CN101072946A - 压缩机声音的抑制 - Google Patents

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Abstract

一种压缩机设有外壳。一个或多个工作元件与外壳配合，以便在吸入位置和排出位置之间形成压缩路径。中间端口沿压缩路径设置。分支路径延伸到中间端口。压缩机包括用于限制沿分支路径的压力波动的机构。

Description

压缩机声音的抑制
发明背景
本发明涉及压缩机。具体而言，本发明涉及具有节约器(economizer)端口的压缩机。
螺旋式压缩机通常应用于空调和制冷。这种压缩机中，相互接合的凸叶形转子和凹叶形转子或螺旋体可绕其轴线转动，将工作流体(制冷剂)从低压入口端泵送到高压出口端。转动期间，凸转子的顺序叶形用作活塞，向下游驱动制冷剂并在相邻一对凹转子叶形和外壳之间空间内进行压缩。凹转子的类似顺序叶形使得制冷剂在相邻一对凸转子叶形和外壳之间的空间进行压缩。发生压缩的凸转子和凹转子的叶间容积形成压缩空间(或者称作在结合区连接的共用压缩空间的凸部分和凹部分)。在一个实施方式中，凸转子与电动马达同轴，通过轴承被支撑于其叶形工作部分的入口侧和出口侧。可设置多个凹转子，其接合到给定的凸转子上，或者凸转子接合在凹转子上。
当一个叶间容积暴露于入口端口时，制冷剂在吸入压力作用下进入该空间。当转子继续转动，在转动的某些时候，该空间不再连通入口端口，制冷剂至空间的流动被切断。在入口端口关闭后，当转子继续转动时，制冷剂受到压缩。在转动的某些时候，各空间相交于相关的出口端口，并且封闭的压缩过程终止。入口端口和出口端口可分别是径向的，轴向的，或者是轴向端口和径向端口的组合。
当制冷剂沿压缩路径在入口和出口端口之间进行压缩时，希望转子和外壳之间形成密封，以便有效率地操作。为了增加螺旋式压缩机的质量流量，使用了节约器。典型的节约器端口沿转子长度设置，并且定位成当压缩空间与相关吸入端口断开后，暴露于压缩空间。在这样的位置，限制在转子内的制冷剂气体接近吸入压力。处于吸入压力以上的压力下的气体连到节约器端口，使得一定数量的气体流入压缩机。此外，在断开吸入之后输送气体到转子，就增加了限制在转子内的气体的压力。这样就减少了要求压缩机所做的功。另外，节约器的流体处于吸入压力以上的压力下，从而使用于给定的全部制冷剂质量流体的能量减少。
其他形式的压缩机(如螺旋压缩机和往复压缩机)可包括类似的节约器端口。
然而，仍存在改进现有技术的空间。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种具有外壳的压缩机。一个或多个工作元件与外壳配合，以便形成在吸入位置和排出位置之间的压缩路径。中间端口(如用于接纳节约器流体的节约器端口)沿压缩路径设置。分支路径(如节约器路径)延伸至(或从其开始延伸，这取决于不同看法)中间端口。压缩机包括用于限制沿分支路径的压力波动的机构。
在不同的实施方式中，该机构用于限制因一个或多个工作元件的排出波动谐振而由外壳发出的外部声音。在外壳的壁内，分支路径可包括第一、第二和第三支路。第一支路可从中间端口延伸。第二支路可远离并基本横向于第一支路。第三支路可远离并基本横向于第二支路。该机构可包括第一盲体积，其从第二支路与第一支路和第三支路中的一个支路之间的连接处延伸。该机构还包括第二盲体积，其从第二支路与第一支路和第三支路中的另一个支路之间的连接处延伸。这一个或两个盲体积可包括形成了亥姆霍兹(Helmholtz)谐振器的限制结构。该机构可在外壳铸件的壁中形成。
该压缩机可通过这样的工艺方法制造，该工艺包括，铸造外壳的第一部分的前体(precursor)。在该前体中加工出至少一个孔，以容纳所述至少一个工作元件(例如在初孔铸造后进行精加工)。可加工前体，以形成分支路径的部分，包括加工第一体积和第二体积。第一体积可从至少一个孔向外加工而成。第二体积可从前体的纵向端加工而成，并与第一体积相交(可在加工第一体积之前或之后进行)。插头可插入第二体积中，以提供所希望的调节(tuning)。第二外壳部分可跨过第二体积的近端而固定到纵向端之上。插头可与第一端下平齐，并且可具有孔，该孔限定了通往亥姆霍兹谐振器的端口。
压缩机可用基本压缩机重新制造而成，或其结构通过基本结构重新设计而成。提供初始的这种压缩机或结构。这种压缩机/结构包括外壳，一个或多个工作元件，中间端口，以及通往中间端口的分支路径。在重新制造或重新设计过程中，沿分支路径设置盲体积。选择盲体积的至少一个几何参数，以提供所希望的对压力波动参数的控制。
