本專利申請(qǐng)是以下美國(guó)和中國(guó)專利申請(qǐng)的繼續(xù)：于2014年5月23日提交的美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)14/285,678(渦旋式，中國(guó)申請(qǐng)?zhí)柣驅(qū)＠?hào)：201510226596.1)，于2012年9月15日提交的美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)13/621,202(內(nèi)燃機(jī)，中國(guó)申請(qǐng)?zhí)柣驅(qū)＠?hào)：201210344360.4)，于2012年2月24日提交的美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)13/404,022(容積式，中國(guó)申請(qǐng)?zhí)柣驅(qū)＠?hào)：201210047941.1)、于2011年12月29日提交的美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)13/340,592(螺桿式，中國(guó)申請(qǐng)?zhí)柣驅(qū)＠?hào)：201110449760.7)及于2011年6月7日提交的美國(guó)非臨時(shí)美國(guó)專利13/155,123。所有這些在此引入本文，作為參考其全部而且出于所有目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明通常與各種容積式流體機(jī)械領(lǐng)域相關(guān)，細(xì)屬于容積式氣/汽體機(jī)械的旁支脈動(dòng)陷阱，具有減少一次性氣/汽流和壓力脈動(dòng)以及由此激發(fā)的二次性噪音和振動(dòng)危害，提高變工況氣/汽動(dòng)效率而不需要串接氣/汽流脈動(dòng)衰減器(也稱消音器)和/或使用變內(nèi)壓縮比設(shè)置的特點(diǎn)。

背景技術(shù)：

如圖1a所示，容積式氣/汽體機(jī)械通常分為容積式壓縮機(jī)和容積式膨脹機(jī)兩大類，其中壓縮機(jī)將軸功轉(zhuǎn)換為氣/汽體內(nèi)能，反之膨脹機(jī)則將氣/汽體內(nèi)能轉(zhuǎn)換為軸功，兩者均具有高壓比增壓或高壓比膨脹能力，適用于寬廣的流域和不同的介質(zhì)(如不同氣體或汽體或汽液兩相)，被廣泛地應(yīng)用于各種各樣的工業(yè)或民用應(yīng)用，如給天然氣管道增壓，將其從生產(chǎn)基地輸送到千里以外的千家萬(wàn)戶，或用于各種石油化工流程的驅(qū)動(dòng)和工廠車間內(nèi)壓縮空氣的氣源。另外，容積式壓縮機(jī)和膨脹機(jī)還是空調(diào)制冷循環(huán)中的心臟，用于工業(yè)化制冷或每家每戶的空調(diào)和冰箱內(nèi)。盡管下面的有關(guān)圖示和描述采用的是針對(duì)空氣的容積式壓縮機(jī)來(lái)展示本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)方案，其原理和精神也可以用于不同汽體(如蒸汽或空調(diào)制冷介質(zhì))或其它真實(shí)氣體或氣液態(tài)兩相流。此原理也適用于容積式膨脹機(jī)，不同之處在于膨脹機(jī)使用壓差來(lái)產(chǎn)生軸功。

容積式壓縮機(jī)將軸功率轉(zhuǎn)換為被壓縮介質(zhì)(廣義上包括不同的氣體或汽體)的內(nèi)能。它的工作原理是依靠工作腔容積的縮小來(lái)增加氣體壓力。如圖1a所示，按工作腔和運(yùn)動(dòng)部件形狀，容積式壓縮機(jī)又可分為“往復(fù)式”和“回轉(zhuǎn)式”兩大類。前者的運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，后者的運(yùn)動(dòng)部件做單方向回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如螺桿壓縮機(jī)、渦旋壓縮機(jī)、滑片壓縮機(jī)、羅茨式或回轉(zhuǎn)活塞式等。盡管容積式壓縮機(jī)種類繁多優(yōu)缺點(diǎn)各異，但都含有一個(gè)進(jìn)氣口，一個(gè)容積可變化(變化程度從0到任何設(shè)計(jì)的容積比)的工作腔(壓縮腔)和一個(gè)可控制排氣時(shí)機(jī)的排氣口。此外，其壓縮過(guò)程都是循環(huán)性的，且步驟和順序都相同，即可抽象成如下通用原理圖：進(jìn)氣→傳遞和壓縮→排氣→消音降噪，其流程如圖2a所示，而圖2b-2e進(jìn)一步展示了不同類型的傳統(tǒng)容積式壓縮機(jī)(分別是羅茨式、螺桿式、渦旋式和往復(fù)活塞式)壓縮循環(huán)的通用原理圖。用傳統(tǒng)往復(fù)活塞式為例，當(dāng)活塞在氣缸內(nèi)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣缸內(nèi)的工作容積逐漸增大，這時(shí)氣體從進(jìn)氣口推開(kāi)進(jìn)氣閥門(mén)進(jìn)入氣缸，直到工作容積變到最大時(shí)為止，進(jìn)氣閥關(guān)閉；然后活塞反向向上運(yùn)動(dòng)，氣缸容積縮小，氣體壓力升高，當(dāng)氣缸壓力達(dá)到一定的設(shè)計(jì)值時(shí)，排氣閥門(mén)打開(kāi)，這時(shí)活塞繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，氣體從排氣口排出氣缸，進(jìn)入串接的消音器或脈動(dòng)衰減器，再向下游輸送。

因?yàn)槿莘e式壓縮機(jī)的機(jī)理是將原本連續(xù)的氣流分成一個(gè)個(gè)與壓縮機(jī)工作腔大小相同的不連續(xù)的流體團(tuán)，再將其壓縮并在排氣后重新匯合到一起，故氣流或壓力脈動(dòng)為容積式壓縮機(jī)的固有屬性，其頻率為單位時(shí)間內(nèi)壓縮腔的排氣次數(shù)，而脈動(dòng)大小則與排氣時(shí)壓縮腔內(nèi)與壓縮機(jī)排氣口處(也稱系統(tǒng)背壓)的壓力差相關(guān)。通常將排氣時(shí)壓縮腔的壓力大于排氣口壓力的工況叫過(guò)壓縮，而將排氣時(shí)壓縮腔的壓力小于排氣口壓力的工況叫欠壓縮，如圖1b的P-V圖展示。對(duì)于有定壓縮比的壓縮機(jī)，當(dāng)系統(tǒng)所需壓力(背壓)變化時(shí)，都會(huì)有過(guò)壓縮或欠壓縮的情形出現(xiàn)，而過(guò)壓縮或欠壓縮的大小程度是產(chǎn)生氣流或壓力脈動(dòng)的直接原因(源頭)。大的壓力脈動(dòng)和氣流脈動(dòng)會(huì)使下游的系統(tǒng)零部件產(chǎn)生疲勞破壞，并誘發(fā)很大的振動(dòng)和噪音(可達(dá)140-200dB)。作為特例，羅茨型鼓風(fēng)機(jī)由于沒(méi)有內(nèi)壓縮，總是處于欠壓縮狀態(tài)，其欠壓縮大小程度等于進(jìn)排氣的壓差，所以羅茨風(fēng)機(jī)的嚴(yán)重氣體脈動(dòng)是由其原理所決定而天生存在的。

為了控制容積式壓縮機(jī)排氣口氣流和壓力脈動(dòng)，通常的辦法是在壓縮機(jī)排氣口串接一個(gè)消音器或脈動(dòng)衰減器，這些消音器或脈動(dòng)衰減器以抗式為主，內(nèi)有空腔、隔板和多孔管等。其降噪和減小氣流脈動(dòng)的效果一般很顯著，可達(dá)10-20分貝以上，但缺點(diǎn)是在消音器內(nèi)有流動(dòng)壓力損失(圖4f上陰影部分表

