專利名稱：帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常與各種旋轉(zhuǎn)式鼓風機和壓縮機領(lǐng)域相關(guān)，細屬用于多轉(zhuǎn)子多螺旋葉螺桿式壓縮機的旁支脈動陷阱，具有減少脈動，噪音和振動危害，提高變エ況氣動效率而不需要串接脈動減振器和使用變內(nèi)容積比滑閥等特點。
背景技術(shù)：
螺桿式壓縮機使用ー對多螺旋葉螺桿的對轉(zhuǎn)來增加氣體的壓力，在干式螺桿壓縮機中，一對同步齒輪保證陰陽兩個轉(zhuǎn)子間的細小間隙，而噴油式螺桿壓縮機則依靠潤滑油來密封陰陽兩個轉(zhuǎn)子間的間隙，并具有冷卻作用。螺桿壓縮機可以適用于寬廣的流域和不同的介質(zhì)(如不同氣體或氣液兩相)，因此被廣泛地應用于各種各樣的エ業(yè)或民用應用，如給天然氣管道增壓，將其從生產(chǎn)基地輸送到成百上千公里以外的千家萬戶，或用于各種石油化工流程的驅(qū)動和エ廠車間內(nèi)壓縮空氣的氣源。另外，螺桿式壓縮機還是大型空調(diào)制冷循環(huán)中的心臟。螺桿式壓縮機將軸功率轉(zhuǎn)換為被壓縮介質(zhì)(廣義上包括不同的氣體或氣液兩相) 的內(nèi)能。它的工作原理是通過一對螺桿形成密閉的工作腔，并在旋轉(zhuǎn)過程中使得容積縮小來壓縮氣體。其本質(zhì)仍是容積式壓縮機，都含有一個進氣ロ，一個容積可變化的工作腔(壓縮腔)和一個排氣ロ。壓縮過程都是循環(huán)性的，即進氣ヰ密閉ヰ壓縮ヰ排氣ヰ消音降噪。 圖加-加展示了傳統(tǒng)螺桿式壓縮機的壓縮循環(huán)原理圖。當轉(zhuǎn)子從0-90度吋，進ロ處轉(zhuǎn)子間的工作容積逐漸増大，這時氣體從進氣ロ進入氣缸壁和螺旋葉形成的工作腔，直到在約90 度工作容積變到最大吋，工作腔對進ロ關(guān)閉(密閉)；在90-230度吋，工作腔一方面隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)向出ロ移動，一方面工作腔容積逐漸縮小，氣體壓力逐漸升高，當壓縮腔壓カ達到一定的設(shè)計值吋，也即在約230度吋，排氣ロ打開，氣體從排氣ロ排出，進入串接的消音器或脈動減振器。由于整個過程是由ー對高速旋轉(zhuǎn)的螺桿連續(xù)完成，比往復式壓縮機的速度可以快很多，具有尺寸小運轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點。但螺桿式壓縮機的機理本質(zhì)仍和其它容積式壓縮機相同，也是將原本連續(xù)的氣流分成一個個與壓縮機工作腔大小相同的不連續(xù)的流體團，再將其壓縮并在排氣后重新匯合到一起，故氣流或壓カ脈動為螺桿式壓縮機的固有屬性，其頻率為壓縮腔単位時間的排氣次數(shù)，而脈動大小則與排氣時壓縮腔內(nèi)與排氣ロ處(也稱系統(tǒng)背壓)的壓カ差相關(guān)。通常將排氣時壓縮腔的壓カ大于排氣ロ壓カ的エ況叫過壓縮，而將排氣時壓縮腔的壓カ小于排氣ロ壓力的エ況叫欠壓縮。對于有定壓縮比的壓縮機，當系統(tǒng)所需壓カ(背壓)變化吋，都會有過壓縮或欠壓縮的情形出現(xiàn)，而過壓縮或欠壓縮的程度大小是產(chǎn)生氣流或壓カ脈動的直接來源。大的壓力脈動和氣流脈動會使下游的系統(tǒng)零部件產(chǎn)生疲勞破壞，并誘發(fā)很大的振動和噪音(可達140dB以上)，是容積式壓縮機的致命缺點。作為螺桿壓縮機的ー個特例，羅茨型鼓風機由于沒有內(nèi)壓縮，總是處于欠壓縮狀態(tài)(100%欠壓縮)，其欠壓縮大小等于進排氣的壓差，所以羅茨風機的嚴重氣體脈動是由其機理決定而天生存在的。為了控制螺桿式壓縮機的排氣ロ氣流脈動，通常的辦法是在壓縮機排氣ロ串接一個消音器或脈動減振器，這些消音器或脈動減振器以抗式或阻抗復合式為主，內(nèi)有空腔、隔板和多孔管等。其降噪和減小氣流脈動的效果一般很顯著，可達20_40dB，但也有明顯的缺點，如在消音器內(nèi)有流動損失，損失大小與脈動的衰減大小成正比，另外，消音器本身的體積重量和成本，其板焊結(jié)構(gòu)和額外的表面積使其會產(chǎn)生很大的振動并輻射噪音，并且其內(nèi)部結(jié)構(gòu)受氣流脈動的作用，會產(chǎn)生疲勞破壞并潛在地導致下游系統(tǒng)的破壞。針對上述問題，已經(jīng)有不同的技術(shù)試圖取代通常在出口串接消音器或脈動減振器的做法。比如，美國專利4，215，977 (發(fā)明人Weatherston)，提出逆流降噪減振，及美國專利5，051，077(發(fā)明人Yanagisawa)，提出改變出氣ロ幾何形狀以致出ロ逐漸打開并降噪減振。然而，這兩種方法的降噪減振效果都是有限的一般只有5-10dB，在壓縮機出口仍需要串接消音器或脈動減振器，沒能從根本上取代串接消音器。究其原因，可能是對氣流脈動機理和客觀現(xiàn)象認識的局限性。另外，在欠壓縮或過壓縮時(也稱變エ況)，螺桿壓縮機的效率會下降，傳統(tǒng)的解決方法是采用調(diào)節(jié)滑閥，來改變內(nèi)容積比(即內(nèi)壓縮比)，使得壓縮腔的壓カ在變エ況時也可以等于系統(tǒng)所需壓カ。