專利名稱：一種反饋式振蕩射流制冷機的制作方法
技術領域：
本實用新型一種反饋式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：
膨脹制冷可以獲得比用工質(zhì)循環(huán)制冷更低的低溫。利用氣體自身的壓力膨 脹制冷，在石油天然氣開發(fā)處理等領域中極具應用價值。除了透平膨脹機之外，
還有氣波制冷機和熱分離機(中國專利87101903.5， 89213744.4， 90222999.0)
等膨脹制冷機械，后二者為不定常膨脹制冷，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(zhuǎn)速將介質(zhì)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(nèi)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(jié)構(gòu)復雜，有許多轉(zhuǎn)動件，為阻止氣體外泄漏和內(nèi)部不同壓力區(qū)的泄漏， 需要轉(zhuǎn)動密封，這會使機器的耐壓能力大大降低。隨著天然氣的集輸、處理向 高壓力趨勢發(fā)展，需要有可靠的高壓氣體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(zhuǎn)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(nèi)容
本實用新型的目的為提供一種無運動元件、結(jié)構(gòu)簡單、操作維護方便、 具有一定制冷效率、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(zhì)的膨脹制冷機械一一種反饋式振蕩射流制冷機。
本實用新型一種反饋式振蕩射流制冷機的技術構(gòu)思為
采用振蕩頻率可調(diào)、自激勵附壁振蕩的射流發(fā)生器，作為該制冷機的射流 分配器，這是該制冷機能夠?qū)嵤┑那疤釛l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，若向管中突然注入脈沖射流，則 必會在振蕩射流發(fā)生器的出口附近產(chǎn)生一系列的壓縮波，聚集成較大梯度的壓 力躍升，這個壓力躍升恰好與射流的切換同步。如果能夠?qū)⑦@個壓力躍升信號 壓縮波導回射流的初始附壁面推擾射流，就會使附壁脫離，射流會立即轉(zhuǎn)向另 一附壁穩(wěn)態(tài)，從而可實現(xiàn)射流方向的瞬間切換。
為利于接受管的制冷，射流的每次附壁都需要保持一小段時間，這就要求 壓力躍升信號必須延遲一段時間才能返回到初始附壁面。本實用新型的解決措 施是效仿高頻電路的相位移延遲線，用一段可調(diào)長度的管段，讓壓縮波在其 中行進，在一定的波速下，需要耗費一定的時間才能返回。該方法的優(yōu)點是， 壓縮波形不會有多少改變，其前沿較陡，可使射流附壁瞬間切換，能提高接受 管的不定常制冷效率。
在不同的氣體物性、不同工況、不同制冷負荷和不同接受管尺寸下，射流 時間的長短不同，對應的制冷效率也不同。為了能夠調(diào)整射流穩(wěn)態(tài)的時間或射 流切換的頻率，需要對壓縮波的延遲時間進行調(diào)整。
本實用新型中的振蕩射流發(fā)生器，實現(xiàn)壓縮波反饋自激勵、和調(diào)整延遲時 間的方法為
將機體上的壓縮波返饋通道隔開成兩段中斷段，再用長度可變的流道將中 斷連通。振蕩射流發(fā)生器對應兩側(cè)的射流附壁，分開成兩段分岔的流道，在兩 分岔流道的近出口處，對稱開兩個孔，引出壓縮波，作為切換的激擾源。該孔 連通到壓縮波延遲返饋通道的'中斷段。
而在射流的初始附壁位置附近的兩側(cè)，兩分岔流道的分流劈前，則對稱開 設兩個壓縮波的入口，與各自一側(cè)的延遲返饋通道的另一中斷段相連。
延遲時間的調(diào)整方法為改變壓縮波返饋通道的長度。具體的實施結(jié)構(gòu)是 采用可變長度的U型或半矩形彎曲的管狀通道，兩端用固定接頭連到延遲返饋 通道中斷段的聯(lián)接座上，通過更換不同長度的管狀通道實現(xiàn)延遲時間調(diào)整；或 者是將兩個通道連接座改成長孔滑道即長氣缸的形式，將彎曲的管狀通道制成 異型活塞流道連通組件，插入到兩平行的長孔滑道中，通過螺桿調(diào)節(jié)其進出。 調(diào)節(jié)改變插入深度可連續(xù)改變反饋通道的長度，使壓縮波反饋延遲時間變化，由此來調(diào)整射流穩(wěn)態(tài)的時間，和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(jié)構(gòu)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。
