带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机的制作方法
【专利摘要】一种带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，减少气流和压力脉动以及由此激发的噪音和振动危害，提高变工况气动效率而且不需要变内压缩比设置和/或串接脉动减振器。带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，包括至少一个动涡盘，一个上有气流排气口的静涡盘，两者旋转啮合形成具有内压缩比的压缩腔。涡旋式压缩机的旁支脉动陷阱，包括与压缩腔并联的脉动陷阱腔，其内有多种气流脉动衰减设置，或气流脉动能量回收设置，或气流脉动隔离设置。在压缩腔内至少有一个位于气流排气口前的射气口(陷阱进口)连接压缩腔和脉动陷阱腔，在脉动陷阱腔上至少有一个反馈回气口(陷阱出口)将脉动陷阱腔与涡旋式压缩机的排气口相连接。
【专利说明】
带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机
技术领域
[0001]本发明通常与各种旋转式压缩机领域相关，细属于涡旋式压缩机的旁支脉动陷阱，具有减少气流和压力脉动以及由此激发的噪音和振动危害，提高变工况气动效率而不需要串接气流脉动减振器(也称消音器)和/或使用变内压缩比设置的特点。
【背景技术】
[0002]涡旋式压缩机，也称涡旋栗或涡旋式真空栗，是一种借助容积变化来实现气体(空气，实际气体或用于空调制冷介质)压缩的流体机械。涡旋压缩机可以适用于宽广的流域和不同的介质(如不同气体或气液两相)，因此被广泛地应用于各种各样的民用或工业应用，如空调制冷，给汽车发动机增压，或作为真空栗使用。另外，涡旋压缩机循环的反过程通常称为涡旋式膨胀机，即利用压缩气体(空气，实际气体或用于空调制冷介质)的膨胀来做功。许多家用热栗和空调系统，或汽车空调系统，通常使用涡旋式压缩机，而不是传统型的旋转式往复式压缩机。
[0003]涡旋式压缩机由一个动涡盘，在偏心轴的直接驱动下，围绕着一个静涡盘旋转啮合而形成工作腔(压缩腔)，并在旋转过程中使得工作腔的容积缩小来压缩气体。其本质仍是容积式压缩机，都含有一个进气口，一个容积可变化的工作腔(压缩腔)和一个排气口。其压缩循环为:进气—密闭—压缩—排气—消音减振。图3a展示了传统涡旋式压缩机的压缩循环原理图。气体首先由涡盘外沿进气口进入静涡盘和动涡盘啮合形成的工作腔(压缩腔)，然后压缩腔对进气口关闭(密闭)，并随转子的旋转向位于涡盘中心的排气口移动，同时压缩腔容积逐渐缩小，气体压力逐渐升高，当压缩腔压力达到一定的设计值时，排气口打开，气体从排气口排出，进入串接的消音器或脉动减振器。由于整个过程是由高速旋转的涡盘连续完成，比往复式压缩机的速度可以快很多，具有尺寸小运转平稳等优点。
[0004]但涡旋式压缩机的机理本质仍和其它容积式压缩机(见图2)相同，也是将原本连续的气流分成一个个与压缩机压缩腔大小相同的不连续的流体团，再将其压缩并在排气后重新汇合到一起，故气流或压力脉动为涡旋式压缩机的固有属性，其频率为压缩腔单位时间的排气次数，而脉动大小则与排气时压缩腔内与排气口处(也称系统背压)的压力差相关。通常将排气时压缩腔的压力大于排气口压力的工况叫过压缩，而将排气时压缩腔的压力小于排气口压力的工况叫欠压缩。对于有定压缩比的压缩机，当系统所需压力(背压)变化时，都会有过压缩或欠压缩的情形出现，而过压缩或欠压缩的程度大小是产生气流或压力脉动的直接动力源。大的压力脉动和气流脉动会使下游的系统零部件产生疲劳破坏，并诱发很大的振动和噪音(可达140dB以上)，是涡旋式压缩机的致命缺点。
[0005]为了控制涡旋式压缩机的排气口气流和压力脉动，通常的办法是在压缩机排气口串接一个消音器或脉动减振器，这些消音器或脉动减振器以抗式为主，内有空腔、隔板和多孔管等。其降噪和减小气流脉动的效果一般很显著，可达10-20分贝以上，但缺点是在消音器内有流动压力损失(相应的系统气动效率下降)，损失大小与脉动的衰减大小成正比，另夕卜，衰减大的消音器通常体积较大，其板焊结构和额外的表面积也使其会产生很大的振动并辐射其它频率的噪音，并且其内部结构受气流脉动的作用，会产生疲劳破坏并潜在地影响下游系统零件的寿命。
