喷射压缩器的设计计算--李春萍

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两相喷射器对压缩-喷射制冷系统性能的影响研究

ｉｎｌｆｕｅｎｃｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｈｅｔｅｊｅｃｔｏｒｎｄａｔｈｅｒｅｆｒｉｇｅｒｔｉａｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｕｎｄｅｒｈｅｔｏｐｅｒｔｉａｏｎａｌ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｎｈｉｔｓｓｕｄｔｙ，ｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔｒｅａａｍｏｄｅｌｆｏｒｍｉｘｉｎｇｃｈｍｂａｅｒｉｓａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｏｒｆｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓ．Ｗｉｔｈｉｎｔｈｅｈｅｔｏｒｅｔｉｃａｌｖａｌｕｅｒａｎｇｅ，ｔｈｅｅｒｉｓａｎｏｐｔｉｍｕｍｖａｌｕｅｏｒｆｍｉｘｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ａｓｔｈｅｅｖａｐｏｒｔｉａｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｃｒｅｓｅａｓｏｒｈｅｔ
的升高或冷凝温度的降低，喷射器最优混合压力的取值点越靠近引射压力，喷射系数增加，系统ＣＯＰ升高，但是相对于传统压缩制冷循环的性能提高率减小；喷射器及系统性能对喷射器进口段
等熵效率的变化较敏感。因而，选取恰当的混合压力值，设计制造等熵效率较高的工作喷嘴对于压缩一喷射制冷系统的性能优化至关重要。【关键词】两相喷射器；压缩一喷射制冷；混合压力；性能优化中图分类号ＴＢ６５文献标识码Ａ

可调节喷射式压缩器[实用新型专利]

[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]实用新型专利说明书[11]授权公告号CN 200943608Y[45]授权公告日2007年9月5日专利号 ZL 200620073559.8[22]申请日2006.06.06[21]申请号200620073559.8[73]专利权人阎尔平地址210042江苏省南京市玄武区蒋王庙街8号5幢303室[72]设计人阎尔平金立左阎岩 [51]Int.CI.F04F 5/44 (2006.01)权利要求书 1 页说明书 3 页附图 1 页[54]实用新型名称可调节喷射式压缩器[57]摘要可调节喷射式压缩器，设有包括工作流体室、接受室、喷嘴、混合室及扩压器，喷嘴内设有轴向位移调节阀芯，其特征是阀芯流线的形状为等百分比曲线。

阀芯可分成三段，头部为等百分比曲线，其轴向长度等于执行机构行程；中段为密封段，其最大直径≥喷嘴的临界断面直径；尾段为45°－60°扇形圆锥体与阀杆连成整体。

阀杆轴向设有两个滑动配合的支撑点，一个设于阀杆始端与调节执行机构的传动联接部位，另一个设于工作流体室出口与喷嘴进口之间，它是一个套在阀杆上的导向环，环面上开有通流孔，通流孔设3－6个，为扇形孔，均布。

200620073559.8权利要求书第1/1页 1、可调节喷射式压缩器，设有包括工作流体室、接受室、喷嘴、混合室及扩压器，喷嘴内设有轴向位移调节阀芯，其特征是阀芯流线的形状为等百分比曲线。

2、根据权利要求1所述的可调节喷射式压缩器，其特征是阀芯分成三段，头部为等百分比曲线，其轴向长度等于执行机构行程；中段为密封段，其最大直径≥喷嘴的临界断面直径；尾段为45°-60°扇形圆锥体与阀杆连成整体。

3、根据权利要求2所述的可调节喷射式压缩器，其特征是阀杆制成1-3段，之间用螺纹及定位销联接，阀杆轴向设有两个滑动配合的支撑点，一个设于阀杆始端与调节执行机构的传动联接部位，另一个设于工作流体室出口与喷嘴进口之间，它是一个套在阀杆上的导向环，环面上开有通流孔。

海水淡化可调喷嘴蒸汽热压缩器研究及工程应用ppt课件

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3.3制造与安装
神华国华研究院设计TVC结构尺寸和调节锥装备方式，提出详细制造要求，经招标选择了华达真空设备厂负责加工制造，现场安装指导。
工程现场安装中Байду номын сангаас
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3.3制造与安装
制造中的自主技术TVC
出厂状态
19
3.4性能试验与使用情况
2015年6月25日调试出水的国华舟山电厂1.2万吨海水淡化装置实现主要设备的全部国产化，神华国华研究院设计的高性能蒸汽压缩喷射器（TVC）投入使用。
2015年7月8日，经现场调试检验，国产TVC性能指标达到设计值，额定工况与进口设备合同值相当，在部分负荷工况略优于进口设备合同值。
2015年12月30日舟山电厂委托西安热工研究院有限公司进行了海水淡化装置性能考核试验，装置性能参数，负荷调节能力全部达到或优于设计值，其中额定工况造水比与采用进口TVC设备的设计指标一致。
神华国华电力研究院2007年开始进行TVC项目研究，与西安交大签订合作协议进行TVC研究与设计技术开发，2008年结题，开发了《GES蒸汽喷射压缩器 (TVC)设计计算软件》并申请软件著作权。
2009年沧东电厂海水淡化中试装置中应用了该方法设计的TVC，计算结果与试验结果一致性较好。
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3 气体动力学法
方法： • 基于理想气体假设 • 基于动量守恒举例： 1. 索科洛夫法 2. 奧芳夫法(等压混合) 3. 维利杰尔法
4 CFD模拟法
方法： • 基于数值计算举例： 1. 二维三维流场模拟
借助经验数据，误差大能量损失不易确定受
气体理想化及混合过程简化，限于一维，未考虑实际气体效应
主设备制造商：天津众合

