一种用于非能动流体输送的空气喷射器组
阅读说明：本技术 一种用于非能动流体输送的空气喷射器组 (Air ejector group for passive fluid delivery ) 是由 王开宇 高化云 高伟民 梁峰 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明提出的用于非能动流体输送的空气喷射器组,采用工字型连接管连接压冲喷射器和真空喷射器,并通过所述压冲喷射器和真空喷射器的协同工作,实现非能动流体的输送,结构简单,可满足远距离操作需求,且免维修并可快速更换。(The air ejector group for passive fluid conveying adopts the I-shaped connecting pipe to connect the pressure impact ejector and the vacuum ejector, realizes the conveying of passive fluid through the cooperative work of the pressure impact ejector and the vacuum ejector, has simple structure, can meet the requirement of remote operation, is free from maintenance and can be quickly replaced.)
技术领域
本发明涉及流体输送领域，尤其是放射性流体的输送领域，具体涉及一种用于非能动流体输送的空气喷射器组。
背景技术
非能动安全系统，指不依赖外来的触发和动力源，而靠自然对流、重力、蓄压势等自然本性来实现安全功能的系统。
目前对于放射性流体或其他高毒性流体的处理，如核后处理厂的放射性液体的输送，由于输送对象为中、高放射性溶液或其他高毒性流体，整个处理设备必须放置于带有生物屏蔽层的设备室内，且要求其输送设备没有运动部件、结构简单、运行可靠、操作方便且维护最少。现有的输送设备中，常规的机械泵显然不满足上述要求。蒸汽喷射泵虽然能够满足上述要求，但是使用蒸汽作为输送介质，使得输送废液增多，输送效率严重降低且增加了废液的后续处理量。
发明内容
本发明提供一种用于非能动流体输送的空气喷射器组，利用伯努利原理和拉瓦尔喷管，并将压冲喷射器和真空喷射器用工字型连接管连通，实现非能动流体的输送，结构简单可靠，满足远距离操作需求，免维修并可快速更换，且不会增加废液的处理量。
本发明技术方案如下：
一种用于非能动流体输送的空气喷射器组，其特征在于，包括
工字型连接管，所述工字型连接管包括第一臂管、第二臂管以及连通所述第一臂管、第二臂管的连接臂管；
压冲喷射器，包括压冲喷管、第一拉瓦尔喷管和第一混合室，所述压冲喷管固定于所述第一臂管的上侧、第一拉瓦尔喷管固定于所述第一臂管的下侧；所述压冲喷管的喷嘴位于所述第一拉瓦尔喷管的收缩管内且正对所述第一拉瓦尔喷管的喉管，所述第一混合室包括所述压冲喷管的喷嘴与所述第一拉瓦尔喷管的收缩管之间的间隙；
真空喷射器，包括真空喷管、第二拉瓦尔喷管和第二混合室，所述真空喷管固定于所述第二臂管的上侧、所述第二拉瓦尔喷管固定于所述第二臂管的下侧，所述真空喷管的喷嘴位于所述第二拉瓦尔喷管的收缩管内且正对所述第二拉瓦尔喷管的喉管，所述第二混合室包括真空喷管的喷嘴与所述第二拉瓦尔喷管的收缩管之间的间隙；
所述连接臂管连通所述第一混合室与所述第二混合室。
作为优选，所述压冲喷管的喷嘴与所述第一拉瓦尔喷管的喉管之间的距离小于所述真空喷管的喷嘴与所述第二拉瓦尔喷管的喉管之间的距离。
作为优选，所述压冲喷管的喷嘴直径与所述第一拉瓦尔喷管的喉管直径之比大于所述真空喷管的喷嘴直径与所述第二拉瓦尔喷管的喉管直径之比。
作为优选，所述第一拉瓦尔喷管的喉管直径小于所述第二拉瓦尔喷管的喉管直径。
作为优选，所述压冲喷管的喷嘴直径大于所述真空喷管的喷嘴直径。
作为优选，所述压冲喷管通过第一阀体连接高压空气输送装置，所述真空喷管通过第二阀体连接高压空气输送装置；所述第一拉瓦尔喷管的扩散管经由换能管路连接蓄能筒；所述第二拉瓦尔喷管的的扩散管连接尾气处理系统。
