Способ гашения пульсаций и снижения шума компрессоров объемного типа
METHOD FOR DAMPING PULSATIONS AND REDUCING NOISE OF POSITIVE DISPLACEMENT COMPRESSORS

Изобретение относится к способам гашения пульсаций давления газа и снижения шума компрессоров объёмного типа, уменьшения вибрации трубопровода и общего уровня звукового давления при работе компрессора.
Работа объёмных компрессоров сопровождается повышенными уровнями пульсаций давления газа, вызывающих вибрацию поверхности газопровода и воздушный шум.
Известен способ гашения пульсаций давления в газопроводе (патент RU 2505734 С2, F16L 55/04, F16L 55/027, 27.01.2014), в котором пульсацию давления снижают за счёт вихреобразования при перестройке профиля скоростей потока.
Недостаток известного способа заключается в низкой эффективности при гашении пульсаций давления дискретной частоты.
Также известен способ гашения пульсаций давления в трубопроводе (патент RU 2622679 С1, F16L 55/04, 19.06.2017), выбран в качестве прототипа, в котором устраняют резонансный режим работы регулятора давления и выравнивают скорость газовой струи по его выходному сечению, уменьшают перепад давления на регуляторе давления и успокаивают потока газа пропуская его через втулку-рассекатель, подпорную шайбу и струевыпрямитель.
Недостаток данного способа заключается в низкой эффективности при гашении пульсаций давления дискретной частоты.
Техническим результатом изобретения является эффективное гашение пульсаций давления и шума на выходе компрессора объемного типа, как в широком спектре частот, так и на дискретных частотах в сочетании с минимальным перепадом давления.
Технический результат достигается тем, что в способе гашения пульсаций давления газа и снижения шума на выходе компрессора объемного типа создают максимальный акустический импеданс на данной частоте путем подбора длины каналов гасителя пульсаций-глушителя шума, при этом гаситель пульсаций-глушитель шума изготавливают двухступенчатым, ступени которого располагают последовательно и снабжают струевыпрямителями, которые размещают в центральном канале корпуса гасителя; каждую ступень снабжают группой окон, прорезанных в центральном канале, площадь которых составляет не менее площади сечения центрального канала корпуса гасителя, и трубками с закрытыми концами, которые распределяют на периферии корпуса гасителя, при этом каждую ступень, путем подбора длины каналов струевыпрямителей и трубок с закрытым концом, настраивают на свою группу частот, кратных частоте вращения ведущего ротора компрессора; струевыпрямители первой и второй ступеней устанавливают соосно и со смещением на 30° в окружном направлении по отношению друг к другу, с возможностью соединения полости центрального канала и полости между центральным каналом и корпусом гасителя.
Гаситель пульсаций-глушитель шума содержит две ступени, каждая из которых настроена на свою группу частот, кратных частоте вращения ведущего ротора компрессора объемного типа, например, винтового компрессора (его спектр пульсаций давления представлен на фиг. 1), состоящие из струевыпрямителя – выпрямителя потока газа, расположенного в центральном канале гасителя пульсаций-глушителя шума, и распределённых на периферии корпуса глушителя трубок с закрытым концом. Гашение пульсаций и снижение шума происходят за счёт создания максимального акустического импеданса на данной частоте в результате подбора длины каналов, равной 1/4 (для первой ступени) и 1/8 (для второй ступени) длины волны для основной частоты работы компрессора.
На фиг. 1 представлен спектр пульсаций давления винтового компрессора.
На фиг. 2 представлен общий вид гасителя пульсаций – глушителя шума.
На фиг. 3 представлен вид первой ступени в разрезе гасителя пульсаций – глушителя шума.
На фиг 4 показан спектр эффективности макета гасителя пульсаций-глушителя шума.
На фиг. 2 и 3 приняты следующие обозначения: корпус – 1, центральный канал – 2, группы окон: окна первой ступени – 3 и окна второй ступени – 4, площадь которых должна быть не меньше, чем площадь сечения центрального канала, струевыпрямитель первой ступени – 5, трубки с закрытым концом первой ступени – 6, струевыпрямитель второй ступени - 7, трубки с закрытым концов второй ступени – 8, фланцы для соединения с трубопроводом : первый фланец – 9 и второй фланец – 10.