示)，造成系統(tǒng)氣動(dòng)效率下降，損失大小與脈動(dòng)衰減大小成正比，另外，衰減大的消音器通常體積較大，其板焊結(jié)構(gòu)和額外的表面積也使其會(huì)產(chǎn)生很大的振動(dòng)并輻射其它頻率的噪音，即二次性振動(dòng)和噪音，并且其內(nèi)部結(jié)構(gòu)受氣流脈動(dòng)力的作用，會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞并潛在地影響下游系統(tǒng)零件的壽命。

針對(duì)上述問(wèn)題，已經(jīng)有不同的技術(shù)試圖取代通常在出口串接消音器或脈動(dòng)衰減器的做法。比如，針對(duì)羅茨型鼓風(fēng)機(jī)，美國(guó)專利4,215,977(發(fā)明人Weatherston)，提出逆流降低壓力脈動(dòng)；針對(duì)螺桿壓縮機(jī)，美國(guó)專利5,051,077(發(fā)明人Yanagisawa)和5,370,512(發(fā)明人Fujitani)，提出改變出氣口幾何形狀以致出口逐漸打開(kāi)來(lái)降低壓力脈動(dòng)。然而，這兩種方法的效果都是有限的：一般只有5-8dB(圖4g中中間試驗(yàn)曲線所示),在壓縮機(jī)出口仍需要串接消音器或脈動(dòng)衰減器，沒(méi)能從根本上取代串接消音器。究其原因，可能是對(duì)氣流脈動(dòng)機(jī)理認(rèn)識(shí)的局限性。所以，美國(guó)專利9,140,260、9,140,261(容積式，中國(guó)申請(qǐng)?zhí)柣驅(qū)＠?hào)：201210047941.1)、9,151,292(螺桿式，中國(guó)申請(qǐng)?zhí)柣驅(qū)＠?hào)：201110449760.7)、9,243,557(內(nèi)燃機(jī)，中國(guó)申請(qǐng)?zhí)柣驅(qū)＠?hào)：201210344360.4)及美國(guó)專利申請(qǐng)14/285,678(渦旋式，中國(guó)申請(qǐng)?zhí)柣驅(qū)＠?hào)：201510226596.1)，從激波管氣流壓力脈動(dòng)機(jī)理入手(見(jiàn)圖3a-3b，激波管原理圖)，提出了氣流脈動(dòng)問(wèn)題的主要起因類似激波管原理，是容積式壓縮機(jī)在非設(shè)計(jì)工況下欠壓縮或過(guò)壓縮之壓差突然釋放所引發(fā)的脈動(dòng)流體和強(qiáng)波的相互及共同作用的新觀點(diǎn)。圖3c-3f展示了傳統(tǒng)容積式壓縮機(jī)(分別是羅茨式、螺桿式、渦旋式和往復(fù)活塞式)在欠壓縮或過(guò)壓縮時(shí)，排氣口突然打開(kāi)后所激發(fā)的壓縮波(同心密圓弧標(biāo)注)及脈動(dòng)流和膨脹波(同心疏圓弧標(biāo)注)向壓縮腔和排氣管道傳播的新機(jī)理圖，并在此基礎(chǔ)上提出了取代通常在排氣口串接消音器或脈動(dòng)衰減器的新方法-在壓縮腔旁并接脈動(dòng)衰減設(shè)置，及本發(fā)明所稱的旁支脈動(dòng)陷阱方法，其通用原理圖如圖4a所展示，而圖4b-4e則展示了旁支脈動(dòng)陷阱方法分別應(yīng)用于羅茨式、螺桿式、渦旋式和往復(fù)活塞式的最佳方案，圖4g展示其在羅茨風(fēng)機(jī)上應(yīng)用的試驗(yàn)結(jié)果，表明旁支脈動(dòng)陷阱方法可以在源頭減少氣流和壓力脈動(dòng)，其效果與傳統(tǒng)的串接脈動(dòng)衰減器(消音器)一樣顯著(10倍以上的壓力脈動(dòng)衰減，等同20dB以上的壓力脈動(dòng)的衰減)，但變工況系統(tǒng)氣動(dòng)效率比傳統(tǒng)的串接脈動(dòng)衰減器更好(耗功為圖4f中去除陰影部分)，同時(shí)又減小了系統(tǒng)的體積和重量。但以上試驗(yàn)的旁支脈動(dòng)陷阱有一個(gè)負(fù)面效果，旁支脈動(dòng)陷阱內(nèi)使用的板式多孔衰減設(shè)置會(huì)激發(fā)多孔板的振動(dòng)而引發(fā)“擊鼓效應(yīng)”，即多孔板產(chǎn)生二次性振動(dòng)和噪音，從而不能全面的體現(xiàn)旁支脈動(dòng)陷阱方法的潛在優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決以上多孔板式氣流脈動(dòng)衰減設(shè)置所引發(fā)的“擊鼓效應(yīng)”問(wèn)題，本發(fā)明提出了多孔管式氣流脈動(dòng)衰減設(shè)置。圖5a展示了新設(shè)置的最佳實(shí)施圖，這樣不僅可以在源頭減少氣流和壓力脈動(dòng)以及由此激發(fā)的二次性噪音和振動(dòng)危害，而且不需要串接脈動(dòng)衰減器(消音器)，并使得系統(tǒng)氣動(dòng)效率和安全可靠性更好，同時(shí)又減小了系統(tǒng)的體積。

因此，本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種嶄新和獨(dú)特的容積式氣/汽體機(jī)械旁支脈動(dòng)陷阱的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)，它與壓縮腔并聯(lián)，不僅可以在源頭減少一次性氣流和壓力脈動(dòng)，而且可以在出口排氣前減小由氣流和壓力脈動(dòng)誘發(fā)的二次性噪音和振動(dòng)。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種嶄新和獨(dú)特的容積式氣/汽體機(jī)械旁支脈動(dòng)陷阱的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)，它與壓縮腔并聯(lián)，取代傳統(tǒng)串接消音器，同時(shí)消除了串接所伴隨的背壓損失，從而節(jié)能并提高系統(tǒng)氣動(dòng)效率。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種嶄新和獨(dú)特的容積式氣/汽體機(jī)械旁支脈動(dòng)陷阱的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)，它與壓縮腔并聯(lián)為一體，取代傳統(tǒng)串接消音器，體積小(起碼十倍以上的體積減少)，重量輕。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種嶄新和獨(dú)特的容積式氣/汽體機(jī)械旁支脈動(dòng)陷阱的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)，它與壓縮腔并聯(lián)，消除了過(guò)壓縮工況所伴隨的能量損失而達(dá)到節(jié)能并提高系統(tǒng)氣動(dòng)效率。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種嶄新和獨(dú)特的容積式氣/汽體機(jī)械旁支脈動(dòng)陷阱的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)，可以在寬廣的壓比范圍內(nèi)同時(shí)減少一次性氣流和壓力脈動(dòng)以及由此激發(fā)的和二次性噪音和振動(dòng)危害。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種嶄新和獨(dú)特的容積式氣/汽體機(jī)械旁支脈動(dòng)陷阱的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)，可以在不同速度或?qū)拸V的排氣頻率范圍內(nèi)同時(shí)減少一次性氣流和壓力脈動(dòng)以及由此激發(fā)的二次性噪音和振動(dòng)危害。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種嶄新和獨(dú)特的容積式氣/汽體機(jī)械旁支脈動(dòng)陷阱的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)，其系統(tǒng)變工況(不同壓比或不同速度時(shí)的工況)氣動(dòng)效率要高于傳統(tǒng)的使用串接脈動(dòng)衰減器和/或變內(nèi)壓縮比設(shè)置的效率。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種帶有旁支脈動(dòng)陷阱的容積式氣/汽體機(jī)械，它包括：

