CN104989622B - 压缩机及其管系减振节能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压缩机及其管系减振节能装置。包括：1)壳体；2)左、右支座；3)进口；4)出口；5)排污口；6)衰减压力脉动、速度脉动谐振内件。上述第1)至第5)部分依次连接，形成一个中空的空间结构，上述第6)部分安装在这个空间结构中。所述衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件由盖板和侧板组成，它与壳体内壁面组成一个中空结构，在该中空结构中可以有或无若干块隔板。所述盖板和侧板上有或无若干通孔，通孔连接有或无相同内直径的细管。所述谐振内件在装置重力底部，开有排出积液通道。谐振子空间大小由计算分析确定，使得谐振频率等于脉动主频率，从而使压缩机主频气流脉动波有效地被本装置阻止或衰减或不再反射。
Description
技术领域
本发明属于能源、石油、化工、冶金、矿山、医药等行业设备技术领域，具体涉及一种压缩机及其管系减振节能装置。
此外，本发明涉及一种具有衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件。
此外，本发明涉及一种用于能源、石化、化肥等行业的往复压缩机及其管系减振节能装置。
此外，本发明涉及一种用于能源、石化、化肥、矿山、钢铁、医药、航空航天等行业的压缩机进、出口缓冲罐或缓冲器或减振器。
背景技术
压缩机的吸、排气过程，具有脉动特征，会使相连的管系中的气体发生不稳定流动，而管系中充满的气柱则是一个具有振动能力的弹性体。气柱振动，会在很大程度上以压力波、速度波的形式影响到压缩机、管路的工作，而压缩机本身又是这种压力波、速度波的激发器，会给管系中的气柱以强迫振动。如果所激发的强迫振动频率与气柱的固有频率一致或处于一个共振范围内，则管系中气柱的压力波动、速度波动就非常强烈，将带来严重的不利后果。
气流脉动是气流的流动参数(如压力、速度)随位置和时间呈周期性的变化，脉动压力和脉动速度均能引起激振力。气流脉动激发管路作机械振动，管路振动反过来又强化压缩机机振动。压缩机气流脉动会显著影响压缩机的可靠性、安全性和经济性，其危害主要有：1)脉动气流造成管路、缸体及附件振动，影响其正常工作；2)脉动气流严重时会造成管路、缸体等疲劳破坏，从而引发安全事故；3)压力脉动、速度脉动使气阀开启和关闭不及时，引发压缩机内泄漏增加，降低机组效率；4)压力脉动、速度脉动影响气阀的开启和关闭时间，如果气阀提前关闭，由于气流的脉动可以使气阀重新开启，造成严重内泄漏，并在反相位气流压差下再关闭，导致阀片以较大速度冲向阀座，使阀片过早破坏；5)脉动使气流通过气阀时的压力损失增加；6)引起压缩机排气量的不稳定和压缩机消耗功率的不稳定。总之，过大的气流脉动会明显降低压缩机效率，引起压缩机功率消耗、内泄漏的增加，气阀工作可靠性下降，造成压缩机、管路及附件的振动。气流脉动强度愈大，强迫振动效应愈明显，压缩机本体、管路的振幅和应力愈大。
为了消减压缩机气流的脉动特性，现在大量使用的是压缩机缓冲罐(缓冲器)和/或孔板。缓冲罐为中空的压力容器，它能使缓冲罐后面管道内的气流脉动变得比较缓和，降低气流冲击所造成的损失，设计的缓冲罐容积一般为气缸工作容积的20-35倍。理想孔板是将管段内的压力驻波转变为行波，从而降低管段内的压力不均匀度，但是因为实际工况千差万别，按给定条件设计的孔板因为安装位置的限制，以及对工况变化的敏感性，所以有时孔板有一定的效果，但绝大多数效果不显著，而成为一个纯粹的阻力原件，白白浪费大量的高级机械能。
因为压缩机气流脉动特性，及其产生、传播过程受多种重要因素影响，国内外一直没有找到有效解决气流脉动的方法，同时因为气流脉动的机理复杂，其理论和设计方法等目前尚不完善。
