具有壓力脈沖阻尼器和止回閥的壓縮機系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】具有壓力脈沖阻尼器和止回閥的壓縮機系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2014年I月16日提交的美國臨時專利申請61/928，190的權(quán)益，該申請的內(nèi)容整體結(jié)合在此以作參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開總體上涉及一種具有止回閥的壓力脈沖阻尼器和一種包括設(shè)有止回閥的壓力脈沖阻尼器的壓縮機系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]離開壓縮機的工作流體中可能出現(xiàn)壓力脈沖，這些壓力脈沖(例如)可能有相對大的振幅，并且可能對下游的管道部件造成損壞，并且可能導致相對極端的噪聲水平。例如，額定為105psi表壓(psi gage)的典型的無油壓縮機，可能在與端口通過頻率有關(guān)的頻率下，在壓縮機的排放處具有從90psig到120psig的動態(tài)壓力。端口通過頻率表示壓縮機排放端口打開以允許壓縮空氣離開壓縮機的次數(shù)。這些脈沖在壓縮機的排放處開始，并且穿過整個管道系統(tǒng)向下游迀移。
[0005]有些止回閥可能不適合在某些壓縮機的出口長期有效地使用，而且這些止回閥還可能容易出現(xiàn)流引發(fā)的振動。壓力脈沖可能會反復地沖擊止回閥柱塞，從而引起過量的振動和應(yīng)力，這樣可能會導致發(fā)生故障。
[0006]壓縮機機械制造商可能使用傳統(tǒng)的消聲器形式的設(shè)計來設(shè)計脈沖抑制設(shè)備。有些壓力脈沖阻尼器設(shè)計可能包含傳統(tǒng)上在消聲器和排氣系統(tǒng)中設(shè)置的部件。有些阻尼器設(shè)計可能包括例如扼流管、孔板、支管和亥姆霍茲(Helmholtz)共振器、吸收襯里和/或穿孔管等部件。聲學家可以使用在波動方程的解的基礎(chǔ)上建立的聲學原理來設(shè)計消聲器系統(tǒng)。在許多消聲器設(shè)計中，假設(shè)壓力脈沖作為以聲速行進的聲波傳播。聲波傳播定義為通過聲波傳播介質(zhì)中的分子的壓縮和膨脹來傳輸能量。聲波以聲速傳播，并且對于室溫下的空氣，該速度大約是341m/sec。
[0007]有些現(xiàn)有的系統(tǒng)相對于某些應(yīng)用有各種缺點、缺陷和不足。因此，該技術(shù)領(lǐng)域中仍然需要進一步的貢獻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的一個實施例是一種獨特的壓力脈沖阻尼器和一種止回閥組件。其他實施例包括壓力脈沖阻尼器和止回閥組件用的裝置、系統(tǒng)、設(shè)備、硬件、方法和組合。通過說明和隨附的各圖，將容易了解本申請的其他實施例、形式、特征、方面、益處和優(yōu)點。
【附圖說明】
[0009]本文中的說明參照了附圖，其中幾個視圖中始終用相同的附圖標記表示相同的部件，并且其中:
[0010]圖1是示例性壓縮機系統(tǒng)的示意框圖；
[0011]圖2是示例性壓力脈沖阻尼器和止回閥組件的側(cè)視圖的橫截面圖解說明；
[0012]圖3是示例性壓力脈沖阻尼器和止回閥組件的側(cè)視圖的另一個橫截面圖解說明；
[0013]圖4是從工作流體流經(jīng)止回閥組件的方向看的示例性止回閥組件中心主體的一部分的透視圖；
[0014]圖5是從與工作流體流經(jīng)止回閥組件的方向相反的方向看的示例性止回閥組件中心主體的一部分的透視圖；
