CN102606547A - 轴流式射流气波增压器 - Google Patents

Abstract

一种轴流式射流气波增压器，依靠运行压力波实现高压和低压气体之间的能量交换，避免了参混扩散能量损失，具有等熵效率较高、转速低，可带液操作等优点。采用矩形变截面的压力振荡管槽道，降低了射流的入射损失和流动损失；机内设有均压口，使不同压比的性能均衡；压缩出流口处设有扩压导流器，有效转化气流动能。本发明能充分利用生产过程中的压力能、天然气等地层的压力能，可为压力能源的有效利用提供一种高效的设备选择。

Description

轴流式射流气波增压器

技术领域

本发明轴流式射流气波增压器属于以气体射流实现增压的技术领域。

背景技术

气体压力能的综合利用具有重要的经济效益和社会效益。在利用高压气体膨胀做功对低压气体进行压缩方面，常用的设备有膨胀机-压缩机组、涡轮增压器和喷射器。透平和涡轮增压器依靠叶轮传递能量，结构复杂，旋转速度高且难以带液操作。喷射器虽然具有无转动件、结构简单等特点，但其效率很低，只有百分之十几。

发明内容

本发明提供一种高效、低转速并可带液操作的气体射流增压装置-轴流式射流气波增压器。

本发明增压器中，高压和低压两路气体直接接触，依靠气体压力波传递高压气体脉冲膨胀功的能量，直接对低压气体进行压缩，可得到一股居中压力的气体。与常规射流混合压缩不同，上述过程基本无两路气体的掺混，因此射流能量损失小，压缩效率高。

本发明提供了一种结构相对简单、高效、转速低、维护方便、可带液运行、处理量弹性大、介质适应性强的气体射流增压器，满足油、气田开采和其他场合下，对带压气体压力能高效利用的需求。

本发明所采取的技术解决方案为：

本发明是一种依靠压力气体依次射流，做出非定常膨胀功而增压的轴流式射流气波增压器，主要由圆柱形、圆台形、或者圆柱接圆台形的转鼓9，转鼓外套11，多条作为压力振荡管的槽道10，主轴18，左机体4，右机体16，外壳12，高压射流喷嘴2，低压气引射口8，中压出流口13，均压口20，高压进气口1和高压缓冲腔3，低压进气口7和低压缓冲腔6，中压出气口15和中压缓冲腔19所组成。在转鼓9的内部，圆周排布有多条作为压力振荡管的封闭槽道10，高压射流喷嘴2和中压出流口13静止，分别置于转鼓9的两端，二者的径向半径高度，分别对齐于转鼓9中槽道10的始端开口和末端开口。随着转鼓9的旋转，高压射流喷嘴2向圆周排布的槽道10中依次射流，产生压缩波压缩槽道10内的气体使其升压，待槽道10随转鼓转过一定角度之后，其末端开口与中压出流口13周向重合，升压后的气体排出槽道；射流后槽道10的始端开口由于转过高压射流喷嘴2，即被该喷嘴周边的固壁封堵，在始端开口处产生膨胀波使该处压力降低，当槽道10始端开口转到与低压气引射口8重合时，低压气被吸入槽道10，然后重复上述的射流和压缩过程。

本发明增压器中转鼓9的旋转，只是为产生周期性的射流、压缩、排气和吸气所需，而不是像涡轮机械那样进行能量转换，因此其转速不需要很高(＜5000r/min)。

转鼓9外圆和转鼓外套11内圆之间围成的环腔内，以多条长的沿纵向隔断的窄壁即栅板21对环腔进行周向切分，在环腔内形成多条两端开口、而周边封闭的槽道10，槽道10的轴线与转鼓9的轴线成一定的径向扩张角，也与转鼓9表面的母线成一定的周向夹角，槽道的通流截面为等截面、变截面或者等截面加变截面；变截面的通流面积，采用将槽道10的深度、宽度，或深、宽尺寸不断增加的方式，沿着槽道10中的流体流向渐扩式增加，高压射流喷嘴2与中压出流口13分别与压力振荡管槽道10的始端口和末端口径向对齐，且二者的轴线沿着转鼓的转向错开一定的圆周夹角，中压出流口13与中压缓冲腔19相接处设有扩压导流器14，右机体16上还设有能使槽道10与中压缓冲腔19相通的均压孔20。

为使本发明轴流式射流气波增压器具有较高的效率和适应性，还采用了如下几种结构特征：

1.作为压缩过程关键流道的槽道10，其通流面积沿流向为逐渐扩张、或部分长度段是逐渐扩张的，以削弱压缩波叠加成激波的强度，改善过程的等熵性，提高压缩效率。

2.在中压出流口13与中压缓冲腔19之间设置扩压导流器14，将出流中压气的动能无损失地转化成压力能。

3.为保证不同压比下设备的性能均较佳，右机体16上设有能使槽道10与中压缓冲腔(19)相通的均压孔20，当完成一个循环后，若槽道10内的压力高于均压孔20，部分气体经由均压孔20排入中压缓冲腔19，使槽道内的压力降低；反之亦然。这样可使槽道10内的压力基本与中压出流口13的压力持平，避免在下一个循环，槽道10末端开口与中压出流口13重合时，产生干扰压力波。

