外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機，屬于壓力氣體的膨脹制冷領(lǐng)域。該制冷機摒棄了以往靜止式氣波制冷機都依靠主射流分流自激振蕩方式，創(chuàng)新由外部引入經(jīng)過調(diào)制的微射流進行激勵，使主射流產(chǎn)生附壁振蕩，減小了射流的能量損失。又去除了接受管結(jié)構(gòu)，采用少許延長機體上原有的振蕩分叉流道，并在各流道的末端，連接一個公共的散熱消波單元，集中耗散射流的壓縮能量和消除反射激波。該機采用在主射流噴嘴的兩側(cè)，貼加脈沖流第二噴嘴的方法，使附壁振蕩更加容易實現(xiàn)，克服了以往機型所固有的射流能量損失大、起振困難和振蕩頻率不易調(diào)節(jié)等缺陷，適合于油田氣等零散壓力能的高效利用，成本低、運行可靠。
【專利說明】外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機屬于射流振蕩和膨脹制冷【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會生產(chǎn)力的提高與可持續(xù)發(fā)展，對于簡單、高效、免維護的流體設備的需求也越來越多，因而出現(xiàn)了許多新型流體機械與設備。其中，靜止式氣波制冷機使帶壓氣體通過非定常膨脹制冷，具有結(jié)構(gòu)簡單、無磨損、免維護、耐高壓等特點，因而在余壓壓力能利用等領(lǐng)域，能產(chǎn)生很大的經(jīng)濟效益和社會效益。如中國專利ZL200410021388.X和ZL200810011575.8等，已用于油田氣凈化處理等工藝中。
[0003]然而，目前靜止式氣波制冷機還存在許多不足，主要有兩方面的問題:一方面，由于都是采用射流自身分流進行自激勵來產(chǎn)生擺動的附壁振蕩，以此分配射流依次進入數(shù)根呈扇平面排布的各個接受管中進行制冷。但如此具有三個缺陷:第一，自激勵的強度小，特別是在初始啟動振蕩時段，導致不易附壁切換振蕩，特別是對于壓力密度和粘度大的氣體更是如此；第二，射流的振蕩頻率基本只由激勵流道的幾何參數(shù)和波速而定，因此，很難在線進行調(diào)節(jié)，導致射流頻率與其后相接的接受管管長及動力載荷難以匹配，使制冷效率顯著降低；第三，也是最主要的問題，就是射流的能量損失大，這是由于要達到觸發(fā)并維持附壁切換振蕩的激勵強度，就得在主射流流道的邊界壁面，開設面積足夠大的激勵開口，這樣流道內(nèi)開放旁通的邊界條件，會產(chǎn)生大的分流擾動，嚴重破壞主射流原來的有序流動，產(chǎn)生強烈的紊流旋渦，導致工作射流的動能大量消耗。由于上述原因，目前靜止式氣波制冷機的效率不足40 %，其中因自激振蕩導致的損失占了很大的比例。
[0004]而另一方面，為了耗散掉工作射流向接受管內(nèi)滯留氣體傳遞能量所轉(zhuǎn)化成的熱能，必須使用長長的接受管以利散熱，但由于機理所制，其接受管近端的熱負荷遠大于管的遠端，致使管內(nèi)近端的制冷氣，被管壁再次加熱而降低制冷效率；而遠端管材的功能利用率卻很低，造成了浪費。而更為嚴重的是，對長接受管的固定不僅麻煩，而且在脈沖氣流的沖擊下，極易產(chǎn)生強烈的振動，導致開裂斷管，嚴重影響設備的可靠性與安全性。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型提供一種避免主射流分流，而是由外部引入幾小股經(jīng)過調(diào)制的微射流進行激勵，而使主射流產(chǎn)生附壁振蕩；和大幅縮短接受管，轉(zhuǎn)而利用公共散熱單元集中耗散射流的壓縮能量，這樣具有兩種新型機制的高效、穩(wěn)定可靠的射流膨脹制冷裝置一外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機。
[0006]本實用新型所采取的創(chuàng)新技術(shù)解決方案為:
[0007]本實用新型外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有兩項根本性的變革。第一個變革，是摒棄依靠主射流自身能量來激勵振蕩的各種自激勵的模式，而是采取主動控制方式，將外部微量帶壓流體，先經(jīng)過調(diào)制形成兩股相位相反(一股流動時另一股停止)，動、停周期和壓力幅度對稱的脈沖式微激勵流，將其用細管路導入制冷機中，從主射流的兩個側(cè)壁面處所開設的左、右激勵開口流出，輪流地垂直推動主射流，使其不斷地偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生與外脈沖微激勵流頻率一致的附壁振蕩。
