專(zhuān)利名稱(chēng)：一種外循環(huán)耗散式氣波制冷機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型一種外循環(huán)耗散式氣波制冷機(jī)屬于氣體膨脹制冷和深冷低溫技 術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景氣波制冷機(jī)與寞制冷技術(shù)是從上世紀(jì)八十年代興起的，在氣體膨脹制冷領(lǐng) 域有不少的應(yīng)用。大連理工大學(xué)研制發(fā)明的"氣波制冷機(jī)"、"多級(jí)氣波制冷機(jī)"、 "多管式射流振蕩制冷機(jī)"等，就是該技術(shù)的基本組成部分，都己獲得國(guó)家專(zhuān) 利。但上述氣波制冷機(jī)受其固有結(jié)構(gòu)的限制，某些不足之處難以改善，如整 機(jī)較為龐大，占地面積也大。接受管較長(zhǎng)，安裝固定要求高，振動(dòng)相對(duì)較大， 受長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)疲勞載荷的影響易產(chǎn)生斷裂，給設(shè)備帶來(lái)一定的安全隱患。在處理 石油氣等場(chǎng)合，傳統(tǒng)氣波制冷機(jī)接受管內(nèi)易積滯凝液，致使管長(zhǎng)、散熱面積減 小，制冷效率下降。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服上述不足，提供一種外循環(huán)耗散式氣波制冷機(jī)。 在結(jié)構(gòu)上，徹底改變了射流噴嘴轉(zhuǎn)動(dòng)，向多根固定不動(dòng)的接受管中分配射流的 固有模式，代之以靜止噴嘴，向轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)鼓狀結(jié)構(gòu)的多根接受管中分配射流。 各根接受管隨轉(zhuǎn)鼓一同旋轉(zhuǎn)，靜止噴嘴則恰好固裝于對(duì)位轉(zhuǎn)鼓上接受管半徑的 位置，射流與接受管軸線平行，依靠接受管的圓周運(yùn)動(dòng)使各接受管口與射流噴 嘴口周期地接近、重合及離開(kāi)。本實(shí)用新型外循環(huán)耗散式氣波制冷機(jī)的能量耗 散機(jī)制與普通的氣波制冷機(jī)大為不同，其轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)度，比傳統(tǒng)氣波機(jī)的接受管長(zhǎng)度要短得多，甚至只有原來(lái)的1/5 1/30。這是由于將射流壓縮波的能量 引出，另行使用或耗散，就不需要接受管來(lái)散熱了，如此接受管管長(zhǎng)只要長(zhǎng)于 瞬間射流的入射長(zhǎng)度即可。由于要將管內(nèi)潴留氣(循環(huán)氣)引出耗散能量，因 此接受管另一端的管口也必須是開(kāi)放的——也稱(chēng)為雙開(kāi)口壓力振蕩管，而不是
像普通氣波制冷機(jī)那樣完全封閉。在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，接受管多出的一個(gè)開(kāi)口將 對(duì)位外部耗散通道開(kāi)口。在轉(zhuǎn)鼓另一端的機(jī)體端面，固裝外部耗散通道開(kāi)口，它與另一端的噴嘴能 夠同時(shí)重合或叉開(kāi)一定的圓周夾角對(duì)位一根接受管。.由于接受管段很短，射流 的能量幾乎沒(méi)能耗散，從外引通道開(kāi)口沖出的壓縮波或激波、以及被它們驅(qū)動(dòng) 向外行進(jìn)的潴留氣體，具有相當(dāng)高的壓力梯度和溫度，進(jìn)到通道后，被引導(dǎo)到 外部水冷器中進(jìn)行冷卻，或者是先引到一個(gè)壓力回收利用裝置中回收壓力能， 然后再進(jìn)到水冷器中冷卻降溫。隨著轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷有從新接受管出來(lái)的壓 力波和高溫高壓氣體，被引導(dǎo)到水冷器中進(jìn)行冷卻，然后再返回到機(jī)器中，從 壓力振蕩管段的出口再重新回到振蕩管中作為潴留氣介質(zhì)。從靜止噴嘴噴出的射流氣，通過(guò)對(duì)雙開(kāi)口的接受管內(nèi)的氣體做不定常膨脹 功而消耗了自身的壓力能和內(nèi)能(焓)而變冷，但射流氣并不能沖出接受管。 