一种波转子及旋转式热分离机制造技术

本发明专利技术公开一种波转子及旋转式热分离机。所述波转子包括转子内筒和转子外筒，转子内筒和转子外筒均为两端开放式筒体，转子内筒与转子外筒同轴固设，在转子内筒与转子外筒之间、沿转子内筒的径向设置有至少两层环腔，在每层环腔内均设置有多条沿该层环腔的轴向通长布置的振荡气道，同一层环腔内的多条振荡气道沿该层环腔的周向分布。所述旋转式热分离机包含上述波转子。根据本发明专利技术，能够有效地解决现有采用单层通道波转子的多级热分离机的系统效率低的问题。率低的问题。率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种波转子及旋转式热分离机


[0001]本专利技术属于气体射流
，更具体地，涉及一种波转子及旋转式热分离机。

技术介绍

[0002]旋转式热分离机是一种接近等熵减压的制冷设备，主要由喷嘴、波转子和旋转分配器组成。高能气体经喷嘴喷入波转子的振荡管中，振荡管内已有的气体被压缩而升温，温升可高达500℃左右。利用自然对流或强制对流，将压缩产生的热量从振荡管的外表面传出。由于机器上装有旋转分配器，故气体的喷入是间歇性的。当振荡管中的气体压缩升温时，进气停止，振荡管内的气体改变流动方向，作绝热膨胀减压，使其中的动力气变冷排出，热分离机完成一个工作过程。此时，高能气体又经喷嘴喷出，开始第二个工作过程。这样反复的结果，可使动力气温度降低到-30～-90℃。其制冷程度与进出气压降和气体组成有关。
[0003]其中，波转子为旋转式热分离机的最重要的部件，旋转式热分离机利用波转子的高速旋转，在波转子的振荡管中实现压缩波与膨胀波的匹配，完成不同压力气体之间的能量交换，从而实现制冷效果。
[0004]现有的热分离机可分为单级和多级两种。
[0005]对于单级热分离机，其在进行能量分离时，受端口压力影响较大，当压比过大时，气流的速度达到音速或者超音速状态，影响内部的能量分离，即冷热分离效果受到抑制。因此，现有单级热分离机的膨胀比一般介于2～4之间。为满足大压比工况下的制冷需求，通常采用多台单级热分离机串联的方式来达到目标要求。然而，这种多台单级热分离机串联的方式虽然可以将每台单级热分离机的膨胀比控制在合理范围内，但是并未对气体的压力能进行有效的回收。除此之外，这种多台单级热分离机串联的方式还容易出现因各级热分离机之间匹配度差而导致系统整体效率较低的问题。
[0006]为此，多级热分离机被越来越多地应用于大压比工况下的制冷。现有的多级热分离机主要包括两种类型：振荡管一端开口式多级热分离机和单层通道波转子式多级热分离机。振荡管一端开口式多级热分离机虽然可以实现大压比下的多级制冷，但是在工作过程中会出现振荡管积液现象，严重时还会引起振荡管断裂。除此之外，这种振荡管一端开口式多级热分离机还存在整机体积较大以及散热较慢的问题。而单层通道波转子式多级热分离机虽然解决了振荡管一端开口式多级热分离机所存在的问题，但是由于其使用单层通道结构的波转子，通道间的气体无法实现充分的热交换，能量耗散严重，进而影响整机的工作效率。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于解决现有采用单层通道波转子的多级热分离机的系统效率低的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供一种波转子及旋转式热分离机。
[0009]根据本专利技术的第一方面，提供了一种波转子，该波转子包括转子内筒和转子外筒，
所述转子内筒和所述转子外筒均为两端开放式筒体，所述转子内筒与所述转子外筒同轴固设；
[0010]在所述转子内筒与所述转子外筒之间、沿所述转子内筒的径向设置有至少两层环腔；
[0011]在每层环腔内均设置有多条沿该层环腔的轴向通长布置的振荡气道，同一层环腔内的多条振荡气道沿该层环腔的周向分布。
[0012]作为优选的是，所述波转子还包括若干个套筒式隔板，所述若干个套筒式隔板将所述转子内筒与所述转子外筒的间隙划分为至少两层环腔。
[0013]作为优选的是，在每层环腔内均设置有多个条式隔板，所述多个条式隔板将该层环腔划分为多条振荡气道。
[0014]作为优选的是，所述环腔的层数为m，2≤m≤10。
[0015]作为优选的是，同一层环腔内的多条振荡气道的宽度均相等、高度均相等；
[0016]所述振荡气道的宽度为该振荡气道对应的两个条式隔板的间距，所述振荡气道的高度为该振荡气道对应的条式隔板的宽度。
[0017]作为优选的是，所述振荡气道的高度与宽度之比为n，0.2<n<5。
[0018]根据本专利技术的第二方面，提供了一种旋转式热分离机，该旋转式热分离机包括上述任一种波转子。
