[发明专利]用于改善加压系统的性能的装置、系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年1月12日提交的、序列号为61/143,947的美国临时专利申请的优先权，上述申请完整地被合并于本文中并且是当前未决的，而且本申请是于2008年8月11日提交的序列号为12/189,630的美国专利申请的部分继续申请，上述申请完整地被合并于本文中并且是当前未决的。

技术领域

本发明涉及减小流体系统中的脉动。本发明的实施例还胜过传统的系统增加流体流动、减小功率消耗或两者兼具，导致闭合系统中的更平滑、更高效的流体流动。

背景技术

管中的循环有限振幅压力波传播的理论例如在Gordon P.Blair教授的著作“Design and Simulation of Two-Stroke Engines”中被论述并且在本申请中将不再详细地进行重复。相反地，以下是本发明所利用的基本物理原理中的一些的总结：

1.在具有流动的管内总是有沿相反方向的两个波传播。

2.按照惯例称一个波为右波并且称另一个波为左波。

3.这两个波彼此重叠并且产生可以由压力传感器测量的压力。

4.不可能独立地测量右波或左波，然而例如可以通过由OPTIMUM Power Technology开发的一维气流模拟软件跟踪它们。

5.如果管的横截面面积保持相同，则两个波在不反射的情况下传播。

6.当管的横截面面积变化时，波的一部分继续传播并且波的剩余部分沿相反方向反射。

7.当管分叉或终止时，波的一部分继续传播并且波的剩余部分沿相反方向反射。

由于这些现象，压缩机产生远离它传播的脉动并且附连到压缩机的吸入和排出侧的管道产生传播返回压缩机的脉动，从而影响压缩机性能。

通过适当地定相压缩机的气缸和/或适当地选择与压缩机流体连通的管的长度和直径，向外跃动的脉动可以被衰减并且向内跃动的脉动可以被用于改善压缩机的性能。

流体(无论是气体还是液体)可以流动通过管路或管道。流体可以由压力产生装置(例如压缩机或其他类型的泵)推动。用于推动流体(特别是气体)的一种类型的压缩机是往复式压缩机。由往复式压缩机输送的压力和流动在每个压缩机气缸活塞的冲程期间始终变化，因此产生以声速在附连的管道系统上到处传播的压力波或脉冲。由于多种原因而希望进行往复式压缩机所生成的压力脉动的有效控制，包括防止系统管道、容器和机械设备和结构中的破坏力和应力，以及防止在压缩机气缸凸缘处或附近的有害时变吸入和排出压力。

往复式压缩机可以具有交替地朝着气缸的一个端部移动并且然后移动到气缸的相对端部的活塞，并且流体可以由活塞沿活塞运动的任意一个或两个方向从气缸推动。当仅仅沿一个方向移动时推动流体的活塞可以被称为单动活塞，而当沿两个方向移动时推动流体的活塞可以被称为双动活塞。双动活塞使用活塞的两个冲程在压缩机的排出口压缩气体，而单动活塞使用活塞的仅仅一个冲程在压缩机的排出口压缩气体。示例性的双动压缩机是由俄亥俄州Mount Vernon市的Ariel Corporation制造的那些压缩机。

每个单动或双动活塞的泵送作用产生复杂循环压力波。双动活塞的压力波通常具有两倍于压缩机操作速度的主频率和许多谐波。由这样的泵送作用产生的管路和管道内的压力的变化通常被称为脉动(pulsation)。

在典型的流体泵送系统(例如，天然气泵送站)中，其中泵送由一个或多个往复式压缩机执行，用常常具有复杂的内部扼流管、挡板和室的初级和/或次级容量瓶的系统以及安装在系统管道中的各种位置的各种孔板来控制压力脉动。那些压力脉动控制装置被认为通过增加对系统的阻力或阻尼而实现脉动控制，并且它们的使用导致典型地存在于压缩机气缸的上游(或沿远离压缩机气缸的方向)和下游(或沿朝着压缩机气缸的方向)的压力损失。对于普通管线传输应用，特别是具有它们的入口和出口之间的低压力比的那些应用，例如天然气管线系统，压力损失会显著地降低系统工作效率。由于更大的高速压缩机已越来越多地应用于管线传输应用，因此现有的压力波或脉动控制装置的影响被认为变得对性能更有害，原因是必须在这样的高速压缩机中阻尼更高频率的脉动。在某些情况下，据报导使用脉动控制的传统方法的安装系统使高速、低比率压缩机的驱动器马力要求增加了百分之20或以上。