一种非能动流体输送系统，包括动力控制装置、供液槽、接收罐以及置于所述供液槽内部的蓄能筒和可逆转流体泵，使用上述的空气喷射器组作为动力控制装置，所述空气喷射器组通过向所述蓄能筒内抽排空气或抽排不溶于输送流体的气体，完成流体从可逆转流体泵的侧面锥孔到蓄能筒、再从蓄能筒经可逆转流体泵的对称布置的多段式轴孔到接收槽的输送。
本发明相对于现有技术优势在于：本发明提出的用于非能动流体输送的空气喷射器组，采用工字型连接管连接压冲喷射器和真空喷射器，并通过所述压冲喷射器和真空喷射器的协同工作，实现非能动流体的输送，结构简单，可满足远距离操作需求，且免维修并可快速更换。当向真空喷射器内输入高压空气时，由于真空喷管的喷嘴和第二拉瓦尔喷管的喉管距离稍远，故而高压空气经所述第二拉瓦尔喷管的收缩管进入所述第二拉瓦尔喷管的喉管进行加速，并以接近音速或超音速的速度通过所述第二拉瓦尔喷管，若所述压冲喷射器的上端封闭，使得所述压冲喷射器以及连接臂管内的原有气体夹带入所述第二拉瓦尔喷管，进而产生部分真空气压，该部分真空气压将流体(如核废料液体)抽吸入蓄能筒，实现气压能与液体势能的转换，即为反吸过程。当向所述压冲喷射器内输入高压空气并关闭所述真空喷射器的上方气体供应时，在所述压冲喷射器产生脉冲压力，由于压冲喷管的喷嘴与所述第一拉瓦尔喷管的喉管之间的距离较小，脉冲压力直接进入所述第一拉瓦尔喷管并增速后作用于蓄能筒内的流体，使流体其排入接收罐，即为输送过程。当蓄能筒中不再存有液体时，同时封闭真空喷射器和压冲喷射器上方的气流，蓄能筒中的空气经过所述第一拉瓦尔喷管、第一混合室、连接臂管、第二混合室以及第二拉瓦尔喷管自然排气释放，即为缓冲过程。
附图说明
图1是本发明用于非能动流体输送的空气喷射器组的三维结构示意图；
图2是本发明用于非能动流体输送的空气喷射器组的主视剖视结构示意图；
图3是非能动流体输送系统的可逆转流体泵的主视剖视结构示意图；
图4非能动流体输送系统的反吸过程工作示意图；
图5是非能动流体输送系统的输送过程工作示意图；
图6是非能动流体输送系统的缓冲过程工作示意图。
图中各标号为：1—气流控制装置，11—空气喷射器组，111—工字型连接管，1111—第一臂管，1112—第二臂管，1113—连接臂管，112—压冲喷管，1121—压冲喷管的喷嘴，113—第一拉瓦尔喷管，1131—第一拉瓦尔喷管的收缩管，1132—第一拉瓦尔喷管的喉管，1133—第一拉瓦尔喷管的扩散管，114—真空喷管，1141—真空喷管的喷嘴，115—第二拉瓦尔喷管，1151—第二拉瓦尔喷管的收缩管，1152—第二拉瓦尔喷管的喉管，1153—第二拉瓦尔喷管的扩散管，116—第一混合室，117—第二混合室，2—第一阀体，13—第二阀体，14—高压空气输送装置，15—尾气处理系统，16—压冲喷射器，17—真空喷射器；
2—供液槽，
3—蓄能筒，
4—可逆转流体泵，41—柱形本体，42—侧面锥孔，43—多段式轴孔，431—圆柱孔，432—过渡锥孔，433—喷口锥孔，43’—对称多段式轴孔，44—长方体柱孔，
5—接收罐，6—流体入口管，7—流体出口管，8—换能管路。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合具体实施例和对比例，对本发明进行更详细的说明。
实施例1
如图1-2所示，为本发明用于非能动流体输送的空气喷射器组11的结构示意图，所述空气喷射器组11包括工字型连接管111，所述工字型连接管111包括第一臂管1111、第二臂管1112以及连通所述第一臂管1111、第二臂管1112的连接臂管1113；
所述第一臂管1111的上侧固定有压冲喷管112、下侧固定有第一拉瓦尔喷管113，所述压冲喷管的喷嘴1121位于所述第一拉瓦尔喷管的收缩管1131内且正对所述第一拉瓦尔喷管的喉管1132，并所述压冲喷管的喷嘴1121与所述第一拉瓦尔喷管的收缩管1131之间的间隙组成第一混合室116；所述第二臂管1112的上侧固定有真空喷管114、下侧固定有第二拉瓦尔喷管115，所述真空喷管的喷嘴1141位于所述第二拉瓦尔喷管的收缩管1151内且正对所述第二拉瓦尔喷管的喉管1152，并所述真空喷管的喷嘴1141与所述第二拉瓦尔喷管的收缩管1151之间的间隙组成第二混合室117；所述第一混合室116通过所述连接臂管1113与所述第二混合室117连通。
