專利名稱：軸流式射流氣波增壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明軸流式射流氣波增壓器屬于以氣體射流實(shí)現(xiàn)增壓的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氣體壓力能的綜合利用具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在利用高壓氣體膨脹做功對(duì)低壓氣體進(jìn)行壓縮方面，常用的設(shè)備有膨脹機(jī)-壓縮機(jī)組、渦輪增壓器和噴射器。透平和渦輪增壓器依靠葉輪傳遞能量，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，旋轉(zhuǎn)速度高且難以帶液操作。噴射器雖然具有無轉(zhuǎn)動(dòng)件、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，但其效率很低，只有百分之十幾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種高效、低轉(zhuǎn)速并可帶液操作的氣體射流增壓裝置-軸流式射流氣波增壓器。本發(fā)明增壓器中，高壓和低壓兩路氣體直接接觸，依靠氣體壓力波傳遞高壓氣體脈沖膨脹功的能量，直接對(duì)低壓氣體進(jìn)行壓縮，可得到一股居中壓力的氣體。與常規(guī)射流混合壓縮不同，上述過程基本無兩路氣體的摻混，因此射流能量損失小，壓縮效率高。本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單、高效、轉(zhuǎn)速低、維護(hù)方便、可帶液運(yùn)行、處理量彈性大、介質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)的氣體射流增壓器，滿足油、氣田開采和其他場(chǎng)合下，對(duì)帶壓氣體壓力能高效利用的需求。本發(fā)明所采取的技術(shù)解決方案為本發(fā)明是一種依靠壓力氣體依次射流，做出非定常膨脹功而增壓的軸流式射流氣波增壓器，主要由圓柱形、圓臺(tái)形、或者圓柱接圓臺(tái)形的轉(zhuǎn)鼓9，轉(zhuǎn)鼓外套11，多條作為壓力振蕩管的槽道10，主軸18，左機(jī)體4，右機(jī)體16，外殼12，高壓射流噴嘴2，低壓氣引射口 8， 中壓出流口 13，均壓口 20，高壓進(jìn)氣口 I和高壓緩沖腔3，低壓進(jìn)氣口 7和低壓緩沖腔6，中壓出氣口 15和中壓緩沖腔19所組成。在轉(zhuǎn)鼓9的內(nèi)部，圓周排布有多條作為壓力振蕩管的封閉槽道10，高壓射流噴嘴2和中壓出流口 13靜止，分別置于轉(zhuǎn)鼓9的兩端，二者的徑向半徑高度，分別對(duì)齊于轉(zhuǎn)鼓9中槽道10的始端開口和末端開口。隨著轉(zhuǎn)鼓9的旋轉(zhuǎn)，高壓射流噴嘴2向圓周排布的槽道10中依次射流，產(chǎn)生壓縮波壓縮槽道10內(nèi)的氣體使其升壓，待槽道10隨轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)過一定角度之后，其末端開口與中壓出流口 13周向重合，升壓后的氣體排出槽道；射流后槽道10的始端開口由于轉(zhuǎn)過高壓射流噴嘴2，即被該噴嘴周邊的固壁封堵，在始端開口處產(chǎn)生膨脹波使該處壓力降低，當(dāng)槽道10始端開口轉(zhuǎn)到與低壓氣引射口 8重合時(shí)，低壓氣被吸入槽道10，然后重復(fù)上述的射流和壓縮過程。本發(fā)明增壓器中轉(zhuǎn)鼓9的旋轉(zhuǎn)，只是為產(chǎn)生周期性的射流、壓縮、排氣和吸氣所需，而不是像渦輪機(jī)械那樣進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，因此其轉(zhuǎn)速不需要很高(< 5000r/min)。