CN106382231A - 一种主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置。其是由排气孔口流道和旁支流道组成的气流脉动衰减法兰，气流脉动衰减法兰一端与螺杆压缩机排气法兰连接，另一端与排气轴承座连接，将螺杆压缩机排气分成两路，一路从排气孔口流道入口流入，从排气孔口流道出口流出，另一路从旁支流道入口流入，从旁支流道出口流出，然后两路气流脉动再合并为一路，排到排气轴承座流道内。根据螺杆压缩机的运行工况，确定气流脉动衰减法兰的排气孔口流道和旁支流道的长度差，使两路气流脉动在排气轴承座流道内汇合时产生180度相位差，从源头上主动衰减螺杆压缩机的气流脉动，降低螺杆压缩机的振动噪声。本发明结构简单、制造安装的可操作性强，减振降噪效果好。

Description

一种主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置

技术领域

本发明属于流体机械减振降噪技术领域，涉及一种主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置。

背景技术

螺杆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。螺杆压缩机是一种回转式容积压缩机，阴、阳转子相互啮合，同步旋转，形成工作腔的容积变化，从而实现吸气、压缩、排气的工作过程。螺杆压缩机周期性吸、排气会导致排气腔体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螺杆压缩机的容积效率，增加螺杆压缩机的功率消耗，而且还会激发排气腔体振动诱发气动噪声。

现有技术研制了多种不同的气流脉动衰减装置，如亥姆霍兹气流脉动衰减腔和多孔板气流脉动衰减腔等。但是这些衰减装置结构体积较大，安装使用受到限制，普遍适用于管路系统的减振降噪，无法从源头上衰减螺杆压缩机的气流脉动，降低螺杆压缩机的振动噪声。

发明内容

为了克服现有螺杆压缩机排气气流脉动诱发的振动和噪音的问题，降低螺杆压缩机的气流脉动幅值，本发明提供了一种主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置，所述主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置包括设置在螺杆压缩机机体排气法兰与排气轴承座法兰之间的气流脉动衰减法兰，所述气流脉动衰减法兰的流道由旁支流道和排气孔口流道组成，旁支流道的气流脉动与排气孔口流道的气流脉动在排气轴承座流道内汇合时产生180度相位差，进而主动衰减螺杆压缩机的气流脉动幅值，降低气流脉动诱发的螺杆压缩机排气系统和管路系统的振动噪声水准。

进一步的是：所述气流脉动衰减法兰的数量为1个或多个，当包括多个气流脉动衰减法兰时，各个气流脉动衰减法兰串联设置。

进一步的是：所述气流脉动衰减法兰的旁支流道的数量为一个或多个。

进一步的是：所述旁支流道的长度与排气孔口流道的长度的长度差为螺杆压缩机待衰减气流脉动频率所对应1/2波长长度的奇数倍。

进一步的是：所述旁支流道的流体入口的数量为1个或多个，流体出口数量为1个或多个。

进一步的是：所述旁支流道的形状为槽型、圆形或椭圆形。

本发明的主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置是一种连接螺杆压缩机排气法兰与排气轴承座法兰的气流脉动衰减法兰。气流脉动衰减法兰流道由排气孔口流道和旁支流道两部分组成。将螺杆压缩机的排气分为两路，一路途经排气孔口流道，另一路途经旁支流道，最终两路螺杆压缩机排气气流脉动在排气轴承座流道内汇合。关键在于，优化旁支流道的截面形状，调节旁支流道长度与排气孔口流道长度的长度差，使两路气流脉动在排气轴承座流道内汇合时产生180度相位差，因相位相反而相互衰减抵消，从源头上主动衰减螺杆压缩机的气流脉动，降低螺杆压缩机的振动噪声。