所述压冲喷管112通过第一阀体12连接高压空气输送装置14，所述真空喷管114通过第二阀体13连接高压空气输送装置14；所述第一拉瓦尔喷管的扩散管1133经由换能管路8连接蓄能筒3；所述第二拉瓦尔喷管的的扩散管1153连接尾气处理系统15或连接空气循环回收装置。
所述第一臂管1111、压冲喷管112、第一拉瓦尔喷管113和第一混合室116组成压冲喷射器16，所述第二臂管1112、真空喷管114、第二拉瓦尔喷管115和第二混合室117组成真空喷射器17。所述真空喷射器用于在所述连接臂管1113形成部分真空气压，进而在所述蓄能筒内形成部分真空气压，使得所述柱形本体41一端的多段式轴孔的喷口锥孔433的大径处压力小于所述供液槽2内的压力，进而将供液槽2内的核废料液体即通过所述侧面锥孔42从所述圆柱孔431进入所述多段式轴孔43，进而流入蓄能筒3。
所述压冲喷射器16用于向所述蓄能筒3内施加脉冲压力，使其内压力大于所述供液槽2内的压力，进而将其内的流体通过可逆转流体泵4直接流入接收罐5，完成输送过程。
具体地，当向真空喷射器17内输入高压空气时，由于真空喷管的喷嘴1141和第二拉瓦尔喷管的喉管1152距离稍远，故而高压空气经所述第二拉瓦尔喷管的收缩管1151进入所述第二拉瓦尔喷管的喉管1152进行加速，并以接近音速或超音速的速度通过所述第二拉瓦尔喷管115，若所述压冲喷射器16的上端封闭，使得所述压冲喷射器16以及连接臂管1113内的原有气体夹带入所述第二拉瓦尔喷管115，进而产生部分真空气压，该部分真空气压将流体(如核废料液体)抽吸入非能动流体输送系统的蓄能筒3，实现气压能与液体势能的转换，即为反吸过程。当向所述压冲喷射器16内输入高压空气并关闭所述真空喷射器17的上方气体供应时，在所述压冲喷射器17产生脉冲压力，由于压冲喷管的喷嘴1121与所述第一拉瓦尔喷管的喉管1132之间的距离较小，脉冲压力直接进入所述第一拉瓦尔喷管113并增速后作用于蓄能筒3内的流体，使流体其排入接收罐5，即为输送过程。当蓄能筒3中不再存有液体时，同时封闭真空喷射器17和压冲喷射器16上方的气流，蓄能筒3中的空气经过所述第一拉瓦尔喷管113、第一混合室116、连接臂管1113、第二混合室117以及第二拉瓦尔喷管115自然排气释放，即为缓冲过程。
作为优选，所述压冲喷管的喷嘴1121与所述第一拉瓦尔喷管的喉管1132之间的距离小于所述真空喷管的喷嘴1141与所述第二拉瓦尔喷管的喉管1132之间的距离；和/或所述压冲喷管的喷嘴1131直径与所述第一拉瓦尔喷管的喉管1132直径之比大于所述真空喷管的喷嘴直径1141与所述第二拉瓦尔喷管的喉管1152直径之比；和/或所述第一拉瓦尔喷管的喉管直径小于所述第二拉瓦尔喷管的喉管直径；和/或所述压冲喷管的喷嘴直径大于所述真空喷管的喷嘴直径。以保证在输送过程中，来自高压空气输送装置14的压缩空气能够直接喷射入所述第一拉瓦尔喷管的喉管1132，而不是经第一混合室116进入所述第二拉瓦尔喷管115。
真空喷射器本发明所述用于非能动流体输送的空气喷射器组11，属于非能动流体输送系统中气流控制装置1的核心部件。
所述一种非能动流体输送系统的结构及工作过程简图如图4-6所示，包括、供液槽2、接收罐5以及置于所述供液槽2内部的蓄能筒3和可逆转流体泵4；所述气流控制装置1通过向所述蓄能筒3内抽排空气或抽排不溶于输送流体的气体，完成流体(如核废料液体)从可逆转流体泵4的侧面锥孔42到蓄能筒3、再从蓄能筒3经可逆转流体泵4的对称布置的多段式轴孔到接收罐5的输送。
所述可逆转流体泵4的主视剖视结构示意图如图3所示，包括柱形本体41、侧面锥孔42和对称设于所述柱形本体41内部的多段式轴孔43，所述多段式轴孔43依次包括相互连通的圆柱孔431、过渡锥孔432和喷口锥孔433；所述过渡锥孔432的小径端连接所述圆柱孔431、大径端连接所述喷口锥孔433的小径端，所述喷口锥孔433的大径端延伸至所述柱形本体41的端面，所述圆柱孔431的另一端直接与对称多段式轴孔43’的圆柱孔。所述柱形本体41优选为圆柱形本体，且其外径设计为等于流体入口管6和流体出口管7的外径，以便于将所述圆柱形本体与流体入口管6和流体出口管7焊接到一起。