但此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，操作困難，成本高昂，不適于普遍應用。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上問題，本發(fā)明從一種新的氣流脈動機理入手(圖la、圖lb，激波管原理圖)，提出了脈動問題的主要起因是流體和強波的相互作用的新觀點，圖2f-2g展示了傳統(tǒng)螺桿式壓縮機在欠壓縮或過壓縮吋，排氣ロ突然打開后所激發(fā)的壓縮波和膨脹波向壓縮腔和排氣管道傳播的新機理圖，并在此基礎(chǔ)上提出了取代通常在排氣ロ串接消音器或脈動減振器的新方法-旁支脈動陷阱方法，這樣不僅可以減少脈動，噪音和振動危害，而且不需要串接脈動減振器和使用變內(nèi)容積比滑閥，并使得變エ況氣動效率和安全可靠性更好，同時又大大減少系統(tǒng)的體積重量和成本。因此，本發(fā)明的第一個目的是提供一種嶄新和獨特的螺桿式壓縮機旁支脈動陷阱的設(shè)計與結(jié)構(gòu)，它與壓縮腔并聯(lián)，可以在出口排氣前控制氣流和壓カ脈動及其誘發(fā)的噪音和振動。本發(fā)明的另ー個目的是提供一種嶄新和獨特的螺桿式壓縮機旁支脈動陷阱的設(shè)計與結(jié)構(gòu)，它與壓縮腔并聯(lián)，以等同的變エ況氣動效率取代傳統(tǒng)變內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥，結(jié)構(gòu)簡單安全可靠性好。本發(fā)明的另ー個目的是提供一種嶄新和獨特的螺桿式壓縮機旁支脈動陷阱的設(shè)計與結(jié)構(gòu)，它與壓縮腔并聯(lián)為一體，取代傳統(tǒng)串接消音器，體積小重量輕安全可靠性好。本發(fā)明的另ー個目的是提供一種嶄新和獨特的螺桿式壓縮機旁支脈動陷阱的設(shè)計與結(jié)構(gòu)，可以在寬廣的壓比范圍內(nèi)控制氣流和壓カ脈動及其誘發(fā)的噪音和振動。本發(fā)明的另ー個目的是提供一種嶄新和獨特的螺桿式壓縮機旁支脈動陷阱的設(shè)計與結(jié)構(gòu)，可以在不同速度或?qū)拸V的排氣頻率范圍內(nèi)控制氣流和壓カ脈動及其誘發(fā)的噪音和振動。本發(fā)明的另ー個目的是提供一種嶄新和獨特的螺桿式壓縮機旁支脈動陷阱的設(shè)計與結(jié)構(gòu)，其系統(tǒng)變ェ況(不同壓比或不同速度時的ェ況)氣動效率要大大高于傳統(tǒng)的帶串接消音器或脈動減振器的效率，達到使用變內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥的效率。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，它包括a.至少ー氣缸，上有氣流進氣ロ，氣流排氣ロ和兩者間具有內(nèi)壓縮比的壓縮腔； 氣缸還包括與壓縮腔相鄰并聯(lián)的脈動陷阱腔；在氣缸內(nèi)機売上至少有ー個射氣ロ連接壓縮腔和脈動陷阱腔，在脈動陷阱腔上至少有ー個反饋回氣ロ將脈動陷阱腔與螺桿式壓縮機的排氣ロ相連接；b.安裝在氣缸內(nèi)的ー對平行多螺旋葉轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)軸由氣缸內(nèi)的軸承支持，反向旋轉(zhuǎn)來壓縮并推動氣流從進ロ到出口的流動；c.旁支脈動陷阱，包括與氣缸壓縮腔并聯(lián)的脈動陷阱腔，其內(nèi)有多種氣流脈動衰減設(shè)置，或氣流脈動能量回收設(shè)置，或氣流脈動隔離設(shè)置；在壓縮腔內(nèi)至少有ー個射氣ロ (陷阱進ロ)連接壓縮腔和脈動陷阱腔，在脈動陷阱腔上至少有ー個反饋回氣ロ將脈動陷阱腔與螺桿式壓縮機的排氣ロ相連接；d.此帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機能夠在源頭減少氣流脈動，噪音和振動危害，提高變エ況氣動效率而且不需要串接脈動減振器和變內(nèi)容積比滑閥。所述的射氣ロ位于離開壓縮機氣流進ロ距離等于或大于鄰近兩螺旋葉間距處，壓縮機出氣ロ之前。所述的射氣ロ的形狀為等面積形狀，或反饋流方向的橫截面積逐漸減小的噴管或反饋流方向的橫截面積先逐漸減小再逐漸增大的拉法爾噴管。所述的脈動減震設(shè)置包括至少ー層多孔板。所述的脈動減震設(shè)置包括至少ー個隔板和至少ー個隔板上的多孔管。所述的脈動減震設(shè)置包括至少ー層多孔板，上面至少有ー個可以與脈動陷阱進ロ 閥門異步關(guān)閉或開啟的閥門，即脈動陷阱進ロ閥門開啟它關(guān)閉，而脈動陷阱進ロ閥門關(guān)閉則它開啟。所述的脈動減震設(shè)置包括至少ー個亥姆霍茲共振腔。所述的脈動減震設(shè)置包括至少ー個亥姆霍茲共振腔，與之并聯(lián)至少有ー層多孔板。所述的脈動減震設(shè)置包括至少ー個亥姆霍茲共振腔，與之并聯(lián)至少有ー個可以與脈動陷阱進ロ閥門異步關(guān)閉或開啟的閥門，即脈動陷阱進ロ閥門開啟它關(guān)閉，而脈動陷阱進ロ閥門關(guān)閉則它開啟。所述的脈動減震設(shè)置或脈動能量回收設(shè)置包括至少ー個隔膜或活塞和與之并聯(lián)的至少ー個多孔板來吸收脈動能量，并將此能量用于驅(qū)動從陷阱出口流向陷阱進ロ的反饋回流。所述的脈動減震設(shè)置或脈動能量回收設(shè)置包括至少ー個隔膜或活塞來吸收脈動能量，與之并聯(lián)至少有ー個開ロ，吸收的能量用于驅(qū)動經(jīng)過此開ロ的反饋回流。所述的脈動減震設(shè)置或脈動能量回收設(shè)置包括至少ー個隔膜或活塞來吸收脈動能量，與之并聯(lián)至少有ー個可以與脈動陷阱進ロ閥門異步關(guān)閉或開啟的閥門，吸收的能量用于驅(qū)動經(jīng)過此閥門的反饋回流。所述脈動陷阱還包括至少ー個安置在壓縮機排氣ロ處的多孔板，處于脈動陷阱出 ロ之如或之后。
