專利名稱：用于將液體注入螺桿式壓縮機以抑制噪聲的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及抑制機械系統(tǒng)中所產(chǎn)生的噪聲。具體地，本發(fā)明涉及在商業(yè)和工業(yè)空 調(diào)和制冷系統(tǒng)中使用的螺桿式壓縮機中的噪聲抑制。
背景技術(shù)：
使用壓縮型水冷制冷器是在中型或大型商業(yè)、工業(yè)或機構(gòu)建筑中冷卻空氣的最普 通方法。壓縮型水冷制冷器通常由電驅(qū)動，但也可以由燃燒發(fā)動機或其它動力源驅(qū)動。在 水冷制冷器中采用了多種的壓縮機。一種普通的壓塑機是螺桿式壓縮機，其使用旋轉(zhuǎn)型的 容積式機構(gòu)(positive displacement mechanism)來壓縮工作流體，例如制冷劑。
在空調(diào)和制冷系統(tǒng)中使用的水冷制冷器需要滿足嚴(yán)格的噪聲水平要求，諸如由職 業(yè)安全和健康協(xié)會(OSHA)所規(guī)定的要求。然而，螺桿式制冷器在操作期間具有產(chǎn)生產(chǎn)生嚴(yán) 重噪聲的傾向。在這些類型的制冷器中所產(chǎn)生噪聲的主要來源是來自壓縮機的壓力脈動， 其產(chǎn)生噪聲以及鄰近部件的振動。除了螺桿式壓縮機，還存在多個次級噪聲源，諸如蒸發(fā) 器、冷凝器和節(jié)熱器(economizer)。
現(xiàn)有的螺桿式壓縮機設(shè)計已經(jīng)采用了各種設(shè)備和方法來抑制由壓縮機產(chǎn)生的噪 聲，諸如布置在排放室中的消音器和擋板。另外，現(xiàn)有的制冷器已經(jīng)將液體制冷劑從冷凝器 注入到壓縮機排放的氣體制冷劑流中，以抑制從壓力脈動產(chǎn)生的噪聲。但是，在許多操作條 件下，這些現(xiàn)有的制冷器設(shè)計需要壓力施加設(shè)備(諸如泵)來補償冷凝器與壓縮機之間的 負(fù)壓力差。泵或其它設(shè)備的增加提高了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。發(fā)明內(nèi)容
在制冷器組件中使用的螺桿式壓縮機包括協(xié)作的螺桿轉(zhuǎn)子，其被配置成提高流 過壓縮機的氣化制冷劑的壓力；文丘里管(venturi tube)，其被布置在壓縮機中的制冷劑 的流路徑中位于轉(zhuǎn)子的下游；以及輸入端口，其與文丘里管的喉部流體連通并被配置成將 液體制冷劑從制冷器組件的冷凝器輸送到壓縮機中的制冷劑的流路徑。所述文丘里管被配 置成導(dǎo)致壓縮機中的制冷劑的壓力降低。從冷凝器輸送的液體制冷劑降低了從壓縮機排放 的制冷劑的壓力中的脈動。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的螺桿式制冷器組件的透視圖。
圖2是包括在圖1的制冷器組件中的螺桿式壓縮機的軸向剖面圖。
圖3是圖1的螺桿式制冷器組件的示意圖，示出了穿過所述系統(tǒng)的制冷劑流。
圖4A和圖4B是根據(jù)圖1的制冷器組件的壓縮機的兩個實施例的示意圖。
具體實施方式
圖1是螺桿式制冷器組件10的透視圖，所述螺桿式制冷器組件10包括螺桿式壓縮機12、可變頻率驅(qū)動器14、冷凝器16以及蒸發(fā)器18。在圖1中，壓縮機12的輸入口與蒸 發(fā)器18流體相連，并且壓縮機12的輸出口與冷凝器16流體相連。冷凝器16與蒸發(fā)器18 流體相連?？勺冾l率驅(qū)動器14裝配在冷凝器16上。
