CN109210125B - 一种可调频自适应气流脉动衰减器 - Google Patents

一种可调频自适应气流脉动衰减器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可调频自适应气流脉动衰减器，基于赫姆霍兹共振腔的原理，衰减气流脉动，会降低气动噪声。该气流脉动衰减器主要由液压缸、液压活塞、液压杆和驱动装置组成，液压活塞和液压缸形成赫姆霍兹共振腔的腔体，液压杆和液压缸形成赫姆霍兹共振腔的阻尼通道。通过液压驱动装置中的加载电磁阀和卸载电磁阀调节液压缸内的液体充注量或者机械驱动装置中的步进电机来驱动液压活塞在液压缸内轴向移动。根据气流脉动激励频率的变化，实时调整气流脉动衰减器的固有频率，从而保证气流脉动衰减器的固有频率能实时跟踪气流脉动的激励频率，使气流脉动衰减器的固有频率与气流脉动的激励频率始终一致，产生共振，衰减气流脉动，降低气动噪声。

Description

一种可调频自适应气流脉动衰减器
技术领域
本发明属于流体机械减振降噪技术领域，涉及一种可调频自适应衰减气流脉动降低气动噪声的气流脉动衰减器。
背景技术
流体机械作为用于改变气体压力和输送气体的通用设备，如压气机、膨胀机和汽轮机等，广泛应用在石油、天然气、化工、冶金等领域。这些流体机械在运行过程中，会产生周期性的气流脉动，诱发振动噪声。在实际应用中，流体机械的运行工况会随着应用场合发生一些变化，例如运行转速的变化。流体机械运行转速的变化会导致其气流脉动激励频率的改变，因此，气流脉动的激励频率将不再是固定的，而是一个频率范围区间，导致抑制气流脉动的难度增加，针对恒定气流脉动频率设计的赫姆霍兹共振腔和消声器等方案的减振降噪效果将减弱，甚至消失。
赫姆霍兹气流脉动衰减器是一种常用的脉动消减装置，目前对赫姆霍兹气流脉动衰减器的理论研究与实际应用已经达到很高的水平，但它们有一个共同特点，结构固定，消声频率范围不变。当激励源的频率变化范围较大时，只能通过并联或串联的方式扩大消声频率范围，导致体积庞大，压力损失高，给实际应用带来诸多不便。
发明内容
为了解决气流脉动激励频率变化范围大导致气流脉动衰减器的衰减效果减弱甚至消失的问题，本发明基于赫姆霍兹共振腔原理，提供了一种根据气流脉动激励频率能够可调频自适应衰减气流脉动降低气动噪声的气流脉动衰减器，用于衰减气流脉动，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。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可调频自适应气流脉动衰减器由液压缸、液压活塞、液压杆、预紧弹簧和液压驱动装置等组成，将气流脉动衰减器通过法兰连接或者螺纹连接安装在需要衰减气流脉动降低气动噪声的流体机械流道上，液压缸一端与液压活塞密封用于形成赫姆霍兹共振腔的腔体，液压缸另一端开孔和液压杆用于形成赫姆霍兹共振腔的阻尼通道，允许具有气流脉动的流体进入液压缸和液压活塞形成赫姆霍兹共振腔的腔体内，当气流脉动衰减器的固有频率与气流脉动的激励频率一致时，产生共振，衰减气流脉动的效果达到最大。因此，通过气流脉动衰减器的阻尼通道和共振腔体的设计，使气流脉动衰减器的固有频率与气流脉动激励频率一致时，可以有效衰减气流脉动，降低气动噪声。
