专利名称：径流式射流气波增压器的制作方法
技术领域：
本发明径流式射流气波增压器属于以气体射流实现增压的技术领域。
背景技术：
气体压力能的综合利用具有重要的经济效益和社会效益。在利用高压气体膨胀做功对低压气体进行压缩方面，常用的设备有膨胀机-压缩机组、涡轮增压器和喷射器。透平和涡轮增压器依靠叶轮传递能量，结构复杂，旋转速度高且难以带液操作。喷射器虽然具有无转动件、结构简单等特点，但其效率很低，只有百分之十几。轴流式射流增压器也存在压缩气体难以排尽的缺点，其轴向尺寸较长。
发明内容
本发明提供一种高效、低转速、可带液操作、结构紧凑且排气充分的气体射流增压装置-径流式射流气波增压器。本发明增压器中，高压和低压两路气体直接接触，依靠气体压力波传递高压气体脉冲膨胀功的能量，直接对低压气体进行压缩，可得到一股居中压力的气体。与常规射流混合压缩不同，上述过程基本无两路气体的掺混，因此射流能量损失小，压缩效率高。采用径流式的弯曲流道，利用离心力的作用，强化了膨胀和压缩过程并促使压缩后气体的充分排出，采用弯曲流道可获得更长的流道长度，减小了设备尺寸。本发明的目的是提供一种结构相对简单、体积小、高效、转速低、维护方便、可带液运行、处理量弹性大、介质适应性强、且能排气充分的气体射流增压器，满足油、气田开采和其他场合下，对带压气体压力能高效利用的需求。本发明所采取的创新技术解决方案为转盘14的内部，圆周排布多条作为压力振荡管的封闭槽道15，高压射流喷嘴13和中压出流口 3静止，分别置于转盘14的内圆面和外圆面，二者的轴向位置分别对齐于转盘 14中槽道15的始端开口(内圆处)和末端开口(外圆处)。随着转盘14的旋转，高压射流喷嘴13向圆周辐射排布的槽道15中依次射流，产生压缩波压缩槽道内的气体使其升压， 待槽道15随转盘14转过一定角度之后，其末端开口与中压出流口 3周向重合，升压后的气体排出槽道15 ;射流后槽道15的始端开口由于转过高压射流喷嘴13，即被该喷嘴周边固壁封堵，在始端开口处产生膨胀波使该处压力降低，当槽道15始端开口转到与低压气引射口 6重合时，低压气体被吸入槽道15，然后重复上述的射流和压缩过程。本发明增压器中转盘14的旋转，只是为产生周期性的射流、压缩、排气和吸气所需，而不是像涡轮机械那样进行能量转换，因此其转速不需要很高(< 5000r/min)。本发明主要由圆盘形、圆台形、或者圆盘接圆台形的转盘14，转盘盖板16，多条作为压力振荡管的槽道15，主轴11，上机体8，下机体19，高压射流喷嘴13，低压气引射口 6， 中压出流口 3，均压孔17，高压进气口 20和高压缓冲腔18，低压进气口 I和低压缓冲腔2，中压出气口 7和中压缓冲腔12，扩压导流器4，联轴器10以及电机9所组成，其特征是转盘14内侧端面和转盘盖板16内侧端面之间围成的环腔内，以多条辐射状排列的隔断窄壁即栅板5对环腔进行圆周切分，在环腔内形成多条在转盘内圆周面和外圆周面两端开口、而侧周边封闭的成辐射状排布的槽道15，槽道15的轴线与转盘14的轴线垂直或成一定的夹角，也与转盘14的半径成一定的周向夹角，槽道15为直流道或弯曲流道，其通流截面为等截面、变截面或者等截面加变截面，变截面的通流面积，采用将槽道15的深度、宽度，或深、 宽尺寸不断增加的方式，沿着槽道15的流体向转盘外圆的流向渐扩式增加，高压射流喷嘴 13与中压出流口 3分别与压力振荡管槽道15的内圆周面始端口，和外圆周面末端口沿转盘14径向对齐，且二者的轴线沿转盘14转向错开一定的圆周夹角，中压出流口 3与中压缓冲腔12相接处设有扩压导流器4，上机体8上还设有能使槽道与中压缓冲腔相通的均压孔 17。