正對著振蕩射流發(fā)生器的兩個射流出口處，安放兩根振蕩射流接受管。在 切換射流的入射時段，射流壓縮一振蕩管中的潴留氣，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，膨脹做功已制冷 的射流氣在管內(nèi)、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 一種反饋式振蕩射流制 冷機，主要由調(diào)節(jié)機構(gòu)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、上蓋開口9、分岔流道IO、管接頭ll、接受管12、 接受管入口 13和壓縮波反饋通道14構(gòu)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12相組合的結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)機構(gòu)1改變壓縮 波反饋通道14的長度，來改變壓縮波反饋的延遲時間，從而改變射流的附壁振 蕩切換頻率，壓縮波反饋通道14隔開成兩段，再從對位兩段中斷段端部的上蓋 開口 9處插入調(diào)節(jié)機構(gòu)1，反饋式振蕩射流發(fā)生器兩分岔流道10的末端與接受 管12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。
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10和壓縮 波反饋通道14。
所述的調(diào)節(jié)機構(gòu)1包括手輪15、螺桿16、加強板17、空心管活塞18、 O 型圈19、細長氣缸20和壓帽21。
所述的調(diào)節(jié)機構(gòu)1包括管接頭22和不同長度的U型管23或半矩形管。 在上蓋2對位壓縮波反饋通道14兩段中斷段末端開有四個上蓋開孔9，在上蓋2外表面各上蓋開孔9處固裝一個細長氣缸20,每個加強板17連接兩個空 心管活塞18，加強板17中部加工內(nèi)螺紋，螺桿16旋過加強板17，螺桿16下 端由壓帽21壓住，上端連接調(diào)節(jié)手輪15，轉(zhuǎn)動手輪15使加強板17和空心管活 塞18上下移動。
在上蓋2對位壓縮波反饋通道14兩段中斷段末端開有四個上蓋開孔9，在 上蓋2外表面各上蓋開孔9處固裝一個高壓管接頭22，連接U型管23或平矩 形管，采用不同長度的U型管23或半矩形管，階躍改變振蕩射流的切換頻率。
接受管入口 13和機體5采用焊接箱式結(jié)構(gòu)，與機體5焊到一起成一體。接 受管12前段從出口回插，定位后焊牢，接受管12前段探出長度在50 300毫 米之間，接受管12后段的長度在1 12米之間，接受管12的前段和后段以管 接頭11或法蘭連接。
接受管入口 13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 13與反饋式振蕩射流發(fā)生器分岔輸出口的距離在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，特別適用于卨壓場合； 采用壓縮波反饋激勵的振蕩射流發(fā)生器，振蕩射流切換過程快速可靠，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； 可以調(diào)節(jié)壓縮波反饋通道的長度，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(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步說明。

圖1是本實用新型一種反饋振蕩射流制冷機的主視結(jié)構(gòu)簡圖。
圖2是本實用新型一種反饋振蕩射流制冷機的俯視結(jié)構(gòu)簡圖。
圖3是本實用新型連續(xù)改變反饋通道中間段長度的調(diào)節(jié)機構(gòu)主視圖。
圖4是本實用新型加強板A-A截面剖視圖。
圖5是本實用新型階躍改變反饋通道中間段長度的調(diào)節(jié)機構(gòu)主視圖。 圖中，1、調(diào)節(jié)機構(gòu)，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、上蓋開口， 10、分岔流道，11、管 接頭，12、接受管，13、接受管入口， 14、壓縮波反饋通道，15、手輪，16、 螺桿，17、加強板，18、空心管活塞，19、 O型圈，20、細長氣缸，21、壓帽， 22、管接頭，23、 U型管。
具體實施方式

本實用新型的一種典型的實施方式如下-
