一种压力交换引射器 |
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| 申请号 | CN202311778807.3 | 申请日 | 2023-12-22 | 公开(公告)号 | CN117759578A | 公开(公告)日 | 2024-03-26 |
| 申请人 | 上海交通大学; | 发明人 | 周登极; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种压 力 交换引射器，包括引射器壳体，所述引射器壳体内设有由第一电动 推杆 驱动的可调超声速喷管和由第二电动推杆驱动的可调锥，所述可调锥相对所述第二电动推杆的那一端穿设在可调超声速喷管内并与所述可调超声速喷管滑动连接，所述引射器壳体内还设有混合室入口和混合室出口，所述可调超声速喷管上对应所述混合室入口设有第一锥形部，所述可调锥上对应所述混合室出口设第二锥形部；本发明具有以下有益效果：本发明能够通过实时调节可调超声速喷管和可调锥的 位置 进而调节关键面积，保持原本的压力恢复能力的同时维持较高的引射系数，即引射系数自适应，可以解决非设计工况下的引射器性能和效率不高的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种压力交换引射器，包括引射器壳体(1)，其特征在于：所述引射器壳体(1)内设有由第一电动推杆(21)驱动的可调超声速喷管(22)和由第二电动推杆(24)驱动的可调锥(23)，所述可调锥(23)相对所述第二电动推杆(24)的那一端穿设在可调超声速喷管(22)内并与所述可调超声速喷管(22)滑动连接，所述引射器壳体(1)内还设有混合室入口(34)和混合室出口(41)，所述可调超声速喷管(22)上对应所述混合室入口(34)设有第一锥形部(30)，所述可调锥(23)上对应所述混合室出口(41)设有第二锥形部(42)，所述可调锥(23)上还对应所述可调超声速喷管(22)的喉部(31)和出气口(33)设有第三锥形部(32)。 |
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| 说明书全文 | 一种压力交换引射器技术领域[0001] 本发明涉及引射器技术领域，特别是涉及一种压力交换引射器。 背景技术[0002] 引射器是一种流体机械装置，高压流体经过引射器喷管形成的高速射流与低压流体进行动量交换，能够提升低压流体的压力达到中压甚至高压；其中，高压流体称为主引射流体(又称工作流体或一次流体)；低压流体称为被引射流体(又称引射流体或二次流体)；二者混合之后的流体称为混合流体，引射系数为衡量引射器性能的一个关键指标，其定义为被引射流体质量流量与主引射流体质量流量之比，在压缩机的运行工况中，其介质为天然气，能够提供的工作气体压力与需求的引射器出口气体压力较高，为4MPa数量级，且需求的引射器出口气体压力不能低于一定值，要求压力损失较小，另外压缩机干气密封一级放空天然气为0.1MPa数量级，与前二者压力相差至少十倍以上，即压缩比和膨胀比非常大，其带来的问题是超声速混合过程复杂作用中造成的能量损失即压力损失是较大的，对于大压缩比而言，压力也很难通过扩压室达到需求的引射器出口气体压力。 [0003] 压缩机的运行工况会变化，干气密封一级天然气放空质量流量和压力也随之变化，根据压缩机不同的运行转速与不同线路不同的密封，干气密封一级天然气的预期放空量在一定范围里变化，对于传统定面积引射器而言，在压力条件的设定下工况不变时，引射性能是一定的，然而在运行工况变化的情况下，干气密封一级天然气放空流量会随着压缩机的运行转速变化，引射器的引射性能变化较大，为保证能够最大程度上回收放空的天然气，实现较大引射系数与较高效率的回收较为困难，使用传统的引射器无法解决上述问题。 发明内容[0004] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种压力交换引射器，用于解决现有技术中无法保证能够最大程度上回收放空的天然气的问题。 [0005] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供如下技术方案： [0006] 一种压力交换引射器，包括引射器壳体，所述引射器壳体内设有由第一电动推杆驱动的可调超声速喷管和由第二电动推杆驱动的可调锥，所述可调锥相对所述第二电动推杆的那一端穿设在可调超声速喷管内并与所述可调超声速喷管滑动连接，所述引射器壳体内还设有混合室入口和混合室出口，所述可调超声速喷管上对应所述混合室入口设有第一锥形部，所述可调锥上对应所述混合室出口设有第二锥形部，所述可调锥上还对应所述可调超声速喷管的喉部和出气口设有第三锥形部。 [0007] 于本发明的一实施例中，所述引射器壳体包括第一壳体和与所述第一壳体一体成型的第二壳体，所述第一壳体内依次设有第一安装室和吸入室，所述第二壳体内依次设有混合室、扩压室、出气室和第二安装室，所述第一壳体和第二壳体连接处为混合室入口，所述第一电动推杆位于所述第一安装室内并通过第一调节块安装在所述第一壳体内，所述第二电动推杆位于所述第二安装室内并通过第二调节块安装在所述第二壳体内。 [0008] 于本发明的一实施例中，所述第一电动推杆与可调超声速喷管的连接处设有与所述第一安装室滑动连接的第一滑块，所述第二电动推杆与可调锥的连接处设有与所述第二安装室滑动连接的第二滑块，该技术方案中在第一滑块在第一安装室内滑动的作用下能够使得可调超声速喷管移动的更加稳定，在第二滑块在第二安装室内滑动的作用下能够使得可调锥移动的更加稳定。 [0009] 于本发明的一实施例中，所述可调锥包括位于第二壳体内的第一锥体和位于第一壳体内的第二锥体，所述第二锥形部设置在第一锥体上并与所述第一锥体一体成型，所述第三锥形部设置在第二锥体上并与所述第二锥体一体成型，所述第一锥体和第二锥体之间通过轴承连接，所述轴承的表面套设有转子，所述转子的周向侧面上设有多个沿周向均匀分布的叶片，该技术方案中在转子的转动下会带动叶片进行转动，从而能够将被引射气体和从可调超声速喷管喷出的主引射气体进行混合，提高了混合效率高。 [0010] 于本发明的一实施例中，所述第一壳体上设有与吸入室相连通的第一进气管和与第一安装室相连通的第二进气管，所述可调超声速喷管上对应所述第二进气管设有进气口，所述第一进气管处连接有低压进气管路，所述第二进气管处连接有高压进气管路。 [0011] 于本发明的一实施例中，所述低压进气管路上依次设有第一压力计和第一流量计，所述低压进气管路上还安装有用于控制低压进气管路通断的第一控制阀，该技术方案中第一压力计和第一流量计能够检测到低压进气管路内的被引射气体的压力和流量。 [0012] 于本发明的一实施例中，所述高压进气管路包括相互连接的第一高压进气支路和第二高压进气支路，所述第一高压进气支路上依次设有第二压力计和第二流量计，所述第一高压进气支路上设有用于控制第一高压进气支路通断的第二控制阀，所述第二高压进气支路上依次设有第一调压阀和第二调压阀，所述第二壳体上还设有与出气室相连通和第二高压进气支路连接的出气管，该技术方案中的第二压力计和第二流量计能够检测到第一高压进气支路内的主引射气体的压力和流量。 [0013] 于本发明的一实施例中，所述第一壳体相对所述第二壳体的那一端安装有第一法兰，所述第一壳体朝向所述第二壳体的一端的表面套设有位于所述第一进气管和第二进气管之间的第二法兰，所述第二壳体相对所述第一壳体的那一端安装有第三法兰，所述第一进气管、第二进气管和出气管上均安装有第四法兰。 [0014] 如上所述，本发明的一种压力交换引射器，具有以下有益效果： [0015] 本发明通过可调超声速喷管和可调锥在电动推杆的驱动下进行相对移动或相背移动，能够改变可调超声速喷管喉部、可调超声速喷管出气口、混合室入口与混合室出口的面积，从而能够通过实时调节可调超声速喷管和可调锥的位置进而调节关键面积，保持原本的压力恢复能力的同时维持较高的引射系数，即引射系数自适应，可以解决非设计工况下的引射器性能和效率不高的问题，从而可以保证能够最大程度上回收放空的天然气。