在不同的实施方式中，所述设置可包括，将盲体积定位在外壳的壁中。所述选择可包括改变所述至少一个几何参数以及直接或间接确定压力波动参数的重复过程(直到满足最小或所希望的阈值)。所述确定可包括，测量用于这种波动的在目标频率下的声音强度。所述设置可包括，将插头插入到外壳的隔室中。该插头具有形成了亥姆霍兹谐振器端口的孔。该插头可减小隔室一部分的有效体积。所述设置包括，延伸外壳隔室的盲端部。
本发明一个或多个实施例的细节通过附图和下面描述来阐述。本发明的其他特征、目的和优点可通过下面描述和附图以及权利要求来清楚了解。
附图简介
图1是基本压缩机的局部纵剖视图；
图2是根据本发明原理的带第一改进的图1压缩机的局部纵剖视图；
图3是根据本发明原理的带第二改进的图1压缩机的局部纵剖视图；
图4是根据本发明原理的带第三改进的图1压缩机的局部纵剖视图；
图5是根据本发明原理的带第四改进的图1压缩机的局部纵剖视图。
在各附图中，类似的数字和标号表示类似的元件。
详细描述
图1显示了具有外壳组件22的压缩机20，外壳组件22可容纳马达(未显示)驱动的转子26、28，所述转子分别具有中心纵轴线500、502。在该示例性实施例中，转子26具有在第一端31和第二端32之间延伸的凸叶形体或工作部分30。工作部分30接合在凹转子28的凹叶形体或工作部分34上。工作部分34具有第一端35和第二端36。各转子包括轴部分(即轴端39，40，41，42，与相关工作部分一体形成)，从相关工作部分的第一端和第二端延伸出。这些轴的各轴端通过一个或多个轴承组件(未显示)安装到外壳上，以便绕相关的转子轴线转动。
在该示例性实施例中，马达是电动马达，具有转子和定子。转子26，28之一的其中一个轴端可连接到马达转子上，以便允许马达驱动该转子绕其轴线转动。当沿第一操作方向绕轴线驱动时，该转子驱动另一转子沿相反的第二方向转动。该示例性外壳组件22包括转子外壳50，其具有排出端面52，端面52基本上与转子体端32，36共面。组件22还包括具有上游面56的出口外壳54，上游面56安装在转子外壳的下游面上(例如通过穿过两个外壳法兰的螺栓)。该示例性转子外壳50和出口外壳54各自可以形成为铸件，所述铸件还要受到进一步的精加工。
外壳组件22的表面与相接合的转子体30，34相组合，而限定了通往压缩空间的出口端口和入口端口，压缩空间可压缩和驱动制冷剂流体504从吸入(入口)室60到达排出(出口)室62。一对阴、阳压缩空间通过外壳组件22、凸形转子体30和凹形转子体34形成。在这一对中压缩空间中，其中一个压缩空间位于每个相关转子的一对相邻叶形(lobe)之间。
转子外壳内表面包括圆柱部分70，72，其与各工作部分30，34的叶形顶部形成紧密的贴面/密封关系。部分70，72在一对相对的配合区(未显示)相接触。外壳组件内表面还包括互相配合以形成吸入端口和排出端口的部分。可以具有不同的端口结构。取决于实施方式，端口可以是径向的、轴向的或这两种的混合。
该压缩机还包括节约器端口80(位于其中一个或两个表面70，72)，它处于压缩过程的中间级(例如处在压缩过程的第一半，使得节约器端口只在压缩启动后才暴露于压缩空间，并且在压缩过程已发生1/2之前，与压缩空间隔开)。节约器端口80可允许制冷剂的节约器流510与主流504沿着压缩路径相结合，并以组合流512的形式排入排出室62中。
节约器流体可从节约器热交换器或闪蒸罐(未显示)通过节约器管线82引导出，其中节约器管线82设有用于安装到外壳组件上的法兰84。在示例性实施例中，法兰84安装到对应的转子外壳50上的安装部位，因此节约器流体路径通过转子外壳50。在转子外壳50中，示例性节约器流体路径包括从端口80向外延伸的近支路90。中间支路92一般沿纵向横向于近支路90延伸。远支路94一般向外延伸到转子外壳外部96而到达配合结构86。
可使用不同的技术来形成节约器流体路径在外壳内的支路。这可涉及铸造(如熔模铸造)和机加工中的一种或两种。例如，在一种实施方式中，转子外壳的粗特征是铸造而成的。表面(如52，70，72)然后进行精加工。可穿过表面52形成孔，从而形成作为中间孔部分的第二支路92，以及形成近孔部分100和端孔部分102。近孔部分朝向近支路90的排出端，端孔部分102朝向远支路94的吸入侧。通过位于该孔在表面52的开口近端被出口外壳54密封，部分100和102在节约器流体路径中没有起到作用。近支路和远支路90，94可从转子外壳内部和外部进行加工，以完成从中穿过的节约流体路径段。在该示例性实施例中，近支路90可沿压缩空间延伸(例如平行于转子叶形)，以提供增强的流动。远部分94可以具有圆形或其他截面形状，以便与通道80对接。在该示例性实施例中，孔具有总长度L。近部分100具有长度LO，端部分102具有长度LS。该示例性的孔是圆形的，具有直径D1。LS作为人工制造的结果一般比较小。LO将通过沿压缩路径的特定节约器端口位置来规定。该位置将取决于压缩机的设计的操作参数。在不同的制造技术中，端口80(和近支路90)可具有不同的位置，以适应基本压缩机的各个不同型号，因此，远支路94和安装结构86保持不变，以获得因批量生产而得到的经济节约。
