CN111637037A - 一种往复式压缩机装置中的脉动缓冲器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种往复式压缩机装置中的脉动缓冲器，包括腔体和弹性膜片，其中弹性膜片将腔体内部分隔成稳压腔和工作腔两部分，稳压腔在工作时充满稳定压力的气体，工作腔设有气缸连接口和工作介质连通口，气缸连接口用于连接往复式压缩机装置的气缸进气口或气缸出气口，工作介质连通口用于工作介质进入或排出工作腔。与现有技术相比，本发明的脉动缓冲器在气体压力波动时，波动压力作用于膜片使之产生挠曲变形，可有效降低压力波动，提升减振效果，进一步结合内部构件组合成类似孔板结构，不但可以改变气缸与缓冲器共振管长，还可以将设备内的气流由驻波变为行波，从而降低气流压力的不均匀度，进一步增强设备缓冲效果，达到减振的目的。
Description
技术领域
本发明属于往复式压缩机技术领域，涉及一种往复式压缩机装置中的脉动缓冲器，尤其是涉及一种应用隔膜片的往复式压缩机装置中的脉动缓冲器。
背景技术
往复式压缩机装置广泛应用于石油、化工、能源、交通运输等领域。由于其吸、排气过程具有周期性和间歇性，造成管道内气体的压力和速度呈周期性变化，激发管道系统的振动，并导致一系列的危害，如使压缩机的容积效率降低，气阀工作恶化，功率消耗增加，甚至出现控制仪表失灵、管道附件和连接部位发生松动或疲劳破坏等安全事故。因此，消减气流脉动和管道振动是往复压缩机的重要任务。在压缩机气缸的进气口和出气口设置缓冲器是最常用且有效的装置，使得压力脉动衰减、噪声降低，对改善往复式压缩机管道系统的振动起到了非常重要的作用。
目前，工程上应用的往复式压缩机中的缓冲器主要原理是凭借缓冲器容积的能量储存作用。进气缓冲器限制从气缸上游来的放射压力波进入进气管道；排气缓冲器不仅限制返回的反射波进入气缸，而且限制压力波进入排气管道。缓冲器的消振效果取决于缓冲器容积的大小和位置是否足够靠近气缸。安装在气流脉动发源处，即靠近压缩机气缸处的缓冲器是简单而有效的减振措施，远离气缸的缓冲器往往不能起到预期的缓冲效果，所以缓冲器的安装位置应足够靠近气缸；为了取得更好的减振效果，缓冲器的容积应尽可能大一些。但由于压缩机组结构、基础、空间限制，不允许缓冲器紧靠气缸、缓冲器容积也不可能很大，再加上压缩机的工况是复杂变化的，造成往复压缩机组普遍达不到减振要求，影响设备生产安全。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种往复式压缩机装置中的脉动缓冲器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种往复式压缩机装置中的脉动缓冲器，包括：
腔体，
弹性膜片，将腔体内部分隔成稳压腔和工作腔两部分，所述的稳压腔在工作时充满稳定压力的气体，工作腔设有气缸连接口和工作介质连通口，所述的气缸连接口用于连接往复式压缩机装置的气缸进气口或气缸出气口，工作介质连通口用于工作介质进入或排出工作腔。
优选地，所述的脉动缓冲器还包括穹形盖板和膜片支板，所述的弹性膜片的边缘夹设于穹形盖板和膜片支板之间，所述的穹形盖板朝向弹性膜片的一面为穹形型面，用于限制弹性膜片的最大挠度，且穹形盖板上设有满足腔体内气体流动的孔洞。
优选地，当气缸连接口用于连接在往复式压缩机装置的气缸进气口时，该脉动缓冲器为进口脉动缓冲器，工作介质连通口用于工作介质进入工作腔，穹形盖板位于弹性膜片朝向工作腔的一侧。
优选地，当气缸连接口用于连接在往复式压缩机装置的气缸出气口时，该脉动缓冲器为出口脉动缓冲器，工作介质连通口用于工作介质排出工作腔，穹形盖板位于弹性膜片朝向稳压腔的一侧。
优选地，所述的穹形型面的型面曲线与弹性膜片的变形曲线相吻合。