圖2是圖1的螺桿式壓縮機12的軸向剖面圖，所述壓縮機12包括壓縮機殼體20、 驅(qū)動螺桿22、兩個相對的螺桿對、26、軸承殼體觀、排放殼體30、排放室32、排放端口 34以 及馬達48。殼體20接收中央驅(qū)動螺桿22與兩個相對的螺桿M和沈。殼體20連接到馬 達48、所述馬達48被配置成驅(qū)動螺桿22J4和26。軸承殼體28接收螺桿軸承^a，所述螺 桿軸承28a促進驅(qū)動螺桿22和相對的螺桿M、26的低摩擦旋轉(zhuǎn)。軸承殼體觀還從壓縮室 36接收壓縮的制冷劑，并且將此壓縮的制冷劑穿過軸承殼體觀中的排放端口 34輸送到排 放殼體30中的排放室32。排放室32的尺寸隨著排放殼體30的內(nèi)周表面38而成頸狀收 縮。
圖3是圖1的制冷器組件的示意圖，示出了穿過所述系統(tǒng)的制冷劑流。制冷器組 件10是閉環(huán)系統(tǒng)，制冷劑通過該系統(tǒng)以各種狀態(tài)循環(huán)，諸如液體和蒸氣。作為圖1-4的制 冷器組件10中某種程度上的任意起始點，通過流體管42(諸如鋼管)或其它管道將低溫、 低壓的過熱氣體制冷劑從蒸發(fā)器18吸入到螺桿式壓縮機12中。在可變頻率驅(qū)動器14的 控制下由馬達48驅(qū)動壓縮機12。可變頻率驅(qū)動器14控制提供給馬達48的交變電流(AC) 的頻率，由此控制馬達48的速度以及壓縮機12的輸出。通過輸入端口 40將制冷劑吸入到 壓縮機12中，并在螺桿22、24以及22 J6之間壓縮所述制冷劑，并且向軸承殼體觀中的排 放端口 34運送所述制冷劑。壓縮的制冷劑通過排放端口 34進入排放室32。在制冷劑被壓 縮之后，從壓縮機12通過流體管42將高溫、高壓的過熱氣體排放到冷凝器16。制冷器組 件10還可以包括壓縮機12和冷凝器16之間的油分離器(未示出)，其在將制冷劑輸送到 冷凝器16之前將壓縮機潤滑劑與制冷劑分開。在冷凝器16中，氣體制冷劑隨著其給出熱 而冷凝為液體。過熱的氣體制冷劑進入冷凝器16，并且通過熱交換過程將該過熱的氣體制 冷劑降溫、冷凝以及過冷(sub-cooled)，該熱交換過程例如利用流過冷凝器16的水來吸收 熱。液體制冷劑被從冷凝器16排放到計量設(shè)備44，所述計量設(shè)備44可以將更高溫度的、高 壓的、過冷的液體轉(zhuǎn)換為低溫的、飽和的液體-蒸氣混合物。所述低溫的、飽和的液體-蒸 氣制冷劑混合物從計量設(shè)備44通過流體管42進入蒸發(fā)器18。蒸發(fā)器18中的低壓環(huán)境使 制冷劑將狀態(tài)改變到過熱的氣體，并且從冷卻水吸收氣化所需要的熱，從而降低水的溫度。 然后，低壓過熱氣體被吸入壓縮機12的輸入口，并且連續(xù)地重復(fù)該循環(huán)。然后，通過分配系 統(tǒng)將冷卻水循環(huán)到冷卻旋管，用于提供空氣調(diào)節(jié)或用于其它目的。
制冷器組件10通常可與人相對較接近，因此可以被設(shè)計得盡量地抑制噪聲的產(chǎn) 生和輻射。螺桿式壓縮機12是噪聲產(chǎn)生的重要促成因素，這是因為在制冷劑被壓縮時所產(chǎn) 生的壓力脈動。壓縮機12中的壓力脈動來自壓縮機12內(nèi)執(zhí)行的制冷劑壓縮過程所導(dǎo)致的 不穩(wěn)定的質(zhì)量流量。壓縮機12中的壓力脈動產(chǎn)生不期望的噪聲，所述噪聲接著從制冷器組 件10輻射。此外，壓力脈動可以在制冷器組件10的部件(諸如管道、換熱器或壓縮機殼體 20本身)中產(chǎn)生機械振動。通過制冷器組件10傳播的機械振動自身可導(dǎo)致產(chǎn)生另外的噪 聲和輻射。
