[发明专利]一种可输出轴功的回弯渐扩制冷波转子

说明书

一种可输出轴功的回弯渐扩制冷波转子，属于气体膨胀制冷领域。这种可输出轴功的制冷波转子的主要特点是采用了回弯、渐扩压力振荡管。压力振荡管轴线曲线形状采用具有4个控制点的贝塞尔曲线描述，只需改变几个控制点的位置即可实现复杂的曲线形状，有效缩减了设计变量，便于结构优化。该类型振荡管前段曲率小，后段曲率大的回弯结构，曲率较小部分能够保证较小的射流损失，使得气波膨胀过程稳定高效运行；后续曲率大的回弯结构，可使波转子输出轴功，进一步丰富波转子膨胀功的转化方式，提高波转子的工况适应性。采用渐扩振荡管，可实现气波膨胀和体积膨胀相结合，从而进一步提高波转子膨胀制冷程度，降低膨胀后气体温度，从而提高制冷效率。

技术领域

本发明涉及一种可输出轴功的回弯渐扩制冷波转子，属于气体膨胀制冷领域。

背景技术

波转子是一种实现不同压力气体进行能量交换的装置，目前广泛应用于气波膨胀制冷领域。波转子上分布着压力振荡管，激波和膨胀波在压力振荡管内的非定常运动实现了不同压力气体间能量的传输和转化，从而达到制冷目的。

目前气波膨胀制冷领域已发展出将膨胀功以热能形式集中输出的外循环耗散型压力振荡管制冷方法，以及将膨胀功以压力能和热能两种形式输出的自增压压力振荡管制冷方法。但这两种方法的波转子均采用横截面均直的压力振荡管，波转子本身仅作为压力交换装置，不能输出轴功，存在气体膨胀功输出方式单一，膨胀端制冷效率低的问题；横截面均直的压力振荡管还存在高压气体体积膨胀受限，膨胀功输出能力不足的问题，从而导致高压气体膨胀不充分，影响制冷效率。另外，现有的压力振荡管制冷方法基本都对高温气体进行了节流，压力能以热量形式耗散，没有被有效利用。因此，增加波转子内高压气体膨胀功输出方式，提高膨胀功输出能力和能量利用率是波转子技术领域亟需解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明一种可输出轴功的回弯渐扩制冷波转子，对传统的波转子做出了改进，采用回弯了渐扩压力振荡管。压力振荡管曲线形状采用具有4个控制点的贝塞尔曲线描述，只需改变几个控制点的位置即可实现复杂的曲线形状，有效缩减了设计变量，便于结构优化。压力振荡管整体具有前端曲率小，后端曲率大的特征，其中曲率较小部分能够保证较小的射流损失，使得气波膨胀过程稳定高效运行；后续曲率大的回弯结构，能改变气体流动方向，气体会推动波转子旋转，产生与波转子运动同方向的力，进而使波转子输出轴功，从能量转化角度，高压气体部分能量转化成轴功的形式输出，高压气体的压力能得到了进一步利用，同时高压气体自身膨胀更充分，温度降低更多；同时，为了保证内部波系的正常运行和传播，后续曲率不宜过大。振荡管的渐扩结构将体积膨胀与气波膨胀相融合，提高了膨胀功的输出能力，进而提高膨胀端制冷效率，同时渐扩结构还会使压力振荡管内部波系通过容易返回难，反射激波或反向压缩波强度降低，防止对已膨胀的气体进行再压缩。与传统的压力振荡管制冷方法不同的是，高温气体排出后不经过节流阀，而是换热后直接返回回弯渐扩压力振荡管，将高温气体携带的部分压力能通过回弯结构转化为轴功，进一步提高压力能的利用率。

本发明采用的技术方案是：一种可输出轴功的回弯渐扩制冷波转子，结构包括内壳、隔板和外壳，所述内壳、隔板和外壳在周向组成10-280个均布的回弯渐扩压力振荡管，所述的回弯渐扩压力振荡管的轴线曲线整体呈现前端曲率小，后端曲率大的回弯形状，横截面面积由前端到后端不断增大呈渐扩形式，横截面形状为正方形、长方形或圆形。

所述波转子的结构为轴向波转子或者径向波转子，所述轴向波转子采用圆柱形波转子或圆锥形波转子，其中圆锥形波转子的外壳呈圆锥形，圆锥面母线与波转子轴线的夹角在0-90度之间；所述径向波转子采用气体流动方向为径向的圆盘形波转子。