所述脈動隔離設(shè)置包括至少ー個安置在陷阱出口的控制閥門。所述脈動隔離設(shè)置包括至少ー個安置在陷阱出口的控制閥門以及脈動陷阱內(nèi)至少ー層多孔板。安置在陷阱出口的脈動隔離閥門是單向閥，如簧片閥或異步旋轉(zhuǎn)閥，即脈動陷阱進ロ閥門開啟它關(guān)閉，而脈動陷阱進ロ閥門關(guān)閉則它開啟。閥門是簧片閥，或是旋轉(zhuǎn)閥，或是簧片閥和旋轉(zhuǎn)閥的混合。多孔板孔的形狀為等寬形狀，或反饋流方向的橫截面積逐漸減小的噴管或反饋流方向的橫截面積先逐漸減小再逐漸增大的拉法爾噴管。多孔板孔的形狀為等寬形狀，或出口排氣方向的橫截面積逐漸減小的噴管或反饋流方向的橫截面積先逐漸減小再逐漸增大的拉法爾噴管。旁支脈動陷阱腔內(nèi)或腔壁上，至少有ー層吸音材料或類似功能的設(shè)置，使得陷阱內(nèi)的波動盡快轉(zhuǎn)換成熱。這些和其它新穎性以及本發(fā)明的目的，將通過以下有關(guān)示圖和文字詳細描述、討論和權(quán)利要求而更為清晰。


參考有關(guān)圖示的目的僅僅是為了說明，但不限于圖示，現(xiàn)說明如下圖la、圖Ib是ー個激波管原理圖，表示內(nèi)部隔膜突然打開后所激發(fā)的流動、波動和壓カ分布，也是本發(fā)明的脈動產(chǎn)生機理圖；圖(此前エ藝)是ー個典型的傳統(tǒng)4x6螺旋葉數(shù)的雙螺桿壓縮機壓縮過程循環(huán)原理圖，壓縮機出口處串接消音器；圖2f-2g是圖2d中排氣瞬間的局部放大圖，展示在欠壓縮或過壓縮時排氣ロ突然打開后所激發(fā)的壓縮波和膨脹波向壓縮腔和排氣管道的傳播；圖3a_3e (此前エ藝)展示本發(fā)明帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機新的壓縮循環(huán)原理圖；圖3f_3g是圖3d中排氣瞬間的局部放大圖，展示在欠壓縮或過壓縮時脈動陷阱進ロ突然打開后所激發(fā)的壓縮波和膨脹波向壓縮腔和脈動陷阱腔的傳播；圖如和4b是三維和局部剖面圖，表示本發(fā)明帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機的一個最佳實現(xiàn)方案使用阻式脈動衰減器，并展示脈動陷阱入口(射氣ロ)的不同幾何形狀；圖4b是圖如的A-A剖視圖；圖如和恥-5(是三維和局部剖面圖，表示本發(fā)明帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機的另外ー個最佳實現(xiàn)方案在脈動陷阱回流ロ之前或之后使用多孔板來隔離波動向下游的傳播；圖5b、圖5c是圖fe的B-B剖面；圖6a、圖6b、圖6c是ー個剖面圖，表示本發(fā)明螺桿式壓縮機旁支脈動陷阱所使用的多孔板的幾種形狀；圖6a是板孔；圖6b是噴管；圖6c是拉法爾噴管。圖7是三維剖面圖，表示本發(fā)明帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機的另ー個最佳實現(xiàn)方案使用共振腔；圖8a，8b和8c為三維和局部剖面圖，圖8表示本發(fā)明帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機的另ー個最佳實現(xiàn)方案使用隔膜來吸收脈動并協(xié)助反饋流動；圖9a和9b為局部剖面圖，表示用于本發(fā)明旁支脈動陷阱的旋轉(zhuǎn)閥和簧片閥；
圖10a，IOb和IOc為三維和局部剖面圖，圖10表示本發(fā)明帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機的另ー個最佳實現(xiàn)方案使用活塞來吸收脈動并協(xié)助反饋流動；圖Ila和lib為局部剖面圖，表示本發(fā)明帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機的另一個最佳實現(xiàn)方案在脈動陷阱出口處使用閥門來隔離。圖lib是圖Ila的A-A剖面圖。