[0008]為提高激勵效果，進一步降低主射流的能量損失，本實用新型還同時采用了在主射流噴嘴的左、右兩側(cè)，平行貼加脈沖流第二噴嘴的方法，將上述的兩股微激勵流，各分流出一部分，分別從這左、右兩個第二噴嘴輪流噴出，與主射流匯合，這相當于主射流在寬度維度，不斷地做橫向平移，與兩側(cè)壁面的距離也周期性地改變。在左側(cè)的垂直激勵流推動主射流向右偏轉(zhuǎn)的同時，平行于主射流噴嘴的右側(cè)第二噴嘴也射出氣流，與主射流匯合向右側(cè)加寬，增強了射流對右側(cè)的抽吸能力，致使主射流右側(cè)的壓力更加降低，配合左側(cè)垂直微射流的推動，使主射流更容易向右側(cè)偏轉(zhuǎn)附壁。而在下一個時段，反方向的相同過程發(fā)生。延續(xù)下來，主射流便會不斷地擺動附壁，形成振蕩。
[0009]由于外激勵流的壓力幅度比射流自激勵的要大，故所需的激勵流量微小，故主射流流道側(cè)壁所須的激勵開口尺寸，比之自激勵振蕩所須，可以大幅度地縮小，故其開口對主射流流動的干擾也很小，主射流的動能損失必將大幅度地減小。而貼加的第二噴嘴噴出的平行激勵流，與主射流同方向且速度差很小，可視為主射流的增加部分，只起利于偏轉(zhuǎn)的有益作用，而不會產(chǎn)生附加的損失。
[0010]第二個變革，是摒棄了長長的接受管，轉(zhuǎn)而采用少許延長機體上原有的振蕩分叉流道，只略長于射流進入深度所需，并在各個流道的末端，統(tǒng)一連接一個公共的散熱消波單元，集中耗散射流的壓縮能量和消除反射激波，能充分、高效地耗散射流的能量，進一步提高氣波機的制冷效率。
[0011]公共散熱消波單元的散熱器采用中空殼體、內(nèi)裝冷卻介質(zhì)管、或冷卻波紋板的結(jié)構(gòu)。冷卻介質(zhì)管外可纏繞翅片，以增強殼程氣體的傳熱系數(shù)。冷卻介質(zhì)為水或其他工藝介質(zhì)。
[0012]采用了集中耗散結(jié)構(gòu)，能徹底解決接收管的振動問題。并且，將原來接受管外壁的自然散熱，變?yōu)閺娭茡Q熱，可使滯留氣的體積更加收縮，即壓縮剛性降低，增強了其吸收射流能量的能力；在集中耗散容積腔中換熱的同時，入射激波被多次反射吸收，殘留反射回的激波強度大為降低，制冷氣不會重新受熱，這些都會提高非定常膨脹制冷的效率。并且，冷卻介質(zhì)在帶出射流對滯留氣體的受壓縮能量后，其熱能還可回收。
[0013]本實用新型的有益效果是:
[0014]創(chuàng)新出同時具有兩種新型原理機制的一種射流能量損失小，制冷效率高的新型靜止式氣波制冷機，具有起振容易，振蕩頻率任意可調(diào)，能與負載完全匹配，工作穩(wěn)定可靠、成本低，使用方便等效果，可用于油田氣處理、和其他高效利用壓力能的場合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為制冷機機體上的各個流道、開孔位置與集中散熱器結(jié)構(gòu)示意圖(A-A)。
[0017]圖3為本實用新型制冷機的俯視圖。
[0018]圖4為本實用新型制冷機的仰視圖。
[0019]圖中:1集中散熱器；2上蓋板；3外激勵流左入口管；4外激勵流右入口管；5壓力氣體入口管；6機體；7底板；8制冷氣出口管；9集中散熱器腔；10振蕩射流接受流道；11接受流道制冷氣出口 ；12主射流流道；13左垂直激勵導入流道；14左激勵流分流孔；15左垂直激勵流開口 ；16左激勵第二噴嘴；17左第二噴嘴前流道；18左第二噴嘴流導入孔；19左第二噴嘴導入通道；20壓力氣入口緩沖腔；21右第二噴嘴導入通道；22右第二噴嘴流導入孔；23右第二噴嘴前流道；24主噴嘴；25右激勵第二噴嘴；26右激勵流分流孔；27右垂直激勵導入流道；28右垂直激勵流開口 ；29散熱器腔通口 ；30散熱消波腔；31冷卻介質(zhì)換熱管；32冷卻介質(zhì)出口 ；33冷卻介質(zhì)入口 ；34第二噴嘴導入通道密封蓋板。

【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和技術(shù)方案進一步說明本實用新型的【具體實施方式】。
