蒸汽喷射器设计及其计算

2011-10-18张永生张永兴赵成纲席浩君

大众科技 2011年5期

关键词：喷射泵喷射器流体

张永生张永兴赵成纲席浩君

（甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，甘肃兰州 730070）

蒸汽喷射器设计及其计算

张永生张永兴赵成纲席浩君

（甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，甘肃兰州 730070）

文章简约介绍了蒸汽喷射器的设计计算方法，并讨论了压力变化对喷射器工作效率的影响，对蒸汽喷射器设计有一定的指导意义。

蒸汽喷射器；压力；蒸汽

随着现代工业的急速发展，当今世界环保及节能意识的日益增强，人们越发意识到，在保护环境的同时也可以节约额外的运行成本。其中的一个例子就是在蒸汽产生装置，一部分废汽直接排向大气，如果能够减少废汽的排放，在生产蒸汽的源头就可以减少蒸汽生产量，从而保护环境，节约成本。

蒸汽喷射器在这些应用中就具有很大的技术优势。蒸汽喷射器是一种节能设备，将低压蒸汽（通常是废蒸汽）压缩成可利用的高压蒸汽，再次应用于生产中，从而保护环境，节约能源，而且，随着工业的不断发展，喷射器设计结构的不断改进，技术优化，会得到更加广泛的应用。

（一）蒸汽喷射器原理及其技术

蒸汽喷射器是完成能量转换的一种装置，它是由一定能量（压力和流量）的工作流体，将静压能转换为动能，经过喷嘴射出形成高速射流。由于射流和空气之间产生卷吸作用和紊动扩散作用，把吸入室的气体带走，使该处产生局部真空状态，在外界大气压力的作用下，使被吸流体进入泵室，随同高压高速流体被带入喉管，与之混合，并进行能量交换，在喉管内，由于气体分子的紊动作用，工作流体将一部分动能及热能传给被吸流体，使被吸流体的动能和热能得以加强，工作流体的速度随之减缓，而被吸流体速度逐步加快，在喉管末端，两股流体速度逐渐趋于一致，混合进入扩散室，然后流速逐步降低，压力上升，完成中等品质的蒸汽以利于一下步应用。

提高引射流体的压力而不直接消耗机械能，这是喷射器最重要的最根本的性质。由于具有这种性质，在很多技术中，采用喷射器比采用机械增压设备（压缩机、泵、鼓风机和引风机）有可能得到更为可靠的技术解决办法。

蒸汽喷射器原理图如下，喷射器的主要部件有：工作喷嘴，接受室，混合室，扩散器。

图1 喷射器简图

（二）气体喷射泵的设计

对于所有喷射器，均遵循如下三个定律，所有有关喷射器的设计及计算，均源自于以下三个定律。

1) 能量守恒定律

2) 质量守恒定律

3) 动量定律

抽气性能：

气体喷射泵的抽气性能可由引射系数和压缩比来描述，引射系数定义为被抽气体质量流量GH与工作蒸汽质量流量Gp之比。

引射系数反映了泵的抽气能力和效率，是喷射器工作的主要指标之一。压缩比Y定义为

泵出口压力PC与入口压力PP之比

压缩比反映了泵的排气能力以及可以获得的工作真空度。另外，泵的抽气性能与工作介质的压力、温度、流量有关，与被抽气体的种类、压力、温度、流量等因素有关。

在入口截面上工作流体的速度：

在入口截面上引射流体的速度：

混合流体在混合室出口截面的速度：

在混合室出口截面上，截面积为：

综合(2)(6)(7)(8)(9)，作相应变换，导出气体喷射压缩器喷射系数如下方程：

喷嘴尺寸的计算：

喉部截面积：

对于饱和蒸汽，b=199,对于过热蒸汽，b=209,实践证明，对于饱和蒸汽，b=203时比较接近于实际。

喷嘴出口截面积：

对于饱和蒸汽，C=0.61×2.52lgB，对于过热蒸汽，C=0.67×2.77lgB

喷嘴入口截面积：

喉部长度：

扩压器尺寸的计算：

扩压器喉部直径：

入口直径：

出口直径：喉部长度：

渐缩段锥度：

（三）气体喷射泵变工情况分析

气体喷射压缩器不可能始终在设计工况下运行，对于给定几何尺寸的气体喷射压缩器，其喷射系数或生产率(如引射气体流量、混合气体流量)随其它运行参数变化而变化的关系特性，称为气体喷射压缩器变工况特性。

喷射泵工作压力、吸入压力、排出压力三者关系见下图。

图2 喷射泵变工状态分析图

PL表示稳定运行条件下的极限排放压力

如上图所示，对于一定结构的蒸汽喷射压缩器，在其它运行参数不变的条件下，逐渐提高引射蒸汽压力时，不论是否处于极限状态都将会导致喷射系数、混合蒸汽质量流量的增大，但是在达到极限状态之后，进一步提高引射压力时，喷射系数、混合蒸汽质量流量的增大幅度较小。而吸入口压力的增大，则可使喷射泵稳定工作区域变大。排出口压力的变化，将直接影响气体喷射泵的运行效率，如需提高喷射泵的运行效率，则需降低排出口的压力。

气体喷射压缩器工作温度、引射温度对运行特性的影响很小，而工作压力、引射压力以及背压对运行性能影响较大，因此，应当主要利用压力变化特性来调整运行工况。