RU2323395C1

RU2323395C1 - Pulsating refrigerating machine

Info

Publication number: RU2323395C1
Application number: RU2007109889/06A
Authority: RU
Inventors: Юрий Герасимович Зубков (RU); Юрий Герасимович Зубков; Андрей Борисович Кузнецов (RU); Андрей Борисович Кузнецов; Владимир Иванович Чуприн (RU); Владимир Иванович Чуприн
Original assignee: Юрий Герасимович Зубков; Андрей Борисович Кузнецов; Владимир Иванович Чуприн
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2008-04-27

Abstract

FIELD: refrigerating and cryogenic engineering.

SUBSTANCE: pulsating refrigerating machine comprises hollow housing with supplying and discharging branch pipes and pulsating pipe bank. Each pipe is connected with the housing space from one of the faces. Each of the main receivers is connected with the free face of the corresponding pulsating tube. The housing receives slide valve for permitting rotation for alternating connection with each pulsating pipe with supplying and discharging branch pipes. The slide valve is mounted with a minimum spaced relation to the housing from the side of its face, faces the pulsating pipes, and has a nozzle for supplying compressed gas to the pulsating pipes and port for discharging gas from pulsating pipes. The main pipeline for discharging leakage of compressed gas from the axial space is provided with a throttle. Each main receiver is connected with an additional receiver, and each additional receiver is connected with the main pipeline for discharging leakage of compressed gas downstream of the throttle. The slide valve is provided with a ring sealing member that overlaps the zone of nozzles and ports from the side that faces the housing. Opposite each nozzle and port is opening for free flowing of gas from the nozzle.

EFFECT: enhanced efficiency.

12 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к холодильной и криогенной технике и может быть использовано для получения холода в пищевой, химической, газовой промышленности, медицине, радиоэлектронике и других отраслях народного хозяйства.The invention relates to refrigeration and cryogenic technology and can be used to produce cold in the food, chemical, gas industry, medicine, radio electronics and other sectors of the economy.

Известна работающая на газообразном рабочем теле холодильная машина с компрессором для сжатия газа и турбодетандером для его расширения с выработкой холода [1]. Такого рода холодильные машины обладают достаточно высокой эффективностью и позволяют охладить рабочее тело до температур криогенного уровня. Вместе с тем холодильные машины с турбодетандерами весьма дороги даже при отсутствии необходимости в компрессоре (наличие магистрали сжатого газа). В связи с этим в последнее время для выработки холода умеренной и низкой температуры (250÷133 К) получили распространение не требующие применения турбодетандеров более простые холодильные машины пульсационного типа. Принцип действия таких машин основан на применении разомкнутого термодинамического цикла при использовании в качестве рабочего тела сжатого газа, отбираемого из магистрали высокого давления. Генерация холода при этом осуществляется в пульсационном режиме при расширении сжатого газа в так называемых пульсационных трубах.Known working on a gaseous working fluid refrigeration machine with a compressor for compressing gas and a turboexpander for its expansion with the development of cold [1]. Such refrigerators have a sufficiently high efficiency and allow you to cool the working fluid to cryogenic temperatures. At the same time, chillers with turbo expanders are very expensive even if there is no need for a compressor (the presence of a compressed gas line). In this regard, recently for the development of cold of moderate and low temperature (250 ÷ 133 K), simpler pulsating chillers that do not require the use of turbo-expanders have become widespread. The principle of operation of such machines is based on the use of an open thermodynamic cycle when using compressed gas taken from a high-pressure line as a working fluid. The generation of cold in this case is carried out in a pulsating mode during the expansion of compressed gas in the so-called pulsation pipes.