本发明全面考虑螺杆压缩机气流脉动的周期性特性，充分考虑设备安装空间问题，融合了主动减振降噪的设计思路，基于声波干涉的基本原理，其工作原理如图1所示。排气孔口流道长度较短，先到达排气轴承座流道内，旁支流道较长，后到达排气轴承座流道。当旁支流道的气流脉动滞后排气孔口流道的气流脉动180度相位时，两路的气流脉动因相位相反而相互抵消，从而达到主动衰减气流脉动的目的。因为声波传递具有周期性，所以当旁支流道的气流脉动滞后排气孔口流道的气流脉动相位180度奇数倍时，也可使两路的气流脉动因相位相反而相互抵消，从而达到主动衰减气流脉动的目的。

螺杆压缩机的气流脉动基频可由式(1)计算：

$f_1=m*\frac{n}{60}---\left(1\right)$

其中，f₁为螺杆压缩机的气流脉动基频，m为螺杆压缩机阳转子齿数，与螺杆压缩机型线有关；n为螺杆压缩机的转速。

螺杆压缩机的气流脉动基频及其倍频可由式(2)计算：

f_N＝N*f₁，N＝1，2，3...... (2)

旁支流道与排气孔口流道长度差L可由式(3)计算：

$\frac{L}{c}=\mathrm{\Δ}t=\frac{1}{2}*\frac{1}{f_1}---\left(3\right)$

其中，L为旁支流道长度与排气孔口流道长度的长度差，Δt为旁支流道气流脉动与排气孔口流道气流脉动的时间差。

当即旁支流道气流脉动相位滞后排气孔口流道气流脉动相位180度时，两路气流脉动因相位相反而相互抵消，可以主动衰减气流脉动基频f₁。

当L确定时，由于声波传递具有周期性：

$\frac{L}{c}=\frac{1}{2}*(2M-1)*\frac{1}{f},M=1,2,3......---\left(4\right)$

由(3)和(4)可知，

当M＝1时，f＝f₁；

当M＝2时，f＝f₃；

当M＝3时，f＝f₅；

…………

因此，旁支流道长度与排气孔口流道长度的长度差优化后不仅可以主动衰减螺杆压缩机气流脉动基频，还可以消除气流脉动基频的奇数倍频。

同理，当时，主动衰减气流脉动装置不仅可以主动衰减气流脉动2倍频，还可以消除气流脉动2倍频的奇数倍频。将二者结合在一起，可以有效衰减螺杆压缩机的气流脉动，降低螺杆压缩机的振动噪声。

本发明的有益效果是：

本发明旨在从源头上解决压缩机的气流脉动问题，提出了一种主动衰减气流脉动装置，基于声波干涉原理，由排气孔口流道和旁支流道两路流道构成，通过优化旁支流道长度与排气孔口流道长度的长度差来改变旁支流道气流脉动与排气孔口流道气流脉动的时间差，使二者时间差为待消气流脉动的半个周期，即二者相位差为180度，使两个流道内的气流脉动相互抵消，达到主动衰减气流脉动的目的。本发明的主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置结构简单、制造安装的可操作性强，减振降噪效果好。

附图说明

图1为本发明的原理图。

图2为本发明的三维结构示意图。

图3为图2实施例的剖面图。

图4为本发明所述螺杆压缩机排气系统的三维结构图。

图5为本发明所述螺杆压缩机排气系统的仿真计算结果。

图中附图标记为：1气流脉动衰减法兰、2转子轴承定位孔、3气流脉动衰减法兰螺栓孔、4排气孔口流道入口、5排气孔口流道入口、6旁支流道入口、7旁支流道出口、8旁支流道、9排气孔口流道、10螺杆压缩机机体排气法兰、11排气轴承座法兰、12螺杆压缩机机体、13排气轴承座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

螺杆压缩机排气的气流脉动现象是由其工作原理决定的，很难在螺杆压缩机啮合过程中消减气流脉动。因此，在螺杆压缩机排气的源头上衰减气流脉动，控制气流脉动诱发的螺杆压缩机振动与噪音问题，是解决螺杆压缩机振动噪声问题的最佳选择，故本发明所述的主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置直接安装在螺杆压缩机的排气孔口上，最大限度的衰减螺杆压缩机的气流脉动，改善螺杆压缩机的振动噪声。

