CN102678568A - 带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机 - Google Patents

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Abstract

带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，减少脉动，噪音和振动危害，提高变工况气动效率而不需要外接脉动减振器和变内容积比设置。总的来说，带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机在排气口之前，将气流脉动诱到脉动陷阱内予以衰减，这样在压缩机排气口排气时，气流已无脉动。容积式压缩机的旁支脉动陷阱，包括一气缸，上有气流进口，气流排气口和两者间的压缩腔。还包括与压缩腔并联的脉动陷阱腔，其内有多种气流脉动衰减设置，或气流脉动能量回收设置，或气流脉动隔离设置。在气缸机壳上至少有一个射气口连接压缩腔和脉动陷阱腔，至少有一个反馈回气口将脉动陷阱腔与容积式压缩机的气流排气口相连接。本发明披露相关的原理、实现方法和最佳设置。

Description

带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机
技术领域
本发明通常与各种鼓风机、压缩机和泵领域相关，细属用于容积式压缩机的旁支脉动陷阱，具有减少脉动，噪音和振动危害，提高变工况气动效率而不需要串接消音器或脉动减振器等特点。 
背景技术
容积式压缩机具有高压增压能力，适用于宽广的流域和不同的介质(如不同气体或气液两相)，被广泛地应用于各种各样的工业或民用应用，如给天然气管道增压，将其从生产基地输送到成百上千公里以外的千家万户，或用于各种石油化工流程的驱动和工厂车间内压缩空气的气源。另外，容积式压缩机还是空调制冷循环中的心脏，用在每家每户的空调和冰箱内。 
容积式压缩机将轴功率转换为被压缩介质(广义上包括不同的气体或气液两相)的内能。它的工作原理是依靠工作腔容积的缩小来压缩气体。如图2所示，按工作腔和运动部件形状，容积式压缩机可分为“往复式”和“回转式”两大类。前者的运动部件进行往复运动，后者的运动部件做单方向回转运动，如螺杆压缩机、涡旋压缩机、滑片压缩机、罗茨式或回转活塞式等。尽管容积式压缩机种类繁多优缺点各异，但都含有一个进气口，一个容积可变化的工作腔(压缩腔)和一个可用阀门控制排气时机和压力的排气口。此外，其压缩过程都是循环性的，且步骤和顺序都相同，即：进气→压缩→排气→消音降噪。图3a-3b展示了不同类型的传统容积式压缩机转子和气缸被抽象成一活塞和气缸及排气口串接消音器或脉动减振器的通用原理图。当活塞在气缸内向下运动时，气缸内的工作容积逐渐增大，这时气体从进气口推开进气阀门进入气缸，直到工作容积变到最大时为止，进气阀关闭；然后活塞反向向上运动，气缸容积缩小，气体压力升高，当气缸压力达到一定的设计值 时，排气阀门打开，气体从排气口排出气缸，进入串接的消音器或脉动减振器。 
因为容积式压缩机的机理是将原本连续的气流分成一个个与压缩机工作腔大小相同的不连续的流体团，再将其压缩并在排气后重新汇合到一起，故气流或压力脉动为容积式压缩机的固有属性，其频率为压缩腔单位时间的排气次数，而脉动大小则与排气时压缩腔内与排气口处(也称系统背压)的压力差相关。通常将排气时压缩腔的压力大于排气口压力的工况叫过压缩，而将排气时压缩腔的压力小于排气口压力的工况叫欠压缩。对于有定压缩比的压缩机，当系统所需压力(背压)变化时，都会有过压缩或欠压缩的情形出现，而过压缩或欠压缩的程度大小是产生气流或压力脉动的直接来源。大的压力脉动和气流脉动会使下游的系统零部件产生疲劳破坏，并诱发很大的振动和噪音(可达140dB以上)。作为特例，罗茨型鼓风机由于没有内压缩，总是处于欠压缩状态，其欠压缩大小等于进排气的压差，所以罗茨风机的严重气体脉动是由其原理所决定而天生存在的。 