Известна принимаемая в качестве ближайшего аналога изобретения пульсационная холодильная машина с разомкнутым термодинамическим циклом при использовании в качестве рабочего тела сжатого газа, содержащая полый корпус с подводящим и отводящим патрубками, соединенными с магистралями соответственно сжатого газа и охлажденного газа более низкого давления, пучок пульсационных холодогенерирующих труб с осями, расположенными по образующим воображаемого цилиндра, и открытыми торцами, со стороны одного из которых каждая пульсационная труба сообщена с полостью корпуса, ресиверы по числу пульсационных труб, каждый из которых соединен со свободным открытым торцом соответствующей пульсационной трубы, и помещенный внутри корпуса с возможностью вращения относительно оси, совпадающей с осью указанного воображаемого цилиндра, золотник для поочередного соединения каждой пульсационной трубы с подводящим и отводящим патрубками, причем золотник со стороны его торцевой поверхности, обращенной к пульсационным трубам, расположен с минимальным осевым зазором между золотником и корпусом и имеет по меньшей мере одно сопло для последовательной подачи сжатого газа в пульсационные трубы и по меньшей мере одно окно для последовательного выпуска расширяющегося газа из пульсационных труб [2].Known accepted as the closest analogue of the invention, a pulsating refrigeration machine with an open thermodynamic cycle when using compressed gas as a working fluid, containing a hollow body with inlet and outlet pipes connected to the pipelines of compressed gas and chilled gas of lower pressure, respectively, a bundle of pulsating cold-generating pipes with axes located along the generators of an imaginary cylinder, and open ends, on the side of one of which each pulsation pipe communicated with the cavity of the housing, the receivers by the number of pulsating pipes, each of which is connected to the free open end of the corresponding pulsating pipe, and placed inside the housing with the possibility of rotation about an axis coinciding with the axis of the specified imaginary cylinder, a spool for alternately connecting each pulsating pipe to the supply and outlet pipes, and the spool on the side of its end surface facing the pulsation pipes is located with a minimum axial clearance between the spool and the housing mustache and has at least one nozzle for sequential supply of compressed gas to the pulsation pipes and at least one window for the sequential release of expanding gas from the pulsation pipes [2].

Достигаемым результатом изобретения является повышение термодинамической эффективности (адиабатического КПД) холодильной машины пульсационного типа.The achieved result of the invention is to increase the thermodynamic efficiency (adiabatic efficiency) of the pulsating type refrigerating machine.

Это обеспечивается тем, что пульсационная холодильная машина с разомкнутым термодинамическим циклом при использовании в качестве рабочего тела сжатого газа, содержащая полый корпус с подводящим и отводящим патрубками, соединенными с магистралями соответственно сжатого газа и охлажденного газа более низкого давления, пучок пульсационных холодогенерирующих труб с осями, расположенными по образующим воображаемого цилиндра, и открытыми торцами, со стороны одного из которых каждая пульсационная труба сообщена с полостью корпуса, ресиверы по числу пульсационных труб, каждый из которых соединен со свободным открытым торцом соответствующей пульсационной трубы, и помещенный внутри корпуса с возможностью вращения относительно оси, совпадающей с осью указанного воображаемого цилиндра, золотник для поочередного соединения каждой пульсационной трубы с подводящим и отводящим патрубками, причем золотник со стороны его торцевой поверхности, обращенной к пульсационным трубам, расположен с минимальным осевым зазором между золотником и корпусом и имеет по меньшей мере одно сопло для последовательной подачи сжатого газа в пульсационные трубы и по меньшей мере одно окно для последовательного выпуска расширяющегося газа из пульсационных труб, согласно изобретению дополнительно содержит снабженную дросселем магистраль отвода утечек сжатого газа из указанного осевого зазора, а также дополнительные ресиверы меньшего объема по сравнению с объемом основного ресивера, причем к каждому основному ресиверу присоединен один дополнительный ресивер и каждый дополнительный ресивер соединен с указанной магистралью отвода утечек сжатого газа за дросселем по ходу отводимого газа, а золотник со стороны его обращенной к корпусу поверхности снабжен кольцевым уплотнительным элементом, перекрывающим зоны расположения указанных сопел и окон, причем против каждого сопла и окна в уплотнительном элементе предусмотрено отверстие для свободного пропуска газа. При этом объем дополнительного ресивера может составлять 0,05÷0,20 объема основного ресивера. Каждый дополнительный ресивер может быть соединен с магистралью отвода утечек трубопроводом, внутри которого установлен обратный газодинамический клапан, открытый в сторону дополнительного ресивера. В полости корпуса на его стенке со стороны ввода пульсационных труб в зоне, перекрытой кольцевым уплотнительным элементом, может быть выполнен открытый в сторону золотника корытообразный кольцевой коллектор сбора утечек сжатого газа, соединенный с указанной магистралью отвода утечек. Указанный коллектор в поперечном сечении может иметь форму полукруга. Кольцевой уплотнительный элемент может быть выполнен из менее твердого материала по отношению к материалу корпуса и в исходном состоянии по толщине равен осевому зазору между обращенной к пульсационным трубам торцевой поверхностью золотника и ответной поверхностью корпуса.This is ensured by the fact that a pulsating refrigeration machine with an open thermodynamic cycle when using compressed gas as a working fluid, containing a hollow body with inlet and outlet pipes connected to the compressed gas and lower pressure refrigerated gas mains, a bundle of pulsed cold-generating tubes with axes, located along the generatrices of the imaginary cylinder, and open ends, on the side of one of which each pulsation pipe is in communication with the cavity of the housing, the receiver according to the number of pulsating pipes, each of which is connected to the free open end of the corresponding pulsating pipe, and placed inside the housing with the possibility of rotation about an axis coinciding with the axis of the specified imaginary cylinder, a spool for alternately connecting each pulsating pipe to the inlet and outlet pipes, the spool on the side of its end surface facing the pulsation pipes, it is located with a minimum axial clearance between the spool and the housing and has at least one nozzle o for sequentially supplying compressed gas to the pulsation tubes and at least one window for sequentially discharging expanding gas from the pulsation tubes, according to the invention further comprises a throttle outlet for exhausting compressed gas leaks from said axial clearance, as well as additional receivers of a smaller volume than the volume the main receiver, and to each main receiver is connected one additional receiver and each additional receiver is connected to the specified trunk and compressed gas leaks throttle downstream exhaust gas, and the spool from its body facing surface with an annular sealing member, overlying the location area of said windows and the nozzles, wherein each nozzle against the window and in the sealing element provided with an opening for the free passage of gas. In this case, the volume of the additional receiver can be 0.05 ÷ 0.20 of the volume of the main receiver. Each additional receiver can be connected to the leakage line by a pipeline, inside which a gas-dynamic check valve is installed, open to the side of the additional receiver. In the cavity of the housing on its wall from the input side of the pulsation tubes in the area covered by the annular sealing element, a trough-shaped annular collector for collecting leaks of compressed gas open to the spool can be connected to the indicated leak path. The specified collector in cross section may be in the form of a semicircle. The annular sealing element may be made of less hard material with respect to the housing material and, in the initial state, the thickness is equal to the axial clearance between the end surface of the spool facing the pulsation pipes and the counter surface of the housing.