a.至少一氣缸，上有氣流進(jìn)口，氣流排氣口和兩者間的氣流傳送腔或壓縮腔；

b.安裝在氣缸和壓縮腔內(nèi)的由外力驅(qū)動(dòng)改變壓縮腔容積的轉(zhuǎn)子，通過(guò)周期運(yùn)動(dòng)推動(dòng)氣流從進(jìn)口到排氣口的增壓和流動(dòng)；

c.旁支脈動(dòng)陷阱，包括與氣缸并聯(lián)的機(jī)殼形成的脈動(dòng)陷阱腔，脈動(dòng)陷阱腔內(nèi)至少有一個(gè)氣流脈動(dòng)衰減設(shè)置，在脈動(dòng)陷阱腔上至少有一個(gè)陷阱進(jìn)口連接壓縮腔，在脈動(dòng)陷阱腔上至少有一個(gè)陷阱出口連接容積式壓縮機(jī)的氣流排氣口；

d.此帶有旁支脈動(dòng)陷阱的容積式氣/汽體機(jī)械能夠減少一次性氣流和壓力脈動(dòng)以及由此激發(fā)的二次性噪音和振動(dòng)危害，提高系統(tǒng)氣動(dòng)效率而且不需要串接脈動(dòng)衰減器和變內(nèi)壓縮比設(shè)置。

所述的陷阱進(jìn)口上游至少有一個(gè)漸開(kāi)槽，槽的開(kāi)始處位于離開(kāi)壓縮機(jī)氣流進(jìn)口距離等于或大于壓縮腔剛剛對(duì)進(jìn)氣口關(guān)閉(密閉)處，但始終在壓縮機(jī)排氣口之前。

所述的陷阱進(jìn)口漸開(kāi)槽長(zhǎng)度與脈動(dòng)陷阱進(jìn)口寬度的比不大于五比一。

所述的脈動(dòng)陷阱腔內(nèi)至少包括一個(gè)氣流脈動(dòng)衰減設(shè)置，每個(gè)脈動(dòng)衰減設(shè)置至少包括一個(gè)非板狀的多孔裝置。

所述的非板狀的多孔裝置形狀像吸塵器吸頭，即從陷阱進(jìn)口長(zhǎng)方形截面形狀逐漸連續(xù)過(guò)渡到管形截面。

所述的非板狀的多孔裝置形狀是具有相同截面積的圓柱形狀。

所述的圓柱形狀的多孔裝置的圓柱長(zhǎng)對(duì)圓柱直徑比至少大于或等于2。

所述的非板狀的多孔裝置端面(陷阱進(jìn)口對(duì)面)是曲面而且曲面上面沒(méi)有穿孔。

所述的非板狀的多孔裝置形狀是具有從陷阱進(jìn)口端開(kāi)始不斷減小橫截面積的圓錐形狀。

所述的非板狀的多孔裝置的總的內(nèi)表面面積對(duì)所有穿孔最小橫截面積之和的比至少大于或等于5。

所述的非板狀的多孔裝置的所有穿孔最小橫截面積之和對(duì)陷阱進(jìn)口面積的比至少大于或等于1。

所述的非板狀的多孔裝置穿孔的形狀為等面積形狀，或脈動(dòng)流方向的橫截面積減小的噴管或脈動(dòng)流方向的橫截面積先減小再逐漸增大的拉法爾噴管。

所述的非板狀的多孔裝置上面至少有10個(gè)穿孔。

所述的非板狀的多孔裝置上的穿孔均勻分布且軸對(duì)稱，即一個(gè)孔的對(duì)面總有另外一個(gè)一模一樣的孔。

所述的非板狀的多孔裝置端面(陷阱進(jìn)口對(duì)面)是曲面而且曲面上面至少有一個(gè)穿孔。

所述的非板狀脈動(dòng)衰減設(shè)置包括至少兩個(gè)并聯(lián)的非板狀多孔裝置。

所述的非板狀脈動(dòng)衰減設(shè)置包括至少兩個(gè)并聯(lián)的非板狀多孔裝置并且成對(duì)分布。

所述的非板狀脈動(dòng)衰減設(shè)置包括至少兩個(gè)并聯(lián)的非板狀多孔裝置表面上所有穿孔最小橫截面積之和對(duì)陷阱進(jìn)口面積的比處于0.4-4.0之間。

所述的非板狀脈動(dòng)衰減設(shè)置包括至少兩個(gè)串聯(lián)的非板狀多孔裝置。

所述的非板狀脈動(dòng)衰減設(shè)置包括至少兩個(gè)串聯(lián)的非板狀多孔裝置并且成對(duì)分布。

所述的非板狀脈動(dòng)衰減設(shè)置包括至少兩個(gè)串聯(lián)的非板狀多孔裝置，其中一個(gè)非板狀多孔裝置位于另一個(gè)非板狀多孔裝置里面。

所述的非板狀脈動(dòng)衰減設(shè)置包括至少兩個(gè)串聯(lián)的非板狀多孔裝置，其中一個(gè)非板狀多孔裝置位于另一個(gè)非板狀多孔裝置后面。

這些和其它新穎性以及本發(fā)明的目的，將通過(guò)以下有關(guān)圖示和具體實(shí)施方式的詳細(xì)描述、討論和權(quán)利要求而更為清晰。

附圖說(shuō)明

參考有關(guān)圖示的目的僅僅是為了說(shuō)明，但不限于圖示，現(xiàn)說(shuō)明如下：

圖1a是一個(gè)典型的容積式氣/汽體機(jī)械分類圖，圖中顯示現(xiàn)有的容積式壓縮機(jī)和容積式膨脹機(jī)的各種類型，均適合本發(fā)明對(duì)象的原理；圖1b是欠壓縮(左圖)或過(guò)壓縮過(guò)程(右圖)在P-V圖上的表示；

圖2a(此前工藝)是傳統(tǒng)容積式壓縮機(jī)在欠壓縮(上圖)或過(guò)壓縮(下圖)時(shí)壓縮循環(huán)的通用原理圖；圖2b-2e(此前工藝)分別是羅茨式、螺桿式、渦旋式和往復(fù)活塞式壓縮機(jī)壓縮循環(huán)的通用原理圖；

圖3a-3b是激波管原理圖，表示一直管內(nèi)分隔兩邊不同壓力氣體的隔膜突然打開(kāi)后所激發(fā)的波流圖和壓力分布和演變，也是本發(fā)明的氣流及壓力脈動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理圖；圖3c-3f(此前工藝)展示了傳統(tǒng)羅茨式、螺桿式、渦旋式和往復(fù)活塞式容積式壓縮機(jī)分別在欠壓縮或過(guò)壓縮時(shí)，排氣口突然打開(kāi)后所激發(fā)的壓縮波(同心密圓弧標(biāo)注)和膨脹波(同心疏圓弧標(biāo)注)向壓縮腔和排氣管道傳播的機(jī)理圖；

