[发明专利]一种引射式低压超距气体加速喷头

说明书

本发明公开了一种引射式低压超距气体加速喷头，通过在引射器内设置超声速喷嘴，形成超声加速流道和收缩加速通道，同时设计了引射器及超声速喷嘴的结构并对结构参数进行了优化，使收缩加速通道对超声速喷嘴中的气流进行引射。气流经整流储气室整流后分成两路，一路通过收缩加速通道加速后，在超声速喷嘴出口处形成低压环境；一路经超声速喷嘴加速至超声速。本发明通过引射的方式，有效提升了喷头的喷射距离，同时极大限度的降低了对气源压力的要求。

技术领域

本发明涉及一种气体加速喷头，特别涉及一种引射式低压超距气体加速喷头。

背景技术

气体加速喷头在冶金、能源、材料及化工等工农业领域有着广泛的应用。例如冶金技术中，氧气通过喷头形成高马赫数的氧气射流后冲击熔池，冲击距离的大小对熔池底部钢液的搅拌效果有重要的影响；矿产领域需要气体加速喷头实现空气的快速交换，同时借助高速气流实现粉尘的高效净化。喷头气源压力的大小，直接影响喷射距离、用气成本和生产安全。因此急需一种喷射距离大且气源压力低喷头。

目前现用的气体加速喷头主要有两种：一是收缩喷头，一种是采用先收缩后扩张的拉瓦尔喷管。喷头出口的马赫数决定了气体射流的喷射距离。对于收缩喷头可以实现气流的加速，但是只能加速到马赫数1，加速范围受到限制；对于拉瓦尔喷管，在原理上，此类喷管可以形成宽范围的马赫数气流，然而随着马赫数的增加需要的气源压力直线增加。马赫数2.0时，需要的气源压力为16atm；马赫数为3.0时，需要的气源压力为35atm，所以当需要获得较大喷射距离时，需要较大的喷射速度，导致用气量大大增加，同时增加了安全风险。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种引射式低压超距气体加速喷头，通过在引射器内设置超声速喷嘴，形成超声加速流道和收缩加速通道，同时设计了引射器及超声速喷嘴的结构并对结构参数进行了优化，使收缩加速通道对超声速喷嘴中的气流进行引射，得到一种气源压力低，出口马赫数范围高，气体射流距离大的气体加速喷头，该气体加速喷头采用引射的方式实现了较低气源压力下的超距离喷射。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种引射式低压超距气体加速喷头，其特征在于，包括整流储气室，超声速喷嘴和引射器；

引射器为中空圆台结构，超声速喷嘴设于引射器内部；超声速喷嘴为内部设有超声加速流道的圆柱结构，超声速喷嘴与引射器之间形成收缩加速通道；超声速喷嘴以及引射器与整流储气室连接；

所述气体由整流储气室分别进入超声加速流道和收缩加速通道，经收缩加速通道喷出的气体在超声速喷嘴出口形成低压，引射超声加速流道中的气体以超声速喷出。

进一步的，超声加速流道为拉瓦尔流道。

进一步的，所述超声速喷嘴和引射器的轴线重合；所述超声速喷嘴通过连接杆固定于引射器内部；所述连接杆的两端分别连接超声速喷嘴和引射器，且沿引射器周向均匀分布；所述连接杆为6个。

进一步的，整流储气室中气体压力与大气压之比为1.89～7：1。

进一步的，收缩加速通道出口的马赫数为0.2～1；所述超声速喷嘴出口的马赫数为1.5～4.0。

进一步的，引射器进口直径Φa与出口直径Φe之比为2.5～4：1。

进一步的，超声速喷嘴进口直径Φb与超声速喷嘴出口直径Φd之比为1.25～1.42：1。

进一步的，引射器进口直径Φa与超声速喷嘴进口直径Φb之比为1.1～1.2:1；超声速喷嘴出口直径Φd与超声加速流道喉部直径Φc之比为1.1～11：1。

进一步的，整流储气室高度L1与所述气体加速喷头总高度L2之比为0.2～0.3:1。

进一步的，引射器进口端与超声速喷嘴进口端平齐；所述超声速喷嘴高度小于引射器高度。