为了控制容积式压缩机的排气口气流脉动，通常的办法是在压缩机排气口串接一个消音器或脉动减振器，如图3所示。这些消音器或脉动减振器以抗式或阻抗复合式为主，内有空腔、隔板和多孔管等。其降噪和减小气流脉动的效果一般很显著，可达20-40dB，但也有明显的缺点，如在消音器内有流动损失，其大小与脉动的衰减大小成正比，另外，额外的体积重量和成本，其板焊结构和额外的表面本身使其会产生很大的振动并辐射噪音，并且其内部结构受气流脉动的作用，会产生疲劳破坏并导致下游系统的破坏。 
另外，在欠压缩或过压缩时(也称变工况)，容积式压缩机的效率会下降，传统的解决方法是采用可调节的几何形状，来改变内容积比(即内压缩比)，使得压缩腔的压力在变工况时也可以等于系统所需压力。但此系统结构复杂，操作困难，成本高昂，不适于普遍应用。 
为了解决以上问题，本发明从一种新的气流脉动机理入手(图1，激波管原理图)，提出了脉动问题的主要起因是流体和强波的相互作用的新观点， 图3c-3d展示了传统容积式压缩机在欠压缩或过压缩时，排气口突然打开后所激发的压缩波和膨胀波向压缩腔和脉动陷阱腔的传播的新机理图，并在此基础上提出了取代通常在排气口串接消音器或脉动减振器的新方法-旁支脉动陷阱方法，这样不仅可以减少脉动，噪音和振动危害，而且不需要外接脉动减振器和变内容积比设置，使得效率和安全可靠性更好，同时又大大减少系统的体积重量和成本。 
发明内容
因此，本发明的第一个目的是提供一种崭新和独特的容积式压缩机旁支脉动陷阱的设计与结构，它与压缩腔并联，可以在出口排气前控制气流和压力脉动及其诱发的噪音和振动。 
本发明的另一个目的是提供一种崭新和独特的容积式压缩机旁支脉动陷阱的设计与结构，它与压缩腔并联，以等同的变工况气动效率取代传统变内容积比调节设置，结构简单安全可靠性好。 
本发明的另一个目的是提供一种崭新和独特的容积式压缩机旁支脉动陷阱的设计与结构，它与压缩腔并联为一体，取代传统串接消音器，体积小重量轻安全可靠性好。 
本发明的另一个目的是提供一种崭新和独特的容积式压缩机旁支脉动陷阱的设计与结构，可以在宽广的压比范围内控制气流和压力脉动及其诱发的噪音和振动。 
本发明的另一个目的是提供一种崭新和独特的容积式压缩机旁支脉动陷阱的设计与结构，可以在不同速度或宽广的排气频率范围内控制气流和压力脉动及其诱发的噪音和振动。 
本发明的另一个目的是提供一种崭新和独特的容积式压缩机旁支脉动陷阱的设计与结构，其系统变工况(不同压比或不同速度时的工况)气动效率要高于传统的带串接消音器或脉动减振器的效率，达到变内容积比调节的效率。 
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 
一种带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，它包括： 
a.至少一气缸，上有气流进口，气流排气口和两者间的压缩腔；气缸还包括与压缩腔相邻并联的脉动陷阱腔；气缸上至少有一个射气口连接压缩腔和脉动陷阱腔，在脉动陷阱腔上至少有一个反馈回气口将脉动陷阱腔与容积式压缩机的气流排气口相连接； 
b.安装在气缸内的由外力驱动的容积式转子，通过周期运动推动气流从进口到排气口的增压和流动； 
c.旁支脉动陷阱，包括与气缸并联的机壳形成脉动陷阱腔，其内有多种气流脉动衰减设置，或气流脉动能量回收设置，或气流脉动隔离设置；在压缩腔机壳上至少有一个射气口连接压缩腔和脉动陷阱腔，在脉动陷阱腔机壳上至少有一个反馈回气口将脉动陷阱腔与容积式压缩机的气流排气口相连接； 
d.此带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机能够在源头减少气流脉动，噪音和振动危害，提高变工况气动效率而且不需要外接脉动减振器和变内容积比设置。 
所述的射气口位置与压缩机气流进口总是隔离的，但总在压缩机气流出口之前。 
所述的射气口形状为等面积形状，或反馈流方向的横截面积逐渐减小的喷管形状或反馈流方向的横截面积先逐渐减小再逐渐增大的拉法尔喷管形状。 
所述的脉动减震设置包括至少一层多孔板。 
所述的脉动减震设置包括至少一个隔板和至少一个隔板上的多孔管。 
所述的脉动减震设置包括至少一层多孔板，上面至少有一个可以与脉动陷阱进口阀门异步关闭或开启的控制阀门，即脉动陷阱进口阀门开启它关闭，而脉动陷阱进口阀门关闭则它开启。 
所述的脉动减震设置包括至少一个亥姆霍兹共振腔。 