為了抑制從壓縮機12中的壓力脈動產(chǎn)生的噪聲，制冷器組件10包括圖3中所示 的液體制冷劑管46。管46被配置成將液體制冷劑從冷凝器16輸送到壓縮機12中的過熱5氣體制冷劑流。特別地，管46被配置成將來自冷凝器16的液體制冷劑在圖2中所示的壓 縮室36的下游輸送到壓縮機12。例如，管46可以將液體制冷劑輸送到軸承殼體觀中的 通道，所述通道將過熱的氣體制冷劑通過排放端口 34從壓縮室36輸送到排放室32。壓縮 機12中的氣體制冷劑中的噪聲由以可聽范圍頻率的壓力脈動引起，該范圍可以從約20Hz 至20，000Hz?？梢酝ㄟ^降低這種壓力脈動的幅度來降低噪聲水平。將氣體制冷劑從冷凝器 16引入到壓縮機12中的氣體制冷劑流中的目的是通過將能量從氣體傳遞到液相而降低壓 力脈動的強度。當(dāng)液體制冷劑液滴被注入到氣體制冷劑流中時，三個機制促成降低壓力脈 動a)在液體和氣體制冷劑之間的粘性曳力；b)液體和氣體制冷劑之間的熱傳遞；以及C) 來自液體制冷劑到氣體的氣化的質(zhì)量傳遞(mass transfer)。一般而言，噪聲衰減的幅度取 決于從冷凝器16輸送的液體制冷劑的液滴尺寸以及質(zhì)量流速。由于粘性曳力和熱傳遞的 噪聲抑制都是液體尺寸的函數(shù)。由于質(zhì)量傳遞的噪聲抑制是質(zhì)量流速的函數(shù)。粘性曳力和 熱傳遞對降低高于10，OOOHz的頻率的噪聲特別有效，而氣化(即質(zhì)量傳遞)對更低的頻率 有效。
為了將液體制冷劑從冷凝器16輸送到壓縮機12中的過熱氣體制冷劑流，冷凝器 16中的壓力必須大于壓縮機12中的壓力。然而，在壓縮室36的下游，過熱氣體制冷劑通常 具有比冷凝器16中的液體制冷劑的壓力更高的壓力。因此，本發(fā)明的實施例提供了這樣的 方法和系統(tǒng)，其用于在壓縮機12中的過熱氣體制冷劑流中引入壓力降低，足以將壓縮機12 中的壓力減小到冷凝器16中的壓力之下，而不給系統(tǒng)增加額外的工作(work)。
圖4A和圖4B是壓縮機12的兩個實施例的示意圖，其配置成在從壓縮機12通過 軸承殼體觀和排放室32排放的過熱氣體制冷劑流中引入壓力降低。在圖4A和圖4B中， 壓縮機12包括壓縮機殼體20、軸承殼體觀、排放殼體30、馬達48和文丘里管50。壓縮室 36布置在壓縮機殼體20中，所述室36包括驅(qū)動螺桿22和兩個相對的螺桿M、26(如圖2 中所示)。文丘里管50 (還被稱為縮放或者拉瓦爾噴管)沿流的方向包括在喉部連接的漸 縮部分和漸擴部分。文丘里管50的喉部限定了最小截面的位置，并且與冷凝器16通過管 46流體連通，所述管46可以是例如鋼管。在圖4A的實施例中，文丘里管50被布置在軸承 殼體觀中，并且被配置成將制冷劑流52從壓縮機12引導(dǎo)到排放殼體30中的排放室32。
當(dāng)制冷劑流52穿過文丘里管50時，流52的速率隨著流52的壓力的降低而上升。 文丘里管50的喉部不僅限定最小截面的位置，而且限定制冷劑流52的最小壓力的位置。由 此，文丘里管50在制冷劑流52中引入了壓力降低，所述制冷劑流52被從壓縮機12通過軸 承殼體觀和排放室32排放到冷凝器16。在本發(fā)明的實施例中，文丘里管50被配置成在制 冷劑流52中引入壓力降低，足以將文丘里管50的喉部處的流52的壓力減小到被從冷凝器 16引導(dǎo)通過管46的液體制冷劑的壓力之下。因此，來自冷凝器16并用于抑制壓縮機12中 的噪聲的液體制冷劑可以自由地從冷凝器16流到壓縮機12，而不給系統(tǒng)增加額外的工作， 例如不使用類似泵的壓力施加設(shè)備。
在一些應(yīng)用中，壓縮機12中的空間限制可能不允許將文丘里管50布置在軸承殼 體觀中。在替代性實施例(圖4B)中，文丘里管50被布置在排放殼體30的排放室32內(nèi)。 在圖4B的實施例中，制冷劑流52穿過軸承殼體觀通過排放端口 34進入排放室32中的文 丘里管50。隨著制冷劑穿過文丘里管50，在制冷劑流52中引入壓力降低，所述壓力降低能 使液體制冷劑從冷凝器16自由地流過管46并流到壓縮機12，而不給系統(tǒng)增加工作。