圖4a展示本發(fā)明帶有旁支脈動(dòng)陷阱的容積式氣/汽體機(jī)械在欠壓縮(上圖)或過(guò)壓縮(下圖)時(shí)壓縮循環(huán)的通用原理圖；圖4b-4e展示了本發(fā)明帶有旁支脈動(dòng)陷阱方法分別應(yīng)用于羅茨式、螺桿式、渦旋式和往復(fù)活塞式壓縮機(jī)的最佳實(shí)施方案；圖4f在P-V圖上展示使用旁支脈動(dòng)陷阱板方法比傳統(tǒng)的串接脈動(dòng)衰減設(shè)置節(jié)能的原理和大?。粓D4g展示了羅茨式壓縮機(jī)所帶旁支脈動(dòng)陷阱板內(nèi)使用板式多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置的試驗(yàn)結(jié)果；

圖5a是局部剖面圖，表示本發(fā)明帶有旁支脈動(dòng)陷阱的容積式氣/汽體機(jī)械的一個(gè)最佳實(shí)現(xiàn)方案：在脈動(dòng)陷阱內(nèi)每對(duì)脈動(dòng)陷阱腔/壓縮腔使用一個(gè)非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置；圖5b則是另一個(gè)最佳實(shí)現(xiàn)方案：在脈動(dòng)陷阱內(nèi)每對(duì)脈動(dòng)陷阱腔/壓縮腔使用多個(gè)非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置；

圖6a是局部剖面圖，表示本發(fā)明帶有旁支脈動(dòng)陷阱的容積式氣/汽體機(jī)械的另一個(gè)最佳實(shí)現(xiàn)方案：在脈動(dòng)陷阱內(nèi)使用像吸塵器吸頭形狀的非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置；圖6b-6c是三維圖，表示本發(fā)明旁支脈動(dòng)陷阱內(nèi)所使用的像吸塵器吸頭形狀的非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置的另外兩種形狀；

圖7a是局部剖面圖，表示本發(fā)明帶有旁支脈動(dòng)陷阱的容積式氣/汽體機(jī)械的另一個(gè)最佳實(shí)現(xiàn)方案：在脈動(dòng)陷阱內(nèi)使用兩級(jí)串聯(lián)的非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置；圖7b-7c是局部剖面圖，表示本發(fā)明旁支脈動(dòng)陷阱內(nèi)所使用的兩級(jí)串聯(lián)的非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置的另外兩種實(shí)現(xiàn)方案；

圖8為局部剖面圖，表示圖5a-7c展示的本發(fā)明帶有旁支脈動(dòng)陷阱的容積式氣/汽體機(jī)械的非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置中穿孔的分布、尺寸和形狀；

圖9為局部剖面圖，表示本發(fā)明帶有旁支脈動(dòng)陷阱的容積式氣/汽體機(jī)械的另一個(gè)最佳實(shí)現(xiàn)方案：使用脈動(dòng)陷阱進(jìn)口使用漸開(kāi)槽脈動(dòng)衰減設(shè)置。

具體實(shí)施方式

盡管下面將參照有關(guān)圖示來(lái)描述本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)方案，但應(yīng)該理解，這里的實(shí)現(xiàn)方案僅僅是作為例子和說(shuō)明，而根據(jù)本發(fā)明的原理可以實(shí)現(xiàn)的其它方案則有很多種。很明顯，對(duì)于熟悉這些工藝的人，在本發(fā)明范疇內(nèi)的各種各樣的變化和修改，將被認(rèn)為屬于本發(fā)明的精神、范圍和考慮之列，這將在附加的權(quán)利要求中進(jìn)一步明確。

另外需要指出的是，盡管有關(guān)圖示和描述采用的是氣體容積式壓縮機(jī)的欠壓縮工況(羅茨式)來(lái)展示本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)方案，其原理和精神也可以用于過(guò)壓縮工況。同樣原則還適用于不同介質(zhì)：無(wú)論是空氣還是其它真實(shí)氣/汽體(如空調(diào)制冷介質(zhì))，氣態(tài)或液態(tài)或兩相流。最后，此原理也適用于容積式膨脹機(jī)，不同之處在于膨脹機(jī)使用介質(zhì)內(nèi)能來(lái)產(chǎn)生軸功。

作一個(gè)簡(jiǎn)短介紹，本發(fā)明帶有旁支脈動(dòng)陷阱的容積式氣/汽體機(jī)械，包括至少一氣缸，上有氣流進(jìn)口，氣流排氣口和兩者間的氣流傳送腔或壓縮腔；安裝在氣缸和壓縮腔內(nèi)的由外力驅(qū)動(dòng)改變壓縮腔容積的轉(zhuǎn)子，通過(guò)周期運(yùn)動(dòng)推動(dòng)氣流從進(jìn)口到排氣口的增壓和流動(dòng)；旁支脈動(dòng)陷阱，包括與氣缸并聯(lián)的機(jī)殼形成脈動(dòng)陷阱腔，脈動(dòng)陷阱腔內(nèi)至少有一個(gè)氣流脈動(dòng)衰減設(shè)置，在脈動(dòng)陷阱腔上至少有一個(gè)陷阱進(jìn)口連接壓縮腔，在脈動(dòng)陷阱腔上至少有一個(gè)陷阱出口連接容積式氣/汽體機(jī)械的氣流排氣口。

本發(fā)明帶有旁支脈動(dòng)陷阱的容積式氣/汽體機(jī)械，減少一次性氣流和壓力脈動(dòng)以及由此激發(fā)的二次性噪音和振動(dòng)危害，提高系統(tǒng)氣動(dòng)效率而且不需要變內(nèi)壓縮比設(shè)置和/或串接脈動(dòng)衰減器。

在詳細(xì)說(shuō)明之前，先概括性地?cái)⑹鲆幌卤景l(fā)明的技術(shù)背景和原理。美國(guó)專利9,140,260、9,140,261(容積式，中國(guó)申請(qǐng)?zhí)柣驅(qū)＠?hào)：201210047941.1)、9,151,292(螺桿式，中國(guó)申請(qǐng)?zhí)柣驅(qū)＠?hào)：201110449760.7)、9,243,557(內(nèi)燃機(jī)，中國(guó)申請(qǐng)?zhí)柣驅(qū)＠?hào)：201210344360.4)及美國(guó)專利申請(qǐng)14/285,678(渦旋式，中國(guó)申請(qǐng)?zhí)柣驅(qū)＠?hào)：201510226596.1)，披露了從激波管機(jī)理入手(見(jiàn)圖3a、圖3b，激波管原理圖)，氣流脈動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理類似激波管爆發(fā)過(guò)程，即產(chǎn)生于容積式壓縮機(jī)在非設(shè)計(jì)工況欠壓縮或過(guò)壓縮時(shí)壓差突然釋放所引發(fā)的脈動(dòng)流體和強(qiáng)波的相互及共同作用，進(jìn)而將此機(jī)理應(yīng)用到不同類型的容積式氣/汽體機(jī)械(羅茨式、螺桿式、容積式壓縮機(jī)和內(nèi)燃機(jī)及渦旋式壓縮機(jī))的氣流脈動(dòng)的控制。