具體實施例方式盡管下面將參照有關(guān)圖示來描述本發(fā)明的具體實現(xiàn)方案，但應該理解，這里的實現(xiàn)方案僅僅是作為例子和說明，而根據(jù)本發(fā)明的原理可以實現(xiàn)的其它方案則有很多種。很明顯，對于熟悉這些エ藝的人，在本發(fā)明范疇內(nèi)的各種各樣的變化和修改，將被認為屬于本發(fā)明的精神、范圍和考慮之列，這將在附加的權(quán)利要求中進ー步明確。另外需要指出的是，盡管有關(guān)圖示和描述采用的是4x6螺旋葉數(shù)的雙螺桿壓縮機的欠壓縮エ況來敘述本發(fā)明的具體實現(xiàn)方案，其原理和精神也可以用于其它陽陰螺旋葉數(shù)組合，如2x4，3X4，3X5，k6，等；轉(zhuǎn)子數(shù)也可以是三螺桿或單螺桿，只要能構(gòu)成旋轉(zhuǎn)螺桿壓縮腔；最佳エ況主要適用于欠壓縮，但也可適用于過壓縮エ況。同樣原則還適用于介質(zhì)無論是空氣還是其它真實氣體，氣(汽)態(tài)或汽液兩相流(如空調(diào)制冷介質(zhì))。最后，此原理也適用于螺桿式膨脹機，不同之處在于膨脹機使用壓差來產(chǎn)生軸功。作一個簡短介紹，本發(fā)明螺桿式壓縮機的旁支脈動陷阱，包括一氣缸，上有氣流進 ロ，氣流排氣口和兩者間的壓縮腔。還包括與壓縮腔并聯(lián)的脈動陷阱腔，其內(nèi)有多種氣流脈動衰減設(shè)置，或氣流脈動能量回收設(shè)置，或氣流脈動隔離設(shè)置。在氣缸機売上至少有ー個射氣ロ(陷阱進ロ)連接壓縮腔和脈動陷阱腔，至少有ー個反饋回氣ロ(陷阱出口)將脈動陷阱腔與螺桿式壓縮機的氣流排氣ロ相連接。本發(fā)明帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，還包括安裝在氣缸壓縮腔內(nèi)的ー對平行多螺旋葉轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子由氣缸內(nèi)的軸承支持，反向旋轉(zhuǎn)來壓縮并推動氣流從進ロ到出口。本發(fā)明帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，減少氣流脈動，噪音和振動危害，提高變エ況氣動效率而不需要串接脈動減振器和變內(nèi)容積比滑閥?？偟膩碚f，帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機在排氣ロ排氣之前，將氣流脈動誘到脈動陷阱內(nèi)予以衰減，這樣在壓縮機排氣ロ排氣時，氣流已無脈動。參考圖3a到;Be，這里展示的是帶有旁支(并聯(lián))脈動陷阱螺桿式壓縮機的壓縮循環(huán)原理圖。廣而言之，脈動陷阱的策略是在氣流到壓縮機排氣ロ之前，將氣流脈動先誘到脈動陷阱內(nèi)再予以衰減，這樣在壓縮機排氣ロ排氣時，氣流已無脈動。圖加到加顯示的是最常用的傳統(tǒng)壓縮循環(huán)及衰減脈動方法-串接消音，它的脈動衰減發(fā)生在壓縮機排氣ロ之后，脈動衰減器與壓縮腔排氣ロ串聯(lián)連接；而本發(fā)明帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機的脈動衰減則發(fā)生在壓縮機排氣之前，脈動衰減器(即脈動陷阱)與壓縮腔并聯(lián)連接。相對于傳統(tǒng)壓縮循環(huán)，兩者的進氣密閉和壓縮沖程仍相同，但排氣和脈動衰減沖程的次序則反過來了。脈動陷阱在氣缸上有個射氣ロ(即陷阱進ロ)，連接壓縮腔和脈動陷阱腔，并且有一個反饋回氣ロ(即陷阱出氣ロ)，將脈動陷阱腔與螺桿式壓縮機的排氣ロ相連接。脈動陷阱腔內(nèi)有氣流脈動衰減設(shè)置，它在氣流排出壓縮機排氣ロ之前(而不是傳統(tǒng)壓縮循環(huán)在氣流排出壓縮機排氣ロ之后)，將氣流脈動先誘到脈動陷阱內(nèi)，再予以衰減，這樣在壓縮機排氣ロ排氣時，氣流已無脈動。如圖3f所示欠壓縮ェ況，在壓縮腔突然向脈動陷阱腔打開的瞬間，由于壓縮腔和脈動陷阱腔之間存在壓カ差(欠壓縮エ況時的壓差，因為脈動陷阱腔與壓縮機出口連接，故壓カ接近出口壓力)，根據(jù)激波管理論，此時在陷阱進ロ會激發(fā)出一系列的波和流動。所產(chǎn)生的壓縮波將向低壓的壓縮腔傳播并壓縮里面的氣體，而與此同時產(chǎn)生的膨脹波將向高壓的陷阱腔內(nèi)傳播，并在那里被脈動減震設(shè)置所阻擋并衰減。因為波的傳播速度是轉(zhuǎn)子線速度的5-10倍，波動的衰減在葉頂轉(zhuǎn)到壓縮機出口時已經(jīng)完成，即陷阱進ロ開啟只需在排氣ロ打開之前一點即可，目標是在壓縮機排氣ロ排氣時，氣流脈動在脈動陷阱內(nèi)已衰減完畢。圖3g展示了過壓縮時類似的過程，即脈動陷阱進ロ突然打開后所激發(fā)的壓縮波和膨脹波分別向脈動陷阱腔和壓縮腔的傳播。本發(fā)明帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機的脈動衰減與傳統(tǒng)的排氣ロ串聯(lián)連接的衰減器或消音器的差別在于排氣和脈動衰減的時間先后不像傳統(tǒng)方法那樣等到排氣ロ 排氣之后再衰減(壓縮腔和脈動衰減是串聯(lián)關(guān)系)，旁支脈動陷阱方法則將脈動衰減提前到排氣前，在壓縮機排氣口前的射氣ロ即開始均壓過程(將欠壓部分消除掉)，這樣贏得了充分的時間，而且均壓和脈動衰減同時進行，即壓縮腔和脈動衰減是并聯(lián)關(guān)系。這樣做有幾個好處。首先，脈動流得以從主流中分離出來，對脈動流的衰減治理將不影響氣缸中的主流，而串接衰減器中脈動流和主流則是混合在一起的，脈動流的衰減也直接影響主流，導致總的流動損失増加，變エ況效率下降。