蒸汽噴射器設計及其計算

張永生 張永興 趙成綱 席浩君

（甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司，甘肅 蘭州 730070）

蒸汽噴射器設計及其計算

張永生 張永興 趙成綱 席浩君

（甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司，甘肅 蘭州 730070）

文章簡約介紹了蒸汽噴射器的設計計算方法，并討論了壓力變化對噴射器工作效率的影響，對蒸汽噴射器設計有一定的指導意義。

蒸汽噴射器；壓力；蒸汽

隨著現代工業的急速發展，當今世界環保及節能意識的日益增強，人們越發意識到，在保護環境的同時也可以節約額外的運行成本。其中的一個例子就是在蒸汽產生裝置，一部分廢汽直接排向大氣，如果能夠減少廢汽的排放，在生產蒸汽的源頭就可以減少蒸汽生產量，從而保護環境，節約成本。

蒸汽噴射器在這些應用中就具有很大的技術優勢。蒸汽噴射器是一種節能設備，將低壓蒸汽（通常是廢蒸汽）壓縮成可利用的高壓蒸汽，再次應用于生產中，從而保護環境，節約能源，而且，隨著工業的不斷發展，噴射器設計結構的不斷改進，技術優化，會得到更加廣泛的應用。

（一）蒸汽噴射器原理及其技術

蒸汽噴射器是完成能量轉換的一種裝置，它是由一定能量（壓力和流量）的工作流體，將靜壓能轉換為動能，經過噴嘴射出形成高速射流。由于射流和空氣之間產生卷吸作用和紊動擴散作用，把吸入室的氣體帶走，使該處產生局部真空狀態，在外界大氣壓力的作用下，使被吸流體進入泵室，隨同高壓高速流體被帶入喉管，與之混合，并進行能量交換，在喉管內，由于氣體分子的紊動作用，工作流體將一部分動能及熱能傳給被吸流體，使被吸流體的動能和熱能得以加強，工作流體的速度隨之減緩，而被吸流體速度逐步加快，在喉管末端，兩股流體速度逐漸趨于一致，混合進入擴散室，然后流速逐步降低，壓力上升，完成中等品質的蒸汽以利于一下步應用。

提高引射流體的壓力而不直接消耗機械能，這是噴射器最重要的最根本的性質。由于具有這種性質，在很多技術中，采用噴射器比采用機械增壓設備（壓縮機、泵、鼓風機和引風機）有可能得到更為可靠的技術解決辦法。

蒸汽噴射器原理圖如下，噴射器的主要部件有：工作噴嘴，接受室，混合室，擴散器。

圖1 噴射器簡圖

（二）氣體噴射泵的設計

對于所有噴射器，均遵循如下三個定律，所有有關噴射器的設計及計算，均源自于以下三個定律。

1) 能量守恒定律

2) 質量守恒定律

3) 動量定律

抽氣性能：

氣體噴射泵的抽氣性能可由引射系數和壓縮比來描述，引射系數 定義為被抽氣體質量流量GH與工作蒸汽質量流量Gp之比。

引射系數反映了泵的抽氣能力和效率，是噴射器工作的主要指標之一。壓縮比Y定義為

泵出口壓力PC與入口壓力PP之比

壓縮比反映了泵的排氣能力以及可以獲得的工作真空度。另外，泵的抽氣性能與工作介質的壓力、溫度、流量有關，與被抽氣體的種類、壓力、溫度、流量等因素有關。

在入口截面上工作流體的速度：

在入口截面上引射流體的速度：

混合流體在混合室出口截面的速度：

在混合室出口截面上，截面積為：

綜合(2)(6)(7)(8)(9)，作相應變換，導出氣體噴射壓縮器噴射系數如下方程：

噴嘴尺寸的計算：

喉部截面積：

對于飽和蒸汽，b=199,對于過熱蒸汽，b=209,實踐證明，對于飽和蒸汽，b=203時比較接近于實際。

噴嘴出口截面積：

對于飽和蒸汽，C=0.61×2.52lgB，對于過熱蒸汽，C=0.67×2.77lgB

噴嘴入口截面積：

喉部長度：

擴壓器尺寸的計算：

擴壓器喉部直徑：

入口直徑：

出口直徑：喉部長度：

漸縮段錐度：

（三）氣體噴射泵變工情況分析

氣體噴射壓縮器不可能始終在設計工況下運行，對于給定幾何尺寸的氣體噴射壓縮器，其噴射系數或生產率(如引射氣體流量、混合氣體流量)隨其它運行參數變化而變化的關系特性，稱為氣體噴射壓縮器變工況特性。

噴射泵工作壓力、吸入壓力、排出壓力三者關系見下圖。

圖2 噴射泵變工狀態分析圖

PL表示穩定運行條件下的極限排放壓力

如上圖所示，對于一定結構的蒸汽噴射壓縮器，在其它運行參數不變的條件下，逐漸提高引射蒸汽壓力時，不論是否處于極限狀態都將會導致噴射系數、混合蒸汽質量流量的增大，但是在達到極限狀態之后，進一步提高引射壓力時，噴射系數、混合蒸汽質量流量的增大幅度較小。而吸入口壓力的增大，則可使噴射泵穩定工作區域變大。排出口壓力的變化，將直接影響氣體噴射泵的運行效率，如需提高噴射泵的運行效率，則需降低排出口的壓力。

氣體噴射壓縮器工作溫度、引射溫度對運行特性的影響很小，而工作壓力、引射壓力以及背壓對運行性能影響較大，因此，應當主要利用壓力變化特性來調整運行工況。

（四）結語

近年來，氣體噴射器的設計方法及結構形狀隨著加工工藝及技術革新有所改進，但仍無法滿足生產發展的需求，如低噪聲、低壓蒸汽噴射泵的設計使用等，仍需大量的研究及生產實踐。

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TQ022.11

B

1008-1151(2011)05-0118-02

2011-02-23

張永生（1975－），男，甘肅臨澤人，甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司換熱裝備研究部工程師，工學碩士，從事蒸發換熱設備設計及研制開發工作；張永興（1974－），男，甘肅莊浪人，甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司換熱裝備研究部工程師，從事設備自動化設計及研制工作。