Гаситель пульсаций - глушитель шума состоит из корпуса 1 с центральным каналом 2, имеющим две группы окон: окна первой ступени – 3 и окна второй ступени – 4, и двух размещённых в корпусе ступеней: первой и второй, расположенных последовательно. Первая ступень состоит из струевыпрямителя первой ступени 5, выполненного в виде цельнометаллической вставки со сквозными отверстиями диаметром 10 мм, расположенного в центральном канале 2 гасителя пульсаций – глушителя шума, и распределённых на периферии корпуса глушителя трубок с закрытым концом первой ступени 6. Длина каналов в струевыпрямителе первой ступени 5 равна 1/4 длины звуковой волны основной частоты работы компрессора (основной частоты пульсаций давления газа), что позволяет создать максимальный акустический импеданс на данной частоте. Трубки с закрытым концом первой ступени 6 имеют длину, равную 1/4 длины звуковой волны основной частоты работы компрессора, что позволяет создать минимальный акустический импеданс на данной частоте, и диаметр, равный 0,2 от диаметра центрального канала 2. Центральный канал 2 изготовлен из трубы, расчетная толщина стенки трубы – 3 мм.
Каналы в струевыпрямителе первой ступени 5 расположены таким образом, чтобы соединять полость центрального канала 2 и полость между центральным каналом 2 и корпусом 1.
Вторая ступень имеет аналогичное строение – содержит струевыпрямитель второй ступени 7 и трубки с закрытым концов второй ступени – 8, но длина каналов в струевыпрямителе второй ступени 7 и длина трубок с закрытым концом второй ступени – 8 равны 1/8 длины волны основной частоты работы компрессора.
Фланцы: первый фланец – 9 и второй фланец – 10 позволяют присоединить гаситель пульсаций - глушитель шума к трубопроводу.
Гаситель пульсаций - глушитель шума собирают и монтируют следующим образом. К центральному каналу 2 приваривается второй фланец 10, далее к нему крепятся трубки с закрытым концом первой ступени 6 и трубки с закрытым концов второй ступени – 8, а внутри центрального канала 2 размещаются струевыпрямители: струевыпрямитель первой ступени – 5 и струевыпрямитель второй ступени – 7. Корпус 1 сваривается с первым фланцем 9 и в полученную конструкцию вставляется сборка центрального канала со струевыпрямителями, трубками с закрытым концом и вторым фланцем 10.
Гаситель пульсаций - глушитель шума обладает двумя эффектами снижения пульсаций давления и шума – разбивка потока и акустическое отражение.
Устройство работает следующим образом.
Разбивка потока осуществляется следующим образом: пульсирующий поток, проходя через струевыпрямители первой и второй ступени, разбивается на множество мелких струй, энергия которых постепенно затухает. При этом струевыпрямители первой и второй ступени должны быть установлены соосно и со смещением на 30° в окружном направлении по отношению друг к другу.
Акустическое отражение происходит следующим образом: каналы струевыпрямителя первой ступени 5 имеют длину, равную 1/4 длины звуковой волны основной частоты работы компрессора, при этом за счёт открытых концов достигается максимальный импеданс, что приводит к отражению звуковой волны. Длина периферийных трубок с закрытым концом первой ступени 6 равна 1/4 длины звуковой волны при распространении потока газа с основной частотой работы компрессора (основной частотой пульсаций давления газа) в трубопроводе, благодаря чему создается минимальный акустический импеданс, в результате чего звуковая волна идет по тупиковому каналу, где она затухает.
Таким образом, достигается эффективное гашение пульсаций давления потока газа и снижение шума при работе компрессора объемного типа.
Опытный образец устройства испытан на акустическом стенде для винтового компрессора. Результаты испытаний показали высокий эффект снижения пульсаций давления газа. Эффективность гашения пульсаций давления газа составила 22 дБ на основной частоте при минимальном перепаде давления (не более 5% от перепада давления на винтовом компрессоре).
Расчетная эффективность снижения шума составляет не менее 7 дБА.