优选地，穹形盖板的穹形型面与自然状态下弹性膜片之间的容积为膜腔容积，膜腔容积为工作腔容积的3～6％。
优选地，所述的稳压腔和工作腔为可分离结构，所述的穹形盖板和膜片支板均呈法兰状结构，设置于稳压腔和工作腔的连接端处，并通过法兰连接的形式连接。
优选地，该脉动缓冲器还包括内部构件，所述的内部构件由设置于工作腔内并将气缸连接口和工作介质连接口隔开的封头以及穿设于封头上的接管短节组成。
优选地，所述的封头为球冠形封头，球冠形封头的内凹面朝向工作腔远离弹性膜片的一端，气缸连接口设置于球冠形封头与工作腔远离弹性膜片的一端之间的部分。
优选地，所述的稳压腔设有稳压气体进口。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)为了使压力脉动衰减，该脉动缓冲器内部由弹性膜片分隔成稳压腔和工作腔，由于弹性膜片可以弹性挠曲变形，使得脉动缓冲器的工作腔容积随之变化。当气体压力波动时，该波动的压力作用于弹性膜片上，使得弹性膜片挠曲变形，可有效降低压缩机系统中的压力波动，以提升脉动缓冲器的减振效果。
(2)进一步地，本发明结合缓冲器内部构件组合成类似孔板结构，不但可以改变复式压缩机装置的气缸与该脉动缓冲器共振管长，还可以将设备内的气流由驻波变为行波，从而降低气流压力的不均匀度，进一步增强设备缓冲效果，达到减振的目的。
附图说明
图1为本发明进口脉动缓冲器的结构示意图；
图2为本发明出口脉动缓冲器的结构示意图；
图3为本发明脉动缓冲器和往复式压缩机装置的气缸的组合示意图；
图中，I为进口脉动缓冲器，II为出口脉动缓冲器，III为往复式压缩机装置；1为稳压气体进口，2为稳压腔，3为膜片支板，4为弹性膜片，5为穹形盖板，51为穹形型面，52为孔洞，6为工作介质连通口，7为工作腔，8为封头，9为气缸连接口，10为接管短节。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1～3所示，本发明提供一种往复式压缩机装置中的脉动缓冲器，包括腔体和弹性膜片4，其中弹性膜片4将腔体内部分隔成稳压腔2和工作腔7两部分，稳压腔2在工作时充满稳定压力的气体(优选稳压腔2设有稳压气体进口1)，工作腔7设有气缸连接口9和工作介质连通口6，气缸连接口9用于连接往复式压缩机装置III的气缸进气口或气缸出气口，工作介质连通口6用于工作介质进入或排出工作腔7。为了使压力脉动衰减，该脉动缓冲器内部由弹性膜片4分隔成稳压腔2和工作腔7，由于弹性膜片4可以弹性挠曲变形，使得脉动缓冲器的工作腔容积随之变化。当气体压力波动时，该波动的压力作用于弹性膜片4上，使得弹性膜片4挠曲变形，可有效降低压缩机系统中的压力波动，以提升脉动缓冲器的减振效果。
所述腔体通常是一个具有内部空间的壳形物，该壳形物的壳体一般是刚性的，壳形物可以是两端设有封头(球冠形、椭圆形等形状)的罐体，也可以是其他任一形状，优选腔体为两端设有球冠形封头的罐体，如图1和图2所示。本发明中，优选弹性膜片4将腔体内部分隔成的稳压腔2和工作腔7分别占据腔体的两端，例如图1和图2中弹性膜片4左侧为稳压腔2，弹性膜片4右侧为工作腔7，优选工作腔7的容积大于稳压腔2的容积。
进一步地，该脉动缓冲器还可设置内部构件，内部构件由设置于工作腔7内并将气缸连接口9和工作介质连接口6隔开的封头8以及穿设于封头8上的接管短节10(优选接管短节10穿设于封头8的中心处)组成。进一步优选封头8为球冠形封头，球冠形封头的内凹面朝向工作腔7远离弹性膜片4的一端，气缸连接口9设置于球冠形封头与工作腔7远离弹性膜片4的一端之间的部分。采用球冠形封头，是为了尽可能使得球冠形封头与工作腔7远离弹性膜片4的一端之间的空间尽可能形成类似球形结构，不但可以改变气缸与缓冲器共振管长，还可以将设备内的气流由驻波变为行波，从而降低气流压力的不均匀度，进一步增强设备缓冲效果，达到减振的目的。
