专利名称：一种阻尼对冲式气波制冷机的制作方法
技术领域：
本实用新型一种阻尼对冲式气波制冷机属于压力气体的膨胀制冷技术领域。
背景技术：
已有的热分离机和气波制冷机，都是依靠压力气体依次对各根末端封闭的 振荡管内的潴留气做不定常膨胀功，在潴留气中产生压縮波与膨胀波，压力能 转化为热能再通过管壁散出，入射压力气体因膨胀做功而消耗了自身的能量， 温度降低而实现制冷。这类制冷机能够在较低的转速下高效地工作，从而避免 了像低温透平膨胀机那样，必须在高转速下运行而带来的一系列不便。但目前的热分离机和气波制冷机在实际应用中，为了满足在低转速下获取 高效率的需要，其振荡管的长度比较长，容易振动，常出现断管事故。并且由 于较长的振荡管末端管壁的温度较低，不能强力地耗散能量，管材功能率较低。 还有压力波会从封闭的终端反射回到入口端，加热新鲜的或者已经制冷的气体， 使制冷效率降低，当射流频率与管内气体振荡频率不一致时更甚，使效率随转速变化上下波动的范围达10%或更多。发明内容本实用新型的目的就是提供一种较短振荡管长并在低转速运行时仍能保持 高且稳定制冷效率的单体不定常膨胀制冷机——阻尼对冲式气波制冷机。本实用新型的技术解决方案为将辐射或圆周排列的振荡管8按圆周错开相 同角度的原则两两配对，在每两根的末端连接一阻尼耗散结构而实现两管的流 道贯通。为实现在不同工况下，射流频率都能与管内的波振荡同步，两两组对 的双管位置在圆周方向上或是紧相邻或是叉开一定的夹角，即以间跳排列的方式贯通互连，对管的夹角从紧挨着直至扩展到相对成180。。对管末端的阻尼耗 散结构由阻尼腔18、 U型回弯管19、耗散段连通腔20和气封排液导管21组成，每
根管的末端可以接一个至数个串连的阻尼腔18，耗散结构的两端分别连至两管 的末端。而每一个阻尼腔18都是由一段柱体腔和一段锥体腔组合而成，振荡管8 内的压縮波先经柱腔，再大部分进入锥腔。由于从锥腔内壁反射的压縮波很难 再返回柱腔的入口，而只能在阻尼腔中多次反射耗散，因此压縮波就很少能返 回振荡管8的入口加热制冷气了。而对于从锥段逃出来的压縮波，则采用将数个 阻尼腔串连而进行级联式的阻尼耗散。为了充分耗散能量和缓冲对管射流的时 间差，阻尼耗散结构段的长度取0.3米以上。由于每对振荡管8对管的排布方向都 是同向顺排的，因此与对管两末端相连的阻尼耗散结构，在阻尼腔之间有一段U 型回弯管19，以使耗散结构的两接入口同方向。将振荡管两两组对，两末端通过一种阻尼耗散流道结构互连，两振荡管的 压力波都能够进入此公共的耗散结构，如此以来可以产生下列效果1. 由于阻尼结构的连通，大大降低了振荡管的气体压縮刚性，气体振荡频 率显著降低，新鲜压力气的射流频率就可以随之减小，气体分配器的转速也就 跟着降低，即可以在更低的转速下运行；或者在相同的转速之下，振荡管的长 度可以縮短，机械振动减轻，不易损坏。2. 由于振荡管远端的阻尼耗散结构是两根对管共用的，其能量负荷要比单 管的独立耗散结构大一倍或更多(当管长縮短)，如此单管独立耗散结构的管长 不能短、但末端和耗散结构的温度低、耗散能量差的弊端就能得到根本的改善， 有色金属的使用效率提高，用量可以减少。3. 两管贯通的阻尼结构可以设置多个串连的阻尼腔，两管内的波系可以相 互作用，使压縮波在多个阻尼腔中来回反射而多次耗散，因此能量波的衰减耗 散更加彻底，基本不会再返回到振荡管的始端开口，如此气波制冷机的制冷效 率将有所提高，而且以往的效率会随射流频率即转速变化产生波动的问题也会 大为改善。为了进一步提高制冷效率，本实用新型阻尼对冲式气波制冷机的技术解决
