[其他]湍流膨胀机

说明书

本实用新型是一种利用压力气体膨胀制冷的湍流膨胀机，现有的旋转式热分离器用湍流结构措施改进后则发展为湍流膨胀机。

法国纳特公司1974年的美国专利号3828574，英国专利号1485669提供的旋转式热分离器，其特征是小扰动结构。这种结构，作为动力气的冷气体的强迫幅值与作为接受气的热气体响应幅值近似相等，所以它的等熵膨胀效率较低，并已为国内样机所证实，其效率只有40－50％，它的攻角是错的，所以它的起动运行靠外部电机。1980年法国《石油与技术》，1984.12美国《油气杂志》中报导的法国纳特公司八十年代的旋转式热分离器，其等熵膨胀效率高达83％，气动转速2000－3000r／min。它的不足之处在于低温进气时，效率较低、纳特公司仅保障实际运行效率不低于60％；机身庞大、既浪费材料，又不利于轻便灵活的撬装化；其带液调节结构是由出口温度传感器控制热分离器进口联接处的通道阀组成。当出口温度升高（效率下降）时，通道阀自动打开，使200－300℃的高温气体喷射到热分离器里，这种急剧加热的目的是气化旋转喷嘴上形成的液化物，两分钟后阀关闭，恢复正常循环，这种调节方式虽然可取，但影响低温分离流程的热平衡，从而影响收率。

本实用新型的任务是提供一种可以提高低温进气时的等熵膨胀效率，同时大幅度减轻机器重量、减小机器体积的湍流膨胀机。湍流膨胀机的特征是在现有旋转式热分离器的基础上，用湍流原理及实验数据而设计的湍流膨胀机，该膨胀机的带液调节结构采用超湍流流态调节结构；根据湍流产生率确定结构分离点；根据结构分离点确定声颈管长度；在结构分离点处设置了热壁转捩点调节结构；并利用湍流效应产生的辐射热量设计了湍流效应相互利用结构，本发明提供了全湍流流态结构等相互关连的结构措施。

附图1是湍流膨胀机缩小比例的侧视整体图。

附图2是附图1的A向局部视图。

附图3是超湍流流态带液调节结构示意图。

附图4是热壁转捩点调节结构（7）的位置示意图。

附图5是联合产能装置（8）与管线（9）热壁转捩点（7）的位置示意图。

附图6是附图5的A向视图。

附图7是叶栅（2）里的超声速扩压器与旋转喷嘴（1）的示意图。

从附图3可以看出湍流膨胀机提供的超湍流态调节结构是由风机（10）、温度传感器（12）和风机出口阀（11）组成，风机（10）的叶轮与旋转喷嘴（1）装在同一主轴上，温度传感器（12）设置在排气管上，温度传感器（12）控制风机（10）的出口阀（11）当出口温度升高（效率下降）时，阀（11）自动开大，旋转喷嘴（1）则提高转速运行，提高转速运行的目的是为了改变流体的分离特性，获得超湍流流态，用湍流效应产生的辐射热量。气化声颈管（3）叶栅（2）和旋转喷嘴（1）内形成的液化物，3－5分钟后恢复正常转速运行，整个过程效率呈递增现象，用这种超湍流流态带液调节结构，不仅调节方式简单，迅速可靠，而且不影响低温分离流程的热平衡，从而增加了收率。

附图4所示的湍流膨胀机的热壁转捩点调节结构（7）的位置示意图，在压力气体进机温度较低时，原有的旋转式热分离器的声颈管（8）的冷壁会强烈地抑制分离、转捩，为此旋转式热分离器采取了一再增加声颈管（3）长度的措施，这就延长了层流区，增加了摩擦损失，也浪费了材料，又大幅度地增加了机身长度和机器重量，而湍流膨胀机在结构分离点处则采用了热壁转捩点调节结构（7）加热分离点处声颈管（3）的外壁，促使气流在该处分离转捩，目的是减小摩擦损失，从而提高机器的等熵膨胀效率，同时大幅度减少机器的长度和重量。从叶栅（2）至结构分离点的距离为L_X＝ 1/2 tj·W_A＝ 1/2 g／u₂·W_A；

g为旋转喷嘴阀板（13）、（14）的长度；u₂为旋转喷嘴（1）的轮缘的圆周速度；tj为声颈管（3）的急关闭（开启）时间；W_A为最大膨胀比对应的激波前的气流速度。由叶栅（2）至结构分离点的距离L_X可得到最佳声颈管（3）的长度L：

L＝L_X／0.119863；

湍流膨胀机声颈管（3）的长度比现有旋转式热分离器的声颈管长度短60％，由此可见采用热壁转捩点调节结构，可以保障在结构分离点处分离转捩，从而大幅度的减少机器的体积和重量。