所述的脉动减震设置包括至少一个亥姆霍兹共振腔，与之并联至少有一层多孔板或其它可以提供阻力的材料。 
所述的脉动减震设置包括至少一个亥姆霍兹共振腔，与之并联至少有一个可以与脉动陷阱进口阀门异步关闭或开启的控制阀门，即脉动陷阱进口阀门开启它关闭，而脉动陷阱进口阀门关闭则它开启。 
所述的脉动减震设置或脉动能量回收设置包括至少一个隔膜或活塞和与之并联的至少一个多孔板来吸收脉动能量，并将此能量用于驱动从陷阱出口流向陷阱进口的反馈回流。 
所述的脉动减震设置或脉动能量回收设置包括至少一个隔膜或活塞来吸收脉动能量，与之并联至少有一个开口，吸收的能量用于驱动经过此开口的反馈回流。 
所述的脉动减震设置或脉动能量回收设置包括至少一个隔膜或活塞来吸收脉动能量，与之并联至少有一个可以与脉动陷阱进口阀门异步关闭或开启的阀门，吸收的能量用于驱动经过此阀门的反馈回流。 
所述脉动陷阱还包括至少一个安置在压缩机排气口处的多孔板，处于脉动陷阱出口之前或之后。 
所述脉动隔离设置包括至少一个安置在陷阱出口的控制阀门。 
所述脉动隔离设置包括至少一个安置在陷阱出口的控制阀门以及脉动陷阱内至少一层多孔板。 
安置在陷阱出口的脉动隔离的控制阀门是单向阀，如簧片阀或异步旋转阀，即脉动陷阱进口阀门开启它关闭，而脉动陷阱进口阀门关闭则它开启。 
所述的阀门是簧片阀，或是旋转阀，或是簧片阀和旋转阀的混合。 
所述的多孔板的孔的形状为等宽形状，或反馈流方向的横截面积逐渐减小的喷管或反馈流方向的横截面积先逐渐减小再逐渐增大的拉法尔喷管。 
所述的多孔板的孔的形状为等宽形状，或出口排气方向的横截面积逐渐减小的喷管或出口排气方向的横截面积先逐渐减小再逐渐增大的拉法尔喷管。 
所述的旁支脉动陷阱腔内或腔壁上，至少有一层吸音材料或类似功能的设置，使得陷阱内的波动尽快转换成热。 
本发明的有益效果：能够减少气流脉动，噪音和振动危害，提高变工况气动效率而不需要外接脉动减振器和变内压缩比设置。 
这些和其它新颖性以及本发明的目的，将通过以下有关示图和文字详细描述、讨论和权利要求而更为清晰。 
附图说明
参考有关图示的目的仅仅是为了说明，但不限于图示，现说明如下： 
图1a、图1b是一个激波管原理图，表示内部隔膜突然打开后所激发的流动、波动和压力分布，也是本发明的脉动机理图； 
图2(此前工艺)是一个典型的压缩机分类图，图中显示现有的容积式压缩机的各种类型，均为本发明对象的一部分； 
图3a-3b(此前工艺)是不同类型的传统容积式压缩机转子和气缸被抽象成一活塞和气缸及排气口串接消音器或脉动减振器的通用原理图；图3c(欠压缩此前工艺)-3d(过压缩此前工艺)是图3a中排气瞬间的局部放大图，展示在欠压缩或过压缩时排气口突然打开后所激发的压缩波和膨胀波向压缩腔和脉动陷阱腔的传播； 
图4a(欠压缩)-4b(过压缩)展示本发明带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机新的压缩循环；图4c(欠压缩)-4d(过压缩)是图4a中排气瞬间的局部放大图，展示在欠压缩或过压缩时脉动陷阱进口突然打开后所激发的压缩波和膨胀波向压缩腔和脉动陷阱腔的传播； 
图5a(阻式衰减)是局部剖面图，表示本发明带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机的一个最佳实现方案：使用阻式脉动衰减器；图5b(抗式衰减)则是另一个最佳实现方案：使用抗式脉动衰减器； 
图6a、图6b是一个剖面图，表示本发明旁支脉动陷阱所使用的多孔板的几种形状； 
图7是局部剖面图，表示本发明带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机的另一个最佳实现方案：使用共振腔； 
图8(a)双阀门和8(b)单阀门为局部剖面图，表示本发明带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机的另一个最佳实现方案：使用隔膜来吸收脉动并协助反馈进气； 
图9(a)和9(b)为局部剖面图，表示用于本发明旁支脉动陷阱的旋转阀和簧片阀； 