为使本发明径流式射流气波增压器具有较高的效率和适应性，还采用了如下几种结构特征I.作为压缩过程关键流道的槽道15，其通流面积沿流向为逐渐扩张、或部分长度段是逐渐扩张的，以削弱压缩波叠加成激波的强度，改善过程的等熵性，提高压缩效率。2.槽道15为辐射状的弯曲流道，可利用离心力的作用，强化压缩和膨胀过程，并促使压缩后气体充分排出；采用弯曲流道可获得更长的流道长度，减小设备尺寸。3.在中压出流口 3和中压缓冲腔12之间设置扩压导流器4，将出流中压气的动能无损失地转化成压力能。4.为保证不同压比下设备的性能均较佳，上机体上设有能使槽道与中压缓冲腔 12相通的均压孔17，当完成一个循环后，若槽道15内的压力高于均压孔17，部分气体经由均压孔17排入中压缓冲腔12，使槽道15内的压力降低；反之亦然。这样可使槽道15内的压力基本与中压出流口的压力持平，避免在下一个循环，槽道15末端与中压出流口 3重合时，产生干扰压力波。本发明的有益效果是获得一种转速低、体积小、结构相对简单、能量传递速度快、可带液运行、能高效实现两种气体之间压力交换、有效利用压力能的新型增压设备。本发明径流式射流气波增压器适合于各种气体介质间的压力能交换，在利用高压高产气井天然气压力能来提升低压低产气井的压力等级，使低压气井稳产高产方面具有很大的应用价值。此外，在工业废气压力能利用、以及石油和化学工业中的真空蒸发、真空提纯等场合也适用。下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步的说明。
图I为本发明径流式射流气波增压器的结构简图。图2为转盘槽道第一种结构形式的简图。图3为转盘槽道第二种结构形式的简图。图4为均压孔位置和形状的示意图。图中，I低压进气口，2低压缓冲腔，3中压出流口，4扩压导流器，5径向隔断栅板， 6低压气引射口，7中压出气口，8上机体，9电机，10联轴器，11主轴，12中压缓冲腔，13高压射流喷嘴，14转盘，15压力振荡管槽道，16转盘盖板，17均压孔，18高压缓冲腔，19下机体，20高压进气口。
具体实施例方式本发明径流式射流气波增压器的一种典型的实施方式描述如下，但不只局限于此种实施方式径流式射流气波增压器，由圆盘形、圆台形、或者圆柱接圆台形的转盘14，转盘盖板16，多条压力振荡管槽道15，主轴11，上机体8，下机体19，高压射流喷嘴13，低压气引射口 6，中压出流口 3，均压孔17，高压进气口 20和高压缓冲腔18，低压进气口 I和低压缓冲腔2，中压出气口 7和中压缓冲腔12，联轴器10以及电机9所组成，转盘14内侧端面和转盘盖板16内侧端面之间围成的环腔内，以多条辐射状排列的隔断窄壁即栅板5对环腔进行圆周切分，在环腔内形成多条在转盘内圆周面和外圆周面两端开口、而侧周边封闭的成福射状排布的槽道15。多条隔断栅板5对转盘14内端面和转盘盖板16内端面之间围成的环腔进行圆周切分，在环腔内形成多条辐射状的两端开口槽道15的结构形式之一是，在转盘14内端面和转盘盖板16内端面加工出辐射状均布、且数量相同的窄沟槽，将转盘14和转盘盖板16同心布置，并使转盘14和转盘盖板16侧端面的各窄沟槽沿周向转角对齐，将栅板5插入对齐的窄沟槽后浸焊密封，形成盘体和盖板之间多条辐射状沿程密闭的槽道15。多条隔断栅板5对转盘14下表面和转盘盖板16上表面之间围成的环腔进行圆周切分，在环腔内形成多条两端开口槽道15的结构形式之二是，在转盘14内端面加工出辐射状均布的槽道，再将转盘盖板16贴装于转盘14，其转盘盖板16内侧端面的轮廓和锥度与转盘14内侧端面的轮廓和锥度相同，形成盘体和盖板之间多条辐射状沿程密闭的槽道15。