本发明全面考虑螺杆压缩机气流脉动的周期性特性，充分考虑设备安装空间问题，融合了主动减振降噪的设计思路，基于声波干涉的基本原理，其工作原理如图1所示，两路相位相反的气流脉动相互叠加，最大限度的衰减螺杆压缩机的气流脉动。

排气孔口流道长度较短，先到达排气轴承座流道内，旁支流道较长，后到达排气轴承座流道。当旁支流道的气流脉动滞后排气孔口流道的气流脉动180度相位时，两路的气流脉动因相位相反而相互抵消，从而达到主动衰减气流脉动的目的。因为声波传递具体周期性，所以当旁支流道的气流脉动滞后排气孔口流道的气流脉动180度奇数倍相位时，也可有使两路的气流脉动因相位相反而相互抵消，从而达到主动衰减气流脉动的目的，气流脉动衰减效果如图5所示，从图5可以看出，该主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置可以有效衰减气流脉动的基频及其奇数倍频。

请参阅图2、图3和图4，本发明涉及一种主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置，其一端连接螺杆压缩机机体排气法兰10，另一端连接排气轴承座法兰11，使螺杆压缩机排气经过主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置引流到排气轴承座流道内。所述主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置1的流道由旁支流道8和排气孔口流道9两部分组成，使螺杆压缩机的排气一部分从排气孔口流道入口4流入，从排气孔口流道出口5流出，引流到排气轴承座流道内；使螺杆压缩机的排气另一部分从旁支流道入口6流入，从旁支流道出口7流出，也引流排气轴承座内。由于排气孔口流道与旁支流道存在路程差，那么必然存在时间差，当时间差为待衰减气流脉动频率的半个周期(即相位差相差180度)时，由于相位相反，相互叠加时彼此抵消，相互衰减气流脉动幅值。为了衰减多个气流脉动频率，可以使主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置串联使用，如图4所示，也可以在主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置内开设多个旁支流道。

下面结合图1至图5叙述本发明的工作原理：

螺杆压缩机机体排气经过主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置引流到排气轴承座流道内。在主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置内，螺杆压缩机排气被分成两部分，一部分从排气孔口流道引流到排气轴承座流道内；另一部分从旁支流道也引流排气轴承座内。由于排气孔口流道与旁支流道存在路程差，那么必然存在时间差，当排气孔口流道长度与旁支流道长度间的路程差为待衰减气流脉动频率的半个周期(即相位差相差180度)时，由于相位相反，相互叠加时彼此抵消，相互衰减气流脉动幅值，从而达到降低螺杆压缩机排气系统及管路系统振动噪声的目的。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置，其特征在于，所述主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置包括设置在螺杆压缩机机体排气法兰(10)与排气轴承座法兰(11)之间的气流脉动衰减法兰(1)，所述气流脉动衰减法兰(1)的流道由旁支流道(8)和排气孔口流道(9)组成，旁支流道(8)的气流脉动与排气孔口流道(9)的气流脉动在排气轴承座流道内汇合时产生180度相位差，进而主动衰减螺杆压缩机的气流脉动幅值，降低气流脉动诱发的螺杆压缩机排气系统和管路系统的振动噪声水准。

2.根据权利要求1所述的主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置，其特征在于，所述气流脉动衰减法兰(1)的数量为1个或多个，当包括多个气流脉动衰减法兰(1)时，各个气流脉动衰减法兰(1)串联设置。

3.根据权利要求1所述的主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置，其特征在于，所述气流脉动衰减法兰(1)的旁支流道(8)的数量为一个或多个。

4.根据权利要求1所述的主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置，其特征在于，所述旁支流道(8)的长度与排气孔口流道(9)的长度的长度差为螺杆压缩机待衰减气流脉动频率所对应1/2波长长度的奇数倍。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置，其特征在于，旁支流道入口(6)的数量为1个或多个，旁支流道出口(7)数量为1个或多个。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的主动衰减螺杆压缩机气流脉动装置，其特征在于，所述旁支流道(8)的形状为槽型、圆形或椭圆形。