專利名稱：一種阻尼對沖式氣波制冷機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型一種阻尼對沖式氣波制冷機屬于壓力氣體的膨脹制冷技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
已有的熱分離機和氣波制冷機，都是依靠壓力氣體依次對各根末端封閉的 振蕩管內(nèi)的潴留氣做不定常膨脹功，在潴留氣中產(chǎn)生壓縮波與膨脹波，壓力能 轉(zhuǎn)化為熱能再通過管壁散出，入射壓力氣體因膨脹做功而消耗了自身的能量， 溫度降低而實現(xiàn)制冷。這類制冷機能夠在較低的轉(zhuǎn)速下高效地工作，從而避免 了像低溫透平膨脹機那樣，必須在高轉(zhuǎn)速下運行而帶來的一系列不便。但目前的熱分離機和氣波制冷機在實際應(yīng)用中，為了滿足在低轉(zhuǎn)速下獲取 高效率的需要，其振蕩管的長度比較長，容易振動，常出現(xiàn)斷管事故。并且由 于較長的振蕩管末端管壁的溫度較低，不能強力地耗散能量，管材功能率較低。 還有壓力波會從封閉的終端反射回到入口端，加熱新鮮的或者已經(jīng)制冷的氣體， 使制冷效率降低，當(dāng)射流頻率與管內(nèi)氣體振蕩頻率不一致時更甚，使效率隨轉(zhuǎn)速變化上下波動的范圍達10%或更多。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就是提供一種較短振蕩管長并在低轉(zhuǎn)速運行時仍能保持 高且穩(wěn)定制冷效率的單體不定常膨脹制冷機——阻尼對沖式氣波制冷機。本實用新型的技術(shù)解決方案為將輻射或圓周排列的振蕩管8按圓周錯開相 同角度的原則兩兩配對，在每兩根的末端連接一阻尼耗散結(jié)構(gòu)而實現(xiàn)兩管的流 道貫通。為實現(xiàn)在不同工況下，射流頻率都能與管內(nèi)的波振蕩同步，兩兩組對 的雙管位置在圓周方向上或是緊相鄰或是叉開一定的夾角，即以間跳排列的方式貫通互連，對管的夾角從緊挨著直至擴展到相對成180。。對管末端的阻尼耗 散結(jié)構(gòu)由阻尼腔18、 U型回彎管19、耗散段連通腔20和氣封排液導(dǎo)管21組成，每
根管的末端可以接一個至數(shù)個串連的阻尼腔18，耗散結(jié)構(gòu)的兩端分別連至兩管 的末端。而每一個阻尼腔18都是由一段柱體腔和一段錐體腔組合而成，振蕩管8 內(nèi)的壓縮波先經(jīng)柱腔，再大部分進入錐腔。由于從錐腔內(nèi)壁反射的壓縮波很難 再返回柱腔的入口，而只能在阻尼腔中多次反射耗散，因此壓縮波就很少能返 回振蕩管8的入口加熱制冷氣了。而對于從錐段逃出來的壓縮波，則采用將數(shù)個 阻尼腔串連而進行級聯(lián)式的阻尼耗散。為了充分耗散能量和緩沖對管射流的時 間差，阻尼耗散結(jié)構(gòu)段的長度取0.3米以上。由于每對振蕩管8對管的排布方向都 是同向順排的，因此與對管兩末端相連的阻尼耗散結(jié)構(gòu)，在阻尼腔之間有一段U 型回彎管19，以使耗散結(jié)構(gòu)的兩接入口同方向。將振蕩管兩兩組對，兩末端通過一種阻尼耗散流道結(jié)構(gòu)互連，兩振蕩管的 壓力波都能夠進入此公共的耗散結(jié)構(gòu)，如此以來可以產(chǎn)生下列效果1. 由于阻尼結(jié)構(gòu)的連通，大大降低了振蕩管的氣體壓縮剛性，氣體振蕩頻 率顯著降低，新鮮壓力氣的射流頻率就可以隨之減小，氣體分配器的轉(zhuǎn)速也就 跟著降低，即可以在更低的轉(zhuǎn)速下運行；或者在相同的轉(zhuǎn)速之下，振蕩管的長 度可以縮短，機械振動減輕，不易損壞。