[0015]圖6A是從工作流體流經(jīng)止回閥組件的方向看的示例性止回閥組件柱塞的透視圖；
[0016]圖6B是從工作流體流經(jīng)止回閥組件的方向看的另一個示例性止回閥組件柱塞的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0017]圖7是從與工作流體流經(jīng)止回閥組件的方向相反的方向看的示例性止回閥組件柱塞的透視圖；
[0018]圖8是從工作流體流經(jīng)止回閥組件的方向看的示例性止回閥組件中心主體和柱塞的透視圖；
[0019]圖9是從工作流體流經(jīng)止回閥組件的方向看的示例性止回閥組件中心主體和柱塞的立面透視圖；
[0020]圖10是示例性中心主體和柱塞的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0021]圖11是在工作流體穿過示例性壓力脈沖阻尼器和止回閥組件時的工作流體流線的圖解說明；
[0022]圖12是在工作流體穿過示例性壓力脈沖阻尼器和止回閥組件時該工作流體中的壓力梯度的示例性圖解說明；
[0023]圖13是示出了穿過示例性壓力脈沖阻尼器和止回閥組件的工作流體流的流線的不例性圖解說明；
[0024]圖14是設(shè)有止回閥組件的示例性壓力脈沖阻尼器的立面?zhèn)纫晥D；
[0025]圖15是示例性止回閥組件的分解圖；
[0026]圖16是閥處在打開位置時的示例性止回閥組件的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0027]圖17是示例性壓力脈沖阻尼器的橫截面?zhèn)纫晥D；并且
[0028]圖18是閥處在關(guān)閉位置時的示例性止回閥組件的橫截面?zhèn)纫晥D；并且
[0029]圖19是示例性系統(tǒng)的一部分的橫截面剖視圖。
【具體實施方式】
[0030]為了便于理解本發(fā)明的原理，現(xiàn)在將參照圖中圖解說明的實施例，并且將使用具體的語言來說明這些實施例。盡管如此，應(yīng)當理解，對本發(fā)明的某些實施例的圖解和說明，并不意在限制本發(fā)明的范圍。另外，對圖解的和/或說明的實施例的任何更改和/或修改可考慮為都屬于本發(fā)明的范圍。而且，本發(fā)明所涉及的領(lǐng)域的技術(shù)人員一般將想到的對本文中圖解和/或說明的本發(fā)明的原理的任何其他應(yīng)用，考慮都屬于本發(fā)明的范圍。
[0031]本公開總體上涉及使用壓力脈沖阻尼器和空氣動力止回閥組件，抑制、減少和/或減輕脈沖源附近或近場中的工作流體中的壓力脈沖。該止回閥組件設(shè)計可以降低止回閥組件和止回閥部件上受到的應(yīng)力，以便降低這些零件的故障率。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理解，本文中說明的壓力脈沖阻尼設(shè)備和止回閥組件還可以用于抑制其他流體流中和例如壓縮機或鼓風機等任何設(shè)備的輸出處的脈沖。
[0032]無源噪聲和流體動態(tài)控制有一些相似的物理原理。聲場的波速是聲速，而流體動態(tài)渦流(渦旋)場的波速是氣體對流速度。氣體動態(tài)流的波長是兩個渦流之間的長度。通過聲學研究，我們得知C= λ*?.，其中C是聲速，λ是聲學波長，并且f是頻率。通過流體動力學，我們得知U = L*F，其中U是氣體的對流速度，L是渦流分隔距離，并且f是氣體非穩(wěn)態(tài)動力頻率。在壓縮機中，C典型地比U大很多，即，在大多數(shù)壓縮機應(yīng)用中，定義為m =u/c的馬赫數(shù)小于0.2。