空氣動力壓力脈動阻尼器的制造方法
【專利說明】空氣動力壓力脈動阻尼器
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求保護(hù)在2014年I月16日提交的美國臨時專利申請61/928，145的權(quán)益，其內(nèi)容以全文弓I用的方式并入到本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開大體而言涉及一種壓力脈動阻尼器和包括壓力脈動阻尼器的壓縮機(jī)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]在從壓縮機(jī)排出的工作流體中可能發(fā)生的壓力脈動例如可能具有相對較大的振幅并且可能會對下游管路部件造成損壞并且可能造成相對極端的噪聲級。例如，額定用于105psi表壓的典型無油壓縮機(jī)將在壓縮機(jī)的排放口處具有處于與端口通過頻率相關(guān)的頻率、從90psig至120psig的動態(tài)壓力。端口通過頻率表示壓縮機(jī)排放端口打開以允許壓縮空氣從壓縮機(jī)排出的次數(shù)。這些脈動始于壓縮機(jī)的排放口處并且通過整個管路系統(tǒng)向下游迀移。
[0005]壓縮機(jī)械制造商可能設(shè)計使用傳統(tǒng)消音器型設(shè)計的脈動抑制裝置。某些壓力脈動阻尼器設(shè)計可能包含有在消音器和排氣系統(tǒng)中傳統(tǒng)地存在的部件。某些阻尼器設(shè)計可能包括諸如下列部件:扼流管、節(jié)流孔板、支管和亥姆霍茲共振器、吸收性襯里、和/或穿孔管。消音器系統(tǒng)可以由聲學(xué)家使用在波動方程的解中發(fā)現(xiàn)的聲學(xué)原理來設(shè)計。在許多消音器設(shè)計中，假定壓力脈動作為以聲速行進(jìn)的聲波來傳播。聲波的傳播被限定為通過聲波傳播經(jīng)過的介質(zhì)中的分子的壓縮和膨脹而實現(xiàn)的能量傳輸。聲波以聲速傳播并且對于室溫的空氣而言，速度為約341m/sec。
[0006]某些現(xiàn)有系統(tǒng)具有與特定應(yīng)用相關(guān)的各種缺陷、缺點和劣勢。因此，在這個技術(shù)領(lǐng)域仍然需要進(jìn)一步的貢獻(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個實施例是一種獨(dú)特的壓力脈動阻尼器。其它實施例包括用于壓力脈動阻尼器的設(shè)備、系統(tǒng)、裝置、硬件、方法和組合。從下文的描述和與描述一起提供的附圖，本申請的另外的實施例、形式、特征、方面、益處和優(yōu)點將會變得顯然。
【附圖說明】
[0008]本文做出的描述參考附圖，在若干附圖中相似的附圖標(biāo)記指代相似零件，并且在附圖中:
[0009]圖1為示例性壓縮機(jī)系統(tǒng)的示意框圖；
[0010]圖2為示例性壓力脈動阻尼器的側(cè)視圖；
[0011]圖3為示例性壓力脈動阻尼器的側(cè)視圖的截面圖；
[0012]圖4為示例性壓力脈動阻尼器的升高(elevated)側(cè)視圖的截面圖；
[0013]圖5為示例性壓力脈動阻尼器的底視圖；
[0014]圖6為示例性壓力脈動阻尼器的側(cè)視圖的截面圖；
[0015]圖7為示例性壓力脈動阻尼器的頂視圖；
[0016]圖8為示例性壓力脈動阻尼器的正視圖，其中阻尼器的頂部段的一部分以截面示出；
[0017]圖9為工作流體流線的示例性圖示，示出了在流體通過示例性壓力脈動阻尼器行進(jìn)時的流體壓力；
[0018]圖10為作為時間的函數(shù)在壓縮機(jī)排放口和脈動阻尼器出口處測量的壓力脈動的不例性曲線圖；
[0019]圖11為工作流體流線中壓力的示例性圖示，示出了在流體通過示例性壓力脈動阻尼器行進(jìn)時的流體壓力；
[0020]圖12為示出通過示例性壓力脈動阻尼器的工作流體流動的流線的示例性圖；以及
[0021]圖13為示例性壓力脈動阻尼器的截面?zhèn)纫晥D。
【具體實施方式】
