CN108980049A - 一种螺杆压缩机气流脉动衰减装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种螺杆压缩机气流脉动衰减装置，包括进气管、壳体、插管和排气管，插管将气流脉动衰减装置内部的腔体分成主流道和旁支流道两部分。主流道气流从进气管直接流入到排气管，旁支流道气流从进气管流入后经过插管的偏置，然后也流入到排气管，主流道和旁支流道内的气流最终在排气管内汇合后从排气管排出。根据螺杆压缩机的运行工况，确定主流道和旁支流道的长度差，使主流道和旁支流道内气流脉动在排气管内产生180°相位差，因相位相反而相互衰减抵消，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，空间体积小，压力损失小，实际应用性强，减振降噪效果好。

Description

一种螺杆压缩机气流脉动衰减装置

技术领域

本发明属于流体机械减振降噪技术领域，涉及螺杆压缩机气流脉动衰减装置。

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，广泛应用在石油、天然气、化工、冶金等工业领域。螺杆压缩机是一种回转式容积压缩机，电机驱动阴、阳转子相互啮合，形成工作腔的容积变化，实现螺杆压缩机周期性的吸气、压缩、排气的工作过程，伴随着排气腔体内气体压力和流量的周期性波动，产生气流脉动。螺杆压缩机工作过程中的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，而且还会诱发振动噪声，影响机组噪声甚至管道疲劳寿命。

专利US2006/0243520A1公开了一种螺杆压缩机声学衰减装置，应用在螺杆压缩机排气管上，利用排气管和一个较大的封闭腔体设计成抗式消声器，达到降低气动噪声的目的。但是该方案不仅会导致排气压力损失增加，增加压缩机整体功耗，而且增大压缩机排气段的体积，导致压缩机三维尺寸增大，成本上升。随着螺杆压缩机技术与工艺的发展，压缩机体积小型化已经成为主流，排气腔体空间越来越小，已经没有空间安装体积庞大的消声装置，因此，具有压力损失低、三维尺寸小的螺杆压缩机气流脉动衰减装置的需求与日俱增。

发明内容

本发明旨在解决螺杆压缩机的气流脉动问题，提供了一种压力损失低、三维尺寸小的螺杆压缩机气流脉动衰减装置，可以衰减螺杆压缩机的排气气流脉动，可用于螺杆压缩机排气系统。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

该气流脉动衰减装置包括进气管、壳体、插管及排气管，所述壳体、插管和排气管沿径向由外而内依次嵌套设置，且相互之间留有间隔，进气管的一端设置在壳体的一端上，插管和排气管的一端与所述进气管的一端相对，且插管和排气管与所述进气管的一端留有间隔，排气管的另一端伸出壳体的另一端，插管与进气管相对的一端设置有具有插管轴向开孔的端板，排气管与进气管相对的一端设置在该端板上，排气管通过插管轴向开孔与壳体及进气管相连通，插管的另一端封闭(例如，通过固定在壳体的排气管伸出端上而封闭)，排气管上设置有位于壳体内的排气管径向开孔，插管上设置有位于壳体内的插管径向开孔。

优选的，所述插管轴向开孔的数量为1个或多个，开孔的形状为圆形、矩形或椭圆形。

优选的，所述插管径向开孔的数量为1个或多个；排气管径向开孔的数量为1个或多个。

优选的，所述插管径向开孔及排气管径向开孔的形状为圆形、矩形或椭圆形。

优选的，所述插管将壳体内空间(腔体流道)分成主流道和旁支流道；主流道是自进气管依次经壳体、插管轴向开孔至排气管的气流通道，使气流直接从进气管流入排气管；旁支流道是自壳体与插管的间隔区域依次经插管径向开孔、插管与排气管的间隔区域及排气管径向开孔至排气管的气流通道，使气流从进气管流入后经过插管的偏置再进入排气管，旁支流道与主流道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。

优选的，所述插管径向开孔的开孔位置位于插管的两个端面之间(靠近或不靠近端面)；排气管径向开孔的开孔位置位于排气管的两个端面之间(靠近或不靠近端面，例如，靠近位于插管轴向开孔侧的端面)。从而可以方便的调整旁支流道的数量(1个或多个)以及旁支流道的长度(可以相同，也可以不同)。

上述螺杆压缩机气流脉动衰减装置在螺杆压缩机降噪中的应用，所述气流脉动衰减装置安装于螺杆压缩机的排气流道上，安装数量为1个(单独使用)，或多个(串联或者并联使用)。

上述螺杆压缩机气流脉动衰减装置作为设备或管路排气消声器(由进气管、壳体、插管和排气管构成)的应用。

本发明的有益效果体现在：

本发明提出的螺杆压缩机气流脉动装置中利用排气管、插管依次内嵌于壳体以及开设插管、排气管径向开孔的方式，可以基于声波干涉原理，达到衰减气流脉动的目的，解决螺杆压缩机排气气流脉动诱发的振动噪音的问题。该气流脉动衰减装置具有空间体积小、压力损失少、结构简单等特点，不仅制造安装的可操作性强，而且具有减振降噪效果。