方案还包括以下几点结构特征1. 增加了小孔排液结构。在阻尼耗散结构的适当位置开孔，连接一段短管 和排液腔，借助于重力作用将耗散段内可能积存的凝液收集到排液腔中并定期 排出。这样确保振荡管8和耗散段无凝液，可使压力波在内部顺畅运动，不会使 制冷机随运行时间的延续而降低效率。由于两个振荡管8共用一个排液结构，与 单管独立的气波制冷机相比，机器的复杂程度降低。2. 旋转射流分配器7内部流道由原来的扁长型改为方形，可减小从机体进 气管到气体分配器过程中的压力损失；旋转射流分配器7内流道的轴向有倾角， 以进一步减小减压降损耗。由于采用了对管的阻尼耗散结构，使气波制冷机内波系的运动发生变化， 压力波返回振荡管入口端为弱膨胀波，使制冷效率上升，而且管长对效率的影 响也随之减弱，保证机器在高效率下稳定运行。阻尼耗散段为两振荡管8共用， 在同样的单根管长下可拥有的等效管长增加，振荡管8长度因而可縮减，从而可 减小气波制冷机的高度和体积。由于阻尼腔的应用，可将压力波封锁在其中或 在各个阻尼腔之间的耗散段内反复耗散，管壁温度升高，材料散热功能利用率 上升。本实用新型一种阻尼对冲式气波制冷机所达到的有益效果能在低转速， 短管长下获得高且稳定的制冷效率，且结构简单，体积较小，不易振动断管。 下面再结合附图和具体实施方法对本实用新型做进一步说明
图l为本实用新型一种阻尼对冲式气波制冷机的总体结构简图。图2为本实用新型一种阻尼对冲式气波制冷机的振荡管阻尼耗散结构的外形示意图。图中，1、进气管，2、机体，3、下滚动轴承，4、下轴承座，5、转轴，6、 出气管，7、旋转射流分配器，8、振荡管，9、上轴承座10、上滚动轴承，11、
轴承内圈压紧螺母，12、密封填料，13、连轴节，14、稳速电机，15、密封压 盖，16、上端盖，17、射流分配器压紧螺母，18、阻尼腔，19、 U型回弯管，20、 耗散段连通腔，21、气封排液导管，22、凝液总收集环管。
具体实施方式
一种阻尼对冲式气波制冷机主要由机体2、上下轴承座9、 4、上下滚动轴承 10、 3、转轴5、上端盖16、密封填料12、密封压盖15、连轴节13、稳速电机14、 进气管l、出气管6、旋转射流分配器7、沿机体2圆周排列的振荡管8、阻尼腔18、 U型回弯管19、耗散段连通腔20和气封排液导管21构成。振荡管8的末端两两与 阻尼耗散结构相连，阻尼耗散结构由阻尼腔18、 U型回弯管19、耗散段连通腔20 和气封排液导管21组成，最简单的一种实施例是每两相邻的振荡管8末端通过阻 尼耗散结构互相贯通，由一至数个阻尼腔18串连组成，每个阻尼腔18由一段柱 体腔和一段锥体腔组合而成，通常为圆柱腔和圆锥腔组合。振荡管8内的压縮波 先经柱腔，再进入锥腔，多次反射耗散。阻尼耗散结构的中部有一U型回弯管19， 以将耗散段两连通口弯到同方向，以方便与振荡管8对管末端的连接。连通腔20 朝下方向连接一个气封排液导管21，导管内装2 5个串连的节流孔板，凝液在 重力和压力脉动作用下逐段通过节流孔和空腔排液，而气体则不易畅通。排液 导管21与机器的凝液总收集环管22相连。进气管1插入转轴5内孔，可减少进气 与排气之间的泄漏。转轴5的一端为空心轴段，靠近封闭处的圆周壁开孔，使气 体顺畅流入旋转射流分配器7。在旋转射流分配器7入口处加工有轴向倾角，保 障与进气管l等面积顺畅过渡。旋转射流分配器7的外圆周上对称布置有2 4个 喷嘴流道，其喷嘴开口于旋转射流分配器7的外圆弧段的圆周面上，从垂直于轴 向的投影面看，流道轴线与径向成一定的角度，驱动电机14的转矩通过连轴节 13传递到转轴5，旋转射流分配器7与转轴5以每分钟1000 5000转同速转动；振 荡管8的数量为20 100根，始端径向固装于机体2的外圆面，振荡管8的内孔与 机体钻孔对正成光滑连续流道。