[0006]针对上述问题，已经有不同的技术试图取代通常在出口串接消音器或脉动减振器的做法。比如，美国专利5，370，512(发明人Fujitani)，提出改变出气口几何形状使出口逐渐打开排气来降噪减振。然而，这种方法的降噪减振效果有限:一般只有5-10dB，在压缩机出口仍需要串接消音器或脉动减振器，没能从根本上消除串接消音器以及其产生的流动损失(对应气动效率下降)。另外，在欠压缩或过压缩时(也称非设计工况)，涡旋压缩机效率下降问题，仍不能得到解决。
【发明内容】
[0007]为了解决以上问题，本发明从一种新的气流压力脉动机理入手(见图la、图lb，激波管原理图)，提出了脉动问题的主要起因类似激波管原理，是脉动流体和强波的相互及共同作用的新观点。图3c_3d展示了传统涡旋式压缩机在欠压缩或过压缩时，排气口突然打开后所激发的压缩波(同心密圆弧标注)和膨胀波(同心疏圆弧标注)向压缩腔和排气管道传播的新机理图，并在此基础上提出了取代通常在排气口串接消音器或脉动减振器的新方法-旁支脉动陷阱方法，这样不仅可以在源头减少气流和压力脉动以及由此激发的噪音和振动危害，而且不需要串接脉动减振器(消音器)，并使得变工况气动效率和安全可靠性更好，同时又减小了系统的体积。
[0008]因此，本发明的第一个目的是提供一种崭新和独特的涡旋式压缩机旁支脉动陷阱的设计与结构，它与压缩腔并联，可以在出口排气前减小气流和压力脉动及其诱发的噪音和振动。
[0009]本发明的另一个目的是提供一种崭新和独特的涡旋式压缩机旁支脉动陷阱的设计与结构，它与压缩腔并联，有着优良的变工况气动效率，且结构简单安全可靠性好。
[0010]本发明的另一个目的是提供一种崭新和独特的涡旋式压缩机旁支脉动陷阱的设计与结构，它与压缩腔并联为一体，取代传统串接消音器，体积小，安全可靠性好。
[0011]本发明的另一个目的是提供一种崭新和独特的涡旋式压缩机旁支脉动陷阱的设计与结构，可以在宽广的压比范围内减小气流和压力脉动及其诱发的噪音和振动。
[0012]本发明的另一个目的是提供一种崭新和独特的涡旋式压缩机旁支脉动陷阱的设计与结构，可以在不同速度或宽广的排气频率范围内减小气流和压力脉动及其诱发的噪音和振动。
[0013]本发明的另一个目的是提供一种崭新和独特的涡旋式压缩机旁支脉动陷阱的设计与结构，其系统变工况(不同压比或不同速度时的工况)气动效率要大大高于传统的带串接消音器或脉动减振器的效率。
[0014]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0015]—种带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，它包括:
[0016]a.至少一个动涡盘，一个上有气流排气口的静涡盘，两者旋转啮合形成具有内压缩比的压缩腔；
[0017]b.旁支脉动陷阱，包括与压缩腔并联的脉动陷阱腔，其内有多种气流脉动减震(也称脉动衰减)设置，或气流脉动能量回收设置，或气流脉动隔离设置。在压缩腔内至少有一个位于气流排气口前的射气口(陷阱进口)连接压缩腔和脉动陷阱腔，在脉动陷阱腔上至少有一个反馈回气口(陷阱出口)将脉动陷阱腔与涡旋式压缩机的排气口相连接；
[0018]c.此带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机能够在排气前减少气流和压力脉动以及由此激发的噪音和振动危害，提高变工况气动效率而且不需要变内压缩比设置和/或串接脉动减振器。
[0019]所述的射气口位于离开压缩机气流进口距离等于或大于压缩腔刚刚对进气口关闭(密闭)处，但始终在压缩机排气口之前。
[0020]所述的射气口的形状为等面积形状，或反馈流方向的横截面积减小的喷管，或反馈流方向的横截面积先减小再逐渐增大的拉法尔喷管。
[0021 ]所述的脉动减震设置包括至少一层多孔装置。
[0022]所述的脉动减震设置包括至少一个隔板和每个隔板上至少一个多孔装置。
[0023]所述的脉动减震设置包括至少一层多孔装置，上面至少有一个可以与脉动陷阱进口异步关闭或开启的阀门，即脉动陷阱进口开启它关闭，而脉动陷阱进口关闭则它开启。
[0024]所述的脉动减震设置包括在脉动陷阱进口至少一个塞式脉动衰减器。
[0025]所述的脉动减震设置包括在脉动陷阱进口至少一个塞式脉动衰减器，与之串联至少有一层多孔装置。
[0026]所述的脉动减震设置包括在脉动陷阱进口至少一个塞式脉动衰减器，与之串联至少有一个可以与脉动陷阱进口异步关闭或开启的阀门，即脉动陷阱进口开启它关闭，而脉动陷阱进口关闭则它开启。
[0027]所述的脉动减震设置或脉动能量回收设置包括至少一个隔膜或活塞和与之并联的至少一个多孔装置来吸收脉动能量，并将此能量用于驱动从脉动陷阱出口流向陷阱进口的反馈回流。
