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      變氣容調(diào)頻自激振蕩射流制冷機(jī)的制作方法

      文檔序號:4767585閱讀:150來源:國知局
      專利名稱:變氣容調(diào)頻自激振蕩射流制冷機(jī)的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明變氣容調(diào)頻自激振蕩射流制冷機(jī)是一種氣體制冷機(jī)械,屬于壓力氣 體的射流工程與氣體膨脹制冷技術(shù)領(lǐng)域。
      背景技術(shù)
      利用壓力氣體的膨脹制冷,可以獲得比用工質(zhì)循環(huán)制冷更低的低溫。膨脹 制冷技術(shù)已廣泛應(yīng)用,尤其在石油天然氣開發(fā)處理等領(lǐng)域中極具應(yīng)用價(jià)值。氣
      波制冷機(jī)和熱分離機(jī)(中國專利87101903.5, 89213744.4, 90222999.0)等,均
      屬于不定常膨脹制冷,且都依靠電機(jī)或利用氣體噴射反作用力帶動(dòng)氣體分配器 自旋,以一定的轉(zhuǎn)速將介質(zhì)氣體依次向環(huán)周方向的各末端封閉的接受管射流, 對管內(nèi)駐留氣做不定常膨脹功。這些制冷機(jī)的效率比較高,但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 有許多轉(zhuǎn)動(dòng)件,為阻止氣體外泄漏和內(nèi)部不同壓力區(qū)的泄漏,需要轉(zhuǎn)動(dòng)密封, 會(huì)使機(jī)器的耐壓能力降低。隨著天然氣的集輸、處理向高壓趨勢發(fā)展,需要有 可靠的高壓膨脹制冷技術(shù)裝備作為支持。另外,許多化工廠、化肥廠生產(chǎn)過程 中排出的尾氣,也亟需高壓小流量、性能穩(wěn)定可靠的制冷裝置,以能夠進(jìn)行低 溫分離、回收利用其中有用的組分。
      如果氣波制冷機(jī)的氣體分配器不需要旋轉(zhuǎn)和運(yùn)動(dòng)就能快速改變射流的方 向,就能實(shí)現(xiàn)全靜止式的非定常膨脹制冷,不需要運(yùn)動(dòng)件的制冷機(jī)會(huì)像常規(guī)的 高壓設(shè)備那樣,承受數(shù)十MPa的巨大壓力。如此,將會(huì)解決高壓氣體壓力能難 以利用的難題,產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的是提供一種具有一定制冷效率,無運(yùn)動(dòng)元件,結(jié)構(gòu)簡單, 操作維護(hù)方便,無需外加動(dòng)力(能量),運(yùn)行穩(wěn)定可靠,適合于處理高壓氣體介 質(zhì)的膨脹制冷機(jī)械一變氣容調(diào)頻自激振蕩射流制冷機(jī)。
      本發(fā)明變氣容調(diào)頻自激振蕩射流制冷機(jī)的技術(shù)構(gòu)思為
      采用氣容調(diào)頻、具有無穩(wěn)態(tài)自激勵(lì)特性的振蕩射流發(fā)生器,作為本發(fā)明的 射流分配器,這是該制冷機(jī)能夠?qū)嵤┑那疤釛l件。
      振蕩射流發(fā)生器的原理基于射流附壁的雙穩(wěn)態(tài)效應(yīng),和射流穩(wěn)態(tài)的擾動(dòng)切換特性。由于靜止式制冷機(jī)不可能由外部提供周期性的擾動(dòng)源,故必須像電子 振蕩電路那樣,提供自激勵(lì)條件以產(chǎn)生自激振蕩。對于本發(fā)明來說,振蕩射流 發(fā)生器的負(fù)載是后面的末端封閉的接受管,若向管中注入脈沖射流,必會(huì)在振 蕩射流發(fā)生器的出口附近產(chǎn)生一系列壓縮波,從而聚集成較大的壓力梯度躍升, 而這個(gè)壓力躍升恰好與射流的切換同步。如果能夠?qū)⑦@個(gè)壓力躍升信號壓縮波 導(dǎo)回到射流的初始附壁面,就會(huì)使附壁脫離,射流會(huì)立即轉(zhuǎn)向另一附壁穩(wěn)態(tài), 從而可實(shí)現(xiàn)射流方向的瞬間切換。
