CN109058115B - 一种具有气流脉动衰减功能的螺杆压缩机滑阀 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有气流脉动衰减功能的螺杆压缩机滑阀，该滑阀主要由壁面和滑阀通孔组成。螺杆压缩机的排气一方面从排气孔口直接排放到排气腔内形成主流道，另一方面从排气孔口经过滑阀通孔气流通道延后排放到排气腔内形成旁支流道。由于滑阀内气流通道较长，当旁支流道内气流脉动相位滞后主流道相位180度时，两条流道内的气流脉动因相位相反而相互抵消，衰减螺杆压缩机的气流脉动，抑制压缩机排气气流脉动诱发的振动噪声。本发明中螺杆压缩机滑阀的气流脉动衰减效果仅与滑阀内部通孔的深度有关，解决了排气气体中润滑介质含量对气流脉动衰减效果的影响，具有结构简单，压力损失小，实际应用性强，减振降噪效果好等特点。

Description

一种具有气流脉动衰减功能的螺杆压缩机滑阀
技术领域
本发明属于流体机械减振降噪技术领域，涉及具有气流脉动衰减功能的螺杆压缩机滑阀。
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，在电机驱动下，阳转子与阴转子相互啮合，同步旋转，形成工作腔的容积周期性变化，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。
专利US8459963B2公开了一种螺杆压缩机气流脉动衰减装置，利用滑阀内部腔体设计成气流脉动衰减腔，通过穿孔的直径、深度和数量来调节衰减腔的共振频率，达到衰减压缩机排气气流脉动的目的。该专利中，由于螺杆压缩机在运行过程中需要喷微量的润滑油或者水等润滑介质来润滑，润滑介质便与压缩机排气气体一起进入衰减腔。由于润滑介质的累积，衰减腔的有效衰减体积改变，衰减频率偏移，气流脉动的衰减效果下降。随着时间的推移，润滑介质继续增加，当累积的润滑介质高度高于滑阀轴向穿孔的最低位置时，润滑介质会通过穿孔从衰减腔内排出到排气腔内，由于润滑介质的存在，会影响穿孔的有效截面面积，最终也会影响衰减腔的共振频率，导致气流脉动衰减效果下降。
发明内容
本发明旨在从源头上解决螺杆压缩机排气过程中的气流脉动问题，提供一种具有气流脉动衰减功能的螺杆压缩机滑阀，可以抑制螺杆压缩机排气气流脉动，降低气流脉动诱发的振动噪声。
为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
该滑阀包括阀体，所述阀体包括位于阀体的周向上的用于分别与螺杆压缩机的机体、阳转子及阴转子形成密封配合面的多个壁面，阀体的排气侧端面上设置有向阀体吸气侧端面延伸的2个以上的内部通孔，其中任意一个内部通孔与1个以上其他内部通孔相连通。
优选的，所述内部通孔的截面形状为圆形、矩形或椭圆形。
优选的，所述内部通孔通过设置在阀体吸气侧端面上的通孔连通槽相连，由通孔连通槽及经该通孔连通槽相连的两个内部通孔构成滑阀内部流道，该内部流道的长度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，所述阀体的吸气侧端面上设置有螺纹孔，螺纹孔上设置有液压堵头，内部通孔位于阀体吸气侧端面上的开口以及通孔连通槽通过液压堵头密封在螺纹孔内。
优选的，所述滑阀还包括与阀体(排气侧端面)相连的可轴向移动的滑阀连杆。
本发明的有益效果体现在：
本发明提出的螺杆压缩机滑阀，基于声波干涉原理，在螺杆压缩机的排气从排气孔口直接排放到排气腔内形成主流道的同时，使排气可以从排气孔口经过滑阀内部通孔所形成的气流通道延后排放到排气腔内形成旁支流道，利用旁支流道长度与主流道长度的长度差，可以达到衰减螺杆压缩机气流脉动的目的。本发明中气流脉动衰减效果仅与滑阀内部通孔的深度有关，解决了排气气体中润滑介质含量对气流脉动衰减效果的影响，而且具有结构简单、压力损失少和制造安装可操作性强等特点，可以对螺杆压缩机达到有效的减振降噪。
