專利名稱：一種變氣容調頻自激振蕩射流制冷機的制作方法
技術領域：
本實用新型一種變氣容調頻自激振蕩射流制冷機是一種氣體制冷機械，屬 于壓力氣體的射流工程與氣體膨脹制冷技術領域。
背景技術：
利用壓力氣體的膨脹制冷，可以獲得比用工質循環(huán)制冷更低的低溫。膨脹 制冷技術已廣泛應用，尤其在石油天然氣開發(fā)處理等領域中極具應用價值。氣
波制冷機和熱分離機(中國專利87101903.5， 89213744.4， 90222999.0)等，均
屬于不定常膨脹制冷，且都依靠電機或利用氣體噴射反作用力帶動氣體分配器 自旋，以一定的轉速將介質氣體依次向環(huán)周方向的各末端封閉的接受管射流， 對管內駐留氣做不定常膨脹功。這些制冷機的效率比較高，但由于結構復雜， 有許多轉動件，為阻止氣體外泄漏和內部不同壓力區(qū)的泄漏，需要轉動密封， 會使機器的耐壓能力降低。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，以能夠進行低 溫分離、回收利用其中有用的組分。
如果氣波制冷機的氣體分配器不需要旋轉和運動就能快速改變射流的方 向，就能實現(xiàn)全靜止式的非定常膨脹制冷，不需要運動件的制冷機會像常規(guī)的 高壓設備那樣，承受數(shù)十MPa的巨大壓力。如此，將會解決高壓氣體壓力能難 以利用的難題，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。 發(fā)明內容
本實用新型的目的是提供一種具有一定制冷效率，無運動元件，結構簡 單，操作維護方便，無需外加動力(能量)，運行穩(wěn)定可靠，適合于處理高壓氣 體介質的膨脹制冷機械一一種變氣容調頻自激振蕩射流制冷機。
本實用新型一種變氣容調頻自激振蕩射流制冷機的技術構思為
采用氣容調頻、具有無穩(wěn)態(tài)自激勵特性的振蕩射流發(fā)生器，作為本實用新 型的射流分配器，這是該制冷機能夠實施的前提條件。
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，和射流穩(wěn)態(tài)的擾動切換特性。由于靜止式制冷機不可能由外部提供周期性的擾動源，故必須像電子 振蕩電路那樣，提供自激勵條件以產(chǎn)生自激振蕩。對于本實用新型來說，振蕩 射流發(fā)生器的負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 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，而這個壓力躍升恰好與射流的切換同步。如果能夠將這個壓力躍升信號 壓縮波導回到射流的初始附壁面，就會使附壁脫離，射流會立即轉向另一附壁 穩(wěn)態(tài)，從而可實現(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間才反饋到達該初始附壁面，為產(chǎn)生這個延時，本實用
新型以氣阻、氣容串連構成RC延遲回路，產(chǎn)生正比于二者乘積的延遲時間。
不同氣體物性、不同工況、不同制冷負荷和不同接受管尺寸下，射流附壁 延續(xù)時間的長短會對制冷效率產(chǎn)生較大的影響和制約。為了能夠調整射流穩(wěn)態(tài) 的時間即射流切換的頻率，就要求對壓縮波的延遲時間進行調整。
本實用新型中的振蕩射流發(fā)生器，對應自激勵壓縮波延遲時間的調節(jié)方法
是改變壓縮波反饋通道的氣容參數(shù)。具體的實施結構是采用在壓縮波反饋通 道分出三通，接上一套氣缸、活塞，調節(jié)活塞的進出，氣缸就相當于一個可變 的氣容，原反饋通道相當于兩個串連的氣阻。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。微調兩氣缸的容積還可使射流在兩面附壁的穩(wěn)態(tài)時間相 等。
振蕩射流發(fā)生器對應兩側的射流附壁，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，在兩流道分岔的分流劈前，也 對稱開兩個射流切換激勵源的入口 ，并各自與自己一側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流道，中間隔著使射流分岔流動的 分流劈固壁。前端銳角的分流劈結構能保證附壁的全部射流都流進所對位的那 一流道中。而在此之前，高壓氣體從入口進入緩沖腔，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壓縮波的推動下下，噴出的氣流周期性地 切換附壁面，輪流進入兩個流道之一。
正對振蕩射流發(fā)生器兩個流道的出口，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段，中斷射流的接受管中，膨脹做功己制冷 的射流氣在管內、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。
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是 一種變氣容調頻自激振 蕩射流制冷機，主要由調節(jié)機構l、上蓋2、出口腔3、冷氣出口4、機體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構成，其特征在于，整機是全靜止的，采用反饋式振蕩射流發(fā)生器 和接受管13相組合的結構，通過調節(jié)機構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 機體5的出口腔3中進行組合定位。
.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。
所述的調節(jié)機構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對應兩條壓縮波返饋通道9大約中間的位置設有 上蓋開孔22，上蓋2外表面固裝兩個氣缸21，氣缸上蓋16有內螺紋，活塞19 上壓裝的螺桿17旋過氣缸上蓋16，螺桿17的上端連接調節(jié)手輪15，轉動手輪 15可調節(jié)活塞上下移動。
接受管13和機體5采用焊接箱式結構，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。
本實用新型的有益效果是無任何運動件和動密封，特別適用于高壓場合; 采用壓縮波反饋激勵的振蕩射流發(fā)生器，振蕩射流切換可靠，能避免或減小脈 動射流進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，以適應不同的 工況條件，獲得最高的運行效率；該機的制冷溫度比節(jié)流降壓低很多，且能帶 液運行；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有效的方法和設備選擇。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步說明。