第二，旁支脈動陷阱離脈動源頭近，并可以與壓縮機氣缸設(shè)計成為一體，在源頭來控制氣流脈動及其誘發(fā)的噪音和振動，因而體積小重量輕，取代了傳統(tǒng)外接消音器。參考圖如和4b，這里顯示的是ー個典型的為實現(xiàn)本發(fā)明帶有旁支脈動陷阱50的螺桿式壓縮機10的最佳方案。本發(fā)明帶有旁支脈動陷阱50的螺桿式壓縮機10通常包括 ー氣缸內(nèi)機殼20，上有氣流進ロ 36，氣流排氣ロ 38，氣缸內(nèi)的陰陽轉(zhuǎn)子對12和與內(nèi)機殼20 之間所形成的壓縮腔37。氣缸內(nèi)機殼20和外機殼觀之間空間形成脈動陷阱腔51，其內(nèi)有各種氣流脈動衰減設(shè)置43，如至少ー層多孔板。在氣缸內(nèi)機殼20上至少有ー個射氣ロ 41 (陷阱進ロ)連接壓縮腔37和脈動陷阱腔51，至少有ー個反饋回氣ロ 48 (陷阱出口)將脈動陷阱腔51出口 48與螺桿式壓縮機的氣流排氣ロ 38相連接。作為本發(fā)明ー個重要的新穎性和獨特性，螺桿式壓縮機10的的內(nèi)機殼20為旁支脈動陷阱50所包裏。如圖如和4b所示的最佳方案中，旁支脈動陷阱50包括組成缸體的氣缸內(nèi)機殼20和外機殼觀，兩者之間形成脈動陷阱腔51，其內(nèi)有氣流脈動衰減設(shè)置43，或氣流脈動能量回收或隔離設(shè)置(未顯示)。氣缸內(nèi)機殼20上的射氣ロ 41 (陷阱進ロ)將壓縮腔37和脈動陷阱腔51連接，而氣缸內(nèi)機殼20上的反饋回氣ロ 48 (陷阱出口)則將脈動陷阱腔51與螺桿式壓縮機的氣流排氣ロ 38相連接。如圖3f和圖4b所示，在葉輪螺旋葉頂密封剛剛轉(zhuǎn)過脈動陷阱進ロ 41吋，陷阱進ロ 41突然開啟，即壓縮腔37突然向脈動陷阱腔51打開，由于兩者間存在壓カ差(即壓縮機欠壓縮的量)，根據(jù)激波管理論，此時在陷阱進ロ 41會激發(fā)出一系列的波動和流動。所產(chǎn)生的壓縮波和誘生的脈動流將傳向低壓的壓縮腔37并繼續(xù)壓縮里面的氣體，而與此同時產(chǎn)生的膨脹波將朝相反方向的高壓陷阱腔51 內(nèi)傳播，并在那里被脈動衰減設(shè)置43所阻擋并衰減。在圖如和4b上，小箭頭53表示脈動流或反饋流的流向如下由壓縮機出氣ロ 38經(jīng)過陷阱出ロ 48進入陷阱腔51，再經(jīng)過脈動衰減設(shè)置43，收斂到陷阱進ロ 41，最后釋放到壓縮腔37內(nèi)。而圖中的大箭頭則表示轉(zhuǎn)子12 的旋轉(zhuǎn)方向和壓縮腔37內(nèi)主流流動和排氣方向。
當傳統(tǒng)螺桿式壓縮機10配有本發(fā)明旁支脈動陷阱50吋，它可以減少脈動，噪音和振動危害，提高變エ況氣動效率而且不需要串接脈動減振器和變內(nèi)容積比滑閥。旁支脈動陷阱50的工作原理如下。參照圖3a_3g和圖^_4b，帶有旁支脈動陷阱 50的螺桿壓縮機10的進氣密閉和壓縮沖程與傳統(tǒng)螺桿式壓縮機相同(參見圖2a-2c)，但排氣和脈動衰減沖程的次序則相反。如圖2(1- 所示，傳統(tǒng)的排氣和脈動衰減要等到壓縮完畢即壓縮機排氣ロ 38打開后進行，而脈動陷阱在氣缸內(nèi)機殼20上額外有個射氣ロ(陷阱進ロ)41 (圖3f)，會在壓縮完畢之前開啟，而此時壓縮機排氣ロ 38仍未打開。當壓縮腔 37突然向脈動陷阱51打開時，如果兩者間沒有壓差，根據(jù)激波管理論，這時不會產(chǎn)生脈動， 即壓縮腔37與脈動腔51之間沒有脈動流產(chǎn)生。但如果兩者間存在壓カ差，如欠壓縮エ況時脈動陷阱內(nèi)51的壓カ大于壓縮腔37的壓力，這時會在陷阱進ロ 41處激發(fā)出一系列的波和流動。所產(chǎn)生的壓縮波和脈動流將向低壓的壓縮腔37傳播并壓縮里面的氣體，而與此同時產(chǎn)生的膨脹波將向高壓的陷阱腔51內(nèi)傳播，并在那里被脈動衰減設(shè)置43所阻擋并衰減。 為了增加脈動衰減速率，可以在脈動陷阱腔51內(nèi)部或腔壁上使用ー些吸音材料或設(shè)置，使得陷阱內(nèi)的波動盡快轉(zhuǎn)換成熱。因為波的傳播速度是轉(zhuǎn)子12線速度的5-10倍，波動的衰減在螺旋葉頂轉(zhuǎn)到壓縮機出ロ 38時已經(jīng)完成，因而在壓縮機排氣時與出ロ 38之間已無壓差，即氣流已無脈動，因此不再需要串接出ロ脈動衰減器。另外，在壓縮腔37突然向脈動陷阱腔51打開的瞬間，在陷阱進ロ 41處也會激發(fā)出脈動流。根據(jù)激波管理論，誘發(fā)的流體速度可以很大，大到接近或超過音速，所以有必要在射氣ロ采用不同形狀的噴嘴來適應流速的需要。圖4b展示了除孔板外的另外兩種噴嘴 收斂式噴管63或拉法爾噴管65 (先收斂再擴展)，可以使用ー個或數(shù)個，噴管63比孔板能増加高速流動時的流量和效率，拉法爾噴管65則可超音速。同樣，當脈動陷阱51內(nèi)的衰減設(shè)置43是多孔板吋，通過孔洞的誘發(fā)流體速度可以很大，這時也可以使用比孔板61流動損失更小的噴管63和65來提高反饋回流流量和效率，其幾何形狀如圖6所示，數(shù)量上可以使用ー個或多個。圖3g則展示了過壓縮エ況時類似的工作過程，即脈動陷阱進ロ 41突然打開后所激發(fā)的壓縮波脈動流和膨脹波分別向脈動陷阱腔51和壓縮腔37的傳播，但過壓縮エ況效率遠遠低于欠壓縮エ況的效率，所以在設(shè)計時應盡量避免，這樣單向流動噴管63和65就可以適應寬廣的エ況范圍，提高變エ況效率。