[0021]本實用新型外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機的一種典型的實施方式描述如下，但不只是局限于此種方式:
[0022]本實用新型外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機，主要由集中散熱器1、上蓋板
2、機體6、底板7、外激勵流左入口管3、外激勵流右入口管4、壓力氣體入口管5和制冷氣出口管8等部件所組成。在機體6上，對稱于其中軸線，加工出一定深度、最大值可為機體全厚度的壓力氣入口緩沖腔20、主噴嘴24、主射流流道12以及數(shù)條振蕩射流接受流道10。為能實現(xiàn)射流振蕩，在主射流流道12的左、右兩側(cè)壁，開有左垂直激勵流開口 15和右垂直激勵流開口 28，各自接續(xù)左垂直激勵導入流道13和右垂直激勵導入流道27 ;在主噴嘴24的左、右兩側(cè)，加工左激勵第二噴嘴16和右激勵第二噴嘴25以及對應的左第二噴嘴前流道17和右第二噴嘴前流道23。
[0023]將左垂直激勵導入流道13和右垂直激勵導入流道27的外始端，對位到上蓋板2上的外激勵流左入口管3和外激勵流右入口管4的位置，以使外激勵流能被導入。同時，在相同的兩個對位位置處，在機體6向下開左激勵流分流孔14、和右激勵流分流孔26，各自分別與底板7上、下表面所斜向交叉加工的左第二噴嘴導入通道19和右第二噴嘴導入通道21相連通。下表面第二噴嘴導入通道溝槽的開露面，用第二噴嘴導入通道密封蓋板33蓋后焊封。
[0024]同樣，在左第二噴嘴前流道17和右第二噴嘴前流道23的前始端，在機體6向下開左第二噴嘴流導入孔18和右第二噴嘴流導入孔22，且分別與底板7上、下表面所斜向交叉加工的左第二噴嘴導入通道19和右第二噴嘴導入通道21相連通，以能導入外部激勵脈沖微射流到各第二噴嘴。
[0025]在每一條振蕩射流接受流道10的始端附近，向前傾斜向下挖透機體，成為接受流道制冷氣出口 11。
[0026]本實用新型外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機，其數(shù)條振蕩射流接受流道10的末端敞開端口，通過集中散熱器I的散熱器腔通口 29，伸進到集中散熱器I的散熱消波腔30中，使受壓縮的滯留氣，被冷卻介質(zhì)換熱管31中流動的冷卻介質(zhì)所冷卻。每一條振蕩射流接受流道10與集中散熱器I的散熱消波腔30，借助各個散熱器腔通口 29進行連通和與外界密封。
[0027]本實用新型外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機，其上蓋板2、機體6、底板7疊摞在一起，用螺栓固定連接或直接焊牢。
[0028]本實用新型外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機，其振蕩射流接受流道10的數(shù)量為2?16條，起始段呈扇形排列，流道的橫截面形狀近似為矩形。
[0029]本實用新型外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機，其底板7上、下表面所加工的左第二噴嘴導入通道19、右第二噴嘴導入通道21，二通道在上、下表面的位置可以任意，但左第二噴嘴流導入孔18、右第二噴嘴流導入孔22，和左激勵流分流孔14，右激勵流分流孔26，其深度須根據(jù)所連通的各自通道具體確定是在上表面還是在下表面而定。
[0030]本實用新型外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機，其壓力氣體入口管5、外激勵流左入口管3和外激勵流右入口管4，固裝于上蓋板2上所開的通孔內(nèi)圓，分別與機體上所加工的壓力氣入口緩沖腔20、左激勵流分流孔14，右激勵流分流孔26的投影位置對應。而制冷氣出口管8固裝于底板7所開通孔的內(nèi)圓，居中對稱于各個接受流道制冷氣出口 11的位置。
[0031]本實用新型外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機，其主噴嘴24為直噴嘴或漸縮式噴嘴，出口寬度和高度根據(jù)工作射流的流量而定，寬度范圍為I?100毫米，高度即深度范圍為I?200毫米。其主射流流道12的寬度，為主噴嘴24出口寬度的1.05?5倍。