隨著轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)，接受管的出口開(kāi)口轉(zhuǎn)過(guò)了通道口而被封堵，然后再敞開(kāi)，暴 露在經(jīng)過(guò)冷卻后返回的潴留氣空腔中，而此時(shí)，該壓力振蕩管段的射流入口已 暴露在機(jī)器的排氣腔中，相對(duì)壓力略低于另一端的返回氣空腔，因此從外部返 回的已耗散了能量的潴留氣體，將重新返回接受管段內(nèi)，而將管段內(nèi)已經(jīng)制冷 了的射流氣擠排出，隨著轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)，各接受管依次排氣，有連續(xù)不斷的冷氣 排出制冷機(jī)。因?yàn)闆](méi)有分流，所以入口氣和出口冷氣的質(zhì)量流量相等。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是， 一種外循環(huán)耗散式氣波制冷機(jī)，主要由機(jī)體3、主軸4、轉(zhuǎn)鼓ll、外部耗散通道口23、接受管12、外殼13、進(jìn)、排氣口 10、 1、進(jìn)、排氣腔6、 2、外部耗散出入口21、 15、外部耗散出入腔22、 14、 外部耗散設(shè)備一熱量回收裝置16和外部耗散設(shè)備一壓力節(jié)流或回收裝置17組 成，其特征在于，射流噴嘴5靜止不動(dòng)，而轉(zhuǎn)鼓ll的圓周面嵌有一圈均勻分布 的接受管12，各接受管12隨轉(zhuǎn)鼓11轉(zhuǎn)動(dòng)且為兩端開(kāi)口，管中的循環(huán)氣從非射 流入口的那個(gè)開(kāi)口通過(guò)外部耗散通道口 23導(dǎo)出機(jī)外，耗散能量后再返回制冷機(jī) 中到接受管12，制冷后的射流氣從原入口流出，每根轉(zhuǎn)動(dòng)的雙開(kāi)口接受管12或
同時(shí)、或錯(cuò)開(kāi)一定的圓周角度對(duì)位射流噴嘴5和外部耗散通道口 23。轉(zhuǎn)鼓11固 裝于主軸4，再通過(guò)聯(lián)軸器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連；射流噴嘴5和外部耗散通道口 23 可以分別通過(guò)調(diào)節(jié)手輪7和18從外部調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)鼓11及接受管12開(kāi)口的軸向間 距離以去除冰堵。本實(shí)用新型改變了傳統(tǒng)氣波制冷機(jī)靠接收管耗散能量的方式，將射流能量 引出機(jī)外進(jìn)行耗散。采用高效的水冷換熱器，能夠很大程度地減小體積，減少 占地，并消除了振動(dòng)斷管的隱患，且短的接受管內(nèi)不易積液，整機(jī)帶液運(yùn)行的 效率不減。為此目的，本實(shí)用新型將噴嘴和接受管的動(dòng)、靜關(guān)系徹底顛倒過(guò)來(lái)， 以轉(zhuǎn)動(dòng)的雙開(kāi)口接受管段或同時(shí)、或是錯(cuò)開(kāi)一定的圓周角度形成時(shí)間差(等于 管內(nèi)波傳遞時(shí)間)對(duì)位靜止的噴嘴和外部耗散通道口，將射流能量引出耗散， 可以更充分合理地回收利用過(guò)程的能量。如可用透平或是活塞膨脹機(jī)轉(zhuǎn)換壓力 能對(duì)外做功，采用熱管等裝置回收熱能、或作為吸收熱泵的熱源，或得到熱水 等，使氣波制冷的綜合效益提高。傳統(tǒng)氣波制冷噴嘴出口因高速射流、靜溫降 低而導(dǎo)致冰堵的事故屢有發(fā)生，會(huì)使噴嘴開(kāi)口圓周與機(jī)體內(nèi)壁凍結(jié)，轉(zhuǎn)動(dòng)被卡 住而使制冷機(jī)完全失效。現(xiàn)噴嘴固定，且為軸向，因此很容易將噴嘴調(diào)離接受 管口而使凍堵立即消除。靜止且在一邊的噴嘴也很容易更換，而且整個(gè)制冷機(jī) 在抗震能力方面也優(yōu)于傳統(tǒng)氣波制冷機(jī)。本實(shí)用新型外一種循環(huán)耗散式氣波制冷機(jī)的制冷原理與傳統(tǒng)氣波制冷相差 不多在一定壓力比下，射流壓縮接受管內(nèi)的潴留介質(zhì)，形成接觸面并產(chǎn)生一系列壓縮波，壓縮波在管內(nèi)運(yùn)動(dòng)，匯聚成激波。接觸面前的介質(zhì)溫度由于受到 激波的壓縮溫度很高，接觸面后的射流介質(zhì)由于提供了激波的能量而變得溫度 很低。但與傳統(tǒng)機(jī)完全不同的是能量波的耗散途徑和方式。外循環(huán)耗散式機(jī)不依 賴(lài)于接受管的長(zhǎng)度和表面積散熱，而是采用潴留氣外循環(huán)的方法，將絕大部分 能量導(dǎo)出，進(jìn)入專(zhuān)門(mén)的設(shè)備中進(jìn)行耗散并可得到利用，耗散后的潴留氣(循環(huán) 氣)再導(dǎo)回到接受管段中循環(huán)使用。