圖fe展示了本發(fā)明螺桿式壓縮機10另ー種帶有旁支脈動陷阱60的最佳實現(xiàn)方案置于壓縮機排氣ロ處的波動反射板設(shè)置49來輔助以上脈動陷阱50的工作，圖恥和5c 分別顯示波動反射板49置于脈動陷阱出ロ 48之前或之后。其工作原理是依靠波動反射板 49阻波通流的功能，將壓縮機排氣ロ處和脈動陷阱腔內(nèi)可能剰余的脈動阻隔在壓縮機內(nèi)， 而允許所排氣體排出。圖6展示了幾種多孔板形式的波動反射板49設(shè)計，形狀可以是孔板 61或收斂式噴管63或拉法爾噴管65 (先收斂再擴展)，可以使用ー個或數(shù)個，噴管比孔板能減少高速流動時的損失，因而提高壓縮機效率，拉法爾噴管65則可超音速，單向流動噴管63和65的方向設(shè)置為排氣方向。圖7展示了本發(fā)明螺桿式壓縮機10另ー種帶有旁支脈動陷阱70的最佳實現(xiàn)方案使用亥姆霍茲共振腔71來減少脈動。理論上，亥姆霍茲共振腔使用四分之一波長在共振腔內(nèi)互相抵消的原理，對單ー頻率的脈動衰減很有效。因為螺桿式壓縮機的脈動頻率與
10轉(zhuǎn)速直接相關(guān)，在定轉(zhuǎn)速時頻率単一。此最佳實現(xiàn)方案中，由脈動陷阱進ロ 41產(chǎn)生的単一頻率脈動，可由與之鄰近的亥姆霍茲共振腔71來衰減，亥姆霍茲共振腔71也可與脈動減振器43—井使用。圖8展示了本發(fā)明螺桿式壓縮機10另ー種帶有旁支脈動陷阱80的最佳實現(xiàn)方案使用隔膜來回收氣流脈動能量、減少脈動并協(xié)助反饋進氣。圖8a展示ー個閥門設(shè)置，圖 8b展示兩個閥門設(shè)置，圖8c則是沒有閥門而使用衰減器的設(shè)置。另外，圖8b中，上面的轉(zhuǎn)子展示了充能過程，這時陷阱進ロ 41和閥門82對壓縮腔37打開而陷阱出ロ 48和閥門83 關(guān)閉；同樣，下面的轉(zhuǎn)子展示了放能過程，這時陷阱進ロ 41和閥門82對壓縮腔37關(guān)閉而陷阱出ロ 48和閥門83則打開。閥門82和83可以是滿足以上功能的任何形式的閥門，圖9 給出旋轉(zhuǎn)閥門和簧片閥門作為例子。此最佳實現(xiàn)方案的充能過程工作原理如圖8b顯示，在壓縮腔37突然向脈動陷阱51打開的瞬間，產(chǎn)生的壓縮波將向壓縮腔37傳播，而與此同時產(chǎn)生的膨脹波將向陷阱腔51內(nèi)傳播，由于壓縮腔37的壓カ小于陷阱腔51的壓力，此時隔膜81會被拉向陷阱進ロ 41，同時也吸收了脈動能量，并將之儲存于彈性變形(充能)。這時處于陷阱出ロ 48處的閥門83處于關(guān)閉，因此將脈動波有效的隔離于脈動陷阱內(nèi)。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，壓縮腔37和陷阱腔51的壓カ差逐漸消失，隔膜81會由儲存的能量驅(qū)動而反彈(放能)，降低陷阱腔內(nèi)的壓力，進而引起反饋流動通過這時業(yè)已打開的閥門83，使陷阱腔中的壓カ不斷増加，因為此時通向壓縮腔的閥門82處于關(guān)閉狀態(tài)。通過這樣與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動同步開啟和關(guān)閉閥門82和83，脈動能量可以被有效的隔離在陷阱腔51內(nèi)，并得以有效的吸收和利用，進而達到治理脈動和提高效率的目的。圖10和圖8相同，但隔膜由活塞替代來吸收脈動并協(xié)助反饋進氣。圖11a、圖lib展示了本發(fā)明螺桿式壓縮機10另ー種帶有旁支脈動陷阱90的最佳實現(xiàn)方案使用控制閥門96來隔離脈動的傳播。圖Ila和圖lib展示了閥門96和脈動衰減設(shè)置43并用的三維和局部剖面圖。此最佳實現(xiàn)方案的工作原理利用了在欠壓縮時陷阱腔內(nèi)波動和反饋流體運動方向相反的特點，使用單向閥96讓流體通過而阻擋反方向傳播的波動。圖lib中，左邊的轉(zhuǎn)子展示了隔離波動過程，這時陷阱進ロ 41對壓縮腔37打開而陷阱出口 48處閥門96關(guān)閉；同樣，右邊的轉(zhuǎn)子展示了讓反饋流體通過的過程，這時陷阱出 ロ 48處閥門96打開。閥門96可以是滿足以上功能的任何形式的單向或可以同步控制的閥門，圖9給出旋轉(zhuǎn)和簧片閥門作為后者的例子。此最佳實現(xiàn)方案的隔離過程工作原理如圖Ila和圖lib欠壓縮エ況顯示，在壓縮腔37突然向脈動陷阱51打開的瞬間，產(chǎn)生的壓縮波將向壓縮腔37內(nèi)傳播，而與此同時產(chǎn)生的膨脹波將向陷阱腔51內(nèi)傳播，由于此時位于陷阱出口的閥門96處于關(guān)閉狀態(tài)，陷阱腔內(nèi)的膨脹波被有效的隔離在腔內(nèi)，由內(nèi)置的衰減設(shè)置43消耗其脈動能量。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，陷阱腔51內(nèi)的壓カ逐漸降低，閥門96會再次打開，驅(qū)動反饋流53流入陷阱腔51，使其內(nèi)的壓カ不斷増加，直到閥門96再關(guān)閉。