进一步的，通过优化旁支流道长度与主流道长度的长度差来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，提高衰减螺杆压缩机气流脉动的效果。
附图说明
图1为本发明实施例中螺杆压缩机的三维结构示意图；
图2为本发明的原理图；其中：(a)衰减前各流道内气流脉动；(b)衰减后排气腔内气流脉动；
图3为本发明实施例中螺杆压缩机滑阀(一个排气旁支流道)的三维结构示意图；
图4为图3所示螺杆压缩机滑阀的局部剖视图；
图5为本发明实施例中螺杆压缩机滑阀(多个排气旁支流道)的三维结构示意图；
图6为图5所示螺杆压缩机滑阀的局部剖视图；
图7为本发明实施例中螺杆压缩机排气流道示意图；
图中：1.吸气口、2.机体、3.电机定子、4.电机转子、5.阳转子、6.阴转子、7.排气轴承座、8.排气管、9.排气油分桶、10.油分滤网、11.排气口、20.压缩机滑阀、21.滑阀壁面、22.滑阀连杆、23.滑阀液压堵头、24.滑阀通孔、25.通孔连通槽、31.排气主流道、32.排气旁支流道。
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。
参见图1，螺杆压缩机从吸气段吸气口1吸入气体，然后从压缩机机体2与电机定子3间的间隙及电机定子3和电子转子4间的间隙进入机体2的吸气腔，在阳转子5和阴转子6的啮合作用下压缩到排气段，然后从排气孔口经排气轴承座7进入排气腔内，随后经排气管8排放到排气油分桶9内，经内置油分滤网10的油气分离后，从排气口11排出。通过螺杆压缩机滑阀20的轴向移动，调节螺杆压缩机的排气气量。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从排气源头(排气孔口)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，是解决螺杆压缩机振动噪声问题的最佳选择。
本发明利用位于螺杆压缩机的排气孔口上的滑阀进行气流脉动衰减，从源头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。
参见图2，本发明提出的螺杆压缩机滑阀全面考虑螺杆压缩机排气气流脉动的周期性特性，并充分考虑设备安装空间问题，基于声波干涉的基本原理，通过对螺杆压缩机滑阀的结构设计，在排气孔口与排气腔之间形成长度不同的排气主流道和排气旁支流道，两条流道内相位相反的气流脉动相互叠加抵消，从而最大限度的衰减螺杆压缩机的气流脉动。具体的，由于排气主流道长度较短，而排气旁支流道较长，通过螺杆压缩机滑阀控制排出的具有一定气流脉动(即压力波动)的气体，一部分经过排气主流道先到达排气腔，另一部分经过排气旁支流道延后到达排气腔，排气旁支流道内的气体在到达排气腔时，其气流脉动在相位上会滞后于经排气主流道到达的气体。当经排气旁支流道到达排气腔的气体的气流脉动(简称旁支流道气流脉动)滞后经排气主流道到达排气腔的气体的气流脉动(简称主流道气流脉动)180度相位时，在排气腔内来自两条流道的气体因气流脉动相位相反而相互抵消，从而达到主动衰减螺杆压缩机气流脉动的目的。因为声波传递具有周期性，所以当经排气旁支流道到达排气腔的气体的气流脉动滞后经排气主流道到达排气腔的气体的气流脉动相位达180度的奇数倍时，也可使两条流道内的气体在到达排气腔时因气流脉动相位相反而相互抵消，从而达到相应的衰减螺杆压缩机气流脉动的目的。
所述排气主流道与排气旁支流道的长度差可以根据气流脉动频率确定，具体如下：
螺杆压缩机的气流脉动基频可由式(1)计算：
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为螺杆压缩机阳转子的转速。
螺杆压缩机的气流脉动基频及其倍频fN可由式(2)计算：
fN＝N×f1，N＝1，2，3…… (2)
排气旁支流道与排气主流道长度差L可由式(3)计算：
其中，c为流体介质声速，Δt为旁支流道气流脉动与主流道气流脉动的时间差。
当即旁支流道气流脉动相位滞后主流道气流脉动相位180度时，主流道气流脉动与旁支流道气流脉动因相位相反而相互抵消，可以衰减螺杆压缩机气流脉动基频f1。