压缩空间在吸入端口、排出端口和节约器端口处的打开和关闭产生了压力波动。当波动扩展到节约器管线内的气体时，会导致产生不希望有的振动和相关声音。这种波动可至少部分通过改进节约器流体路径来解决。示例性的改进包括对外壳内的节约器流体路径附近的改进。示例性的改进利用了现有的制造技术和其制品。示例性改进可通过对现有压缩机的重新制造或现有压缩机结构的重新设计来进行。
图2显示了图1的基本压缩机20的两种示例性改进。一个改进涉及孔端部102’，以形成侧支路谐振器。该部分的体积(即远离与远支路94的连接处进行测量)相对于端部102的体积相比已经增加。该增加可通过示例性的纵向延伸(例如加深长度LS1)来实现。可调节端部102’的几何参数性质(如长度和体积)，以便减弱一个或多个频率下的压力波动。示例性的频率是在设计的压缩机操作速度下节约器端口打开/关闭的频率(可通过系统操作条件来规定)。
第二改进(可以独立实施)应用类似的原理，以便构造作为侧支路谐振器的近空间。示例性的插头120(如圆柱形插头)插入(压配合)孔开口中，以便驻留在孔的下游端。相对于远端部100而言，插头减小了净近端部100’的长度和体积(长度被视为是最相关的参数)。示例性的插头长度显示为LP，从而将净近部分长度减小至LS2。可选择齐平插头120的长度，以便提供所希望的调节(如上面所介绍的)。或者，可通过给定尺寸的插头的插入深度(即超过齐平)来实现调节。如果适当调节要求加长近空间，那么这可通过在配合外壳54开出互补孔代替插头来实现。或者，如果适当的调节要求扩大近空间，那么这可通过扩孔代替插入来实现。
图3显示了两个其他改进，其中端部和近孔部分用来形成亥姆霍兹谐振器腔。如同图2的第一改进那样，孔可以加深，以形成端部102”。具有孔132的中心开孔的插头130可在靠近与远插头94的连接处插入端部102”中。端部102”的剩余空间的长度显示为LC1，从而形成具有相关谐振空间的亥姆霍兹谐振器的腔室。孔132具有给定的截面积和长度LH1，并形成了亥姆霍兹谐振器的端口。示例性孔是圆柱形的，其截面积是该孔截面积的5-50％。腔室和孔的几何参数可进行调节，以提供所希望的声音衰减(如上面所介绍的那样)。最相关的亥姆霍兹谐振特性是孔/端口长度、截面积和腔室体积。类似地，具有孔142的插头140可在靠近与近支路90的连接处插入孔近端部分中。插头140具有的长度显示为LH2，留出的谐振腔长度显示为LC2，并具有相应的腔体积。
图4显示了侧支路谐振器150和亥姆霍兹谐振器152的组合。可通过选择孔近端中的插头154来控制亥姆霍兹谐振器的体积，从而对示例性亥姆霍兹谐振器152进行调节。亥姆霍兹谐振器还可通过选择插头端口156的特性来进一步调节，如前面所介绍的那样。侧支路谐振器可通过选择其长度来进行调节，如前面介绍的那样。
图5显示了形成为带有插头164，166的亥姆霍兹谐振器160，162，插头164，166可提供小的孔/端口长度和/或低损失的腔室体积。各插头具有管状侧壁170，以便与转子外壳50内的相关空间的侧壁相接合。具有孔/端口174的连接板172延伸越过侧壁的近端。侧壁170的长度可进行选择，以便用于固定和稳定目的。外壳54的共同对准孔180增加了谐振器162的腔室体积。这样的结构在近支路90比较接近外壳50排出端时是尤其有用的。
上面已经介绍了一个或多个本发明的实施例。但是，应当知道，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种改进。例如，在重新设计或重新制造的情况下，现有压缩机的细节可对实现方式有很大的影响或决定其细节。实施所涉及的压缩机可具有多个节约器流体路径(例如当凸出转子与两凹转子相接合，并且每对转子具有相关的节约器流体路径时)。本发明的原理可应用于具有的工作元件不是螺旋型转子的压缩机(即往复式压缩机和螺旋压缩机)。
因此，其他的实施例也属于所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种压缩机，包括：
外壳；