在现有技术中，专利号为ZL200420074775.5的专利公开了一种脉动气流消振装置，其基于扩压器原理，发明了一种流动截面积不断扩大的扩压器，将脉动气流脉动动能尽可能多地转变为静压能，同时利用复杂的涡系耗散结构，消减脉动速度和脉动压力，将脉动气流变为较稳定的气流。
专利号为ZL200620123855.4的专利公开了一种往复压缩机消振节能装置，其基于扩压器原理和理想孔板原理，发明了一种异型喷嘴结构，与装置壳体等结构相互配合，自适应地形成无反射条件，引导或控制压力波、膨胀波的传递，达到降低进、出往复压缩机气流的脉动特性，减振节能的目的。
发明内容
本发明的主要目的是解决上述现有技术中存在的难题，基于赫姆霍兹(Helmholtz)谐振原理发明了一种压缩机及其管系的减振节能装置，从机理上阻断或抑制脉动气流的流动和传输形态。赫姆霍兹谐振器是一个带有颈管的大容积空间，一般把它安装在存在脉动气流的主管道上。对理想赫姆霍兹谐振器，当谐振器的谐振频率(c为介质中音速，Sb为颈管的通流面积，l为颈管的有效长度，v为谐振器的容积)与压缩机脉动某频率相等时，谐振器颈管中就会出现大的速度振荡，吸收上游对应频率的、入射脉动压力波、速度波的全部能量，然后返回主管道，反射给声源，在主管道的下游，再不出现对应频率脉动波。根据赫姆霍兹谐振原理发明的减振节能装置，谐振内件内的谐振频率等于或近似等于脉动主频率，从而使压缩机的主频气流脉动有效地被压缩机及其管系减振节能装置阻断或衰减，主频脉动压力波不再或减弱反射给压缩机本体，降低压缩机本体、管路的振动烈度、能量损失。
本发明还有另一个目的是提供一种衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件。
本发明还有另一个目的是提供一种往复压缩机及其管系减振节能装置。
本发明还有另一个目的是提供一种压缩机进、出口缓冲罐或缓冲器或减振器等装置。
根据本发明一实施例，公开了一种压缩机及其管系减振节能装置，如图1、图2所示，包括6个部分：1)壳体(图1中符号1、图2中符号1)；2)左、右支座(图1中符号21、22)；3)进口(图1中符号3)；4)出口(图1中符号4)；5)排污口(图1中符号5)；6)衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件(图1中符号6)。上述第1)至第5)个部分依次连接，形成一个中空的空间结构，上述第6)部分安装在这个空间结构中，形成一个完整的压缩机及其管系减振节能装置。
根据本发明一实施例，壳体(图1、图2中符号1)由：左封头(图1中符号11)；2)筒体(图1中符号12)；3)右封头(图1中符号13)组成。壳体的容积和直径由计算确定。
根据本发明一实施例，装置的进口(图1中符号3)由在筒体(图1中符号12)上开孔接管(图1中符号31)组成，可具体为压缩机本体的排气口或上游来流口；装置的出口(图1中符号4)由在筒体(图1中符号12)上开孔接管(图1中符号41)组成，可具体为压缩机本体的进气口或下游排气口。接管(图1中符号31、41)壁上有或无通孔(图1中符号32、42)，如果开有通孔，则通孔的位置位于壳体(图1中符号1)和盖板(图1中符号61、图2中符号61)之间，尽量靠近壳体侧。接管(图1中符号31、41)与本装置外通过焊接、或垫片加螺纹、或垫片加法兰连接。
根据本发明一实施例，衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件(图1中符号6)由盖板(图1中符号61)、右侧板(图1中符号62)、左侧板(图1中符号63)组成，它与壳体(图1、图2中符号1)内壁面组成一个中空结构，在该中空结构中可以有或无若干块隔板(图1中符号64)，该隔板将该中空结构细分为若干个独立的谐振子空间结构，即每个赫姆霍兹谐振器的大容积空间。盖板(图1中符号61)与壳体(图1中符号1)之间的距离，以及每个独立子空间结构的体积、形状由计算确定。