圖1是本實用新型一種變氣容自激振蕩射流制冷機的主視結構簡圖。 圖2是本實用新型一種變氣容自激振蕩射流制冷機的俯視結構簡圖。 圖3是本實用新型調節(jié)機構的結構主視圖。
圖中，1、調節(jié)機構，2、上蓋，3、出口腔，4、冷氣出口， 5、機體，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、 O型圈，21、氣缸，22、上蓋開孔。
具體實施方式
本實用新型的一種典型的實施方式如下如附圖1和附圖2所示， 一種變 氣容自激振蕩射流制冷機，主要由調節(jié)機構l、上蓋2、出口腔3、冷氣出口4、 機體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構成，其特征在于，整機是全靜止的，采用反饋式振 蕩射流發(fā)生器和接受管13相組合的結構，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。通過調節(jié)機構1 (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。所述的調節(jié)機
構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 兩個氣缸21,氣缸上蓋16有內螺紋，活塞19上壓裝的螺桿17旋過氣缸上蓋 16，螺桿17的上端連接調節(jié)手輪15，轉動手輪15可調節(jié)活塞上下移動。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的前段在機體5的出口腔3中進行組合定位， 由此實現(xiàn)脈沖振蕩射流的膨脹制冷。
機體5是由一定厚度的金屬板加工而成，在其內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焊到機體5上，屬于機體5 —部分的接受管13焊接箱端面與機體金屬板 表面同平面，上面用一個上蓋2加金屬墊，由多個螺栓穿過機體5和上蓋2的 通孔壓緊密封。接受管13的前段從內焊接固定，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架上，接受管 較長時，可回彎或盤成螺旋，以減小占地空間。
調節(jié)氣容的實施方式為，氣缸21的下部為空心結構，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中部分出三通擴孔10的位置， 即上蓋開孔22處，活塞19與螺桿17的一端旋轉嵌裝并用壓帽18壓住，活塞 19與螺桿17 —起上下移動但不隨螺桿17轉動。氣缸上蓋16加工內螺紋，螺桿 17穿過，螺桿17隨其上端固裝的手輪15—起轉動進出螺紋，帶動活塞19上、 下移動而改變氣缸21的容積，活塞19的側壁裝O型圈20實現(xiàn)與氣缸21壁密封。
工作時，高壓氣從入口管6流進入口腔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，射入分岔流道ll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，激擾推動射流偏轉， 向另一條分岔流遣11切換，然后在另一條分岔流道11中重復上述過程，這樣 射流就會一直輪流不斷地射入兩根接受管13中，壓縮管內的潴留氣，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。
權利要求1. 一種變氣容調頻自激振蕩射流制冷機，主要由調節(jié)機構(1)、上蓋(2)、出口腔(3)、冷氣出口(4)、機體(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)構成，其特征在于，整機是全靜止的，采用反饋式振蕩射流發(fā)生器和接受管(13)相組合的結構，通過調節(jié)機構(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)的前段在機體(5)的出口腔(3)中進行組合定位。
2. 根據(jù)權利要求l所述的一種變氣容調頻自激振蕩射流制冷機，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)權利要求l所述的一種變氣容調頻自激振蕩射流制冷機，其特征在于，所述的調 節(jié)機構(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)對應兩條壓縮波反饋通道(9)大約中間的位置設有上蓋開 孔(22)，上蓋(2)外表面固裝兩個氣缸(21)，氣缸上蓋(16)有內螺紋，活塞(19)上壓 裝的螺桿(17)旋過氣缸上蓋(16)，螺桿(17)的上端連接調節(jié)手輪(15)，轉動手輪(15) 可調節(jié)活塞(19)上下移動。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種變氣容調頻自激振蕩射流制冷機，其特征在于，接受管(13) 和機體(5)采用焊接箱式結構，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)權利要求l所述的一種變氣容調頻自激振蕩射流制冷機，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)權利要求l所述的一種變氣容調頻自激振蕩射流制冷機，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。
專利摘要本實用新型一種變氣容調頻自激振蕩射流制冷機，屬于氣體壓力能膨脹制冷領域。本實用新型整機是全靜止的，采用反饋式振蕩射流發(fā)生器和接受管相組合的結構，以壓縮波的反饋實現(xiàn)對射流的激勵，產(chǎn)生振蕩的附壁射流，氣流道組件協(xié)調工作實現(xiàn)氣體的不定常膨脹制冷，在壓縮波反饋通道接入了調節(jié)機構，通過調節(jié)氣容從而改變射流的附壁振蕩切換頻率來適應不同的工況條件，獲得最高的運行效率。本實用新型無任何運動件和動密封，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。本實用新型制冷效率較高，制冷溫度比節(jié)流降壓低很多，且能帶液運行，為油氣地層壓力能的高效利用提供了一個有效的方法和設備選擇。
文檔編號F25B9/00GK201229083SQ20082001315
公開日2009年4月29日 申請日期2008年5月23日 優(yōu)先權日2008年5月23日
發(fā)明者代玉強, 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