[0019]作为优选的是，所述旋转式热分离机还包括机壳、第一端盖、第二端盖、第一喷嘴、第二喷嘴和中心轴；
[0020]所述机壳的两端均开放设置，所述第一端盖和所述第二端盖分别扣合于所述机壳的两端；
[0021]所述中心轴与所述机壳同轴设置且轴向固连，所述中心轴的第一端在贯穿所述第一端盖后伸入所述机壳，所述中心轴的第二端外露于所述第一端盖；
[0022]所述波转子设置在所述机壳内，并能够与所述中心轴同步转动；
[0023]所述第一喷嘴和所述第二喷嘴均固定设置在所述机壳内，并且分别位于所述波转子的两端；
[0024]所述第一喷嘴和所述第二喷嘴均为圆环式喷嘴，该圆盘式喷嘴包括圆环形的基板，以及设置在该基板上的进气口和排气口，所述进气口和所述排气口均为与层叠的环腔相匹配的层叠式结构；
[0025]在所述第一端盖内设置有高温气体排出腔和低压气体进入腔，在所述第二端盖内设置有低温气体排出腔和高压气体进入腔；
[0026]所述高温气体排出腔与所述第一喷嘴的排气口相连通，所述低压气体进入腔与所述第一喷嘴的进气口相连通，所述低温气体排出腔与所述第二喷嘴的排气口相连通，所述高压气体进入腔与所述第二喷嘴的进气口相连通。
[0027]作为优选的是，所述旋转式热分离机还包括转子内套，所述转子内套设置在所述中心轴与所述波转子之间，所述波转子通过所述转子内套与所述中心轴联动。
[0028]作为优选的是，所述旋转式热分离机还包括电动机和联轴器；
[0029]所述电动机的转轴通过所述联轴器与所述中心轴传动连接。
[0030]本专利技术的有益效果在于：
[0031]本专利技术的波转子，在其转子内筒与转子外筒之间设置有至少两层环腔，在每层环腔内均设置有多条相当于振荡管的振荡气道。由此可知，本专利技术的波转子为多层通道结构。基于本专利技术的多层通道结构的波转子能够实现多个换热过程，即在大压缩比的工况条件下实现多级制冷。由于本专利技术的波转子具有多层通道，可以针对部分通道进行单独设计，使其通道中充满低温气体或高温气体，进而实现对临近层通道的预冷以及保温，从而提升目标通道的冷热分离效率，减小能量耗散，提高相应热分离机的效率。
[0032]本专利技术还提供了一种热分离机，该热分离机包含所述多层通道结构的波转子，与所述多层通道结构的波转子具有相同的有益效果。
[0033]本专利技术的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0034]通过结合附图对本专利技术示例性实施方式进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本专利技术示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0035]图1示出了根据本专利技术的实施例1至3的波转子的结构示意图。
[0036]图2示出了根据本专利技术的实施例2和3的旋转式热分离机的结构透视示意图。
[0037]图3示出了根据本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种波转子，其特征在于，包括转子内筒和转子外筒，所述转子内筒和所述转子外筒均为两端开放式筒体，所述转子内筒与所述转子外筒同轴固设；在所述转子内筒与所述转子外筒之间、沿所述转子内筒的径向设置有至少两层环腔；在每层环腔内均设置有多条沿该层环腔的轴向通长布置的振荡气道，同一层环腔内的多条振荡气道沿该层环腔的周向分布。2.根据权利要求1所述的波转子，其特征在于，还包括若干个套筒式隔板，所述若干个套筒式隔板将所述转子内筒与所述转子外筒的间隙划分为至少两层环腔。3.根据权利要求1所述的波转子，其特征在于，在每层环腔内均设置有多个条式隔板，所述多个条式隔板将该层环腔划分为多条振荡气道。4.根据权利要求1所述的波转子，其特征在于，所述环腔的层数为m，2≤m≤10。5.根据权利要求3所述的波转子，其特征在于，同一层环腔内的多条振荡气道的宽度均相等、高度均相等；所述振荡气道的宽度为该振荡气道对应的两个条式隔板的间距，所述振荡气道的高度为该振荡气道对应的条式隔板的宽度。6.根据权利要求5所述的波转子，其特征在于，所述振荡气道的高度与宽度之比为n，0.2<n<5。7.一种旋转式热分离机，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的波转子。8.根据权利要求7所述的旋转式热分离机，其特征在于，还包括机壳、第一端盖、第二端...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑友林，魏蓓，李奇，丁垚，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，
类型：发明
国别省市：