[0028]所述的脉动减震设置或脉动能量回收设置包括至少一个隔膜或活塞来吸收脉动能量，与之并联至少有一个开口，吸收的能量用于驱动经过此开口的反馈回流。
[0029]所述的脉动减震设置或脉动能量回收设置包括至少一个隔膜或活塞来吸收脉动能量，与之并联至少有一个可以与脉动陷阱进口异步关闭或开启的阀门，吸收的能量用于驱动经过此阀门的反馈回流。
[0030]所述脉动陷阱还包括至少一个安置在压缩机排气口处的多孔装置，处于脉动陷阱出口之前或之后。
[0031 ]所述脉动隔离设置包括至少一个安置在脉动陷阱出口的控制阀门。
[0032]所述脉动隔离设置包括至少一个安置在脉动陷阱出口的控制阀门以及脉动陷阱内串联至少一层多孔装置。
[0033]安置在脉动陷阱出口的阀门是单向阀，如簧片阀或异步旋转阀，即脉动陷阱进口开启它关闭，而脉动陷阱进口关闭则它开启。
[0034]阀门是簧片阀，或是旋转阀，或是簧片阀和旋转阀的混合。
[0035]多孔装置孔的形状为等宽形状，或反馈流方向的横截面积减小的喷管或反馈流方向的横截面积先减小再逐渐增大的拉法尔喷管。
[0036]多孔装置孔的形状为等宽形状，或出口排气方向的横截面积减小的喷管或反馈流方向的横截面积先减小再逐渐增大的拉法尔喷管。
[0037]旁支脉动陷阱腔内或腔壁上，至少有一层吸音材料或类似功能的设置，使得陷阱内的波能尽快转换成热能。
[0038]这些和其它新颖性以及本发明的目的，将通过以下有关图示和【具体实施方式】的详细描述、讨论和权利要求而更为清晰。
【附图说明】
[0039]参考有关图示的目的仅仅是为了说明，但不限于图示，现说明如下:
[0040]图1a-1b是一个激波管原理图，表示一直管内分隔两边不同压力气体的隔膜突然打开后所激发的流动、波动和压力分布，也是本发明的气流及压力脉动产生机理图；
[0041]图2是一个典型的压缩机分类图，图中显示现有的容积式压缩机的各种类型，均适合本发明对象的原理；
[0042]图3a_3b(此前工艺)是传统涡旋式压缩机动静涡盘旋转啮合形成压缩腔及排气口串接消音器或脉动减振器的通用原理图；图3c_3d是图3a中排气瞬间的局部放大图，展示在欠压缩(图3c)或过压缩(图3d)时排气口突然打开后所激发的压缩波和膨胀波及流体向压缩腔和脉动陷阱腔的传播和流动；
[0043]图4a_4b展示本发明带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机在欠压缩(图4a)或过压缩(图4b)时新的压缩循环；图4c-4d是图4a-4b中排气瞬间的局部放大图，展示在欠压缩(图4c)或过压缩(图4d)时脉动陷阱进口突然打开后所激发的压缩波和膨胀波及流体向压缩腔和脉动陷阱腔的传播和流动；
[0044]图5a是局部剖面图，表示本发明带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机的一个最佳实现方案:在脉动陷阱内使用阻式脉动衰减器;图5b则是另一个最佳实现方案:在脉动陷阱内使用抗式脉动衰减器；
[0045]图6a是局部剖面图，表示本发明带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机的另一个最佳实现方案:在脉动陷阱外使用阻式脉动衰减器；图6b是一个剖面图，表示本发明旁支脉动陷阱所使用的阻式脉动衰减器多孔装置的几种形状；
[0046]图7a_7b是局部剖面图，表示本发明带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机的另一个最佳实现方案:使用隔膜来吸收脉动并协助反馈进气；
[0047]图8为局部剖面图，表示本发明带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机的另一个最佳实现方案:在脉动陷阱进口使用塞式脉动衰减器(微小阻式脉动衰减器)；
[0048]图9a_9b为局部剖面图，表示用于本发明旁支脉动陷阱的旋转阀和簧片阀处于开启或关闭状态；
[0049]图10为局部剖面图，表示本发明带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机的另一个最佳实现方案:在脉动陷阱出口处使用阀门来隔离。
【具体实施方式】
[0050]尽管下面将参照有关图示来描述本发明的具体实现方案，但应该理解，这里的实现方案仅仅是作为例子和说明，而根据本发明的原理可以实现的其它方案则有很多种。很明显，对于熟悉这些工艺的人，在本发明范畴内的各种各样的变化和修改，将被认为属于本发明的精神、范围和考虑之列，这将在附加的权利要求中进一步明确。