本發(fā)明的實施例提供了用于在制冷器組件的螺桿式壓縮機中的過熱氣體制冷劑 流中引入壓力降低的方法和系統(tǒng)，所述壓力降低足以將壓縮機中的壓力減小到冷凝器中的 壓力之下，而不給系統(tǒng)增加額外的工作。在壓縮機制冷劑流中引入壓力降低能使液體制冷 劑從冷凝器自由地流到壓縮機而不使用諸如泵的壓力施加設(shè)備。由此，本發(fā)明的實施例通 過將液體從冷凝器注入到壓縮機中的氣體制冷劑流來抑制從螺桿式壓縮機中的壓力脈動 產(chǎn)生的噪聲，而不明顯增加制冷器組件的成本和復(fù)雜性。
雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解在不偏離本發(fā) 明的精神和范圍的情況下可以改變形式和細(xì)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種在制冷器組件中使用的螺桿式壓縮機，所述壓縮機包括多個協(xié)作的螺桿轉(zhuǎn)子，其被配置成提高流過所述壓縮機的氣化制冷劑的壓力； 第一文丘里管，其被布置在所述壓縮機中的所述制冷劑的第一流路徑中位于所述轉(zhuǎn)子 下游，用于導(dǎo)致所述制冷劑中的壓力降低；以及第一輸入端口，其與所述第一文丘里管的喉部流體連通并被配置成將液體制冷劑從所 述制冷器組件的冷凝器輸送到所述壓縮機中的所述制冷劑的所述流路徑，用于降低從所述 壓縮機排放的所述制冷劑的壓力中的脈動。
2.如權(quán)利要求1所述的壓縮機，其中，所述第一文丘里管位于所述壓縮機的軸承殼體中。
3.如權(quán)利要求1所述的壓縮機，其中，所述第一文丘里管位于所述壓縮機的排放殼體中。
4.如權(quán)利要求1所述的壓縮機，還包括第二文丘里管，其被布置在所述壓縮機中的所述制冷劑的第二流路徑中；以及 第二輸入端口，其與所述第二文丘里管的喉部流體連通并被配置成將液體制冷劑從所 述冷凝器輸送到所述壓縮機中的所述制冷劑的所述第二流路徑。
5.如權(quán)利要求1所述的壓縮機，其中，所述第一文丘里管將所述壓縮機中的所述制冷 劑的壓力減小到所述冷凝器中的所述制冷劑的壓力之下。
6.一種制冷器組件，包括 螺桿式壓縮機；冷凝器，其聯(lián)接到所述螺桿式壓縮機；第一文丘里管，其被布置在穿過所述壓縮機的制冷劑的第一流路徑中，其中，所述第一 文丘里管包括在喉部連接到漸擴部分的漸縮部分；以及第一管，其聯(lián)接在所述第一文丘里管的喉部與所述冷凝器之間，并被配置成將液體制 冷劑從所述冷凝器輸送到所述壓縮機中的所述制冷劑的所述第一流路徑，用于降低從所述 壓縮機排出的壓縮的制冷劑中的脈動。
7.如權(quán)利要求6所述的組件，其中，所述螺桿式壓縮機包括多個協(xié)作的螺桿轉(zhuǎn)子，其被配置成提高流過所述壓縮機的所述制冷劑的壓力，其中，所 述第一文丘里管被布置在所述螺桿轉(zhuǎn)子的下游。
8.如權(quán)利要求7所述的組件，其中，所述第一文丘里管位于所述壓縮機的軸承殼體中。
9.如權(quán)利要求7所述的組件，其中，所述排放室的所述第一文丘里管位于所述壓縮機 的排放殼體中。
10.如權(quán)利要求6所述的組件，還包括第二文丘里管，其被布置在所述壓縮機中的所述制冷劑的第二流路徑中，其中，所述第 二文丘里管包括在喉部連接到漸擴部分的漸縮部分；以及第二管，其聯(lián)接在所述第二文丘里管的喉部與所述冷凝器之間，并被配置成將液體制 冷劑從所述冷凝器輸送到所述壓縮機中的所述制冷劑的所述第二流路徑。
11.如權(quán)利要求6所述的組件，其中，所述第一文丘里管將所述壓縮機中的所述制冷劑 的壓力減小到所述冷凝器中的所述制冷劑的壓力之下。
