用于将液体注入螺杆式压缩机以抑制噪声的方法和系统的制作方法

专利名称：用于将液体注入螺杆式压缩机以抑制噪声的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及抑制机械系统中所产生的噪声。具体地，本发明涉及在商业和工业空 调和制冷系统中使用的螺杆式压缩机中的噪声抑制。
背景技术：
使用压缩型水冷制冷器是在中型或大型商业、工业或机构建筑中冷却空气的最普 通方法。压缩型水冷制冷器通常由电驱动，但也可以由燃烧发动机或其它动力源驱动。在 水冷制冷器中采用了多种的压缩机。一种普通的压塑机是螺杆式压缩机，其使用旋转型的 容积式机构(positive displacement mechanism)来压缩工作流体，例如制冷剂。
在空调和制冷系统中使用的水冷制冷器需要满足严格的噪声水平要求，诸如由职 业安全和健康协会(OSHA)所规定的要求。然而，螺杆式制冷器在操作期间具有产生产生严 重噪声的倾向。在这些类型的制冷器中所产生噪声的主要来源是来自压缩机的压力脉动， 其产生噪声以及邻近部件的振动。除了螺杆式压缩机，还存在多个次级噪声源，诸如蒸发 器、冷凝器和节热器(economizer)。
现有的螺杆式压缩机设计已经采用了各种设备和方法来抑制由压缩机产生的噪 声，诸如布置在排放室中的消音器和挡板。另外，现有的制冷器已经将液体制冷剂从冷凝器 注入到压缩机排放的气体制冷剂流中，以抑制从压力脉动产生的噪声。但是，在许多操作条 件下，这些现有的制冷器设计需要压力施加设备(诸如泵)来补偿冷凝器与压缩机之间的 负压力差。泵或其它设备的增加提高了系统的成本和复杂性。发明内容
在制冷器组件中使用的螺杆式压缩机包括协作的螺杆转子，其被配置成提高流 过压缩机的气化制冷剂的压力；文丘里管(venturi tube)，其被布置在压缩机中的制冷剂 的流路径中位于转子的下游；以及输入端口，其与文丘里管的喉部流体连通并被配置成将 液体制冷剂从制冷器组件的冷凝器输送到压缩机中的制冷剂的流路径。所述文丘里管被配 置成导致压缩机中的制冷剂的压力降低。从冷凝器输送的液体制冷剂降低了从压缩机排放 的制冷剂的压力中的脉动。


图1是根据本发明的螺杆式制冷器组件的透视图。
图2是包括在图1的制冷器组件中的螺杆式压缩机的轴向剖面图。
图3是图1的螺杆式制冷器组件的示意图，示出了穿过所述系统的制冷剂流。
图4A和图4B是根据图1的制冷器组件的压缩机的两个实施例的示意图。
具体实施方式
图1是螺杆式制冷器组件10的透视图，所述螺杆式制冷器组件10包括螺杆式压缩机12、可变频率驱动器14、冷凝器16以及蒸发器18。在图1中，压缩机12的输入口与蒸 发器18流体相连，并且压缩机12的输出口与冷凝器16流体相连。冷凝器16与蒸发器18 流体相连。可变频率驱动器14装配在冷凝器16上。
图2是图1的螺杆式压缩机12的轴向剖面图，所述压缩机12包括压缩机壳体20、 驱动螺杆22、两个相对的螺杆对、26、轴承壳体观、排放壳体30、排放室32、排放端口 34以 及马达48。壳体20接收中央驱动螺杆22与两个相对的螺杆M和沈。壳体20连接到马 达48、所述马达48被配置成驱动螺杆22J4和26。轴承壳体28接收螺杆轴承^a，所述螺 杆轴承28a促进驱动螺杆22和相对的螺杆M、26的低摩擦旋转。轴承壳体观还从压缩室 36接收压缩的制冷剂，并且将此压缩的制冷剂穿过轴承壳体观中的排放端口 34输送到排 放壳体30中的排放室32。排放室32的尺寸随着排放壳体30的内周表面38而成颈状收 缩。
