微波发生器1：包括变压器1‑1、磁控管1‑2、信号采集及传输装置1‑3、电源插头1‑4、控制开关1‑5、外壳1‑6。 [0037] 变压器1‑1为用于将工厂所用的380V的交流电转变为4000V左右的直流电；磁控管1‑2用于产生与水蒸气共振频率相近的高频微波；信号采集及传输装置1‑3用于采集拉法尔喷嘴3渐扩段不同位置处的温度及压力数据并将其传输给监测系统9；电源插头1‑4用于连接电源且与控制开关1‑5相连接；控制开关1‑5可以根据监测系统9所反馈的数据来控制不同位置处磁控管1‑2的工作状态和输出功率的大小；外壳1‑6为这个微波发生器1的支撑及保护装置。 [0038] 波导管2：波导管外壳2‑1、温度探头2‑2、压力探头2‑3、陶瓷封盖2‑4。 [0039] 波导管外壳2‑1与微波发生器1的磁控管1‑2相连接，用于将磁控管1‑2产生的微波传导至喷嘴处，且从拉法尔喷嘴3喉部位置开始到喷嘴出口，均匀分布有5个波导管；温度探头2‑2处在波导管2内右侧位置上，用于测量拉法尔喷嘴3渐扩段处温度数据；压力探头2‑3处在波导管2内左侧位置上，用于测量拉法尔喷嘴3渐扩段处压力数据；温度探头2‑2和压力探头2‑3分别与控信号采集及传输装置1‑3相连接且均穿透固定在陶瓷封盖2‑4上；陶瓷封盖2‑4可以使微波穿透进入拉法尔喷嘴3的渐扩段且可以将波导管2与拉法尔喷嘴3隔绝开来，防止蒸汽进入波导管2中。 [0040] 引射器本体的上游设置有引射蒸汽入口，下游设置有混合蒸汽出口；引射器本体还设置有工作蒸汽入口，所述工作蒸汽入口与所述拉法尔喷嘴3相连。 [0041] 所述的拉法尔喷嘴3由渐缩段、喉部及渐扩段组成，使工作蒸汽加速膨胀，蒸汽的压力能转化为动能且加速至超音速，并使蒸汽在喷嘴出口处压力低于引射蒸汽的压力，以此来卷吸低压蒸汽。 [0042] 在拉法尔喷嘴3与混合室4之间的管道内设置有螺旋叶片7，用于促进工作蒸汽和引射蒸汽混合均匀，减少冷凝的产生。 [0043] 所述螺旋叶片7既可以使工作蒸汽和引射蒸汽混合均匀，使两股蒸汽的能量、质量交换更加充分，也可以减少冷凝的产生。本实施例所用的螺旋叶片7为类似管内翅片形式，其位于拉法尔喷嘴3出口处约500mm的位置，其叶片高度为15mm，厚度为3mm，螺旋叶片7的螺距为150mm，螺旋叶片7圈数为8。 [0044] 所述混合室4为等截面混合室，用于将超音速的工作蒸汽和卷吸来的引射蒸汽混合均匀。 [0045] 所述的扩压室5为渐扩管段，位于混合室4的下游，用于升高混合室4混合后的蒸汽压力并降低蒸汽速度，达到所需蒸汽状态。 [0046] 本发明在所述螺旋叶片7下游的引射器本体管壁上设有引水槽6；例如在一个优选实施例中，从螺旋叶片7下游100mm处的混合室管壁处开始开设引水槽6，引水槽经过扩压室5，将引射器内部产生的冷凝水引流至扩压室5下游的低速低压直管段，并通过低速低压直管段上设置的排水管8排出。 [0047] 所述排水管8上安装泄水阀，可间隔开启将引射器内产生的冷凝水排出。此外，由于微波加热装置的作用，冷凝水产生较少，泄水阀的开启可以间隔较长的时间。 [0048] 所述的微波发生器1还包括监测系统9；微波加热装置还包括密封装置10。 [0049] 所述监测系统9主要由计算机和信号传输线组成。所述监测系统9与微波发生器1的信号采集及传输装置1‑3相连接，主要用于实时监测拉法尔喷嘴3渐扩段不同位置处的温度压力数据，并且通过计算机比较不同位置处温度与在当前压力下的饱和温度大小，并将信号传递给控制开关1‑5，以此来控制不同位置处磁控管1‑2的工作状态和输出功率的大小，以免造成电力资源的浪费。 [0050] 如图1所示为带有防冷凝微波加热装置的环形蒸汽引射器的整体结构，引射器采用环形蒸汽引射器的结构进行设计，各个组成部分具体位置如图1所示，引射器最左侧为引射蒸汽的入口，下侧入口为工作蒸汽的入口，最右侧为混合蒸汽出口。 [0051] 如图2所示为A‑A截面处的左视图，在引射器的拉法尔喷嘴3位置处，在其周向均匀分布有四组微波加热装置，可均匀加热喷嘴内的水蒸气，并且在每一个波导管2内都布置有温度探头2‑2和压力探头2‑3，在每一个波导截面上都有4个温度和压力数据，通过计算其平均值以减小重力带来的影响。 [0052] 如图3所示为B‑B截面处的左视图，从图上可以看出在保证叶片强度的同时又对流场造成的影响较小，螺旋叶片7的宽度和厚度应合理选取。 [0053] 如图5所示为C处波导管2与引射器壳体连接部位的局部放大图。其包括密封装置10、波导管2及引射器壳体。 [0054] 密封装置10包括金属密封圈10‑1、两个半圆形的金属封盖10‑2及卡箍10‑3。 [0055] 金属密封圈10‑1用于保障波导管2的密封；半圆形的金属封盖10‑2用于将金属密封圈10‑1和波导管2固定；卡箍10‑3用于紧固金属封盖10‑2。 [0056] 在引射器壳体和波导管2之间留有2mm左右的空隙，可以使温度探头2‑2和压力探头2‑3伸入进去进行测量，但是对流场又不会产生太大影响。 [0057] 如图6所示为D处拉法尔喷嘴与波导管连接部位的局部放大图。其包括波导管2、拉法尔喷嘴3、引射器壳体及密封装置10。 [0058] 拉法尔喷嘴3包括渐缩段3‑1、喉部3‑2及渐扩段3‑3。 [0059] 亚音速的工作蒸汽通过拉法尔喷嘴3的渐缩段3‑1进入，由于流道截面积不断减小，但流量不变，因此流速增大，在喉部3‑2位置速度达到音速；而达到音速后的气流在渐扩段3‑3位置会随着流道面积的变大而不断降压膨胀，进一步加速至超音速；随后从拉法尔喷管3的出口喷出。 [0060] 利用本发明的带有防冷凝微波加热装置的环形蒸汽引射器的工作方法，可采用以下步骤： [0061] 引射蒸汽从引射器本体上游的引射蒸汽入口进入，工作蒸汽从工作蒸汽入口进入后经拉法尔喷嘴3喷入引射器本体； [0062] 温度探头2‑2和压力探头2‑3分别实时测量拉法尔喷嘴3渐扩段处的温度数据和压力数据，并将数据传输至信号采集及传输装置1‑3；监测系统9实时监测信号采集及传输装置1‑3内的温度数据和压力数据，并且通过计算机比较不同位置处温度与在当前压力下的饱和温度大小，然后将信号传递给控制开关1‑5，以此来控制不同位置处磁控管1‑2的工作状态和输出功率的大小；微波由磁控管1‑2产生并通过波导管外壳2‑1传导至拉法尔喷嘴3的渐扩段3‑3处； [0063] 拉法尔喷嘴3处的工作蒸汽被加热，加热后的工作蒸汽通过拉法尔喷嘴3喷入管内，并将引射蒸汽卷吸进来，后经过螺旋叶片7和混合室4，被均匀混合，混合后的蒸汽在扩压室5进行扩压减速，最后在混合蒸汽出口输出； [0064] 引水槽6将引射器内部产生的冷凝水引流至引射器扩压室5后面的低速低压直管段，并通过排水管8排出。 [0065] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。 |
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