轉(zhuǎn)鼓9外圓和轉(zhuǎn)鼓外套11內(nèi)圓之間圍成的環(huán)腔內(nèi)，以多條長的沿縱向隔斷的窄壁即柵板21對(duì)環(huán)腔進(jìn)行周向切分，在環(huán)腔內(nèi)形成多條兩端開口、而周邊封閉的槽道10，槽道10的軸線與轉(zhuǎn)鼓9的軸線成一定的徑向擴(kuò)張角，也與轉(zhuǎn)鼓9表面的母線成一定的周向夾角，槽道的通流截面為等截面、變截面或者等截面加變截面；變截面的通流面積，采用將槽道10的深度、寬度，或深、寬尺寸不斷增加的方式，沿著槽道10中的流體流向漸擴(kuò)式增加， 高壓射流噴嘴2與中壓出流口 13分別與壓力振蕩管槽道10的始端口和末端口徑向?qū)R， 且二者的軸線沿著轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)向錯(cuò)開一定的圓周夾角，中壓出流口 13與中壓緩沖腔19相接處設(shè)有擴(kuò)壓導(dǎo)流器14，右機(jī)體16上還設(shè)有能使槽道10與中壓緩沖腔19相通的均壓孔20。為使本發(fā)明軸流式射流氣波增壓器具有較高的效率和適應(yīng)性，還采用了如下幾種結(jié)構(gòu)特征I.作為壓縮過程關(guān)鍵流道的槽道10，其通流面積沿流向?yàn)橹饾u擴(kuò)張、或部分長度段是逐漸擴(kuò)張的，以削弱壓縮波疊加成激波的強(qiáng)度，改善過程的等熵性，提高壓縮效率。2.在中壓出流口 13與中壓緩沖腔19之間設(shè)置擴(kuò)壓導(dǎo)流器14，將出流中壓氣的動(dòng)能無損失地轉(zhuǎn)化成壓力能。3.為保證不同壓比下設(shè)備的性能均較佳，右機(jī)體16上設(shè)有能使槽道10與中壓緩沖腔(19)相通的均壓孔20，當(dāng)完成一個(gè)循環(huán)后，若槽道10內(nèi)的壓力高于均壓孔20，部分氣體經(jīng)由均壓孔20排入中壓緩沖腔19，使槽道內(nèi)的壓力降低；反之亦然。這樣可使槽道10內(nèi)的壓力基本與中壓出流口 13的壓力持平，避免在下一個(gè)循環(huán)，槽道10末端開口與中壓出流口 13重合時(shí)，產(chǎn)生干擾壓力波。本發(fā)明的有益效果是獲得一種轉(zhuǎn)速低、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，能量傳遞速度快、可帶液運(yùn)行，能高效實(shí)現(xiàn)兩種氣體之間壓力交換、有效利用壓力能的新型增壓設(shè)備。本發(fā)明軸通式射流氣波增壓器適合于各種氣體介質(zhì)間的壓力能交換，在利用高壓高產(chǎn)氣井天然氣壓力能來提升低壓低產(chǎn)氣井的壓力等級(jí)，使低壓氣井穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)具有很大的應(yīng)用價(jià)值。此外，在工業(yè)廢氣壓力能利用、以及石油和化學(xué)工業(yè)中的真空蒸發(fā)、真空提純等也適用。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。


圖I為本發(fā)明軸流式射流氣波增壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為轉(zhuǎn)鼓槽道第一種結(jié)構(gòu)形示意圖。圖3為轉(zhuǎn)鼓槽道第二種結(jié)構(gòu)形示意圖。圖4為均壓口位置和形狀的示意圖。圖中1高壓進(jìn)氣口，2高壓射流噴嘴，3高壓緩沖腔，4左機(jī)體，5左機(jī)體壓緊法蘭，6低壓緩沖腔，7低壓進(jìn)氣口，8低壓氣引射口，9轉(zhuǎn)鼓，10壓力振蕩管槽道，11轉(zhuǎn)鼓外套，12外殼，13中壓出流口，14擴(kuò)壓導(dǎo)流器，15中壓出氣口，16右機(jī)體，17右機(jī)體壓緊法蘭，18主軸，19中壓緩沖腔，20均壓口，21縱向隔斷柵壁。