一種反饋式振蕩射流制冷機，主要由調(diào)節(jié)機構(gòu)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、上蓋開口9、分岔流道 10、管接頭ll、接受管12、接受管入口 13和壓縮波反饋通道14構(gòu)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12相組合的結(jié)構(gòu)， 通過調(diào)節(jié)機構(gòu)1改變壓縮波反饋通道14中段的長度，從而改變射流的附壁切換 頻率，壓縮波反饋通道14在機體上加工成兩段隔開，再從兩段中斷段端部對位 上蓋開孔9，插入調(diào)節(jié)機構(gòu)l，調(diào)節(jié)機構(gòu)1上具有能調(diào)節(jié)改變長度的壓縮波反饋 通道14的中間段，以此來改變壓縮波反饋的延遲時間，從而改變振蕩射流的切 換頻率。反饋式振蕩射流發(fā)生器兩分岔流道10的末端與接受管12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。
所述的反饋式振蕩射流發(fā)生器包括射流噴嘴流道8、分岔流道10、壓縮波 反饋通道14。由厚鋼板機體5銑加工出氣體入腔口 7、深6 80mm，截而為矩 形的射流噴嘴流道8、分岔流道10和壓縮波反饋通道14，壓縮波反饋通道14 在機體上必須加工成兩段流道，中間處斷開，而由上蓋2上開四個上蓋開孔9， 對位連通機體5上的壓縮波反饋通道14的各個斷開端，再由上蓋2上安裝的調(diào) 節(jié)機構(gòu)1上的壓縮波反饋通道14的中段續(xù)接連通成連續(xù)暢通的通道。調(diào)節(jié)機構(gòu) 1有兩種結(jié)構(gòu)，如附圖3和附圖5所示。上蓋2與厚鋼板機體5之間用螺栓加銅 墊或鋁墊壓緊密封，必要時可將縫隙焊封。
接受管入口 13和機體5采用焊接箱式結(jié)構(gòu)，與機體5焊到一起成一體。接 受管12前段從出口回插，定位后焊牢。接受管入口 13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12前段的末端裝管接 頭11或焊法蘭，與后面的長接受管12相接。接受管入口 13與反饋式振蕩射流 發(fā)生器分岔輸出口的距離根據(jù)處理量和壓力工況而定， 一般在2 30毫米之間。二接受管12前段探出長度在50 300毫米之間，后接接受管12延長段的長度 在1 12米之間。接受管12前、后段之間的連接細管可采用高壓管接頭ll， 粗管則用法蘭連接。接受管12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12較長時，可回彎或盤成螺旋， 以減小占地空間。
調(diào)節(jié)機構(gòu)1的一種結(jié)構(gòu)參見附圖3，在上蓋2對位每條壓縮波反饋通道14 的兩中斷處開有四個上蓋開孔9 ，在上蓋2外表面對位各上蓋開孔9處固裝一 個細長氣缸20，插入兩套由加強板17連接兩個空心管活塞18的流道連通組件， 每個加強板17連接兩個空心管活塞18，加強板17的中部加工內(nèi)螺紋，將一個 裝于上蓋2上的螺桿16旋過加強板17，螺桿16的下端由壓帽21壓住，只能轉(zhuǎn) 動而不能移動，上端連接調(diào)節(jié)手輪15，轉(zhuǎn)動手輪15可調(diào)節(jié)加強板17和空心管 活塞18上下移動，改變插入細長氣缸20中的深度，如此就能連續(xù)地改變壓縮 波反饋通道14的長度。空心管活塞18與細長氣缸20壁的密封釆用在1紅壁車 槽安裝O型圈19。
調(diào)節(jié)機構(gòu)1的另一種結(jié)構(gòu)參見附圖5，在上蓋2對位各條壓縮波反饋通道 14兩中斷處開四個上蓋開孔9，在上蓋2外表面對位各上蓋開孔9處固裝一個 高壓管接頭22，以連接一定長度的U型管23或半矩形管，U型管23的開口端 焊接高壓管接頭22的另一半。U型管23先分成兩半，各半安裝定位后再從中 部焊到一起，以保持對位精度。采用多個不同長度的U型管23或半矩形管，就 能階躍地改變振蕩射流的切換頻率。
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10的某一路，產(chǎn)生一系 列的壓縮波。在該分岔流道10的后端，壓縮波反饋通道14入口附近形成高壓 區(qū)，經(jīng)過壓縮波反饋通道14饋到射流噴嘴出口的附壁一側(cè)，激擾推動射流偏轉(zhuǎn)， 向另一條分岔流道10切換，然后在另一條分岔流道10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12，壓縮管內(nèi)的潴留氣，射流釋放能 量而變冷，潴留氣變熱，由接受管12的管壁散發(fā)能量。制冷后的氣體，在振蕩 射流切換離開之后，又從接受管12的接受管入口 13流出，在出口腔3中匯集 后，從冷氣出口4排出，完成制冷。
