[其他]湍流膨脹機

無效

• 申請號: 87201876
• 申請日: 1987-02-11
• 公開（公告）號: CN87201876U
• 公開（公告）日: 1987-10-14
• 發明（設計）人: 李樹云;石燕;郭廣錄;高林;朱國良;張恩庭;布叢;何兆華;劉冀朋
• 申請（專利權）人: 華北石油管理局勘探設計院
• 主分類號: F25B1/06
• 分類號: F25B1/06
• 代理公司: 石油工業專利服務中心
• 代理人: 文琦

本實用新型是一種利用壓力氣體膨脹制冷的湍流膨脹機，現有的旋轉式熱分離器用湍流結構措施改進后則發展為湍流膨脹機。

法國納特公司1974年的美國專利號3828574，英國專利號1485669提供的旋轉式熱分離器，其特征是小擾動結構。這種結構，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幅值近似相等，所以它的等熵膨脹效率較低，并已為國內樣機所證實，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》，1984.12美國《油氣雜志》中報導的法國納特公司八十年代的旋轉式熱分離器，其等熵膨脹效率高達83％，氣動轉速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撬裝化；其帶液調節結構是由出口溫度傳感器控制熱分離器進口聯接處的通道閥組成。當出口溫度升高（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噴嘴上形成的液化物，兩分鐘后閥關閉，恢復正常循環，這種調節方式雖然可取，但影響低溫分離流程的熱平衡，從而影響收率。

本實用新型的任務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有旋轉式熱分離器的基礎上，用湍流原理及實驗數據而設計的湍流膨脹機，該膨脹機的帶液調節結構采用超湍流流態調節結構；根據湍流產生率確定結構分離點；根據結構分離點確定聲頸管長度；在結構分離點處設置了熱壁轉捩點調節結構；并利用湍流效應產生的輻射熱量設計了湍流效應相互利用結構，本發明提供了全湍流流態結構等相互關連的結構措施。

附圖1是湍流膨脹機縮小比例的側視整體圖。

附圖2是附圖1的A向局部視圖。

附圖3是超湍流流態帶液調節結構示意圖。

附圖4是熱壁轉捩點調節結構（7）的位置示意圖。

附圖5是聯合產能裝置（8）與管線（9）熱壁轉捩點（7）的位置示意圖。

附圖6是附圖5的A向視圖。

附圖7是葉柵（2）里的超聲速擴壓器與旋轉噴嘴（1）的示意圖。

從附圖3可以看出湍流膨脹機提供的超湍流態調節結構是由風機（10）、溫度傳感器（12）和風機出口閥（11）組成，風機（10）的葉輪與旋轉噴嘴（1）裝在同一主軸上，溫度傳感器（12）設置在排氣管上，溫度傳感器（12）控制風機（10）的出口閥（11）當出口溫度升高（效率下降）時，閥（11）自動開大，旋轉噴嘴（1）則提高轉速運行，提高轉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，用湍流效應產生的輻射熱量。氣化聲頸管（3）葉柵（2）和旋轉噴嘴（1）內形成的液化物，3－5分鐘后恢復正常轉速運行，整個過程效率呈遞增現象，用這種超湍流流態帶液調節結構，不僅調節方式簡單，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所示的湍流膨脹機的熱壁轉捩點調節結構（7）的位置示意圖，在壓力氣體進機溫度較低時，原有的旋轉式熱分離器的聲頸管（8）的冷壁會強烈地抑制分離、轉捩，為此旋轉式熱分離器采取了一再增加聲頸管（3）長度的措施，這就延長了層流區，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，而湍流膨脹機在結構分離點處則采用了熱壁轉捩點調節結構（7）加熱分離點處聲頸管（3）的外壁，促使氣流在該處分離轉捩，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。從葉柵（2）至結構分離點的距離為L_X＝ 1/2 tj·W_A＝ 1/2 g／u₂·W_A；

g為旋轉噴嘴閥板（13）、（14）的長度；u₂為旋轉噴嘴（1）的輪緣的圓周速度；tj為聲頸管（3）的急關閉（開啟）時間；W_A為最大膨脹比對應的激波前的氣流速度。由葉柵（2）至結構分離點的距離L_X可得到最佳聲頸管（3）的長度L：

L＝L_X／0.119863；

湍流膨脹機聲頸管（3）的長度比現有旋轉式熱分離器的聲頸管長度短60％，由此可見采用熱壁轉捩點調節結構，可以保障在結構分離點處分離轉捩，從而大幅度的減少機器的體積和重量。