在給定上述關(guān)系的情況下，氣體動力學用的無源控制設(shè)備將必需有更小的幾何長度(λ比L大很多)尺度，才能成功地消除振蕩。本公開教示了一種氣體動態(tài)無源消除設(shè)備。該設(shè)備的長度尺度是根據(jù)氣體流速U選擇的。雖然存在該設(shè)備，但是還是會從壓縮機發(fā)生聲場，而本文中公開的裝置和方法將通過消除渦流來減弱聲場的任何進一步的產(chǎn)生。下文將更具體地解釋，在脈沖阻尼器的側(cè)面設(shè)有一個限定出口的環(huán)狀入口將使得流的流線和相關(guān)的渦流在其中行進不同的長度，因為根據(jù)流的方位入口角，每個路徑的長度是不同的。
[0033]在近場，在壓縮機的排放附近，壓縮機出口處的流體中存在壓力脈沖，這是由非穩(wěn)態(tài)氣體動態(tài)流產(chǎn)生的。氣體動態(tài)成為壓力脈沖的起源，該壓力脈沖源作為以氣體對流速度行進的空氣動力波而傳播?？傮w來說，近場中的噪聲的主要來源是因為氣體動態(tài)紊亂，這些氣體動態(tài)紊亂源于壓縮機出口處的排放端口的打開和關(guān)閉。在壓縮機排放附近產(chǎn)生壓力脈沖可以稱為空氣動力現(xiàn)象。在壓縮機排放端口的下游，空氣動力的不穩(wěn)定現(xiàn)象減輕，而壓力脈沖紊亂發(fā)展成聲場。聲場以聲速傳播，并且聲場就是我們從壓縮機中聽到的噪聲的來源。
[0034]離開壓縮機中的工作流體可以稱為氣塞(slugs of air)，每當轉(zhuǎn)子打開和關(guān)閉時，會排放出氣塞。氣體流主要受到其在近場中的空氣動力屬性的影響；壓力脈沖以氣塞的對流速度行進，并且壓力脈沖的速度取決于穿過壓縮機的質(zhì)量流和管道的橫截面面積。在更靠下游的位置，在遠場中，流體緩流分解成小渦流結(jié)構(gòu)。遠場中仍然存在壓力脈沖的空氣動力分量，但是該空氣動力分量的振幅強度總體上已經(jīng)減弱。壓力脈沖的聲學分量始終存在，現(xiàn)在壓力脈沖的聲學分量成為了主項，因為遠場中的空氣動力分量減弱了。
[0035]工作流體被引導到壓力脈沖阻尼器，然后，在一些實施例中，工作流體可以穿過止回閥組件，該止回閥組件設(shè)計成具有空氣動力學形狀，以便使閥兩端的壓降最小化。止回閥兩端的流體的平穩(wěn)過渡使得止回閥受到的因流引起的振動最小化，這樣可以降低止回閥組件的故障率。止回閥組件可以與壓力脈沖阻尼器的主體整合，以便減少在實施改進型壓力脈沖阻尼器和止回閥時必需的零件數(shù)目。在其他實施例中，止回閥組件可以與壓力脈沖阻尼器分開，并且可以具有與壓力脈沖阻尼器的流路徑軸向?qū)实牧髀窂?，從而確保工作流體從壓力脈沖阻尼器到止回閥組件的空氣動力學過渡。壓力脈沖阻尼器和止回閥組件的這種空氣動力學設(shè)計可以減少止回閥組件兩端的壓降，并且保護止回閥組件的零件免受不必要的磨損。止回閥進一步設(shè)計成被彈簧偏壓在關(guān)閉位置，以防例如在壓縮機未受負載時工作流體倒流回到壓縮機中。
[0036]壓力脈沖阻尼器為近場中的工作流體形成經(jīng)過特別設(shè)計的流路徑，這條流路徑在減輕壓縮機或鼓風機的壓力脈沖時發(fā)揮主要作用。止回閥組件具有一種空氣動力學設(shè)計，這種空氣動力學設(shè)計可以提高止回閥組件的可靠性和該系統(tǒng)的效率。根據(jù)空氣動力學原理減輕工作流體流的近場中的壓力脈沖還有一個效果，即很可能會減弱工作流體流的遠場中的聲學振動。本文中使用的空氣動力學該術(shù)語包括流體動力學和/或氣體動力學，這取決于在特定壓力脈沖阻尼器中使用的工作流體。
[0037]參照各圖，并且尤其是參照圖1，根據(jù)本說明書的一個實施例描繪了壓縮機系統(tǒng)10的一個非限制性示例的一些方面。壓縮機系統(tǒng)10可以包括