CN108691773A - 压缩机的脉动消音器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于由压缩装置供应的气态介质流(107)的脉动消音器(100)。脉动消音器(100)包括壳体(10)和多个管状吸收元件(108)，其中，壳体(101)沿着中心轴线延伸并且具有介质流入口(106)和介质流出口；多个管状吸收元件(108)同心地布置在壳体(10)中，并且流体连通地一个接一个布置。每个管状吸收元件(108)设置有入口区和出口区，入口区和出口区定位成彼此轴向间隔开。在不同吸收元件(108)的各个径向相邻的壁部分之间，保持有用于介质流(107)的流动室(112，114)。本发明还涉及具有所述脉动消音器(100)之一的压缩机。

Description

压缩机的脉动消音器
本发明涉及用于由压缩机(具体地，压缩装置)提供的气态介质流的脉动消音器。所述消音器包括沿着中心轴线延伸的具有介质流入口和介质流出口的壳体以及由吸声材料制成的用作声障的一个或多个吸收元件(absorber element)。
对于压缩气态介质，具体地，对于产生加压空气，已知各种各样的不同的压缩机设计。例如，DE 601 17 821 T2示出了具有两个或更多个压缩机级的多级螺杆式压缩机，所述压缩机级中的每个包括用于压缩气体的一对转子。此外，设置具有可变速度的两个或更多个驱动器件，所述驱动器件中的每个驱动相应的压缩机级。控制单元控制驱动器件的速度，所述驱动器件中的每个的转矩和速度受到监控，使得通过螺杆式压缩机以所需流速和所需压力提供气体，同时必须使螺杆式压缩机的功率消耗最小化。
由于压缩机的压力侧或喷射侧的不连续喷射过程，压缩机(具体地，根据排量原理运行的此类压缩机)经常在下游部件(例如，管道，冷却器，压力容器等)中引起不期望的脉动(即，压力变化)的问题。由于由所述变化激发的压力变化和/或振动，所述下游部件受到显著的负荷，从而导致例如由疲劳引起的材料损坏。基于结构传递的声音引入、声音传播和声音辐射，压力变化还引起相当大的噪声散射。此外，对压缩机级产生负面影响的脉动可能影响压缩过程本身。所述问题对于干式压缩螺杆式压缩机产生特别严重的影响，其中，在压缩机级的出口处观察到局部相当大的脉动。由于喷射过程是脉冲过程，因此脉动基频的谐波也非常明显，在一些情况下甚至比基频本身更强。
基于上述过程，以及甚至考虑到许多压缩机配备有速度控制以用于调整供应量的情况，脉动的频谱相应地很大。因此，所述相应地大的频谱的所需声音吸收对压缩机中实施的脉动消音器提出了高的要求。
根据DE 699 20 997 T2，已知一种用于泵的脉动消音器，其包括装置主体和隔膜，所述隔膜将装置主体的内部隔间划分成液体腔，所述液体腔可以临时存储通过活塞泵和气体腔输送的液体，所述气体腔充满气体以抑制脉动并且气体腔膨胀且收缩以改变液体腔的容量。这允许基于输送液体的出口压力来衰减脉动。
DE 698 18 687 T2描述了一种用于衰减低频气体脉冲的脉动消音器，其中，该脉动消音器具有容器，容器包括入口、出口和布置在容器中的消音元件。出口或入口至少设置有扩散器，扩散器设置有管状部件，所述部件设置有第一孔。管状部件包括设置有多个第二孔且由围绕圆周延伸的加固元件限定的元件，所述第二孔中的至少一个由设置有第一孔的板覆盖，其中，第一孔小于第二开口。
上述脉动消音器具有复杂的设计，因此成本高且需要频繁的维护。根据实践还已知简单的脉动消音器，其主要设计为长型管，所述长型管具有安装在所述管内的吸收材料(absorber material)，旨在通过声音吸收和声音反射来进行衰减。然而，所述已知的消音器显露出多个缺点。首先，为了获得足够的衰减，吸收部件必须具有足够的长度。由于所使用的吸收材料在长度上具有恒定的衰减，因此，声音吸收是从入口到消音器再到出口逐渐实现的，从而导致在消音器的入口区处，相对大量的未吸收声音通过壳体向外辐射。此外，具体地，在高频率的情况下，声音穿透长型消音器管，从而使得特定频率的脉动能够穿过吸收件而实质上未被吸收。