Перечисленные отличительные признаки изобретения в сочетании с его ограничительными признаками по отношению к ближайшему аналогу [2] обеспечивают получение указанного выше результата благодаря тому, что отвод утечек сжатого газа через соответствующую магистраль в дополнительный ресивер в процессе выхлопа охлажденного газа позволяет поднять давление в тупиковой части пульсационной трубы с одновременным охлаждением сжатого остаточного газа (газа, остающегося в пульсационной трубе после выхлопа его охлажденной порции), что увеличивает потенциальную энергию указанного выхлопа с охлаждением газа до более низкой температуры, то есть повышает адиабатический КПД процесса его расширения. При этом возможность отвода утечек в дополнительный ресивер обеспечивается кольцевым уплотнительным элементом, существенно уменьшающим непосредственные перетечки газа в магистраль более низкого давления. Кроме того, перетечка некоторого количества газа из основного ресивера в дополнительный ресивер в процессе расширения сжатого газа в пульсационной трубе увеличивает его охлаждение, что подтверждено опытным путем. Обратный газодинамический клапан, находящийся за дополнительным ресивером, обеспечивает замкнутость объема сжатия остаточного газа, что дополнительно увеличивает работу адиабатического расширения и охлаждения сжатого газа в пульсационной трубе с соответствующим повышением адиабатического КПД. Влияние остальных отличительных признаков изобретения на обеспечение достигаемого результата будет показано ниже при описании работы устройства.The above distinguishing features of the invention in combination with its limiting features in relation to the closest analogue [2] provide the above result due to the fact that the removal of compressed gas leaks through the corresponding line to an additional receiver during the cooling gas exhaust process allows to increase the pressure in the dead end of the pulsation pipe with simultaneous cooling of the compressed residual gas (gas remaining in the pulsation pipe after the exhaust of its cooled portion), which increases t the potential energy of the specified exhaust with gas cooling to a lower temperature, that is, increases the adiabatic efficiency of the process of its expansion. In this case, the possibility of leakage diversion to an additional receiver is provided by an annular sealing element, which significantly reduces the direct flow of gas into the lower pressure line. In addition, the transfer of a certain amount of gas from the main receiver to the additional receiver during expansion of the compressed gas in the pulsation tube increases its cooling, which is confirmed experimentally. The gas-dynamic check valve located behind the additional receiver ensures that the residual gas compression volume is closed, which further increases the work of adiabatic expansion and cooling of the compressed gas in the pulsation pipe with a corresponding increase in the adiabatic efficiency. The effect of the remaining distinguishing features of the invention on ensuring the achieved result will be shown below in the description of the operation of the device.

На фиг.1 изображена пульсационная холодильная машина согласно изобретению в неполном продольном разрезе; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б фиг.1; на фиг.4 - сечение В-В фиг.3; на фиг.5 - узел Г фиг.1.Figure 1 shows a pulsating refrigeration machine according to the invention in partial longitudinal section; figure 2 is a section aa of figure 1; figure 3 is a section bB of figure 1; figure 4 is a section bb In figure 3; figure 5 - node D of figure 1.