[0051]另外需要指出的是，尽管有关图示和描述采用的是空气涡旋式压缩机的欠压缩工况来展示本发明的具体实现方案，其原理和精神也可以用于过压缩工况。同样原则还适用于介质:无论是空气还是其它真实气体，气态或液态或两相流(如空调制冷介质)。最后，此原理也适用于容积式膨胀机，如涡旋式膨胀机，不同之处在于膨胀机使用压差来产生轴功。
[0052]作一个简短介绍，本发明涡旋式压缩机的旁支脉动陷阱，包括一个动涡盘，一个上有气流排气口的静涡盘，两者旋转啮合形成具有内压缩比的压缩腔。还包括与压缩腔并联的脉动陷阱腔，其内有多种气流脉动衰减设置，或气流脉动能量回收设置，或气流脉动隔离设置。在压缩腔内至少有一个位于气流排气口前的射气口(陷阱进口)连接压缩腔和脉动陷阱腔，在脉动陷阱腔上至少有一个反馈回气口(陷阱出口)将脉动陷阱腔与涡旋式压缩机的排气口相连接。
[0053]本发明带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，减少气流和压力脉动以及由此激发的噪音和振动危害，提高变工况气动效率而不需要串接脉动减振器和/或使用变内压缩比设置。
[0054]参考图4a_4b，这里展示的是带有旁支(并联)脉动陷阱的涡旋式压缩机压缩循环原理图。广而言之，脉动陷阱方法解决脉动问题策略是:在气流到压缩机排气口之前，将压力脉动首先引诱到脉动陷阱内，再在脉动陷阱内予以衰减，这样在压缩机排气口排气时，气流已无压力脉动。图3a_3b显示的是最常用的传统串接消音器或脉动减振器的方法，它的脉动衰减发生在压缩机排气口之后，脉动衰减器与压缩腔及后面的排气口串联连接;而本发明带有旁支脉动陷阱涡旋式压缩机的脉动衰减则发生在压缩机排气之前，脉动衰减器(在脉动陷阱腔内)与压缩腔并联连接。相对于传统容积式压缩循环，两者的进气和压缩冲程仍相同，但排气和脉动衰减冲程的次序则完全不同。脉动陷阱腔与压缩腔间至少有一个射气口(即陷阱进口)，连接压缩腔和脉动陷阱腔，并且脉动陷阱腔与排气腔间至少有一个反馈回气口(即陷阱出气口)，将脉动陷阱腔与排气腔相连接。脉动陷阱腔内有气流脉动衰减设置，它在气流排出压缩机排气口之前(而不是传统压缩循环在气流排出压缩机排气口之后)，将压力脉动首先引诱到脉动陷阱内，并在脉动陷阱内予以衰减，这样在压缩机排气口排气时，气流已无压力脉动。如图4c所示，在压缩腔突然向脉动陷阱腔打开的瞬间，由于压缩腔和脉动陷阱腔之间存在压力差(欠压缩工况时的压差，因为脉动陷阱腔与压缩机出口连接，此压差即为压力脉动之源)，根据激波管理论，此时在陷阱进口会激发出一系列的压力波和流体流动。所产生的压力波中的压缩波(同心密圆弧标注)和流体将向低压的压缩腔内传播流动并压缩里面的气体，而与此同时产生的压力波中的膨胀波(同心疏圆弧标注)将向高压的陷阱腔内传播，并在那里被脉动减震设置所阻挡并衰减。因为波的传播速度是动涡盘线速度的10-50倍，波动反射几次(十次以下)即衰减效果显著，也即陷阱进口开启只需在排气口打开之前足够远即可，目标是在压缩机排气口排气时，压力脉动在脉动陷讲内已衰减完毕。图4d展示了过压缩时类似的过程，即脉动陷阱进口突然打开后所激发的压缩波和膨胀波及流体分别向脉动陷阱腔和压缩腔的传播和流动。
[0055]本发明带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机的脉动衰减与传统的排气口串联连接的减振器或消音器的差别在于排气和脉动衰减的时间先后:不像传统方法那样等到排气口排气之后再衰减(传统方法压缩腔和脉动衰减器是串联关系)，旁支脉动陷阱方法将压力脉动衰减提前到排气前，在压缩机排气口前的射气口即开始均压过程(将欠压或过压部分去掉)，而且均压和脉动衰减同时进行，即压缩腔和脉动衰减器是并联关系。
[0056]这样做有下面好处。首先，压力脉动流得以从主流中分离出来，只有脉动流需要经过脉动陷阱内的衰减器，此时脉动陷阱出口压力与压缩机排气口相同，即没有背压;而传统串接衰减器中脉动流和主流则在排气时混合在一起，主流和脉动流均要经过串接衰减器，致使总的流动压力损失增加，也即压缩机有串接衰减器损失那部分的背压，导致压缩机整机效率下降。第二，旁支脉动陷阱离脉动源头近，并可以与压缩机静涡盘连为一体，真正在源头来减小气流压力脉动及其诱发的噪音和振动，使压缩机体积减小，因为取代了传统串接消首器。
