带有分流辅助减压和脉动陷阱（SEDAPT）的螺杆压缩机制造技术

本发明专利技术公开了一种带有分流辅助减压和脉动陷阱的螺杆式压缩机，用于螺杆压缩机的分流减压和脉动陷阱装置(SEDAPT)辅助内压缩，减少气体脉动和诱生振动及噪音，并提高非设计工况运行效率，而无需使用滑阀和/或串联脉动阻尼器。SEDAPT包括内壳体(例如，压缩室的一体部分)和外壳体(例如，围绕压缩机排气口附近的内壳体的部分)形成至少一个配备有单向阀流出孔口或喷嘴的扩散室，在压缩室和压缩机排气口之间提供至少一个单向反馈流出回路。SEDAPT自动排放或补偿压缩腔压力以满足不同出口压力(背压)的工况，从而消除在排气口打开时欠压缩和/或过压缩以及相关的能量损失，并在压缩腔向排气口打开之前隔离并衰减气体脉动和诱生振动及噪音。及噪音。及噪音。

【技术实现步骤摘要】
带有分流辅助减压和脉动陷阱(SEDAPT)的螺杆压缩机


[0001]本专利技术总体上涉及旋转式气体压缩机领域，更具体地涉及具有双啮合螺旋形多叶转子的旋转式螺杆压缩机，通常称双螺杆压缩机。

技术介绍

[0002]旋转螺杆压缩机使用两个称为转子的螺旋螺杆来压缩气体。在干运转的螺杆式压缩机中，一对定位齿轮确保公转子和母转子各自保持精确的位置和间隙。在喷油式旋转螺杆压缩机中，注入的润滑油膜填充转子之间及转子与机壳之间的空隙，既提供液压密封又在驱动和从动转子之间传递机械能。气体从压缩机的吸入口进入，并被困在移动的螺纹和压缩机外壳之间，随着螺杆的旋转形成一系列移动的空腔。然后移动空腔的体积逐渐减小导致空腔中气体被压缩。气体在螺杆压缩机的末端通过通常连接到排放消音器的排放(出)口排出以完成压缩循环。它本质上是一个容积式压缩机理，但使用螺杆转动而不是往复运动，因此与传统的往复活塞式相比，容积变化速度可以更快，流体连续性更好和压缩机尺寸更紧凑。
[0003]然而，长期以来一直观察到，螺杆压缩机在排放时固有地产生具有空腔通过频率的气体(流)脉动，并且在高压和/或非设计条件下运行时，脉动幅度特别显著，无论是欠压缩 (欠压)或过压缩(过压)。如图1c所示，当压缩机出口(排放口)处的气体压力大于排放口即将打开之前压缩机空腔内的气体压力时，就会发生欠压缩。这会导致气体从出口“爆炸性”回流到空腔中，如图1a所示。另一方面，如图1d所示，当压缩机出口处的压力小于排气口开口前压缩机空腔内的压力时，就会发生过压缩，导致“爆炸性”前向流动，即气体突然从压缩空腔进入图1b所示的压缩机出口。由于不可能将只有一个固定设计压力比与有变化的系统背压相匹配，因此所有固定压力比容积式压缩机都会遭受欠压缩和/或过压缩。具有可变压力比的典型应用包括各种制冷和热泵系统以及真空泵。例如，当环境温度上升或下降时，制冷和热泵系统中使用的压力比必须相应地改变。通常，压力比变化的范围很大，而且过压缩和欠压缩的影响会因工质是制冷剂导致运行所需的压力升高而进一步增强。另一个需要大范围压力比工况的例子是真空泵，它用于增加大容器中的真空度(例如，将空气从容器抽到大气)，随着容器中真空度的增加，压力比不断增加而越来越高。另外一个可变压力压缩机的新兴应用是用于电动汽车的氢燃料电池，它需要对环境空气中的氧气进行增压和氢气反应来发电。对于这些应用，欠压缩和过压缩引起的能量损失和气体脉动是显着的，尤其是后者，如果压缩机出口不加气流脉动衰减器，可能会损坏下游管道、设备并在压缩机系统内引起严重的振动和噪音。
[0004]为了解决压比失配问题所引发的后遗症，通常在螺杆压缩机的排放口安装在行业中称为反应式(抗式)和/或吸收式(阻式)的气流脉动阻尼器(也称消音器)，如图2a所示，以抑制和衰减气体脉动和诱发的振动和噪音。脉动阻尼器通常在气体脉动控制方面非常有效，可降低压力脉动20