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明軸流式射流氣波增壓器的一種典型的實(shí)施方式描述如下，但不只局限于此種實(shí)施方式軸流式射流氣波增壓器，主要由圓柱形、圓臺(tái)形、或圓柱與圓臺(tái)組合形的轉(zhuǎn)鼓9，轉(zhuǎn)鼓外套11、多條壓力振蕩管槽道10、主軸18、左機(jī)體4、右機(jī)體16、外殼12、高壓射流噴嘴2、低壓氣引射口 8、中壓出流口 13、均壓口 20、高壓進(jìn)氣口 I和高壓緩沖腔3、低壓進(jìn)氣口 7和低壓緩沖腔6、中壓出氣口 15和中壓緩沖腔19所組成，在轉(zhuǎn)鼓9外圓和轉(zhuǎn)鼓外套11內(nèi)圓之間，由多條長縱向隔斷的窄壁21對(duì)轉(zhuǎn)鼓9外圓和轉(zhuǎn)鼓外套11內(nèi)圓之間所圍成的環(huán)腔進(jìn)行切分，形成多條圓周環(huán)向排布的兩端敞口、周邊封閉的槽道10，槽道10沿著轉(zhuǎn)鼓9的軸向縱貫排布。多條長縱向隔斷的窄壁21對(duì)轉(zhuǎn)鼓9外圓和轉(zhuǎn)鼓外套11內(nèi)圓之間圍成的環(huán)腔進(jìn)行切分，在環(huán)腔內(nèi)形成多條兩端開口槽道10的結(jié)構(gòu)形式之一是，在轉(zhuǎn)鼓9外圓表面和轉(zhuǎn)鼓外套11內(nèi)圓表面縱向加工出沿周向均布、且數(shù)量相同的窄溝槽，將轉(zhuǎn)鼓9和轉(zhuǎn)鼓外套11同心布置，并使轉(zhuǎn)鼓9和轉(zhuǎn)鼓外套11上的各窄溝槽沿徑向福射方向?qū)R，將柵板21插入對(duì)齊的窄溝槽后浸焊密封，形成鼓、套之間多條縱向沿程密閉的槽道10。多條長縱向隔斷的窄壁21對(duì)轉(zhuǎn)鼓9外圓和轉(zhuǎn)鼓外套11內(nèi)圓之間圍成的環(huán)腔進(jìn)行切分，在環(huán)腔內(nèi)形成多條兩端開口槽道10的結(jié)構(gòu)形式之二是，在轉(zhuǎn)鼓9外圓表面縱向加工出沿周向均布的槽道，再將轉(zhuǎn)鼓外套11套入轉(zhuǎn)鼓9，其轉(zhuǎn)鼓外套11的內(nèi)徑和錐度與轉(zhuǎn)鼓9 的外徑和錐度相等，形成鼓、套之間多條縱向沿程密閉的槽道10。槽道10的通流面積沿程變化，變化的形式為下述中的一種自始端向末端逐漸擴(kuò)大，或先逐漸擴(kuò)大后再保持不變，或先保持不變之后再逐漸擴(kuò)大，或始終不變，即漸擴(kuò)段的長度占整個(gè)槽道10長度的O % 100%。槽道10通流面積漸擴(kuò)的方法是在其深度、寬度方向上逐增，漸擴(kuò)角為O 60°之間，槽道10通流截面的高度范圍為I 100mm，寬度范圍為 I IOOmm0槽道10沿著轉(zhuǎn)鼓的縱向排列,其軸線與轉(zhuǎn)鼓9表面母線之間的夾角為O 50° ; 在轉(zhuǎn)鼓9的圓臺(tái)段內(nèi)，槽道10的軸線沿著縱向逐漸向徑向擴(kuò)張，與轉(zhuǎn)鼓軸線的夾角為O 60°。中壓出流口 13與中壓緩沖腔19相接處設(shè)有擴(kuò)壓導(dǎo)流器14，它由曲面過渡的漸擴(kuò)封閉流道構(gòu)成，流道的擴(kuò)張角為5 60°，流道軸線與轉(zhuǎn)鼓9軸線之間的徑向彎曲夾角逐漸過渡增大，為O 90°。高壓射流噴嘴2與中壓出流口 13按圓周轉(zhuǎn)向錯(cuò)的開夾角為5 330°，由左、右機(jī)體4和16的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)定位，來調(diào)整確定該夾角。均壓口 20與中壓出流口 13之間具有10 180°的圓周旋轉(zhuǎn)錯(cuò)角，順轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)方向，中壓出流口 13在前，均壓口 20在后。