2. 由于振蕩管遠端的阻尼耗散結(jié)構(gòu)是兩根對管共用的，其能量負荷要比單 管的獨立耗散結(jié)構(gòu)大一倍或更多(當(dāng)管長縮短)，如此單管獨立耗散結(jié)構(gòu)的管長 不能短、但末端和耗散結(jié)構(gòu)的溫度低、耗散能量差的弊端就能得到根本的改善， 有色金屬的使用效率提高，用量可以減少。3. 兩管貫通的阻尼結(jié)構(gòu)可以設(shè)置多個串連的阻尼腔，兩管內(nèi)的波系可以相 互作用，使壓縮波在多個阻尼腔中來回反射而多次耗散，因此能量波的衰減耗 散更加徹底，基本不會再返回到振蕩管的始端開口，如此氣波制冷機的制冷效 率將有所提高，而且以往的效率會隨射流頻率即轉(zhuǎn)速變化產(chǎn)生波動的問題也會 大為改善。為了進一步提高制冷效率，本實用新型阻尼對沖式氣波制冷機的技術(shù)解決
方案還包括以下幾點結(jié)構(gòu)特征1. 增加了小孔排液結(jié)構(gòu)。在阻尼耗散結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置開孔，連接一段短管 和排液腔，借助于重力作用將耗散段內(nèi)可能積存的凝液收集到排液腔中并定期 排出。這樣確保振蕩管8和耗散段無凝液，可使壓力波在內(nèi)部順暢運動，不會使 制冷機隨運行時間的延續(xù)而降低效率。由于兩個振蕩管8共用一個排液結(jié)構(gòu)，與 單管獨立的氣波制冷機相比，機器的復(fù)雜程度降低。2. 旋轉(zhuǎn)射流分配器7內(nèi)部流道由原來的扁長型改為方形，可減小從機體進 氣管到氣體分配器過程中的壓力損失；旋轉(zhuǎn)射流分配器7內(nèi)流道的軸向有傾角， 以進一步減小減壓降損耗。由于采用了對管的阻尼耗散結(jié)構(gòu)，使氣波制冷機內(nèi)波系的運動發(fā)生變化， 壓力波返回振蕩管入口端為弱膨脹波，使制冷效率上升，而且管長對效率的影 響也隨之減弱，保證機器在高效率下穩(wěn)定運行。阻尼耗散段為兩振蕩管8共用， 在同樣的單根管長下可擁有的等效管長增加，振蕩管8長度因而可縮減，從而可 減小氣波制冷機的高度和體積。由于阻尼腔的應(yīng)用，可將壓力波封鎖在其中或 在各個阻尼腔之間的耗散段內(nèi)反復(fù)耗散，管壁溫度升高，材料散熱功能利用率 上升。本實用新型一種阻尼對沖式氣波制冷機所達到的有益效果能在低轉(zhuǎn)速， 短管長下獲得高且穩(wěn)定的制冷效率，且結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，不易振動斷管。 下面再結(jié)合附圖和具體實施方法對本實用新型做進一步說明
圖l為本實用新型一種阻尼對沖式氣波制冷機的總體結(jié)構(gòu)簡圖。圖2為本實用新型一種阻尼對沖式氣波制冷機的振蕩管阻尼耗散結(jié)構(gòu)的外形示意圖。圖中，1、進氣管，2、機體，3、下滾動軸承，4、下軸承座，5、轉(zhuǎn)軸，6、 出氣管，7、旋轉(zhuǎn)射流分配器，8、振蕩管，9、上軸承座10、上滾動軸承，11、
軸承內(nèi)圈壓緊螺母，12、密封填料，13、連軸節(jié)，14、穩(wěn)速電機，15、密封壓 蓋，16、上端蓋，17、射流分配器壓緊螺母，18、阻尼腔，19、 U型回彎管，20、 耗散段連通腔，21、氣封排液導(dǎo)管，22、凝液總收集環(huán)管。