本實(shí)用新型外一種循環(huán)耗散式氣波制冷機(jī)的有益效果是，具有體積小、壓 縮波和激波能量可利用、噴嘴靜止易于更換、抗冰堵、可帶液運(yùn)行、抗震等優(yōu) 點(diǎn)，是旋轉(zhuǎn)式氣波制冷機(jī)的更新產(chǎn)品。本實(shí)用新型一種外循環(huán)耗散式氣波制冷機(jī)適合于對(duì)各種氣體介質(zhì)進(jìn)行制冷 降溫，效率高、可靠性強(qiáng)，很適合應(yīng)用于天然氣深冷處理、低溫?zé)嵩吹葓?chǎng)合。本實(shí)用新型一種外循環(huán)耗散式氣波制冷機(jī)的主體為臥式或立式結(jié)構(gòu)。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。

附圖1是本實(shí)用新型一種外循環(huán)耗散式氣波制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)、流程示意圖。圖中，1.排氣口， 2.排氣腔，3.機(jī)體，4.主軸，5.射流噴嘴，6進(jìn)氣 腔，7.手輪，8.絲桿，9.滑動(dòng)調(diào)節(jié)座，10.進(jìn)氣口， 11.轉(zhuǎn)鼓，12.接受管， 13.外殼，14.外部耗散入口腔，15.外部耗散入口， 16.外部耗散設(shè)備一熱 量回收裝置，17.外部耗散設(shè)備一壓力節(jié)流或回收裝置，18.手輪，19.絲桿， 20.滑動(dòng)調(diào)節(jié)座，21.外部耗散出口， 22.外部耗散出口腔，23.外部耗散通 道口。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的一種典型的實(shí)施方式如下-一種外循環(huán)耗散式氣波制冷機(jī)，主要由機(jī)體3、主軸4、轉(zhuǎn)鼓ll、外部耗散 通道口23、接受管12、外殼13、進(jìn)、排氣口 10、 1、進(jìn)、排氣腔6、 2、外部耗 散出入口 21、 15、外部耗散出入腔22、 14、外部耗散設(shè)備一熱量回收裝置16 和外部耗散設(shè)備一壓力節(jié)流或回收裝置17組成，將噴嘴和接受管的動(dòng)、靜關(guān)系 徹底顛倒過(guò)來(lái)，射流噴嘴5靜止不動(dòng)，而轉(zhuǎn)鼓ll的圓周面嵌有一圈均勻分布的 接受管12，接受管12的數(shù)目為30~280個(gè)。各接受管12隨轉(zhuǎn)鼓11轉(zhuǎn)動(dòng)且為兩 端開(kāi)口，管中的循環(huán)氣從非射流入口的那個(gè)開(kāi)口通過(guò)外部耗散通道口 23導(dǎo)出機(jī) 外，耗散能量后再返回制冷機(jī)中到接受管12，制冷后的射流氣從原入口流出， 每根轉(zhuǎn)動(dòng)的雙開(kāi)口接受管12或同時(shí)、或錯(cuò)開(kāi)一定的圓周角度對(duì)位射流噴嘴5和 外部耗散通道口23。轉(zhuǎn)鼓11固裝于主軸4，再通過(guò)聯(lián)軸器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連；射 流噴嘴5和外部耗散通道口 23可以分別通過(guò)調(diào)節(jié)手輪7和18從外部調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn) 鼓11及接受管12開(kāi)口的軸向間距離以去除冰堵。采用鍛造加焊接結(jié)構(gòu)的機(jī)體 和外殼，得到具有各個(gè)氣體入、出口、收集腔，內(nèi)膛、軸承座、端蓋等結(jié)構(gòu)。 主軸4采用滾動(dòng)軸承支承運(yùn)轉(zhuǎn)， 一端通過(guò)磁性連軸器連軸機(jī)外的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，可 以省去轉(zhuǎn)動(dòng)密封，減小泄漏。