槽道10的數(shù)量為5 300條，長度為10 4000mm，轉(zhuǎn)鼓9的直徑為10 4000mm。本發(fā)明軸流式射流氣波增壓器的工作機(jī)理敘述如下高壓氣體從高壓進(jìn)氣口 I進(jìn)到高壓緩沖腔3，經(jīng)靜止的高壓射流噴嘴2加速成射流，隨著轉(zhuǎn)鼓9的轉(zhuǎn)動(dòng)而依次射入轉(zhuǎn)鼓的各個(gè)槽道10內(nèi)，在槽道10內(nèi)產(chǎn)生壓縮波，增壓槽道10內(nèi)的氣體，之后槽道轉(zhuǎn)到對(duì)齊中壓出流口 13，增壓氣排出。槽道10與高壓射流噴嘴2 轉(zhuǎn)開和被封堵后，會(huì)產(chǎn)生向槽道內(nèi)傳播的膨脹波，使槽道10始端的壓力下降，槽道10隨即又與低壓氣引射口 8接通，低壓氣體進(jìn)入槽道10。由于旋轉(zhuǎn)，使各個(gè)槽道依次不斷地工作， 所以增壓過程可連續(xù)進(jìn)行，氣體在中壓緩沖腔19內(nèi)匯集后連續(xù)排出。軸流式射流氣波增壓器的運(yùn)行參數(shù)如下主軸18與轉(zhuǎn)鼓9的轉(zhuǎn)速300 6000r/min ；
進(jìn)出口的壓力范圍0 15MPa ；高低壓氣體的壓比范圍1. 2 6。
權(quán)利要求
1.一種軸流式射流氣波增壓器，主要由圓柱形、圓臺(tái)形或者圓柱接圓臺(tái)形的轉(zhuǎn)鼓(9)， 轉(zhuǎn)鼓外套(11)，多條作為壓力振蕩管的槽道(10)，主軸(18)，左機(jī)體(4)，右機(jī)體(16)，外殼(12)，高壓射流噴嘴(2)，低壓氣引射口(8)，中壓出流口(13)，均壓口(20)，高壓進(jìn)氣口(I) 和高壓緩沖腔(3)，低壓進(jìn)氣口(7)和低壓緩沖腔￠)，中壓出氣口(15)和中壓緩沖腔(19) 所組成，其特征在于轉(zhuǎn)鼓(9)外圓和轉(zhuǎn)鼓外套(11)內(nèi)圓之間圍成的環(huán)腔內(nèi)，以多條長的沿縱向隔斷的窄壁即柵板(21)對(duì)環(huán)腔進(jìn)行周向切分，在環(huán)腔內(nèi)形成多條兩端開口而周邊封閉的槽道(10)，槽道(10)的軸線與轉(zhuǎn)鼓(9)的軸線成一定的徑向擴(kuò)張角，也與轉(zhuǎn)鼓(9) 表面的母線成一定的周向夾角，槽道(10)的通流截面為等截面、變截面或者等截面加變截面，變截面的通流面積，采用將槽道(10)的深度、寬度，或深、寬尺寸不斷增加的方式，沿著槽道(10)中的流體流向漸擴(kuò)式增加，高壓射流噴嘴(2)與中壓出流口(13)分別與壓力振蕩管槽道(10)的始端口和末端口徑向?qū)R，且二者的軸線沿著轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)向錯(cuò)開一定的圓周夾角，中壓出流口(13)與中壓緩沖腔(19)相接處設(shè)有擴(kuò)壓導(dǎo)流器(14)，右機(jī)體(16)上還設(shè)有能使槽道(10)與中壓緩沖腔(19)相通的均壓孔(20)。
2.如權(quán)利要求I所述的增壓器，其特征在于多條長縱向隔斷的窄壁(21)對(duì)轉(zhuǎn)鼓(9) 外圓和轉(zhuǎn)鼓外套(11)內(nèi)圓之間圍成的環(huán)腔進(jìn)行切分，在環(huán)腔內(nèi)形成多條兩端開口槽道 (10)的結(jié)構(gòu)形式之一是在轉(zhuǎn)鼓(9)外圓表面和轉(zhuǎn)鼓外套(11)內(nèi)圓表面縱向加工出沿周向均布、且數(shù)量相同的窄溝槽,將轉(zhuǎn)鼓(9)和轉(zhuǎn)鼓外套(11)同心布置，并使轉(zhuǎn)鼓(9)和轉(zhuǎn)鼓外套(11)上的各窄溝槽沿徑向輻射方向?qū)R，將柵板(21)插入對(duì)齊的窄溝槽后浸焊密封， 形成鼓、套之間多條縱向沿程密閉的槽道(10)。