图10(a)双阀门和10(b)单阀门为局部剖面图，表示本发明带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机的另一个最佳实现方案：使用活塞来吸收脉动并协助反馈进气； 
图11(a)单阀门和11(b)阀门和衰减为局部剖面图，表示本发明带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机的另一个最佳实现方案：在脉动陷阱出口处使用阀门来隔离。 
具体实施方式
尽管下面将参照有关图示来描述本发明的具体实现方案，但应该理解，这里的实现方案仅仅是作为例子和说明，而根据本发明的原理可以实现的其它方案则有很多种。很明显，对于熟悉这些工艺的人，在本发明范畴内的各种各样的变化和修改，将被认为属于本发明的精神、范围和考虑之列，这将在附加的权利要求中进一步明确。 
另外需要指出的是，尽管有关图示和描述采用的是空气容积式压缩机的欠压缩工况来描述本发明的具体实现方案，其原理和精神也可以用于过压缩工况。同样原则还适用于介质：无论是空气还是其它真实气体，气态或液态或两相流(如空调制冷介质)。最后，此原理也适用于容积式膨胀机，如螺杆或涡旋式膨胀机，不同之处在于膨胀机使用压差来产生轴功。 
作一个简短介绍，本发明容积式压缩机的旁支脉动陷阱，包括一气缸，上有气流进口，气流排气口和两者间的压缩腔。还包括与压缩腔并联的脉动陷阱腔，其内有多种气流脉动衰减设置，或气流脉动能量回收设置，或气流脉动隔离设置。在气缸机壳上至少有一个射气口(陷阱进口)连接压缩腔和脉动陷阱腔，至少有一个反馈回气口(陷阱出口)将脉动陷阱腔与容积式压缩机的气流排气口相连接。 
本发明带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，减少气流脉动，噪音和振动危害，提高变工况气动效率而不需要外接脉动减振器和变内容积比设置。总 的来说，带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机在排气口排气之前，将气流脉动诱到脉动陷阱内予以衰减，这样在压缩机排气口排气时，气流已无脉动。 
参考图4a到4b，这里展示的是带有旁支(并联)脉动陷阱新的容积式压缩机的压缩循环原理图。广而言之，脉动陷阱的策略是：在气流到压缩机排气口之前，将气流脉动诱到脉动陷阱内予以衰减，这样在压缩机排气口排气时，气流已无脉动。图3a-3b显示的是最常用的传统串接消音或衰减脉动方法，它的脉动衰减发生在压缩机排气口之后，脉动衰减器与压缩腔排气口串联连接；而本发明带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机的脉动衰减则发生在压缩机排气之前，脉动衰减器(即脉动陷阱)与压缩腔并联连接。相对于传统压缩循环，两者的进气和压缩冲程仍相同，但排气和脉动衰减冲程的次序则完全不同。脉动陷阱在气缸上有个射气口(即陷阱进口)，连接压缩腔和脉动陷阱腔，并且有一个反馈回气口(即陷阱出气口)，将脉动陷阱腔与容积式压缩机的排气口相连接。脉动陷阱腔内有气流脉动衰减设置，它在气流排出压缩机排气口之前(而不是传统压缩循环在气流排出压缩机排气口之后)，将气流脉动先诱到脉动陷阱内，再予以衰减，这样在压缩机排气口排气时，气流已无脉动。如图4c所示，在压缩腔突然向脉动陷阱腔打开的瞬间，由于压缩腔和脉动陷阱腔之间存在压力差(欠压缩工况时的压差，因为脉动陷阱腔与压缩机出口连接，故压力接近)，根据激波管理论，此时在陷阱进口会激发出一系列的波和流动。所产生的压缩波将向低压的压缩腔传播并压缩里面的气体，而与此同时产生的膨胀波将向高压的陷阱腔内传播，并在那里被脉动减震设置所阻挡并衰减。因为波的传播速度是活塞线速度的5-20倍，波动衰减可以很快完成，即陷阱进口开启只需在排气口打开之前一点点即可，目标是在压缩机排气口排气时，气流脉动在脉动陷阱内已衰减完毕。图4d展示了过压缩时类似的过程，即脉动陷阱进口突然打开后所激发的压缩波和膨胀波分别向脉动陷阱腔和压缩腔的传播。 