气流脉动衰减器的固有频率主要与共振腔体和阻尼通道有关，因此，当气流脉激励频率变化时，可以采用阻尼通道不变，调节共振腔体；共振腔体不变，调节阻尼通道和同时调整共振腔体与阻尼通道三种方式改变气流脉动衰减器的固有频率，从而保证气流脉动衰减器的固有频率实时跟踪气流脉动的激励频率，使气流脉动衰减器的固有频率与气流脉动的激励频率始终一致，产生共振，衰减气流脉动，降低气动噪声。
1.阻尼通道不变，调节共振腔体
液压杆的结构设计成圆柱状，液压杆与液压缸形成的阻尼通道就保持不变，根据气流脉动激励频率，通过步进电机或者液压驱动装置的加载电磁阀和卸载电磁阀调节液压缸内的液体充注量来驱动液压活塞在液压缸内轴向移动，改变液压缸与液压活塞形成的腔体体积改变气流脉动衰减器的固有频率，从而保证气流脉动衰减器的固有频率实时跟踪气流脉动的激励频率，使气流脉动衰减器的固有频率与气流脉动的激励频率始终一致，产生共振，衰减气流脉动，降低气动噪声。
2.共振腔体不变，调节阻尼通道
液压活塞的轴向定位保持不变，将液压杆的结构设计成圆锥状，通过步进电机或者液压驱动装置的加载电磁阀和卸载电磁阀调节液压缸内的液体充注量来驱动液压杆在液压缸内轴向移动，改变液压杆与液压活塞形成的阻尼通道改变气流脉动衰减器的固有频率，从而保证气流脉动衰减器的固有频率实时跟踪气流脉动的激励频率，使气流脉动衰减器的固有频率与气流脉动的激励频率始终一致，产生共振，衰减气流脉动，降低气动噪声。
3.同时调节共振腔体和阻尼通道
将液压杆的结构设计成圆锥状，液压杆和液压活塞通过螺纹连接，通过步进电机或者液压驱动装置的加载电磁阀和卸载电磁阀调节液压缸内的液体充注量来驱动液压活塞和液压杆在液压缸内轴向移动，同时改变液压杆与液压活塞形成的阻尼通道和液压缸与液压活塞形成的腔体体积调整气流脉动衰减器的固有频率，从而保证气流脉动衰减器的固有频率实时跟踪气流脉动的激励频率，使气流脉动衰减器的固有频率与气流脉动的激励频率始终一致，产生共振，衰减气流脉动，降低气动噪声。
本发明旨在衰减气流脉动，降低气动噪声，全面考虑流体机械实际运行工况，充分考虑设备安装空间问题，基于赫姆霍兹共振腔的基本原理，提出了一种根据流体机械运行工况能够可调频自适应衰减排气气流脉动的气流脉动衰减器。根据气流脉动激励频率，确定液压活塞在液压缸内的位置，可以单独调整液压活塞与液压缸的封闭腔体体积和液压杆与液压活塞形成的阻尼通道，也可以同时调整液压活塞与液压缸的封闭腔体体积和液压杆与液压活塞形成的阻尼通道，使气流脉动衰减器的固有频率与排气气流脉动频率始终保持一致，达到自适应衰减气流脉动减小振动降低气动噪声的目的。本发明的一种根据气流脉动激励频率能够可调频自适应衰减气流脉动降低气动噪声的气流脉动衰减器具有结构简单、安装方便和减振降噪效果好等特点。
附图说明
图1为本发明可调频自适应气流脉动衰减器降噪原理的三维结构示意图。
图2为本发明应用于螺杆压缩机的三维结构示意图。
图3为本发明应用的螺杆压缩机部分负荷时气流脉动衰减器示意图。
图4为本发明应用的螺杆压缩机满负荷时气流脉动衰减器示意图。
图中标记为：1.气流脉动衰减器11.液压缸、12.液压活塞、13.液压杆、14.液压缸法兰孔、15.预紧弹簧、16.驱动装置、17.加载电磁阀、18.卸载电磁阀、20.容量调节滑阀、21腔体、22.阻尼通道、31.压缩机吸气口、32.压缩机机壳、33.电机定子、34.电机转子、35.阳转子、36.排气轴承座、37.排气管、38.排气油分桶、39.油分滤网、40.排气口。
具体实施方式
下面结合附图，以螺杆压缩机为其中一种具体实施案例，对本发明做进一步详细描述：