本发明中，脉动缓冲器还可以包括穹形盖板5和膜片支板3，弹性膜片4的边缘(一圈)夹设于穹形盖板5和膜片支板3之间，穹形盖板5朝向弹性膜片4的一面为穹形型面51，用于限制弹性膜片4的最大挠度，且穹形盖板5上设有满足腔体内气体流动的孔洞52(例如穹形盖板5上布满孔洞52)。通过设置穹形盖板5和膜片支板3不仅可以对弹性膜片4进行固定，而且穹形盖板5还能够限制弹性膜片的最大挠度。穹形盖板5、膜片支板3的型面设计，要求使弹性膜片在一定的中心挠度下，能有较大的容积，且具有较小的、分布合理的内应力。为了保证弹性膜片4能在近似等强度下工作(即中央处和周边的应力接近)，穹形型面51的型面曲线与弹性膜片4的变形曲线相吻合。
本发明中，稳压腔2和工作腔7为可分离结构，穹形盖板5和膜片支板3均呈法兰状结构，设置于稳压腔2和工作腔7的连接端处(穹形盖板5和膜片支板3和腔体可以采用焊接的形式进行连接)，并通过法兰连接的形式连接。方便更换膜片以及设备检验。更具体地，可以采用如图1和图2中的方式，膜片支板3仅存在于腔体外围，并绕腔体外围一圈设置，穹形盖板5不仅具有设置于腔体外围并与膜片支板3相匹配的部分，还具有位于腔体内的部分，穹形盖板5和膜片支板3位于腔体外围的部分用于紧固弹性膜片4的边缘，而穹形盖板5位于腔体内的部分起到限制弹性膜片的最大挠度的作用。
稳压腔2(图1和图2中弹性膜片4左侧)工作时充满了稳定压力的空气。工作腔7(图1和图2中弹性膜片4右侧)的压力波动，都会引起膜片左右挠曲变形，两边膜腔的容积随之改变，就会相应地降低工作腔中的压力波动。本发明中，穹形盖板5的穹形型面51与自然状态下弹性膜片4之间的容积为膜腔容积，为了有效削减工作腔7内的压力波动，一般控制膜腔容积为工作腔7容积的3～6％。本发明中，弹性膜片4的材料应具有较高的弹性极限和疲劳极限，以保证膜片在弹性极限范围内工作，具有较长的使用寿命。压缩腐蚀性气体时，弹性膜片4还应具有抗腐蚀性。为了保证压力波动的灵敏性，制造弹性膜片4的材料一般选用橡胶等非金属；也可选择高碳钢一类的薄钢板，对腐蚀性气体则选用不锈钢，钢制膜片厚度一般在0.3～0.5mm之间。
本发明中，如图1和图3所示，当气缸连接口9用于连接在往复式压缩机装置III的气缸进气口时，该脉动缓冲器为进口脉动缓冲器I，工作介质连通口6用于工作介质进入工作腔7，穹形盖板5位于弹性膜片4朝向工作腔7的一侧。例如在图中1中，弹性膜片4左侧为稳压腔2，弹性膜片4右侧为工作腔7，穹形盖板5位于工作腔7一侧，内部构件的封头8的内凹面朝右，气缸连接口9设置于内部构件的封头8与工作腔右端之间，工作介质连通口6位于内部构件的封头8与穹形盖板5之间。在往复压缩机装置的气缸吸气过程中，进口脉动缓冲器I的弹性膜片4会向右挠性变形，这时弹性膜片4处于右极限位置，即与穹形盖板5的穹形型面51相贴合，进而稳定吸气侧的压力值。当吸气过程结束，弹性膜片4则通过压力平衡回到平衡位置。
本发明中，如图2和图3所示，当气缸连接口9用于连接在往复式压缩机装置III的气缸出气口时，该脉动缓冲器为出口脉动缓冲器II，工作介质连通口6用于工作介质排出工作腔7，穹形盖板5位于弹性膜片4朝向稳压腔2的一侧。例如在图中1中，弹性膜片4左侧为稳压腔2，弹性膜片4右侧为工作腔7，穹形盖板5位于稳压腔7一侧，内部构件的封头8的内凹面朝右，气缸连接口9设置于内部构件的封头8与工作腔右端之间，作介质连通口6位于内部构件的封头8与弹性膜片4之间。在往复压缩机气缸排气过程中，进口脉动缓冲器II的弹性膜片4会向左挠性变形，这时弹性膜片4处于右极限位置，即与穹形盖板5的穹形型面51相贴合，进而稳定排气侧的压力值。当排气过程结束，弹性膜片4则通过压力平衡回到平衡位置。