本发明带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机的脉动衰减与传统的排气口串联连接的衰减器或消音器的差别在于排气和脉动衰减的时间先后：不像传 统方法那样等到排气口排气之后再衰减(压缩腔和脉动衰减是串联关系)，旁支脉动陷阱方法则将脉动衰减提前到排气前，在压缩机排气口前的射气口即开始均压过程(将欠压部分去掉)，这样赢得了充分的时间，而且均压和脉动衰减同时进行，即压缩腔和脉动衰减是并联关系。 
这样做有几个好处。首先，脉动流得以从主流中分离出来，对脉动流的衰减治理将不影响气缸中的主流，而串接衰减器中脉动流和主流则是混合在一起的，脉动流的衰减也直接影响主流，致使总的流动损失增加，效率下降。第二，旁支脉动陷阱离脉动源头近，并可以与压缩机气缸连为一体，真正在源头来控制气流脉动及其诱发的噪音和振动，使其体积小重量轻，取代了传统外接消音器。 
参考图4c，这里显示的是一个典型的为实现本发明带有旁支脉动陷阱50的容积式压缩机10的最佳方案。本发明带有旁支脉动陷阱50的容积式压缩机10通常包括一气缸体20，上有气流进口(没显示)，气流排气口38，气缸内的活塞25和压缩腔37。气缸体20并联机壳28形成脉动陷阱腔51，其内有多种气流脉动衰减设置43。在气缸体20和机壳28交接面上至少有一个射气口41(陷阱进口)连接压缩腔37和脉动陷阱腔51，至少有一个反馈回气口48(陷阱出口)将脉动陷阱腔51与容积式压缩机的气流排气口38相连接。 
作为本发明一个重要的新颖性和独特性，容积式压缩机10的气缸体20与旁支脉动陷阱50并联。如图4c所示的最佳方案中，旁支脉动陷阱50包括组成缸体的气缸体20和并联机壳28，两者之间形成脉动陷阱腔51，其内有气流脉动衰减设置43，或气流脉动能量回收或隔离设置(未显示)。气缸体20上的射气口(陷阱进口)41将压缩腔37和脉动陷阱腔51连接，而气缸体20上的反馈回气口(陷阱出口)48则将脉动陷阱腔出口51与容积式压缩机的气流排气口38相连接。如图4c所示，在活塞25压缩即将完毕时，陷阱进口41突然开启，即压缩腔37突然向脉动陷阱腔51打开，由于两者间存在压力差(即压缩机欠压缩的量)，根据激波管理论，此时在陷阱进口41 会激发出一系列的波动和流动。所产生的压缩波和诱生的脉动流将传向低压的压缩腔37并继续压缩里面的气体，而与此同时产生的膨胀波将朝相反方向的高压陷阱腔51内传播，并在那里被脉动衰减设置43所阻挡并衰减。在图4c上图中，小箭头53表示脉动流或反馈流的流向如下：由陷阱出口48进入陷阱腔51，经过脉动衰减设置43，收敛到陷阱进口41，最后释放到压缩腔37内。图4c下图中，箭头则表示活塞25运动方向和压缩腔37内主流排气方向。当传统容积式压缩机10配有本发明旁支脉动陷阱50时，它可以减少脉动，噪音和振动危害，提高变工况气动效率而且不需要外接脉动减振器和变内容积比设置。 
旁支脉动陷阱50的工作原理如下。参照图4c和图5a，旁支脉动陷阱50的进气和压缩冲程与传统容积式压缩机相同(参见图3a)，但排气和脉动衰减冲程的次序则完全不同。如图4c所示，传统的排气和脉动衰减要等到压缩完毕即压缩机排气口38打开后进行，而脉动陷阱在气缸机壳20上额外有个射气口(陷阱进口)41，会在压缩完毕之前开启，而此时压缩机排气口38仍关闭。当压缩腔37突然向脉动陷阱51打开时，如果两者间没有压差，根据激波管理论，这时不会产生脉动，即压缩腔37与脉动腔51之间没有脉动流产生。但如果两者间存在压力差，如欠压缩工况时脉动陷阱内51的压力大于压缩腔37内压力，这时会在陷阱进口41处激发出一系列的波和流动。所产生的压缩波和脉动流将向低压的压缩腔37传播并压缩里面的气体，而与此同时产生的膨胀波将向高压的陷阱腔51内传播，并在那里被脉动衰减设置43所阻挡并衰减。为了增加脉动衰减速率，可以在脉动陷阱腔51内部或腔壁上使用一些吸音材料或设置，使得陷阱内的波动尽快转换成热。因为波的传播速度是活塞25线速度的5-20倍，波动衰减可在瞬间内完成，因而在压缩机排气时与出口38之间已无压差，即气流已无脉动，因此不再需要串接出口脉动衰减器。 