      為了使射流附壁能夠保持一小段時(shí)間,有利于接受管的制冷,要求壓力躍 升信號必須延遲一段時(shí)間才反饋到達(dá)該初始附壁面,為產(chǎn)生這個(gè)延時(shí),本發(fā)明
      以氣阻、氣容串連構(gòu)成RC延遲回路,產(chǎn)生正比于二者乘積的延遲時(shí)間。
      不同氣體物性、不同工況、不同制冷負(fù)荷和不同接受管尺寸下,射流附壁 延續(xù)時(shí)間的長短會(huì)對制冷效率產(chǎn)生較大的影響和制約。為了能夠調(diào)整射流穩(wěn)態(tài) 的時(shí)間即射流切換的頻率,就要求對壓縮波的延遲時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。
      本發(fā)明中的振蕩射流發(fā)生器,對應(yīng)自激勵(lì)壓縮波延遲時(shí)間的調(diào)節(jié)方法是 改變壓縮波反饋通道的氣容參數(shù)。具體的實(shí)施結(jié)構(gòu)是采用在壓縮波反饋通道分 出三通,接上一套氣缸、活塞,調(diào)節(jié)活塞的進(jìn)出,氣缸就相當(dāng)于一個(gè)可變的氣 容,原反饋通道相當(dāng)于兩個(gè)串連的氣阻。氣阻和氣容延緩了反饋壓力的上升, 使射流的切換周期延長。而氣缸容積即氣容的數(shù)倍變化即可使射流附壁的切換 頻率大幅度改變。微調(diào)兩氣缸的容積還可使射流在兩面附壁的穩(wěn)態(tài)時(shí)間相等。
      振蕩射流發(fā)生器對應(yīng)兩側(cè)的射流附壁,延伸出分岔的兩條流道,在兩條流 道的向后延伸處,對稱地各自開孔,作為射流切換激勵(lì)源一壓縮波的引出孔, 該孔連接到壓縮波延遲反饋通道的始端。
      而在上游射流的初始附壁位置附近的兩側(cè),在兩流道分岔的分流劈前,也 對稱開兩個(gè)射流切換激勵(lì)源的入口 ,并各自與自己一側(cè)的延遲流道終端相連。
      振蕩射流發(fā)生器發(fā)生的振蕩射流有兩個(gè)流道,中間隔著使射流分岔流動(dòng)的 分流劈固壁。前端銳角的分流劈結(jié)構(gòu)能保證附壁的全部射流都流進(jìn)所對位的那 一流道中。
      而在此之前,高壓氣體從入口進(jìn)入緩沖腔,然后從一居中于二流道的噴嘴中集束噴出,在反饋回來的振蕩激勵(lì)壓縮波的推動(dòng)下下,噴出的氣流周期性地 切換附壁面,輪流進(jìn)入兩個(gè)流道之一。
      正對振蕩射流發(fā)生器兩個(gè)流道的出口,安放兩根振蕩射流接受管。在射流 切換的延續(xù)時(shí)段,射流壓縮一根振蕩管中的潴留氣,產(chǎn)生壓縮波和激波向后傳 播,通過接受管壁耗散能量,射流氣自身非定常膨脹做功,總焓降低而制冷;
      而在射流切換到另一根接授管的時(shí)段,中斷射流的接受管中,膨脹做功已制冷 的射流氣在管內(nèi)、外壓差的作用下,從振蕩射流發(fā)生器流道終端和對位的接受 管入口端間隙處排出,流到壓力相對較低的出口腔中匯集,再從冷氣出口流出。
      本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是變氣容調(diào)頻自激振蕩射流制
      冷機(jī),主要由調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)l、上蓋2、出口腔3、冷氣出口4、機(jī)體5、入口管6、 入口腔7、射流噴嘴流道8、壓縮波反饋通道9、分岔流道11、法蘭12和接受 管13構(gòu)成,其特征在于,整機(jī)是全靜止的,采用反饋式振蕩射流發(fā)生器和接受 管13相組合的結(jié)構(gòu),通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)1改變壓縮波反饋通道9的氣容,從而改變 射流的附壁切換頻率,每一條壓縮波反饋通道9均分路聯(lián)接一氣缸21和活塞19, 反饋式振蕩射流發(fā)生器兩分岔流道11的末端,與接受管13的前段在機(jī)體5的 出口腔3中進(jìn)行組合定位,由此實(shí)現(xiàn)脈沖振蕩射流的膨脹制冷。
      所述的反饋式振蕩射流發(fā)生器包括射流噴嘴流道8、兩分岔流道11和兩壓 縮波反饋通道9。