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40dB，但尺寸较大并会导致其他问题，例如由于额外的振动表面而引起更多噪音产生源，或者有时会导致阻尼器结构疲劳失效损坏，从而可能对下游组件和
设备造成灾难性破坏。同时，如今使用的排气阻尼器会产生很大的压力(背压)损失，从而导致压缩机整体绝热效率降低，如图2b
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2c所示。由于这个原因，与离心压缩机等动力类型压缩机相比，螺杆压缩机经常被认为具有高气体脉动、高振动、高噪音、低非设计工况效率和体积庞大等缺点。
[0005]为了从源头上克服螺杆压缩机压比失配问题，自1960年代以来，已经广泛探索了称为滑阀的概念，如图3a
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3b所示。有下述案例，滑阀概念出现在授予H.R.Nilsson等人的题为“调节螺旋旋转活塞发动机的装置”(美国专利号3,088,659)，以及授予N.Shaw的题为“无欠压缩和过压缩的螺旋螺杆旋转压缩机”(美国专利号3,936,239)。滑阀概念，通常称为可变容积比(Vi)方案，是使用滑动阀门机械地改变压缩机的内部容积比，从而改变压缩机的气体压缩比以满足不同工况的压力要求，并消除欠压缩和/或过压缩，这是排气气流脉动和能量损失的源头。然而，滑阀系统通常结构非常复杂，成本高，可靠性低。此外，它们不适用于广泛使用的干式螺杆应用，因为滑动部件之间的润滑必不可少。
[0006]另外一种技术也可以实现滑阀变容积比概念的目标但没有其复杂性和应用限制，案例如本专利技术人几个公开了的旁支分流脉动陷阱(SPT)技术，如图4a
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4b所示(美国专利号 9,140,260、9,151,292、9,140,261、9,243,557、9,555,342和9,732,754)。这个技术是使用可流动的气体来补偿可变空腔压力，而不是移动对摩擦、疲劳失效和响应频率敏感的固体机械部件。SPT能够通过自动反馈流量回路实现滑阀相同的目标，即在压缩机空腔和出口 (排放口)之间进行连通，通过增加或减少空腔内气体来补偿压缩腔的压力(就像给篮球充气或放气来调节篮球内的压力一样)以消除排放口打开时的欠压缩或过压缩。传统的 SPT技术在欠压模式下可有效抑制低频压力脉动，并通过消除串联阻尼器固有的背压损失来降低能耗。然而，它在过压模式下效果不佳，特别是对于在很宽的压力比范围内运行的螺杆压缩机。
[0007]为了解决螺杆压缩机的过度压缩模式问题，在2020年9月8日提交的美国非临时专利申请17/014,357中公开了如图5a
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5d所示的SECAPT(分流增强压缩和脉动陷阱)技术。SECAPT的想法是在压缩阶段允许双向流动通过压缩腔体和出口(排放口)之间的双向孔口或喷嘴，以补偿腔体内压缩。它改善了过压缩模式的操作，但在欠压缩模式下由于过早地将增加的腔压力暴露于压缩机入口而导致泄漏和功耗增加。
[0008]因此，希望提供一种新型的螺杆式压缩机的设计和结构，它能够在源头实现低气流脉动和低振动噪音并提高压缩机非设计工况效率，而无需使用滑阀以及在排气口处使用外接消音器，同时具有尺寸小、可靠性高、可在宽广变压力比应用中高效率运行。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于解决上述技术问题提供一种带有分流辅助减压和脉动陷阱的螺杆压缩机，它能够在源头实现低气流脉动和低振动噪音并提高压缩机非设计工况效率，而无需使用滑阀以及在排气口处使用外接消音器，同时具有尺寸小、可靠性高、可在宽广变压力比应用中高效率运行。
