專利名稱：雙循環(huán)氣體膨脹機(jī)的制作方法
雙循環(huán)氣體膨脹機(jī)屬于制冷技術(shù)領(lǐng)域?？捎糜诶鋬觥⒗洳?、空調(diào)、空分。尤其是具有壓縮氣源的汽車、火車、飛機(jī)的夏季降溫。
本發(fā)明以前已有多種氣體膨脹機(jī)。如無回?zé)崾?、定壓回?zé)崾健⒍ㄈ莼責(zé)?斯特林)式、索爾凡式、吉福特-麥克馬洪式、渦流管式等氣體制冷循環(huán)，其中增壓式飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)(一種改進(jìn)的飛機(jī)座艙空調(diào)系統(tǒng))與本發(fā)明相近，在目前飛機(jī)上采用得較廣。但是，首先該系統(tǒng)內(nèi)最高氣壓通常是源氣壓的6倍以上(見后附公式1)，換熱器增厚使造價(jià)增高又使傳熱溫差增大，從而效率降低;同時(shí)，對密封不利，特別是轉(zhuǎn)速高的微、小型機(jī)難能以工質(zhì)本身潤滑軸承，使高效微、小型機(jī)不能實(shí)現(xiàn);其三是膨脹比增大，更加偏離透平膨脹機(jī)流量大、膨脹比小的最佳工況特點(diǎn)，透平熵增值大;其四是存有不必要的制冷深度，在所需溫差范圍較本發(fā)明制冷系數(shù)小。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種循環(huán)全過程中最高氣壓等于源氣壓，膨脹比小，流量大，便于微型化，熱力完善度高，在所需溫差范圍制冷系數(shù)大，無環(huán)境污染，結(jié)構(gòu)緊湊，造價(jià)低的分流式主、副雙循環(huán)氣體膨脹機(jī)。
為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是雙循環(huán)氣體膨脹機(jī)主要由高壓引射器[1]、噴口[2]、旋流膨脹室[3]、渦輪[4]、副渦輪[5]、分流室[6]、傳動(dòng)軸[7]、氣體軸承[8]、排放擴(kuò)壓器[9]、低壓引射器[10]、吸熱器[11]、擴(kuò)壓器[12]、增壓器[13]、壓送(制動(dòng))葉輪[14]、放熱器[15]、永磁定子[16]、永磁轉(zhuǎn)子[17]、渦輪柔性墊[18]、壓送葉輪柔性墊[19]、導(dǎo)流器[20]、保溫外殼[21]、溢水器[22]等零、部件組成。其特點(diǎn)是在一完整的氣體壓縮、放熱、膨脹、吸熱循環(huán)上附加一個(gè)副循環(huán)。主、副循環(huán)同時(shí)進(jìn)行。系統(tǒng)內(nèi)最高氣壓接近源氣壓，副循環(huán)流量為主循環(huán)流量的若干倍。副循環(huán)的氣路為分流室[6]、吸熱器[11]、擴(kuò)壓器[12]、增壓器[13]、放熱器[15]、高壓引射器[1]、旋流膨脹室[3]、渦輪[4]、分流室[6]。主、副循環(huán)氣流路徑在旋流膨脹室[3]和渦輪[4]為相互重合段，正合透平膨脹機(jī)膨脹比小、通流量大的最佳工況特點(diǎn)。副循環(huán)的流量控制橫截面設(shè)在高壓引射器[1]中與拉伐爾噴口[2]之端面平行，軸線沿旋流膨脹室[3]之切線方向。吸熱器[11]下接分流室[6]的外周向，上通過擴(kuò)壓器[12]接至增壓器[13]入口。放熱器[15]接至增壓器[13]出口與引射器[1]的側(cè)入口之間。分流室[6]的周壁為微擴(kuò)旋轉(zhuǎn)曲面，底壁中心外凸，以使其中氣流粘滯損失最小。
第二特點(diǎn)是工質(zhì)在主循環(huán)的膨脹過程之后被導(dǎo)入氣體軸承[8]完成轉(zhuǎn)動(dòng)部件的潤滑任務(wù)，以利于高效膨脹機(jī)的微、小型化。
第三特點(diǎn)是(徑向、軸向)斜流反擊式渦輪[4]和離心后向型壓送(制動(dòng))葉輪[14]之輪盤背面均設(shè)有前向型離心式密封葉片，以阻止高、低壓氣流的串通摻混。
第四特點(diǎn)是葉輪[14]和渦輪[4]與軸[7]之間以柔性墊[19]、[18]裝配，以使其自動(dòng)定心。