[0032]本實用新型外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機，位于主射流流道12的左、右側(cè)壁的左垂直激勵流開口 15、右垂直激勵流開口 28，其口寬度為主噴嘴24出口寬度的0.02 ?0.5 倍。
[0033]本實用新型外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機，位于主噴嘴24左、右兩側(cè)的左激勵第二噴嘴16、和右激勵第二噴嘴25，其出口寬度為主噴嘴24出口寬度的0.02?0.5倍。
[0034]本實用新型外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機的工作機理敘述如下:
[0035]帶壓氣體從壓力氣體入口管5進到壓力氣入口緩沖腔20，再經(jīng)主噴嘴24加速成高速主射流；在外激勵脈沖流的上半周期，由于外部微控器件的切換通斷，外激勵流只通過外激勵流左入口管3和左垂直激勵導入流道13、從主射流流道12左側(cè)壁的左垂直激勵流開口15噴出，提高了射流左附壁側(cè)的壓力、和推動主射流向右偏轉(zhuǎn)。與此同時，外激勵流也通過左激勵流分流孔14和右第二噴嘴導入通道21，再經(jīng)右第二噴嘴流導入孔22，進入右第二噴嘴前流道23之后，從右激勵第二噴嘴25噴出，與主射流平行疊加，使主射流右側(cè)的卷吸能力增強，右側(cè)壓力降低，使主射流更容易向右側(cè)偏轉(zhuǎn)附壁。
[0036]而在外激勵脈沖流的下半周期，由外部微控器件的反向切換，外激勵流轉(zhuǎn)而只通過外激勵流右入口管4和右垂直激勵導入流道27、從主射流流道12右側(cè)壁的右垂直激勵流開口 28噴出，提高了射流右附壁側(cè)的壓力、和推動主射流向左偏轉(zhuǎn)。與此同時，外激勵流也通過右激勵流分流孔26和左第二噴嘴導入通道19，再經(jīng)左第二噴嘴流導入孔18，進入左第二噴嘴前流道17之后，從左激勵第二噴嘴16噴出，與主射流平行疊加，使主射流左側(cè)的卷吸能力增強，左側(cè)壓力降低，使主射流更容易向左側(cè)偏轉(zhuǎn)附壁。
[0037]上述過程隨著外部微控器件的反復切換而不斷地進行，射流產(chǎn)生相同頻率的附壁振蕩，將射流依次輪流短時注入到初始段扇形排列的各條振蕩射流接受流道10中，產(chǎn)生壓縮波和膨脹波，將射流能量傳遞給振蕩射流接受流道10內(nèi)的滯留氣，滯留氣通過散熱器腔通口 29，進到集中散熱器I的散熱消波腔30中，耗散出所吸收的能量，再在該條振蕩射流接受流道沒有注入射流的間隙時間，返回該條振蕩射流接受流道，和推動流道內(nèi)已做功制冷的射流流體，從接受流道制冷氣出口 11流到制冷氣出口管8匯集流出。
[0038]外激勵微脈沖流的調(diào)制可由機械、或電磁驅(qū)動的切換閥、平動或轉(zhuǎn)動的切換分流機構(gòu)，或超磁致伸縮材料等器件完成。由于外激勵流體的流量很小，調(diào)制比較容易。
[0039]本實用新型外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機的運行參數(shù)如下:
[0040]外激勵切換頻率即主射流的附壁振蕩頻率:1?100Hz ；
[0041]帶壓流體入口壓力范圍:0.05?40MPa。
【權(quán)利要求】
1.外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機，包括集中散熱器(I)、上蓋板(2)、機體(6)、底板(7)、外激勵流左入口管(3)、外激勵流右入口管(4)、壓力氣體入口管(5)和制冷氣出口管(8)，其特征在于，在機體(6)上，對稱于其中軸線，加工出深度最大值為機體全厚度的壓力氣入口緩沖腔(20)、主噴嘴(24)、主射流流道(12)以及數(shù)條振蕩射流接受流道(10);在主射流流道(12)的左、右兩側(cè)壁，開有左垂直激勵流開口(15)和右垂直激勵流開口(28)，各自接續(xù)左垂直激勵導入流道(13)和右垂直激勵導入流道(27);在主噴嘴(24)的左、右兩側(cè)，加工左激勵第二噴嘴(16)和右激勵第二噴嘴(25)，以及對應的左第二噴嘴前流道(17)和右第二噴嘴前流道(23);將左垂直激勵導入流道(13)和右垂直激勵導入流道(27)的外始端，對位到上蓋板(2)上的外激勵流左入口管(3)和外激