一个或多个工作元件，其与所述外壳配合，从而在吸入位置和排出位置之间限定压缩路径；
沿所述压缩路径设置的中间端口；
通往所述中间端口的分支路径；和
用于限制沿所述分支路径的压力波动的机构。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述机构是用于限制因所述一个或多个工作元件的排出波动的谐振而由所述外壳发出的外部声音的机构。
3.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述分支路径包括位于所述外壳的壁中的：
来自所述中间端口的第一支路；
远离所述第一支路且基本横向于所述第一支路的第二支路；和
远离所述第二支路且基本横向于所述第二支路的第三支路，所述机构包括第一盲体积，其从所述第二支路与所述第一支路和第三支路中的一个之间的连接处延伸。
4.根据权利要求3所述的压缩机，其特征在于，所述机构还包括第二盲体积，其从所述第二支路与所述第一支路和第三支路中的另一个之间的连接处延伸。
5.根据权利要求3所述的压缩机，其特征在于，所述第一盲体积包括形成了亥姆霍兹谐振器的近端限制结构。
6.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述机构在所述外壳的铸件的壁中形成。
7.一种用于制造根据权利要求1所述的压缩机的方法，包括：
铸造所述外壳的第一部分的前体；
在所述前体上加工出至少一个孔，以容纳所述至少一个工作元件；和
加工所述前体，以限定所述分支路径的一些部分，包括：
从所述至少一个孔向外加工出第一体积；和
从所述前体的纵向端加工出与所述第一体积相交的第二体积。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：
将插头插入所述第二体积中；和
将第二外壳部分跨过所述第二体积的近端而固定到所述纵向端之上。
9.  根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述插头与所述第一端下平齐，并且具有孔，所述孔限定了通往所述亥姆霍兹谐振器的端口。
10.一种用于重新制造压缩机或重新设计所述压缩机的结构的方法，包括：
提供初始的这种压缩机或结构，其具有：
外壳；
一个或多个工作元件，其与所述外壳配合，从而在吸入位置和排出位置之间限定压缩路径；
沿所述压缩路径设置的中间端口；和
通往所述中间端口的分支路径；
沿所述分支路径设置盲体积；和
选择所述盲体积的至少一个几何参数，以提供对压力波动参数的预期控制。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述定位将所述盲体积定位于所述外壳的壁中。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述选择包括以下重复的步骤：
改变所述至少一个几何参数；和
直接或间接地确定所述压力波动参数。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述确定包括，测量用于波动的在目标频率下的声音强度。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述设置包括，将插头插入到所述外壳的隔室，所述插头具有限定了亥姆霍兹谐振器端口的孔。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述设置包括，将插头插入到所述外壳的隔室中，以减小所述隔室的一部分的有效体积。
16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述设置包括，延伸所述外壳的隔室的盲端部。
17.一种压缩机，包括：
外壳；
一个或多个工作元件，其与所述外壳配合，从而在吸入位置和排出位置之间限定压缩路径；
沿所述压缩路径设置的中间端口；
通往所述中间端口的分支路径；和
处于所述分支路径中的亥姆霍兹谐振器。
18.根据权利要求17所述的压缩机，其特征在于，所述亥姆霍兹谐振器位于所述外壳的第一部分的壁中。
19.根据权利要求17所述的压缩机，其特征在于，所述亥姆霍兹谐振器位于所述外壳的铸件的壁内。
20.根据权利要求17所述的压缩机，其特征在于，所述一个或多个工作元件包括：
凸叶形转子，其具有第一旋转轴线；和
凹叶形转子，其具有第二旋转轴线，并且与所述第一转子相接合。
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