CN105222387B - 一种脉管膨胀机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种脉管膨胀机，包括热端调相器、脉管(61)，高压气体口，低压气体口，低压气体口和高压气体口设有气体均匀器，采用的气体均匀器可分为低压气体均匀器(618a)和高压气体均匀器(618c)，低压气体均匀器(618a)设置在侧面，高压气体均匀器(618c)设置在高压气体进口处。与现有技术相比，本发明具有减低气体混合损失，提高膨胀效率等优点。

Description

一种脉管膨胀机

技术领域

本发明涉及一种膨胀装置，尤其是涉及一种脉管及脉管膨胀机。

背景技术

脉管膨胀机是一种能将高压气体膨胀到低压气体的膨胀装置。由脉管，高压进气阀，低压进气阀，几个气库和气库阀门组成。其原理是气体在脉管里膨胀做功制冷。脉管里的气体可分为三部分，一部分是要膨胀的气体，是低温的，一部分是充当气体活塞的气体，一部分是从气库流来又流回气库的气体，是室温的。由于工质是气体，在脉管里冷热气体容易混合，但这会造成很大的混合损失。所以需要在脉管的两端加气体均匀器(中国专利93105608X)，气体均匀器是多孔的，可使气体流入脉管均匀地在脉管内流动，从而减小高温气体与低温气体的混合损失。但气体均匀器本身的换热面积很大，当高压气体在脉管冷端膨胀后经气体均匀器流出时，温度低于其在高压时的温度，要将气体均匀器温度降低；当下一个周期高压气体经气体均匀器流入时，会被气体均匀器冷却，这样其开始膨胀的温度低于膨胀机进口的温度，从而使膨胀功减少，也即膨胀效率降低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种减少在气体均匀中由于高低压气体(温度不同)轮流通过同一个气体均匀器由于气体温度不同导致的换热损失，进而提高膨胀效率的脉管膨胀机。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种脉管膨胀机，包括热端调相器、连接上进气口的气库和阀门、脉管，高压气体口，低压气体口，所述的低压气体口和高压气体口设有气体均匀器，将高低压气体的气体均匀器分开设置，两者之间不会有影响。

所述的脉管由自上而下依次连接的上气体进口段、中间段及下气体进口段构成，

所述的上气体进口段与中间段之间设有上气体均匀器，气体均匀器的作用是让气体从进口段进入时比较均匀，

所述的下气体进口段上连接有低压气体出口及高压气体进口。

优选地，脉管为直管、弯管或复合管结构。

优选地，低压气体出口开设在围绕下气体进口段的环状进口腔上，该环状进口腔通过开设在下气体进口段上的环状低压气体开口与下气体进口段联通，在环状进口腔内设有低压气体均匀器。

作为更加优选的技术方案，低压气体均匀器设置在环状低压气体开口内。

作为更加优选的技术方案，低压气体均匀器为设置在下气体进口段管壁上的小孔群。

优选地，高压气体进口处设有高压气体均匀器。

优选地，高压气体进口设在低压气体出口的下方，而且高压气体进口与低压气体出口还可以互换。

脉管膨胀机还包括

气库，经阀芯与凸轮箱连接，

低压出气管路、高压进气管路，经阀芯与凸轮箱连接，

连接气库的阀芯经管道与脉管的上气体进口段联通，连接低压出气管路及高压进气管路的阀芯经管道分别与脉管的低压气体出口及高压气体进口联通。

脉管的原理是在脉管里有一股从不流出脉管的气体，该气体相当于气体活塞。理想的脉管是气体成层分布，不混合，实际是气体有混合，设计中尽可能使气体不混合。

待膨胀的高压气体进入脉管之前，温度较高，膨胀后温度降低，下气体均匀器的温度受到二者的冲刷，温度介于二者之间，这样，下气体均匀器会冷却待膨胀高压气体，加热膨胀后的低压气体，从而引起不可逆损失，降低膨胀效率。因此，为了避免上述情况，在低压气体口和高压气体口设有气体均匀器，将高低压气体的气体均匀器分开设置，解决了在减少在气体均匀中由于高低压气体(温度不同)轮流通过同一个气体均匀器，使气体在经过气体均匀器时温度发生变化，导致膨胀效率下降的问题。

