[发明专利]反馈式振荡射流制冷机

说明书

技术领域

本发明反馈式振荡射流制冷机是一种气体制冷机械，属于压力气体的射流工程与气体膨胀制冷技术领域。

背景技术

膨胀制冷可以获得比用工质循环制冷更低的低温。利用气体自身的压力膨胀制冷，在石油天然气开发处理等领域中极具应用价值。除了透平膨胀机之外，还有气波制冷机和热分离机中国专利87101903.5，89213744.4，90222999.0等膨胀制冷机械，后二者为不定常膨胀制冷，依靠电机或利用气体喷射反作用力带动气体分配器自旋，以一定的转速将介质气体依次向环周方向的各末端封闭的接受管射流，对管内驻留气做不定常膨胀功。这些制冷机的效率比较高，但由于结构复杂，有许多转动件，为阻止气体外泄漏和内部不同压力区的泄漏，需要转动密封，这会使机器的耐压能力大大降低。随着天然气的集输、处理向高压力趋势发展，需要有可靠的高压气体膨胀制冷技术装备作为支持。另外，许多化工厂、化肥厂生产过程中排出的尾气，也亟需高压小流量、性能稳定可靠的制冷装置，以能够低温分离、回收利用其中有用的组分。

如果气波制冷机的气体分配器不需要旋转和运动就能快速改变射流的方向，就能实现全静止式的非定常膨胀制冷，不需要运动件的制冷机会像常规的高压设备那样，承受数十MPa的巨大压力。如此，将会解决高压气体压力能难以利用的难题，产生巨大的经济效益。

发明内容

本发明的目的为：提供一种无运动元件、结构简单、操作维护方便、具有一定制冷效率、无需外加动力(能量)、运行稳定可靠、适合于处理高压气体介质的膨胀制冷机械—反馈式振荡射流制冷机。

本发明反馈式振荡射流制冷机的技术构思为：

采用振荡频率可调、自激励附壁振荡的射流发生器，作为该制冷机的射流分配器，这是该制冷机能够实施的前提条件。

振荡射流发生器的原理基于射流附壁的双稳态效应，和射流稳态的扰动切换特性。由于静止式制冷机不可能由外部提供周期性扰动源，故必须像电子振荡电路那样，提供自激励条件以产生自激振荡。对于本发明来说，振荡射流发生器的负载是后面的末端封闭的接受管，若向管中突然注入脉冲射流，则必会在振荡射流发生器的出口附近产生一系列的压缩波，聚集成较大梯度的压力跃升，这个压力跃升恰好与射流的切换同步。如果能够将这个压力跃升信号压缩波导回射流的初始附壁面推扰射流，就会使附壁脱离，射流会立即转向另一附壁稳态，从而可实现射流方向的瞬间切换。

为利于接受管的制冷，射流的每次附壁都需要保持一小段时间，这就要求压力跃升信号必须延迟一段时间才能返回到初始附壁面。本发明的解决措施是：效仿高频电路的相位移延迟线，用一段可调长度的管段，让压缩波在其中行进，在一定的波速下，需要耗费一定的时间才能返回。该方法的优点是，压缩波形不会有多少改变，其前沿较陡，可使射流附壁瞬间切换，能提高接受管的不定常制冷效率。

在不同的气体物性、不同工况、不同制冷负荷和不同接受管尺寸下，射流时间的长短不同，对应的制冷效率也不同。为了能够调整射流稳态的时间或射流切换的频率，需要对压缩波的延迟时间进行调整。

本发明中的振荡射流发生器，实现压缩波反馈自激励、和调整延迟时间的方法为：

将机体上的压缩波反馈通道隔开成两段中断段，即两个半截通道，再用长度可变的流道将中断的外终点连通。振荡射流发生器对应两侧的射流附壁，分开成两段分岔的流道，在两分岔流道的靠近出口处，对称开两个孔，引出压缩波，作为切换的激扰源。每一分岔流道的该孔连通到压缩波延迟反馈后半截通道段的始端。

而在射流前部的初始附壁位置附近的两侧，两分岔流道的起始分流劈前，则对称开设两个压缩波的入口，与各自一侧的延迟反馈通道的前半截段相连。

延迟时间的调整方法为：改变压缩波反馈通道的长度。具体的实施结构是采用可变长度的U型或半矩形弯曲的管状通道，两端用固定接头连到延迟反馈通道中断段的联接座上，通过更换不同长度的管状通道实现延迟时间调整；或者是将两个通道连接座改成长孔滑道即长气缸的形式，将弯曲的管状通道制成异型活塞流道连通组件，插入到两平行的长孔滑道中，通过螺杆调节其进出。调节改变插入深度即可连续改变反馈通道的长度，使压缩波反馈延迟的时间变化，由此来调整射流稳态的时间，和使射流在两面附壁的稳态时间相等。

振荡射流发生器发生的振荡射流有两个流道，中间隔着使射流分岔流动的分流劈固壁。前端锐角的分流劈结构能保证附壁的全部射流都流进所对位的那一流道中。