使用时，将进口脉动缓冲器I和出口脉动缓冲器II的气缸连接口9分别连接于往复式压缩机装置的气缸进气口和气缸出气口上。该脉动缓冲器内部由弹性膜片分隔成稳压腔和工作腔，由于弹性膜片可以弹性挠曲变形，使得脉动缓冲器的工作腔容积随之变化。当气体压力波动时，该波动的压力作用于弹性膜片上，使得弹性膜片挠曲变形，可有效降低压缩机系统中的压力波动，以提升脉动缓冲器的减振效果。进一步地，本发明结合缓冲器内部构件组合成类似孔板结构，不但可以改变复式压缩机装置的气缸与该脉动缓冲器共振管长，还可以将设备内的气流由驻波变为行波，从而降低气流压力的不均匀度，进一步增强设备缓冲效果，达到减振的目的。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种往复式压缩机装置中的脉动缓冲器，其特征在于，包括：
腔体，
弹性膜片(4)，将腔体内部分隔成稳压腔(2)和工作腔(7)两部分，所述的稳压腔(2)在工作时充满稳定压力的气体，工作腔(7)设有气缸连接口(9)和工作介质连通口(6)，所述的气缸连接口(9)用于连接往复式压缩机装置(III)的气缸进气口或气缸出气口，工作介质连通口(6)用于工作介质进入或排出工作腔(7)。
2.根据权利要求1所述的一种往复式压缩机装置中的脉动缓冲器，其特征在于，所述的脉动缓冲器还包括穹形盖板(5)和膜片支板(3)，所述的弹性膜片(4)的边缘夹设于穹形盖板(5)和膜片支板(3)之间，所述的穹形盖板(5)朝向弹性膜片(4)的一面为穹形型面(51)，用于限制弹性膜片(4)的最大挠度，且穹形盖板(5)上设有满足腔体内气体流动的孔洞(52)。
3.根据权利要求2所述的一种往复式压缩机装置中的脉动缓冲器，其特征在于，当气缸连接口(9)用于连接在往复式压缩机装置(III)的气缸进气口时，该脉动缓冲器为进口脉动缓冲器(I)，工作介质连通口(6)用于工作介质进入工作腔(7)，穹形盖板(5)位于弹性膜片(4)朝向工作腔(7)的一侧。
4.根据权利要求2所述的一种往复式压缩机装置中的脉动缓冲器，其特征在于，当气缸连接口(9)用于连接在往复式压缩机装置(III)的气缸出气口时，该脉动缓冲器为出口脉动缓冲器(II)，工作介质连通口(6)用于工作介质排出工作腔(7)，穹形盖板(5)位于弹性膜片(4)朝向稳压腔(2)的一侧。
5.根据权利要求2所述的一种往复式压缩机装置中的脉动缓冲器，其特征在于，所述的穹形型面(51)的型面曲线与弹性膜片(4)的变形曲线相吻合。
6.根据权利要求5所述的一种往复式压缩机装置中的脉动缓冲器，其特征在于，穹形盖板(5)的穹形型面(51)与自然状态下弹性膜片(4)之间的容积为膜腔容积，膜腔容积为工作腔(7)容积的3～6％。
7.根据权利要求2所述的一种往复式压缩机装置中的脉动缓冲器，其特征在于，所述的稳压腔(2)和工作腔(7)为可分离结构，所述的穹形盖板(5)和膜片支板(3)均呈法兰状结构，设置于稳压腔(2)和工作腔(7)的连接端处，并通过法兰连接的形式连接。
8.根据权利要求1所述的一种往复式压缩机装置中的脉动缓冲器，其特征在于，该脉动缓冲器还包括内部构件，所述的内部构件由设置于工作腔(7)内并将气缸连接口(9)和工作介质连接口(6)隔开的封头(8)以及穿设于封头(8)上的接管短节(10)组成。
9.根据权利要求8所述的一种往复式压缩机装置中的脉动缓冲器，其特征在于，所述的封头(8)为球冠形封头，球冠形封头的内凹面朝向工作腔(7)远离弹性膜片(4)的一端，气缸连接口(9)设置于球冠形封头与工作腔(7)远离弹性膜片(4)的一端之间的部分。
10.根据权利要求1所述的一种往复式压缩机装置中的脉动缓冲器，其特征在于，所述的稳压腔(2)设有稳压气体进口(1)。
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