權(quán)利要求1. 一種反饋式振蕩射流制冷機，主要由調(diào)節(jié)機構(gòu)(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)、上蓋開口(9)、分岔流道(10)、管接頭(11)、接受管(12)、接受管入口(13)和壓縮波反饋通道(14)構(gòu)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(12)相組合的結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)機構(gòu)(1)改變壓縮波反饋通道(14)的長度，來改變壓縮波反饋的延遲時間，從而改變射流的附壁振蕩切換頻率，壓縮波反饋通道(14)隔開成兩段，再從對位兩段中斷段端部的上蓋開口(9)處插入調(diào)節(jié)機構(gòu)(1)，反饋式振蕩射流發(fā)生器兩分岔流道(10)的末端與接受管(12)的前段在機體(5)的出口腔(3)中進行組合定位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反饋式振蕩射流制冷機，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(10)和壓縮波 反饋通道(14)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反饋式振蕩射流制冷機，其特征在于，所述 的調(diào)節(jié)機構(gòu)(1)包括手輪(15)、螺桿(16)、加強板(17)、空心管活塞(18)、 O型圈(19)、細長氣缸(20)和壓帽(21)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反饋式振蕩射流制冷機，其特征在于，所述 的調(diào)節(jié)機構(gòu)(1)包括管接頭(22)和不同長度的U型管(23)或半矩形管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種反饋式振蕩射流制冷機，其特征在于， 在上蓋(2)對位壓縮波反饋通道(14)兩段中斷段末端開有四個上蓋開孔(9)，在上蓋(2)^卜表面各上蓋開孔(9)處固裝一個細長氣缸(20)，每個加強板(17)連接兩個空心管 活塞(18)，加強板(17)中部加工內(nèi)螺紋，螺桿(16)旋過加強板(17)，螺桿(16)下端由 壓帽(21)壓住，上端連接調(diào)節(jié)手輪(15)，轉(zhuǎn)動手輪(15)使加強板(17)和空心管活塞(18)上下移動。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種反饋式振蕩射流制冷機，其特征在于， 在上蓋(2)對位壓縮波反饋通道(14)兩段中斷段末端開有四個上蓋開孔(9)，在上蓋(2辨表面各上蓋開 lJ[9)處固裝一個高壓管接頭(22)，連接U型管(23)或半矩形管， 采用不同長度的U型管(23)或半矩形管，階躍改變振蕩射流的切換頻率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反饋式振蕩射流制冷機，其特征在于，接受 管入口 (13)和機體(5)采用焊接箱式結(jié)構(gòu)，與機體(5)焊到一起成一體，接受管(12)前段從出口回插，定位后焊牢，接受管(12)前段探出長度在50 300毫米之間，接受管(12)后段的長度在1 12米之間，接受管(12)的前段 和后段以管接頭(11)或法蘭連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反饋式振蕩射流制冷機，其特征在于，接受 管入口 (13)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 (13)與反饋式振蕩射流發(fā)生器分岔輸出口的距離在2 30毫米之間。
專利摘要本實用新型一種反饋式振蕩射流制冷機，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(jié)構(gòu)，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(diào)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(diào)節(jié)機構(gòu)，通過調(diào)節(jié)通道長度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F25B9/00GK201229084SQ20082001315
公開日2009年4月29日 申請日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)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