專利名稱：一種阻尼對(duì)沖式氣波制冷機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型一種阻尼對(duì)沖式氣波制冷機(jī)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(jī)和氣波制冷機(jī)，都是依靠壓力氣體依次對(duì)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(guò)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(shí)現(xiàn)制冷。這類制冷機(jī)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(jī)那樣，必須在高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行而帶來(lái)的一系列不便。但目前的熱分離機(jī)和氣波制冷機(jī)在實(shí)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(zhǎng)度比較長(zhǎng)，容易振動(dòng)，常出現(xiàn)斷管事故。并且由 于較長(zhǎng)的振蕩管末端管壁的溫度較低，不能強(qiáng)力地耗散能量，管材功能率較低。 還有壓力波會(huì)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(shí)更甚，使效率隨轉(zhuǎn)速變化上下波動(dòng)的范圍達(dá)10%或更多。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是提供一種較短振蕩管長(zhǎng)并在低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)仍能保持 高且穩(wěn)定制冷效率的單體不定常膨脹制冷機(jī)——阻尼對(duì)沖式氣波制冷機(jī)。本實(shí)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(cuò)開(kāi)相 同角度的原則兩兩配對(duì)，在每?jī)筛哪┒诉B接一阻尼耗散結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)兩管的流 道貫通。為實(shí)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(duì) 的雙管位置在圓周方向上或是緊相鄰或是叉開(kāi)一定的夾角，即以間跳排列的方式貫通互連，對(duì)管的夾角從緊挨著直至擴(kuò)展到相對(duì)成180。。對(duì)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(gè)至數(shù)個(gè)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(gè)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(jìn)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(duì)于從錐段逃出來(lái)的壓縮波，則采用將數(shù)個(gè) 阻尼腔串連而進(jìn)行級(jí)聯(lián)式的阻尼耗散。為了充分耗散能量和緩沖對(duì)管射流的時(shí) 間差，阻尼耗散結(jié)構(gòu)段的長(zhǎng)度取0.3米以上。由于每對(duì)振蕩管8對(duì)管的排布方向都 是同向順排的，因此與對(duì)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(duì)，兩末端通過(guò)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(jìn)入此公共的耗散結(jié)構(gòu)，如此以來(lái)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(yùn)行；或者在相同的轉(zhuǎn)速之下，振蕩管的長(zhǎng) 度可以縮短，機(jī)械振動(dòng)減輕，不易損壞。2. 由于振蕩管遠(yuǎn)端的阻尼耗散結(jié)構(gòu)是兩根對(duì)管共用的，其能量負(fù)荷要比單 管的獨(dú)立耗散結(jié)構(gòu)大一倍或更多(當(dāng)管長(zhǎng)縮短)，如此單管獨(dú)立耗散結(jié)構(gòu)的管長(zhǎng) 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(gè)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(gè)阻尼腔中來(lái)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(huì)再返回到振蕩管的始端開(kāi)口，如此氣波制冷機(jī)的制冷效 率將有所提高，而且以往的效率會(huì)隨射流頻率即轉(zhuǎn)速變化產(chǎn)生波動(dòng)的問(wèn)題也會(huì) 大為改善。為了進(jìn)一步提高制冷效率，本實(shí)用新型阻尼對(duì)沖式氣波制冷機(jī)的技術(shù)解決
方案還包括以下幾點(diǎn)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(kāi)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(wú)凝液，可使壓力波在內(nèi)部順暢運(yùn)動(dòng)，不會(huì)使 制冷機(jī)隨運(yùn)行時(shí)間的延續(xù)而降低效率。由于兩個(gè)振蕩管8共用一個(gè)排液結(jié)構(gòu)，與 單管獨(dú)立的氣波制冷機(jī)相比，機(jī)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(lái)的扁長(zhǎng)型改為方形，可減小從機(jī)體進(jìn) 氣管到氣體分配器過(guò)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(jìn)一步減小減壓降損耗。由于采用了對(duì)管的阻尼耗散結(jié)構(gòu)，使氣波制冷機(jī)內(nèi)波系的運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)對(duì)效率的影 響也隨之減弱，保證機(jī)器在高效率下穩(wěn)定運(yùn)行。阻尼耗散段為兩振蕩管8共用， 在同樣的單根管長(zhǎng)下可擁有的等效管長(zhǎng)增加，振蕩管8長(zhǎng)度因而可縮減，從而可 減小氣波制冷機(jī)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(gè)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(shí)用新型一種阻尼對(duì)沖式氣波制冷機(jī)所達(dá)到的有益效果能在低轉(zhuǎn)速， 短管長(zhǎng)下獲得高且穩(wěn)定的制冷效率，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小，不易振動(dòng)斷管。 下面再結(jié)合附圖和具體實(shí)施方法對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明