本发明的有益效果是：

获得一种转速低、结构相对简单，能量传递速度快、可带液运行，能高效实现两种气体之间压力交换、有效利用压力能的新型增压设备。本发明轴通式射流气波增压器适合于各种气体介质间的压力能交换，在利用高压高产气井天然气压力能来提升低压低产气井的压力等级，使低压气井稳产高产具有很大的应用价值。此外，在工业废气压力能利用、以及石油和化学工业中的真空蒸发、真空提纯等也适用。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

附图说明

图1为本发明轴流式射流气波增压器的结构示意图。

图2为转鼓槽道第一种结构形示意图。

图3为转鼓槽道第二种结构形示意图。

图4为均压口位置和形状的示意图。

图中：1高压进气口，2高压射流喷嘴，3高压缓冲腔，4左机体，

5左机体压紧法兰，6低压缓冲腔，7低压进气口，8低压气引射口，9转鼓，10压力振荡管槽道，11转鼓外套，12外壳，13中压出流口，14扩压导流器，15中压出气口，16右机体，17右机体压紧法兰，18主轴，19中压缓冲腔，20均压口，21纵向隔断栅壁。

具体实施方式

本发明轴流式射流气波增压器的一种典型的实施方式描述如下，但不只局限于此种实施方式：

轴流式射流气波增压器，主要由圆柱形、圆台形、或圆柱与圆台组合形的转鼓9，转鼓外套11、多条压力振荡管槽道10、主轴18、左机体4、右机体16、外壳12、高压射流喷嘴2、低压气引射口8、中压出流口13、均压口20、高压进气口1和高压缓冲腔3、低压进气口7和低压缓冲腔6、中压出气口15和中压缓冲腔19所组成，在转鼓9外圆和转鼓外套11内圆之间，由多条长纵向隔断的窄壁21对转鼓9外圆和转鼓外套11内圆之间所围成的环腔进行切分，形成多条圆周环向排布的两端敞口、周边封闭的槽道10，槽道10沿着转鼓9的轴向纵贯排布。

多条长纵向隔断的窄壁21对转鼓9外圆和转鼓外套11内圆之间围成的环腔进行切分，在环腔内形成多条两端开口槽道10的结构形式之一是，在转鼓9外圆表面和转鼓外套11内圆表面纵向加工出沿周向均布、且数量相同的窄沟槽，将转鼓9和转鼓外套11同心布置，并使转鼓9和转鼓外套11上的各窄沟槽沿径向辐射方向对齐，将栅板21插入对齐的窄沟槽后浸焊密封，形成鼓、套之间多条纵向沿程密闭的槽道10。

多条长纵向隔断的窄壁21对转鼓9外圆和转鼓外套11内圆之间围成的环腔进行切分，在环腔内形成多条两端开口槽道10的结构形式之二是，在转鼓9外圆表面纵向加工出沿周向均布的槽道，再将转鼓外套11套入转鼓9，其转鼓外套11的内径和锥度与转鼓9的外径和锥度相等，形成鼓、套之间多条纵向沿程密闭的槽道10。

槽道10的通流面积沿程变化，变化的形式为下述中的一种：自始端向末端逐渐扩大，或先逐渐扩大后再保持不变，或先保持不变之后再逐渐扩大，或始终不变，即渐扩段的长度占整个槽道10长度的0％～100％。槽道10通流面积渐扩的方法是在其深度、宽度方向上逐增，渐扩角为0～60°之间，槽道10通流截面的高度范围为1～100mm，宽度范围为1～100mm。

槽道10沿着转鼓的纵向排列，其轴线与转鼓9表面母线之间的夹角为0～50°；在转鼓9的圆台段内，槽道10的轴线沿着纵向逐渐向径向扩张，与转鼓轴线的夹角为0～60°。

中压出流口13与中压缓冲腔19相接处设有扩压导流器14，它由曲面过渡的渐扩封闭流道构成，流道的扩张角为5～60°，流道轴线与转鼓9轴线之间的径向弯曲夹角逐渐过渡增大，为0～90°。

高压射流喷嘴2与中压出流口13按圆周转向错的开夹角为5～330°，由左、右机体4和16的相对转动定位，来调整确定该夹角。

均压口20与中压出流口13之间具有10～180°的圆周旋转错角，顺转鼓转动方向，中压出流口13在前，均压口20在后。

槽道10的数量为5～300条，长度为10～4000mm，转鼓9的直径为10～4000mm。

本发明轴流式射流气波增压器的工作机理叙述如下：

高压气体从高压进气口1进到高压缓冲腔3，经静止的高压射流喷嘴2加速成射流，随着转鼓9的转动而依次射入转鼓的各个槽道10内，在槽道10内产生压缩波，增压槽道10内的气体，之后槽道转到对齐中压出流口13，增压气排出。槽道10与高压射流喷嘴2转开和被封堵后，会产生向槽道内传播的膨胀波，使槽道10始端的压力下降，槽道10随即又与低压气引射口8接通，低压气体进入槽道10。由于旋转，使各个槽道依次不断地工作，所以增压过程可连续进行，气体在中压缓冲腔19内汇集后连续排出。