本发明的目的是提供一种改进的脉动消音器，其适合在压缩机中(具体地，在螺杆式压缩机中)实施；所述脉动消音器的成本低且设计简单，并且在宽频谱方面表现出高的声音吸收值。更具体地，其目的是，就短设计长度而言，实现尽可能高地衰减压缩机中的脉动，同时使压缩介质中仅具有低的压力损失。此外，使得经由脉动消音器的壳体所剩余的声辐射最小化。
这些和其他任务通过根据所附权利要求1所述的脉动消音器来解决。从属权利要求涉及一些优选实施方式。此外，本发明提供了一种具有所述脉动消音器的压缩机。
本发明的脉动消音器适用于衰减由压缩装置供应的气态介质流中的脉动和由脉动产生的声音。脉动消音器还设置有沿着中心轴线延伸的具有介质流入口和介质流出口的壳体。此外，设置有多个管状吸收元件，所述管状吸收元件由吸声材料制成，并且同心地布置在壳体中。脉动消音器与已知的消音器的显著区别在于：根据现有技术的消音器仅使用一个单一的吸收元件或多个吸收元件轴向地一个接一个布置。每个管状吸收元件具有入口区和出口区，入口区和出口区在轴向上彼此间隔定位，优选地布置在吸收元件的相对端面处。前部流体吸收元件的入口区连通至壳体的介质流入口，前部流体吸收元件的出口区连通至下一流体吸收元件的入口区，依次类推，后部流体吸收元件的出口区连通至壳体的介质出口。在不同的吸收元件的各自径向相邻的壁部分之间存在流动室，介质流由所述流动室引导。
概要设计提供了多个吸收元件，因此提供了彼此嵌套的多个级。所述级中的每一个几乎都作为单独的吸收件工作。消音器中的介质流多次改变其方向，优选地，介质流沿着单个吸收元件蜿蜒流动。
脉动消音器的显著有益效果在于，通过吸收元件的嵌套布置以及由此引起的介质流的蜿蜒流动式的方向，整体结构长度显著减小。与整个系统的衰减相比，本发明的消音器的长度比其中介质流具有线性方向的传统消音器的长度缩短一半以上。根据第一实施方式，吸收元件由相同的吸声材料组成，从而使所有的所述吸收元件在相同的频率范围内操作。在改进的实施方式中，单个吸收元件调节到不同频率范围的衰减，尤其是通过使用不同的吸声材料来调节。优选地，吸收元件由矿物材料、金属或塑料织物、金属或陶瓷泡沫制成，由此腔室型结构是有利的。还使用多层的吸收材料层。
脉动消音器的优选实施方式使用旋转对称的吸收元件，所述吸收元件成望远镜状互锁，并且吸收元件的布置轴向地固定在壳体中。然而，在改进的实施方式中，吸收元件还具有矩形截面或多边形截面。尤其有利的是，当至少三个或更多个吸收元件以环形设计布置时，在相应的靠外吸收元件的内直径与相对的靠内吸收元件的外直径之间留下差异，从而形成具有例如5-10mm宽度的流动室。吸收元件优选地在几乎相同的轴向长度上延伸，从而允许吸收元件的纵向延伸部分轴向重叠至少80％，优选地为90％。
根据优选实施方式，入口区和出口区分别布置在吸收元件的端面处，介质流的流动方向在一个吸收元件到下一吸收元件的通道处进行180°的方向反转。由于管状吸收元件嵌套布置以及由于相邻的吸收元件之间的介质流通道可获得增大的截面(甚至，在流动室中具有相同的间隙宽度)的事实，流动速度降低，使得实现了额外的衰减。根据实施方式，容易使通道的截面积加倍，这因此还使得从一个级到下一级速度明显降低。在介质流从一个吸收元件到下一吸收元件的通道处的反转方向还积极地用于增强吸声性质，因为由于偏向，在介质流入口与介质流出口之间不存在直接的“视觉连接(visual connection)”，从而阻止直接地“洞察(penetration)”在下游部件中更高频率的脉动。
通过使用在其中间具有可用的环形流动室的管状吸收元件，对于介质流方向可以获得扩大的截面，从而使得压力损失减少。
