[发明专利]压缩机及其管系减振节能装置

说明书

技术领域

本发明属于能源、石油、化工、冶金、矿山、医药等行业设备技术领域，具体涉及一种压缩机及其管系减振节能装置。

此外，本发明涉及一种具有衰减压力脉动、速度脉动的谐振内件。

此外，本发明涉及一种用于能源、石化、化肥等行业的往复压缩机及其管系减振节能装置。

此外，本发明涉及一种用于能源、石化、化肥、矿山、钢铁、医药、航空航天等行业的压缩机进、出口缓冲罐或缓冲器或减振器。

背景技术

压缩机的吸、排气过程，具有脉动特征，会使相连的管系中的气体发生不稳定流动，而管系中充满的气柱则是一个具有振动能力的弹性体。气柱振动，会在很大程度上以压力波、速度波的形式影响到压缩机、管路的工作，而压缩机本身又是这种压力波、速度波的激发器，会给管系中的气柱以强迫振动。如果所激发的强迫振动频率与气柱的固有频率一致或处于一个共振范围内，则管系中气柱的压力波动、速度波动就非常强烈，将带来严重的不利后果。

气流脉动是气流的流动参数(如压力、速度)随位置和时间呈周期性的变化，脉动压力和脉动速度均能引起激振力。气流脉动激发管路作机械振动，管路振动反过来又强化压缩机机振动。压缩机气流脉动会显著影响压缩机的可靠性、安全性和经济性，其危害主要有：1)脉动气流造成管路、缸体及附件振动，影响其正常工作；2)脉动气流严重时会造成管路、缸体等疲劳破坏，从而引发安全事故；3)压力脉动、速度脉动使气阀开启和关闭不及时，引发压缩机内泄漏增加，降低机组效率；4)压力脉动、速度脉动影响气阀的开启和关闭时间，如果气阀提前关闭，由于气流的脉动可以使气阀重新开启，造成严重内泄漏，并在反相位气流压差下再关闭，导致阀片以较大速度冲向阀座，使阀片过早破坏；5)脉动使气流通过气阀时的压力损失增加；6)引起压缩机排气量的不稳定和压缩机消耗功率的不稳定。总之，过大的气流脉动会明显降低压缩机效率，引起压缩机功率消耗、内泄漏的增加，气阀工作可靠性下降，造成压缩机、管路及附件的振动。气流脉动强度愈大，强迫振动效应愈明显，压缩机本体、管路的振幅和应力愈大。

为了消减压缩机气流的脉动特性，现在大量使用的是压缩机缓冲罐(缓冲器)和/或孔板。缓冲罐为中空的压力容器，它能使缓冲罐后面管道内的气流脉动变得比较缓和，降低气流冲击所造成的损失，设计的缓冲罐容积一般为气缸工作容积的20-35倍。理想孔板是将管段内的压力驻波转变为行波，从而降低管段内的压力不均匀度，但是因为实际工况千差万别，按给定条件设计的孔板因为安装位置的限制，以及对工况变化的敏感性，所以有时孔板有一定的效果，但绝大多数效果不显著，而成为一个纯粹的阻力原件，白白浪费大量的高级机械能。

因为压缩机气流脉动特性，及其产生、传播过程受多种重要因素影响，国内外一直没有找到有效解决气流脉动的方法，同时因为气流脉动的机理复杂，其理论和设计方法等目前尚不完善。

在现有技术中，专利号为ZL200420074775.5的专利公开了一种脉动气流消振装置，其基于扩压器原理，发明了一种流动截面积不断扩大的扩压器，将脉动气流脉动动能尽可能多地转变为静压能，同时利用复杂的涡系耗散结构，消减脉动速度和脉动压力，将脉动气流变为较稳定的气流。

专利号为ZL200620123855.4的专利公开了一种往复压缩机消振节能装置，其基于扩压器原理和理想孔板原理，发明了一种异型喷嘴结构，与装置壳体等结构相互配合，自适应地形成无反射条件，引导或控制压力波、膨胀波的传递，达到降低进、出往复压缩机气流的脉动特性，减振节能的目的。

发明内容

本发明的主要目的是解决上述现有技术中存在的难题，基于赫姆霍兹(Helmholtz)谐振原理发明了一种压缩机及其管系的减振节能装置，从机理上阻断或抑制脉动气流的流动和传输形态。赫姆霍兹谐振器是一个带有颈管的大容积空间，一般把它安装在存在脉动气流的主管道上。对理想赫姆霍兹谐振器，当谐振器的谐振频率(c为介质中音速，S_b为颈管的通流面积，l为颈管的有效长度，v为谐振器的容积)与压缩机脉动某频率相等时，谐振器颈管中就会出现大的速度振荡，吸收上游对应频率的、入射脉动压力波、速度波的全部能量，然后返回主管道，反射给声源，在主管道的下游，再不出现对应频率脉动波。根据赫姆霍兹谐振原理发明的减振节能装置，谐振内件内的谐振频率等于或近似等于脉动主频率，从而使压缩机的主频气流脉动有效地被压缩机及其管系减振节能装置阻断或衰减，主频脉动压力波不再或减弱反射给压缩机本体，降低压缩机本体、管路的振动烈度、能量损失。