具體實施方式
一種阻尼對沖式氣波制冷機主要由機體2、上下軸承座9、 4、上下滾動軸承 10、 3、轉(zhuǎn)軸5、上端蓋16、密封填料12、密封壓蓋15、連軸節(jié)13、穩(wěn)速電機14、 進氣管l、出氣管6、旋轉(zhuǎn)射流分配器7、沿機體2圓周排列的振蕩管8、阻尼腔18、 U型回彎管19、耗散段連通腔20和氣封排液導(dǎo)管21構(gòu)成。振蕩管8的末端兩兩與 阻尼耗散結(jié)構(gòu)相連，阻尼耗散結(jié)構(gòu)由阻尼腔18、 U型回彎管19、耗散段連通腔20 和氣封排液導(dǎo)管21組成，最簡單的一種實施例是每兩相鄰的振蕩管8末端通過阻 尼耗散結(jié)構(gòu)互相貫通，由一至數(shù)個阻尼腔18串連組成，每個阻尼腔18由一段柱 體腔和一段錐體腔組合而成，通常為圓柱腔和圓錐腔組合。振蕩管8內(nèi)的壓縮波 先經(jīng)柱腔，再進入錐腔，多次反射耗散。阻尼耗散結(jié)構(gòu)的中部有一U型回彎管19， 以將耗散段兩連通口彎到同方向，以方便與振蕩管8對管末端的連接。連通腔20 朝下方向連接一個氣封排液導(dǎo)管21，導(dǎo)管內(nèi)裝2 5個串連的節(jié)流孔板，凝液在 重力和壓力脈動作用下逐段通過節(jié)流孔和空腔排液，而氣體則不易暢通。排液 導(dǎo)管21與機器的凝液總收集環(huán)管22相連。進氣管1插入轉(zhuǎn)軸5內(nèi)孔，可減少進氣 與排氣之間的泄漏。轉(zhuǎn)軸5的一端為空心軸段，靠近封閉處的圓周壁開孔，使氣 體順暢流入旋轉(zhuǎn)射流分配器7。在旋轉(zhuǎn)射流分配器7入口處加工有軸向傾角，保 障與進氣管l等面積順暢過渡。旋轉(zhuǎn)射流分配器7的外圓周上對稱布置有2 4個 噴嘴流道，其噴嘴開口于旋轉(zhuǎn)射流分配器7的外圓弧段的圓周面上，從垂直于軸 向的投影面看，流道軸線與徑向成一定的角度，驅(qū)動電機14的轉(zhuǎn)矩通過連軸節(jié) 13傳遞到轉(zhuǎn)軸5，旋轉(zhuǎn)射流分配器7與轉(zhuǎn)軸5以每分鐘1000 5000轉(zhuǎn)同速轉(zhuǎn)動；振 蕩管8的數(shù)量為20 100根，始端徑向固裝于機體2的外圓面，振蕩管8的內(nèi)孔與 機體鉆孔對正成光滑連續(xù)流道。各根振蕩管8長度基本相等，長度為L2 4.5米。 該具體實施例的工作原理和過程為壓力氣體由深插入軸的進氣管1導(dǎo)入空心轉(zhuǎn)軸5內(nèi)，從轉(zhuǎn)軸5的圓周開孔進到旋轉(zhuǎn)射流分配器7中，從其外周的噴嘴口噴出高速氣流，隨轉(zhuǎn)動依次輪流入射到 圓周排列的各振蕩管8中，對各振蕩管8內(nèi)的潴流氣體做不定常膨脹功，在潴流 氣中產(chǎn)生的壓縮波和膨脹波先后通過振蕩管8進入到阻尼耗散結(jié)構(gòu)中，壓力波大 部分通過阻尼腔18進入耗散段的U型回彎管19，返回弱膨脹波與入射膨脹波相 遇，互相削弱使得返回到入口的膨脹波能量更小，進入耗散段的壓力波與相鄰 振蕩管8射入的壓力波互相作用，強化耗散而轉(zhuǎn)化為熱量通過管壁向外界散發(fā)。 衰減剩余的壓力波逆向進入另一振蕩管8的阻尼腔18時，大部分將反射回到耗散 段中再次耗散，這樣入射波的能量幾乎耗散殆盡，而極少能再返回到振蕩管8的 入口。旋轉(zhuǎn)射流分配器7噴嘴依次轉(zhuǎn)離各個振蕩管8口，膨脹做功制冷后的氣體 依次從振蕩管8入口處返出，進入到排氣空腔匯集，然后從排氣管6排出，完成 了膨脹制冷。