各根振荡管8长度基本相等，长度为L2 4.5米。 该具体实施例的工作原理和过程为压力气体由深插入轴的进气管1导入空心转轴5内，从转轴5的圆周开孔进到旋转射流分配器7中，从其外周的喷嘴口喷出高速气流，随转动依次轮流入射到 圆周排列的各振荡管8中，对各振荡管8内的潴流气体做不定常膨胀功，在潴流 气中产生的压縮波和膨胀波先后通过振荡管8进入到阻尼耗散结构中，压力波大 部分通过阻尼腔18进入耗散段的U型回弯管19，返回弱膨胀波与入射膨胀波相 遇，互相削弱使得返回到入口的膨胀波能量更小，进入耗散段的压力波与相邻 振荡管8射入的压力波互相作用，强化耗散而转化为热量通过管壁向外界散发。 衰减剩余的压力波逆向进入另一振荡管8的阻尼腔18时，大部分将反射回到耗散 段中再次耗散，这样入射波的能量几乎耗散殆尽，而极少能再返回到振荡管8的 入口。旋转射流分配器7喷嘴依次转离各个振荡管8口，膨胀做功制冷后的气体 依次从振荡管8入口处返出，进入到排气空腔汇集，然后从排气管6排出，完成 了膨胀制冷。
权利要求1. 一种阻尼对冲式气波制冷机，包括机体(2)、轴承座(9)(4)、滚动轴承(3)(10)、端盖(16)、转轴(5)、旋转射流分配器(7)、振荡管(8)、阻尼腔(18)、U型回弯管(19)、耗散段连通腔(20)和气封排液导管(21)，其特征在于，各根振荡管(8)的末端都是两两组对、各对都通过一个阻尼耗散结构相贯通，两两组对的双管位置在圆周方向上或是紧相邻或是叉开一定的夹角，即以间跳排列的方式贯通互连，对管的夹角从紧挨着直至扩展到相对成180°。
2. 根据权利要求1所述的一种阻尼对冲式气波制冷机，其特征在于，组对 的振荡管(8)对管末端的阻尼耗散结构是由阻尼腔(18)、 U型回弯管(19)、耗散 段连通腔(20)和气封排液导管(21)组成。
3. 根据权利要求1或2所述的一种阻尼对冲式气波制冷机，其特征在于， 耗散段阻尼腔(18)的串连个数为2 6个，每一个都是由一段柱体腔和一段锥体 腔组合而成。
4. 根据权利要求1或2所述的一种阻尼对冲式气波制冷机，其特征在于， 阻尼腔(18)柱段的通流断面积大于振荡对管，若为圆柱腔，则直径为振荡管(8) 直径的2 10倍，阻尼腔(18)锥段的锥角为20 70。。
5. 根据权利要求1或2所述的一种阻尼对冲式气波制冷机，其特征在于， 阻尼腔(18)之间有一U型回弯管(19)，其通流面积为振荡管的1 10倍，长度在 0.1 3m之间。
6. 根据权利要求1或2所述的一种阻尼对冲式气波制冷机，其特征在于， U型回弯管(19)与一排液结构相连，耗散段连通腔(20)朝下连接一个气封排液导 管(21)，导管内装2 5个串连的节流孔板，排液导管(21)与机器的凝液总收集环 管(22滩连。
专利摘要本实用新型一种阻尼对冲式气波制冷机属于压力气体的膨胀制冷技术领域，利用气体压力能在振荡管内产生的运动激波和膨胀波来实现制冷。其特征在于，将辐射或圆周排列的振荡管按圆周错开相同角度的原则两两配对，在每两根的末端连接一阻尼耗散结构而实现两管的流道贯通，从而降低了振荡管的气体压缩刚性，可以在短管长低转速工况下稳定高效运行，具有结构简单、拆装方便、不怕凝液带液、变工况适应好、等熵制冷效率较高等优点。本实用新型能够产生低温，可广泛应用于混合气体的液化分离、石油气中轻烃回收、天然气液化以及低温冷气源供给等领域。
文档编号F25B9/00GK201215413SQ20082001250
公开日2009年4月1日 申请日期2008年4月30日 优先权日2008年4月30日
发明者代玉强, 刘培启, 彻 朱, 胡大鹏, 邹久朋 申请人:大连理工大学