根据本发明一实施例，衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件(图1中符号6)的盖板(图1中符号61、图2中符号61)、右侧板(图1中符号62)、左侧板(图1中符号63)上可以有或无若干通孔，带有壁厚的通孔形成赫姆霍兹谐振器的颈管，通孔的数量、位置和大小由计算确定。
根据本发明一实施例，为了增加或调整赫姆霍兹谐振器颈管的长度，衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件(图1中符号6)上的通孔，可以通过焊接、或螺纹连接、或螺纹加密封连接方式，连接内直径等于通孔直径的细管(图2中符号66)，细管的长度由计算确定。
根据本发明一实施例，衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件(图1中符号6)在壳体内的轴向安装位置以最少包括环绕进口、出口和正对进口、出口(图1中符号3)的壳体内侧为设计原则，其覆盖的壳体(图1中符号1)表面积和/或轴向长度由计算确定。
根据本发明一实施例，为了便于排污，衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件(图1中符号6)在压缩机及其管系减振节能装置的重力底部，开有排出积液通道(图1中符号65、图2中符号65)，该积液通道由积液通道盖板(图1中符号651、图2中符号651)与壳体(图1中符号1)组成，并在积液通道盖板(图1中符号651、图2中符号651)和侧板(图1中符号62、63)上开相应通孔，通孔的作用一是为了便于排污，二是为了衰减压力波。
根据本发明二实施例，公开了一种压缩机及其管系减振节能装置，如图3所示，包括7个部分：1)壳体(图3中符号1)；2)左、右支座(图3中符号21、22)；3)进口(图3中符号3)；4)出口(图3中符号4)；5)排污口(图3中符号5)；6)衰减压力脉动、速度脉动的第一谐振内件(图3中符号6)；7)衰减压力脉动、速度脉动的第二谐振内件(图3中符号7)。上述第1)至第5)个部分依次连接，形成一个完整的空间结构，上述第6)、7)部分分别安装在这个空间结构中，形成一个完整的压缩机及其管系减振节能装置结构。
根据本发明二实施例，壳体(图3中符号1)由：左封头(图3中符号11)；2)筒体(图3中符号12)；3)右封头(图3中符号13)组成。壳体的容积和直径由计算确定。
根据本发明二第二实施例，装置的进口(图3中符号3)由在左封头(图3中符号11，在右封头原理相同)上开孔接管(图3中符号31)组成，可具体为压缩机本体的排气口或上游来流口；装置的出口(图3中符号4)由在筒体(图1中符号12)上开孔接管(图3中符号41)组成，可具体为压缩机本体的进气口或下游排气口。接管(图3中符号31、41)壁上有或无通孔(图3中符号32、42)，如果开有通孔，通孔的位置位于壳体(图3中符号1)和盖板(图3中符号61)之间，尽量靠近壳体。接管(图3中符号31、41)与本装置外通过焊接、或垫片加螺纹、或垫片加法兰连接。
根据本发明二实施例，衰减压力脉动、速度脉动的第一谐振内件(图3中符号6)由盖板(图3中符号61)、侧板(图3中符号62)组成，它与外侧壳体(图3中符号1)内壁面组成一个中空结构，在该中空结构中可以有或无若干块隔板(图3中符号63、64)，该隔板将该中空结构细分为若干个独立的子空间结构。盖板(图3中符号61)与壳体(图3中符号1)之间的距离，以及每个独立子空间结构的体积由计算确定。
根据本发明二实施例，衰减压力脉动、速度脉动的第二谐振内件(图3中符号7)由盖板(图3中符号71)、侧板(图3中符号72)组成，它与外侧壳体(图3中符号1)内壁面组成一个中空结构，在该中空结构中可以有或无若干块隔板，该隔板将该中空结构细分为若干个独立的子空间结构。盖板(图3中符号71)与壳体(图3中符号1)之间的距离，以及每个独立子空间结构的体积由计算确定。
根据本发明二实施例，衰减压力脉动、速度脉动的第一、第二谐振内件(图3中符号6、7)的盖板(图3中符号61、71)、侧板(图3中符号62、72)上可以有或无若干通孔，通孔的具体位置和大小由计算确定。