[0010]为了达成上述目的，本专利技术采用以下以技术方案：
[0011]一种带有分流辅助减压和脉动陷阱的螺杆压缩机，它包括：
[0012]压缩室和容纳在压缩室内的一对啮合的多螺旋叶转子，其中压缩室具有吸气口和
排气口，其中转子在压缩室内旋转在压缩室内形成一系列移动压缩腔，用于吸入和压缩气体并将气体从吸气口推向排气口；和
[0013]分流辅助减压和脉动陷阱(SEDAPT)装置反馈流出回路的第一级，包括扩散室，该扩散室具有第一级流出孔口或喷嘴，在流出孔口出口处配备单向阀，在压缩室内部的移动压缩腔和扩散室之间提供单向流体连通，还具有在扩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有分流辅助减压和脉动陷阱(SEDAPT)的螺杆压缩机，其特征在于，它包括：压缩室和容纳在压缩室内的一对啮合的多螺旋叶转子，其中压缩室具有吸气口和排气口，其中转子在压缩室内旋转在压缩室内形成一系列移动压缩腔，用于吸入和压缩气体并将气体从吸气口推向排气口；和分流辅助减压和脉动陷阱(SEDAPT)装置反馈流出回路的第一级，包括扩散室，该扩散室具有第一级流出孔口或喷嘴，在流出孔口出口处配备单向阀，在压缩室内部的移动压缩腔和扩散室之间提供单向流体连通，还具有在扩散室和排气口之间提供流体连通的反馈区域，SEDAPT在运行中，大大降低了气流脉动和诱生振动及噪音，提高了压缩机非设计工况运行效率，而无需使用串联脉动阻尼器或/和滑阀，并且在欠压缩模式下大大减少了泄漏和功耗。2.如权利要求1所述的螺杆压缩机，其特征在于，所述配备单向阀的第一级流出孔口位于距所述吸气口至少一个转子螺距(即与吸气口完全隔离)，但位于所述排气口之前。3.根据权利要求1所述的螺杆式压缩机，其特征在于，还包括第二级反馈流出回路以及所配备单向阀的流出孔口，其入口位于距配备单向阀的第一级流出孔口入口至少一个叶跨距的距离处(即与第一级流出孔口完全隔离)，但位于所述排气口之前。4.根据权利要求1所述的螺杆式压缩机，其特征在于，还包括第三级反馈流出回路以及所配备单向阀的流出孔口，其入口位于距配备单向阀的第二级流出孔口入口至少一个叶跨距的距离处(即与第二级流出孔口完全隔离)。5.如权利要求1所述的螺杆式压缩机，其特征在于，还包括反馈流入回路以及所配备单向阀的流入喷嘴，其入口位于距所述吸气口至少一个转子螺距(即与吸气口完全隔离)，但位于所述排气口之前。6.根据权利要求1所述的螺杆式压缩机，其特征在于，所述流出孔口具有圆形横截面形状，沿所述孔口的轴线从所述移动压缩腔到所述扩散室具有相同或逐渐变化的横截面面积。7.根据权利要求1所述的螺杆式压缩机，其特征在于，所述流出孔口的横截面积相同或逐渐变化，但从所述移动压缩腔到所述扩散室由矩形逐渐过渡到圆形(中间过渡具有不同的截面形状)，其中位于压缩室内壁面的矩形狭槽形的长边与移动压缩腔的狭槽形长边平行。8.根据权利要求5所述的螺杆式压缩机，其特征在于，所述流入喷嘴沿喷嘴轴线从扩散室到喷嘴喉部的截面形状为圆形其面积逐渐减小，从喷嘴喉部到移动压缩腔体的截面形状则由圆形逐渐过渡为到具有相同横截面积的矩形，其中位于压缩室内壁面的矩形狭槽形的长边与移动压缩腔的狭槽形长边平行。9.根据权利要求5所述的螺杆式压缩机，其特征在于，所述流入喷嘴为圆形截面，其截面面积从扩散室经喷嘴喉部进入空腔内逐渐减小。10.根据权利要求5所述的螺杆式压缩机，其特征在于，所述流入喷嘴定位成远离所述转子轴线一定距离并且在与所述转子之一的角旋转切向大致相同的方向上对准转子叶片。11.一种带有分流辅助减压和脉动陷阱(SE...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄秀保，向，
申请(专利权)人：向，
类型：发明
国别省市：