CN107250558B - 用于调节工作流体的流动的装置 - Google Patents

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Abstract

本公开介绍了用于阻尼脉冲和提高压缩机性能的流动调节装置的实施例。在一个方面中，扩散器装置包括：壳体部件，壳体部件有第一端和第二端，壳体部件与压缩机的出口相联；以及扩散器部件，扩散器部件布置在壳体部件内。扩散器部件与从压缩机传送的工作流体流体连通，并且包括：芯部件，芯部件沿扩散器部件的纵向轴线延伸；以及多个裙褶，这些裙褶从芯部件径向延伸。在一些方面中，多个裙褶和壳体的内表面确定了多个流体槽道，用于将工作流体从壳体部件的第一端传送到第二端。在一些方面中，扩散器部件与壳体部件可旋转地相联。

Description

用于调节工作流体的流动的装置
相关申请的交叉引用
本申请要求美国临时专利申请No.62/119,565的优先权，该美国临时专利申请No.62/119,565的申请日为2015年2月23日，标题为“用于调节工作流体的流动的装置及其实施(Device for Conditioning Flow of Working Fluids and ImplementationThereof)”，该文献整体被本文参引。
技术领域
本公开的主题整体涉及压缩机和压缩机技术，更具体地说，涉及一种在压缩机的进口和/或出口处调节工作流体的流动的装置。
背景技术
压缩机是作用于工作流体上的机器，例如将工作流体在压力下分配给处理管线。压缩机可以包括旋转式压缩机、离心压缩机等。处理管线的实例可以在多种应用中看到，包括化学、水处理、石油化工、资源回收和输送、冶炼厂等部门和行业。
旋转式压缩机包括具有壳体的装置，该壳体形成具有进口和出口的腔室。在腔室内部，装置通常具有一对元件；通常，这些元件的实施方式为一个或多个大叶片叶轮，这些大叶片叶轮相互啮合。在使用中，这些叶片叶轮沿相反方向旋转，以便使得已知量的流体从进口移动至出口。当作为泵时，装置主动使得这些元件旋转，以便促进流体从腔室的进口向出口的运动。另一方面，当作为仪表时，该装置配置成用于工作流体的流动而作用在这些元件上。流体的力使得元件旋转，这又能够产生输出(例如电信号)，该输出反映流体流动的一个或多个特性。
已知在旋转式压缩机的操作过程中，叶片叶轮的使用能够产生显著的压力和流动脉冲。这些流动脉冲能够在下游谐振，再引起振动，该振动的幅值通常大到足以破坏在压缩机下游的设备和/或产生甚至对于工业设置也不令人满意的噪声水平。
对流动脉冲问题的补救通常寻求在压缩机的进口和/或出口处耗散能量。解决方案通常使用降噪装置(例如消音器)来衰减在工作流体中的声波等扰动。这些装置利用呈不同布置的元件(例如导流板)来改变工作流体的流动方向(和其它方面)，并因此有效降低噪音和振动。不幸的是，在大部分的常规实施方式中，消音器安装在机器的外部。这种配置拉长了机器的总占地面积，有时甚至拉长了400％或更多。
发明内容
本公开介绍了能够阻尼脉冲和提高压缩机性能的流动调节装置的实施例。在一个方面中，一种扩散器装置，包括：壳体部件，该壳体部件有第一端和第二端，该壳体部件与压缩机的出口相联；以及扩散器部件，该扩散器部件布置在壳体部件中。扩散器部件与从压缩机传送的工作流体流体连通，并且包括：芯部件，该芯部件沿扩散器部件的纵向轴线延伸；以及多个裙褶，这些裙褶从芯部件径向延伸。在一些方面中，多个裙褶和壳体的内表面确定了多个流体槽道，用于将工作流体从壳体部件的第一端传送到第二端。在一些方面中，扩散器部件可旋转地联接到壳体部件。