槽道15的通流面积沿程变化，变化的形式为下述中的一种自始端向末端逐渐扩大，或先逐渐扩大后再保持不变，或先保持不变之后再逐渐扩大，或始终不变，即渐扩段的长度占整个槽道15长度的O % 100%。槽道15通流面积渐扩的方法是在其深度、宽度方向上逐增，渐扩角为O 60°之间，槽道15通流截面的高度范围为I 100mm，宽度范围为 I IOOmm0槽道15沿着转盘14成辐射状排列，槽道15为直流道或弯曲流道，其轴线的切线方向与转盘14径向之间的夹角为-85 85°。在转盘14的圆台段，槽道15的轴线沿着径向逐渐向轴向延伸，其轴线与转盘轴线的夹角为30 90°中压出流口 3与中压缓冲腔12相接处设置的扩压导流器4，是由曲面过渡的渐扩封闭流道构成的，流道的扩张角为5 60°，流道轴线与转盘14轴线之间的弯曲夹角逐渐过渡减小，为90 0°。高压射流喷嘴13与中压出流口 3按圆周转向错开的夹角为5 330°，由上机体 8和下机体19的相对转动定位，来调整确定该夹角。均压孔17与中压出流口 3之间具有10 180°的圆周旋转错角，顺转盘转动方向，中压出流口 3在前，均压孔17在后。槽道15的数量为5 300条，长度为10 2000mm，转盘14的直径为10 6000mm。本发明径流式射流气波增压器的工作机理叙述如下高压气体从高压进气口 20进到高压缓冲腔18，经静止的高压射流喷嘴13加速成射流，随着转盘14的转动而依次射入转盘的各个槽道15内，在槽道15内产生压缩波，增压槽道15内的气体，之后槽道转到对齐中压出流口 3，增压气排出。槽道15与高压射流喷嘴 13转开和被封堵后，会产生向槽道内传播的膨胀波，使槽道15始端的压力下降，槽道15随即又与低压气引射口 6接通，低压气体进入槽道15。由于旋转，使各个槽道依次不断地工作，所以增压过程可连续进行，气体在中压缓冲腔12内汇集后连续排出。径流式射流气波增压器的运行参数如下主轴11与转盘14的转速300 6000r/min ；进出口的压力范围0 15MPa ；高低压气体的压比范围1. 2 6。
权利要求
1.一种径流式射流气波增压器，是一种依靠压力气体依次射流，做出非定常膨胀功而增压的径流式射流气波增压器，主要由圆盘形、圆台形或者圆盘接圆台形的转盘(14)，转盘盖板(16),多条作为压力振荡管的槽道(15),主轴(11),上机体⑶，下机体(19),闻压射流喷嘴(13)，低压气引射口(6)，中压出流口(3)，均压孔(17)，高压进气口(20)和高压缓冲腔(18)，低压进气口(I)和低压缓冲腔(2)，中压出气口(7)和中压缓冲腔(12)，扩压导流器(4)，联轴器(10)以及电机(9)所组成，其特征在于转盘(14)内侧端面和转盘盖板(16) 内侧端面之间围成的环腔内，以多条辐射状排列的隔断窄壁即栅板(5)对环腔进行圆周切分，在环腔内形成多条在转盘内圆周面和外圆周面两端开口、而侧周边封闭的成辐射状排布的槽道(15)，槽道(15)的轴线与转盘(14)的轴线垂直或成一定的夹角，也与转盘(14) 的半径成一定的周向夹角，槽道(15)为直流道或弯曲流道，其通流截面为等截面、变截面或者等截面加变截面，变截面的通流面积，采用将槽道(15)的深度、宽度，或深、宽尺寸不断增加的方式，沿着槽道(15)的流体向转盘外圆的流向渐扩式增加，高压射流喷嘴(13)与中压出流口⑶分别与压力振荡管槽道(15)的内圆周面始端口，和外圆周面末端口沿转盘(14)径向对齐，且二者的轴线沿转盘(14)转向错开一定的圆周夹角，中压出流口(3)与中压缓冲腔(12)相接处设有扩压导流器(4)，上机体(8)上还设有能使槽道(15)与中压缓冲腔(12)相通的均压孔(17)。