第五特點(diǎn)是永磁定子[16]和固裝于軸[7]上的永磁轉(zhuǎn)子[17]將整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件浮起，以消減其啟動(dòng)阻力。
第六特點(diǎn)是軸[7]中空，既減輕了重量，又增強(qiáng)了剛度(見后附公式2)，同時(shí)又是氣體軸承[8]的供氣通路。
本機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)后，壓縮氣體(如空氣)經(jīng)閥門、過濾除濕器流入噴口[2]，高速噴出后降壓、降溫，并引射來自放熱器[15]的氣體一同沿切向噴入旋流膨脹室[3]高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而推動(dòng)磁懸浮的主、副渦輪[4]、[5]通過軸[7]帶動(dòng)增壓(制動(dòng))葉輪[14]高速旋轉(zhuǎn)，對來自吸熱器[11]的二次氣流加壓。旋流膨脹室[3]內(nèi)進(jìn)一步降壓降溫的合氣流經(jīng)主、副渦輪[4]、[5]進(jìn)入分流室[6]后，留有很小的殘余轉(zhuǎn)速。遠(yuǎn)離軸心的較高速、較高壓、較高溫氣流進(jìn)一步得速(近軸氣體沿徑向心運(yùn)動(dòng)使角速增加，因粘滯作用將動(dòng)量、動(dòng)能沿徑外傳)，再進(jìn)入吸熱器[11]吸熱后至擴(kuò)壓器[12]降速增壓，再入增壓器[13]經(jīng)葉輪[14]加壓(同時(shí)對外放熱)后，入放熱器[15]降溫(放熱器[15]外部可由沖壓空氣帶走熱量)，穩(wěn)定工作狀態(tài)下該氣流已成為總壓接近源氣壓的常溫氣流，再入高壓引射器[1]與一次源氣同入旋流膨脹室[3]。形成副循環(huán)。而靠近軸心的較低速、較低溫、較低壓氣流則進(jìn)一步失速(動(dòng)量、動(dòng)能沿徑外傳)，經(jīng)空心軸[7]的中心孔流向推力氣體軸承[8]，完成潤滑任務(wù)進(jìn)入排放擴(kuò)壓器[9]增壓后，沿切向流出至低壓引射器[10]，引射流經(jīng)外殼[21]和導(dǎo)流器[20]之間以及吸熱器[11]外部降溫的氣體一同排出，供給制冷、空調(diào)用。尤其當(dāng)以空氣為工質(zhì)時(shí)(工質(zhì)隨處可取，無任何污染)，可直接送至被調(diào)空間，且被低壓引射器[10]引射的空氣可在吸熱器[11]外部降溫除濕，凝結(jié)水由溢水器[22]排出。
附圖
為用于卡車駕駛室降溫及其小型冰箱供冷的小型雙循環(huán)空氣膨脹機(jī)(與其配套使用的閥門為節(jié)電型壓控雙位雙通閥)示意圖。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作說明。
旋流膨脹室[3]、分流室[6]、排放擴(kuò)壓器[9]、導(dǎo)流器[20]、外殼[21]均以玻璃鋼制成，渦輪[4]、壓送(制動(dòng))葉輪[14]、引射器[1]、噴口[2]、副渦輪[5]、中空剛性傳動(dòng)軸[7]、氣體軸承[8]均以防腐耐磨材料制成，裝于導(dǎo)流器[20]和排放擴(kuò)壓器[9]之間的吸熱器[11]及裝于外殼[21]外的放熱器[15]、擴(kuò)壓器[12]、增壓器[13]上蓋均以銅外鍍防腐金屬制成，永磁定子[16]和固裝于軸[7]中上部的永磁轉(zhuǎn)子[17]以永久磁鋼制成，柔性墊[18][19]均以高質(zhì)橡膠制成。當(dāng)源氣溫度為313K(40℃)，絕對壓強(qiáng)為0.9MPa時(shí)，可得與耗氣等質(zhì)量流量193K(-80℃)的主氣流和3倍耗氣質(zhì)量流量198K(-75℃)的副氣流。
附公式1(增壓式飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的增壓估算式)P1=PO［1+1-(P2/PO)γ-1γ］γγ-1]]>其中γ為絕熱指數(shù)(熱容比);P0為源氣壓;P1為增后壓(增壓器出口壓強(qiáng));P2為背壓。
