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【第十八期】大工技述:围绕国家重大需求,胡大鹏教授潜心开发气波过膨胀制冷设备

2017-12-05  点击:[]

一个国家的空气动力技术水平直接决定这个国家的航空航天实力,影响着国民经济建设水平。

位于四川省的中国燃气涡轮研究院是我国航空发动机预研设计和大型试验研究基地,正在建设的绵阳航空新城将建成我国规模最大、用途最广泛的航空发动机试验基地,主要用于涉及军机动力、民机动力、空天动力、燃机动力等关乎国家重大需求的核心技术装备。其中,该基地以气波制冷机为核心的一些高空台模拟试验成套设备便是由胡大鹏教授课题组提供的

我校胡大鹏教授课题组多年来致力于膨胀制冷领域的研究,开发出多种具有自主知识产权的气波制冷技术。国内606所、609所、贵阳院、北京航空航天大学等科研机构中,中小型低温风洞均采用了胡大鹏教授的气波制冷技术装备,获得普遍好评。

另外,胡大鹏教授研发的气波制冷技术在天然气处理行业也获得了广泛推广,如在新疆油田采油二厂80万方/日天然气处理,新疆陆梁处理站60万方/日天然气处理,塔西南分公司60万方/日天然气处理装置,大庆阿拉新45万方/日天然气脱水装置等国家重点工程中均获得成功应用。

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图1 绵阳高空台系统        图2  新疆陆梁高压天然气处理站

传统气波制冷机工作原理图与工作流程图分别如图1和图2所示,它是依靠压力气体射流对通道内的驻留气体做不定常膨胀功而制冷,故能在较低的转速下高效率地完成制冷过程。在机器产生冷量的同时还可输出热量,机器等熵效率可达75%以上。但是传统机器将气体压力能转化为低品味热能存在能源浪费。基于此,胡教授团队着手进行技术改进,进行了新型气波过膨胀制冷技术的研发。

说明: 说明: 工作过程(改进)

图1  传统气波制冷机工作过程         图2  传统气波制冷工艺原理图

新型气波过膨胀制冷技术工作原理图与工作流程图分别如图3和图4所示,是在传统气波制冷过程的基础上增加了一个增压过程,且增压过程所需要的压缩功由高压气体膨胀产生膨胀功提供,无需额外的机械功输入,大幅降低了制冷过程的压力能损失。在过膨胀气波制冷过程中,高压气体膨胀后产生的低温气体进入换热器,与冷却后的中压气体进行换热,将冷量传递给中压气体。因此,如不考虑管路损失与换热损失,制冷系统最终得到的低温气体温度还是原来低温气体的温度,而压力为中压气体的压力。目前,过膨胀气波制冷机在系统压比1.1时最高可降温26℃;系统压比1.5时最高可降温37℃

图3  气波过膨胀制冷工作过程     图4 气波过膨胀制冷工艺流程图

以该项新型技术为指导生产的气波制冷设备是一种新型制冷节能机械。该机具有结构简单,性能稳定,操作维护简便,制造、运行成本低,对流量和膨胀比适应范围宽等优点。与其它膨胀制冷机械比较,在高压大膨胀比及气液两相流工况下使用具有相当的技术优势。

 

该项技术目前获奖情况:

气波制冷机及技术于1996年获全国火炬高新技术及产品展交会金奖

多级气波制冷机于2003年获辽宁省科技研究成果奖

气波制冷装置及技术于2004年获中国石油和化学工业协会科学技术奖技术发明二等奖

多级气波制冷机及技术于2004年获辽宁省技术发明二等奖

气波制冷技术装备于2009年获中国石油及化学工业协会技术发明一等奖

气波制冷技术装备中国国际工业博览会创新奖(2010)

 

胡大鹏:

大连理工大学化工机械学院院长、教授、博士生导师。中石油CPE外聘首席专家、辽宁省石油化工技术与装备重点实验室主任、辽宁省流体工程学会理事、辽宁省机械工程学会压力容器分会副理事长。胡大鹏教授多年致力于非定常流体流动和装备技术研究。为拓展气波制冷技术的应用范围,提出了“天然气地层压力能综合利用新技术研究”这一课题,获得了国家863计划支持。提出了“多气合采气波引射技术装备研发”,获得十三五国家科技重大专项支持。目前,已成功研发了静止式、旋转式、外循环耗散式的三大类的气波膨胀制冷技术。发表高水平研究论文100余篇,获国家发明专利30余项、相关成果获中国石油和化学工业协会科学技术奖技术发明一等奖1项、辽宁省自然科学论文奖二等奖1项、大连市技术发明二等奖1项、中国国际工业博览会创新奖1项。

 

责任编辑:刘  涛

编辑排版:蔡  琳

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