      所述的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)1包括手輪15、氣缸上蓋16、螺桿17、壓帽18、活塞19、 O型圈20和氣缸21 ,在上蓋2對應(yīng)兩條壓縮波返饋通道9大約中間的位置設(shè)有 上蓋開孔22,上蓋2外表面固裝兩個(gè)氣缸21,氣缸上蓋16有內(nèi)螺紋,活塞19 上壓裝的螺桿17旋過氣缸上蓋16,螺桿17的上端連接調(diào)節(jié)手輪15,轉(zhuǎn)動(dòng)手輪 15可調(diào)節(jié)活塞上下移動(dòng)。
      接受管13和機(jī)體5采用焊接箱式結(jié)構(gòu),與振蕩射流發(fā)生器焊到一起成為一 體,接受管13前段從出口回插,定位后焊牢,接受管13的前段探出長度在50 300毫米之間,接受管13延長段的長度在1 12米之間,兩者以法蘭12或管接 頭連接。
      接受管入口 14用扳金加工成與振蕩射流出口截面相仿的矩形,然后再緩慢過渡到圓截面。
      接受管入口 14與振蕩射流發(fā)生器分岔流道11輸出口的距離在2 30毫米之間。
      本發(fā)明的有益效果是無任何運(yùn)動(dòng)件和動(dòng)密封,特別適用于高壓場合;采 用壓縮波反饋激勵(lì)的振蕩射流發(fā)生器,振蕩射流切換可靠,能避免或減小脈動(dòng) 射流進(jìn)接受管不充分射流的邊界損失和渦流損失,提高制冷效率;可以通過調(diào) 節(jié)壓縮波反饋通道的氣容,來改變射流附壁振蕩的切換頻率,以適應(yīng)不同的工 況條件,獲得最高的運(yùn)行效率;該機(jī)的制冷溫度比節(jié)流降壓低很多,且能帶液 運(yùn)行;憑借其制冷冷量,可以冷凝分離回收高壓氣中的凝析組分或脫除水分, 為油氣地層壓力能的高效利用提供了一個(gè)有效的方法和設(shè)備選擇。
      下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
      對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。


      圖1是本發(fā)明變氣容自激振蕩射流制冷機(jī)的主視結(jié)構(gòu)簡圖。 圖2是本發(fā)明變氣容自激振蕩射流制冷機(jī)的俯視結(jié)構(gòu)簡圖。 圖3是本發(fā)明調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)主視圖。
      圖中,1、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),2、上蓋,3、出口腔,4、冷氣出口, 5、機(jī)體,6、 入口管,7、入口腔,8、射流噴嘴流道,9、壓縮波反饋通道,10、三通擴(kuò)孔, 11、分岔流道,12、法蘭,13、接受管,14、接受管入口, 15、手輪,16、氣 缸上蓋,17、螺桿,18、壓帽,19、活塞,20、 0型圈,21、氣缸,22、上蓋開孔。
      具體實(shí)施例方式
      本發(fā)明的一種典型的實(shí)施方式如下如附圖1和附圖2所示,變氣容自激 振蕩射流制冷機(jī),主要由調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)l、上蓋2、出口腔3、冷氣出口4、機(jī)體5、 入口管6、入口腔7、射流噴嘴流道8、壓縮波反饋通道9、分岔流道ll、法蘭 12和接受管13構(gòu)成,其特征在于,整機(jī)是全靜止的,采用反饋式振蕩射流發(fā)生 器和接受管13相組合的結(jié)構(gòu),所述的反饋式振蕩射流發(fā)生器包括射流噴嘴流道 8、兩分岔流道11和兩壓縮波反饋通道9。通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)l (附圖3)改變壓縮 波反饋通道9的氣容,從而改變射流的附壁切換頻率。所述的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)1包括手輪15、氣缸上蓋16、螺桿17、壓帽18、活塞19、 O型圈20和氣缸21,在 上蓋2對應(yīng)兩條壓縮波返回通道9大約中間的位置,即對位壓縮波反饋通道9 分出的三通擴(kuò)孔10的位置,鉆有上蓋開孔22,連通上蓋2外表面固裝的兩個(gè)氣 缸21,氣缸上蓋16有內(nèi)螺紋,活塞19上壓裝的螺桿17旋過氣缸上蓋16,螺 桿17的上端連接調(diào)節(jié)手輪15,轉(zhuǎn)動(dòng)手輪15可調(diào)節(jié)活塞上下移動(dòng)。每一條壓縮 波反饋通道9均分路聯(lián)接一氣缸21和活塞19。反饋式振蕩射流發(fā)生器兩分岔流 道11的末端與接受管13的前段在機(jī)體5的出口腔3中進(jìn)行組合定位,由此實(shí) 現(xiàn)脈沖振蕩射流的膨脹制冷。