公式2(等徑空心軸臨界轉(zhuǎn)速估算式)ωR=π22L2E(R2+r2)/ρ]]>
其中ωR為第一臨界轉(zhuǎn)速;L為軸長;E為材料彈性模量;ρ為材料密度;R為軸外徑;r為軸內(nèi)徑。
權(quán)利要求
1.雙循環(huán)氣體膨脹機(jī)。由高壓引射器[1]、噴口[2]、旋流膨脹室[3]、渦輪[4]、副渦輪[5]、分流室[6]、傳動(dòng)軸[7]、氣體軸承[8]、排放擴(kuò)壓器[9]、低壓引射器[10]、吸熱器[11]、擴(kuò)壓器[12]、增壓器[13]、壓送(制動(dòng))葉輪[14]、放熱器[15]、永磁定子[16]、永磁轉(zhuǎn)子[17]、渦輪柔性墊[18]、壓送葉輪柔性墊[19]、導(dǎo)流器[20]、保溫外殼[21]、溢水器[22]等件組成。其特征在于在一完整的氣體壓縮、放熱、膨脹、吸熱循環(huán)上附加一個(gè)副循環(huán)。主、副循環(huán)同時(shí)進(jìn)行，系統(tǒng)中最高氣壓接近源氣壓。副循環(huán)的氣流路徑為分流室[6]、吸熱器[11]、擴(kuò)壓器[12]、增壓器[13]、放熱器[15]、高壓引射器[1]、旋流膨脹室[3]、渦輪[4]、分流室[6]。副循環(huán)的流量控制橫斷面設(shè)于高壓引射器[1]內(nèi)與拉伐爾噴口[2]之端面平行，軸線沿旋流膨脹室[3]之切線方向。吸熱器[11]下接分流室[6]的外周向，上通過擴(kuò)壓器[12]接至增壓器[13]入口。放熱器[15]接在增壓器[13]的出口與高壓引射器[1]側(cè)入口之間。分流室[6]周壁為微擴(kuò)旋轉(zhuǎn)曲面，底壁中心外凸，以使其中氣流粘滯損失最小。
2.按照權(quán)利要求1所述“雙循環(huán)氣體膨脹機(jī)”，其特征在于工質(zhì)在主循環(huán)的膨脹過程之后進(jìn)入氣體軸承[8]同時(shí)起高速傳動(dòng)軸[7]的潤滑作用。以利于機(jī)器的微、小型化。
3.按照權(quán)利要求1所述“雙循環(huán)氣體膨脹機(jī)”，其特征在于(徑向、軸向)斜流式渦輪[4]和離心后向型壓送(制動(dòng))葉輪[14]之輪盤背面均設(shè)有阻止高、低壓氣流相互摻混的前向型密封葉片。
4.按照權(quán)利要求1所述“雙循環(huán)氣體膨脹機(jī)”，其特征在于葉輪[14]和渦輪[4]與軸[7]之間均以柔性墊[19]、[18]裝配，以使其自動(dòng)定心。
5.按照權(quán)利要求1所述“雙循環(huán)氣體膨脹機(jī)”，其特征在于永磁定子[16]和固裝于軸[7]上的永磁轉(zhuǎn)子[17]將整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件浮起以消減其啟動(dòng)阻力。
6.按照權(quán)利要求1所述“雙循環(huán)氣體膨脹機(jī)”，其特征在于傳動(dòng)軸[7]中空，既減輕了重量，又增強(qiáng)了剛度，同時(shí)又是氣體軸承[8]的供氣通路。
全文摘要
雙循環(huán)氣體膨脹機(jī)，屬于制冷技術(shù)領(lǐng)域。該機(jī)克服了目前飛機(jī)上采用較廣的增壓式飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)氣壓高使換熱溫差增大；不易密封，難以用工質(zhì)本身作潤滑劑；膨脹比大，流量小以及多余制冷深度等項(xiàng)所決定的制冷效率低的缺點(diǎn)。其主要特征是在一完整的氣體制冷循環(huán)上附加一個(gè)副循環(huán)，系統(tǒng)內(nèi)最高氣壓接近源氣壓，主、副循環(huán)氣路在旋流膨脹室和渦輪透平為相互重合段，適合透平機(jī)膨脹比小、流量大的最佳工況特點(diǎn)，并可用工質(zhì)本身潤滑軸承。
文檔編號F25B9/06GK1079045SQ9210649
公開日1993年12月1日 申請日期1992年5月1日 優(yōu)先權(quán)日1992年5月1日
發(fā)明者呂孟讓 申請人:呂孟讓