当L确定时由于声波传递具有周期性：
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，当排气旁支流道与主流道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，还可以衰减气流脉动基频的奇数倍频。
同理，当时，即时，不仅可以衰减螺杆压缩机气流脉动2倍频，还可以衰减气流脉动2倍频的奇数倍频。将二者(指和)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。
参见图3、图4以及图5、图6和图7，上述螺杆压缩机滑阀包括阀体以及与阀体相连的滑阀连杆22，其中阀体包括分别与机体2壁面、阳转子5及阴转子6形成密封的多个壁面，该多个壁面位于阀体的周向上，构成滑阀壁面21，阀体通过滑阀连杆22与外界驱动机构相连，通过轴向移动来调节螺杆压缩机的排气气量。所述螺杆压缩机滑阀还包括用于衰减螺杆压缩机排气过程中产生的气流脉动的滑阀通孔24，滑阀通孔24包括成对开设在阀体排气侧端面并延伸至吸气侧端面的内部通孔，以及在吸气侧端面开设的连接对应两个内部通孔的通孔连通槽25，所述阀体的吸气侧端面上设置有螺纹孔(可方便通孔连通槽25的加工)，阀体的吸气侧螺纹孔用内六角滑阀液压堵头23密封，使滑阀通孔24及通孔连通槽25形成排气旁支流道32(也避免了开孔导致的排气气体从排气侧向吸气侧泄露)。螺杆压缩机的具有一定气流脉动的排气，一部分从排气孔口直接经排气轴承座7排放到排气腔内形成排气主流道31，另一部分从排气孔口经过排气旁支流道32延后(指从构成滑阀通孔24的一个内部通孔进入阀体，并从构成该滑阀通孔24的另一个内部通孔返回阀体排气侧，然后再流向排气腔，根据排气孔口与滑阀的具体位置，流体会优先从靠近排气孔口压力较高的那个内部通孔流入，从另外一个内部通孔流出)排放到排气腔内。由于滑阀通孔24较长，使排气旁支流道32内气体的气流脉动相位滞后于排气主流道31内气体的气流脉动相位，当排气旁支流道32内气体的气流脉动相位延后排气主流道31气流脉动相位180度时，两条流道内的气流脉动因相位相反而相互衰减抵消，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。同时，由于阀体内部开设的通孔和通孔连通槽25可以使排气气体和润滑介质直进直出，不会导致润滑介质在滑阀通孔24内累积，润滑介质流入量与流出量必然相等，占用的等效流道截面积也一样，所以本发明的螺杆压缩机滑阀避免了排气气体中润滑介质含量对气流脉动衰减频率的影响，从而解决了排气气体中润滑介质含量对螺杆压缩机的气流脉动衰减效果的影响。
根据螺杆压缩机的运行工况，确定排气主流道31和排气旁支流道32的长度差，使两条流道内气流脉动在排气腔内产生180度相位差，因相位相反而相互衰减抵消，从排气源头上衰减螺杆压缩机的排气气流脉动，降低螺杆压缩机的振动噪声。因为声波传递具体周期性，所以当排气旁支流道32内气流脉动滞后排气主流道31内气流脉动180度奇数倍相位时，也可以使两条流道内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，螺杆压缩机滑阀20可以有效衰减气流脉动的基频及其奇数倍频。综上所述，设计一个排气旁支流道32，可以有效衰减气流脉动的基频及其奇数倍频(即1倍频、3倍频、5倍频……)。
为了同时衰减螺杆压缩机气流脉动基频及其奇数倍频和二倍频及其奇数倍频，可以增加排气旁支流道32的流量(例如，通过增加滑阀通孔24数量来增加排气旁支流道32的数量)，并改变所增加的排气旁支流道32与排气主流道31的长度差(例如，通过改变通孔连通槽25的开槽深度来改变排气旁支流道32与排气主流道31的长度差)，以衰减气流脉动的2倍频及其奇数倍频(例如，2倍频、6倍频、10倍频……)。因此通过排气旁支流道32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倍频及其奇数倍的气流脉动。