      機(jī)體5是由一定厚度的金屬板加工而成,在其內(nèi)面分別銑削加工出深6 80mm,截面為矩形的射流噴嘴流道8、分岔流道11和壓縮波反饋通道9。接受 管13焊到機(jī)體5上,屬于機(jī)體一部分的接受管13焊接箱端面與機(jī)體金屬板表 面同平面,上面用一個(gè)上蓋2加金屬墊,由多個(gè)螺栓穿過機(jī)體5和上蓋2的通 孔壓緊密封。接受管13的前段從內(nèi)焊接固定,接受管入口 14由扳金加工成與 振蕩射流出口截面相仿的矩形截面,再緩慢過渡到圓截面,接受管13前段的 末端裝管接頭法蘭12或管接頭,與后面的接受管13延長段相接。接受管入口 14與振蕩射流發(fā)生器的分岔流道11輸出口的距離根據(jù)處理量和壓力工況而定, 范圍在2 30毫米之間,接受管13前段探出箱外的長度在50 300毫米之間。 接受管13延長段的長度在1 12米之間,接受管13前、后段之間的連接細(xì) 管可采用高壓管接頭,粗管則用法蘭12連接。接受管13的材料,高壓場合多 選用無縫鋼管,或無縫鋼管翅片管, 一般取間隔壓緊固定在機(jī)架上,接受管較 長時(shí),可回彎或盤成螺旋,以減小占地空間。
      調(diào)節(jié)氣容的實(shí)施方式為,氣缸21的下部為空心結(jié)構(gòu),加工好后底緣用螺栓 固裝或焊接于上蓋2,對位于壓縮波反饋通道9中部分出三通擴(kuò)孔10的位置, 即上蓋開孔22處,活塞19與螺桿17的一端旋轉(zhuǎn)嵌裝并用壓帽18壓住,活塞 19與螺桿17—起上下移動(dòng)但不隨螺桿17轉(zhuǎn)動(dòng)。氣缸上蓋16加工內(nèi)螺紋,螺桿 17穿過,螺桿17隨其上端固裝的手輪15—起轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)出螺紋,帶動(dòng)活塞19上、 下移動(dòng)而改變氣缸21的容積,活塞19的側(cè)壁裝0型圈20實(shí)現(xiàn)與氣缸21壁密 封。工作時(shí),高壓氣從入口管6流進(jìn)入口腔7,通過射流噴嘴流道8變成高速射 流,由于初始偏差,射流附于某壁流動(dòng),射入分岔流道11的某一路,產(chǎn)生一系 列的壓縮波。在該分岔流道11的后端,壓縮波反饋通道9入口附近形成高壓區(qū), 經(jīng)過壓縮波反饋通道9反饋到射流噴嘴出口的附壁一側(cè),激擾推動(dòng)射流偏轉(zhuǎn), 向另一條分岔流道11切換,然后在另一條分岔流道11中重復(fù)上述過程,這樣 射流就會(huì)一直輪流不斷地射入兩根接受管13中,壓縮管內(nèi)的潴留氣,射流釋放 能量而變冷,潴留氣變熱,由接受管13的管壁散發(fā)能量。接受管13中制冷后 的射流氣體,在振蕩射流切換離開之后,從接受管入口 14開口處返出,在出 口腔3中匯集后,從冷氣出口4排出,完成制冷。
      權(quán)利要求
      1. 變氣容調(diào)頻自激振蕩射流制冷機(jī),主要由調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(1)、上蓋(2)、出口腔(3)、冷氣出口(4)、機(jī)體(5)、入口管(6)、入口腔(7)、射流噴嘴流道(8)、壓縮波反饋通道(9)、分岔流道(11)、法蘭(12)和接受管(13)構(gòu)成,其特征在于,整機(jī)是全靜止的,采用反饋式振蕩射流發(fā)生器和接受管(13)相組合的結(jié)構(gòu),通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(1)改變壓縮波反饋通道(9)的氣容,從而改變射流的附壁切換頻率,每一條壓縮波反饋通道(9)均分路聯(lián)接一氣缸(21)和活塞(19),反饋式振蕩射流發(fā)生器兩分岔流道(11)的末端與接受管(13)的前段在機(jī)體(5)的出口腔(3)中進(jìn)行組合定位,由此實(shí)現(xiàn)脈沖振蕩射流的膨脹制冷。