蒸汽喷射压缩器特性计算与分析_季建刚

q = ωρ a * ρ*
（5）
公式（1）和（3）中单一下标 p，h，c 分别表示
工作蒸汽、引射蒸汽和压缩蒸汽；双下标的第一下标
表示流体属性，第二下标表示相应的位置：p，h，c
分别表示相应的进出口位置，1 表示喷嘴出口截面，2
表示混合室入口界面，3 表示混合室出口界面；下标*
表示临界参数.
对于圆柱形混合室的喷射压缩器，混合室中截面
提高，最大喷射系数逐步增大.对比图 2 和图 3 可以看
出，压缩比对喷射系数的影响明显大于主动蒸汽压力.
喷射系数 u
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
Ph=0.2bar Pc/Ph=1.8
0.4
Ph=0.15bar Pc/Ph=2
0.2
0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
工作蒸汽压力 Pp/bar
喷射系数 u
2.3
2.0
Ph=0.2 bar
1.7
Ph=0.18 bar
1.4
Ph=0.15 bar
1.1
0.8
0.5
1.2
1.6
2.0
2.4
2.8
压缩比 Pc/Ph 图 2 压缩比对喷射系数的影响（pp=6bar）
图 3 给出了计算得到的最大喷射系数随工作蒸汽
压力的变化特性曲线.结果表明，随着工作蒸汽压力的
u = K1ap*λph / ac* − K3λc3 K4λc3 − K2ah*λh2 / ac*
（1）
式中，Ki 为喷射器内流体速度系数，i=1，2，3， 4； ap* 、 ah* 、 ac* 分别表示主动蒸汽、引射蒸汽和混合蒸汽的临界速度；λ表示在相应截面下的折算等熵速

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喷射压缩器的设计计算
李春萍1,杨　伟1,霍天瑞1,谈　新2
(1.内蒙古工业大学化工系,内蒙古呼和浩特　010062;2.包头二机厂,内蒙古包头　014000)
摘要:通过喷射压缩器的工艺参数,确定喷射压缩器的定型尺寸,设计合理的喷射压缩器结构,达到利用喷射压缩器节能的目的。

关键词:喷射压缩器;定型尺寸;设计计算;节能
中图分类号:TQ114.15 文献标识码:B 文章编号:1005-8370(2000)05-0031-03
化工生产是高耗能企业,全球能源危机迫使化
工行业相继进行节能改造,热泵应用做为一种节能措施被广泛采用[1,2]。

喷射热泵是利用需要降压的蒸汽来引射压缩低位能热量,提高能量利用率的节能设备,近年来它在化工、轻工等行业中得到广泛应用[3],喷射热泵的设计主要是喷射压缩器的设计计算。

大膨胀比和中等压缩比的同相喷射器,是不发生相态变化的喷射器的最普遍情况,这种气体喷射器通常叫做喷射压缩器。

喷射压缩器主要由工作喷
嘴、接受室、混合室、扩散器组成。

选择喷射压缩器最适宜的混合室形状的理论方法至今无人提出,但经验证明,圆柱形混合室较之其他形状混合室具有明显优势[4],因此,本文即研究了带圆柱形混合室的喷射压缩器的设计计算问题。

1　喷射压缩器的结构及符号说明
喷射器结构见图1,图文中各种符号的意义如下
:
图1　喷射器简图
A —工作喷嘴
B —接受室
C —混合室
D —扩散器
1)符号意义
G ———质量流量,kg/s ; P ———压力,MPa ;
υ———比容,m 3/kg ; i ———焓,k J/kg ;
ω———速度,m/s ;a ———声速,m/s ;
1
32000年第5期李春萍,等:喷射压缩器的设计计算
f ———截面积,m 2
;
2)简单下脚注号
3———临界截面;1———工作喷嘴出口截面;2———混合室入口截面;3———混合室出口截面;
P ———喷射压缩器喷嘴前的工作流体;H ———喷射压缩器接受室前的引射流体;C ———喷射压缩器扩散器后的压缩混合流体;3)复杂下脚注号
脚注的第一个符号表示流体类型,第二个符号表示截面。

4)名词含义
μ———喷射系数,是指喷射压缩器中引射流体
与工作流体的质量流量比值;
λ———折算等熵速度,是指气体在等熵流动时
的速度与临界速度之比;
a 3———气体的临界速度,是一种等于当地声速
的实际速度;
Π———相对静压力,即在给定截面上等熵流动
气体压力P 与滞止压力P o 之比;
ε———相对密度,即在给定截面上等熵流动流
体的密度ρ与滞止流体的密度ρ0之比;
q ———折算质量速度,即在给定截面上等熵流
动流体的质量速度与在临界截面上这种流体的质量速度之比。