本发明的工作原理：
参见图7，本发明提出的螺杆压缩机滑阀是一种从源头上衰减螺杆压缩机排气过程中产生的气流脉动，从而抑制气流脉动引起的振动激励和降低气流脉动诱发的气动噪声的减振降噪装置。
螺杆压缩机经过吸气过程和压缩过程后，开始排气过程。压缩终了的气体从排气孔口排出。排气一部分从排气主流道31直接经排气轴承座7排放到排气腔内；另一部分从滑阀内部通孔形成的排气旁支流道32延后排放到排气腔内。由于排气主流道31与排气旁支流道32存在路程差，那么必然存在时间差，当排气主流道31长度与排气旁支流道32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，两流道内气流汇合时相互叠加，并相互衰减气流脉动幅值，彼此抵消，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，本发明的螺杆压缩机滑阀可以从螺杆压缩机排气源头上衰减螺杆压缩机的气流脉动，通过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，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，减振降噪效果好。

Claims (8)

1.一种具有气流脉动衰减功能的螺杆压缩机滑阀，其特征在于：该滑阀包括阀体，所述阀体包括位于阀体的周向上的用于分别与螺杆压缩机的机体(2)、阳转子(5)及阴转子(6)形成密封配合面的多个壁面，阀体的排气侧端面上设置有向阀体吸气侧端面延伸的2个以上的内部通孔，所述内部通孔通过设置在阀体吸气侧端面上的通孔连通槽(25)相连，其中任意一个内部通孔与1个以上的其他内部通孔相连通；
所述阀体的吸气侧端面上设置有螺纹孔，螺纹孔上设置有液压堵头，所述内部通孔位于阀体吸气侧端面上的开口以及通孔连通槽(25)通过液压堵头密封在螺纹孔内。
2.根据权利要求1所述的具有气流脉动衰减功能的螺杆压缩机滑阀，其特征在于：所述内部通孔的截面形状为圆形、矩形或椭圆形。
3.根据权利要求1所述的具有气流脉动衰减功能的螺杆压缩机滑阀，其特征在于：由通孔连通槽(25)及经该通孔连通槽(25)相连的两个内部通孔所构成的滑阀内部流道的长度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。
4.根据权利要求1所述的具有气流脉动衰减功能的螺杆压缩机滑阀，其特征在于：所述滑阀还包括与阀体相连的可轴向移动的滑阀连杆(22)。
5.一种具有气流脉动衰减功能的螺杆压缩机，其特征在于：包括机体(2)、设置于机体(2)内的相互啮合的阳转子(5)和阴转子(6)以及用于控制排气的滑阀，所述滑阀包括阀体，所述阀体包括位于阀体的周向上的用于分别与机体(2)、阳转子(5)及阴转子(6)形成密封配合面的多个壁面，阀体的排气侧端面上设置有向阀体吸气侧端面延伸的2个以上的内部通孔，所述内部通孔通过设置在阀体吸气侧端面上的通孔连通槽(25)相连，其中任意一个内部通孔与1个以上的其他内部通孔相连通；
所述阀体的吸气侧端面上设置有螺纹孔，螺纹孔上设置有液压堵头，所述内部通孔位于阀体吸气侧端面上的开口以及通孔连通槽(25)通过液压堵头密封在螺纹孔内。
6.根据权利要求5所述的具有气流脉动衰减功能的螺杆压缩机，其特征在于：所述内部通孔的截面形状为圆形、矩形或椭圆形。
7.根据权利要求5所述的具有气流脉动衰减功能的螺杆压缩机，其特征在于：由通孔连通槽(25)及经该通孔连通槽(25)相连的两个内部通孔所构成的滑阀内部流道的长度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。
8.根据权利要求5所述的具有气流脉动衰减功能的螺杆压缩机，其特征在于：所述滑阀还包括与阀体相连的可轴向移动的滑阀连杆(22)。
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