在一个方面中，一种组件，包括具有第一端和第二端的壳体部件，该壳体部件与旋转排代装置相联。组件还包括布置在壳体部件内的扩散器部件，其中，扩散器部件包括：芯部件，芯部件沿扩散器部件的纵向轴线延伸；以及多个裙褶，这些裙褶从芯部件径向延伸。
在另一方面中，一种压缩机组件，包括压缩机和与压缩机相联的扩散器装置，扩散器装置包括具有第一端和第二端的壳体部件，其中，壳体部件与压缩机的出口相联，用于接收工作流体。扩散器装置还包括布置在壳体部件内的扩散器部件，扩散器部件包括：芯部件，芯部件沿扩散器部件的中心纵向轴线延伸；以及多个裙褶，这些裙褶从芯部件径向延伸。
在还一实施例中，一种扩散器装置，包括：壳体部件，壳体部件有第一端和第二端，壳体部件与压缩机的出口相联；以及扩散器部件，扩散器部件布置在壳体部件内。扩散器部件与从压缩机传送的工作流体流体连通，并且包括：芯部件，芯部件沿扩散器部件的纵向轴线延伸；以及多个裙褶，这些裙褶从芯部件径向延伸。
附图说明
作为实例，下面将参考附图介绍本公开的具体实施例，附图中：
图1描绘了根据本公开实施例的示例流动调节装置的透视图；
图2描绘了根据本公开实施例的、图1的流动调节装置的透视图；
图3描绘了根据本公开实施例的、图1的流动调节装置的透视图；
图4描绘了根据本公开实施例的、在旋转排代装置上的流动调节装置的示例实施例的一种实施方式；
图5描绘了根据本公开实施例的旋转式压缩机的透视图；
图6描绘了根据本公开实施例的、图5的旋转式压缩机的剖视图；
图7描绘了根据本公开实施例的、在图5和图6的旋转式压缩机上的流动调节装置的示例实施例的一种实施方式；
图8描绘了根据本公开实施例的、在图5、图6和图7的旋转式压缩机上的流动调节装置的示例实施例的一种实施方式；以及
图9描绘了根据本公开实施例的、图8中的旋转式压缩机的剖视图。
在全部附图中，使用相同的参考符号来表示相同或相应的部件和单元，这些附图并不按比例，除非另外说明。此外，本文公开的实施例可以包括出现在一个或多个附图中或者几个视图组合中的元件。
具体实施方式
现在将参照附图介绍本公开，附图中表示了多个方面。不过应当知道，本公开可以以多种不同的形式实施，不应当认为局限于本文所述的方面。而是，提供这些方面使得本公开彻底和完整，并将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。在全部附图中，相同的标号表示相同的元件。
本文中使用的、以单数引用和在词“一”或“一个”后面的元件或操作应当理解为不排除多个元件或操作，除非另外明确说明。此外，本公开的“一个方面”或“一个实施例”并不解释为排除存在也包括所述特征的另外方面或实施例。
此外，这里可以使用空间相对术语例如“下面”、“下方”、“低于”、“中心”、“上面”、“上方”、“上”、“高于”等，用于容易介绍图中所示的一个元件与另一元件的关系。应当理解，除了图中所示定向之外，空间相对术语还可以包括在使用或操作中的装置的不同定向。
如上所述，这里介绍了一种压缩机组件，该压缩机组件包括压缩机和与压缩机相联的扩散器装置，扩散器装置包括具有第一端和第二端的壳体部件。壳体部件与压缩机的出口相联，用于接收工作流体。扩散器装置还包括布置在壳体部件内的扩散器部件，扩散器部件具有：芯部件，芯部件沿扩散器部件的中心纵向轴线延伸；以及多个裙褶，这些裙褶从芯部件径向延伸。在一些方面中，扩散器部件可以相对于壳体部件旋转，从而减少压力脉动，并产生平坦的信号，即具有很小或没有波动的排出压力。
如下面更详细所述，扩散器部件的裙褶限定了具有涡旋或螺旋配置的多个流体槽道，这有提高排出压力和减小排出压力脉动的优点。通过减小排出压力脉动，可以减少或消除在压缩机出口处对排出消声器的需要。在一些方面中，扩散器装置可以安装在新的旋转式压缩机上，或者作为当前在现场对传统压缩机的改造。在现有传统单元的情况下，可以例如通过安装在其中包含扩散器的新排气套管来改进排出管道。