通過這樣不斷的與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動同步開啟和關(guān)閉閥門96，脈動能量可以被有效的隔離在陷阱腔51內(nèi)并衰減棹，進而達到治理脈動的目的。由上可見，本發(fā)明提供的有獨特性和新穎性的帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，能夠減少氣流脈動，噪音和振動危害，提高變エ況氣動效率而且不需要串接脈動減振器和變內(nèi)容積比滑閥。當然，本發(fā)明并沒有特意拘限于任何特別的形式或配置，或者任何具體的實現(xiàn)方式及任何特指的使用，此中所透露的，在沒有離開本發(fā)明申請的如上文所示并描述的精神或范圍情況下，同樣的實質(zhì)在各種各樣的細節(jié)或者關(guān)系上可能被改變。這里展示的裝置或方法僅僅是為了說明和披露一種實現(xiàn)的最佳形式，而非展示所有本發(fā)明可能被實現(xiàn)或操作的不同形式或改動。 充分依照專利法律法規(guī)，本發(fā)明已經(jīng)有相當多的細節(jié)描述，以提供至少有關(guān)它體現(xiàn)形式之一的公開技術(shù)信息披露。但是，這樣的詳細描述并無意圖從任何方面去限制本發(fā)明的那些廣泛的特征或者原理。
權(quán)利要求
1.一種帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，其特征在于，它包括a.至少ー氣缸，上有氣流進氣ロ，氣流排氣口和兩者間具有內(nèi)壓縮比的壓縮腔；氣缸還包括與壓縮腔相鄰并聯(lián)的脈動陷阱腔；在氣缸內(nèi)機売上至少有ー個射氣ロ連接壓縮腔和脈動陷阱腔，在脈動陷阱腔上至少有ー個反饋回氣ロ將脈動陷阱腔與螺桿式壓縮機的排氣 ロ相連接；b.安裝在氣缸內(nèi)的ー對平行多螺旋葉轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)軸由氣缸內(nèi)的軸承支持，反向旋轉(zhuǎn)來壓縮并推動氣流從進ロ到出口的流動；c.旁支脈動陷阱，包括與氣缸壓縮腔并聯(lián)的脈動陷阱腔，其內(nèi)有多種氣流脈動衰減設(shè)置，或氣流脈動能量回收設(shè)置，或氣流脈動隔離設(shè)置；在壓縮腔內(nèi)至少有ー個射氣ロ連接壓縮腔和脈動陷阱腔，在脈動陷阱腔上至少有ー個反饋回氣ロ將脈動陷阱腔與螺桿式壓縮機的排氣ロ相連接；d.此帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機能夠在源頭減少氣流脈動，噪音和振動危害， 提高變エ況氣動效率而且不需要串接脈動減振器和變內(nèi)容積比滑閥。
2.如權(quán)利要求1所述的帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，其特征在干，所述的射氣 ロ位于離開壓縮機氣流進ロ距離等于或大于鄰近兩螺旋葉間距處，壓縮機出氣ロ之前。
3.如權(quán)利要求1所述的帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，其特征在干，所述的射氣 ロ的形狀為等面積形狀，或反饋流方向的橫截面積逐漸減小的噴管或反饋流方向的橫截面積先逐漸減小再逐漸增大的拉法爾噴管。
4.如權(quán)利要求1所述的帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，其特征在干，所述的脈動減震設(shè)置包括至少ー層多孔板。
5.如權(quán)利要求1所述的帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，其特征在干，所述的脈動減震設(shè)置包括至少ー個隔板和至少ー個隔板上的多孔管。
6.如權(quán)利要求1所述的帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，其特征在干，所述的脈動減震設(shè)置包括至少ー層多孔板，上面至少有ー個可以與脈動陷阱進ロ閥門異步關(guān)閉或開啟的閥門，即脈動陷阱進ロ閥門開啟它關(guān)閉，而脈動陷阱進ロ閥門關(guān)閉則它開啟。
7.如權(quán)利要求1所述的帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，其特征在干，所述的脈動減震設(shè)置包括至少ー個亥姆霍茲共振腔。
8.如權(quán)利要求1所述的帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，其特征在干，所述的脈動減震設(shè)置包括至少ー個亥姆霍茲共振腔，與之并聯(lián)至少有ー層多孔板。
9.如權(quán)利要求1所述的帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，其特征在干，所述的脈動減震設(shè)置包括至少ー個亥姆霍茲共振腔，與之并聯(lián)至少有ー個可以與脈動陷阱進ロ閥門異步關(guān)閉或開啟的閥門，即脈動陷阱進ロ閥門開啟它關(guān)閉，而脈動陷阱進ロ閥門關(guān)閉則它開Jn ο
