压缩机噪音抑制

本发明涉及压缩机。更具体地说，本发明涉及螺杆式压缩机中 的噪音和振动抑制。

在正排量式压缩机中，断续的气体在吸气压力被截留；进行压 缩；然后在排气压力排出。气体的截留和排放都会生产压力脉冲以 及相关的噪音。因此，需要对压缩机噪音抑制方面进行深入研究。

一种吸收式消声器涉及使从压缩机工作元件排出的制冷剂流过 环形内外层吸声材料(比如纤维絮或泡沫)之间的环形间隙。美国 专利申请书公布号2004/0065504 A1公开了这样一种在内层中设有整 体式亥姆霍兹共鸣器的基本消声器及其改进型。该专利的全部内容 通过引用而结合于本文中。

                    发明概要

因此，本发明的一个方面涉及一种具有第一转子和第二转子的 压缩机，其中相互啮合的第一转子和第二转子分别绕第一轴线和第 二轴线转动。第一转子支承在安装于轴承套的轴承系统上。轴承套 至少具有通向排气增压室(plenum)的第一端口。第一吸音材料布置在 第一端口内。

本发明的另一个方面涉及一种具有第一转子和第二转子的压缩 机，其中相互啮合的第一转子和第二转子分别绕第一轴线和第二轴 线转动。第一转子支承在安装于轴承套的轴承系统上。轴承套至少 具有通向排气增压室的第一端口。这种压缩机带有消声器系统，其 包括：至少部分地位于排气增压室内的吸音中心体；和至少部分地 包围中心体的吸音外部元件，并在中心体和外部元件之间形成大致 环形的流路部分。外部元件的内侧表面至少部分地沿第一纵向跨度 朝下游会聚。中心体的外侧表面至少部分地沿所述第一纵向跨度朝 下游发散。

在附图以及下面的说明书中，阐述了本发明的一个或多个实施 例的细节。通过本发明的说明书和附图以及所附权利要求，将使本 发明的其它特征、目的、和优点变得更加清楚。

                     附图简介

图1是压缩机的纵向剖视图。

图2是图1中的压缩机的排气增压室的放大视图。

图3是图1中的压缩机的轴承套的排气端视图。

图4是图1中的压缩机的端口消声器的视图。

图5是图4中的端口消声器沿剖面线5-5的纵向剖视图。

图6是消声器系统的视图。

图7是图6中的消声器系统沿剖面线7-7的纵向剖视图。

在各附图中，相同的标号和符号表示类似的部件。

                     详细描述

图1示出了具有壳体或外壳组件22的压缩机20。示例性的压缩 机是一种三转子螺杆式封闭压缩机，具有转子26、28和30以及相 应的中心纵轴线500、502和504。在此示范实施例中，第一转子26 是由同轴电动机32驱动的阳瓣(male-lobed)转子，它又与阴瓣 (female-lobed)转子28、30啮合并驱动它们。在此示范实施例中，阳 转子轴线500还构成整个压缩机20的中心纵轴线。转子工作部分位 于外壳组件22的转子外壳段34内，并且可以由轴承36来支撑且由 密封件38来密封，密封件38在相关联转子工作部分的每一端与转 子轴密封接合。当由电动机32驱动时，转子沿着从吸气增压室40 到排气增压室42的流路泵送并压缩工作流体(比如制冷剂)。流路 沿着由吸气增压室和排气增压室之间的相关联转子对形成的不同压 缩囊或压缩通路被分开。因此，气流在吸气增压室中分开，而在排 气增压室中合并。

在此示范实施例中，吸气增压室40位于转子外壳34的上游端 内，而排气增压室大致上位于上游部分排气/消声器外壳46内，消声 器外壳46与转子外壳被轴承套48隔开，并具有大致朝下游会聚的 内表面上游部分49。在此示范实施例中，轴承盖/护圈板50安装在 轴承套48的下游端，用以固定轴承组。外壳46具有大致圆筒形的 下游部分，里面装有主消声器52并带有内表面部分51。消声器52 的下游设有油分离器单元60，其外壳62中装有分离器网筛64。回 油管道66从外壳62延伸出来用以使被网筛64阻止的油返回到润滑 系统(未示出)。具有排出端口69的出口增压室68位于网筛64的 下游。

示例性的主消声器52包括环形的内部元件和外部元件70和72， 它们由大致环形的间隙74隔开(比如由用以固定/保持内元件70的 支承腹板隔断)。这些部件可以用吸音材料(比如包裹在尼龙和钢 丝网中的玻璃纤维絮)制成。在此示范实施例中，内部元件70用有 小孔的内套管76(比如尼龙或金属丝网、或者带孔/多孔金属网片) 固定并与间隙74隔开，而外部元件72类似地用有小孔的外套管78 隔开和固定。在此示范实施例中，外部元件72被包在可伸缩地容纳 在外壳54中的外套管80(比如与套管76和78类似形成的)内。套 管80和78在上游端和下游端通过环形板82和84相连。在此示范 实施例中，套管76的上游端由圆形板86封闭，而下游端由环形板90 封闭。在此示范实施例中，没有小孔的中芯94(比如钢管)从内部 元件70里面穿过并突出到其下游端以外。在主消声器的上游端，沿 径向延伸的连接件96将圆形板86与环形板82连接起来。在下游端， 沿径向延伸的连接件98将环形板84和90连接起来，使内部元件和 外部元件保持同心间隔开的布置，以维持环形间隙74。