附图说明 [0016] 图1为本发明实施例中公开的压力交换引射器的整体结构示意图； [0017] 图2为本发明实施例中公开的压力交换引射器的正俯视立体示意图； [0018] 图3为本发明实施例中公开的压力交换引射器的正视剖面竖向示意图； [0019] 图4为本发明实施例中公开的压力交换引射器中第一壳体的正视剖面示意图； [0020] 图5为本发明实施例中公开的压力交换引射器的图4中A处的放大示意图； [0021] 图6为本发明实施例中公开的压力交换引射器中第二壳体的正视剖面示意图； [0022] 图7为本发明实施例中公开的压力交换引射器的图6中B处的放大示意图； [0023] 图8为本发明实施例中公开的压力交换引射器中可调锥的立体示意图； [0024] 图9为本发明实施例中公开的压力交换引射器中转子的立体示意图； [0025] 图10为本发明实施例中公开的压力交换引射器中混合室和扩压室的正视剖面示意图； [0026] 图11为本发明实施例中公开的压力交换引射器中控制流程的示意图。 [0027] 元件标号说明 [0028] 1、引射器壳体；101、第一壳体；102、第二壳体；2、第一进气管；3、第二进气管；4、出气管；5、第一法兰；6、第二法兰；7、第三法兰；8、第四法兰；9、低压进气管路；10、第一压力计；11、第一流量计；12、第一控制阀；13、第一高压进气支路；14、第二高压进气支路；15、第二压力计；16、第二流量计；17、第二控制阀；18、第一调压阀；19、第二调压阀；20、第一调节块；21、第一电动推杆；22、可调超声速喷管；23、可调锥；2301、第一锥体；2302、第二锥体；24、第二电动推杆；25、第二调节块；26、第一安装室；27、吸入室；28、第一滑块；29、进气口； 30、第一锥形部；31、喉部；32、第三锥形部；33、出气口；34、混合室入口；35、扩压室；36、出气室；37、第二滑块；38、第二安装室；39、转子；40、混合室；41、混合室出口；42、第二锥形部； 43、轴承；44、叶片。 具体实施方式[0029] 以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。 [0030] 请参阅图1至图9，本发明提供一种压力交换引射器，包括引射器壳体1，引射器壳体1内设有由第一电动推杆21驱动的可调超声速喷管22和由第二电动推杆24驱动的可调锥23，其中，可调锥23为复杂锥形柱，可调锥23相对第二电动推杆24的那一端穿设在可调超声速喷管22内并与可调超声速喷管22滑动连接，其中，可调超声速喷管22与第一滑块28的连接处开设有与可调锥23滑动连接的滑槽，引射器壳体1内还设有混合室入口34和混合室出口41，可调超声速喷管22上对应混合室入口34设有第一锥形部30，可调锥23上对应混合室出口41设有第二锥形部42，其中，混合室40分为收缩段和平直段，平直段位于混合室出口41处，具体请参阅图10，可调锥23上还对应可调超声速喷管22的喉部31和出气口33设有第三锥形部32。 [0031] 引射器壳体1包括第一壳体101和与第一壳体101一体成型的第二壳体102，第一壳体101内依次设有第一安装室26和吸入室27，第二壳体102内依次设有混合室40、扩压室35、出气室36和第二安装室38，其中，第一安装室26和吸入室27沿着第一壳体101的长度方向依次设置在第一壳体101内，混合室40、扩压室35、出气室36和第二安装室38沿着第二壳体102的长度方向依次设置在第二壳体102内，第一壳体101和第二壳体102连接处为混合室入口34，第一电动推杆21位于第一安装室26内并通过第一调节块20安装在第一壳体101内，第二电动推杆24位于第二安装室38内并通过第二调节块25安装在第二壳体102内。 [0032] 其中，调节块可以在安装时对第一电动推杆21和第二电动推杆24位置进行调整，从而可以在引射器初始状态时对可调超声速喷管22与可调锥23的位置进行微调定位，配合电动推杆内置的直线位移编码器，可以使得两者的调节是按照设计比例进行的，从而保证引射的效果，实现引射系数自试应，第一电动推杆21与可调超声速喷管22的连接处设有与第一安装室26滑动连接的第一滑块28，第二电动推杆24与可调锥23的连接处设有与第二安装室38滑动连接的第二滑块37，通过在第一滑块28在第一安装室26内滑动的作用下能够使得可调超声速喷管22移动的更加稳定，在第二滑块37在第二安装室内滑动的作用下能够使得可调锥23移动的更加稳定。 [0033] 在图8和图9中，可调锥23包括位于第二壳体102内的第一锥体2301和位于第一壳体101内的第二锥体2302，第二锥形部42设置在第一锥体2301上并与第一锥体2301一体成型，第三锥形部32设置在第二锥体2302上并与第二锥体2302一体成型，第一锥体2301和第二锥体2302之间通过轴承43连接，轴承43的表面套设有转子39，转子39的周向侧面上设有多个沿周向均匀分布的叶片44，通过在转子39的转动下会带动叶片44进行转动，从而能够将被引射气体和从可调超声速喷管22喷出的主引射气体进行混合，提高了混合效率高，第一壳体101相对第二壳体102的那一端安装有第一法兰5，第一壳体101朝向第二壳体102的一端的表面套设有位于第一进气管2和第二进气管3之间的第二法兰6，第二壳体102相对第一壳体101的那一端安装有第三法兰7，第一进气管2、第二进气管3和出气管4上均安装有第四法兰8。 [0034] 在图1中，第一壳体101上设有与吸入室27相连通的第一进气管2和与第一安装室26相连通的第二进气管3，可调超声速喷管22上对应第二进气管3设有进气口29，第一进气管2处连接有低压进气管路9，第二进气管3处连接有高压进气管路，低压进气管路9上依次设有第一压力计10和第一流量计11，通过第一压力计10和第一流量计11能够检测到低压进气管路9内的被引射气体的压力和流量，低压进气管路9上还安装有用于控制低压进气管路 9通断的第一控制阀12，高压进气管路包括相互连接的第一高压进气支路13和第二高压进气支路14，第一高压进气支路13上依次设有第二压力计15和第二流量计16，通过第二压力计15和第二流量计16能够检测到第一高压进气支路13内的主引射气体的压力和流量，第一高压进气支路13上设有用于控制第一高压进气支路13通断的第二控制阀17，第二高压进气支路14上依次设有第一调压阀18和第二调压阀19，第二壳体102上还设有与出气室36相连通和第二高压进气支路14连接的出气管4。 [0035] 其中，第一压力计10、第一流量计11、第二压力计15和第二流量计16均与计算器连接，计算器、第一控制阀12、第二控制阀17、第一调压阀18和第二调压阀19均与控制器连接，在对引射器进行使用时，来自第一压力计10、第一流量计11、第二压力计15和第二流量计16所测量的测量信息发送给计算器中，所测量的信息包括低压进气管路9内被引射气体(低压天然气)的压力和流量和第一高压进气支路13内主引射气体(主流天然气)的压力和流量，计算器根据测量信息输出控制指令到控制器，控制器会控制第一控制阀12和第二控制阀17的开度控制被引射气体和主引射气体的流量，控制器还会调整第一调压阀18和第二调压阀19的开度实现第二高压进气支路14内的压力与引射器出口气体的压力匹配，具体流程请参阅图11。 [0036] 进一步的说，在对引射器进行使用时，可调超声速喷管22与可调锥23分别通过第一电动推杆21和第二电动推杆24进行位置的调节，当被引射气体质量流量减小时，将两者按比例同步调节相向移动，同时控制等比例减小可调超声速喷管22喉部31、可调超声速喷管22出气口33、混合室入口34、混合室出口41(混合室40平直段)的面积；当被引射气体质量流量增大时，将两者按比例同步调节相背移动，同时控制等比例增大同前四处面积，通过对应不同被引射气体质量流量变化进行调节，可以保证引射器能供成功工作的同时维持引射器工作性能较佳，其中，被引射气体(低压天然气)通过低压进气管路9通入第一进气管2内，被引射气体通过第一进气管2进入吸入室27内，同时主引射气体(主流天然气)通过第二高压进气支路14和第一高压进气支路13通入第二进气管3内，主引射气体通过第二进气管3和可调超声速喷管22上的进气口29进入可调超声速喷管22内。 [0037] 本发明通过可调超声速喷管22和可调锥23在电动推杆的驱动下进行相对移动或相背移动，能够改变可调超声速喷管22喉部31、可调超声速喷管22出气口33、混合室入口34与混合室出口41的面积，从而能够通过实时调节可调超声速喷管22和可调锥23的位置进而调节关键面积，保持原本的压力恢复能力的同时维持较高的引射系数，即引射系数自适应，可以解决非设计工况下的引射器性能和效率不高的问题，从而可以保证能够最大程度上回收放空的天然气，本发明可以直接作用在天然气长输管道压气站上，占地面积小，运行简单，避免了额外压缩机等旋转部件带来诸多弊端。 [0038] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。 |
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