[發明專利]帶有旁支脈動陷阱的螺桿式壓縮機

有效

• 申請號: 201110449760.7
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN102588281A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 黃秀保
• 申請（專利權）人: 黃秀保
• 主分類號: F04C18/16
• 分類號: F04C18/16;F04C29/06;F04C29/00
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 胡福恒

技術領域

本發明通常與各種旋轉式鼓風機和壓縮機領域相關，細屬用于多轉子多螺旋葉螺桿式壓縮機的旁支脈動陷阱，具有減少脈動，噪音和振動危害，提高變工況氣動效率而不需要串接脈動減振器和使用變內容積比滑閥等特點。

背景技術

螺桿式壓縮機使用一對多螺旋葉螺桿的對轉來增加氣體的壓力，在干式螺桿壓縮機中，一對同步齒輪保證陰陽兩個轉子間的細小間隙，而噴油式螺桿壓縮機則依靠潤滑油來密封陰陽兩個轉子間的間隙，并具有冷卻作用。螺桿壓縮機可以適用于寬廣的流域和不同的介質(如不同氣體或氣液兩相)，因此被廣泛地應用于各種各樣的工業或民用應用，如給天然氣管道增壓，將其從生產基地輸送到成百上千公里以外的千家萬戶，或用于各種石油化工流程的驅動和工廠車間內壓縮空氣的氣源。另外，螺桿式壓縮機還是大型空調制冷循環中的心臟。

螺桿式壓縮機將軸功率轉換為被壓縮介質(廣義上包括不同的氣體或氣液兩相)的內能。它的工作原理是通過一對螺桿形成密閉的工作腔，并在旋轉過程中使得容積縮小來壓縮氣體。其本質仍是容積式壓縮機，都含有一個進氣口，一個容積可變化的工作腔(壓縮腔)和一個排氣口。壓縮過程都是循環性的，即：進氣→密閉→壓縮→排氣→消音降噪。圖2a-2e展示了傳統螺桿式壓縮機的壓縮循環原理圖。當轉子從0-90度時，進口處轉子間的工作容積逐漸增大，這時氣體從進氣口進入氣缸壁和螺旋葉形成的工作腔，直到在約90度工作容積變到最大時，工作腔對進口關閉(密閉)；在90-230度時，工作腔一方面隨轉子的旋轉向出口移動，一方面工作腔容積逐漸縮小，氣體壓力逐漸升高，當壓縮腔壓力達到一定的設計值時，也即在約230度時，排氣口打開，氣體從排氣口排出，進入串接的消音器或脈動減振器。由于整個過程是由一對高速旋轉的螺桿連續完成，比往復式壓縮機的速度可以快很多，具有尺寸小運轉平穩等優點。

但螺桿式壓縮機的機理本質仍和其它容積式壓縮機相同，也是將原本連續的氣流分成一個個與壓縮機工作腔大小相同的不連續的流體團，再將其壓縮并在排氣后重新匯合到一起，故氣流或壓力脈動為螺桿式壓縮機的固有屬性，其頻率為壓縮腔單位時間的排氣次數，而脈動大小則與排氣時壓縮腔內與排氣口處(也稱系統背壓)的壓力差相關。通常將排氣時壓縮腔的壓力大于排氣口壓力的工況叫過壓縮，而將排氣時壓縮腔的壓力小于排氣口壓力的工況叫欠壓縮。對于有定壓縮比的壓縮機，當系統所需壓力(背壓)變化時，都會有過壓縮或欠壓縮的情形出現，而過壓縮或欠壓縮的程度大小是產生氣流或壓力脈動的直接來源。大的壓力脈動和氣流脈動會使下游的系統零部件產生疲勞破壞，并誘發很大的振動和噪音(可達140dB以上)，是容積式壓縮機的致命缺點。作為螺桿壓縮機的一個特例，羅茨型鼓風機由于沒有內壓縮，總是處于欠壓縮狀態(100％欠壓縮)，其欠壓縮大小等于進排氣的壓差，所以羅茨風機的嚴重氣體脈動是由其機理決定而天生存在的。

為了控制螺桿式壓縮機的排氣口氣流脈動，通常的辦法是在壓縮機排氣口串接一個消音器或脈動減振器，這些消音器或脈動減振器以抗式或阻抗復合式為主，內有空腔、隔板和多孔管等。其降噪和減小氣流脈動的效果一般很顯著，可達20-40dB，但也有明顯的缺點，如在消音器內有流動損失，損失大小與脈動的衰減大小成正比，另外，消音器本身的體積重量和成本，其板焊結構和額外的表面積使其會產生很大的振動并輻射噪音，并且其內部結構受氣流脈動的作用，會產生疲勞破壞并潛在地導致下游系統的破壞。

針對上述問題，已經有不同的技術試圖取代通常在出口串接消音器或脈動減振器的做法。比如，美國專利4,215,977(發明人Weatherston)，提出逆流降噪減振，及美國專利5,051,077(發明人Yanagisawa)，提出改變出氣口幾何形狀以致出口逐漸打開并降噪減振。然而，這兩種方法的降噪減振效果都是有限的：一般只有5-10dB，在壓縮機出口仍需要串接消音器或脈動減振器，沒能從根本上取代串接消音器。究其原因，可能是對氣流脈動機理和客觀現象認識的局限性。

另外，在欠壓縮或過壓縮時(也稱變工況)，螺桿壓縮機的效率會下降，傳統的解決方法是采用調節滑閥，來改變內容積比(即內壓縮比)，使得壓縮腔的壓力在變工況時也可以等于系統所需壓力。但此系統結構復雜，操作困難，成本高昂，不適于普遍應用。

發明內容