CN102606548A - 径流式射流气波增压器 - Google Patents

Abstract

一种径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，避免了掺混扩散能量损失，具有等熵效率高、转速低、可带液操作、排气充分等优点。采用矩形变截面压力振荡管槽道，降低了射流的入射损失和流动损失；槽道为沿径向辐射布置的弯曲流道，利用离心力的作用，强化了膨胀和压缩过程，并促进了压缩后气体的充分排出；机内设有均压孔，可使不同压比下的性能均衡；压缩气出流口处设有扩压导流器，有效转化气流的动能。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

径流式射流气波增压器

技术领域

本发明径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。轴流式射流增压器也存在压缩气体难以排尽的缺点，其轴向尺寸较长。

发明内容

本发明提供一种高效、低转速、可带液操作、结构紧凑且排气充分的气体射流增压装置-径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。采用径流式的弯曲流道，利用离心力的作用，强化了膨胀和压缩过程并促使压缩后气体的充分排出，采用弯曲流道可获得更长的流道长度，减小了设备尺寸。

本发明的目的是：提供一种结构相对简单、体积小、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、且能排气充分的气体射流增压器，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。

本发明所采取的创新技术解决方案为：

转盘14的内部，圆周排布多条作为压力振荡管的封闭槽道15，高压射流喷嘴13和中压出流口3静止，分别置于转盘14的内圆面和外圆面，二者的轴向位置分别对齐于转盘14中槽道15的始端开口(内圆处)和末端开口(外圆处)。随着转盘14的旋转，高压射流喷嘴13向圆周辐射排布的槽道15中依次射流，产生压缩波压缩槽道内的气体使其升压，待槽道15随转盘14转过一定角度之后，其末端开口与中压出流口3周向重合，升压后的气体排出槽道15；射流后槽道15的始端开口由于转过高压射流喷嘴13，即被该喷嘴周边固壁封堵，在始端开口处产生膨胀波使该处压力降低，当槽道15始端开口转到与低压气引射口6重合时，低压气体被吸入槽道15，然后重复上述的射流和压缩过程。

本发明增压器中转盘14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)。

本发明主要由圆盘形、圆台形、或者圆盘接圆台形的转盘14，转盘盖板16，多条作为压力振荡管的槽道15，主轴11，上机体8，下机体19，高压射流喷嘴13，低压气引射口6，中压出流口3，均压孔17，高压进气口20和高压缓冲腔18，低压进气口1和低压缓冲腔2，中压出气口7和中压缓冲腔12，扩压导流器4，联轴器10以及电机9所组成，其特征是：转盘14内侧端面和转盘盖板16内侧端面之间围成的环腔内，以多条辐射状排列的隔断窄壁即栅板5对环腔进行圆周切分，在环腔内形成多条在转盘内圆周面和外圆周面两端开口、而侧周边封闭的成辐射状排布的槽道15，槽道15的轴线与转盘14的轴线垂直或成一定的夹角，也与转盘14的半径成一定的周向夹角，槽道15为直流道或弯曲流道，其通流截面为等截面、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15的深度、宽度，或深、宽尺寸不断增加的方式，沿着槽道15的流体向转盘外圆的流向渐扩式增加，高压射流喷嘴13与中压出流口3分别与压力振荡管槽道15的内圆周面始端口，和外圆周面末端口沿转盘14径向对齐，且二者的轴线沿转盘14转向错开一定的圆周夹角，中压出流口3与中压缓冲腔12相接处设有扩压导流器4，上机体8上还设有能使槽道与中压缓冲腔相通的均压孔17。

为使本发明径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15，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.槽道15为辐射状的弯曲流道，可利用离心力的作用，强化压缩和膨胀过程，并促使压缩后气体充分排出；采用弯曲流道可获得更长的流道长度，减小设备尺寸。

3.在中压出流口3和中压缓冲腔12之间设置扩压导流器4，将出流中压气的动能无损失地转化成压力能。

4.为保证不同压比下设备的性能均较佳，上机体上设有能使槽道与中压缓冲腔12相通的均压孔17，当完成一个循环后，若槽道15内的压力高于均压孔17，部分气体经由均压孔17排入中压缓冲腔12，使槽道15内的压力降低；反之亦然。这样可使槽道15内的压力基本与中压出流口的压力持平，避免在下一个循环，槽道15末端与中压出流口3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、体积小、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。本发明径流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方面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、真空提纯等场合也适用。