现在将参考图1、图2和图3更详细地介绍示例扩散器装置。如图所示，本文的实施例包括例如与压缩机一起使用的流动调节扩散器装置100(下文中的“装置100”)。图2和图3以分解形式描绘了装置100的透视图。
如图1所示，装置100包括具有第一端104(也是“上游端104”)和第二端106(也是“下游端106”)的壳体部件102。壳体部件102至少部分地包围扩散器部件108。也就是，扩散器部件的一部分109超过第一端104伸出壳体部件102之外。装置100的端部104、106可配置为与压缩机和/或辅助管道和/或导管相联，如后面更详细所述。壳体部件102可以包括例如法兰和/或类似元件，用于与压缩机(和/或辅助管道)上的对应法兰配合。这种配置将工作流体F(例如，气体和液体)导入装置100中，以便撞上扩散器部件108。
还参考图2和图3，扩散器部件108具有本体110，本体110包括具有纵向轴线114的芯部件112。本体110还具有多个裙褶116(也可选择地称为叶片、翅片或叶)，这些裙褶116圆周地绕纵向轴线114布置。每个裙褶116具有裙褶本体118，裙褶本体118可以沿一段纵向轴线114延伸。裙褶116相互径向分开，使得成对的裙褶114与壳体部件102的内表面105(图1)一起形成多个流体槽道或流动路径120的边界。在这种配置中，流动路径120的几何形状实际上取决于裙褶本体的轮廓(和/或几何形状)。在一个实施例中，流动路径120环绕芯部件112螺旋地延伸。
这样配置的扩散器部件108与通过流动路径120的工作流体F流体连通。涡旋/螺旋形的轮廓配置成调节工作流体F的流动，例如将从在上游端104处的第一流动图形调节成在下游端106处的第二流动图形。在一个实施方式中，裙褶本体118的轮廓配置为使得工作流体F作为涡旋流和/或者以涡旋图形离开流动路径120(由于裙褶116的涡旋形状)。
通过将工作流体F引导成涡旋形状的流动图形，可以获得更高的排出压力。这种现象可以例如通过离心翻卷涡壳来证明，其中，对于400Hp离心试验台在标准对称涡壳(其中气体倾倒至蜗壳收集器中)和翻卷涡壳之间的估计性能改进是1个点的效率和压力系数提高约4.5％。由于裙褶本体118的形状/配置，通过壳体102的改进扩散将最终导致排出流的更好混合，从而减小排出压力脉动。
在一些结构中，扩散器部件108固定在壳体102内，并相对于工作流体F的流动保持静止。在其它实施方式中，扩散器部件108可以与壳体102可旋转地相联，从而允许环绕芯112相对于壳体102旋转，无论被动和/或主动(例如，通过旁系马达或其它运动元件)。对于静止或可旋转的配置，装置100可以包括用于使扩散器部件108与壳体部件102和/或压缩机相联的一个或多个结构构件(例如轴承、支柱等)，同时避免干扰工作流体F流动通过装置100。
图4示意地描绘了与旋转排代装置122结合的装置100的一个实施方式。旋转排代装置122的实例包括容纳工作流体F的泵和仪表。旋转排代装置122包括壳体124和盖126。壳体124具有周壁128，周壁128形成内部容积130。当组装排代装置122时，将壳体124和盖126相联在一起，以便将旋转元件132、134包围在内部容积130中。这种配置也密封内部体积130，以便防止工作流体F从其中泄漏。
如图4所示，一个或多个开口(例如，第一开口136和第二开口138)穿透周壁128。开口136、138允许从壳体124的外部进出内部容积130。在一个实例中，开口136、138包括进口和出口(或排出口)，其允许工作流体F流入内部容积130(例如通过进口)和从内部容积130流出(例如通过出口)。装置100可以环绕开口138与周壁128相联，以便从其中接收排出的工作流体F.