10.如權(quán)利要求1所述的帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，其特征在干，所述的脈動減震設(shè)置或脈動能量回收設(shè)置包括至少ー個隔膜或活塞和與之并聯(lián)的至少ー個多孔板來吸收脈動能量，并將此能量用于驅(qū)動從陷阱出口流向陷阱進ロ的反饋回流。
11.如權(quán)利要求1所述的帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，其特征在干，所述的脈動減震設(shè)置或脈動能量回收設(shè)置包括至少ー個隔膜或活塞來吸收脈動能量，與之并聯(lián)至少有 ー個開ロ，吸收的能量用于驅(qū)動經(jīng)過此開ロ的反饋回流。
12.如權(quán)利要求1所述的帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，其特征在干，所述的脈動減震設(shè)置或脈動能量回收設(shè)置包括至少ー個隔膜或活塞來吸收脈動能量，與之并聯(lián)至少有一個可以與脈動陷阱進ロ閥門異步關(guān)閉或開啟的閥門，吸收的能量用于驅(qū)動經(jīng)過此閥門的反饋回流。
13.如權(quán)利要求1所述的帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，其特征在干，所述脈動陷阱還包括至少ー個安置在壓縮機排氣ロ處的多孔板，處于脈動陷阱出口之前或之后。
14.如權(quán)利要求1所述的帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，其特征在干，所述脈動隔離設(shè)置包括至少ー個安置在陷阱出口的控制閥門。
15.如權(quán)利要求1所述的帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，其特征在干，所述脈動隔離設(shè)置包括至少ー個安置在陷阱出口的控制閥門以及脈動陷阱內(nèi)至少ー層多孔板。
16.如權(quán)利要求6、9、14或15所述的帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，其特征在干， 安置在陷阱出口的脈動隔離閥門是單向閥，如簧片閥或異步旋轉(zhuǎn)閥，即脈動陷阱進ロ閥門開啟它關(guān)閉，而脈動陷阱進ロ閥門關(guān)閉則它開啟。
17.如權(quán)利要求12所述的帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，其特征在干，閥門是簧片閥，或是旋轉(zhuǎn)閥，或是簧片閥和旋轉(zhuǎn)閥的混合。
18.如權(quán)利要求4、6、8或10所述的帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，其特征在干，多孔板孔的形狀為等寬形狀，或反饋流方向的橫截面積逐漸減小的噴管或反饋流方向的橫截面積先逐漸減小再逐漸增大的拉法爾噴管。
19.如權(quán)利要求13所述的帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，其特征在干，多孔板孔的形狀為等寬形狀，或出口排氣方向的橫截面積逐漸減小的噴管或反饋流方向的橫截面積先逐漸減小再逐漸增大的拉法爾噴管。
20.如權(quán)利要求1所述的帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，其特征在干，旁支脈動陷阱腔內(nèi)或腔壁上，至少有ー層吸音材料或類似功能的設(shè)置，使得陷阱內(nèi)的波動盡快轉(zhuǎn)換成熱。
全文摘要
一種帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，減少脈動，噪音和振動危害，提高變工況氣動效率而不需要串接脈動減振器和變內(nèi)容積比滑閥。帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機，包括一氣缸，上有氣流進氣口，氣流排氣口和兩者間具有內(nèi)壓縮比的壓縮腔。還包括安裝在氣缸壓縮腔內(nèi)的一對平行多螺旋葉轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子由氣缸內(nèi)的軸承支持，反向旋轉(zhuǎn)來壓縮并推動氣流從進口到出口。螺桿式壓縮機的旁支脈動陷阱，包括與壓縮腔并聯(lián)的脈動陷阱腔，其內(nèi)有多種氣流脈動衰減設(shè)置，或氣流脈動能量回收設(shè)置，或氣流脈動隔離設(shè)置。在氣缸內(nèi)機殼上至少有一個射氣口連接壓縮腔和脈動陷阱腔，至少有一個反饋回氣口將脈動陷阱腔與螺桿式壓縮機的氣流排氣口相連接。
文檔編號F04C29/06GK102588281SQ201110449760
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月5日
發(fā)明者黃秀保 申請人:黃秀保