CN105864556A - 一种气流脉动衰减器和衰减方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气流脉动衰减器和衰减方法，其中气流脉动衰减器包括容器和短管，容器包括上盖板、波纹管和下盖板，波纹管固定在上盖板和下盖板之间，容器的体积能够通过波纹管的伸缩进行调整，容器通过短管与外部的主管路相连通，容器和短管构成共鸣器且沿主管路径向对称布置。本发明实现了气流脉动衰减器衰减频率的动态调节，解决了共鸣器产生的脉动激振力问题并且结构简单，安装方便。

Description

一种气流脉动衰减器和衰减方法

技术领域

本发明涉及气体脉动调整领域，具体涉及一种用于压缩机的气流脉动衰减器和衰减方法。

背景技术

压缩机作为一种用于提高气体压力和输送气体的通用设备，在石油、天然气、化工、冶金等领域得到了广泛应用。压缩机周期性吸、排气会导致管路内气体压力和流量的周期性波动，即气流脉动。气流脉动不仅会降低压缩机的容积效率，增加压缩机的功率消耗，使气阀工作条件恶化，还会激发管路振动，对压缩机系统的安全可靠运行产生威胁。

气流脉动衰减器是一种常用的脉动消减装置，亥姆霍兹共鸣型滤波器是气流脉动衰减器的一种常见型式。由于亥姆霍兹共鸣器只能对单一频率的气流脉动进行衰减，因此，通常将其串联或并联使用，来消减较宽频率范围内的气流脉动。亥姆霍兹共鸣器基于共振滤波原理，会产生不平衡的脉动激振力，激发气体主管路的振动，应当采取适当的措施来降低脉动衰减器产生的激振力。在实际运行时，工况的改变会引起压缩机转速的变化，从而使管路内气流脉动的激发频率发生改变，因此，实现脉动衰减器衰减频率的动态调节，对变工况运行时压缩机系统的安全可靠运行至关重要。

发明内容

为了使气流脉动衰减器适应压缩机转速的变化，同时降低气流脉动衰减器产生的激振力，本发明提供了一种可调频、无激振力的气流脉动衰减器和衰减方法。

本发明涉及的气流脉动衰减器基于亥姆霍兹共鸣器原理，其工作原理如图1所示，亥姆霍兹共鸣器主要由容器和短管构成，在截止频率时，共鸣器的透射系数几乎为零，即当来自左边的入射波的频率为共鸣器的截止频率时，入射波将全部透射进入共鸣器的容器空腔V内，使右边管路内的透射波频率几乎为零，从而使后续管路内不再出现压力脉动。

管路内气流脉动的主激发频率可由式(1)计算：

其中，f为气流脉动的主激发频率；c为压缩机的吸/排气次数，其与压缩机结构型式有关；n为压缩机的转速。

亥姆霍兹共鸣器的截止频率可由式(2)计算：

其中，f₀为共鸣器的截止频率；a为声速；d为短管的直径；S为短管的截面积；L'为短管的当量长度，L′＝L+0.85d，L为短管的长度；V为容器的容积。

从式(1)可以看出，当压缩机的转速改变时，气流脉动激发频率将随之改变，如果不采取措施改变共鸣器的截止频率，则共鸣器将不能有效衰减此时管路内的气流脉动。从式(2)可以看出，通过改变短管长度L，短管截面积S和容器容积V，都可以改变共鸣器的截止频率。本发明正是采用改变容器容积V的方法来改变共鸣器的截止频率。从图1中还可以看出，如果采用单个共鸣器在消减主管路内气流脉动的同时，会产生不平衡的脉动激振力F，激发气体主管路的振动，因此，通过将容器和短管沿主管路径向对称布置，使作用在容器上盖板的脉动激振力相互抵消，不会激发主管路的振动。

本发明为解决现有技术中的问题，提供一种气流脉动衰减器，其包括容器和短管，容器包括上盖板、波纹管和下盖板，波纹管固定在上盖板和下盖板之间，容器的体积能够通过波纹管的伸缩进行调整，容器通过短管与外部的主管路相连通，容器和短管构成共鸣器且沿主管路径向对称布置。