在工作时，压缩气流离开螺杆式转子26、28、30的压缩囊而流 入排气增压室42。在离开压缩机的排气增压室之后，气体流到环形 间隙74。在离开消声器之后，一般夹带油滴的气流流过油分离网筛 64。网筛64捕获气体中夹带的任何油滴并使其通过管道66返回到 油管理系统。气体离开油分离网筛并进入增压室68中，然后从出口 69离开并且流向冷凝器(未示出)。

如上所述，这种压缩机可以具有现有的构造形式，但是本发明 的原理可以应用于其它不同的构造形式。

根据本发明的一个特征，中心体120布置在流路中，位于转子 和消声器52之间。图2示出了大致截头圆锥形的中心体120，其外 表面122从圆形上游端面124延伸至圆形下游端面126。在此示范实 施例中，中心体120包括用吸音材料制成的一叠圆盘128A-128D。 示例性的材料是发泡聚丙烯珠粒(比如被称作多孔发泡聚丙烯 (PEPP)的材料)。圆盘在中心设有孔，并固定在中心杆130上， 中心杆130在上游端板132与下游端板134之间延伸。弹性隔片(比 如氯丁橡胶)136布置在上游端板132的前面，用于接合轴承盖50。 上游端板132包括用以使中心体相对于排气/消声器外壳稳定的多个 支撑件140。支撑件140向外延伸至在排气增压室外消声段150的前 面/上游边缘部分148的金属环142。外消声段150包括至少部分地 沿表面部分49延伸并具有朝下游会聚内侧表面154(比如由多孔衬 垫的截头圆锥形部分155形成)的上游部分152。在其下游，纵向延 伸部分156具有沿纵向延伸的内侧表面158(比如由这种衬垫的圆筒 形管状部分形成)和紧密容纳在外壳表面部分160内的外侧表面159， 外壳表面部分160围绕消声器向下游延伸。

中心体和外消声段150在组装过程中可以与主消声器52集成在 一起的消声系统。

图3示出了轴承套48中通向排气增压室42以排出被压缩制冷 剂的排气端口200和202。排气端口200和202可以将离开转子的气 流引导到排气增压室42。端口200和202位于通过阴、阳转子之间 的啮合所产生的压缩囊的末端。在双转子结构中，只需要有一个排 气端口。端口用以引导在轴承腔203周围的气流，轴承腔203内装 有排气轴承36和密封件38。轴承腔被轴承盖50封闭起来(图1)。

根据本发明的另一个特征，端口200和202含有端口消声器204 和206。每个示例性的端口消声器204、206具有从第一端部突起208 逐渐变细到第二端部210的横截面。每个端口消声器具有大致凸起 的外侧表面212，它紧靠相关联端口的大致凹进的外侧表面214。每 个端口消声器具有面对相关联端口敞开部分的大致凹进的内侧表面 216，来自相关压缩囊的制冷剂从所述端口敞开部分流过。

图4示出了示例性端口消声器204和206的更多细节。端口消 声器由包括吸音材料(比如被称作多孔发泡聚丙烯(PEPP)的发泡 聚丙烯珠粒)的外壳(比如金属薄片)构成。外壳最好包括构成凹 进部分216的第一多孔(比如穿孔、穿孔/扩大、或形成网眼)部分 220。排气/下游端部222(还可参见图3)也带有小孔。这些部分带 有小孔的特性可使制冷剂和噪音能够更加容易地从那里穿过。其余 部分，包括上游端部分224和沿着凸起部分212延伸的侧壁部分226， 可以是不带小孔的。上游端部分224可以靠着或紧贴着排气端口中 的台肩228(图3)。侧壁226可以包括用于(通过相关联的螺丝或 其它紧固件)安装到轴承套的下游面上(比如可以装在槽口部位232 中(图3))的安装凸耳230。类似地，示例性的上游端部分224可 以具有一个或多个安装凸耳234，用以固定到台肩表面228上。

图5示出了形成三件一叠的消声器吸音材料240A-240C。该示 范实施例在最上游的那一吸音材料件240A与端口消声器外壳的上游 端部分224之间包括非石棉的耐热衬垫或挡板242。在制造端口消声 器时，挡板可防止将端部224焊接到其余部分上时产生的热量影响 吸音材料。举例来说，首先可以将第一多孔部分220和下游端部222 焊接到一起，接着再焊接到侧壁226上。然后，通过敞开的上游端 将吸音材料连同挡板242一起插入。之后，可以将上游端部分224 安放就位并焊接到第一多孔部分220和侧壁226上。

在此示范实施例中，中心体的总体尺寸和形状被选定为可使排 气端口至消声器形成平滑过渡。因此，上游/前端面124的尺寸设置 成对应于由护圈板50限定的端口200和202的内侧轮廓。这可以是 其半径基本上等于转子26工作部分的根半径。