Пульсационная холодильная машина согласно изобретению содержит полый корпус 1 с подводящим патрубком 2, соединенным с коллектором 3 для сжатого газа, и отводящим патрубком 4. Патрубки 2 и 4 соединены с магистралями (на чертеже не показаны) соответственно сжатого газа и охлажденного газа более низкого давления. Корпус 1 имеет крышку 5 и крепежный фланец 6 (фиг.1). К крышке 5 корпуса 1 с внешней стороны присоединен пучок пульсационных холодогенерирующих труб 7. Число труб в пучке желательно иметь кратным двум, оптимальное количество 16-40 труб. Оси труб 6 расположены по образующим воображаемого цилиндра радиуса R (фиг.3). Пульсационные трубы 7 имеют открытые торцы, один из которых у каждой трубы соединен через крышку 5 с полостью корпуса 1. Для сообщения полости корпуса 1 с пульсационными трубами 7 в крышке 5 выполнены сквозные соосные с указанными трубами 7 приемные каналы 8. При этом обращенные к корпусу 1 концы пульсационных труб 7 закреплены во фланце 6. Пульсационная холодильная машина согласно изобретению содержит также ресиверы 9 (фиг.1) по числу пульсационных труб 7, каждый из которых соединен со свободным открытым торцом соответствующей пульсационной трубы. Пульсационная труба 7 состоит из рабочего участка диаметром D и длиной L (в указанную длину входит и длина приемного канала 8), разгонного участка диаметром d и длиной l, а также конфузорно-диффузорных участков 10 и 11. Для снижения гидравлических потерь при входе газа в приемные каналы 8 они могут иметь конфузорные участки 12 и радиальные профильные перегородки 13 с заостренной кромкой (фиг.4). Приемный канал 8 может быть, кроме того, составлен из профильных сегментов 14, установленных между перегородками 13 (фиг.3). Часть пульсационной трубы 7 в зоне сжатия остаточного газа (газа, остающегося в пульсационной трубе после выпуска из нее охлажденной порции) имеет оребрение 15 для рекуперативного отвода тепла из этой зоны в окружающую среду. Каждая пульсационная труба 7 вместе с приемным каналом 8 и ресивером 9 составляют один из пульсационных трактов устройства, общее число которых равно числу пульсационных труб в пучке. Внутри корпуса 1 помещен золотник 16 с образованием между ним и корпусом кольцевого диффузора 17 (фиг.2). Золотник 16 установлен с возможностью вращения относительно оси, совпадающей с осью указанного воображаемого цилиндра радиуса R (фиг.3). Для обеспечения вращения золотника 16 он снабжен ротором 18 (фиг.1), установленным в подшипниках 19. В золотнике 16 предусмотрены сопла 20 (на чертеже их два). Сопла расположены на одном диаметре на одинаковом расстоянии от оси вращения золотника 16 и соединены каналом 21 с коллектором 3 для сжатого газа. Золотник 16 снабжен также окнами 22 выпуска газа и криволинейным каналом 23 в форме диффузора, соединяющим кольцевой диффузор 17 с приемными каналами 8 пульсационных труб 7. Кроме того, золотник 16 со стороны его торцевой поверхности, обращенной к пульсационным трубам 7, расположен с минимальным по условиям отсутствия задевания при вращении осевым зазором А (фиг.5) между золотником и корпусом. Рекомендуемое значение величины зазора составляет Δ=0,5÷2,0 мм. Холодильная машина согласно изобретению содержит также магистраль 24 (фиг.1) отвода утечек сжатого газа из эксплуатационного осевого зазора между крышкой 5 корпуса 1 и золотником 16, а также дополнительные ресиверы 25 меньшего объема V₂ по сравнению с объемом V₁ основного ресивера 9, причем к каждому основному ресиверу 9 присоединен один дополнительный ресивер 25 и каждый дополнительный ресивер 25 соединен трубопроводом 26 с указанной магистралью 24 отвода утечек сжатого газа, что позволяет полезно использовать утечки сжатого газа для увеличения работы выталкивания охлажденной порции газа в пульсационных трубах 7 остаточным газом, что позволяет увеличить адиабатический КПД процесса. Для снижения давления поступающего в дополнительные ресиверы 25 сжатого газа из магистрали 24 утечек до требуемого уровня магистраль 24 снабжена дросселем 27, причем трубопроводы 26 подсоединены к магистрали 24 по ходу газа утечки за дросселем 27. Рекомендуемое соотношение величин давления p₁ газа в магистрали 24 до дросселя 27 и давления р₂ газа в той же магистрали после дросселя для выбора гидравлического сопротивления последнего составляет p₁/р₂=1,5÷2,0. Соотношение объемов V₂ и V₁ ресиверов зависит от количества поступающего в магистраль 24 газа утечки - чем меньше расчетный расход газа в указанной магистрали, тем соответственно меньше задается величина V₂. Рекомендуемое соотношение величин указанных объемов ресиверов составляет V₂/V₁=0,05÷0,20. В каждом трубопроводе 26 установлен обратный газодинамический клапан 28, открытый в сторону дополнительного ресивера 25, что также позволяет увеличить работу выталкивания охлажденной порции газа в пульсационных трубах 7 за счет увеличения сопротивления обратному движению газа утечки из дополнительных ресиверов 25 в магистраль 24. Кроме того, для сокращения утечки сжатого газа в окружающую среду золотник 16 со стороны его обращенной к корпусу поверхности снабжен кольцевым уплотнительным элементом 29 (фиг.5), симметрично перекрывающим кольцевую зону расположения сопел 20 для подачи в пульсационные трубы 7 сжатого газа и кольцевую зону окон 22 для выпуска из них расширяющего газа, причем против каждого сопла 20 и каждого окна 22 в уплотнительном элементе 29 предусмотрено отверстие 30 (фиг.5) для свободного пропуска газа в пульсационную трубу 7 и обратно. Рекомендуемое значение величины указанного перекрытия кольцевой зоны расположения сопел с каждой ее стороны по ширине составляет 5÷20%. Уплотнительный элемент 29 выполнен из менее твердого материала по отношению к материалу корпуса. Например, при выполнении корпуса 1 стальным уплотнительный элемент 29 может быть выполнен из меди или медного сплава. В исходном состоянии уплотнительный элемент 29, например, прямоугольного сечения по толщине равен осевому зазору Δ между обращенной к пульсационным трубам торцевой поверхностью золотника и ответной поверхностью корпуса 1. В процессе вращения золотника 16 контактная поверхность уплотнительного элемента 29 истирается, оставляя в зоне уплотнительного элемента минимально возможный эксплуатационный осевой зазор между золотником 16 и крышкой 5 корпуса 1. Для удобства отбора газа утечек в магистраль 24 в полости корпуса 1 на стенке его крышки 5 со стороны ввода пульсационных труб 7 в зоне, перекрытой кольцевым уплотнительным элементом 29, выполнен открытый в сторону золотника 16 корытообразный кольцевой коллектор 31 сбора утечек сжатого газа, соединенный с указанной магистралью 24 отвода утечек. В поперечном сечении кольцевой коллектор 31, как показано на чертеже (фиг.1, 5), может иметь форму полукруга радиуса r (фиг.5). Рекомендуемое значение величины указанного радиуса составляет 10÷50 мм. Расположение и размеры коллектора 31 выбираются из условия перекрытия его открытой части кольцевым уплотнительным элементом 29.The pulsating chiller according to the invention comprises a hollow body 1 with a supply pipe 2 connected to a compressed gas manifold 3 and a discharge pipe 4. The pipes 2 and 4 are connected to the mains (not shown) of the compressed gas and the lower pressure cooled gas, respectively. The housing 1 has a cover 5 and a mounting flange 6 (figure 1). A bundle of pulsating cold-generating tubes 7 is attached to the cover 5 of the housing 1 from the outside. It is desirable to have the number of pipes in the bundle as a multiple of two, the optimal number of 16-40 pipes. The axis of the pipes 6 are located along the generatrices of an imaginary cylinder of radius R (Fig. 3). The pulsation tubes 7 have open ends, one of which at each tube is connected through the cap 5 to the cavity of the housing 1. For the communication of the cavity of the housing 1 with the pulsation tubes 7, the receiving channels 8 are made through receiving channels 8, coaxial with the pipes 7. 