2　喷射压缩器喷射系数的计算
喷射系数是指引射蒸汽与工作蒸汽的质量流量之比,其值可通过能量守恒来确定。

由i P +μi H =(1+μ
)i C 得
μ=
i C -i P
i H -i C
实际计算时,是根据临界速度a 3,相对压力∏、折算等熵速度λ和折算质量速度q 来确定的。

而
a 3=
2k
k +1
・RT 0(m/s )式中:K ———绝热指数;
R ———气体状态常数;
T 0———滞止温度,即在等熵滞止状态下
气体的温度;
θ=T H T P =a H 3
2
a p 3
2
指的是引射蒸汽与工作蒸汽的温度之比;由此μ=K 1λPH -k 3λC3K 4λC3-K 2λH2・
1θ
K 1:工作蒸汽的速度系数,K 1=0.834;
K 2:引射蒸汽的速度系数,K 2=0.812;K 3和K 4:蒸汽喷射器的速度系数,
K 3=1+φ3P C P P ・
∏C3-P H /P C
K ∏3λC3q PH K 4=1+φ3
P C P H ・
∏C3-∏C2
K ∏3λC3q H2
式中的φ3=0.9。

3　喷射器定型尺寸的计算
1)工作喷嘴入口截面积f P 的计算
f P =
G P ・υP ωP
ωP :工作蒸汽的流速,m/s ;
2)扩张式工作喷嘴临界截面积f P 3的计算
f P 3=
G P ・a P 3K P ・∏P 3ρP
3)工作喷嘴出口截面积f P1的计算
f P1=
f P 3
q P1
q P1可根据相对压力∏P1查取;
4)混合室出口截面积f 3的计算
由于f 3f P 3=
P P (1+μ)θP C ・q C3
所以
f 3=
P P (1+μ
)θP C ・q C3
f P 3
5)自由流束的长度L C1及工作喷嘴出口与混合
室入口间长度L C 的计算。

工作蒸汽在喷嘴出口截面上的流束具有均匀的速度场,当工作蒸汽和引射蒸汽相混合时,一起形成
紊流边界层,边界层的厚度沿流动方向逐渐加大。

边界层以外侧面和速度等于零的介质相毗连,边界层以内侧面形成速度不变的中心区,中心区截面随着距喷嘴出口距离的增加而减小,至某一距离时,中心区消失,这段距离就称为“自由流束长度L C1”。

在计算喷射压缩器时,喷嘴出口距混合室最适宜的
2
3纯　碱　工　业
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距离要使自由流束的终截面(中心区消失处)与混合
室入口截面相等。

图2　自由流束长度示意图
当喷射系数μ≤0.5时,自由流束长度L C1为
L C1=[
0.083+0.76μ-0.29]
d 1
2α当喷射系数μ≥0.5时,自由流束长度L C1为
L C1=0.37+μ4.4α
・d 1
α实验常数,对于弹性介质在0.07～0.09之间。

在距喷嘴出口截面L C1处,自由流束直径为d 4,当喷射系数μ≥0.5时,d 4=1.55d 1(1+μ);当喷射系数μ≤0.5时,
d 4=3.4d 1
0.083+0.76μ;
若d 3>d 4,图2(a ),则喷嘴出口截面与园柱形
混合室入口截面距离L C 取为L C =L C1;
若d 3<d 4,图2(b ),那么喷嘴出口截面与园柱形混合室入口截面的距离应该取为L C =L C1+L C2;
L C2是混合室入口段长度,在这一段上直径由
d 4变到d 3,而且L C2=
d 4-d 3
2
6)园柱形混合室长度L K 的计算
混合室长度一般取6～10倍的混合室直径,即:L k =(6～10)d 3
7)扩散器出口截面积f C 的计算
f c =
G P (1+μ
)ρC ・
2・ωC ρC 为压缩蒸汽的密度,kg/m 3
;
8)扩散器长度L π的计算
扩散器按8～100的扩散角确定,即L π=(6～7)　(d c -d 3)
喷射热泵这种结构简单、操作可靠的节能设备,本身投资较小,一般为2万元/台;而节省蒸汽量却能达到2t/h ,因此投资回收期较短,是一项可广泛推广的节能措施。

依据本文进行喷射压缩器的设计计算,确定其结构,并应用于工业生产中,其经济性和社会效益是明显的。

参考文献:
[1]　夏璐,方诩,龚铸.热泵技术在轻工行业蒸发中的应用
[J ].广西轻工业,1997,(4):7.
[2]　许业仁.蒸发装置与热泵[J ].轻金属,1996,(11):3.[3]　上海化工学院.化学工程第一册[M].北京:化学工业
出版社,1980.
[4]　E.B.索科洛夫,黄秋云译.喷射器[M].北京:科学出版
社,1997.
收稿日期:2000-07-10
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