參考圖4a，這里展示的是帶有旁支(并聯(lián))脈動(dòng)陷阱的容積式壓縮機(jī)壓縮循環(huán)通用原理圖。廣而言之，脈動(dòng)陷阱方法解決脈動(dòng)問(wèn)題的策略是：在氣流到壓縮機(jī)排氣口之前，將壓力脈動(dòng)首先從壓縮腔引誘到并聯(lián)的脈動(dòng)陷阱內(nèi)，再在脈動(dòng)陷阱內(nèi)予以衰減，這樣在壓縮機(jī)排氣口排氣時(shí)，氣流已無(wú)壓力脈動(dòng)。圖2a顯示的是最常用的傳統(tǒng)串接消音器或脈動(dòng)衰減器的方法，它的脈動(dòng)衰減發(fā)生在壓縮機(jī)排氣口之后，脈動(dòng)衰減器與壓縮腔及后面的排氣口串聯(lián)連接；而本發(fā)明帶有旁支脈動(dòng)陷阱的容積式壓縮機(jī)的脈動(dòng)衰減則發(fā)生在壓縮機(jī)排氣之前，在脈動(dòng)陷阱腔內(nèi)的脈動(dòng)衰減設(shè)置與壓縮腔并聯(lián)連接。相對(duì)于傳統(tǒng)容積式壓縮循環(huán)，兩者的進(jìn)氣和傳遞/壓縮沖程仍相同，但排氣和脈動(dòng)衰減沖程的次序則完全不同。脈動(dòng)陷阱腔與壓縮腔由陷阱進(jìn)口連接，并且脈動(dòng)陷阱腔與氣流排氣口也由陷阱出口相連接。脈動(dòng)陷阱腔內(nèi)有氣流脈動(dòng)衰減設(shè)置，它在氣流排出壓縮機(jī)排氣口之前(而不是傳統(tǒng)壓縮循環(huán)在氣流排出壓縮機(jī)排氣口之后)，將壓力脈動(dòng)源，也就是壓縮腔與壓縮機(jī)排氣口之間的壓差，首先引誘到脈動(dòng)陷阱內(nèi)，并在脈動(dòng)陷阱內(nèi)予以衰減，這樣在壓縮機(jī)排氣口排氣時(shí)，氣流已無(wú)壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的壓差，也就沒(méi)有了壓力脈動(dòng)源。如圖4b-4e所示，在壓縮腔突然向脈動(dòng)陷阱腔打開(kāi)的瞬間，由于壓縮腔和脈動(dòng)陷阱腔之間存在欠壓縮工況時(shí)的壓力差(因?yàn)槊}動(dòng)陷阱腔與壓縮機(jī)排氣口連接)，根據(jù)激波管理論，此時(shí)在陷阱進(jìn)口會(huì)激發(fā)出一系列的壓力波和流體流動(dòng)。所產(chǎn)生的壓力波中的壓縮波(同心密圓弧標(biāo)注)和流體將向低壓的壓縮腔內(nèi)傳播流動(dòng)并壓縮里面的氣體，而與此同時(shí)產(chǎn)生的壓力波中的膨脹波(同心疏圓弧標(biāo)注)將向高壓的陷阱腔內(nèi)傳播并激發(fā)反向流，其中膨脹波在那里被脈動(dòng)衰減設(shè)置表面所阻擋(反射)，而反向流體則可以由脈動(dòng)衰減設(shè)置表面上的許多穿孔通過(guò)，即通流隔波的“陷阱”設(shè)置將陷阱內(nèi)的壓力脈動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成流體流動(dòng)的動(dòng)能。因?yàn)椴ǖ膫鞑ニ俣仁球?qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子線速度的10-50倍，波動(dòng)反射幾次(十次以下)即衰減效果顯著，也即陷阱進(jìn)口開(kāi)啟只需在排氣口打開(kāi)之前足夠遠(yuǎn)即可，目標(biāo)是在壓縮機(jī)排氣口排氣時(shí)，壓力脈動(dòng)在脈動(dòng)陷阱內(nèi)已衰減完畢，也就是氣流在排氣時(shí)已無(wú)壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的壓差(源頭)，也就沒(méi)有了壓力脈動(dòng)了，即沒(méi)有了氣流脈動(dòng)的主要組成部分。

本發(fā)明帶有旁支脈動(dòng)陷阱的容積式壓縮機(jī)的脈動(dòng)衰減與傳統(tǒng)的排氣口串聯(lián)連接的減振器或消音器的差別在于排氣和脈動(dòng)衰減的時(shí)間先后：不像傳統(tǒng)方法那樣等到排氣口排氣之后再衰減(傳統(tǒng)方法壓縮腔和脈動(dòng)衰減設(shè)置是串聯(lián)和先后關(guān)系)，旁支脈動(dòng)陷阱方法將壓力脈動(dòng)衰減提前到出口排氣前的壓縮過(guò)程，而且壓縮和脈動(dòng)衰減同時(shí)進(jìn)行，即壓縮腔和脈動(dòng)衰減設(shè)置是并聯(lián)關(guān)系。

這樣做有下面好處。首先，壓力脈動(dòng)激發(fā)的脈動(dòng)流(IFF)得以從主流(Q)中分離出來(lái)，只有脈動(dòng)流IFF需要經(jīng)過(guò)脈動(dòng)陷阱內(nèi)的脈動(dòng)衰減設(shè)置，此時(shí)脈動(dòng)陷阱出口壓力與壓縮機(jī)排氣口壓力相同，即沒(méi)有背壓；而傳統(tǒng)串接脈動(dòng)衰減設(shè)置中脈動(dòng)流(IFF)和主流(Q)則在排氣時(shí)混合在一起，主流和脈動(dòng)流均要經(jīng)過(guò)串接衰減設(shè)置，致使總的流動(dòng)壓力損失增加，也即壓縮機(jī)有串接脈動(dòng)衰減設(shè)置的背壓損失，導(dǎo)致壓縮機(jī)系統(tǒng)效率下降。第二，旁支脈動(dòng)陷阱離脈動(dòng)源頭近，由于主流Q不通過(guò)此處，尺寸可以比傳統(tǒng)串接脈動(dòng)衰減設(shè)置大大減小，并可以與壓縮機(jī)氣缸連為一體，使壓縮機(jī)整體體積減小，重量減輕，因而減小產(chǎn)生二次性振動(dòng)和噪音的源頭。

以上原理應(yīng)用在羅茨式壓縮機(jī)上的試驗(yàn)結(jié)果(圖4g)表明，旁支脈動(dòng)陷阱方法不僅可以在源頭減少氣流和壓力脈動(dòng)，其效果與傳統(tǒng)的串接脈動(dòng)衰減設(shè)置(消音器)一樣顯著(10倍以上的壓力脈動(dòng)衰減)，而且系統(tǒng)氣動(dòng)效率比傳統(tǒng)的串接脈動(dòng)衰減器的系統(tǒng)效率大幅度提高(圖4f)，同時(shí)又減小了系統(tǒng)的體積和重量。但以上披露的旁支脈動(dòng)陷阱樣機(jī)試驗(yàn)時(shí)觀察到一個(gè)負(fù)面效果，旁支脈動(dòng)陷阱內(nèi)使用的板式多孔衰減設(shè)置會(huì)激發(fā)多孔板的振動(dòng)而引發(fā)所謂“擊鼓效應(yīng)”，即脈動(dòng)陷阱內(nèi)的氣流脈動(dòng)能量所激發(fā)的二次性振動(dòng)和噪音，從而不能全面的體現(xiàn)旁支脈動(dòng)陷阱方法的優(yōu)勢(shì)，這也是本發(fā)明需要改進(jìn)的地方，即改進(jìn)產(chǎn)生二次性振動(dòng)和噪音的源頭-板式多孔衰減設(shè)置，消除激發(fā)“擊鼓效應(yīng)”的作用力，從而進(jìn)一步在源頭減少氣流和壓力脈動(dòng)以及由此激發(fā)的二次性振動(dòng)和噪音。