1 the ends of the pulsation tubes 7 are fixed in the flange 6. The pulsation refrigeration machine according to the invention also contains receivers 9 (FIG. 1) according to the number of pulsation tubes 7, each of which is connected to the free open end of the corresponding pulsation tube s. The pulsation pipe 7 consists of a working section with a diameter D and a length L (the length of the receiving channel 8 also enters into the specified length), an accelerating section with a diameter d and a length l, as well as confuser-diffuser sections 10 and 11. To reduce hydraulic losses at the gas inlet receiving channels 8 they can have confuser sections 12 and radial profile partitions 13 with a pointed edge (figure 4). The receiving channel 8 may also be composed of profile segments 14 installed between the partitions 13 (Fig.3). Part of the pulsation pipe 7 in the compression zone of the residual gas (gas remaining in the pulsation pipe after the cooled portion has been discharged from it) has a fin 15 for regenerative heat removal from this zone to the environment. Each pulsation tube 7 together with the receiving channel 8 and receiver 9 constitute one of the pulsation paths of the device, the total number of which is equal to the number of pulsation tubes in the beam. Inside the housing 1, a spool 16 is placed with the formation of an annular diffuser 17 between it and the housing (FIG. 2). The spool 16 is mounted to rotate about an axis coinciding with the axis of the specified imaginary cylinder of radius R (figure 3). To ensure rotation of the spool 16, it is equipped with a rotor 18 (Fig. 1) installed in the bearings 19. In the spool 16 nozzles 20 are provided (there are two of them in the drawing). The nozzles are located on the same diameter at the same distance from the axis of rotation of the spool 16 and are connected by a channel 21 to the collector 3 for compressed gas. The spool 16 is also provided with gas release windows 22 and a curved channel 23 in the form of a diffuser connecting the annular diffuser 17 with the receiving channels 8 of the pulsation tubes 7. In addition, the spool 16 from its end surface facing the pulsation tubes 7 is located with the minimum conditions the absence of grazing during rotation by the axial clearance A (Fig. 5) between the spool and the housing. The recommended value of the gap is Δ = 0.5 ÷ 2.0 mm. The refrigerating machine according to the invention also comprises a line 24 (FIG. 1) for discharging compressed gas leaks from the operational axial clearance between the cover 5 of the housing 1 and the spool 16, as well as additional receivers 25 of a smaller volume V ₂ compared to the volume V _{1 of the} main receiver 9, each additional receiver 9 is connected to one additional receiver 25 and each additional receiver 25 is connected by a pipe 26 to the specified line 24 of the discharge of compressed gas leaks, which makes it possible to use compressed gas leaks to increase the work of pushing a chilled portion of gas in the pulsation tubes 7 with residual gas, which allows to increase the adiabatic efficiency of the process. To reduce the pressure of the compressed gas entering the additional receivers 25 from the leakage line 24 to the required level, the line 24 is equipped with a throttle 27, and the pipelines 26 are connected to the line 24 along the leakage gas behind the throttle 27. The recommended ratio of gas pressure p ₁ in the 24th line to the throttle 27 and the gas pressure p ₂ in the same line after the throttle for selecting the hydraulic resistance of the latter is p ₁ / p ₂ = 1.5 ÷ 2.0. The ratio of the volumes V ₂ and V _{1 of the} receivers depends on the amount of leakage gas entering the line 24 — the smaller the calculated gas flow rate in the specified line, the correspondingly the smaller the value of V _{2 is set} . The recommended ratio of the values of the indicated volumes of the receivers is V ₂ / V ₁ = 0.05 ÷ 0.20. In each pipeline 26 there is a gas-dynamic check valve 28 open towards the additional receiver 25, which also allows to increase the work of pushing the cooled portion of gas in the pulsation tubes 7 by increasing the resistance to the reverse movement of gas leakage from the additional receivers 25 to the line 24. In addition, for reduce the leakage of compressed gas into the environment, the spool 16 from the side facing the housing surface is equipped with an annular sealing element 29 (figure 5), symmetrically overlapping the ring the n-th zone of the nozzles 20 for supplying compressed gas to the pulsation tubes 7 and the annular zone of the windows 22 for the release of expanding gas from them, and an opening 30 for free gas passage is provided against each nozzle 20 and each window 22 in the sealing element 29 into the pulsation pipe 7 and back. The recommended value of the specified overlap of the annular zone of nozzles on each side of the width is 5 ÷ 20%. The sealing element 29 is made of less hard material with respect to the material of the housing. For example, when the housing 1 is made of steel, the sealing element 29 may be made of copper or a copper alloy. In the initial state, the sealing element 29, for example, of rectangular cross section in thickness, is equal to the axial clearance Δ between the end surface of the spool facing the pulsation tubes and the counter surface of the housing 1. During the rotation of the spool 16, the contact surface of the sealing element 29 is abraded, leaving the smallest possible in the area of the sealing element operational axial clearance between the spool 16 and the cover 5 of the housing 1. For convenience, the selection of gas leaks into the highway 24 in the cavity of the housing 1 on the wall of its cover 5 with Torons input of the pulse tube 7 in the zone of the overlapped annular sealing member 29 is made open toward the spool 16 trough-shaped annular collection reservoir 31 of compressed gas leaks associated with said outlet manifold 24 leaks. In cross section, the annular collector 31, as shown in the drawing (Figs. 1, 5), may be in the form of a semicircle of radius r (Fig. 5). The recommended value of the specified radius is 10 ÷ 50 mm. The location and dimensions of the collector 31 are selected from the condition of overlapping its open part with an annular sealing element 29.