      2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的變氣容調(diào)頻自激振蕩射流制冷機(jī),其特征在于,所述的反饋式 振蕩射流發(fā)生器包括射流噴嘴流道(8)、兩分岔流道(11)和壓縮波反饋通道(9)。
      3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的變氣容調(diào)頻自激振蕩射流制冷機(jī),其特征在于,所述的調(diào)節(jié)機(jī) 構(gòu)(1)包括手輪(15)、氣缸上蓋(16)、螺桿(17)、壓帽(18)、活塞(19)、 O型圈(20) 和氣缸(21),在上蓋(2)對應(yīng)兩條壓縮波反饋通道(9)大約中間的位置設(shè)有上蓋開孔(22), 上蓋(2)外表面固裝兩個(gè)氣缸(21),氣缸上蓋(16)有內(nèi)螺紋,活塞(19)上壓裝的螺桿(17)旋過氣缸上蓋(16),螺桿(17)的上端連接調(diào)節(jié)手輪(15),轉(zhuǎn)動(dòng)手輪(15)可調(diào)節(jié) 活塞(19)上下移動(dòng)。
      4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的變氣容調(diào)頻自激振蕩射流制冷機(jī),其特征在于,接受管(13) 和機(jī)體(5)采用焊接箱式結(jié)構(gòu),與振蕩射流發(fā)生器焊到一起成為一體,接受管(13)的前段 從出口回插,定位后焊牢,接受管(13)的前段探出長度在50 300毫米之間,接受管(13) 延長段的長度在1 12米之間,兩者以法蘭(12)或管接頭連接。
      5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變氣容調(diào)頻自激振蕩射流制冷機(jī),其特征在于,接受管入口(14) 用扳金加工成與振蕩射流出口截面相仿的矩形,然后再緩慢過渡到圓截面。
      6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變氣容調(diào)頻自激振蕩射流制冷機(jī),其特征在于,接受管入口(14) 與振蕩射流發(fā)生器分岔流道(11)輸出口的距離在2 30毫米之間。
      全文摘要
      本發(fā)明變氣容調(diào)頻自激振蕩射流制冷機(jī),屬于氣體壓力能膨脹制冷領(lǐng)域。本發(fā)明整機(jī)是全靜止的,采用反饋式振蕩射流發(fā)生器和接受管相組合的結(jié)構(gòu),以壓縮波的反饋實(shí)現(xiàn)對射流的激勵(lì),產(chǎn)生振蕩的附壁射流,氣流道組件協(xié)調(diào)工作實(shí)現(xiàn)氣體的不定常膨脹制冷,在壓縮波反饋通道接入了調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),通過調(diào)節(jié)氣容從而改變射流的附壁振蕩切換頻率來適應(yīng)不同的工況條件,獲得最高的運(yùn)行效率。本發(fā)明無任何運(yùn)動(dòng)件和動(dòng)密封,特別適用于高壓場合,如高壓天然氣深冷脫水和從高壓混合氣中回收重組分等。本發(fā)明制冷效率較高,制冷溫度比節(jié)流降壓低很多,且能帶液運(yùn)行,為油氣地層壓力能的高效利用提供了一個(gè)有效的方法和設(shè)備選擇。
      文檔編號F25B9/00GK101294751SQ20081001157
      公開日2008年10月29日 申請日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
      發(fā)明者代玉強(qiáng), 劉培啟, 史啟才, 徹 朱, 胡大鵬, 趙文靜, 鄒久朋 申請人:大連理工大學(xué)
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