[0057]参考图4c，这里显示的是一个典型的为实现本发明带有旁支脉动陷阱50的涡旋式压缩机10的最佳方案。本发明带有旁支脉动陷阱50的涡旋式压缩机10通常包括气流进口(没显示)，一个动涡盘25，一个上有气流排气口 38的静涡盘20，动涡盘25和静涡盘20旋转啮合形成具有内压缩比的压缩腔37，并推动压缩腔37内的气体通过气流排气口 38排入排气腔28。静涡盘20与排气腔28之间形成脉动陷阱腔51，其内有多种气流压力脉动衰减设置43。在脉动陷阱腔51和压缩腔37交接面上至少有一个射气口 41(陷阱进口)连接压缩腔37和脉动陷阱腔51，在脉动陷阱腔51与排气腔28交接面上至少有一个反馈回气口 48 (陷阱出口)将脉动陷阱腔51与涡旋式压缩机的气流排气口 38相连接。
[0058]作为本发明一个重要的新颖性和独特性，涡旋式压缩机10的压缩腔37与旁支脉动陷阱50并联。如图4c所示的最佳方案中，旁支脉动陷阱50包括静涡盘20和排气腔28之间形成的脉动陷阱腔51，其内有气流压力脉动衰减设置43，或气流压力脉动能量回收或隔离设置(未显示)。脉动陷阱腔51和压缩腔37之间的射气口(陷阱进口)41将压缩腔37和脉动陷阱腔51进口相连接，而脉动陷阱腔51与排气腔28之间的反馈回气口(陷阱出口)48则将脉动陷阱腔51出口与涡旋式压缩机的气流排气口 38相连接。如图4c所示，在动涡盘25与静涡盘20旋转啮合压缩即将完毕时，陷阱进口41突然开启，即压缩腔37突然向脉动陷阱腔51打开，由于两者间存在压力差(即压缩机欠压缩的量)，根据激波管理论，此时在陷阱进口 41会激发出一系列的压力波和流体流动。所产生的压力波中的压缩波(同心密圆弧标注)和诱生的脉动流(箭头标注)将传向低压的压缩腔37并继续压缩里面的气体，而与此同时产生的压力波中的膨胀波(同心疏圆弧标注)将朝相反方向的高压陷阱腔51内传播，并在那里被脉动衰减设置43所阻挡并衰减。在图4c右图中，小箭头53表示脉动流体流动或反馈流的流向如下:由陷阱出口 48进入陷阱腔51，经过脉动衰减设置43，收敛到陷阱进口 41，最后到压缩腔37内。图4c右图中的大箭头则表示压缩腔37内主流排气方向。
[0059]当传统涡旋式压缩机10配有本发明旁支脉动陷阱50时，它可以在排气前减少气流和压力脉动以及由此激发的噪音和振动危害，提高变工况气动效率而且不需要串接脉动减振器和/或使用变内压缩比设置。
[0060]旁支脉动陷阱50的工作原理如下。参照图4c和图5a，带有旁支脉动陷阱50的涡旋式压缩机10，其进气和压缩冲程与传统涡旋式压缩机相同(参见图3a)，但排气和脉动衰减冲程的次序则完全不同。如图4c所示，传统的排气和脉动衰减要等到压缩完毕即压缩机排气口 38打开后进行，而脉动陷阱在静涡盘20上额外有个射气口(陷阱进口)41，会在压缩完毕之前开启，而此时压缩机排气口 38仍关闭。当压缩腔37突然向脉动陷阱51打开时，如果两者间没有压差，根据激波管理论，这时不会产生气流和压力脉动，即压缩腔37与脉动陷阱腔51之间没有压差诱生的波和流产生。但如果两者间存在压力差，如欠压缩工况时脉动陷阱内51的压力大于压缩腔37内压力，这时会在陷阱进口 41处激发出一系列的压力波和流体流动。所产生的压力波中的压缩波和脉动流将向低压的压缩腔37传播并压缩里面的气体，而与此同时产生的压力波中的膨胀波将向高压的陷阱腔51内传播，并在那里被脉动衰减设置43所阻挡并衰减。为了增加脉动衰减速率，可以在脉动陷阱腔51内部或腔壁上使用一些吸音材料或设置，使得陷阱内的波动尽快转换成热。因为压力波的传播速度是动涡盘25线速度的10-50倍，波动衰减可以很快地在压缩腔37排气前完成，这样在出口 38排气时压缩腔37和排气口 38之间已无压差，即气流已无脉动动力，因此不再需要在出口串接脉动衰减器。
[0061]另外，在压缩腔37突然向脉动陷阱腔51打开的瞬间，在陷阱进口41处会同时激发出脉动流体流动。根据激波管理论，诱发的流体速度可以大到接近或超过音速，所以有必要在射气口 41采用不同形状的喷嘴来适应流速的需要。图6b展示了几种喷嘴:等宽形状的孔板61或反馈流方向的横截面积减小的喷管63或反馈流方向的横截面积先减小再扩大的喷管拉法尔喷管65，可以使用一个或数个喷嘴，喷管比孔板能增加高速流动时的流量和效率，拉法尔喷管65则可达超音速。同样，当脉动陷阱51内的衰减设置43是多孔装置时，通过孔洞的诱发流体速度也可以很大，这时也可以使用比孔板61流动损失更小的喷管63和65来提高反馈回流流量和效率，其几何形状如图6b所示，数量上可以使用一个或多个。