图3是图1的制冷器组件的示意图，示出了穿过所述系统的制冷剂流。制冷器组 件10是闭环系统，制冷剂通过该系统以各种状态循环，诸如液体和蒸气。作为图1-4的制 冷器组件10中某种程度上的任意起始点，通过流体管42(诸如钢管)或其它管道将低温、 低压的过热气体制冷剂从蒸发器18吸入到螺杆式压缩机12中。在可变频率驱动器14的 控制下由马达48驱动压缩机12。可变频率驱动器14控制提供给马达48的交变电流(AC) 的频率，由此控制马达48的速度以及压缩机12的输出。通过输入端口 40将制冷剂吸入到 压缩机12中，并在螺杆22、24以及22 J6之间压缩所述制冷剂，并且向轴承壳体观中的排 放端口 34运送所述制冷剂。压缩的制冷剂通过排放端口 34进入排放室32。在制冷剂被压 缩之后，从压缩机12通过流体管42将高温、高压的过热气体排放到冷凝器16。制冷器组 件10还可以包括压缩机12和冷凝器16之间的油分离器(未示出)，其在将制冷剂输送到 冷凝器16之前将压缩机润滑剂与制冷剂分开。在冷凝器16中，气体制冷剂随着其给出热 而冷凝为液体。过热的气体制冷剂进入冷凝器16，并且通过热交换过程将该过热的气体制 冷剂降温、冷凝以及过冷(sub-cooled)，该热交换过程例如利用流过冷凝器16的水来吸收 热。液体制冷剂被从冷凝器16排放到计量设备44，所述计量设备44可以将更高温度的、高 压的、过冷的液体转换为低温的、饱和的液体-蒸气混合物。所述低温的、饱和的液体-蒸 气制冷剂混合物从计量设备44通过流体管42进入蒸发器18。蒸发器18中的低压环境使 制冷剂将状态改变到过热的气体，并且从冷却水吸收气化所需要的热，从而降低水的温度。 然后，低压过热气体被吸入压缩机12的输入口，并且连续地重复该循环。然后，通过分配系 统将冷却水循环到冷却旋管，用于提供空气调节或用于其它目的。
制冷器组件10通常可与人相对较接近，因此可以被设计得尽量地抑制噪声的产 生和辐射。螺杆式压缩机12是噪声产生的重要促成因素，这是因为在制冷剂被压缩时所产 生的压力脉动。压缩机12中的压力脉动来自压缩机12内执行的制冷剂压缩过程所导致的 不稳定的质量流量。压缩机12中的压力脉动产生不期望的噪声，所述噪声接着从制冷器组 件10辐射。此外，压力脉动可以在制冷器组件10的部件(诸如管道、换热器或压缩机壳体 20本身)中产生机械振动。通过制冷器组件10传播的机械振动自身可导致产生另外的噪 声和辐射。
为了抑制从压缩机12中的压力脉动产生的噪声，制冷器组件10包括图3中所示 的液体制冷剂管46。管46被配置成将液体制冷剂从冷凝器16输送到压缩机12中的过热5气体制冷剂流。特别地，管46被配置成将来自冷凝器16的液体制冷剂在图2中所示的压 缩室36的下游输送到压缩机12。例如，管46可以将液体制冷剂输送到轴承壳体观中的 通道，所述通道将过热的气体制冷剂通过排放端口 34从压缩室36输送到排放室32。压缩 机12中的气体制冷剂中的噪声由以可听范围频率的压力脉动引起，该范围可以从约20Hz 至20，000Hz。可以通过降低这种压力脉动的幅度来降低噪声水平。将气体制冷剂从冷凝器 16引入到压缩机12中的气体制冷剂流中的目的是通过将能量从气体传递到液相而降低压 力脉动的强度。当液体制冷剂液滴被注入到气体制冷剂流中时，三个机制促成降低压力脉 动a)在液体和气体制冷剂之间的粘性曳力；b)液体和气体制冷剂之间的热传递；以及C) 来自液体制冷剂到气体的气化的质量传递(mass transfer)。一般而言，噪声衰减的幅度取 决于从冷凝器16输送的液体制冷剂的液滴尺寸以及质量流速。由于粘性曳力和热传递的 噪声抑制都是液体尺寸的函数。由于质量传递的噪声抑制是质量流速的函数。粘性曳力和 热传递对降低高于10，OOOHz的频率的噪声特别有效，而气化(即质量传递)对更低的频率 有效。
为了将液体制冷剂从冷凝器16输送到压缩机12中的过热气体制冷剂流，冷凝器 16中的压力必须大于压缩机12中的压力。然而，在压缩室36的下游，过热气体制冷剂通常 具有比冷凝器16中的液体制冷剂的压力更高的压力。因此，本发明的实施例提供了这样的 方法和系统，其用于在压缩机12中的过热气体制冷剂流中引入压力降低，足以将压缩机12 中的压力减小到冷凝器16中的压力之下，而不给系统增加额外的工作(work)。
