CN105222388B - 一种带喇叭口的脉管膨胀机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带喇叭口的脉管膨胀机，包括热端调相器、脉管(61)，高压气体进口(616)，低压气体出口(615)，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，还包括连接在中间段(611)和下气体进口段之间的下喇叭口(612a)，下喇叭口(612a)的横截面自上而下逐渐减小。与现有技术相比，本发明具有减少气体换热损失，提高膨胀效率等优点。

Description

一种带喇叭口的脉管膨胀机

技术领域

本发明涉及一种膨胀装置，尤其是涉及一种带喇叭口的脉管膨胀机。

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增加喇叭口结构以减小气体均匀器面积，进而减小高低压气体流经气体均匀器的换热损失的带喇叭口的脉管膨胀机。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种带喇叭口的脉管膨胀机，包括热端调相器、脉管，高压气体进口，低压气体出口，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，

还包括连接在中间段和下气体进口段之间的下喇叭口，该下喇叭口的横截面自上而下逐渐减小，下喇叭口及下气体进口段之间设有下气体均匀器。

优选地，上气体进口段与中间段之间还设有上喇叭口，上喇叭口的横截面自上而下逐渐增大，上气体进口段与上喇叭口之间设有上气体均匀器。

优选地，脉管为直管、弯管或复合管结构。

优选地，下气体进口段上连接有低压气体出口及高压气体进口，高压气体进口与低压气体出口的位置可互换。

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。

更加优选地，还包括低压气体均匀器及高压气体均匀器，其中，低压气体均匀器设置在环状进口腔侧面或是设置在环状低压气体开口内，又或者是设置在下气体进口段管壁上的小孔群，高压气体均匀器设置在高压气体进口处。

带喇叭口的脉管膨胀机还包括

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。但其均匀化的效果又可减低气体换热损失，从而提高效率。

如果没有喇叭口，要有好的气体均匀器，也会引入很大的不可逆损失。这对上部来讲，没有问题，因为下部的气体的膨胀功传递给上部的气体，最后由阀门和传热等不可逆过程变为热损失掉了。对下部来讲，减低膨胀效率。因此，下部的喇叭口很重要。

需要喇叭口的另一个原因是脉管要有足够的面积从而使气体在脉管里的流速低以减小混合损失，因而脉管不能过分细长，因而与进口段的直径一般有差异。

由于提升阀漏气很小，阀组件可以做的很长导热减小，因而很适合用于带喇叭口的脉管膨胀机。

除此之外喇叭口配合低压气体均匀器和高压气体均匀器使用，可以使脉管内流动更加均匀接近层流流动，减少混合损失。

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、612a-下喇叭口、612b-上喇叭口、613a-下气体均匀器、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

一种带喇叭口的脉管膨胀机，其结构如图1所示，主要包括脉管61，该脉管61由自上而下依次连接的上气体进口段614b、上喇叭口612b、中间段611、下喇叭口612a及下气体进口段614a构成，上气体进口段614b与上喇叭口612b之间设有上气体均匀器613b，下喇叭口612a及下气体进口段614a之间设有下气体均匀器613a，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设在低压气体出口615的下方。上喇叭口612b的横截面自上而下逐渐增大，下喇叭口612a的横截面自上而下逐渐减小。喇叭口的作用是让气体流动均匀而不引起大的混合。气体均匀器的作用是让气体从进口段进入喇叭口时比较均匀。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

带喇叭口的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，脉管中还包括有低压气体均匀器618a和高压气体均匀器618c。

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。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

带喇叭口的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

带喇叭口的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

一种带喇叭口的脉管膨胀机，与实施例1大致相同，不同之处在于，本实施例中采用的脉管为弯管结构，并且不设置有上喇叭口，上气体均匀器设置在中间段的上端。

Claims (10)

1.一种带喇叭口的脉管膨胀机，包括热端调相器、脉管(61)，高压气体进口(616)，低压气体出口(615)，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，

其特征在于，还包括连接在中间段(611)和下气体进口段(614a)之间的下喇叭口(612a)，该下喇叭口(612a)的横截面自上而下逐渐减小，下喇叭口(612a)及下气体进口段(614a)之间设有下气体均匀器(613a)。

2.根据权利要求1所述的一种带喇叭口的脉管膨胀机，其特征在于，所述的上气体进口段(614b)与中间段(611)之间还设有上喇叭口(612b)，上喇叭口(612b)的横截面自上而下逐渐增大，上气体进口段(614b)与上喇叭口(612b)之间设有上气体均匀器(613b)。

3.根据权利要求1所述的一种带喇叭口的脉管膨胀机，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1所述的一种带喇叭口的脉管膨胀机，其特征在于，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)，高压气体进口(616)与低压气体出口(615)的位置可互换。

5.根据权利要求4所述的一种带喇叭口的脉管膨胀机，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。

6.根据权利要求5所述的一种带喇叭口的脉管膨胀机，其特征在于，还包括设置在环状进口腔(615c)侧面的低压气体均匀器(618a)。

7.根据权利要求5所述的一种带喇叭口的脉管膨胀机，其特征在于，还包括设置在环状低压气体开口(615b)内的低压气体均匀器(618a)。

8.根据权利要求5所述的一种带喇叭口的脉管膨胀机，其特征在于，还包括设置在下气体进口段(614a)管壁上的小孔群(618b)构成的低压气体均匀器(618a)。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的一种带喇叭口的脉管膨胀机，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)。

10.根据权利要求1所述的一种带喇叭口的脉管膨胀机，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。