作为优选，在波纹管的两端分别设有第一法兰和第二法兰，第一法兰和上盖板之间通过螺栓和螺母相固定，第二法兰和下盖板及主管路之间通过螺栓紧固。

作为优选，在第一法兰的外周圈均匀布置至少三个第一凸起，在第二法兰的外周圈均布有相同数量的第二凸起，位于同一位置的第一凸起和第二凸起之间通过双头螺柱相连接。

作为优选，双头螺柱的一端通过紧固螺母与第二法兰上的第二凸起相连接，双头螺柱的另一端通过下调整螺母和上调整螺母与第一法兰上的第一凸起相连接。

作为优选，在下盖板上设有通孔，短管通过通孔能够贯穿下盖板。

作为优选，短管全部置于容器中或者短管全部置于主管路中或者短管两端分别置于容器和主管路中。

作为优选，波纹管与上、下盖板之间以及下盖板与主管路之间安装有密封圈。

本发明还提供一种气流脉动衰减方法，其采用上述任一项技术方案中的气流脉动衰减器，具体步骤是：当压缩机转速变化时，通过调节波纹管的长度，将改变容器的容积，进而改变由容器和短管构成的共鸣器的截止频率，从而适应压缩机转速的变化引起的激发频率的变化。

作为优选，当压缩机转速增大时，减小容器的体积以使共鸣器的截止频率增大，当压缩机转速减少时，增大容器的体积以使共鸣器的截止频率减小。

本发明的可调频、无激振力的气流脉动衰减器利用波纹管可以调节轴向长度的特点，实现了气流脉动衰减器衰减频率的动态调节，解决了压缩机转速变化时气流脉动激发频率随之改变的问题，通过将共鸣器对称布置，解决了共鸣器产生的脉动激振力问题。本发明的可调频、无激振力的气流脉动衰减器结构简单，安装方便，可以与其他脉动衰减设备同时使用。

附图说明

图1是本发明涉及的气流脉动衰减器的工作原理图；

图2是本发明涉及的气流脉动衰减器中单个共鸣器的结构示意图；

图3是本发明涉及的气流脉动衰减器中共鸣器对称布置的示意图；

图4是本发明涉及的气流脉动衰减器中短管布置示意图；

图5是本发明涉及的气流脉动衰减器中短管布置示意图；

图6是本发明涉及的气流脉动衰减器的结构立体图；

其中，1、主管路；2、密封圈；3、下盖板；4、紧固螺母；5、螺栓；6短管；7、波纹管；8、螺母；9、下调整螺母；10、上调整螺母；11、双头螺柱；12、上盖板；13、螺栓；14、密封圈；15、第一法兰；16、第二法兰；17、第一凸起；18、第二凸起；20、容器；A、B：共鸣器。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

如图2和6所示，图2和图6示出一种气流脉动衰减器，其包括容器20和短管6，具体地，容器20包括上盖板12、波纹管7和下盖板3，波纹管7固定在上盖板12和下盖板3之间，容器20的体积能够通过波纹管7的伸缩进行调整。在下盖板3上设有通孔，短管6通过该通孔能够贯穿下盖板3，优选地，短管6可以采用三种布置形式：短管6全部置于容器20中；短管6全部置于主管路1中；短管6两端分别置于容器20和主管路1中，具体地，(1)如图2和3所示，短管6的两端分别置于容器20和主管路1中，(2)如图4所示，短管6完全置于容器20内，短管6的底部与下盖板3的底部平齐，(3)如图5所示，短管6完全置于主管路1内，短管6的顶部与下盖板3的顶部平齐。容器20通过短管6与外部的主管路1相连通，在具体布置上，将构成共鸣器的容器20和短管6沿主管路1径向对称布置，能够使作用在容器20上盖板12的脉动激振力相互抵消，从而降低主管路1的振动，具体地，在主管路1的一侧的容器20和短管6构成共鸣器A，在主管路1相对称的另一侧的容器20和短管6构成共鸣器B，这样能够使作用在上盖板12上的脉动激振力F相互抵消，不会激发主管路1的振动。波纹管7与上、下盖板12,3之间以及下盖板3与主管路1之间安装有密封圈2，14，以防止气体泄漏。