轴流式射流气波增压器的运行参数如下：

主轴18与转鼓9的转速：300～6000r/min；

进出口的压力范围：0～15MPa；

高低压气体的压比范围：1.2～6。

Claims (9)

1.一种轴流式射流气波增压器，主要由圆柱形、圆台形或者圆柱接圆台形的转鼓(9)，转鼓外套(11)，多条作为压力振荡管的槽道(10)，主轴(18)，左机体(4)，右机体(16)，外壳(12)，高压射流喷嘴(2)，低压气引射口(8)，中压出流口(13)，均压口(20)，高压进气口(1)和高压缓冲腔(3)，低压进气口(7)和低压缓冲腔(6)，中压出气口(15)和中压缓冲腔(19)所组成，其特征在于：转鼓(9)外圆和转鼓外套(11)内圆之间围成的环腔内，以多条长的沿纵向隔断的窄壁即栅板(21)对环腔进行周向切分，在环腔内形成多条两端开口而周边封闭的槽道(10)，槽道(10)的轴线与转鼓(9)的轴线成一定的径向扩张角，也与转鼓(9)表面的母线成一定的周向夹角，槽道(10)的通流截面为等截面、变截面或者等截面加变截面，变截面的通流面积，采用将槽道(10)的深度、宽度，或深、宽尺寸不断增加的方式，沿着槽道(10)中的流体流向渐扩式增加，高压射流喷嘴(2)与中压出流口(13)分别与压力振荡管槽道(10)的始端口和末端口径向对齐，且二者的轴线沿着转鼓的转向错开一定的圆周夹角，中压出流口(13)与中压缓冲腔(19)相接处设有扩压导流器(14)，右机体(16)上还设有能使槽道(10)与中压缓冲腔(19)相通的均压孔(20)。

2.如权利要求1所述的增压器，其特征在于：多条长纵向隔断的窄壁(21)对转鼓(9)外圆和转鼓外套(11)内圆之间围成的环腔进行切分，在环腔内形成多条两端开口槽道(10)的结构形式之一是：在转鼓(9)外圆表面和转鼓外套(11)内圆表面纵向加工出沿周向均布、且数量相同的窄沟槽，将转鼓(9)和转鼓外套(11)同心布置，并使转鼓(9)和转鼓外套(11)上的各窄沟槽沿径向辐射方向对齐，将栅板(21)插入对齐的窄沟槽后浸焊密封，形成鼓、套之间多条纵向沿程密闭的槽道(10)。

3.如权利要求1所述的增压器，其特征在于：多条长纵向隔断的窄壁(21)对转鼓(9)外圆和转鼓外套(11)内圆之间围成的环腔进行切分，在环腔内形成多条两端开口槽道(10)的结构形式之二是：在转鼓(9)外圆表面纵向加工出沿周向均布的槽道，再将转鼓外套(11)套入转鼓(9)，其转鼓外套(11)的内径和锥度与转鼓(9)的外径和锥度相等，形成鼓、套之间多条纵向沿程密闭的槽道(10)。

4.如权利要求1所述的增压器，其特征在于：槽道(10)通流面积变化的形式为下述中的一种：自始端向末端逐渐扩大；先逐渐扩大后再保持不变；先保持不变之后再逐渐扩大；始终不变，即渐扩段的长度占整个槽道(10)长度的0％～100％；

槽道(10)通流面积渐扩的方法是在其深度、宽度方向上逐增，渐扩角为0～60°之间，槽道(10)通流截面的高度范围为1～100mm，宽度范围为1～100mm。

5.如权利要求1所述的增压器，其特征在于：槽道(10)沿着转鼓的纵向排列，其轴线与转鼓(9)表面母线之间的夹角为0～50°；在转鼓(9)的圆台段内，槽道(10)的轴线沿着纵向逐渐向径向扩张，与转鼓轴线的夹角为0～60°。

6.如权利要求1所述的增压器，其特征在于：中压出流口(13)与中压缓冲腔(19)相接处设置的扩压导流器(14)，是由曲面过渡的渐扩封闭流道构成的，流道的扩张角为5～60°，流道轴线与转鼓(9)轴线之间的径向弯曲夹角逐渐过渡增大，为0～90°。

7.如权利要求1所述的增压器，其特征在于：高压射流喷嘴(2)与中压出流口(13)按圆周转向错的开夹角为5～330°，由左、右机体(4)和(16)的相对转动定位，来调整确定该夹角。

8.如权利要求1所述的增压器，其特征在于：均压口(20)与中压出流口(13)之间具有10～180°的圆周旋转错角，顺转鼓转动方向，中压出流口(13)在前，均压口(20)在后。

9.如权利要求1所述的增压器，其特征在于：槽道(10)的数量为5～300条，长度为10～4000mm，转鼓(9)的直径为10～4000mm。

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