另外，在压缩腔37突然向脉动陷阱腔51打开的瞬间，在陷阱进口41处也会激发出脉动流。根据激波管理论，诱发的流体速度可以很大，大到接 近或超过音速，所以有必要在射气口采用不同形状的喷嘴来适应流速的需要。图6展示了几种喷嘴：孔板61或收敛式喷管63或拉法尔喷管65(先收敛再扩展)，可以使用一个或数个，喷管比孔板能增加高速流动时的流量和效率，拉法尔喷管65则可超音速。同样，当脉动陷阱51内的衰减设置43是多孔板时，通过孔洞的诱发流体速度可以很大，这时也可以使用比孔板61流动损失更小的喷管63和65来提高反馈回流流量和效率，其几何形状如图6所示，数量上可以使用一个或多个。 
图4d则展示了过压缩时类似的工作过程，即脉动陷阱进口41突然打开后所激发的压缩波脉动流和膨胀波分别向脉动陷阱腔51和压缩腔37的传播，但过压缩工况效率远远低于欠压缩工况的效率，所以在设计时应尽量避免，这样单向流动喷管63和65就可以适应宽广的工况范围，提高变工况效率。 
图5展示了本发明容积式压缩机10带有旁支脉动陷阱50的两种最佳实现方案：图5a显示了脉动陷阱内使用阻式衰减的一种-多孔板设置43来衰减脉动，而图5b则显示了脉动陷阱内使用抗式衰减设置44来衰减脉动，抗式衰减设置内的隔板45可以是一个或多个，隔板45上并有一个或多个多孔管46，以形成多级多次衰减。 
图6a展示了本发明螺杆式压缩机10另一种带有旁支脉动陷阱60的最佳实现方案：置于压缩机排气口38处的波动反射板设置49来辅助以上脉动陷阱50的工作，图6a上下图分别显示波动反射板49置于脉动陷阱出口48之前或之后。其工作原理是依靠波动反射板49阻波通流的功能，将压缩机排气口处可能剩余的脉动阻隔在压缩机内，而允许所排气体排出。图6b展示了几种多孔板形式的波动反射板49设计，形状可以是孔板61或收敛式喷管63或拉法尔喷管65(先收敛再扩展)，可以使用一个或数个，喷管比孔板能减少高速流动时的损失，因而提高压缩机效率，拉法尔喷管65则可超音速，单向流动喷管63和65的方向设置为排气方向。 
图7展示了本发明容积式压缩机10另一种带有旁支脉动陷阱70的最佳实现方案：使用亥姆霍兹共振腔71来减少脉动。理论上，亥姆霍兹共振腔使用四分之一波长在共振腔内互相抵消的原理，对单一频率的脉动衰减很有效。因为容积式压缩机的脉动频率与转速直接相关，在定转速时频率单一。此最佳实现方案中，由脉动陷阱进口41产生的单一频率脉动，可由与之邻近的亥姆霍兹共振腔71来衰减，亥姆霍兹共振腔71也可与减振器43一并使用。 
图8展示了本发明容积式压缩机10另一种带有旁支脉动陷阱80的最佳实现方案：使用隔膜来回收气流脉动能量、减少脉动并协助反馈进气。图8(a)展示两个阀门设置，图8(b)展示一个阀门和衰减器并联的设置。另外，图8(a)中，上图展示了充能过程，这时陷阱进口41对压缩腔37打开而阀门82关闭；同样，下图展示了放能过程，这时陷阱进口41对压缩腔37关闭而阀门82则向陷阱出口48打开。阀门82可以是满足以上功能的任何形式的阀门，图9给出旋转阀门和簧片阀门作为例子。此最佳实现方案的充能过程工作原理如图8(a)的欠压缩工况显示，在压缩腔37突然向脉动陷阱51打开的瞬间，产生的压缩波将向压缩腔37传播，而与此同时产生的膨胀波将向陷阱腔51内传播，由于压缩腔37的压力小于陷阱腔51的压力，此时隔膜81会被拉向陷阱进口41，同时也吸收了脉动能量，并将之储存于弹性变形(充能)。这时处于陷阱出口48前的阀门82处于关闭，因此将脉动波有效的隔离于脉动陷阱51内。随着压缩腔37和陷阱腔51之间的压力差逐渐消失，隔膜81会由储存的能量驱动而反弹(放能)，降低陷阱腔内的压力，进而驱使(协助)反馈流动通过这时业已打开的阀门82，使陷阱腔中的压力不断增加，因为此时通向压缩腔的阀门41处于关闭状态。通过这样与活塞运动同步开启和关闭阀门41和82，脉动能量可以被有效的隔离在陷阱腔51内，并得以有效的吸收和利用，进而达到治理脉动和提高效率的目的。 
图10和图8相同，但隔膜由活塞替代来吸收脉动并协助反馈进气。 