為了提高射流進(jìn)入接受管的等熵性，典型實(shí)施方 式里的接受管12不采用普通的圓截面管，而是采用在轉(zhuǎn)鼓11外圓壁面上均勻 開(kāi)四邊形截面槽的方法，機(jī)械加工出四邊形截面的接受管流道。接受管流道的 外封邊采用穿條縫焊再機(jī)加工外圓，或者是外套過(guò)渡配合的圓筒套實(shí)現(xiàn)外封和 各個(gè)流道之間的互封，或是在內(nèi)、外套筒面上銑溝槽，插入條片作為各個(gè)接受 管流道的側(cè)壁，然后浸焊密封。為了符合射流入口速度三角形的需要，有時(shí)所 開(kāi)四邊形槽的邊線并不與轉(zhuǎn)鼓壁面的母線重合，而是有一個(gè)0 50。的夾角，嚴(yán) 格說(shuō)來(lái)接受管流道是導(dǎo)程角很大的螺旋槽。 '開(kāi)出四邊形截面接受管槽的轉(zhuǎn)鼓外筒組件，與轉(zhuǎn)鼓的兩端面鼓輻采用溫差脹接再點(diǎn)焊的工藝聯(lián)于一起，轉(zhuǎn)鼓輻內(nèi)圓開(kāi)鍵槽，與主軸裝接，能夠同步轉(zhuǎn)動(dòng)。射流噴嘴5和外部耗散通道口23都裝于具有軸向移動(dòng)能力的滑動(dòng)調(diào)節(jié)座9、20上，調(diào)節(jié)座通過(guò)絲桿8、 19與機(jī)外的調(diào)節(jié)手輪7、 18相連。旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手輪7和18能夠調(diào)節(jié)入口噴嘴5和外部耗散通道口 23與轉(zhuǎn)鼓11之間的間隙，保證運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噴嘴與轉(zhuǎn)鼓之間的間隙較小，以取得高的制冷效率。而在臨界冰堵時(shí)，調(diào)大間隙，可以立即瓦解冰堵。工作時(shí)，壓力氣體從機(jī)體入口 IO進(jìn)到入口腔1，再進(jìn)到射流噴嘴5中加速成射流，隨著轉(zhuǎn)鼓11的轉(zhuǎn)動(dòng)而依次射入各個(gè)接受管12中；在管中產(chǎn)生的壓縮波、激波和被驅(qū)動(dòng)的一部分潴留氣從管的另一開(kāi)口出來(lái)，通過(guò)外部耗散通道口23進(jìn)入外部耗散出口腔22，再?gòu)耐獠亢纳⒊隹?21流出到外部耗散設(shè)備一壓力節(jié)流或回收裝置17、和外部耗散設(shè)備一熱量回收裝置16中進(jìn)行耗散和回收利用，之后再?gòu)耐獠亢纳⑷肟?15進(jìn)到外部耗散入口腔14;外部耗散入口腔14的壓力因有接受管12潴留氣的加入而比制冷氣排氣腔2的壓力高，因此將開(kāi)口同
時(shí)對(duì)位于二腔的振蕩接受管12中已膨脹做功制冷的射流氣擠排出，通過(guò)排氣腔2和排氣口1排出制冷機(jī)。由于射流連續(xù)，各接受管12依次工作，所以制冷連 續(xù)進(jìn)行，制冷氣通過(guò)排氣腔2的匯集連續(xù)排出。以典型實(shí)施方法制造的一種外循環(huán)耗散式氣波制冷機(jī)，其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和適用的工況、運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)范圍如下射流噴嘴5的四邊形截面尺寸1 100xl 100mm;外部耗散通道口 23的四邊形截面尺寸1 200xl 200mm;接受管12的四邊形截面尺寸0.5 100x0.5 100mm，數(shù)目為30 280;射流噴嘴5與外部耗散通道口 23的圓周夾角0 45度；射流噴嘴5與轉(zhuǎn)鼓11的軸向間隙0.01 1.5mm;外部耗散通道口 23與轉(zhuǎn)鼓11的軸向間隙0.01 1.5mm;主軸4和轉(zhuǎn)鼓11的轉(zhuǎn)速500 5000r/min;轉(zhuǎn)鼓ll的長(zhǎng)度100 1500mm,直徑100 9000mm;轉(zhuǎn)鼓11筒體外圓與外殼13內(nèi)孔之間采用迷宮動(dòng)密封，間隙為0.005 lmm。進(jìn)、出口的壓力范圍0.1 15MPa;膨脹比適用范圍1.2 ~ 8。