流体机械在运行过程中，会产生周期性的气流脉动，诱发振动噪声。在实际应用中，流体机械的运行工况会随着应用场合发生一些变化，例如运行转速的变化。流体机械运行转速的变化会导致其气流脉动激励频率的改变，因此，气流脉动的激励频率将不再是固定的，而是一个频率范围区间，导致抑制气流脉动的难度增加，针对恒定气流脉动频率设计的赫姆霍兹共振腔和消声器等方案的减振降噪效果将减弱，甚至消失。因此本发明所述的具有可调频自适应衰减气流脉动降低气动噪声的气流脉动衰减器可以根据流体机械气流脉动的改变，实时调整气流脉动衰减器的固有频率，使气流脉动衰减器的固有频率与排气气流脉动频率始终保持一致，达到自适应衰减气流脉动减小振动降低气动噪声的目的。
本发明全面考虑流体机械实际运行工况，旨在衰减气流脉动，降低气动噪声，充分考虑设备安装空间问题，基于赫姆霍兹共振腔的基本原理，提出了一种根据流体机械运行工况能够可调频自适应衰减排气气流脉动的气流脉动衰减器。根据气流脉动激励频率，确定液压活塞在液压缸内的位置，可以单独调整液压活塞与液压缸的封闭腔体体积和液压杆与液压活塞形成的阻尼通道，也可以同时调整液压活塞与液压缸的封闭腔体体积和液压杆与液压活塞形成的阻尼通道，使气流脉动衰减器的固有频率与排气气流脉动频率始终保持一致，达到自适应衰减气流脉动减小振动降低气动噪声的目的。
请参阅图1、图2、图3和图4，本发明具有自适应衰减气流脉动降低气动噪声的气流脉动衰减器，基于赫姆霍兹共振腔的原理，衰减气流脉动，降低气动噪声。该气流脉动衰减器1主要由液压缸11，液压活塞12，液压杆13、预紧弹簧16和液压驱动装置中的液压管路17、加载电磁阀18、卸载电磁阀19组成，液压活塞12和液压缸11形成赫姆霍兹共振腔的腔体21，液压杆13和液压缸11形成赫姆霍兹共振腔的阻尼通道22。通过液压驱动装置调节液压缸11内的液体压力来驱动液压活塞12在液压缸11内轴向移动，当开启加载电磁阀关闭卸载电磁阀时，液压活塞12和液压缸11形成赫姆霍兹共振腔的腔体21变小，固有频率向高频偏移；当开启卸载电磁阀关闭加载电磁阀时，液压活塞12和液压缸11形成赫姆霍兹共振腔的腔体21变大，固有频率向低频偏移。当液压杆13为圆柱状时，液压杆13与液压缸11间阻尼通道22的通流面积不变，单独调节液压缸11与液压活塞12形成的腔体体积21改变气流脉动衰减器1的固有频率；当液压杆13为圆锥状时，液压杆13与液压缸11间阻尼通道22的通流面积改变，同时调节液压缸11与液压活塞12形成的腔体体积21改变气流脉动衰减器1的固有频率。因此，根据气流脉动激励频率的变化，实时调整气流脉动衰减器1的固有频率，从而保证气流脉动衰减器1的固有频率能实时跟踪气流脉动的激励频率，使气流脉动衰减器1的气流脉动频率与气流脉动的激励频率始终一致，产生共振，衰减气流脉动，降低气动噪声。
以双螺杆压缩机为例，对本发明的气流脉动衰减器的工作原理做进一步详细描述。螺杆压缩机从吸气段吸气口31吸入气体，然后从机体32与电机定子33间的间隙和电机定子33和电子转子34间的间隙进入机体32的吸气腔，在阳转子35和阴转子的啮合作用下压缩到排气段，然后排放到排气轴承座36的排气腔体内，随后经排气轴承36的排气管37排放到排气油封桶38内，经内置油分滤网39的油气分离后，从排气口40排出。螺杆压缩机在实际运行过程中，根据客户实际用气量的需求，通过控制液压驱动装置中的加载电磁阀18和卸载电磁阀19驱动液压活塞12在液压缸11内轴向移动，带动容量调节滑阀20在压缩腔内的密封位置，调节螺杆压缩机的排气量。