类似地，下游/后表面126的尺寸可以与消声器的内部元件对应 (比如具有近似的外半径)。同样地，排气增压室外消声段150的 形状可以设置成形成平滑的流过环形间隙74的气流过渡。

排气端口消声器204和206及其相关联轴承套中的腔室可以被 设计成能提供所要求的噪音/振动抑制程度。排气端口消声器的形状 可以受各种因素的影响或控制。举例来说，在重新设计时，可能要 求基本上保留未被消声器占据的端口的位置和形状(比如用以维持 现有的流路，以提供可接受的压降)。接下来，结构完整性因素也 会影响可用的轴承套金属，用于更换消声器。在此示范性实施例中， 由于端口和轴承之间剩余的轴承套金属不足，所以吸音材料没有沿 着相关联端口的轴承侧延伸(图3)。吸音材料的厚度是另一个变量。 厚度取决于气流中的声速以及频率的主要范围。对于示例性的压缩 机来说，主频率范围大约为700-1200赫兹。一般来说，厚度将等于 1/4波长，在此实例中就是大约两英寸。因此，在重新设计端口消声 器时，可以测量静态压降(比如在每个端口的两侧，排气增压室的 压力可以作为代表)和端口出口端处的动态压力。如果静态压降不 可接受，那么就必须增大气流截面(比如端口横截面积)。如果在 频率范围(比如700-1200赫兹)内的动态压力脉冲很高，那么可以 调节消声器的厚度和长度。类似的设计考虑因素可以留意中心体和 外消声段150。可以测量排气增压室两侧的静态压降(比如，在主消 声器上游端或下游端的压力可以作为代表)。可以测量外部噪音(尤 其是在同一主频率范围中沿着排气外壳)。如果静态压降太大，则 可能要求至少在一个或多个位置扩大中心体与外消声段之间的环形 截面的流路面积。如果外部噪音水平太大，则可能要求至少局部加 厚外消声段(比如还可以相应地局部减小中心体的横截面积，以保 持局部的环形截面流路面积)。

外壳嵌件和中心体可以包括在重新制造的压缩机或重新设计的 压缩机结构中。在重新设计或重新制造时，许多现有的部件基本上 都可以被保留。

图6示出了一种可选的集成消声器系统300，它从上游端302延 伸至下游端304。系统300包括装配到上游消声段308上的下游主消 声段306。消声段306和308具有内部元件，它们在共用的中心管314 上各自形成圆盘310和312的叠层。在此示范实施例中，圆盘310 具有同样的内径和外径。圆盘312具有同样的内径。然而，其上游 组具有逐级增大的外径，并过渡成为与圆盘310具有相同外径的下 游组。这些不同圆盘的纵向跨度可以是类似的，并且可以由现有的 吸音材料絮(比如玻璃纤维)或块(比如多孔发泡聚丙烯PEPP)的 厚度来确定。

消声段306包括具有同样内径和外径的一叠外吸音环320。上游 消声段具有两组不同的圆盘322和324。下游圆盘322可以具有与圆 盘320同样的内径和外径。上游圆盘324的纵向跨度要小很多，它 的内径和外径向下游呈梯级逐级减小，而在排气增压室内形成适当 收敛的渐缩形。在此示范实施例中，上游端金属结构组件包括外环 330、内板332、以及将这两者结合起来的沿纵向和直径方向延伸的 腹板334。环330可以设有一对在直径方向上相对的凹进结构336， 用以容纳轴承套盖板。环330的下游表面可以靠着领头圆盘324的 上游表面或弹性隔片(未示出)的上游表面。衬垫可以固定(比如 通过焊接)在环330上，并且可以包括朝下游会聚的上游截头圆锥 形部分338以及从那里基本上沿纵向向下游延伸的圆筒形部分339。 这些衬垫部分338和339可以带有小孔，并用来防止圆盘322和324 因压力脉冲而损坏。类似地，用于中心体的多孔外护套可以具有固 定在内板332上的朝下游发散的(比如是截头圆锥形的)上游部分 340，以及从那里向下游延伸至板344的圆筒形管状下游部分342。 当气流到达主消声段306时，脉动可以被充分减弱，使得沿着环形 流路内侧和外侧周缘的多孔衬垫可以被省去，即使在上游可能包括 多孔衬垫时也是如此。截面是H形的环350将最下游圆盘322的下 游部分与最上游圆盘320的上游部分锁定。朝上游开口的U形截面 槽360比如可以通过与支撑件364相连而与下游中心端板362形成 一个整体(图6)。槽360锁定最下游圆盘320的下游部分。端板362 基本上是有孔眼的，以容纳管314的下游部分。

已经介绍了本发明的一个或多个实施例。然而，应当认识到， 在不脱离本发明精神和范围的情况下，可以作出各种修改。举例来 说，在重新设计或重新制造的情况下，现有压缩机中的细节会具体 影响或限定实施的细节。因此，其它一些实施例也在所附权利要求 的范围之内。

                     发明背景