一种反馈式振荡射流制冷机制造技术

本实用新型专利技术一种反馈式振荡射流制冷机，属于气体压力能膨胀制冷领域。本实用新型专利技术整机是全静止的，采用反馈式振荡射流发生器和接受管相组合的结构，以压缩波的反馈实现对射流的激励，产生振荡的附壁射流，气流道组件协调工作实现气体的不定常膨胀制冷，在压缩波反馈通道接入了调节机构，通过调节通道长度从而改变射流的附壁振荡切换频率来适应不同的工况条件，获得最高的运行效率。本实用新型专利技术无任何运动件和动密封，特别适用于高压场合，如高压天然气深冷脱水和从高压混合气中回收重组分等。本实用新型专利技术制冷效率较高，制冷温度比节流降压低很多，且能带液运行，为油气地层压力能的高效利用提供了一个有效的方法和设备选择。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术一种反馈式振荡射流制冷机是一种气体制冷机械，属于压力气 体的射流工程与气体膨胀制冷

技术介绍
膨胀制冷可以获得比用工质循环制冷更低的低温。利用气体自身的压力膨 胀制冷，在石油天然气开发处理等领域中极具应用价值。除了透平膨胀机之外，还有气波制冷机和热分离机(中国专利87101903.5， 89213744.4， 90222999.0)等膨胀制冷机械，后二者为不定常膨胀制冷，依靠电机或利用气体喷射反作用 力带动气体分配器自旋，以一定的转速将介质气体依次向环周方向的各末端封 闭的接受管射流，对管内驻留气做不定常膨胀功。这些制冷机的效率比较高， 但由于结构复杂，有许多转动件，为阻止气体外泄漏和内部不同压力区的泄漏， 需要转动密封，这会使机器的耐压能力大大降低。随着天然气的集输、处理向 高压力趋势发展，需要有可靠的高压气体膨胀制冷技术装备作为支持。另外， 许多化工厂、化肥厂生产过程中排出的尾气，也亟需高压小流量、性能稳定可 靠的制冷装置，以能够低温分离、回收利用其中有用的组分。如果气波制冷机的气体分配器不需要旋转和运动就能快速改变射流的方 向，就能实现全静止式的非定常膨胀制冷，不需要运动件的制冷机会像常规的 高压设备那样，承受数十MPa的巨大压力。如此，将会解决高压气体压力能难 以利用的难题，产生巨大的经济效益。
技术实现思路
本技术的目的为提供一种无运动元件、结构简单、操作维护方便、 具有一定制冷效率、无需外加动力(能量)、运行稳定可靠、适合于处理高压气 体介质的膨胀制冷机械一一种反馈式振荡射流制冷机。本技术一种反馈式振荡射流制冷机的技术构思为采用振荡频率可调、自激励附壁振荡的射流发生器，作为该制冷机的射流 分配器，这是该制冷机能够实施的前提条件。振荡射流发生器的原理基于射流附壁的双稳态效应，和射流稳态的扰动切 换特性。由于静止式制冷机不可能由外部提供周期性扰动源，故必须像电子振荡电路那样，提供自激励条件以产生自激振荡。对于本技术来说，振荡射 流发生器的负载是后面的末端封闭的接受管，若向管中突然注入脉冲射流，则 必会在振荡射流发生器的出口附近产生一系列的压縮波，聚集成较大梯度的压 力跃升，这个压力跃升恰好与射流的切换同步。如果能够将这个压力跃升信号 压縮波导回射流的初始附壁面推扰射流，就会使附壁脱离，射流会立即转向另 一附壁稳态，从而可实现射流方向的瞬间切换。为利于接受管的制冷，射流的每次附壁都需要保持一小段时间，这就要求 压力跃升信号必须延迟一段时间才能返回到初始附壁面。本技术的解决措 施是效仿高频电路的相位移延迟线，用一段可调长度的管段，让压縮波在其 中行进，在一定的波速下，需要耗费一定的时间才能返回。该方法的优点是， 压縮波形不会有多少改变，其前沿较陡，可使射流附壁瞬间切换，能提高接受 管的不定常制冷效率。在不同的气体物性、不同工况、不同制冷负荷和不同接受管尺寸下，射流 时间的长短不同，对应的制冷效率也不同。为了能够调整射流稳态的时间或射 流切换的频率，需要对压縮波的延迟时间进行调整。本技术中的振荡射流发生器，实现压縮波反馈自激励、和调整延迟时 间的方法为将机体上的压縮波返馈通道隔开成两段中断段，再用长度可变的流道将中 断连通。振荡射流发生器对应两侧的射流附壁，分开成两段分岔的流道，在两 分岔流道的近出口处，对称开两个孔，引出压縮波，作为切换的激扰源。该孔 连通到压縮波延迟返馈通道的'中断段。而在射流的初始附壁位置附近的两侧，两分岔流道的分流劈前，则对称开 设两个压縮波的入口，与各自一侧的延迟返馈通道的另一中断段相连。延迟时间的调整方法为改变压縮波返馈通道的长度。具体的实施结构是 采用可变长度的U型或半矩形弯曲的管状通道，两端用固定接头连到延迟返馈 通道中断段的联接座上，通过更换不同长度的管状通道实现延迟时间调整；或 者是将两个通道连接座改成长孔滑道即长气缸的形式，将弯曲的管状通道制成 异型活塞流道连通组件，插入到两平行的长孔滑道中，通过螺杆调节其进出。 