根据本发明二实施例，衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件上的通孔，可以通过焊接、或螺纹连接、或螺纹加密封连接方式，连接内直径等于通孔直径的细管(图2中符号66)，细管的长度由计算确定。
根据本发明二第二实施例，衰减压力脉动、速度脉动的第一谐振内件(图3中符号6)在左封头(图3中符号11)侧环绕进口(图3中符号3)布置，衰减压力脉动、速度脉动的第二谐振内件(图3中符号7)在右封头(图3中符号13)侧正对进口(图3中符号3)方向布置，谐振内件覆盖封头(图3中符号11、13)和/或筒体(图3中符号12)的表面积由计算确定。
根据本发明二第二实施例，为了便于排污，衰减压力脉动、速度脉动的第一、第二谐振内件(图3中符号6、7)在压缩机及其管系减振节能装置的重力底部，开有排出积液通道(图3中符号65、73)，积液通道由积液通道盖板(图3中符号651)与壳体(图3中符号1)组成，和/或在侧板(图3中符号62、72)上开相应通孔形成。
根据本发明原理，为了增加或调整赫姆霍兹谐振器颈管的长度，谐振内件上所开的每个或大部分通孔，可以通过焊接、或螺纹连接、或螺纹加密封连接方式，连接内直径等于通孔直径的细管，细管的长度由计算确定。
根据本发明原理，根据每台压缩机的工作参数和进、出气流脉动主频率，可以计算分析出壳体的合适容积和直径，以及衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件的数量、位置和大小，使得谐振内件(图1中符号6、图3中符号6、7)内的谐振频率等于或近似等于脉动主频率，从而使压缩机的主频气流脉动有效地被压缩机及其管系减振节能装置阻断或衰减，主频脉动压力波不再或减弱反射给压缩机本体，降低压缩机本体、管路的振动烈度、能量损失。
根据本发明原理，特别地，本发明与往复压缩机消振节能装置(ZL200620123855.4)的异型喷嘴结构配合使用，可以达到更理想的减振节能效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明不同于现有的缓冲罐原理或孔板原理或扩压器原理，基于赫姆霍兹(Helmholtz)谐振原理，发明了压缩机及其管系减振节能装置，从机理上阻断或减弱脉动气流的流动和传输，衰减脉动压力波、速度波强度，脉动压力波不再或减弱反射给压缩机本体，进而大大减小压缩机及其管系因气流脉动造成的激振力，将脉动气流变为平稳的气流，达到减振节能的目的。
附图说明
图1代表本发明所述的一种安装有衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件的压缩机及其管系减振节能装置的基本示意图。其中，图1中符号1代表壳体，图1中符号11代表左封头，图1中符号12代表筒体，图1中符号13代表右封头，图1中符号21代表左支座，图1中符号22代表右支座，图1中符号3代表进口，图1中符号31代表进口接管，图1中符号32代表进口接管壁的开孔，图1中符号4代表出口，图1中符号41代表出口接管，图1中符号42代表出口接管壁的开孔，图1中符号5代表排污口，图1中符号6代表衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件，图1中符号61代表盖板，图1中符号62代表右侧板，图1中符号63代表左侧板，图1中符号64代表隔板，图1中符号65代表谐振内件中排出积液通道，图1中符号651代表积液通道盖板。
图2代表本发明所述的压缩机及其管系减振节能装置(图1)的A-A剖视图基本示意图。其中，图2中符号1代表壳体，图2中符号61代表盖板，图2中符号65代表谐振内件中排出积液通道，图2中符号651代表积液通道盖板，图2中符号652代表积液通道开孔，图2中符号66代表与通孔相连的细管。