參考圖5a，這里顯示的是一個(gè)典型的為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明帶有旁支脈動(dòng)陷阱50的羅茨式壓縮機(jī)10的最佳方案。本發(fā)明帶有旁支脈動(dòng)陷阱50的羅茨式壓縮機(jī)10通常包括一氣缸體20，上有氣流進(jìn)口36，氣流排氣口38，氣缸內(nèi)的一對(duì)轉(zhuǎn)子12通過(guò)軸14和16旋轉(zhuǎn)與氣缸體20形成傳送腔37(關(guān)閉前)和壓縮腔39(關(guān)閉后)。氣缸體20與機(jī)殼28并聯(lián)形成脈動(dòng)陷阱腔51，對(duì)應(yīng)每個(gè)壓縮腔39和脈動(dòng)陷阱腔51至少有一個(gè)氣流脈動(dòng)衰減設(shè)置53。在氣缸體20和機(jī)殼28交接面上至少有一個(gè)陷阱進(jìn)口41連接壓縮腔39和脈動(dòng)陷阱腔51，至少有一個(gè)陷阱出口48將脈動(dòng)陷阱腔51與羅茨式壓縮機(jī)的氣流排氣口38相連接。

旁支脈動(dòng)陷阱50工作原理如下。參照?qǐng)D5a所示的最佳方案中，旁支脈動(dòng)陷阱50包括組成缸體的氣缸體20和并聯(lián)機(jī)殼28，兩者之間形成脈動(dòng)陷阱腔51，其內(nèi)有脈動(dòng)氣流過(guò)渡腔55和相連的氣流脈動(dòng)衰減設(shè)置53。氣缸體20上的陷阱進(jìn)口41將壓縮腔39和脈動(dòng)陷阱腔51通過(guò)脈動(dòng)氣流過(guò)渡腔55和相連的氣流脈動(dòng)衰減設(shè)置53相連接，而氣缸體20上的陷阱出口48則將脈動(dòng)陷阱腔51出口與羅茨式壓縮機(jī)的氣流排氣口38相連接。如圖5a左邊所示，在轉(zhuǎn)子12葉片和氣缸體20形成的氣流傳送腔37與氣流進(jìn)口36剛剛關(guān)閉，即在形成了封閉的壓縮腔39時(shí)，陷阱進(jìn)口41的位置處于剛好開(kāi)啟，此刻壓縮腔39突然向脈動(dòng)陷阱腔51打開(kāi)，由于兩者間存在壓力差(即壓縮機(jī)欠壓縮的壓差)，根據(jù)激波管理論，此時(shí)在陷阱進(jìn)口41處會(huì)激發(fā)出一系列的波動(dòng)和流動(dòng)。所產(chǎn)生的壓縮波和誘生的脈動(dòng)流將傳向低壓的壓縮腔39并繼續(xù)壓縮里面的氣體，而與此同時(shí)產(chǎn)生的膨脹波將朝相反方向傳播并激發(fā)反流，即膨脹波從過(guò)渡腔55傳播到脈動(dòng)衰減設(shè)置53，在脈動(dòng)衰減設(shè)置53的表面被阻隔，其能量則轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)衰減設(shè)置53表面穿孔所激發(fā)的脈動(dòng)流54的動(dòng)能。脈動(dòng)流54流動(dòng)方向如圖5a圖中小箭頭所表示，其路徑為：由陷阱出口48進(jìn)入陷阱腔51，經(jīng)過(guò)脈動(dòng)衰減設(shè)置53和過(guò)渡腔55，收斂到陷阱進(jìn)口41，最后釋放到壓縮腔39內(nèi)。圖5a上大箭頭則表示轉(zhuǎn)子12旋轉(zhuǎn)方向和從氣流進(jìn)口36到氣流排氣口38的主流(Q)方向。因?yàn)椴ǖ膫鞑ニ俣仁寝D(zhuǎn)子12葉片頂部線速度的10-50倍，壓力脈動(dòng)衰減可在轉(zhuǎn)子12葉片頂部轉(zhuǎn)到壓縮腔39向壓縮機(jī)排氣出口38打開(kāi)之前完成，因而在壓縮腔39向排氣出口38排氣時(shí)與氣流出口38之間已無(wú)壓差，即氣流已無(wú)產(chǎn)生脈動(dòng)的源(壓力差)，因此不再需要串接出口脈動(dòng)衰減器。

作為本發(fā)明一個(gè)重要的新穎性和獨(dú)特性，旁支脈動(dòng)陷阱50內(nèi)的非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置53工作原理如下。參照?qǐng)D5a右邊的局部放大圖，旁支脈動(dòng)陷阱50內(nèi)非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置53的基本原理與板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置基本相同(比較圖4b)，都是通過(guò)旁支脈動(dòng)陷阱50在排氣之前消除氣流脈動(dòng)源(壓力差)，但脈動(dòng)衰減設(shè)置53的設(shè)計(jì)則完全不同。如圖5a右邊的局部放大圖上圖所示，當(dāng)壓縮腔39在欠壓縮工況突然向脈動(dòng)陷阱過(guò)渡腔55打開(kāi)時(shí)，在陷阱進(jìn)口41處激發(fā)出的膨脹波將向過(guò)渡腔55和非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置53傳播，并在非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置53的非板狀表面被阻隔，其能量則轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)衰減設(shè)置53表面穿孔所誘發(fā)的脈動(dòng)流54的動(dòng)能。因?yàn)榉前鍫疃嗫酌}動(dòng)衰減設(shè)置53中的穿孔是軸對(duì)稱分布的，此時(shí)欠壓縮工況壓差在每個(gè)穿孔所引發(fā)的波流作用力與對(duì)面對(duì)應(yīng)穿孔所引發(fā)的波流作用力相互抵消，進(jìn)而消除了產(chǎn)生二次性振動(dòng)和噪音的激發(fā)源；如果非板狀的多孔裝置形狀是具有相同截面積的圓柱形狀，而且圓柱長(zhǎng)對(duì)圓柱直徑比至少大于或等于2的話，則圓柱面面積遠(yuǎn)大于圓柱端面面積或“鼓面”面積，因而圓柱端面引發(fā)的“擊鼓效應(yīng)”效果影響較小，進(jìn)而減小了由之產(chǎn)生的二次性振動(dòng)和噪音。相比之下，圖4b所示的板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置中的穿孔分布在一個(gè)平面上而且是單向的，欠壓縮工況壓差在每個(gè)孔所引發(fā)的波流作用力相互迭加進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)烈的“擊鼓效應(yīng)”，從而增強(qiáng)了二次性振動(dòng)和噪音的產(chǎn)生。圖5a右邊的局部放大圖下圖展示非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置的端面上至少有一個(gè)穿孔，可以進(jìn)一步增加波流轉(zhuǎn)換的效果，作為本發(fā)明羅茨式壓縮機(jī)10帶有旁支脈動(dòng)陷阱50的另外一種最佳實(shí)現(xiàn)方案。

圖5b展示了本發(fā)明羅茨式壓縮機(jī)10帶有旁支脈動(dòng)陷阱50的另外一種最佳實(shí)現(xiàn)方案：在脈動(dòng)陷阱內(nèi)使用多個(gè)非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置，其氣流脈動(dòng)衰減原理與單個(gè)相同，但可以使用多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸的非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置53，安裝在同一個(gè)過(guò)渡腔55上，來(lái)滿足不同場(chǎng)合下的應(yīng)用，并減小總體尺寸和制造成本。

當(dāng)傳統(tǒng)羅茨式壓縮機(jī)10配有本發(fā)明旁支脈動(dòng)陷阱50時(shí)，它可以減少一次性氣流和壓力脈動(dòng)，減少二次性噪音和振動(dòng)危害，提高系統(tǒng)氣動(dòng)效率而且不需要外接脈動(dòng)減振器和變內(nèi)壓縮比設(shè)置。