在脉管的热端，流出的气体温度较高，流入的温度较低，上气体均匀器的温度受到二者的冲刷，温度介于二者之间，这样，上气体均匀器会冷却流出的气体，加热流入后的低压气体，从而引起不可逆损失。

由于提升阀漏气很小，阀组件可以做的很长导热减小，因而很适合用于脉管膨胀机。

附图说明

图1为脉冲膨胀机的结构示意图；

图2为实施例2中脉管的结构示意图；

图3为实施例3中脉管的结构示意图；

图4为实施例4中脉管的结构示意图。

图中，1-凸轮箱、2-阀芯、61-脉管、611-中间段、613b-上气体均匀器、614a-下气体进口段、614b-上气体进口段、615-低压气体出口、615b-环状低压气体开口、615c-环状进口腔、616-高压气体入口、617-上气体进口、618a-低压气体均匀器、618b-小孔群、618c-高压气体均匀器、621-气库、622-气库、623-气库、631-高压进气管路、632-低压出气管路、3-凸轮箱盖、4-电机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种脉管膨胀机，其结构如图1所示，主要包括脉管61，脉管61可以为直管、弯管或复合管结构，在本实施例中，脉管61为直管结构，由自上而下依次连接的上气体进口段614b、中间段611及下气体进口段614a构成，上气体进口段614b与中间段611之间设有上气体均匀器613b，下气体进口段614a上连接有低压气体出口615及高压气体进口616，高压气体进口616与低压气体出口615还可以互换，在本实施例中，高压气体进口616设在低压气体出口615的下方，在低压气体出口615和高压气体进口616均设有气体均匀器。气体均匀器的作用是让气体从进口段进入时比较均匀，更重要的是可以减少在气体均匀中由于高低压气体(温度不同)轮流通过同一个气体均匀器，使气体在经过气体均匀器时温度发生变化，导致膨胀效率下降的问题。高压气体入口616在下面的目的是使高压气体在下气体进口段614a中流动更长距离，从而尽可能消除入口时的入口效应，减少混合。

除了脉管之外，其余组件还包括气库621、气库622、气库623，经阀芯2与凸轮箱1连接，上述阀芯2经管道与脉管61的上气体进口段614b联通，另外还设有低压出气管路632、高压进气管路631，经阀芯2与凸轮箱1连接，并且经管道分别与脉管61的低压气体出口615及高压气体进口616联通。凸轮箱1还连接有凸轮箱盖3以及电机4。

气库623与脉管相通，后断开；气库621与脉管相通之后，低压出气管路632与脉管61的底部相通，气库621和低压出气管路632与脉管61的底部断开；气库623与脉管61相通，后断开；气库622与脉管61相通之后，高压进气管路631与脉管61底部相通，气库622和高压进气管路631与脉管61底部断开。

在上述的阀的开闭过程中，气体的过程如下：

气库623与脉管相通，脉管61上部的气体流入气库623里，待到压力降为与气库623的压力接近时，气库623与脉管断开；

气库621与脉管61相通，脉管61上部的气体流入气库621里，压力降到接近气库621的压力时，低压出气管路632与脉管61底部相通，脉管底部的低温低压气体流入低压出气管路632，气库621里的气体流入脉管61的上部，推动脉管底部的气体流出。之后，气库621与脉管61断开，低压出气管路632与脉管61断开。

气库623与脉管相通，气库623里的气体流入脉管61的上部，待到压力升到接近气库623的压力时，气库623与脉管断开；

气库622与脉管61相通，气库622里的气体流入脉管61的上部，压力升到接近气库622的压力时，高压进气管路631与脉管61底部相通，高压进气管路631里的气体流入脉管61底部，脉管61上部的气体流入气库622里，带动高压进气管路631里的气体流入脉管底部。之后，气库622与脉管61断开，高压进气管路631与脉管61断开。