图3代表本发明所述的第二种安装有衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件的压缩机及其管系减振节能装置的基本示意图。其中，图3中符号1代表壳体，图3中符号11代表左封头，图3中符号12代表筒体，图3中符号13代表右封头，图3中符号21代表左支座，图3中符号22代表右支座，图3中符号3代表进口，图3中符号31代表进口接管，图3中符号32代表进口接管壁的开孔，图3中符号4代表出口，图3中符号41代表出口接管，图3中符号42代表出口接管壁的开孔，图3中符号5代表排污口，图3中符号6代表衰减压力脉动、速度脉动的第一谐振内件，图3中符号61代表盖板，图3中符号62代表侧板，图3中符号63代表第一隔板，图3中符号64代表第二隔板，图3中符号65代表谐振内件中排出积液通道，图3中符号651代表积液通道盖板，图3中符号7代表衰减压力脉动、速度脉动的第二谐振内件，图3中符号71代表盖板，图3中符号72代表侧板，图3中符号73代表侧板上积液排空口。
具体实施方式
图1至图2示出一种安装有衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件的压缩机及其管系减振节能装置。所有安装有该压缩机及其管系减振节能装置的实施和/或操作，将在本发明第一优选实施例的详细描述中给出。
将图1中六大部分：1)右封头(图1中符号13；2)筒体(图1中符号12)；3)左、右支座(图1中符号21、22)；4)进口(图1中符号3)；5)出口(图1中符号4)；6)排污口(图1中符号5)，依次焊接，形成一个左端开口的带支座的空间结构。然后将衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件(图1中符号6)的部件：1)盖板(图1中符号61)；2)右侧板(图1中符号62)；3)左侧板(图1中符号63)；4)隔板(图1中符号64，根据需要选用或不选用)；5)积液通道盖板(图1中符号651)，依次焊接后，再与上述左端开口的带支座的空间结构的壳体(图1中符号1)内壁面焊接，或与内壁面的预埋件组装连接，组成一个中空结构。最后将左封头(图1中符号11)与筒体(图1中符号12)焊接，完成压缩机及其管系减振节能装置的装配。
将压缩机及其管系减振节能装置的进口(图1中符号3)采用焊接，或垫片密封加螺纹连接，或垫片密封加法兰连接与压缩机出口或本装置外的来流工艺管道相连；将压缩机及其管系减振节能装置的出口(图1中符号4)采用焊接，或垫片密封加螺纹连接，或垫片密封加法兰连接与压缩机进口或本装置外的出流工艺管道相连；将压缩机及其管系减振节能装置的排污口(图1中符号5)采用焊接，或垫片密封加螺纹连接，或垫片密封加法兰连接与本装置外的排污管道或集油器等相连；将压缩机及其管系减振节能装置的左、右支座(图1中符号21、22)采用地脚螺栓螺母、或焊接、或滑动连接、或自由平放与支撑平台相连。
图3示出另外一种安装有衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件的压缩机及其管系减振节能装置。该装置的进口在左封头(在右封头原理相同)上开孔接管组成，可具体为压缩机本体的排气口或压缩机上游的来流接口；该装置的出口也可由在筒体或右封头上开孔接管组成，可具体为该装置下游出口或压缩机本体的进气口。衰减压力脉动、速度脉动的第一谐振内件安装在左封头侧环绕进口布置，衰减压力脉动、速度脉动的第二谐振内件安装在右封头侧正对进口方向布置。本装置的其它组装方式与本说明书[040]相同；本装置进出口与压缩机出口或本装置外的来流工艺管道相连方式与本说明书[041]相同。