12.—種在制冷器組件中使用的螺桿式壓縮機，所述壓縮機包括螺桿轉(zhuǎn)子軸承殼體；第一文丘里管，其被布置在所述軸承殼體中并被布置在被運送穿過所述軸承殼體的制 冷劑的第一流路徑中，用于降低所述制冷劑的壓力；以及第一輸入端口，其與所述第一文丘里管的喉部流體連通，并被配置成將液體制冷劑從 所述制冷器組件的冷凝器輸送到所述軸承殼體中的所述制冷劑的所述第一流路徑。
13.如權(quán)利要求12所述的壓縮機，還包括第二文丘里管，其被布置在所述軸承殼體中并被布置在被運送穿過所述軸承殼體的制 冷劑的第二流路徑中；以及第二輸入端口，其與所述第二文丘里管的喉部流體連通，并被配置成將液體制冷劑從 所述冷凝器輸送到所述軸承殼體中的所述制冷劑的所述第二流路徑。
14.如權(quán)利要求12所述的壓縮機，其中，所述文丘里管將所述軸承殼體中的所述制冷 劑的壓力減小到所述冷凝器中的所述制冷劑的壓力之下。
15.一種在制冷器組件中使用的螺桿式壓縮機，所述壓縮機包括排放殼體；第一文丘里管，其被布置在所述排放殼體中，并被布置在被運送穿過所述排放殼體的 制冷劑的第一流路徑中，用于降低所述制冷劑的壓力；以及第一輸入端口，其與所述文丘里管的喉部流體連通，并被配置成將液體制冷劑從所述 制冷器組件的冷凝器輸送到所述排放殼體中的所述制冷劑的所述第一流路徑。
16.如權(quán)利要求15所述的壓縮機，還包括第二文丘里管，其被布置在所述排放殼體中，并被布置在被運送穿過所述排放殼體的 制冷劑的第二流路徑中；以及第二輸入端口，其與所述第二文丘里管的喉部流體連通，并被配置成將液體制冷劑從 所述冷凝器輸送到所述排放殼體中的所述制冷劑的所述第二流路徑。
17.如權(quán)利要求15所述的壓縮機，其中，所述第一文丘里管將所述排放殼體中的所述 制冷劑的壓力減小到所述冷凝器中的所述制冷劑的壓力之下。
18.—種抑制制冷器組件的螺桿式壓縮機中的噪聲的方法，所述方法包括將液體制冷劑從所述制冷器組件的冷凝器引入到流過所述螺桿式壓縮機的壓縮氣體 制冷劑中，以減小所述制冷劑中的脈動；以及在不增加工作的情況下，將所述壓縮機中的氣體制冷劑的壓力減小到所述冷凝器中的 液體制冷劑的壓力之下，以促進將所述液體制冷劑引入到所述氣體制冷劑中。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，通過使所述氣體制冷劑穿過一個或多個文丘里 管來減小所述氣體制冷劑的壓力。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，在所述壓縮機中的軸承殼體或排放殼體之一中 減小所述氣體制冷劑的壓力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在制冷器組件(10)中使用的螺桿式壓縮機(12)，包括協(xié)作的螺桿轉(zhuǎn)子(22、24、26)，其被配置成提高流過壓縮機(12)的氣化制冷劑的壓力；文丘里管(50)，其被布置在壓縮機(129)中的制冷劑的第一流路徑中位于轉(zhuǎn)子(22、24、26)的下游；以及輸入端口(46)，其與文丘里管(50)的喉部流體連通，并被配置成將液體制冷劑從制冷器組件(10)的冷凝器(16)輸送到壓縮機中的制冷劑的流路徑。文丘里管(50)被配置成導(dǎo)致壓縮機(12)中的制冷劑中的壓力降低。從冷凝器(16)輸送的液體制冷劑減小從壓縮機(12)排放的制冷劑的壓力中的脈動。
文檔編號F04C29/12GK102037245SQ200980118281
公開日2011年4月27日 申請日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月21日
發(fā)明者V·M·西什特拉 申請人:開利公司