權(quán)利要求1. 一種外循環(huán)耗散式氣波制冷機(jī)，主要由機(jī)體(3)、主軸(4)、轉(zhuǎn)鼓(11)、外部耗散通道口(23)、接受管(12)、外殼(13)、進(jìn)、排氣口(10)(1)、進(jìn)、排氣腔(6)(2)、外部耗散出入口(21)(15)、外部耗散出入腔(22)(14)和外部耗散設(shè)備(16)(17)組成，其特征在于，射流噴嘴(5)靜止不動(dòng)，而轉(zhuǎn)鼓(11)的圓周面嵌有一圈均勻分布的接受管(12)，各接受管(12)隨轉(zhuǎn)鼓(11)轉(zhuǎn)動(dòng)且為兩端開(kāi)口，每根轉(zhuǎn)動(dòng)的雙開(kāi)口接受管(12)或同時(shí)、或錯(cuò)開(kāi)一定的圓周角度對(duì)位射流噴嘴(5)和外部耗散通道口(23)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外循環(huán)耗散式氣波制冷機(jī)，其特征在于，射 流噴嘴(5)、外部耗散通道口(23)通過(guò)絲桿螺母機(jī)構(gòu)使其軸向位置可調(diào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外循環(huán)耗散式氣波制冷機(jī)，其特征在于，射 流噴嘴(5)和外部耗散通道口(23)的通流截面均為四邊形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外循環(huán)耗散式氣波制冷機(jī)，其特征在于，接 受管(12)流道是在轉(zhuǎn)鼓(11)外圓周上機(jī)加工出的四邊形截面的槽，槽的邊線與轉(zhuǎn) 鼓(ll)外圓母線重合或成一定的夾角。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種外循環(huán)耗散式氣波制冷機(jī)，其特征在于， 接受管(12)流道的數(shù)量為30 280個(gè)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種外循環(huán)耗散式氣波制冷機(jī)，其特征在于， 接受管(12)流道槽的邊線與轉(zhuǎn)鼓(11)外圓母線之間有0 50。的夾角。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種外循環(huán)耗散式氣波制冷機(jī)，其特征在于， 射流噴嘴(5)與外部耗散通道口(23)圓周錯(cuò)開(kāi)的夾角為0 45° 。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外循環(huán)耗散式氣波制冷機(jī)，其特征在于，轉(zhuǎn) 鼓(11)外圓與外殼(13)內(nèi)孔之間采用迷宮動(dòng)密封，間隙為0.005 lmm。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型屬于氣體膨脹制冷和深冷低溫技術(shù)領(lǐng)域。主要由射流噴嘴、含有接受管的轉(zhuǎn)鼓、主軸、外部耗散通道口、機(jī)體、進(jìn)、排氣口、外部耗散出入口和外部耗散設(shè)備組成。其特征在于，將噴嘴和接受管的動(dòng)、靜關(guān)系顛倒，以轉(zhuǎn)動(dòng)的雙開(kāi)口接受管段或同時(shí)或錯(cuò)開(kāi)一定的圓周角度對(duì)位靜止射流噴嘴和外部耗散通道口。如此就能不再依靠接受管的長(zhǎng)度耗散熱量，而將壓力波和潴留氣引出機(jī)外進(jìn)行能量耗散和利用。噴嘴和外部耗散通道口都可以從外部調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)鼓的間隙以去除冰堵。接受管內(nèi)不易積液，整機(jī)帶液運(yùn)行效率不減。機(jī)器體積很小，占地少，并消除了振動(dòng)斷管的隱患。本實(shí)用新型能更充分合理地回收利用過(guò)程的能量，使氣波制冷的綜合效益提高。
文檔編號(hào)F25B9/00GK201215414SQ200820012509
公開(kāi)日2009年4月1日 申請(qǐng)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(qiáng), 史啟才, 徹 朱, 胡大鵬, 鄒久朋 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)