勵流右入口管(4)的位置，以使外激勵流能被導入；同時，在相同的兩個對位位置處，在機體(6)向下開左激勵流分流孔(14)和右激勵流分流孔(26)，各自分別與底板(7)上、下表面所斜向交叉加工的左第二噴嘴導入通道(19)和右第二噴嘴導入通道(21)相連通；下表面第二噴嘴導入通道溝槽的開露面，用第二噴嘴導入通道密封蓋板(33)蓋后焊封；同樣在左第二噴嘴前流道(17)和右第二噴嘴前流道(23)的前始端，在機體(6)向下開左第二噴嘴流導入孔(18)和右第二噴嘴流導入孔(22)，且分別與底板(7)上、下表面所斜向交叉加工的左第二噴嘴導入通道(19)和右第二噴嘴導入通道(21)相連通；在每一條振蕩射流接受流道(10)的始端附近，向前傾斜向下挖透機體，成為接受流道制冷氣出口(11)。
2.如權(quán)利要求1所述的外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機，其特征在于:數(shù)條振蕩射流接受流道(10)的末端敞開端口，通過集中散熱器(I)的散熱器腔通口(29)，伸進到集中散熱器(I)的散熱消波腔(30)中，使受壓縮的滯留氣，被冷卻介質(zhì)換熱管(31)中流動的冷卻介質(zhì)所冷卻；每一條振蕩射流接受流道(10)與集中散熱器(I)的散熱消波腔(30)，借助各個散熱器腔通口(29)進行連通和與外界密封。
3.如權(quán)利要求1所述的外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機，其特征在于:其上蓋板(2)、機體￠)、底板(7)疊摞在一起，用螺栓固定連接或直接焊牢。
4.如權(quán)利要求1或2所述的外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機，其特征在于:其振蕩射流接受流道(10)的數(shù)量為2?16條，起始段呈扇形排列，流道的橫截面形狀近似為矩形。
5.如權(quán)利要求1或3所述的外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機，其特征在于:底板(7)上、下表面所加工的左第二噴嘴導入通道(19)、右第二噴嘴導入通道(21)，二通道在上、下表面的位置任意，但左第二噴嘴流導入孔(18)、右第二噴嘴流導入孔(22)和左激勵流分流孔(14)、右激勵流分流孔(26)，其深度須根據(jù)所連通的各自通道確定是在上表面還是下表面。
6.如權(quán)利要求1或3所述外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機，其特征在于:壓力氣體入口管(5)、外激勵流左入口管(3)和外激勵流右入口管(4)，固裝于上蓋板(2)上所開的通孔內(nèi)圓，分別與機體上所加工的壓力氣入口緩沖腔(20)、左激勵流分流孔(14)，右激勵流分流孔(26)的投影位置對應；而制冷氣出口管(8)固裝于底板(7)所開通孔的內(nèi)圓，居中對稱于各個接受流道制冷氣出口(11)的位置。
7.如權(quán)利要求1、2或3所述的外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機，其特征在于:主噴嘴(24)為直噴嘴或漸縮式噴嘴，出口寬度和高度根據(jù)工作射流的流量而定，寬度為I?100毫米，高度即深度為I?200毫米；其主射流流道(12)的寬度，為主噴嘴(24)出口寬度的1.05?5倍。
8.如權(quán)利要求1、2或3所述的外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機，其特征在于--位于主射流流道(12)的左、右側(cè)壁的左垂直激勵流開口(15)、右垂直激勵流開口(28)，其口寬度為主噴嘴(24)出口寬度的0.02?0.5倍。
9.如權(quán)利要求1、2或3所述的外激勵與集中耗散靜止式氣波制冷機，其特征在于--位于主噴嘴(24)左、右兩側(cè)的左激勵第二噴嘴(16)和右激勵第二噴嘴(25)，其出口寬度為主噴嘴(24)出口寬度的0.02?0.5倍。
【文檔編號】F25B9/00GK203928479SQ201420393901
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】鄒久朋, 胡大鵬, 代玉強, 劉培啟, 朱徹, 劉學武 申請人:大連理工大學