圖6a展示了本發(fā)明帶有旁支脈動(dòng)陷阱60的羅茨式壓縮機(jī)10的另一個(gè)最佳實(shí)現(xiàn)方案：在脈動(dòng)陷阱內(nèi)使用像吸塵器吸頭形狀的非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置。其氣流脈動(dòng)衰減原理與圖5a中的非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置基本相同，但其過(guò)渡腔55和非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置53變成了連為一體的過(guò)渡腔65和非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置64，過(guò)渡腔65的橫截面形狀和面積從陷阱進(jìn)口41的長(zhǎng)方形，連續(xù)光滑的過(guò)渡到非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置64的形狀，如圓形。如圖6a所示的最佳方案中，旁支脈動(dòng)陷阱60包括組成缸體的氣缸體20和并聯(lián)機(jī)殼28，兩者之間形成脈動(dòng)陷阱腔51，其內(nèi)有光滑連續(xù)過(guò)渡腔65和光滑連續(xù)相連的非板狀多孔氣流脈動(dòng)衰減設(shè)置64，兩者共同形成像吸塵器吸頭形狀的非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置63。氣缸體20上的陷阱進(jìn)口41將壓縮腔39和脈動(dòng)陷阱腔51通過(guò)過(guò)渡腔65和相連的氣流脈動(dòng)衰減設(shè)置64相連接，而氣缸體20上的陷阱出口48則將脈動(dòng)陷阱腔51出口與羅茨式壓縮機(jī)的氣流排氣口38相連接。如圖6a左邊所示，在轉(zhuǎn)子12葉片頂部和氣缸體20形成的氣流傳送腔37與氣流進(jìn)口36剛剛關(guān)閉，即在形成了封閉的壓縮腔39時(shí)，陷阱進(jìn)口41的位置處于剛好開(kāi)啟，即此刻壓縮腔39突然向脈動(dòng)陷阱過(guò)渡腔65打開(kāi)，由于兩者間存在壓力差(即壓縮機(jī)欠壓縮的量)，根據(jù)激波管理論，此時(shí)在陷阱進(jìn)口41處會(huì)激發(fā)出一系列的波動(dòng)和流動(dòng)。所產(chǎn)生的壓縮波和誘生的脈動(dòng)流將傳向低壓的壓縮腔39并繼續(xù)壓縮里面的氣體，而與此同時(shí)產(chǎn)生的膨脹波將朝相反方向傳播，即從光滑過(guò)渡腔65經(jīng)脈動(dòng)衰減設(shè)置64向陷阱腔51傳播，此過(guò)程中膨脹波被脈動(dòng)衰減設(shè)置63表面被阻隔，其能量則轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)衰減設(shè)置63表面穿孔所誘發(fā)的脈動(dòng)流54的動(dòng)能。在圖6a圖中，小箭頭54表示脈動(dòng)流(IFF)的流動(dòng)方向，其路徑如下：由陷阱出口48進(jìn)入陷阱腔51，經(jīng)過(guò)脈動(dòng)衰減設(shè)置64和光滑過(guò)渡腔65，收斂到陷阱進(jìn)口41，最后釋放到壓縮腔39內(nèi)。因?yàn)檫^(guò)渡腔65和與之相連的氣流脈動(dòng)衰減設(shè)置64的橫截面積和形狀均是光滑連續(xù)過(guò)渡的，這樣可以使過(guò)渡腔的體積最小，使得脈動(dòng)膨脹波從陷阱進(jìn)口41到非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置64的傳播距離最小并沒(méi)有反射表面，使得脈動(dòng)流從陷阱出口48經(jīng)非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置64和過(guò)渡腔65到陷阱進(jìn)口41的傳播時(shí)間最快，得以進(jìn)一步消除二次性振動(dòng)和噪音。圖6b-6c則表示本發(fā)明旁支脈動(dòng)陷阱60所使用的像吸塵器吸頭形狀的非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置63的另外兩種形狀。如同圖5b展示的旁支脈動(dòng)陷阱50可以在脈動(dòng)陷阱內(nèi)使用多個(gè)非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置53一樣，圖6a展示的旁支脈動(dòng)陷阱60也可以使用多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸的像吸塵器吸頭形狀的非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置63，來(lái)滿足不同場(chǎng)合下的應(yīng)用，并減小總體尺寸和制造成本。

圖7a展示了本發(fā)明帶有旁支脈動(dòng)陷阱70的羅茨式壓縮機(jī)10的另一個(gè)最佳實(shí)現(xiàn)方案：在脈動(dòng)陷阱內(nèi)使用兩級(jí)串聯(lián)的非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置。其氣流脈動(dòng)衰減原理與圖5a中的非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置基本相同，也有過(guò)渡腔55，但非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置53變成了兩級(jí)非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置75和77串聯(lián)而成的脈動(dòng)衰減設(shè)置73。如圖7a所示的最佳方案中，旁支脈動(dòng)陷阱70包括脈動(dòng)陷阱腔51，其內(nèi)有過(guò)渡腔55和相連的脈動(dòng)衰減設(shè)置73，脈動(dòng)衰減設(shè)置73內(nèi)有兩級(jí)串聯(lián)的非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置75和77。如圖7a左邊所示，當(dāng)壓縮腔39突然向脈動(dòng)陷阱過(guò)渡腔55打開(kāi)，由于兩者間存在壓力差(即壓縮機(jī)欠壓縮的量)，根據(jù)激波管理論，此時(shí)在陷阱進(jìn)口41處會(huì)激發(fā)出一系列的波動(dòng)和流動(dòng)。所產(chǎn)生的壓縮波和誘生的脈動(dòng)流將傳向低壓的壓縮腔39并繼續(xù)壓縮里面的氣體，而與此同時(shí)產(chǎn)生的膨脹波將朝相反方向傳播，即從過(guò)渡腔55向脈動(dòng)衰減設(shè)置73傳播，此過(guò)程中膨脹波被第一級(jí)脈動(dòng)衰減設(shè)置75衰減后，再進(jìn)入串聯(lián)的第二級(jí)脈動(dòng)衰減設(shè)置77再一次衰減，即兩級(jí)衰減。而脈動(dòng)流的方向則相反，在圖7b圖中，小箭頭54表示脈動(dòng)流(IFF)的流動(dòng)方向如下：由陷阱出口48進(jìn)入陷阱腔51，進(jìn)入脈動(dòng)衰減設(shè)置77，在里面衰減后徑向流出，到下一級(jí)脈動(dòng)衰減設(shè)置75外，再?gòu)较驈耐饬魅氲竭^(guò)渡腔55，收斂到陷阱進(jìn)口41，最后釋放到壓縮腔39內(nèi)。因?yàn)槊}動(dòng)氣流和脈動(dòng)波先后經(jīng)過(guò)兩級(jí)的衰減，這樣可以使衰減的幅度成倍增加，適用于高強(qiáng)度氣流脈動(dòng)危害的控制，進(jìn)一步消除一次性氣流脈動(dòng)和二次性振動(dòng)和噪音。與圖7a-7b展示的并肩兩級(jí)串接方式不同，圖7c則表示本發(fā)明旁支脈動(dòng)陷阱70的另外一種實(shí)施方案：使用里外兩級(jí)串聯(lián)的非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置73。圖中脈動(dòng)流(IFF)54的流動(dòng)方向如下(對(duì)欠壓縮)：由陷阱出口48進(jìn)入陷阱腔51，徑向從外流入脈動(dòng)衰減設(shè)置77，再?gòu)较驈耐饬魅朊}動(dòng)衰減設(shè)置75，再流入過(guò)渡腔55，收斂到陷阱進(jìn)口41，最后釋放到壓縮腔39內(nèi)。如同圖5b展示的旁支脈動(dòng)陷阱50可以在脈動(dòng)陷阱內(nèi)使用多個(gè)非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置53一樣，圖7a展示的帶有旁支脈動(dòng)陷阱70也可以使用多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸的兩級(jí)串聯(lián)的的非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置73，來(lái)滿足不同場(chǎng)合下的應(yīng)用，并減小總體尺寸和制造成本。