调节改变插入深度可连续改变反馈通道的长度，使压縮波反馈延迟时间变化，由此来调整射流稳态的时间，和使射流在两面附壁的稳态时间相等。振荡射流发生器发生的振荡射流有两个流道，中间隔着使射流分岔流动的 分流劈固壁。前端锐角的分流劈结构能保证附壁的全部射流都流进所对位的那 一流道中。而在此之前，.高压气体从入口进入缓冲腔，然后从一居中于二流道的喷嘴 中集束喷出，在反馈回来的振荡激励压縮波的推动下下，喷出的气流周期性地 切换附壁面，轮流进入两个流道之一。正对着振荡射流发生器的两个射流出口处，安放两根振荡射流接受管。在 切换射流的入射时段，射流压縮一振荡管中的潴留气，产生压縮波和激波向后 传播，通过接受管壁耗散能量，射流气自身非定常膨胀做功，总焓降低而制冷； 而在射流切换到另一根接授管的时段，中断射流的接受管中，膨胀做功已制冷 的射流气在管内、外压差的作用下，从振荡射流发生器流道终端和对位的接受 管入口端间隙处排出，流到压力相对较低的出口腔中汇集，再从冷气出口流出。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是 一种反馈式振荡射流制 冷机，主要由调节机构l、上盖2、出口腔3、冷气出口4、机体5、入口管6、 入口腔7、射流喷嘴流道8、上盖开口9、分岔流道IO、管接头ll、接受管12、 接受管入口 13和压縮波反馈通道14构成，其特征在于，整机是全静止的，采 用反馈式振荡射流发生器和接受管12相组合的结构，通过调节机构1改变压縮 波反馈通道14的长度，来改变压縮波反馈的延迟时间，从而改变射流的附壁振 荡切换频率，压縮波反馈通道14隔开成两段，再从对位两段中断段端部的上盖 开口 9处插入调节机构1，反馈式振荡射流发生器两分岔流道10的末端与接受 管12的前段在机体5的出口腔3中进行组合定位，由此实现脉冲振荡射流的膨 胀制冷。所述的反馈式振荡射流发生器包括射流喷嘴流道8、两分岔流道10和压縮 波反馈通道14。所述的调节机构1包括手轮15、螺杆16、加强板17、空心管活塞18、 O 型圈19、细长气缸20和压帽21。所述的调节机构1包括管接头22和不同长度的U型管23或半矩形管。 在上盖2对位压縮波反馈通道14两段中断段末端开有四个上盖开孔9，在上盖2外表面各上盖开孔9处固装一个细长气缸20,每个加强板17连接两个空 心管活塞18，加强板17中部加工内螺纹，螺杆16旋过加强板17，螺杆16下 端由压帽21压住，上端连接调节手轮15，转动手轮15使加强板17和空心管活 塞18上下移动。在上盖2对位压縮波反馈通道14两段中断段末端开有四个上盖开孔9，在 上盖2外表面各上盖开孔9处固装一个高压管接头22，连接U型管23或平矩 形管，采用不同长度的U型管23或半矩形管，阶跃改变振荡射流的切换频率。接受管入口 13和机体5采用焊接箱式结构，与机体5焊到一起成一体。接 受管12前段从出口回插，定位后焊牢，接受管12前段探出长度在50 300毫 米之间，接受管12后段的长度在1 12米之间，接受管12的前段和后段以管 接头11或法兰连接。接受管入口 13扳金加工成与振荡射流出口截面相仿的矩形，然后再缓慢过 渡到圆截面，接受管入口 13与反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反馈式振荡射流制冷机，主要由调节机构（１）、上盖（２）、出口腔（３）、冷气出口（４）、机体（５）、入口管（６）、入口腔（７）、射流喷嘴流道（８）、上盖开口（９）、分岔流道（１０）、管接头（１１）、接受管（１２）、接受管入口（１３）和压缩波反馈通道（１４）构成，其特征在于，整机是全静止的，采用反馈式振荡射流发生器和接受管（１２）相组合的结构，通过调节机构（１）改变压缩波反馈通道（１４）的长度，来改变压缩波反馈的延迟时间，从而改变射流的附壁振荡切换频率，压缩波反馈通道（１４）隔开成两段，再从对位两段中断段端部的上盖开口（９）处插入调节机构（１），反馈式振荡射流发生器两分岔流道（１０）的末端与接受管（１２）的前段在机体（５）的出口腔（３）中进行组合定位。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡大鹏，邹久朋，代玉强，朱彻，史启才，刘培启，赵文静，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：实用新型
国别省市：91[中国|大连]