专利名称：轴流式射流气波增压器的制作方法
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 I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I.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。
图I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。
具体实施例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 I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福射方向对齐，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O % 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O 60°之间，槽道10通流截面的高度范围为I 100mm，宽度范围为 I IOOmm0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O 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O 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O 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 I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。
权利要求
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(I) 和高压缓冲腔(3)，低压进气口(7)和低压缓冲腔￠)，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I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I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I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O 60°之间， 槽道(10)通流截面的高度范围为I 100mm，宽度范围为I 100mm。
5.如权利要求I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O 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O 60°。
6.如权利要求I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O 90°。
7.如权利要求I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I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I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。
全文摘要
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。
文档编号F15B3/00GK102606547SQ20121008106
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月23日 优先权日2012年3月23日
发明者代玉强, 刘凤霞, 刘培启, 朱彻, 胡大鹏, 赵家权, 赵文静, 邹久朋 申请人:大连理工大学