有利的实施方式的特征在于，在径向内侧处设置有前部流体吸收元件，并且在径向外侧处设置后部流体吸收元件。优选地，壳体具有一体式吸收元件区、前板和凸缘，其中，吸收元件区具有交叉形(cruciform)截面；介质入口在前板处形成为居中定位的进入开口，通向前部流体吸收元件的中央入口区；凸缘面向前板并形成介质出口，并且后部流体吸收元件的环形出口区通向所述介质出口。由于利用此设计，消音器中的介质入口位于内部，因此在介质入口处(即，远离壳体外壁)存在最高的声音能量。利用设置有三个吸收元件的消音器，流动方向上的下一级仍存在于消音器内部。在由与壳体相邻的吸收元件形成的末级中，声音能量已经降低到使得经由壳体辐射的声音能量最小化的程度。
根据脉动消音器的优选实施方式，每个吸收元件的轴向长度相对于最大横截面延伸部分(例如，直径)的比小于5，优选地小于2.5。尤其优选的是，对于径向靠外的吸收元件，所述比小于1，优选地小于0.75。当脉动消音器的外部整体轴向长度相对于介质流行进通过吸收元件的路径长度的比小于1(优选地小于0.5)时，这也是有利的。
本发明提供的用于压缩气态介质的压缩机包括压缩装置以及布置在压缩装置后方的流体脉动消音器，所述消音器根据以上描述的实施方式或所述实施方式的组合形成。优选地，压缩机形成为螺杆式压缩机或双螺杆压缩机。实施本发明的脉动消音器的显著有益效果有，大幅度降低所需的结构尺寸，从而对整个压缩机产生积极的影响。
脉动消音器的进一步改进的实施方式的特征在于，在一个或多个吸收元件中设置作为谐振器腔的附加的腔。优选地，谐振器腔与流动室成角度地延伸，并且通过使用反射效应和谐振效应来用于进行额外的脉动衰减和声音衰减。
通过附图中示出的优选实施方式的以下描述，提供了另外的优点和区别特征。在附图中：
图1是本发明的具有三个管状吸收元件的脉动消音器的纵截面；
图2是根据图1的脉动消音器的横截面。
图1示出了本发明的消音器100的简化纵截面，而图2示出了本发明的消音器100的横截面。在本示例中，消音器100主要包括具有一体式(integrated)吸收元件区102、一个前板103和凸缘104的圆柱形壳体101，其中，前板103在端面密封壳体，凸缘104与前板轴向相对的定位。前板103示出了居中布置的介质流入口106，由压缩装置压缩的气态介质流107(具体地，加压空气)经由介质流入口106流入。
在一体式吸收元件区102中，布置多个管状吸收元件108，其在示例中通过前部流体吸收元件108a、流体中央吸收元件108b和后部流体吸收元件108c示出。三个吸收元件区互相插入成望远镜状，并且在轴向方向上具有基本上相同的长度。所有的吸收元件均由吸声材料制成，从而允许在各个吸收元件之间区别地选择特定的材料性质。
介质流入口106通向前吸收元件108a的居中定位的入口区，从而允许介质流接着通过前吸收元件108a的内部，其中，介质流在前吸收元件108a的内部通过所述材料进行衰减。前吸收元件108a的内部隔间可以是中空的或填充有能够透气的材料，借此保持低流动阻力。前吸收元件108a的远离前板103的端部设置有出口区，从而允许介质流从前吸收元件108a流出。在那里，介质流通过第一环形变化区110进入到中央吸收元件108b的入口区，由此使得介质流107的方向反转。中央吸收元件108b以环形形式包围前部流体吸收元件108a，设置在中央吸收元件108b处的定位销111用于支承前吸收元件108a。现在，介质流107流过在前吸收元件108a与中央吸收元件108b之间轴向延伸的第一圆柱形流动室112。
在中央吸收元件108b的指向前板103的端部处，介质流经由出口区离开第一圆柱形流动室112，并且流入到第二环形变化区113中，进而流入到后吸收元件108c的入口区中。现在，介质流107流过在中央吸收元件108b与后吸收元件108c之间轴向延伸的第二圆柱形流动室114。第二流动室144中的流动方向与第一流动室112中的流动方向沿轴向相反。
在后吸收元件108c的远离前板103的端部处，介质流107经由后部流体吸收元件108c的出口区离开一体式吸收元件区102，然后流过凸缘104中的介质流出口116到达下游的压缩装置机组。附图示出了可用于介质流的截面在各自的变化区中显著增加，最终，所述截面在介质流出口116处比在介质流入口106处大得多。
附图还示出了所有三个吸收元件108的壁均各自设置有多个谐振器腔117a、117b或117c。