进一步的，本发明提出的螺杆压缩机气流脉动衰减装置，设计了旁支流道和主流道两条流道，可以通过优化旁支流道与主流道的长度差，改变旁支流道内气流脉动与主流道气流脉动的时间差，使二者时间差为待衰减气流脉动的半个周期，即二者相位差为180度，从而使两条流道内的气流脉动因相位相反而相互抵消，从而提高对螺杆压缩机排气气流脉动的抑制效果以及减振降噪效果。

附图说明

图1为本发明的原理图；其中：(a)衰减前各流道内气流脉动；(b)衰减后排气管内气流脉动；

图2为本发明实施例中螺杆压缩机气流脉动衰减装置的结构示意图；

图3为图2所示螺杆压缩机气流脉动衰减装置的流道示意图；

图4为应用本发明的螺杆压缩机实例的三维结构(a)及平面(b)示意图；

图中：1.气流脉动衰减装置、2.进气管、3.排气管、4.壳体、5.插管、6.插管径向开孔、7.排气管径向开孔、8.插管轴向开孔、10.进气管入口气流脉动、11.排气管内主流道气流脉动、12.排气管内旁支流道气流脉动、13.排气管出口气流脉动、21.排气轴承座、22.排气油分桶、23.油分滤网多孔板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

螺杆压缩机排气的气流脉动现象是由其工作原理决定的，很难在螺杆压缩机阴阳转子啮合过程中消减气流脉动。因此，在螺杆压缩机排气过程中衰减气流脉动，控制气流脉动诱发的螺杆压缩机振动与噪音，是解决螺杆压缩机振动噪声问题的最佳选择，故本发明提出的气流脉动衰减装置1直接安装在螺杆压缩机的排气流道上，衰减螺杆压缩机的气流脉动，改善螺杆压缩机的振动噪声。

本发明提出的气流脉动衰减装置1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，基于声波干涉的基本原理，气流脉动衰减装置1工作原理如图1所示，两路相位相反的气流脉动相互叠加抵消，可最大限度的衰减螺杆压缩机的气流脉动。

参见图2、图3和图4，本发明提出的气流脉动衰减装置1主要由进气管2、壳体4、插管5和排气管3组成，该气流脉动衰减装置1一端(具体指进气管2入口)连接螺杆压缩机排气轴承座21，另一端(具体指靠近排气管3出口侧的壳体4端部)固定在油分滤网多孔板23上，排气管3出口穿过油分滤网多孔板23伸入至排气油分桶22内。插管5将气流脉动衰减装置1内部(具体指壳体4内)的腔体流道分成主流道和旁支流道两部分。主流道使气流从进气管2入口流入，经插管轴向开孔8进入排气管3，并由排气管3出口流出；旁支流道使气流从进气管2入口流入，经过插管5的偏置作用后流入排气管3，主流道内和旁支流道内的两路气流在排气管3内汇合后从排气管3出口排出。螺杆压缩机排出具有一定压力波动(即气流脉动)的气体，经排气轴承座21后进入气流脉动衰减装置1，具有气流脉动的气体经过气流脉动衰减装置1的衰减后，排放到排气油分桶22内。

气流在进入气流脉动衰减装置1的进气管2后，由于主流道长度较短，而旁支流道较长，具有一定气流脉动(即压力波动)的气体，一部分经过主流道先到达排气管(例如靠近插管轴向开孔侧的排气管端内)，另一部分经过旁支流道延后到达排气管，旁支流道内的气体在到达排气管时，其气流脉动在相位上会滞后于经主流道到达的气体，即存在一定的相位差，当旁支流道的气流脉动滞后主流道的气流脉动180度相位时，主流道和旁支流道内的气流脉动在两路气流于排气管3内汇合后因相位相反而相互衰减抵消，从而达到主动衰减气流脉动的目的。因此根据螺杆压缩机的运行工况，确定主流道和旁支流道的长度差，使两条流道内气流脉动产生180度相位差，从而衰减螺杆压缩机的气流脉动，降低螺杆压缩机的振动噪声。

因为声波传递具体周期性，所以当旁支流道内气流脉动滞后主流道内气流脉动180度奇数倍相位时，也可以使两路的气流脉动因相位相反而相互抵消，从而达到衰减气流脉动的目的。因此，气流脉动衰减装置1可以有效衰减气流脉动的基频及其奇数倍频。

综上所述，设计一个旁支流道，可以有效衰减气流脉动的基频及其奇数倍频(例如，1倍频、3倍频、5倍频……)。为了同时衰减螺杆压缩机气流脉动的2倍频及其奇数倍频(例如，2倍频、6倍频、10倍频……)，可以增加旁支流道的数量(例如，通过增加插管径向开孔6的数量和排气管径向开孔7的数量，来增加旁支流道的数量)，并改变旁支流道与主流道的长度差(例如，通过调整插管径向开孔6的位置和排气管径向开孔7的位置，来改变旁支流道与主流道的长度差)，来衰减气流脉动的2倍频及其奇数倍频。因此通过旁支流道的数量和长度的优化，可以同时消除螺杆压缩机基频及其奇数倍频和2倍频及其奇数倍频的气流脉动。