圖8展示了上述討論的本發(fā)明羅茨式壓縮機(jī)10旁支脈動(dòng)陷阱50和60和70內(nèi)非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置中穿孔的幾種最佳實(shí)現(xiàn)方案。原則上，非板狀的多孔裝置的總的內(nèi)表面積(對(duì)圓柱，圓柱形表面積等于πDL，其中L為圓柱長(zhǎng)，D為圓柱內(nèi)圓直徑，見(jiàn)圖5a上標(biāo)識(shí))對(duì)所有穿孔最小橫截面積之和(等于NπR²，其中N為所有穿孔數(shù)目，R為穿孔最小圓半徑-如果穿孔不是等橫截面積的話)的比應(yīng)該至少大于或等于5；同時(shí)，非板狀的多孔裝置的所有穿孔最小橫截面積之和對(duì)陷阱進(jìn)口41面積的比應(yīng)該至少大于或等于1，以達(dá)到最佳脈動(dòng)陷阱效果。另外，對(duì)于相同的總穿孔面積，如制造成本許可，應(yīng)該使用盡量多的小孔，而不是少量的大孔，所以每個(gè)非板狀的多孔裝置上面至少應(yīng)該有10個(gè)小穿孔。此外，非板狀的多孔裝置上的穿孔應(yīng)該均勻分布且軸對(duì)稱，即一個(gè)孔的對(duì)面總有另外一個(gè)一模一樣的穿孔。但一個(gè)例外是在非板狀的多孔裝置端面(陷阱進(jìn)口41對(duì)面)的曲面上，可以沒(méi)有穿孔，也可以至少有一個(gè)穿孔，如圖5a上右邊上下兩個(gè)局部放大圖所示。以上所述的非板狀的多孔裝置穿孔的形狀可以為等面積形狀，或脈動(dòng)流方向的橫截面積減小的噴管或脈動(dòng)流方向的橫截面積先減小再逐漸增大的拉法爾噴管。

圖9展示了本發(fā)明帶有旁支脈動(dòng)陷阱90的羅茨式壓縮機(jī)10的另一個(gè)最佳實(shí)現(xiàn)方案：在脈動(dòng)陷阱進(jìn)口處使用漸開(kāi)槽脈動(dòng)衰減設(shè)置。如圖9和其中局部放大圖所示的最佳方案中，在陷阱進(jìn)口41之前(轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向)的內(nèi)表面上，至少有一個(gè)預(yù)開(kāi)口或漸開(kāi)槽93，用漸開(kāi)槽93作為脈動(dòng)衰減設(shè)置的旁支脈動(dòng)陷阱90可以單獨(dú)使用，也可以和上述旁支脈動(dòng)陷阱50和60和70中非板狀多孔脈動(dòng)衰減設(shè)置同時(shí)使用。漸開(kāi)槽93的個(gè)數(shù)可以是一個(gè)與轉(zhuǎn)子12葉片同樣走向的通槽，也可以是圖9中所示的多個(gè)微槽并聯(lián)使用，不管哪種情況，漸開(kāi)槽93均將壓縮腔39與脈動(dòng)陷阱進(jìn)口41在轉(zhuǎn)子12葉片頂部到達(dá)陷阱進(jìn)口41位置前提前連通，相對(duì)于上述旁支脈動(dòng)陷阱50和60和70中壓縮腔在轉(zhuǎn)子12葉片頂部到達(dá)陷阱進(jìn)口41位置時(shí)的突然連接，即漸開(kāi)槽93與轉(zhuǎn)動(dòng)方向垂直面的面積從轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向上是逐漸增大，但其最大面積應(yīng)該小于陷阱進(jìn)口41的通流面積，漸開(kāi)槽93的形狀則可以多種，如圖9中展示的逐漸凹進(jìn)形狀。與突然打開(kāi)的陷阱進(jìn)口41相比(圖9中顯示的陷阱進(jìn)口41是等寬度長(zhǎng)方形槽，但陷阱進(jìn)口41也可以是多個(gè)通孔，通孔的形狀可以是等面積形狀，也可以是脈動(dòng)流方向的橫截面積減小的噴管形狀或脈動(dòng)流方向的橫截面積先減小再逐漸增大的拉法爾噴管形狀，如圖4b中左邊所示)，漸開(kāi)槽93的漸開(kāi)長(zhǎng)度W一般大于陷阱進(jìn)口41的寬度a(圖9中局部放大圖所示)，這樣在脈動(dòng)陷阱進(jìn)口打開(kāi)時(shí)，所激發(fā)的波流強(qiáng)度要小于沒(méi)有漸開(kāi)槽而突然打開(kāi)時(shí)所激發(fā)的波流強(qiáng)度，即在脈動(dòng)產(chǎn)生的源頭削弱了脈動(dòng)強(qiáng)度。但漸開(kāi)槽長(zhǎng)度W也不能太長(zhǎng)，因?yàn)橐ＷC漸開(kāi)槽起點(diǎn)到壓縮機(jī)氣流進(jìn)口的距離A等于或大于壓縮腔剛剛對(duì)進(jìn)氣口關(guān)閉(密閉)的長(zhǎng)度或角度，即起碼有一個(gè)葉片節(jié)距(兩個(gè)相鄰葉片之間的距離)的角度，對(duì)三葉轉(zhuǎn)子此節(jié)距是120度，對(duì)四葉轉(zhuǎn)子此節(jié)距是90度，所以原則上陷阱進(jìn)口漸開(kāi)槽93的長(zhǎng)度W與脈動(dòng)陷阱進(jìn)口41的寬度a的比不大于五比一。

由上可見(jiàn)，本發(fā)明提供的有獨(dú)特性和新穎性的帶有旁支脈動(dòng)陷阱的容積式氣/汽體機(jī)械，能夠減少一次性氣流和壓力脈動(dòng)以及由此激發(fā)的二次性噪音和振動(dòng)危害，提高系統(tǒng)氣動(dòng)效率而不需要串接脈動(dòng)衰減器和/或使用變內(nèi)壓縮比設(shè)置。

當(dāng)然，本發(fā)明并沒(méi)有特意局限于任何特別的形式或配置，或者任何具體的實(shí)現(xiàn)方式及任何特指的使用，此中所透露的，在沒(méi)有離開(kāi)本發(fā)明申請(qǐng)的如上文所示并描述的精神或范圍情況下，同樣的實(shí)質(zhì)在各種各樣的細(xì)節(jié)或者關(guān)系上可能被改變。這里展示的裝置或方法僅僅是為了說(shuō)明和披露一些實(shí)現(xiàn)的最佳形式，而非展示所有本發(fā)明可能被實(shí)現(xiàn)或操作的不同形式或改動(dòng)。

充分依照專利法律法規(guī)，本發(fā)明已經(jīng)有相當(dāng)多的細(xì)節(jié)描述，以提供至少有關(guān)它體現(xiàn)形式之一的公開(kāi)技術(shù)信息披露。但是，這樣的詳細(xì)描述并無(wú)意圖從任何方面去限制本發(fā)明的那些廣泛的特征或者原理。