最后需要说明的是：上述各技术方案、结构、原理和实施例只是本发明的实施方式而非限制，尽管参照较佳的实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域内的技术人员，在本发明公开的原理、技术方案、方法或应用等基础上，很容易做出各种类型的修改、变形或等同替换，而未脱离本发明原理、技术方案、方法或应用等的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种压缩机及其管系减振节能装置，包括6个部分：1)壳体；2)左、右支座；3)进口；4)出口；5)排污口；6)衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件；上述第1)至第5)个部分依次相互连接，形成一个中空的空间结构，上述第6)部分安装在这个空间结构中，形成一个完整的压缩机及其管系减振节能装置；进口由在壳体上进口接管连接上游的来流接口；出口由在壳体上出口接管连接下游出口；进口接管、出口接管壁上有或无通孔，如果开有通孔，则通孔的位置位于壳体和谐振内件的盖板之间，尽量靠近壳体侧进口接管、出口接管与所述装置的连接处，其中进口接管、出口接管与所述装置通过焊接、或者垫片加螺纹、或者垫片加法兰连接。
2.如权利要求1所述的压缩机及其管系减振节能装置，其特征在于：壳体由左封头，筒体和右封头组成。
3.如权利要求1所述的压缩机及其管系减振节能装置，其特征在于：衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件由盖板、右侧板和左侧板组成，它与壳体内壁面组成一个中空结构，在该中空结构中可以有或无若干块隔板，该隔板将该中空结构细分为若干个独立的赫姆霍兹谐振器大容积子空间结构，盖板与壳体之间的距离，以及每个独立子空间结构的体积由计算分析确定。
4.如权利要求1所述的压缩机及其管系减振节能装置，其特征在于：衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件的盖板、右侧板和左侧板上有若干通孔，具有壁厚的通孔形成赫姆霍兹谐振器颈管，通孔的数量、位置和大小由计算确定。
5.如权利要求4所述的压缩机及其管系减振节能装置，其特征在于：为了增加或调整赫姆霍兹谐振器颈管的长度，谐振内件上的通孔通过焊接、或螺纹连接、或螺纹加密封连接，连接内直径等于通孔直径的细管，细管的长度由计算确定。
6.如权利要求1所述的压缩机及其管系减振节能装置，其特征在于：衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件在壳体内侧的轴向安装位置设计原则：当壳体的进口、或出口方向与壳体轴向一致时，则谐振内件环绕壳体的进口、或出口，布置在壳体的内侧；当壳体的进口、或出口方向垂直于壳体轴向时，则谐振内件正对壳体的进口、或出口，布置在壳体内侧。
7.如权利要求1所述的压缩机及其管系减振节能装置，其特征在于：为了便于排污，衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件在压缩机及其管系减振节能装置的重力底部，开有排出积液通道，该积液通道由积液通道盖板、左侧板、右侧板与壳体组成，并在积液通道盖板、左侧板及右侧板上开相应通孔，通孔的作用一是为了便于排污，二是为了传输或衰减压力波。
8.如权利要求1所述的压缩机及其管系减振节能装置，其特征在于：衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件的数量、位置和大小没有限制。
9.如权利要求1至8的任一项所述的压缩机及其管系减振节能装置，其特征在于：根据每台压缩机的工作参数和进、出气流脉动主频率，可以计算分析出壳体的合适容积和直径，以及衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件子空间大小，使得谐振内件子空间内的谐振频率等于脉动主频率或在其±30％变化范围内，从而使压缩机的主频气流脉动有效地被压缩机及其管系减振节能装置阻断或衰减，主频脉动压力波不再或减弱反射给压缩机本体，降低压缩机本体、管路的振动烈度、能量损失。
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