按上述过程，气库621的压力略高于低压出气管道632的压力，气库622的压力略低于高压进气管道631的压力，气库623的压力约是高压进气管道631与低压出气管道632的平均。

实施例2

脉管膨胀机使用的脉管，其结构如图2所示，与实施例1中的脉管结构大致相同，不同之处在于，低压气体出口615开设在围绕下气体进口段614a的环状进口腔615c上，该环状进口腔615c通过开设在下气体进口段614a上的环状低压气体开口615b与下气体进口段614a联通，在环状进口腔615c内设有低压气体均匀器618a。除此之外，高压气体进口616处设有高压气体均匀器618c，脉管顶部设有上气体进口617。

实施例3

脉管膨胀机使用的脉管，其结构如图3所示，与实施例2中的脉管结构大致相同，不同之处在于，低压气体均匀器618a直接设置在环状低压气体开口615b内。

实施例4

脉管膨胀机使用的脉管，其结构如图4所示，与实施例2中的脉管结构大致相同，不同之处在于，低压气体均匀器618a为设置在下气体进口段614a管壁上的小孔群618b。

实施例5

一种脉管，由自上而下依次连接的上气体进口段、中间段及下气体进口段构成，上气体进口段与中间段之间设有上气体均匀器，气体均匀器的作用是让气体从进口段进入时比较均匀，下气体进口段上连接有低压气体出口及高压气体进口，高压气体进口设在低压气体出口的下方。

其中，低压气体出口开设在围绕下气体进口段的环状进口腔上，该环状进口腔通过开设在下气体进口段上的环状低压气体开口与下气体进口段联通，在环状进口腔内设有低压气体均匀器，高压气体进口处设有高压气体均匀器。

Claims (10)

1.一种脉管膨胀机，包括热端调相器、脉管(61)，高压气体进口，低压气体出口，其特征在于，所述的低压气体出口和高压气体进口均分别设有气体均匀器。

2.根据权利要求1所述的一种脉管膨胀机，其特征在于，所述的脉管(61)由自上而下依次连接的上气体进口段(614b)、中间段(611)及下气体进口段(614a)构成，

所述的上气体进口段(614b)与中间段(611)之间设有上气体均匀器(613b)，

所述的下气体进口段(614a)上连接有低压气体出口(615)及高压气体进口(616)。

3.根据权利要求2所述的一种脉管膨胀机，其特征在于，所述的脉管(61)为直管、弯管或复合管结构。

4.根据权利要求2所述的一种脉管膨胀机，其特征在于，所述的低压气体出口(615)开设在围绕下气体进口段(614a)的环状进口腔(615c)上，该环状进口腔(615c)通过开设在下气体进口段(614a)上的环状低压气体开口(615b)与下气体进口段(614a)联通，在环状进口腔(615c)内设有低压气体均匀器(618a)。

5.根据权利要求4所述的一种脉管膨胀机，其特征在于，所述的低压气体均匀器(618a)设置在环状低压气体开口(615b)内。

6.根据权利要求4所述的一种脉管膨胀机，其特征在于，所述的低压气体均匀器(618a)为设置在下气体进口段(614a)管壁上的小孔群(618b)。

7.根据权利要求2所述的一种脉管膨胀机，其特征在于，所述的高压气体进口(616)处设有高压气体均匀器(618c)。

8.根据权利要求2-6中任一项所述的一种脉管膨胀机，其特征在于，所述的高压气体进口(616)设在低压气体出口(615)的下方。

9.根据权利要求8所述的一种脉管膨胀机，其特征在于，所述的高压气体进口(616)与低压气体出口(615)可互换。

10.根据权利要求1所述的一种脉管膨胀机，其特征在于，还包括

气库(621,622,623)，经阀芯(2)与凸轮箱(1)连接，

低压出气管路(632)、高压进气管路(631)，经阀芯(2)与凸轮箱(1)连接，

连接气库(621,622,623)的阀芯(2)经管道与脉管(61)的上气体进口段(614b)联通，连接低压出气管路(632)及高压进气管路(631)的阀芯(2)经管道分别与脉管(61)的低压气体出口(615)及高压气体进口(616)联通。