需要时，旋转排代装置122可以促进工作流体F的运动和/或测量工作流体F的运动，该工作流体F在内部容积130中流动。在一个实施方式中，例如旋转排代装置122能够操作为泵和/或鼓风机，以便分别通过进口和出口而将流体吸入内部容积130和从该内部容积124排出流体。在另一实施方案中，旋转排代装置122可以操作为仪表和/或测量装置，该仪表和/或测量装置监测从进口流向出口的流体的流动特性(例如流速)。
图5和图6分别描绘了呈旋转式压缩机140形式的旋转排代装置122的实例的透视图和剖视图。在一个非限制性实施例中，如图6中所示，压缩机140包括壳体141，该壳体141具有两个弯曲的相对的壁143和145，相对的壁143和145具有延伸穿过的进口开口145a和排出开口147。开口145a和147与腔室149连通。
旋转元件132、134安装在轴(未示出)上，用于与腔室149一起旋转。在一些实施例中，旋转元件132、134均具有总体“数字8”的形状。因此，旋转元件132、134在它们相应的轴上成角度定位，使得每个叶轮的端部部分“嵌套”在另一叶轮的颈缩部分中，例如如图所示。
多个角向分开的喷射通道(两个喷射通道由参考标号151表示)相对于排出开口147径向向外分开地形成于壁143中。通道151部分地由环形延伸部或法兰153限定，该环形延伸部或法兰153从壁143伸出，并设有扩大的圆形外部部分。法兰153用于引导一部分工作流体(例如空气)通过喷射通道151和返回到腔室149。
进口增压部152从壁145延伸，并具有用于接收工作流体F的进口开口154，排出增压部158从壁143延伸，并具有用于排出工作流体F的排出开口160。应当理解，至少一个马达(未示出)可以提供于壳体141中，用于沿相反方向驱动轴。还如图所示，压缩机140包括提供于排出增压部158中的截头圆锥形分隔件162(下文中为分隔件162)，该分隔件限定了在排出增压部158中心的排出腔室164以及环绕排出腔室164的环形再循环腔室166。
下面再参考图7和图8，图7和图8描绘了根据本公开实施例的压缩机组件180的透视图。如图所示，压缩机组件180包括与旋转式压缩机140相联的装置100。更具体地说，壳体部件102的第一端104在出口138处与压缩机140的排出增压部158相联，用于接收来自排出增压部的工作流体F。
在一个实施例中，如图8所示，压缩机组件180包括一对辅助管道或导管(例如，第一导管142和第二导管144)。例如，第一导管142在进口136处与进口增压部152相联，以便于工作流体F流向压缩机140。同时，第二导管144与装置100的第二端106相联，该第二端106又在压缩机140的出口138处与排出增压部158相联。
图9描绘了图8的压缩机组件180沿线9-9的剖视图。在该实例中，可以看到扩散器部件108至少部分地伸入压缩机140中。具体地说，如图所示，一个或多个裙褶116伸入排出增压部158中。在扩散器部件108相对于壳体部件102旋转的情况下，允许裙褶116在排出腔室164内旋转。在一些实施例中，壳体部件102的第一端104通过任意紧固件(未示出)而固定在排出增压部158的下游侧壁182上。
本文中使用的、以单数引用和在词“一”或“一个”后面的元件或操作应当理解为不排除多个元件或操作，除非另外明确说明。而且，本公开的“一个方面”或“一个实施例”并不解释为排除存在也包括所述特征的另外方面或实施例。