2.如权利要求I所述的增压器，其特征在于多条隔断栅板(5)对转盘(14)内端面和转盘盖板(16)内端面之间围成的环腔进行圆周切分，在环腔内形成多条辐射状的两端开口槽道(15)的结构形式之一是，在转盘(14)内端面和转盘盖板(16)内端面加工出辐射状均布、且数量相同的窄沟槽，将转盘(14)和转盘盖板(16)同心布置，并使转盘(14)和转盘盖板(16)侧面的各窄沟槽沿周向转角对齐，将栅板(5)插入对齐的窄沟槽后浸焊密封，形成盘体和盖板之间多条辐射状沿程密闭的槽道(15)。
3.如权利要求I所述的增压器，其特征在于多条隔断栅板(5)对转盘(14)下表面和转盘盖板(16)上表面之间围成的环腔进行圆周切分，在环腔内形成多条两端开口槽道(15)的结构形式之二是，在转盘(14)内端面加工出辐射状均布的槽道，再将转盘盖板(16) 贴装于转盘(14)，其转盘盖板(16)内侧端面的轮廓和锥度与转盘(14)内侧端面的轮廓和锥度相同，形成盘体和盖板之间多条辐射状沿程密闭的槽道(15)。
4.如权利要求I所述的增压器，其特征在于槽道(15)通流面积变化的形式为下述中的一种从转盘内圆周始端向外圆周末端逐渐扩大；先逐渐扩大后再保持不变；先保持不变之后再逐渐扩大；始终不变，即渐扩段的长度占整个槽道(15)长度的0% 100% ； 槽道(15)通流面积渐扩的方法是在其深度、宽度方向上逐增，渐扩角为O 60°之间， 槽道(15)通流截面的高度范围为I 100mm，宽度范围为I 100mm。
5.如权利要求I所述的增压器，其特征在于槽道(15)沿着转盘(14)成辐射状排列， 槽道(15)为直流道或弯曲流道，其轴线的切线方向与转盘(14)径向之间的夹角为-85 85° ;在转盘(14)的圆台段，槽道(15)的轴线沿着径向逐渐向轴向延伸，其轴线与转盘轴线的夹角为30 90°。
6.如权利要求I所述的增压器，其特征在于中压出流口(3)与中压缓冲腔(12)相接处设置的扩压导流器(4)，是由曲面过渡的渐扩封闭流道构成的，流道的扩张角为5 60°，流道轴线与转盘(14)轴线之间的弯曲夹角逐渐过渡减小，为90 0°。
7.如权利要求I所述的增压器，其特征在于高压射流喷嘴(13)与中压出流口(3)按圆周转向错开的夹角为5 330°，由上机体(8)和下机体(19)的相对转动定位，来调整确定该夹角。
8.如权利要求I所述的增压器，其特征在于均压孔(17)与中压出流口(3)之间具有 10 180°的圆周旋转错角，沿着转盘转动方向，中压出流口(3)在前，均压孔(17)在后。
9.如权利要求I所述的增压器，其特征在于槽道(15)的数量为5 300条，长度为 10 2000mm，转盘(14)的直径为10 6000mm。
全文摘要
一种径流式射流气波增压器，依靠运行压力波实现高压和低压气体之间的能量交换，避免了掺混扩散能量损失，具有等熵效率高、转速低、可带液操作、排气充分等优点。采用矩形变截面压力振荡管槽道，降低了射流的入射损失和流动损失；槽道为沿径向辐射布置的弯曲流道，利用离心力的作用，强化了膨胀和压缩过程，并促进了压缩后气体的充分排出；机内设有均压孔，可使不同压比下的性能均衡；压缩气出流口处设有扩压导流器，有效转化气流的动能。本发明能充分利用生产过程中的压力能、天然气等地层的压力能，可为压力能源的有效利用提供一种高效的设备选择。
文档编号F15B3/00GK102606548SQ20121008110
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月23日 优先权日2012年3月23日
发明者代玉强, 刘凤霞, 刘培启, 朱彻, 胡大鹏, 赵家权, 赵文静, 邹久朋 申请人:大连理工大学