[发明专利]超音热分离机

说明书

技术领域  属于利用气体压力膨胀制冷设备

背景技术  国内公告号CN2052509U“气波制冷机”撰写的效率数据比现有技术“法国NAT公司研制的旋转式热分离机的最新一代产品提高10～30％，公告号CN2082380U“脉冲制冷机”指出“气波制冷机，采用斜喷嘴效率低，采用电机拖动皮带轮调速可靠，效率高。”气波制冷法的核心技术是两个专利，将美国专利号3828574脉冲管末端用来增大反射激波压强P3，吸声频带窄的单个共振器改作“激波吸收腔”或“破波器”用来“吸收激波”或“防止激波反射”。法国纳特公司1969年开始试验热分离机，1980年法国超音热分离机公开、宣告了以法国1974年美国专利号3828574为代表的，依据亚音速技术方案结构设计的电机拖动运行，空气效率45％～50％的亚音热分离机被淘汰。专利号3828574特征：喷嘴、喷嘴前后阀板(一维非定型激波条件)，喷嘴倾斜，超音速进气道设计成没有吞咽激波效能的等截面管段亚音静子，负流入角，导致严重失速，只能靠电机拖动运行，脉冲管未端吸声频带窄的单个共振器。美国专利号3828574发明涉及喷嘴流脉冲气流装置，根据美国斯坦福大学S·J克兰《湍流附面层的计算和结构—技术发展水平》在0.8≤M≤1.2范围内，变成严重堵塞，即激波产生于转子喷嘴内，根据比利时冯·卡门流体动力学研究院《跨音状态的叶栅流》激波产生于转子里，这就增大了转子与静子之间的压力和温度，从而导致转子进入失速工作状态，对于飞机来说这种危险是极大的，实际上是没有质量流量范围的。因此，喷嘴结构应是出口马赫数M＞1.2的超音缩放喷嘴，根据冯·卡门作序的经典教科书，国内外普遍采用作为高年级大学生和研究生气体动力学课程的两本教科书，与超音转子喷嘴相对的叶栅结构应是超音速进气道，几何尺寸固定的超音进气道应是缩放结构的超音速喷管。因此，超音热分离机是由超音速上游禁迅原理构造流动和分析流动，上游禁迅即下游产生的挠动(压力温度密度变化)不影响上游流动状态，亚音速不具有这一特性。喷嘴的两壁沿旋转方向加厚为前后阀板U_A＝0，U_B＝0因此脉冲管内流动可按一维非定型激波计算。P₁是脉冲管出口压力，P₁和排气出口压强相等，P₃是脉冲管末端反射激波压强，P₁/P₃是激波管的基本参数，P₂/P₃定义膨胀波强度。一维非定性激波的一个极端是大压强差，最大膨胀T＝-273℃；一个极端是微小压强差，声学激波管，喷嘴出口气流速度与音速之比u/c即马赫数Mx＝1.0激波后My＝1.0，Py/Px≌1.0，Ty/Tx≌1.0声波等熵流动。热分离机是怎样制冷的，有必要在具体实施中说明。根据87101903.5湍流膨胀机发明专利研制的2Mpa、4Mpa撬装超音热分离机，经历了十多年石油气生产考核，积累了正反两方面经验。本机型的优势在于，可在其它机种很难工作的两相区域运行，达到工作状态非常快，不怕石油气水化物，这是其它机种做不到的，因此具有开发价值。本发明的任务是解决小膨胀比工况自动起动运行；提高机组效率；本机唯一的易损件是轴承，实现10Mpa压力大型机组轴承使用寿命连续运行3年以上。

发明内容  本发明提供了既可在大膨胀比工况条件下自动起动运行，也可在小膨胀比工况条件下自动起动运行的超音进口相对流动的自动起动运行结构；采用扩压效率100％的超音速扩压器(8)，在脉冲管(5)末端联通组合共振器(6)，共振腔内设置金属微穿孔板，将大部分声能转换为压力能，增加脉冲管末端反射激波压强，提高机器效率；本机无易损零件，采用轴向力平衡结构，可使10Mpa超音热分离机组连续运行3年以上。