在调节排气量方面，根据客户用气量需求，通过液压驱动装置中的加载电磁阀18和卸载电磁阀19调节液压缸11内的液体压力，驱动液压活塞12在液压缸11内轴向移动，带动容量调节滑阀20在压缩腔内的密封位置，调节螺杆压缩机的排气量。
在减振降噪方面，针对特定排气量工况下，液压缸11的壁面与液压活塞12间组成封闭空间21，形成赫姆霍兹共振腔的腔体21，液压杆12与液压缸11存在间隙22，形成赫姆霍兹共振腔的阻尼通道22。根据螺杆压缩机的排气量，确定液压活塞12在液压缸11内的位置，计算赫姆霍兹共振腔的腔体21体积，进而确定液压杆13与液压缸11的间隙22，使气流脉动衰减器1的固有频率与螺杆压缩机的排气气流脉动频率一致，产生共振，衰减气流脉动，减小振动，降低噪声。当螺杆压缩机排气量变化时，液压活塞12在液压缸11的位置随之移动，形成的封闭空间21的体积随着变化，导致赫姆霍兹共振腔的固有频率偏移，气流脉动衰减效果下降，此时，通过液压杆13的圆锥状结构设计，调整液压杆13与液压缸11的间隙22，使赫姆霍兹共振腔的固有频率与排气气流脉动频率始终保持一致，达到自适应衰减气流脉动减小振动降低气动噪声的目的。
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 (4)

1.一种可调频自适应气流脉动衰减器，包括用于衰减气流脉动、降低气动噪声的气流脉动衰减器(1)，其特征在于，所述气流脉动衰减器(1)由液压缸(11)、液压活塞(12)、液压杆(13)、预紧弹簧(15)和驱动装置(16)组成，所述液压缸(11)一端和液压活塞(12)密封用于形成赫姆霍兹共振腔的腔体(21)，所述液压缸(11)另一端开孔用于形成赫姆霍兹共振腔的阻尼通道(22)，所述驱动装置(16)用于控制液压活塞在液压缸内轴向位置，调节液压缸与液压活塞形成的腔体体积改变气流脉动衰减器的固有频率；
所述液压杆(13)与液压活塞(12)连接的一端是圆柱形，所述圆柱形向外延伸的一端是圆锥形，当液压杆为圆锥形时，液压杆(13)与液压缸(11)间阻尼通道(22)的通流面积改变，同时液压缸(11)与液压活塞(12)形成的腔体(21)的体积也随之改变，共同调节气流脉动衰减器(1)的固有频率。
2.根据权利要求1所述的一种可调频自适应气流脉动衰减器，其特征在于，所述驱动装置(16)是由加载电磁阀(17)和卸载电磁阀(18)组成的液压驱动系统，或者是由步进电机组成的机械驱动系统，用于驱动液压活塞(12)在液压缸(11)内轴向移动，调节液压缸(11)与液压活塞(12)形成的腔体(21)的体积改变气流脉动衰减器(1)的固有频率。
3.根据权利要求2所述的一种可调频自适应气流脉动衰减器，其特征在于，所述液压活塞(12)在液压缸(11)内的位置由气流脉动的激励频率控制，通过液压驱动装置或者机械驱动装置，驱动液压活塞(12)在液压缸(11)内轴向移动，保证液压缸(11)与液压活塞(12)形成的气流脉动衰减器(1)的固有频率与气流脉动的激励频率始终一致。
4.根据权利要求2所述的一种可调频自适应气流脉动衰减器，其特征在于，所述气流脉动衰减器(1)和需要衰减气流脉动的流道法兰连接，根据气流脉动频率，在液压驱动装置或者机械驱动装置的驱动下，自动调整气流脉动衰减器的固有频率，与气流脉动激励频率始终一致。
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