3.如權(quán)利要求I所述的增壓器，其特征在于多條長縱向隔斷的窄壁(21)對(duì)轉(zhuǎn)鼓(9) 外圓和轉(zhuǎn)鼓外套(11)內(nèi)圓之間圍成的環(huán)腔進(jìn)行切分，在環(huán)腔內(nèi)形成多條兩端開口槽道(10)的結(jié)構(gòu)形式之二是在轉(zhuǎn)鼓(9)外圓表面縱向加工出沿周向均布的槽道，再將轉(zhuǎn)鼓外套(11)套入轉(zhuǎn)鼓(9)，其轉(zhuǎn)鼓外套(11)的內(nèi)徑和錐度與轉(zhuǎn)鼓(9)的外徑和錐度相等，形成鼓、套之間多條縱向沿程密閉的槽道(10)。
4.如權(quán)利要求I所述的增壓器，其特征在于槽道(10)通流面積變化的形式為下述中的一種自始端向末端逐漸擴(kuò)大；先逐漸擴(kuò)大后再保持不變；先保持不變之后再逐漸擴(kuò)大； 始終不變，即漸擴(kuò)段的長度占整個(gè)槽道(10)長度的0% 100% ；槽道(10)通流面積漸擴(kuò)的方法是在其深度、寬度方向上逐增，漸擴(kuò)角為O 60°之間， 槽道(10)通流截面的高度范圍為I 100mm，寬度范圍為I 100mm。
5.如權(quán)利要求I所述的增壓器，其特征在于槽道(10)沿著轉(zhuǎn)鼓的縱向排列，其軸線與轉(zhuǎn)鼓(9)表面母線之間的夾角為O 50° ;在轉(zhuǎn)鼓(9)的圓臺(tái)段內(nèi)，槽道(10)的軸線沿著縱向逐漸向徑向擴(kuò)張，與轉(zhuǎn)鼓軸線的夾角為O 60°。
6.如權(quán)利要求I所述的增壓器，其特征在于中壓出流口(13)與中壓緩沖腔(19)相接處設(shè)置的擴(kuò)壓導(dǎo)流器(14)，是由曲面過渡的漸擴(kuò)封閉流道構(gòu)成的，流道的擴(kuò)張角為5 60°，流道軸線與轉(zhuǎn)鼓(9)軸線之間的徑向彎曲夾角逐漸過渡增大，為O 90°。
7.如權(quán)利要求I所述的增壓器，其特征在于高壓射流噴嘴(2)與中壓出流口(13)按圓周轉(zhuǎn)向錯(cuò)的開夾角為5 330° ,由左、右機(jī)體(4)和(16)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)定位,來調(diào)整確定該夾角。
8.如權(quán)利要求I所述的增壓器，其特征在于均壓口(20)與中壓出流口(13)之間具有10 180°的圓周旋轉(zhuǎn)錯(cuò)角，順轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)方向，中壓出流口(13)在前，均壓口(20)在后。
9.如權(quán)利要求I所述的增壓器，其特征在于槽道(10)的數(shù)量為5 300條，長度為 10 4000mm,轉(zhuǎn)鼓(9)的直徑為10 4000mm。
全文摘要
一種軸流式射流氣波增壓器，依靠運(yùn)行壓力波實(shí)現(xiàn)高壓和低壓氣體之間的能量交換，避免了參混擴(kuò)散能量損失，具有等熵效率較高、轉(zhuǎn)速低，可帶液操作等優(yōu)點(diǎn)。采用矩形變截面的壓力振蕩管槽道，降低了射流的入射損失和流動(dòng)損失；機(jī)內(nèi)設(shè)有均壓口，使不同壓比的性能均衡；壓縮出流口處設(shè)有擴(kuò)壓導(dǎo)流器，有效轉(zhuǎn)化氣流動(dòng)能。本發(fā)明能充分利用生產(chǎn)過程中的壓力能、天然氣等地層的壓力能，可為壓力能源的有效利用提供一種高效的設(shè)備選擇。
文檔編號(hào)F15B3/00GK102606547SQ20121008106
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者代玉強(qiáng), 劉鳳霞, 劉培啟, 朱徹, 胡大鵬, 趙家權(quán), 趙文靜, 鄒久朋 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)