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为本发明径流式射流气波增压器的结构简图。

图2为转盘槽道第一种结构形式的简图。

图3为转盘槽道第二种结构形式的简图。

图4为均压孔位置和形状的示意图。

图中，1低压进气口，2低压缓冲腔，3中压出流口，4扩压导流器，5径向隔断栅板，6低压气引射口，7中压出气口，8上机体，9电机，10联轴器，11主轴，12中压缓冲腔，13高压射流喷嘴，14转盘，15压力振荡管槽道，16转盘盖板，17均压孔，18高压缓冲腔，19下机体，20高压进气口。

具体实施方式

本发明径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：

径流式射流气波增压器，由圆盘形、圆台形、或者圆柱接圆台形的转盘14，转盘盖板16，多条压力振荡管槽道15，主轴11，上机体8，下机体19，高压射流喷嘴13，低压气引射口6，中压出流口3，均压孔17，高压进气口20和高压缓冲腔18，低压进气口1和低压缓冲腔2，中压出气口7和中压缓冲腔12，联轴器10以及电机9所组成，转盘14内侧端面和转盘盖板16内侧端面之间围成的环腔内，以多条辐射状排列的隔断窄壁即栅板5对环腔进行圆周切分，在环腔内形成多条在转盘内圆周面和外圆周面两端开口、而侧周边封闭的成辐射状排布的槽道15。

多条隔断栅板5对转盘14内端面和转盘盖板16内端面之间围成的环腔进行圆周切分，在环腔内形成多条辐射状的两端开口槽道15的结构形式之一是，在转盘14内端面和转盘盖板16内端面加工出辐射状均布、且数量相同的窄沟槽，将转盘14和转盘盖板16同心布置，并使转盘14和转盘盖板16侧端面的各窄沟槽沿周向转角对齐，将栅板5插入对齐的窄沟槽后浸焊密封，形成盘体和盖板之间多条辐射状沿程密闭的槽道15。

多条隔断栅板5对转盘14下表面和转盘盖板16上表面之间围成的环腔进行圆周切分，在环腔内形成多条两端开口槽道15的结构形式之二是，在转盘14内端面加工出辐射状均布的槽道，再将转盘盖板16贴装于转盘14，其转盘盖板16内侧端面的轮廓和锥度与转盘14内侧端面的轮廓和锥度相同，形成盘体和盖板之间多条辐射状沿程密闭的槽道15。

槽道15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15长度的0％～100％。槽道15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15通流截面的高度范围为1～100mm，宽度范围为1～100mm。

槽道15沿着转盘14成辐射状排列，槽道15为直流道或弯曲流道，其轴线的切线方向与转盘14径向之间的夹角为-85～85°。在转盘14的圆台段，槽道15的轴线沿着径向逐渐向轴向延伸，其轴线与转盘轴线的夹角为30～90°

中压出流口3与中压缓冲腔12相接处设置的扩压导流器4，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°，流道轴线与转盘14轴线之间的弯曲夹角逐渐过渡减小，为90～0°。

高压射流喷嘴13与中压出流口3按圆周转向错开的夹角为5～330°，由上机体8和下机体19的相对转动定位，来调整确定该夹角。

均压孔17与中压出流口3之间具有10～180°的圆周旋转错角，顺转盘转动方向，中压出流口3在前，均压孔17在后。

槽道15的数量为5～300条，长度为10～2000mm，转盘14的直径为10～6000mm。

本发明径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20进到高压缓冲腔18，经静止的高压射流喷嘴13加速成射流，随着转盘14的转动而依次射入转盘的各个槽道15内，在槽道15内产生压缩波，增压槽道15内的气体，之后槽道转到对齐中压出流口3，增压气排出。槽道15与高压射流喷嘴13转开和被封堵后，会产生向槽道内传播的膨胀波，使槽道15始端的压力下降，槽道15随即又与低压气引射口6接通，低压气体进入槽道15。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12内汇集后连续排出。

径流式射流气波增压器的运行参数如下：

主轴11与转盘14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)

