[其他]湍流膨脹機

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 87101903
• 申請日: 1987-03-17
• 公開（公告）號: CN87101903A
• 公開（公告）日: 1988-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李樹云;布叢;石燕;康德芳;張振庭;馬建文
• 申請（專利權(quán)）人: 華北石油管理局勘察設(shè)計院;華北石油管理局機械修理廠
• 主分類號: F25B9/00
• 分類號: F25B9/00
• 代理公司: 石油工業(yè)專利服務(wù)中心
• 代理人: 文琦

本發(fā)明是一種利用壓力氣體膨脹制冷的湍流膨脹機，現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)式熱分離器用湍流結(jié)構(gòu)措施改進后，則發(fā)展為湍流膨脹機。

法國納特公司1974年的美國專利號3828574，英國專利號1485669提供的旋轉(zhuǎn)式熱分離器，其特征是小擾動結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)，作為動力氣的冷氣體的強迫幅值與作為接受氣的熱氣體響應(yīng)幅值近似相等，所以它的等熵膨脹效率較低，并已為國內(nèi)樣機所證實，其效率只有40-50%，它的攻角是錯的，所以它的起動運行靠外部電機。1980年法國《石油與技術(shù)》，1984.12美國《油氣雜志》中報導(dǎo)的法國納特公司八十年代的旋轉(zhuǎn)式熱分離器，其等熵膨脹效率高達(dá)83%，氣動轉(zhuǎn)速2000-3000r/min。它的不足之處在于低溫進氣時，效率較低、納特公司僅保障實際運行效率不低于60%;機身龐大，既浪費材料，又不利于輕便靈活的橇裝化;其帶液調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)是由出口溫度傳感器控制熱分離器進口聯(lián)接處的通道閥組成。當(dāng)出口溫度升高（效率下降）時，通道閥自動打開，使200-300℃的高溫氣體噴射到熱分離器里，這種急劇加熱的目的是氣化旋轉(zhuǎn)噴嘴上形成的液化物，兩分鐘后閥關(guān)閉，恢復(fù)正常循環(huán)，這種調(diào)節(jié)方式雖然可取，但影響低溫分離流程的熱平衡，從而影響收率。

本發(fā)明的任務(wù)是提供一種可以提高低溫進氣時的等熵膨脹效率，同時大幅度減輕機器重量、減小機器體積的湍流膨脹機。湍流膨脹機的特征是在現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)式熱分離器的基礎(chǔ)上，用湍流原理及實驗數(shù)據(jù)而設(shè)計的湍流膨脹機，該膨脹機的帶液調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)采用超湍流流態(tài)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu);根據(jù)湍流產(chǎn)生率確定噴嘴數(shù)量及結(jié)構(gòu)分離點;根據(jù)結(jié)構(gòu)分離點確定脈沖管長度;在結(jié)構(gòu)分離點處設(shè)置了熱壁轉(zhuǎn)捩點調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu);并利用湍流效應(yīng)產(chǎn)生的輻射熱量設(shè)計了湍流效應(yīng)相互利用結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提供了全湍流流態(tài)結(jié)構(gòu);提前發(fā)動轉(zhuǎn)捩的流動分離結(jié)構(gòu)等相互關(guān)連的結(jié)構(gòu)措施。

附圖1是湍流膨脹機縮小比例的側(cè)視整體圖。

附圖2是附圖1的A向局部視圖。

附圖3是超湍流流態(tài)帶液調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖4是熱壁轉(zhuǎn)捩點調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)（7）的位置示意圖。

附圖5是聯(lián)合產(chǎn)能裝置（8）與管線（9）熱壁轉(zhuǎn)捩點（7）的位置示意圖。

附圖6是附圖5的B向視圖。

附圖7是葉柵（2）里的超聲速擴壓器與旋轉(zhuǎn)噴嘴（1）的示意圖。并示出了在葉柵（2）與脈沖管（3）聯(lián)接處設(shè)置的提前發(fā)動轉(zhuǎn)捩的流動分離結(jié)構(gòu)（6）。

從附圖3可以看出湍流膨脹機提供的超湍流態(tài)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)是由制動風(fēng)機（10）、溫度傳感器（12）和制動風(fēng)機出口閥（11）組成，制動風(fēng)機（10）的葉輪與旋轉(zhuǎn)噴嘴（1）裝在同一主軸上，溫度傳感器（12）設(shè)置在排氣管上，溫度傳感器（12）控制制動風(fēng)機（10）的出口閥（11），當(dāng)出口溫度升高（效率下降）時，閥（11）自動開大，旋轉(zhuǎn)噴嘴（1）則提高轉(zhuǎn)速運行，提高轉(zhuǎn)速運行的目的是為了改變流體的分離特性，獲得超湍流流態(tài)及增大湍流產(chǎn)生率，用湍流效應(yīng)產(chǎn)生的輻射熱量，氣化脈沖管（8）葉柵（2）和旋轉(zhuǎn)噴嘴（1）內(nèi)形成的液化物，3-5分鐘后恢復(fù)正常轉(zhuǎn)速運行，整個過程效率呈遞增現(xiàn)象，用這種超湍流流態(tài)帶液調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，不僅調(diào)節(jié)方式簡單，迅速可靠，而且不影響低溫分離流程的熱平衡，從而增加了收率。

附圖4所示的湍流膨脹機熱壁轉(zhuǎn)捩點調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)（7）的位置示意圖，在壓力氣體進機溫度較低時，原有的旋轉(zhuǎn)式熱分離器，脈沖管（3）的冷壁會強烈地抑制分離、轉(zhuǎn)捩，為此旋轉(zhuǎn)式熱分離器采取了一再增加脈沖管（3）長度的措施，這就延長了層流區(qū)，增加了摩擦損失，也浪費了材料，又大幅度地增加了機身長度和機器重量，而湍流膨脹機在結(jié)構(gòu)分離點處則采用了熱壁轉(zhuǎn)捩點調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)（7）加熱分離點處脈沖管（3）的外壁，促使氣流在該處分離轉(zhuǎn)捩，目的是減小摩擦損失，從而提高機器的等熵膨脹效率，同時大幅度減少機器的長度和重量。采用最保留余地的計算，從葉柵（2）至結(jié)構(gòu)分離點的距離為Lx＝ 1/2 t_j·W_A+ 1/2 t_j·u_2A+t_j·u_2m;t_j＝g/u₂;或者近似取Lx＝t_j·W_A;理想工況則取L_X＝10.5d。