所述侧面锥孔42的轴线位于所述对称布置的多段式轴孔43的对称面上；所述侧面锥孔42的小径端通过同轴的长方体柱孔44与所述圆柱孔431相通。且长方体柱孔的短边所在侧面的平行于所述柱形本体41的轴线，长边所在侧面的垂直于所述柱形本体41的轴线，以保证反吸过程和输送过程中能够最大限度的吸收核废料液体，且保证在输送过程中能够夹带核废料液体到对称多段式轴孔43’。多个所述侧面锥孔42(图3所示结构为4个侧面锥孔42)内的长方体柱孔44的面积之和设计为大于所述喷口锥孔433的大径端面积或所述长方体柱孔44的短边长度长于所述圆柱孔的直径，保证反吸过程的流体流量足够且稳定。
所述非能动流体输送系统的工作过程如下：
S1，反吸过程；如图4所示，所述第一阀体12关闭，第二阀体13开启，高压空气输送装置14向所述真空喷管114输送压缩空气，压缩空气经所述真空喷管的喷嘴1141喷射入第二拉瓦尔喷管115，并在所述第二混合室117形成真空气压；该真空气压使得所述蓄能筒3与所述供液槽2产生压差，进而推动供液槽2中的流体经所述可逆转流体泵4的侧面锥孔42进入其与蓄能筒3相连侧的多段式轴孔43，进而抽动核废料液体经所述换能管路8进入所述蓄能筒3，实现气压能与流体势能的转换；直至所述蓄能筒3中充满核废料液体；
S2，输送过程；如图5所示，所述蓄能筒3中充满核废料液体时，关闭第二阀体13，打开第一阀体12，高压空气输送装置14向所述压冲喷管112输送压缩空气并产生脉冲压力，脉冲压力经所述压冲喷管的喷嘴1121直接喷射入第一拉瓦尔喷管113，经由换能管路8推动蓄能筒3内的核废料液体经所述可逆转流体泵4的多段式轴孔43加速后，直接喷射入其对称多段式轴孔43’，最终流入所述接收罐4；直至所述蓄能筒3中不再存有核废料液体；
S3，缓冲过程；如图6所示，输送过程结束后，关闭第一阀体12和第二阀体13，蓄能筒3内的压力经换能管路8、第一拉瓦尔喷管113、第一混合室116、连接臂管1113、第二混合室117以及第二拉瓦尔喷管115自然排气释放；直至蓄能筒3内压力达到平衡，此时所述供液槽2内的液位与蓄能筒3内的液位或换能管路中的液位高度相同。
S4，循环S1～S3。
实施例2
与上述实施例不同地是，本发明所述用于非能动流体输送的空气喷射器组11包括真空喷射器17和压冲喷射器16。压冲喷射器16包括压冲外壳、压冲喷管112、第一拉瓦尔喷管113和第一混合室116。真空喷射器17包括真空外壳、真空喷管114、第二拉瓦尔喷管115和第二混合室117。所述压冲外壳为所述第一臂管1111和第三臂管1113连接而成的T型连接管，所述真空外壳即为所述第二臂管1112，且所述第三臂管1113的自由端设有与所述第二臂管1112侧面开孔相对接的连接结构，如螺纹连接结构，或所述第三臂管1113的自由端直接与所述第二臂管1112侧面开孔相焊接。或所述压冲外壳为所述第一臂管1111和第三臂管1113连接而成的T型连接管，所述真空外壳为所述第二臂管1112和第三臂管1113连接而成的T型连接管，且所述T型连接管的自由端设有连接结构，如螺纹连接结构，或直接将T型连接管的自由端焊接到一起。
所述真空喷射器17用于在所述连接臂管1113形成部分真空气压，进而在所述蓄能筒内形成部分真空气压，使得所述柱形本体41一端的多段式轴孔的喷口锥孔433的大径处压力小于所述供液槽2内的压力，进而将供液槽2内的核废料液体即通过所述侧面锥孔42从所述圆柱孔431进入所述多段式轴孔43，进而流入蓄能筒3。所述压冲喷射器16用于向所述蓄能筒3内施加脉冲压力，使其内压力大于所述供液槽2内的压力，进而将其内的流体通过可逆转流体泵4直接流入接收罐5，完成输送过程。
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改变，其均应涵盖在本发明专利的保护范围当中。
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