圖l為本實(shí)用新型一種阻尼對(duì)沖式氣波制冷機(jī)的總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖2為本實(shí)用新型一種阻尼對(duì)沖式氣波制冷機(jī)的振蕩管阻尼耗散結(jié)構(gòu)的外形示意圖。圖中，1、進(jìn)氣管，2、機(jī)體，3、下滾動(dòng)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(dòng)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(jī)，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(shí)施方式
一種阻尼對(duì)沖式氣波制冷機(jī)主要由機(jī)體2、上下軸承座9、 4、上下滾動(dòng)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(jī)14、 進(jìn)氣管l、出氣管6、旋轉(zhuǎn)射流分配器7、沿機(jī)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(jiǎn)單的一種實(shí)施例是每?jī)上噜彽恼袷幑?末端通過(guò)阻 尼耗散結(jié)構(gòu)互相貫通，由一至數(shù)個(gè)阻尼腔18串連組成，每個(gè)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(jìn)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(duì)管末端的連接。連通腔20 朝下方向連接一個(gè)氣封排液導(dǎo)管21，導(dǎo)管內(nèi)裝2 5個(gè)串連的節(jié)流孔板，凝液在 重力和壓力脈動(dòng)作用下逐段通過(guò)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(jī)器的凝液總收集環(huán)管22相連。進(jìn)氣管1插入轉(zhuǎn)軸5內(nèi)孔，可減少進(jìn)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(kāi)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(jìn)氣管l等面積順暢過(guò)渡。旋轉(zhuǎn)射流分配器7的外圓周上對(duì)稱布置有2 4個(gè) 噴嘴流道，其噴嘴開(kāi)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(dòng)電機(jī)14的轉(zhuǎn)矩通過(guò)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(dòng)；振 蕩管8的數(shù)量為20 100根，始端徑向固裝于機(jī)體2的外圓面，振蕩管8的內(nèi)孔與 機(jī)體鉆孔對(duì)正成光滑連續(xù)流道。各根振蕩管8長(zhǎng)度基本相等，長(zhǎng)度為L(zhǎng)2 4.5米。 該具體實(shí)施例的工作原理和過(guò)程為壓力氣體由深插入軸的進(jìn)氣管1導(dǎo)入空心轉(zhuǎn)軸5內(nèi)，從轉(zhuǎn)軸5的圓周開(kāi)孔進(jìn)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(dòng)依次輪流入射到 圓周排列的各振蕩管8中，對(duì)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(guò)振蕩管8進(jìn)入到阻尼耗散結(jié)構(gòu)中，壓力波大 部分通過(guò)阻尼腔18進(jìn)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(jìn)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(qiáng)化耗散而轉(zhuǎn)化為熱量通過(guò)管壁向外界散發(fā)。 衰減剩余的壓力波逆向進(jìn)入另一振蕩管8的阻尼腔18時(shí)，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(gè)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(jìn)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(duì)沖式氣波制冷機(jī)，包括機(jī)體(2)、軸承座(9)(4)、滾動(dòng)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(duì)、各對(duì)都通過(guò)一個(gè)阻尼耗散結(jié)構(gòu)相貫通，兩兩組對(duì)的雙管位置在圓周方向上或是緊相鄰或是叉開(kāi)一定的夾角，即以間跳排列的方式貫通互連，對(duì)管的夾角從緊挨著直至擴(kuò)展到相對(duì)成180°。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻尼對(duì)沖式氣波制冷機(jī)，其特征在于，組對(duì) 的振蕩管(8)對(duì)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(duì)沖式氣波制冷機(jī)，其特征在于， 耗散段阻尼腔(18)的串連個(gè)數(shù)為2 6個(gè)，每一個(gè)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(duì)沖式氣波制冷機(jī)，其特征在于， 阻尼腔(18)柱段的通流斷面積大于振蕩對(duì)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(duì)沖式氣波制冷機(jī)，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(zhǎng)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(duì)沖式氣波制冷機(jī)，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(gè)氣封排液導(dǎo) 管(21)，導(dǎo)管內(nèi)裝2 5個(gè)串連的節(jié)流孔板，排液導(dǎo)管(21)與機(jī)器的凝液總收集環(huán) 管(22灘連。
專利摘要本實(shí)用新型一種阻尼對(duì)沖式氣波制冷機(jī)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(yùn)動(dòng)激波和膨脹波來(lái)實(shí)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(cuò)開(kāi)相同角度的原則兩兩配對(duì)，在每?jī)筛哪┒诉B接一阻尼耗散結(jié)構(gòu)而實(shí)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(zhǎng)低轉(zhuǎn)速工況下穩(wěn)定高效運(yùn)行，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(diǎn)。本實(shí)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(hào)F25B9/00GK201215413SQ20082001250
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), 劉培啟, 徹 朱, 胡大鵬, 鄒久朋 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)