在波纹管7的两端分别设有第一法兰15和第二法兰16，第一法兰15和上盖板12之间通过螺栓13和螺母8相固定，第二法兰16和下盖板3及主管路1之间通过螺栓5紧固。

为了更准确地对容器20的体积进行调整，在第一法兰15的外周圈均匀布置至少三个第一凸起17，在第二法兰16的外周圈均布有相同数量的第二凸起18，位于同一位置的第一凸起17和第二凸起18之间通过双头螺柱11相连接，具体地，双头螺柱11的一端通过紧固螺母4与第二法兰16上的第二凸起18相连接，双头螺柱11的另一端通过下调整螺母9和上调整螺母10与第一法兰15上的第一凸起17相连接，这样，通过两侧的双头螺柱11、紧固螺母4、下调整螺母9和上调整螺母10使得波纹管10固定在上盖板12和下盖板3之间。这样，当压缩机转速变化时，通过调节波纹管7的长度，将改变容器20的容积，进而改变由容器20和短管6构成的共鸣器的截止频率，从而适应压缩机转速的变化引起的激发频率的变化，具体地，通过改变下调整螺母9和上调整螺母10在双头螺柱11上的位置能够改变第一凸起17和第二凸起18之间的距离，调整波纹管7的长度，从而改变容器20的体积，最终改变由容器20和短管6构成的共鸣器A和B的截止频率，从而适应压缩机转速变化引起的气流脉动激发频率的变化。例如，当压缩机转速增大时，气流脉动截止频率随之增大，此时应减小容器20的体积以使共鸣器A和B的截止频率增大，具体地，首先根据所需的容积V的体积将下调整螺母9调整到相应的位置，然后调节上调整螺母10使波纹管7的长度减小，直到波纹管7下方的第二法兰16上的紧固螺母4与下调整螺母9紧密贴合；同理，当压缩机转速减少时，应增大容器20的体积以使共鸣器A和B的截止频率减小，这样，先将上调整螺母10拧到相应的位置，然后调节下调整螺母9的位置使波纹管7的长度增加。

本发明的一个代表性实施例参照附图得到了详细的描述。这些详细的描述仅仅给本领域技术人员更进一步的相信内容，以用于实施本发明的优选方面，并且不会对本发明的范围进行限制。仅有权利要求用于确定本发明的保护范围。因此，在前述详细描述中的特征和步骤的结合不是必要的用于在最宽广的范围内实施本发明，并且可替换地仅对本发明的特别详细描述的代表性实施例给出教导。此外，为了获得本发明的附加有用实施例，在说明书中给出教导的各种不同的特征可通过多种方式结合，然而这些方式没有特别地被例举出来。

Claims (9)

1.一种气流脉动衰减器，其包括容器(20)和短管(6)，所述容器(20)包括上盖板(12)、波纹管(7)和下盖板(3)，所述波纹管(7)固定在所述上盖板(12)和所述下盖板(3)之间，所述容器(20)的体积能够通过所述波纹管(7)的伸缩进行调整，所述容器(20)通过短管(6)与主管路(1)相连通，所述容器(20)和所述短管(6)构成共鸣器且沿所述主管路(1)径向对称布置。

2.根据权利要求1所述的气流脉动衰减器，其特征在于，所述波纹管(7)包括设置在其两端的第一法兰(15)和第二法兰(16)，所述第一法兰(15)和所述上盖板(12)之间通过螺栓(13)和螺母(8)相固定，所述第二法兰(16)和所述下盖板(3)及所述主管路(1)之间通过螺栓(5)紧固。

3.根据权利要求2所述的气流脉动衰减器，其特征在于，在所述第一法兰(15)的外周圈均匀布置至少三个第一凸起(17)，在所述第二法兰(16)的外周圈均布有相同数量的第二凸起(18)，位于同一位置的所述第一凸起(17)和所述第二凸起(18)之间通过双头螺柱(11)相连接。

4.根据权利要求3所述的气流脉动衰减器，其特征在于，所述双头螺柱(11)的一端通过紧固螺母(4)与所述第二法兰(16)上的所述第二凸起(18)相连接，所述双头螺柱(11)的另一端通过下调整螺母(9)和上调整螺母(10)与所述第一法兰(15)上的所述第一凸起(17)相连接。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的气流脉动衰减器，其特征在于，在所述下盖板(3)上设有通孔，所述短管(6)通过所述通孔能够贯穿所述下盖板(3)。

6.根据权利要求5所述的气流脉动衰减器，其特征在于，所述短管(6)全部置于所述容器(20)中或者所述短管(6)全部置于所述主管路(1)中或者所述短管(6)两端分别置于所述容器(20)和所述主管路(1)中。

7.根据权利要求6所述的气流脉动衰减器，其特征在于，所述波纹管(7)与所述上、下盖板(12,3)之间以及所述下盖板(3)与所述主管路(1)之间安装有密封圈(2,14)。

8.一种气流脉动衰减方法，其采用上述任一项权利要求所述的气流脉动衰减器，具体步骤是：当压缩机转速变化时，通过调节所述波纹管(7)的长度，将改变所述容器(20)的容积，进而改变由所述容器(20)和所述短管(6)构成的共鸣器的截止频率，从而适应压缩机转速的变化引起的激发频率的变化。

9.根据权利要求8所述的气流脉动衰减方法，其特征在于，当压缩机转速增大时，减小所述容器(20)的体积以使共鸣器的截止频率增大，当压缩机转速减少时，增大所述容器(20)的体积以使共鸣器的截止频率减小。