图11展示了本发明容积式压缩机10另一种带有旁支脉动陷阱90的最佳实现方案：使用控制阀门96来隔离脉动的传播。图11(a)展示只有一个阀门的设置，图11(b)展示阀门和脉动衰减设置并用。此最佳实现方案的工作原理利用了在欠压缩时陷阱腔内波动和反馈流体运动方向相反的特点，使用单向阀96让流体通过而阻挡反方向传播的波动。图11(a)中，上图展示了隔离波动过程，这时陷阱进口41对压缩腔37打开而陷阱出口48处阀门96关闭；同样，下图展示了让反馈流体通过的过程，这时陷阱出口48处阀门96打开。阀门96可以是满足以上功能的任何形式的单向或可以同步控制的阀门，图9给出旋转和簧片阀门作为后者的例子。此最佳实现方案的隔离过程工作原理如图11(a)显示，在压缩腔37突然向脉动陷阱51打开的瞬间，产生的压缩波将向压缩腔37内传播，而与此同时产生的膨胀波将向陷阱腔51内传播，由于此时位于陷阱出口的阀门96处于关闭状态，陷阱腔内的膨胀波被有效的隔离在脉动陷阱腔51内，通过多次反射来消耗其脉动能量。随着陷阱腔51内的压力逐渐降低，阀门96会再次打开，驱动反馈流流入陷阱腔51，使其内的压力不断增加，直到阀门96再关闭。通过这样不断的与活塞运动同步开启和关闭阀门41和96，脉动能量可以被有效的隔离在陷阱腔51内并衰减掉，进而达到治理脉动的目的。图11(b)则显示了脉动陷阱51内加入衰减设置43，以便更为有效的衰减脉动。 
由上可见，本发明提供的有独特性和新颖性的带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，能够减少气流脉动，噪音和振动危害，提高变工况气动效率而不需要外接脉动减振器和变内压缩比设置。 
当然，本发明并没有特意拘限于任何特别的形式或配置，或者任何具体的实现方式及任何特指的使用，此中所透露的，在没有离开本发明申请的如上文所示并描述的精神或范围情况下，同样的实质在各种各样的细节或者关系上可能被改变。这里展示的装置或方法仅仅是为了说明和披露一种实现的最佳形式，而非展示所有本发明可能被实现或操作的不同形式或改动。 
充分依照专利法律法规，本发明已经有相当多的细节描述，以提供至少有关它体现形式之一的公开技术信息披露。但是，这样的详细描述并无意图从任何方面去限制本发明的那些广泛的特征或者原理。 

Claims (20)

1.一种带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，其特征在于，它包括：
a.至少一气缸，上有气流进口，气流排气口和两者间的压缩腔；气缸还包括与压缩腔相邻并联的脉动陷阱腔；气缸上至少有一个射气口连接压缩腔和脉动陷阱腔，在脉动陷阱腔上至少有一个反馈回气口将脉动陷阱腔与容积式压缩机的气流排气口相连接；
b.安装在气缸内的由外力驱动的容积式转子，通过周期运动推动气流从进口到排气口的增压和流动；
c.旁支脉动陷阱，包括与气缸并联的机壳形成脉动陷阱腔，其内有多种气流脉动衰减设置，或气流脉动能量回收设置，或气流脉动隔离设置；在压缩腔机壳上至少有一个射气口连接压缩腔和脉动陷阱腔，在脉动陷阱腔机壳上至少有一个反馈回气口将脉动陷阱腔与容积式压缩机的气流排气口相连接；
d.此带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机能够在源头减少气流脉动，噪音和振动危害，提高变工况气动效率而且不需要外接脉动减振器和变内容积比设置。
2.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，其特征在于，所述的射气口位置与压缩机气流进口总是隔离的，但总在压缩机气流出口之前。
3.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，其特征在于，所述的射气口形状为等面积形状，或反馈流方向的横截面积逐渐减小的喷管形状或反馈流方向的横截面积先逐渐减小再逐渐增大的拉法尔喷管形状。
4.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，其特征在于，所述的脉动减震设置包括至少一层多孔板。
5.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，其特征在于，所述的脉动减震设置包括至少一个隔板和至少一个隔板上的多孔管。
6.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，其特征在于，所述的脉动减震设置包括至少一层多孔板，上面至少有一个可以与脉动陷阱进口阀门异步关闭或开启的控制阀门，即脉动陷阱进口阀门开启它关闭，而脉动陷阱进口阀门关闭则它开启。