本发明的工作原理：

本发明的气流脉动衰减装置1是一种用于衰减螺杆压缩机气流脉动达到抑制气流脉动引起的振动激励和降低气流诱发的气动噪声的减振降噪装置。螺杆压缩机机体排气经过排气轴承座21进入到螺杆压缩机气流脉动衰减装置1。在气流脉动衰减装置1内，螺杆压缩机排气被分成两部分，一部分从主流道引流到排气管3内；另一部分从旁支流道也引流到排气管3内。由于主流道与旁支流道存在路程差，那么必然存在时间差，当主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。

总之，本发明提出了一种螺杆压缩机气流脉动衰减装置，可以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，减振降噪效果好。而且结构简单、空间体积小，压力损失小，制造安装的可操作性强。

Claims (10)

1.一种螺杆压缩机气流脉动衰减装置，其特征在于：该气流脉动衰减装置包括进气管(2)、壳体(4)、插管(5)及排气管(3)，所述壳体(4)、插管(5)和排气管(3)沿径向由外而内依次嵌套，且相互之间留有间隔，进气管(2)的一端设置在壳体(4)的一端上，插管(5)和排气管(3)的一端与进气管(2)相对，排气管(3)的另一端伸出壳体(4)，插管(5)与进气管(2)相对的一端设置有具有插管轴向开孔(8)的端板，排气管(3)与进气管(2)相对的一端设置在该端板上，并通过插管轴向开孔(8)与壳体(4)及进气管(2)相连通，插管(5)的另一端封闭，排气管(3)和插管(5)上分别设置有位于壳体(4)内的排气管径向开孔(7)和插管径向开孔(6)。

2.根据权利要求1所述的螺杆压缩机气流脉动衰减装置，其特征在于：所述插管轴向开孔(8)的数量为1个或多个，该开孔的形状为圆形、矩形或椭圆形。

3.根据权利要求1所述的螺杆压缩机气流脉动衰减装置，其特征在于：所述插管径向开孔(6)的数量为1个或多个；排气管径向开孔(7)的数量为1个或多个。

4.根据权利要求1所述的螺杆压缩机气流脉动衰减装置，其特征在于：所述插管径向开孔(6)及排气管径向开孔(7)的形状为圆形、矩形或椭圆形。

5.根据权利要求1所述的螺杆压缩机气流脉动衰减装置，其特征在于：所述插管径向开孔(6)的开孔位置位于插管(5)的两个端面之间；排气管径向开孔(7)的开孔位置位于排气管(3)的两个端面之间。

6.根据权利要求1所述的螺杆压缩机气流脉动衰减装置，其特征在于：所述插管(5)将壳体(4)内空间分成主流道和旁支流道；主流道是自进气管(2)经壳体(4)、插管轴向开孔(8)至排气管(3)的气流通道；旁支流道是自壳体(4)与插管(5)的间隔区域经插管径向开孔(6)、插管(5)与排气管(3)的间隔区域及排气管径向开孔(7)至排气管(3)的气流通道，旁支流道与主流道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。

7.如权利要求1所述的螺杆压缩机气流脉动衰减装置在螺杆压缩机降噪中的应用，其特征在于：所述气流脉动衰减装置(1)安装于螺杆压缩机的排气流道上，安装数量为1个或多个。

8.如权利要求1所述的螺杆压缩机气流脉动衰减装置作为设备或管路排气消声器的应用。

9.一种螺杆压缩机，其特征在于：包括气流脉动衰减装置(1)，所述气流脉动衰减装置(1)包括进气管(2)、壳体(4)、插管(5)及排气管(3)，壳体(4)、插管(5)和排气管(3)沿径向由外而内依次嵌套，且相互之间留有间隔，进气管(2)的一端设置在壳体(4)的一端上，进气管(2)的另一端与所述螺杆压缩机的排气轴承座(21)相连，插管(5)和排气管(3)的一端与进气管(2)相对，排气管(3)的另一端伸出壳体(4)并伸入至所述螺杆压缩机的排气油分桶(22)内，插管(5)与进气管(2)相对的一端设置有具有插管轴向开孔(8)的端板，排气管(3)与进气管(2)相对的一端设置在该端板上，并通过插管轴向开孔(8)与壳体(4)及进气管(2)相连通，插管(5)的另一端封闭，排气管(3)和插管(5)上分别设置有位于壳体(4)内的排气管径向开孔(7)和插管径向开孔(6)。

10.根据权利要求9所述的螺杆压缩机，其特征在于：所述插管(5)将壳体(4)内空间分成主流道和旁支流道；主流道是自进气管(2)经壳体(4)、插管轴向开孔(8)至排气管(3)的气流通道；旁支流道是自壳体(4)与插管(5)的间隔区域经插管径向开孔(6)、插管(5)与排气管(3)的间隔区域及排气管径向开孔(7)至排气管(3)的气流通道，旁支流道与主流道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。