空气动力压力脉动阻尼器的制造方法
【专利说明】空气动力压力脉动阻尼器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求保护在2014年I月16日提交的美国临时专利申请61/928，145的权益，其内容以全文弓I用的方式并入到本文中。
技术领域
[0003]本公开大体而言涉及一种压力脉动阻尼器和包括压力脉动阻尼器的压缩机系统。
【背景技术】
[0004]在从压缩机排出的工作流体中可能发生的压力脉动例如可能具有相对较大的振幅并且可能会对下游管路部件造成损坏并且可能造成相对极端的噪声级。例如，额定用于105psi表压的典型无油压缩机将在压缩机的排放口处具有处于与端口通过频率相关的频率、从90psig至120psig的动态压力。端口通过频率表示压缩机排放端口打开以允许压缩空气从压缩机排出的次数。这些脉动始于压缩机的排放口处并且通过整个管路系统向下游迀移。
[0005]压缩机械制造商可能设计使用传统消音器型设计的脉动抑制装置。某些压力脉动阻尼器设计可能包含有在消音器和排气系统中传统地存在的部件。某些阻尼器设计可能包括诸如下列部件:扼流管、节流孔板、支管和亥姆霍兹共振器、吸收性衬里、和/或穿孔管。消音器系统可以由声学家使用在波动方程的解中发现的声学原理来设计。在许多消音器设计中，假定压力脉动作为以声速行进的声波来传播。声波的传播被限定为通过声波传播经过的介质中的分子的压缩和膨胀而实现的能量传输。声波以声速传播并且对于室温的空气而言，速度为约341m/sec。
[0006]某些现有系统具有与特定应用相关的各种缺陷、缺点和劣势。因此，在这个技术领域仍然需要进一步的贡献。
【发明内容】
[0007]本发明的一个实施例是一种独特的压力脉动阻尼器。其它实施例包括用于压力脉动阻尼器的设备、系统、装置、硬件、方法和组合。从下文的描述和与描述一起提供的附图，本申请的另外的实施例、形式、特征、方面、益处和优点将会变得显然。
【附图说明】
[0008]本文做出的描述参考附图，在若干附图中相似的附图标记指代相似零件，并且在附图中:
[0009]图1为示例性压缩机系统的示意框图；
[0010]图2为示例性压力脉动阻尼器的侧视图；
[0011]图3为示例性压力脉动阻尼器的侧视图的截面图；
[0012]图4为示例性压力脉动阻尼器的升高(elevated)侧视图的截面图；
[0013]图5为示例性压力脉动阻尼器的底视图；
[0014]图6为示例性压力脉动阻尼器的侧视图的截面图；
[0015]图7为示例性压力脉动阻尼器的顶视图；
[0016]图8为示例性压力脉动阻尼器的正视图，其中阻尼器的顶部段的一部分以截面示出；
[0017]图9为工作流体流线的示例性图示，示出了在流体通过示例性压力脉动阻尼器行进时的流体压力；
[0018]图10为作为时间的函数在压缩机排放口和脉动阻尼器出口处测量的压力脉动的不例性曲线图；
[0019]图11为工作流体流线中压力的示例性图示，示出了在流体通过示例性压力脉动阻尼器行进时的流体压力；
[0020]图12为示出通过示例性压力脉动阻尼器的工作流体流动的流线的示例性图；以及
[0021]图13为示例性压力脉动阻尼器的截面侧视图。
【具体实施方式】
[0022]为了促进理解本发明的原理，现将参考在附图中示出的实施例且将使用具体的语言来描述实施例。然而将了解本发明的范围预期不受本发明的特定实施例的图示和描述限制。此外，在本发明的范围内设想到对图示和/或描述的(多个)实施例的任何更改和/或修改。另外，如本发明所属领域的技术人员通常将会想到的对本文中示出和/或描述的本发明的原理的任何其它应用也设想为在本发明的范围内。
[0023]本申请大体而言针对于抑制、减轻和/或阻尼在脉动源附近或近场(near-field)中的工作流体中的压力脉动。本文所描述的压力脉动阻尼装置也可以用于抑制在其它流体流动中和在任何装置诸如压缩机或鼓风机的输出处的脉动，如本领域普通技术人员将会理解的那样。
[0024]无源噪声和流体动态控制共用了类似的物理原理。声场的波速为声速，而流体动态漩涡/涡流(涡旋)场的波速为气体的对流速度。气体动态流动的波长是在两个漩涡之间的长度。从声学研究我们得出C= λ *f，其中C为声速，λ为声波长，并且f是频率。从流体动力学我们已知U = L * F，其中U是气体对流速度，L是漩涡分隔距离，并且f是气体非稳定动态的频率。在压缩机中C通常远大于U，即，在大部分压缩机应用中，被定义为m=u/c的马赫数小于0.2。已知上述关系，用于气体动力学的无源控制装置将需要更小的几何长度(λ远大于L)尺度来成功地抵消振荡。本公开教导了一种气体动态无源抵消装置。这种装置的长度尺度基于气体速度U来选择。尽管存在这种装置，声场可能仍从压缩机持续，但本文所公开的设备和方法将通过抵消漩涡而衰减声场的任何进一步生成。如将在下文中进一步详细地解释，在脉冲阻尼器的侧部上的环形进入口和一个限定的排出口将造成流动流线和相关联的漩涡穿过它行进不同的长度，因为每个路径长度不同，取决于流动方位(azimuth)进入角。
[0025]在压缩机的排放口附近，在近场中，在压缩机出口处的流体中存在压力脉动，压力脉动是由于非稳定气体动态流动而产生。气体动态变成压力脉动根源，压力脉动作为空气动力波传播，空气动力波以气体对流速度行进。一般而言，在近场中的主要噪声来源是由于源自压缩机出口处的排放端口开启和关闭造成的气体动态扰动。在压缩机的排放口附近生成压力脉动可以被描述为空气动力学现象。在压缩机排放端口下游，空气动力学不稳定变得更小，而压力脉动扰动发展成声场。声场以声速传播并且它就是作为人们从压缩机所听到的噪声源的声场。
[0026]从压缩机排出的工作流体可以被描述为在转子每次开关时排放的流体段塞(slug)。气体流动主要受到在近场中的其空气动力学性质影响；压力脉动以空气段塞的对流速度行进并且它们的速度由通过压缩机和管路截面积的质量流量决定。在下游更远处，在远场中，流体段塞分解成更小的漩涡结构。压力脉动的空气动力学分量仍存在于远场中，但其振幅强度通常已减小。一直存在的压力脉动的声分量现在变成了主导压力项。
[0027]本公开描述了一种空气动力学装置，其并不需要移动的零件来阻尼在工作流体中的压力脉动。脉动阻尼器形成了用于近场中工作流体的特殊设计的/专门设计的流动路径，其在衰减所述压缩机或鼓风机的压力脉动方面起到中心作用。作为基于空气动力学原理来对工作流体流动的近场中的压力脉动进行阻尼的另一效果，工作流体流动的远场中的声振动也可以减弱。如本文所用的术语空气动力学/空气动态包括流体动力学/流体动态和/或气体动力学/气体动态，取决于用于特定压力脉动阻尼器的工作流体。
[0028]参考附图并且特别地图1，根据本说明书的实施例描绘了压缩机系统10的非限制性示例的方面。压缩机系统10可以包括压缩机或