7.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，其特征在于，所述的脉动减震设置包括至少一个亥姆霍兹共振腔。
8.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，其特征在于，所述的脉动减震设置包括至少一个亥姆霍兹共振腔，与之并联至少有一层多孔板或其它可以提供阻力的材料。
9.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，其特征在于，所述的脉动减震设置包括至少一个亥姆霍兹共振腔，与之并联至少有一个可以与脉动陷阱进口阀门异步关闭或开启的控制阀门，即脉动陷阱进口阀门开启它关闭，而脉动陷阱进口阀门关闭则它开启。
10.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，其特征在于，所述的脉动减震设置或脉动能量回收设置包括至少一个隔膜或活塞和与之并联的至少一个多孔板来吸收脉动能量，并将此能量用于驱动从陷阱出口流向陷阱进口的反馈回流。
11.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，其特征在于，所述的脉动减震设置或脉动能量回收设置包括至少一个隔膜或活塞来吸收脉动能量，与之并联至少有一个开口，吸收的能量用于驱动经过此开口的反馈回流。
12.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，其特征在于，所述的脉动减震设置或脉动能量回收设置包括至少一个隔膜或活塞来吸收脉动能量，与之并联至少有一个可以与脉动陷阱进口阀门异步关闭或开启的阀门，吸收的能量用于驱动经过此阀门的反馈回流。
13.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，其特征在于，所述脉动陷阱还包括至少一个安置在压缩机排气口处的多孔板，处于脉动陷阱出口之前或之后。
14.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，其特征在于，所述脉动隔离设置包括至少一个安置在陷阱出口的控制阀门。
15.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，其特征在于，所述脉动隔离设置包括至少一个安置在陷阱出口的控制阀门以及脉动陷阱内至少一层多孔板。
16.如权利要求6、9、14、15所述的带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，其特征在于，安置在陷阱出口的脉动隔离的控制阀门是单向阀，如簧片阀或异步旋转阀，即脉动陷阱进口阀门开启它关闭，而脉动陷阱进口阀门关闭则它开启。
17.如权利要求12所述的带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，其特征在于，所述的阀门是簧片阀，或是旋转阀，或是簧片阀和旋转阀的混合。
18.如权利要求4、6、8、10所述的带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，其特征在于，所述的多孔板的孔的形状为等宽形状，或反馈流方向的横截面积逐渐减小的喷管或反馈流方向的横截面积先逐渐减小再逐渐增大的拉法尔喷管。
19.如权利要求13所述的带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，其特征在于，所述的多孔板的孔的形状为等宽形状，或出口排气方向的横截面积逐渐减小的喷管或出口排气方向的横截面积先逐渐减小再逐渐增大的拉法尔喷管。
20.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的容积式压缩机，其特征在于，所述的旁支脉动陷阱腔内或腔壁上，至少有一层吸音材料或类似功能的设置，使得陷阱内的波动尽快转换成热。
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