这里的书面说明使用实例来公开本发明，包括其最佳模式，还使得本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统和执行任何包括的方面。本发明的可专利范围由权利要求来确定，并且可以包括本领域技术人员想到的其它实例。当这些其它示例具有与权利要求的文字语言没有区别的结构元件时，或者当它们包括与权利要求的文字语言无实质差异的等效结构元件时，这些其它实例将在权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种组件，包括：
壳体部件，该壳体部件具有第一端和第二端，壳体部件的第一端与旋转排代装置相联；以及
扩散器部件，该扩散器部件布置在壳体部件中，扩散器部件包括：芯部件，芯部件沿扩散器部件的纵向轴线延伸；和多个裙褶，这些裙褶从芯部件径向延伸；
其中所述扩散器部件的裙褶的一部分延伸超过壳体部件的第一端进入旋转排代装置。
2.根据权利要求1所述的组件，其中：所述多个裙褶均包括裙褶本体，裙褶本体沿一段纵向轴线延伸。
3.根据权利要求1所述的组件，其中：旋转排代装置是压缩机。
4.根据权利要求3所述的组件，其中：壳体部件的第一端与压缩机相联，以便从压缩机接收工作流体。
5.根据权利要求4所述的组件，压缩机包括：
进口，用于接收工作流体；以及
出口，用于将工作流体传送给壳体部件，出口包括出口壳体，出口壳体包含扩散器部件的裙褶的延伸超过壳体部件的第一端的所述一部分。
6.根据权利要求5所述的组件，还包括：第一导管，第一导管与压缩机的进口相联；以及第二导管，第二导管与壳体部件的第二端相联。
7.根据权利要求1所述的组件，其中：扩散器部件与壳体部件可旋转地相联。
8.根据权利要求1所述的组件，其中：所述多个裙褶和壳体部件的内表面限定了多个流体槽道。
9.根据权利要求8所述的组件，其中：所述多个流体槽道螺旋地环绕芯部件延伸。
10.一种压缩机组件，包括：
压缩机；以及
扩散器装置，该扩散器装置与压缩机相联，扩散器装置包括：
壳体部件，壳体部件具有第一端和第二端，壳体部件的第一端与压缩机出口相联以用于接收工作流体；以及
扩散器部件，扩散器部件布置在壳体部件中，扩散器部件包括：芯部件，芯部件沿扩散器部件的中心纵向轴线延伸；和多个裙褶，这些裙褶从芯部件径向延伸；
其中所述扩散器部件的裙褶的一部分延伸超过壳体部件的第一端。
11.根据权利要求10所述的压缩机组件，其中：所述多个裙褶均包括裙褶本体，裙褶本体沿一段中心纵向轴线延伸。
12.根据权利要求10所述的压缩机组件，其中：压缩机包括出口壳体，出口壳体环绕扩散器部件的所述一部分。
13.根据权利要求10所述的压缩机组件，还包括：第一导管，第一导管与压缩机的进口相联；以及第二导管，第二导管与壳体部件的第二端相联。
14.根据权利要求10所述的组件，其中：扩散器部件与壳体部件可旋转地相联。
15.根据权利要求10所述的组件，其中：所述多个裙褶和壳体部件的内表面限定了多个流体槽道。
16.根据权利要求15所述的组件，其中：所述多个流体槽道螺旋地环绕芯部件延伸。
17.一种扩散器装置，包括：
壳体部件，壳体部件具有第一端和第二端，壳体部件的第一端与压缩机的出口相联；以及
扩散器部件，扩散器部件布置在壳体部件内，扩散器部件与从压缩机传送的工作流体流体连通，扩散器部件包括：芯部件，芯部件沿扩散器部件的纵向轴线延伸；以及多个裙褶，这些裙褶从芯部件径向延伸；
其中所述扩散器部件的裙褶的一部分延伸超过壳体部件的第一端进入压缩机的出口。
18.根据权利要求17所述的扩散器装置，其中：所述多个裙褶均包括裙褶本体，裙褶本体以涡旋配置沿一段扩散器部件延伸。
19.根据权利要求17所述的扩散器装置，其中：所述多个裙褶和壳体部件的内表面限定了多个流体槽道。
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