图4A和图4B是压缩机12的两个实施例的示意图，其配置成在从压缩机12通过 轴承壳体观和排放室32排放的过热气体制冷剂流中引入压力降低。在图4A和图4B中， 压缩机12包括压缩机壳体20、轴承壳体观、排放壳体30、马达48和文丘里管50。压缩室 36布置在压缩机壳体20中，所述室36包括驱动螺杆22和两个相对的螺杆M、26(如图2 中所示)。文丘里管50 (还被称为缩放或者拉瓦尔喷管)沿流的方向包括在喉部连接的渐 缩部分和渐扩部分。文丘里管50的喉部限定了最小截面的位置，并且与冷凝器16通过管 46流体连通，所述管46可以是例如钢管。在图4A的实施例中，文丘里管50被布置在轴承 壳体观中，并且被配置成将制冷剂流52从压缩机12引导到排放壳体30中的排放室32。
当制冷剂流52穿过文丘里管50时，流52的速率随着流52的压力的降低而上升。 文丘里管50的喉部不仅限定最小截面的位置，而且限定制冷剂流52的最小压力的位置。由 此，文丘里管50在制冷剂流52中引入了压力降低，所述制冷剂流52被从压缩机12通过轴 承壳体观和排放室32排放到冷凝器16。在本发明的实施例中，文丘里管50被配置成在制 冷剂流52中引入压力降低，足以将文丘里管50的喉部处的流52的压力减小到被从冷凝器 16引导通过管46的液体制冷剂的压力之下。因此，来自冷凝器16并用于抑制压缩机12中 的噪声的液体制冷剂可以自由地从冷凝器16流到压缩机12，而不给系统增加额外的工作， 例如不使用类似泵的压力施加设备。
在一些应用中，压缩机12中的空间限制可能不允许将文丘里管50布置在轴承壳 体观中。在替代性实施例(图4B)中，文丘里管50被布置在排放壳体30的排放室32内。 在图4B的实施例中，制冷剂流52穿过轴承壳体观通过排放端口 34进入排放室32中的文 丘里管50。随着制冷剂穿过文丘里管50，在制冷剂流52中引入压力降低，所述压力降低能 使液体制冷剂从冷凝器16自由地流过管46并流到压缩机12，而不给系统增加工作。
本发明的实施例提供了用于在制冷器组件的螺杆式压缩机中的过热气体制冷剂 流中引入压力降低的方法和系统，所述压力降低足以将压缩机中的压力减小到冷凝器中的 压力之下，而不给系统增加额外的工作。在压缩机制冷剂流中引入压力降低能使液体制冷 剂从冷凝器自由地流到压缩机而不使用诸如泵的压力施加设备。由此，本发明的实施例通 过将液体从冷凝器注入到压缩机中的气体制冷剂流来抑制从螺杆式压缩机中的压力脉动 产生的噪声，而不明显增加制冷器组件的成本和复杂性。
虽然已经参照优选实施例描述了本发明，但本领域技术人员将理解在不偏离本发 明的精神和范围的情况下可以改变形式和细节。
权利要求
1.一种在制冷器组件中使用的螺杆式压缩机，所述压缩机包括多个协作的螺杆转子，其被配置成提高流过所述压缩机的气化制冷剂的压力； 第一文丘里管，其被布置在所述压缩机中的所述制冷剂的第一流路径中位于所述转子 下游，用于导致所述制冷剂中的压力降低；以及第一输入端口，其与所述第一文丘里管的喉部流体连通并被配置成将液体制冷剂从所 述制冷器组件的冷凝器输送到所述压缩机中的所述制冷剂的所述流路径，用于降低从所述 压缩机排放的所述制冷剂的压力中的脉动。
2.如权利要求1所述的压缩机，其中，所述第一文丘里管位于所述压缩机的轴承壳体中。
3.如权利要求1所述的压缩机，其中，所述第一文丘里管位于所述压缩机的排放壳体中。
4.如权利要求1所述的压缩机，还包括第二文丘里管，其被布置在所述压缩机中的所述制冷剂的第二流路径中；以及 第二输入端口，其与所述第二文丘里管的喉部流体连通并被配置成将液体制冷剂从所 述冷凝器输送到所述压缩机中的所述制冷剂的所述第二流路径。
5.如权利要求1所述的压缩机，其中，所述第一文丘里管将所述压缩机中的所述制冷 剂的压力减小到所述冷凝器中的所述制冷剂的压力之下。
6.一种制冷器组件，包括 螺杆式压缩机；冷凝器，其联接到所述螺杆式压缩机；第一文丘里管，其被布置在穿过所述压缩机的制冷剂的第一流路径中，其中，所述第一 文丘里管包括在喉部连接到渐扩部分的渐缩部分；以及第一管，其联接在所述第一文丘里管的喉部与所述冷凝器之间，并被配置成将液体制 冷剂从所述冷凝器输送到所述压缩机中的所述制冷剂的所述第一流路径，用于降低从所述 压缩机排出的压缩的制冷剂中的脉动。
7.如权利要求6所述的组件，其中，所述螺杆式压缩机包括多个协作的螺杆转子，其被配置成提高流过所述压缩机的所述制冷剂的压力，其中，所 述第一文丘里管被布置在所述螺杆转子的下游。