[0062]图4d则展示了过压缩时类似于图4c展示的欠压缩时的脉动陷阱50工作过程，即脉动陷阱进口 41突然打开后由于压缩腔37内的压力大于脉动陷阱腔51内的压力，这时所激发的压缩波脉动流和膨胀波分别向脉动陷阱腔51和压缩腔37的传播，但过压缩工况压缩机整机要额外做功，致使效率远远低于欠压缩工况的效率，所以在设计时应尽量避免。
[0063]图5a_5b展示了本发明涡旋式压缩机10带有旁支脉动陷阱50的两种最佳实现方案:图5a显示了脉动陷阱内使用阻式衰减的一种-即采用至少一层多孔装置43(可以是多孔板-如图5a显示，也可以是多孔管-未显示；可以使用一个多孔板-如图5a下图显示，也可以使用多个多孔板-如图5a上图显示)来衰减气流和压力脉动，其原理是利用开孔面积远远小于未开孔面积，使得反馈流体53(欠压缩工况)仍然可以通过多孔装置43上的开孔由陷阱出口48进入陷阱腔51，再经过陷阱进口41进入到压缩腔37内，因为波是以波面(图中的同心圆弧表示)来传播，因此绝大多数的压力波会由未开孔面积的反射被约束在脉动陷阱51内。由于多孔装置43上的开孔面积远远小于未开孔面积，这时通过开孔的流体流速可以很高，为了利用最小的面积通过最大的流量，多孔装置43上的孔也可以采用图6b展示的不同形状的喷嘴来适应流速的需要:即等宽形状的孔板61，或反馈流方向的横截面积减小的喷管63，或反馈流方向的横截面积先减小再扩大的喷管拉法尔喷管65。
[0064]图5b则显示了旁支脉动陷阱50内使用抗式衰减设置44来衰减气流和压力脉动，其原理与阻式大致相同-通流阻波，但采用隔板45和多孔管46匹配的方式。抗式衰减设置内的隔板45可以是一个或多个，每个隔板45上可以有一个或多个多孔管46，以形成多级多次气流和压力脉动衰减。
[0065]图6a展示了本发明涡旋式压缩机10另一种带有旁支脉动陷阱60的最佳实现方案:置于压缩机排气口 38的塞式脉动衰减设置47或/和排气腔28内的脉动衰减设置49，来辅助脉动陷阱51的工作，图6a上图显示塞式脉动衰减设置47置于脉动陷阱出口 48之前排气口 38之后，图6a下图显示脉动衰减设置49置于排气口 38和脉动陷阱出口 48之后。其工作原理仍然是依靠多孔装置47和49阻波通流的功能，将压缩机排气口 38处可能剩余的压力波阻隔在压缩机内，但允许流体交换。同上，为了利用最小的面积通过最大的流量，多孔装置47和49上的孔也可以采用图6b展示的不同形状的喷嘴来适应流速的需要:即等宽形状的孔板61，或反馈流方向的横截面积减小的喷管63，或反馈流方向的横截面积先减小再扩大的喷管拉法尔喷管65。孔的数量可以使用一个或多个，另外单向流动喷管63和65的方向设置为排气方向。
[0066]图7a_7b展示了本发明涡旋式压缩机10另一种带有旁支脉动陷阱70的最佳实现方案:使用隔膜71或活塞(未显示)来吸收气流脉动能量、减少脉动并协助反馈进气。图7a展示一个阀门72和隔膜71组合的设置，上图展示了充能过程，这时陷阱进口 41对压缩腔37打开而阀门72关闭；下图展示了放能过程，这时陷阱腔51上阀门72向陷阱出口 48打开。阀门72可以是满足以上功能的任何形式的阀门，图9a-9b给出旋转阀门和簧片阀门作为例子。此最佳实现方案的充能过程工作原理如图7a的欠压缩工况显示，在压缩腔37突然向脉动陷阱51打开的瞬间，产生的压缩波将向压缩腔37传播，而与此同时产生的膨胀波将向陷阱腔51内传播，由于压缩腔37的压力小于陷阱腔51的压力，此时隔膜71会被拉向陷阱进口41，同时也吸收了脉动能量，并将之储存于弹性变形(蓄能)。这时处于陷阱出口 48前的阀门72处于关闭，因此将脉动波隔离在脉动陷阱51内。随着压缩腔37和陷阱腔51之间的压力差逐渐消失，隔膜71会由储存的能量驱动而反弹(放能)，降低陷阱腔内的压力，进而驱使(协助)反馈流动通过这时业已打开的阀门72，使陷阱腔中的压力不断增加。通过这样与隔膜71运动开启和关闭阀门72，脉动能量可以被隔离在陷阱腔51内，并得以吸收和利用，进而达到治理脉动和提高效率的目的。图7b与图7a原理类似，但没有使用阀门，而是由脉动衰减设置43取代阀门72和隔膜71组合的设置。
[0067]图8展示了本发明涡旋式压缩机10另一种带有旁支脉动陷阱80的最佳实现方案:置于脉动陷阱进口 41的塞式脉动衰减设置81，右边放大图中展示了塞式脉动衰减设置81的几种可能的形状。其工作原理是在脉动源头，也即脉动陷阱进口 41处，利用多孔装置81的阻波通流的功能，减缓组成脉动的所有三个部分:即压缩波-脉动流-膨胀波。如前所述，为了利用最小的面积通过最大的流量，多孔装置81上的孔也可以采用图6b展示的不同形状的喷嘴来适应流速的需要:即等宽形状的孔板61，或反馈流方向的横截面积减小的喷管63，或反馈流方向的横截面积先减小再扩大的喷管拉法尔喷管65。孔的数量可以使用一个或多个，另外单向流动喷管63和65的方向设置为气体流动方向。