[0022]為了促進(jìn)理解本發(fā)明的原理，現(xiàn)將參考在附圖中示出的實施例且將使用具體的語言來描述實施例。然而將了解本發(fā)明的范圍預(yù)期不受本發(fā)明的特定實施例的圖示和描述限制。此外，在本發(fā)明的范圍內(nèi)設(shè)想到對圖示和/或描述的(多個)實施例的任何更改和/或修改。另外，如本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通常將會想到的對本文中示出和/或描述的本發(fā)明的原理的任何其它應(yīng)用也設(shè)想為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0023]本申請大體而言針對于抑制、減輕和/或阻尼在脈動源附近或近場(near-field)中的工作流體中的壓力脈動。本文所描述的壓力脈動阻尼裝置也可以用于抑制在其它流體流動中和在任何裝置諸如壓縮機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)的輸出處的脈動，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會理解的那樣。
[0024]無源噪聲和流體動態(tài)控制共用了類似的物理原理。聲場的波速為聲速，而流體動態(tài)漩渦/渦流(渦旋)場的波速為氣體的對流速度。氣體動態(tài)流動的波長是在兩個漩渦之間的長度。從聲學(xué)研究我們得出C= λ *f，其中C為聲速，λ為聲波長，并且f是頻率。從流體動力學(xué)我們已知U = L * F，其中U是氣體對流速度，L是漩渦分隔距離，并且f是氣體非穩(wěn)定動態(tài)的頻率。在壓縮機(jī)中C通常遠(yuǎn)大于U，即，在大部分壓縮機(jī)應(yīng)用中，被定義為m=u/c的馬赫數(shù)小于0.2。已知上述關(guān)系，用于氣體動力學(xué)的無源控制裝置將需要更小的幾何長度(λ遠(yuǎn)大于L)尺度來成功地抵消振蕩。本公開教導(dǎo)了一種氣體動態(tài)無源抵消裝置。這種裝置的長度尺度基于氣體速度U來選擇。盡管存在這種裝置，聲場可能仍從壓縮機(jī)持續(xù)，但本文所公開的設(shè)備和方法將通過抵消漩渦而衰減聲場的任何進(jìn)一步生成。如將在下文中進(jìn)一步詳細(xì)地解釋，在脈沖阻尼器的側(cè)部上的環(huán)形進(jìn)入口和一個限定的排出口將造成流動流線和相關(guān)聯(lián)的漩渦穿過它行進(jìn)不同的長度，因為每個路徑長度不同，取決于流動方位(azimuth)進(jìn)入角。
[0025]在壓縮機(jī)的排放口附近，在近場中，在壓縮機(jī)出口處的流體中存在壓力脈動，壓力脈動是由于非穩(wěn)定氣體動態(tài)流動而產(chǎn)生。氣體動態(tài)變成壓力脈動根源，壓力脈動作為空氣動力波傳播，空氣動力波以氣體對流速度行進(jìn)。一般而言，在近場中的主要噪聲來源是由于源自壓縮機(jī)出口處的排放端口開啟和關(guān)閉造成的氣體動態(tài)擾動。在壓縮機(jī)的排放口附近生成壓力脈動可以被描述為空氣動力學(xué)現(xiàn)象。在壓縮機(jī)排放端口下游，空氣動力學(xué)不穩(wěn)定變得更小，而壓力脈動擾動發(fā)展成聲場。聲場以聲速傳播并且它就是作為人們從壓縮機(jī)所聽到的噪聲源的聲場。
[0026]從壓縮機(jī)排出的工作流體可以被描述為在轉(zhuǎn)子每次開關(guān)時排放的流體段塞(slug)。氣體流動主要受到在近場中的其空氣動力學(xué)性質(zhì)影響；壓力脈動以空氣段塞的對流速度行進(jìn)并且它們的速度由通過壓縮機(jī)和管路截面積的質(zhì)量流量決定。在下游更遠(yuǎn)處，在遠(yuǎn)場中，流體段塞分解成更小的漩渦結(jié)構(gòu)。壓力脈動的空氣動力學(xué)分量仍存在于遠(yuǎn)場中，但其振幅強(qiáng)度通常已減小。一直存在的壓力脈動的聲分量現(xiàn)在變成了主導(dǎo)壓力項。
[0027]本公開描述了一種空氣動力學(xué)裝置，其并不需要移動的零件來阻尼在工作流體中的壓力脈動。脈動阻尼器形成了用于近場中工作流體的特殊設(shè)計的/專門設(shè)計的流動路徑，其在衰減所述壓縮機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)的壓力脈動方面起到中心作用。作為基于空氣動力學(xué)原理來對工作流體流動的近場中的壓力脈動進(jìn)行阻尼的另一效果，工作流體流動的遠(yuǎn)場中的聲振動也可以減弱。如本文所用的術(shù)語空氣動力學(xué)/空氣動態(tài)包括流體動力學(xué)/流體動態(tài)和/或氣體動力學(xué)/氣體動態(tài)，取決于用于特定壓力脈動阻尼器的工作流體。
[0028]參考附圖并且特別地圖1，根據(jù)本說明書的實施例描繪了壓縮機(jī)系統(tǒng)10的非限制性示例的方面。壓縮機(jī)系統(tǒng)10可以包括壓縮機(jī)或