8.如权利要求7所述的组件，其中，所述第一文丘里管位于所述压缩机的轴承壳体中。
9.如权利要求7所述的组件，其中，所述排放室的所述第一文丘里管位于所述压缩机 的排放壳体中。
10.如权利要求6所述的组件，还包括第二文丘里管，其被布置在所述压缩机中的所述制冷剂的第二流路径中，其中，所述第 二文丘里管包括在喉部连接到渐扩部分的渐缩部分；以及第二管，其联接在所述第二文丘里管的喉部与所述冷凝器之间，并被配置成将液体制 冷剂从所述冷凝器输送到所述压缩机中的所述制冷剂的所述第二流路径。
11.如权利要求6所述的组件，其中，所述第一文丘里管将所述压缩机中的所述制冷剂 的压力减小到所述冷凝器中的所述制冷剂的压力之下。
12.—种在制冷器组件中使用的螺杆式压缩机，所述压缩机包括螺杆转子轴承壳体；第一文丘里管，其被布置在所述轴承壳体中并被布置在被运送穿过所述轴承壳体的制 冷剂的第一流路径中，用于降低所述制冷剂的压力；以及第一输入端口，其与所述第一文丘里管的喉部流体连通，并被配置成将液体制冷剂从 所述制冷器组件的冷凝器输送到所述轴承壳体中的所述制冷剂的所述第一流路径。
13.如权利要求12所述的压缩机，还包括第二文丘里管，其被布置在所述轴承壳体中并被布置在被运送穿过所述轴承壳体的制 冷剂的第二流路径中；以及第二输入端口，其与所述第二文丘里管的喉部流体连通，并被配置成将液体制冷剂从 所述冷凝器输送到所述轴承壳体中的所述制冷剂的所述第二流路径。
14.如权利要求12所述的压缩机，其中，所述文丘里管将所述轴承壳体中的所述制冷 剂的压力减小到所述冷凝器中的所述制冷剂的压力之下。
15.一种在制冷器组件中使用的螺杆式压缩机，所述压缩机包括排放壳体；第一文丘里管，其被布置在所述排放壳体中，并被布置在被运送穿过所述排放壳体的 制冷剂的第一流路径中，用于降低所述制冷剂的压力；以及第一输入端口，其与所述文丘里管的喉部流体连通，并被配置成将液体制冷剂从所述 制冷器组件的冷凝器输送到所述排放壳体中的所述制冷剂的所述第一流路径。
16.如权利要求15所述的压缩机，还包括第二文丘里管，其被布置在所述排放壳体中，并被布置在被运送穿过所述排放壳体的 制冷剂的第二流路径中；以及第二输入端口，其与所述第二文丘里管的喉部流体连通，并被配置成将液体制冷剂从 所述冷凝器输送到所述排放壳体中的所述制冷剂的所述第二流路径。
17.如权利要求15所述的压缩机，其中，所述第一文丘里管将所述排放壳体中的所述 制冷剂的压力减小到所述冷凝器中的所述制冷剂的压力之下。
18.—种抑制制冷器组件的螺杆式压缩机中的噪声的方法，所述方法包括将液体制冷剂从所述制冷器组件的冷凝器引入到流过所述螺杆式压缩机的压缩气体 制冷剂中，以减小所述制冷剂中的脉动；以及在不增加工作的情况下，将所述压缩机中的气体制冷剂的压力减小到所述冷凝器中的 液体制冷剂的压力之下，以促进将所述液体制冷剂引入到所述气体制冷剂中。
19.如权利要求18所述的方法，其中，通过使所述气体制冷剂穿过一个或多个文丘里 管来减小所述气体制冷剂的压力。
20.如权利要求18所述的方法，其中，在所述压缩机中的轴承壳体或排放壳体之一中 减小所述气体制冷剂的压力。
全文摘要
本发明涉及一种在制冷器组件(10)中使用的螺杆式压缩机(12)，包括协作的螺杆转子(22、24、26)，其被配置成提高流过压缩机(12)的气化制冷剂的压力；文丘里管(50)，其被布置在压缩机(129)中的制冷剂的第一流路径中位于转子(22、24、26)的下游；以及输入端口(46)，其与文丘里管(50)的喉部流体连通，并被配置成将液体制冷剂从制冷器组件(10)的冷凝器(16)输送到压缩机中的制冷剂的流路径。文丘里管(50)被配置成导致压缩机(12)中的制冷剂中的压力降低。从冷凝器(16)输送的液体制冷剂减小从压缩机(12)排放的制冷剂的压力中的脉动。
文档编号F04C29/12GK102037245SQ200980118281
公开日2011年4月27日 申请日期2009年5月19日 优先权日2008年5月21日
发明者V·M·西什特拉 申请人:开利公司