附图标记列表
100 脉动消音器
101 壳体
102 一体式吸收元件区
103 前板
104 凸缘
105 -
106 介质流入口
107 介质流
108 吸收元件
109 -
110 第一变化区
111 定位销
112 第一流动室
113 第二变化区
114 第二流动室
115 -
116 介质流出口
117 谐振器腔

Claims (10)

1.脉动消音器(100)，用于由压缩装置供应的气态介质流(107)，所述脉动消音器(100)包括：
壳体(101)，沿着中心轴线延伸，具有介质流入口(106)和介质流出口(116)；
多个管状吸收元件(108)，由吸声材料制成，同心地布置在所述壳体(101)中，
所述管状吸收元件(108)中的每一个设置有入口区和出口区，所述入口区和所述出口区定位成彼此轴向间隔开，
前部的流体吸收元件(108a)的入口区连通至所述壳体(101)的介质流入口(106)，所述前部的流体吸收元件(108a)的出口区连通至下一流体吸收元件(108b)的入口区，依次类推，并且后部的流体吸收元件(108c)的出口区连通至所述壳体(101)的介质流出口(116)，
在多个所述吸收元件(108)的各自径向相邻的壁部分之间，保持有用于所述介质流(107)的适当的流动室(112，114)。
2.根据权利要求1所述的脉动消音器(100)，其特征在于，所述吸收元件(108)具有旋转对称设计，所述吸收元件(108)成望远镜状互锁但轴向地固定。
3.根据权利要求1或2所述的脉动消音器(100)，其特征在于，至少三个所述吸收元件(108)具有环形布置，从而允许所述吸收元件(108)的纵向延伸部分轴向重叠至少80％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的脉动消音器(100)，其特征在于，所述入口区和所述出口区各自布置在所述吸收元件(108)的端面处，所述介质流的流动方向在从一个吸收元件到下一吸收元件的通道处受到180°的方向反转。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的脉动消音器(100)，其特征在于，所述前部的流体吸收元件(108a)沿径向靠内地布置在所述壳体中，所述后部的流体吸收元件(108c)沿径向靠外地布置在所述壳体(101)中。
6.根据权利要求5所述的脉动消音器(100)，其特征在于，
所述壳体(101)设置有一体式吸收元件区(102)，所述一体式吸收元件区(102)设置有交叉形截面，
所述介质流入口(106)居中地布置在设于前板(103)中的进入开口中，通向所述前部的流体吸收元件(108a)的中央入口区，
所述介质流出口(116)在所述壳体(101)上形成面向所述前板(103)的凸缘(104)，其中，所述后部的流体吸收元件(108c)的环形出口区通向所述介质流出口(116)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的脉动消音器(100)，其特征在于，每个吸收元件的轴向长度相对于最大横截面延伸部分的比小于2.5，径向靠外的所述吸收元件(108c)的所述比优选地小于0.75。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的脉动消音器(100)，其特征在于，所述脉动消音器10的外部整体轴向长度相对于所述介质流(107)行进通过所述吸收元件(108)的路径的长度的比小于1。
9.用于压缩气态介质的压缩机，包括：
压缩装置；以及
流体脉动消音器(100)，布置在所述压缩装置后方，并且根据权利要求1至8形成。
10.根据权利要求9所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机形成为螺杆式压缩机或双螺杆压缩机。
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