[0068]图10展示了本发明涡旋式压缩机10另一种带有旁支脉动陷阱90的最佳实现方案:使用控制阀门96来隔离脉动的传播。图10上图展示阀门96关闭状态而下图则展示阀门96开启状态。此最佳实现方案的工作原理利用了在欠压缩时陷阱腔51内膨胀波动和反馈流体运动方向相反的特点，使用单向阀96让流体通过而阻挡反方向传播的膨胀波。图10上图展示了膨胀波隔离过程，这时陷阱进口41对压缩腔37打开而陷阱出口48处阀门96关闭；同样，下图展示了让反馈流体通过的过程，这时陷阱出口 48处阀门96打开。阀门96可以是满足以上功能的任何形式的单向或可以同步控制的阀门，图9给出旋转和簧片阀门作为例子。此最佳实现方案的膨胀波隔离过程工作原理如图10上图显示，在压缩腔37突然向脉动陷阱51打开的瞬间，产生的压缩波将向压缩腔37内传播，而与此同时产生的膨胀波将向陷阱腔51内传播，由于此时位于陷阱出口 48的阀门96处于关闭状态，陷阱腔51内的膨胀波被隔离在脉动陷阱腔51内，通过多次反射来消耗其脉动能量。随着陷阱腔51内的压力逐渐降低，阀门96会再次打开，驱动反馈流流入陷阱腔51，使其内的压力不断增加，直到阀门96再关闭。通过这样与压缩腔37打开同步设置阀门96的关闭和开启，脉动能量可以被有效的隔离在陷阱腔51内并衰减掉，进而达到治理脉动的目的。图10下图的方框中显示了脉动陷阱51内可以额外加入脉动衰减设置43，以便更为有效的衰减脉动。
[0069]由上可见，本发明提供的有独特性和新颖性的带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，能够减少气流和压力脉动以及由此激发的噪音和振动危害，提高变工况气动效率而不需要串接脉动减振器和/或使用变内压缩比设置。
[0070]当然，本发明并没有特意局限于任何特别的形式或配置，或者任何具体的实现方式及任何特指的使用，此中所透露的，在没有离开本发明申请的如上文所示并描述的精神或范围情况下，同样的实质在各种各样的细节或者关系上可能被改变。这里展示的装置或方法仅仅是为了说明和披露一些实现的最佳形式，而非展示所有本发明可能被实现或操作的不同形式或改动。
[0071]充分依照专利法律法规，本发明已经有相当多的细节描述，以提供至少有关它体现形式之一的公开技术信息披露。但是，这样的详细描述并无意图从任何方面去限制本发明的那些广泛的特征或者原理。
【主权项】
1.一种带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，其特征在于，它包括: a.至少一个动涡盘，一个上有气流排气口的静涡盘，两者旋转啮合形成具有内压缩比的压缩腔； b.旁支脉动陷阱，包括与压缩腔并联的脉动陷阱腔，其内有多种气流脉动减震设置，或气流脉动能量回收设置，或气流脉动隔离设置。在压缩腔内至少有一个位于气流排气口前的射气口(陷阱进口)连接压缩腔和脉动陷阱腔，在脉动陷阱腔上至少有一个反馈回气口(陷阱出口)将脉动陷阱腔与涡旋式压缩机的排气口相连接； c.此带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机能够在排气前减少气流和压力脉动以及由此激发的噪音和振动危害，提高变工况气动效率而且不需要变内压缩比设置和/或串接脉动减振器。2.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，其特征在于，所述的射气口位于离开压缩机气流进气口距离等于或大于压缩腔刚刚对进气口关闭(密闭)处，但始终在压缩机排气口之前。3.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，其特征在于，所述的射气口的形状为等面积形状，或反馈流方向的横截面积减小的喷管，或反馈流方向的横截面积先减小再逐渐增大的拉法尔喷管。4.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，其特征在于，所述的脉动减震设置包括至少一层多孔装置。5.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，其特征在于，所述的脉动减震设置包括至少一个隔板和每个隔板上至少一个多孔管。6.