1.一种径流式射流气波增压器，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径流式射流气波增压器，主要由圆盘形、圆台形或者圆盘接圆台形的转盘(14)，转盘盖板(16)，多条作为压力振荡管的槽道(15)，主轴(11)，上机体(8)，下机体(19)，高压射流喷嘴(13)，低压气引射口(6)，中压出流口(3)，均压孔(17)，高压进气口(20)和高压缓冲腔(18)，低压进气口(1)和低压缓冲腔(2)，中压出气口(7)和中压缓冲腔(12)，扩压导流器(4)，联轴器(10)以及电机(9)所组成，其特征在于：转盘(14)内侧端面和转盘盖板(16)内侧端面之间围成的环腔内，以多条辐射状排列的隔断窄壁即栅板(5)对环腔进行圆周切分，在环腔内形成多条在转盘内圆周面和外圆周面两端开口、而侧周边封闭的成辐射状排布的槽道(15)，槽道(15)的轴线与转盘(14)的轴线垂直或成一定的夹角，也与转盘(14)的半径成一定的周向夹角，槽道(15)为直流道或弯曲流道，其通流截面为等截面、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(15)的深度、宽度，或深、宽尺寸不断增加的方式，沿着槽道(15)的流体向转盘外圆的流向渐扩式增加，高压射流喷嘴(13)与中压出流口(3)分别与压力振荡管槽道(15)的内圆周面始端口，和外圆周面末端口沿转盘(14)径向对齐，且二者的轴线沿转盘(14)转向错开一定的圆周夹角，中压出流口(3)与中压缓冲腔(12)相接处设有扩压导流器(4)，上机体(8)上还设有能使槽道(15)与中压缓冲腔(12)相通的均压孔(17)。

2.如权利要求1所述的增压器，其特征在于：多条隔断栅板(5)对转盘(14)内端面和转盘盖板(16)内端面之间围成的环腔进行圆周切分，在环腔内形成多条辐射状的两端开口槽道(15)的结构形式之一是，在转盘(14)内端面和转盘盖板(16)内端面加工出辐射状均布、且数量相同的窄沟槽，将转盘(14)和转盘盖板(16)同心布置，并使转盘(14)和转盘盖板(16)侧面的各窄沟槽沿周向转角对齐，将栅板(5)插入对齐的窄沟槽后浸焊密封，形成盘体和盖板之间多条辐射状沿程密闭的槽道(15)。

3.如权利要求1所述的增压器，其特征在于：多条隔断栅板(5)对转盘(14)下表面和转盘盖板(16)上表面之间围成的环腔进行圆周切分，在环腔内形成多条两端开口槽道(15)的结构形式之二是，在转盘(14)内端面加工出辐射状均布的槽道，再将转盘盖板(16)贴装于转盘(14)，其转盘盖板(16)内侧端面的轮廓和锥度与转盘(14)内侧端面的轮廓和锥度相同，形成盘体和盖板之间多条辐射状沿程密闭的槽道(15)。

4.如权利要求1所述的增压器，其特征在于：槽道(15)通流面积变化的形式为下述中的一种：从转盘内圆周始端向外圆周末端逐渐扩大；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(15)长度的0％～100％；？？

槽道(15)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(15)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(15)沿着转盘(14)成辐射状排列，槽道(15)为直流道或弯曲流道，其轴线的切线方向与转盘(14)径向之间的夹角为-85～85°；在转盘(14)的圆台段，槽道(15)的轴线沿着径向逐渐向轴向延伸，其轴线与转盘轴线的夹角为30～90°。

6.如权利要求1所述的增压器，其特征在于：中压出流口(3)与中压缓冲腔(12)相接处设置的扩压导流器(4)，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°，流道轴线与转盘(14)轴线之间的弯曲夹角逐渐过渡减小，为90～0°。

7.如权利要求1所述的增压器，其特征在于：高压射流喷嘴(13)与中压出流口(3)按圆周转向错开的夹角为5～330°，由上机体(8)和下机体(19)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：均压孔(17)与中压出流口(3)之间具有10～180°的圆周旋转错角，沿着转盘转动方向，中压出流口(3)在前，均压孔(17)在后。

9.如权利要求1所述的增压器，其特征在于：槽道(15)的数量为5～300条，长度为10～2000mm，转盘(14)的直径为10～6000mm。

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