Холодильная машина пульсационного типа согласно изобретению работает следующим образом. Сжатый газ через подводящий патрубок 2, коллектор 3 и канал 21 проходит в два сопла 20, из которых при их совмещении с приемными каналами 8 в процессе вращения золотника 16 поступает последовательно в указанные приемные каналы пульсационных труб 7. Расширившись в них и соответственно охладившись, газ, имея высокую скорость, поступает через окна 22 в криволинейный диффузор 23, в котором происходит превращение кинетической энергии потока газа в потенциальную энергию давления. При этом поток меняет направление движения на 90°. В дальнейшем газ более низкого по сравнению с исходным давления поступает в кольцевой диффузор 17, где происходит дальнейшее падение его скорости с возрастанием давления, после чего он поступает в отводящий патрубок 4 охлажденного газа. Минимальный эксплуатационный осевой зазор между золотником 16 и крышкой 5 корпуса 1 обеспечивается, как уже отмечалось, за счет истирания указанной крышкой части менее твердого материала торца уплотнительного элемента 29.A pulsation-type chilling machine according to the invention operates as follows. The compressed gas through the inlet pipe 2, the collector 3 and the channel 21 passes into two nozzles 20, of which, when combined with the receiving channels 8 during the rotation of the spool 16, it flows sequentially into the specified receiving channels of the pulsation pipes 7. After expanding into them and correspondingly cooling, the gas having a high speed, it enters through a window 22 into a curved diffuser 23, in which the kinetic energy of the gas stream is converted into potential pressure energy. In this case, the flow changes direction by 90 °. Subsequently, a gas of lower pressure as compared to the initial pressure enters the annular diffuser 17, where its velocity decreases further with increasing pressure, after which it enters the discharge pipe 4 of the cooled gas. The minimum operational axial clearance between the spool 16 and the cover 5 of the housing 1 is ensured, as already noted, by abrasion by the specified cover of the less hard material of the end face of the sealing element 29.

