Гаситель пульсаций - глушитель шума компрессоров объёмного типа Российский патент 2022 года по МПК F16L55/04 

Изобретение относится к устройствам для 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 гаситель пульсаций давления в газопроводе (патент RU 2505734 С2, F16L 55/04, F16L 55/027, 27.01.2014), состоящий из пакета шайб с дросселирующими отверстиями, зафиксированными в корпусе, и полостей между шайбами, при этом в дросселирующих отверстиях на входе выполнены конфузоры с углом при их вершине α=40…80°, а на выходе диффузоры с углом при их вершине β=6…30°, причём дросселирующие отверстия распределены по радиусу шайб так, что их пропускная площадь формирует профиль скоростей в сечении трубопровода, приближенный к профилю скоростей установившегося стационарного течения среды.

Данный гаситель снижает пульсации давления за счёт вихреобразования при перестройке профиля скоростей потока. Его достоинством можно считать то, что он работает в широком спектре частот. Но при этом он имеет недостаток, заключающийся в низкой эффективности при гашении пульсаций давления дискретной частоты.

Также известно устройство для гашения пульсаций давления в трубопроводе (патент RU 2622679 С1, F16L 55/04, 19.06.2017), выбранное в качестве прототипа, состоящее из зафиксированного в корпусе пакета шайб с дросселирующими отверстиями, которые распределены по радиусу шайб так, что их пропускная площадь формирует профиль скоростей в сечении газопровода, приближенный к профилю скоростей установившегося стационарного течения среды, причем оно дополнительно снабжено втулкой-рассекателем, подпорной шайбой, струевыпрямителем, при этом втулка-рассекатель выполнена перфорированной, площадь ее перфорации не менее площади выходного сечения регулятора давления, установлена в выходном его тракте, поджата корпусом устройства и служит для устранения резонансных режимов работы регулятора давления и выравнивания скорости газовой струи по его выходному сечению; подпорная шайба установлена во входном фланце устройства и служит для уменьшения перепада давления на регуляторе давления; струевыпрямитель выполнен в виде перфорированной шайбы, длина которой не менее десяти диаметров отверстия перфорации, расположен в выходной части корпуса устройства и служит для успокоения потока газа, при этом дросселирующие отверстия в пакете шайб смещены друг относительно друга в окружном направлении.

Данное устройство также хорошо работает в широком спектре частот, но малоэффективно на дискретных частотах. Кроме того, шайбы создают значительный перепад давления, что отрицательно сказывается на работе компрессора.

Задача состоит в разработке устройства гашения пульсаций давления потока газа и снижения шума, работающего как в широком спектре частот, так и на дискретных частотах, и при этом создающего минимальный перепад давления.

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 известном устройстве для гашения пульсаций давления газа в трубопроводе, содержащем корпус с центральным каналом и струевыпрямители, особенность заключается в том, что оно, имеет две, расположенные в корпусе последовательно, ступени, которые настроены на разные группы частот, каждая из которых содержит струевыпрямители, размещенные в центральном канале корпуса, при этом каждая ступень снабжена группой окон, прорезанных в центральном канале, площадь которых не менее площади сечения центрального канала, и трубками с закрытыми концами, которые распределены на периферии корпуса, причём длина каналов струевыпрямителей и трубок с закрытым концом первой и второй ступеней равна соответственно 1/4 и 1/8 длины волны основной частоты пульсаций давления газа в трубопроводе; струевыпрямители первой и второй ступеней установлены соосно и со смещением на 30° в окружном направлении по отношению друг к другу, с возможностью, позволяющей соединять полость центрального канала и полость между центральным каналом и корпусом.

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 ступени I) и 1/8 (для ступени II) 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.

Изобретение относится к устройствам для гашения пульсаций давления газа и снижения шума компрессоров объёмного типа. Предложенное устройство содержит корпус с центральным каналом. При этом оно имеет две ступени, расположенные последовательно. Каждая из ступеней содержит струевыпрямители, размещенные в центральном канале корпуса. Каждая ступень снабжена группой окон, прорезанных в центральном канале, площадь которых не менее площади сечения центрального канала, и трубками с закрытыми концами, которые распределены на периферии корпуса. Причём длина каналов струевыпрямителей и трубок с закрытым концом первой ступени равна 1/4 длины волны основной частоты пульсаций давления газа в трубопроводе, а второй ступени - 1/8 длины волны основной частоты пульсаций. Струевыпрямители первой и второй ступеней установлены соосно и со смещением на 30° в окружном направлении по отношению друг к другу и расположены таким образом, чтобы соединять полость центрального канала и полость между центральным каналом и корпусом. При реализации изобретения достигается эффективное гашение пульсаций давления потока газа и снижение шума при работе компрессора объемного типа. 4 ил.

Устройство для гашения пульсаций давления газа в трубопроводе, содержащее корпус с центральным каналом и струевыпрямители, отличающееся тем, что оно имеет две ступени, расположенные последовательно, которые настроены на разные группы частот, каждая из которых содержит струевыпрямители, размещенные в центральном канале корпуса, при этом каждая ступень снабжена группой окон, прорезанных в центральном канале, площадь которых не менее площади сечения центрального канала, и трубками с закрытыми концами, которые распределены на периферии корпуса, причём длина каналов струевыпрямителей и трубок с закрытым концом первой ступени равна 1/4 длины волны основной частоты пульсаций давления газа в трубопроводе, а второй ступени - 1/8 длины волны основной частоты пульсаций; струевыпрямители первой и второй ступеней установлены соосно и со смещением на 30° в окружном направлении по отношению друг к друг и расположены таким образом, чтобы соединять полость центрального канала и полость между центральным каналом и корпусом.