權(quán)利要求1. 一種阻尼對沖式氣波制冷機，包括機體(2)、軸承座(9)(4)、滾動軸承(3)(10)、端蓋(16)、轉(zhuǎn)軸(5)、旋轉(zhuǎn)射流分配器(7)、振蕩管(8)、阻尼腔(18)、U型回彎管(19)、耗散段連通腔(20)和氣封排液導(dǎo)管(21)，其特征在于，各根振蕩管(8)的末端都是兩兩組對、各對都通過一個阻尼耗散結(jié)構(gòu)相貫通，兩兩組對的雙管位置在圓周方向上或是緊相鄰或是叉開一定的夾角，即以間跳排列的方式貫通互連，對管的夾角從緊挨著直至擴展到相對成180°。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻尼對沖式氣波制冷機，其特征在于，組對 的振蕩管(8)對管末端的阻尼耗散結(jié)構(gòu)是由阻尼腔(18)、 U型回彎管(19)、耗散 段連通腔(20)和氣封排液導(dǎo)管(21)組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種阻尼對沖式氣波制冷機，其特征在于， 耗散段阻尼腔(18)的串連個數(shù)為2 6個，每一個都是由一段柱體腔和一段錐體 腔組合而成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種阻尼對沖式氣波制冷機，其特征在于， 阻尼腔(18)柱段的通流斷面積大于振蕩對管，若為圓柱腔，則直徑為振蕩管(8) 直徑的2 10倍，阻尼腔(18)錐段的錐角為20 70。。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種阻尼對沖式氣波制冷機，其特征在于， 阻尼腔(18)之間有一U型回彎管(19)，其通流面積為振蕩管的1 10倍，長度在 0.1 3m之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種阻尼對沖式氣波制冷機，其特征在于， U型回彎管(19)與一排液結(jié)構(gòu)相連，耗散段連通腔(20)朝下連接一個氣封排液導(dǎo) 管(21)，導(dǎo)管內(nèi)裝2 5個串連的節(jié)流孔板，排液導(dǎo)管(21)與機器的凝液總收集環(huán) 管(22灘連。
專利摘要本實用新型一種阻尼對沖式氣波制冷機屬于壓力氣體的膨脹制冷技術(shù)領(lǐng)域，利用氣體壓力能在振蕩管內(nèi)產(chǎn)生的運動激波和膨脹波來實現(xiàn)制冷。其特征在于，將輻射或圓周排列的振蕩管按圓周錯開相同角度的原則兩兩配對，在每兩根的末端連接一阻尼耗散結(jié)構(gòu)而實現(xiàn)兩管的流道貫通，從而降低了振蕩管的氣體壓縮剛性，可以在短管長低轉(zhuǎn)速工況下穩(wěn)定高效運行，具有結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便、不怕凝液帶液、變工況適應(yīng)好、等熵制冷效率較高等優(yōu)點。本實用新型能夠產(chǎn)生低溫，可廣泛應(yīng)用于混合氣體的液化分離、石油氣中輕烴回收、天然氣液化以及低溫冷氣源供給等領(lǐng)域。
文檔編號F25B9/00GK201215413SQ20082001250
公開日2009年4月1日 申請日期2008年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月30日
發(fā)明者代玉強, 劉培啟, 徹 朱, 胡大鵬, 鄒久朋 申請人:大連理工大學(xué)