Рабочий цикл холодильной машины пульсационного типа согласно изобретению состоит из четырех процессов (рассматривается работа одной пульсационной трубы).The operating cycle of the pulsating type refrigerating machine according to the invention consists of four processes (the operation of one pulsating pipe is considered).

Процесс I-II. Заполнение рабочего участка длиной L пульсационного тракта через сопла 20 сжатым газом с одновременным вытеснением и сжатием остаточного газа разгонного участка длиной l и последовательно соединенных ресиверов 9 и 25 при перетекании части газа из ресиверов 9 в ресиверы 25 с рекуперативным отводом тепла сжатия внешнему источнику через оребрение 15.Process I-II. Filling the working section with a length L of the pulsation path through nozzles 20 with compressed gas while simultaneously displacing and compressing the residual gas of the accelerating section of length l and series-connected receivers 9 and 25 when part of the gas flows from receivers 9 to receivers 25 with regenerative removal of compression heat to an external source through fins 15 .

Процесс II-III. Расширение газа (объем пульсационного тракта отсечен), вызывающее его охлаждение. Остаточный газ продолжает вытесняться через разгонный участок l в ресиверы 9 и 25 при продолжающемся его сжатии.Process II-III. Gas expansion (the volume of the pulsation path is cut off), causing it to cool. The residual gas continues to be displaced through the acceleration section l into the receivers 9 and 25 with continued compression.

Процесс III-IV. Выпуск газа из пульсационного тракта при последовательном соединении его объема в процессе вращения золотника 16 с окнами 22, криволинейным диффузором 23, кольцевым диффузором 6 и отводящим патрубком 4 охлажденного газа. При этом происходит вытеснение охлажденной при расширении порции газа из пульсационного тракта в магистраль (на чертеже не показана) под действием перепада давлений между давлением в рабочем участке пульсационного тракта и давлением в указанной магистрали при дополнительном выталкивающем действии сжатого остаточного газа и газа из магистрали 24 утечек.Process III-IV. The release of gas from the pulsation path when the volume is connected in series during the rotation of the spool 16 with the windows 22, a curved diffuser 23, an annular diffuser 6 and a chilled gas outlet 4. In this case, the portion of gas cooled during expansion of the gas is displaced from the pulsation path to the line (not shown in the drawing) under the influence of the pressure difference between the pressure in the working section of the pulsation path and the pressure in the specified line with the additional pushing action of the compressed residual gas and gas from the line 24 leaks.