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，其特征在于，所述的脉动减震设置包括至少一层多孔装置，上面至少有一个可以与脉动陷阱进口异步关闭或开启的阀门，即脉动陷阱进口开启它关闭，而脉动陷阱进口关闭则它开启。7.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，其特征在于，所述的脉动减震设置包括在脉动陷阱进口至少一个塞式脉动衰减器。8.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，其特征在于，所述的脉动减震设置包括在脉动陷阱进口至少一个塞式脉动衰减器，与之串联至少有一层多孔装置。9.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，其特征在于，所述的脉动减震设置包括在脉动陷阱进口至少一个塞式脉动衰减器，与之串联至少有一个可以与脉动陷阱进口异步关闭或开启的阀门，即脉动陷阱进口开启它关闭，而脉动陷阱进口关闭则它开启O10.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，其特征在于，所述的脉动减震设置或脉动能量回收设置包括至少一个隔膜或活塞和与之并联的至少一个多孔装置来吸收脉动能量，并将此能量用于驱动从陷阱出口流向陷阱进口的反馈回流。11.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，其特征在于，所述的脉动减震设置或脉动能量回收设置包括至少一个隔膜或活塞来吸收脉动能量，与之并联至少有一个开口，吸收的能量用于驱动经过此开口的反馈回流。12.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，其特征在于，所述的脉动减震设置或脉动能量回收设置包括至少一个隔膜或活塞来吸收脉动能量，与之并联至少有一个可以与脉动陷阱进口异步关闭或开启的阀门，吸收的能量用于驱动经过此阀门的反馈回流。13.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，其特征在于，所述脉动陷阱还包括至少一个安置在压缩机排气口处的多孔装置，处于脉动陷阱出口之前或之后。14.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，其特征在于，所述脉动隔离设置包括至少一个安置在脉动陷阱出口的控制阀门。15.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，其特征在于，所述脉动隔离设置包括至少一个安置在脉动陷阱出口的控制阀门以及脉动陷阱内串联至少一层多孔目.ο16.如权利要求6、9、14、15所述的带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，其特征在于，安置在脉动陷阱出口的阀门是单向阀，如簧片阀或异步旋转阀，即脉动陷阱进口开启它关闭，而脉动陷阱进口关闭则它开启。17.如权利要求12所述的带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，其特征在于，所述的阀门是簧片阀，或是旋转阀，或是簧片阀和旋转阀的混合。18.如权利要求4、6、7、8、9、10所述的带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，其特征在于，所述的多孔装置的孔的形状为等宽形状，或反馈流方向的横截面积减小的喷管，或反馈流方向的横截面积先减小再逐渐增大的拉法尔喷管。19.如权利要求13所述的带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，其特征在于，所述的多孔装置的孔的形状为等宽形状，或出口排气方向的横截面积减小的喷管，或出口排气方向的横截面积先减小再逐渐增大的拉法尔喷管。20.如权利要求1所述的带有旁支脉动陷阱的涡旋式压缩机，其特征在于，所述的旁支脉动陷阱腔内或腔壁上，至少有一层吸音材料或类似功能的设置，使得陷阱内的波动尽快转换成热。
【文档编号】F04C18/02GK105889063SQ201510226596
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年5月6日
【发明人】黄秀保
【申请人】黄秀保