Процесс IV-V. Процесс обратного сжатия остаточного газа на рабочем участке L (объем пульсационного тракта отсечен). Газ из ресиверов 9 и 25 через разгонный участок l поступает в объем рабочего участка L пульсационного тракта. Далее процесс циклически повторяется.Process IV-V. The process of reverse compression of the residual gas at the working section L (the volume of the pulsation path is cut off). Gas from the receivers 9 and 25 through the accelerating section l enters the volume of the working section L of the pulsation path. Further, the process is cyclically repeated.

Источники информацииInformation sources

1. Патент RU №2262047, 7 F25В 11/00, 2004.1. Patent RU No. 2262047, 7 F25В 11/00, 2004.

2. Патент RU №2052179, 6 F25В 9/00, 1991.2. Patent RU No. 2052179, 6 F25B 9/00, 1991.

Claims

1. A pulsating refrigeration machine with an open thermodynamic cycle when using compressed gas as a working fluid, containing a hollow body with inlet and outlet pipes connected to the compressed gas and lower pressure refrigerated gas lines, a bundle of pulsating cold-generating tubes with axes located along the generatrix imaginary cylinder, and open ends, from the side of one of which each pulsation pipe is in communication with the cavity of the housing, receivers by the number of pulsation rub, each of which is connected to the free open end of the corresponding pulsating pipe, and placed inside the housing with the possibility of rotation about an axis coinciding with the axis of the specified imaginary cylinder, a spool for alternately connecting each pulsating pipe to the inlet and outlet pipes, the spool on the side of its end the surface facing the pulsation tubes is located with a minimum axial clearance between the spool and the housing and has at least one nozzle for sequential supplying compressed gas to the pulsation pipes and at least one window for sequentially discharging expanding gas from the pulsation pipes, characterized in that it further comprises a throttle outlet for exhausting compressed gas leaks from the specified axial clearance, as well as additional receivers of a smaller volume than the volume the main receiver, and each additional receiver is connected to one additional receiver, and each additional receiver is connected to the specified line leakage of compressed gas and behind the throttle along the discharge gas, and the spool on the side of the surface facing the housing is equipped with an annular sealing element overlapping the areas of the indicated nozzles and windows, and an opening for free passage of gas from the nozzle is provided in the sealing element against each nozzle and window.

2. The pulsation refrigeration machine according to claim 1, characterized in that the volume of the additional receiver is 0.05-0.20 of the volume of the main receiver.

3. The pulsation refrigeration machine according to claim 1 or 2, characterized in that each additional receiver is connected to the leakage line by a pipe, inside which there is a check gas-dynamic valve, open to the side of the additional receiver.

4. The pulsation refrigeration machine according to claim 1 or 2, characterized in that in the cavity of the housing on its wall from the input side of the pulsation tubes in the area covered by the annular sealing element, a trough-shaped annular collector for collecting compressed gas leaks connected to the spool is connected Leakage line indicated by.

5. The pulsation refrigeration machine according to claim 4, characterized in that the annular collector in cross section has the shape of a semicircle.

6. A pulsation refrigeration machine according to claim 3, characterized in that in the cavity of the housing on its wall from the side of the input of the pulsation tubes in the area covered by the annular sealing element, a trough-shaped annular collector for collecting leaks of compressed gas open to the spool is connected to the indicated leak path .

7. The pulsation refrigeration machine according to claim 6, characterized in that the annular collector in cross section has the shape of a semicircle.

8. The pulsation chiller according to claim 1 or 2, characterized in that the annular sealing element is made of less solid material with respect to the housing material and in the initial state is equal in thickness to the axial clearance between the end surface of the spool facing the pulsation tubes and the counter surface of the housing .

9. The pulsation chiller according to claim 3, characterized in that the annular sealing element is made of less solid material with respect to the housing material and in the initial state is equal in thickness to the axial clearance between the end surface of the spool facing the pulsation pipes and the counter surface of the housing.

10. The pulsation chiller according to claim 5, characterized in that the annular sealing element is made of less solid material with respect to the housing material and in the initial state is equal in thickness to the axial clearance between the end surface of the spool facing the pulsation tubes and the counter surface of the housing.

11. The pulsation chiller according to claim 6, characterized in that the annular sealing element is made of less solid material with respect to the housing material and in the initial state is equal in thickness to the axial clearance between the end surface of the spool facing the pulsation tubes and the counter surface of the housing.

12. The pulsation chiller according to claim 7, characterized in that the annular sealing element is made of less hard material with respect to the housing material and in the initial state is equal in thickness to the axial clearance between the end surface of the spool facing the pulsation pipes and the counter surface of the housing.