CN101228402B - 用于降低由油分离器输出的噪声级的方法和设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种具有第一消声段(1010)和第二不消声段(1020)的消声设备(100)，以用于放置在制冷或冷却***的油分离器中，其中，为了将压力波/脉动的能量减弱成热量并且因此降低由此引起的油分离器的振动，该设备具有不直的形状和界定在其中的内腔，以便允许产生噪声的压力脉动/波与消声段(1010)的吸收材料(120)相接触。

Description

用于降低由油分离器输出的噪声级的方法和设备

发明领域

本发明涉及用于使用在制冷和冷却***中的油分离器，并且特别地涉及用于降低由设置在制冷或冷却***中的油分离器输出的噪声级的方法和设备。

发明背景

如由图1所图解的那样，使用螺杆式压缩机20的水冷式冷却器型的制冷***10典型地包括冷凝器30、冷却器40、油分离器50、冷凝器风扇60和一个或多个膨胀装置70。压缩机20需要油用作润滑，其中油被典型地夹带在制冷剂中。结合的油和制冷剂的混合物穿过压缩循环被运送并且被排出到油分离器50中，其中油必须从制冷剂中除去以允许冷却器40适当地运行。从油分离器50中出来，干净的制冷剂流到冷凝器30中并且被分离的油返回到压缩机10中。

比如那些在授予Lord等人的美国专利第5,704,215号(通过引用该专利被完整地结合在本文中)中所描述的那样，大多数公知的油分离器很好地执行着这种分离的功能。然而，已经观测到的是在制冷***中的油分离器50的附近经常产生高噪声级，比如图1中所图解的***100。尽管不希望被理论所约束，但是可以认为的是这是由压缩机20发出的高度压力波/脉动(也就是，250Hz或者以上)引起的，其被传递给油分离器50，这像共振腔一样发生作用并且因此由压缩机脉动激发。这种激发在油分离器50的表面处引起高振动级别，并且其依次转变成由油分离器输出的高噪声级。这些过度的噪声级是令人心烦意乱和令人烦恼的，或者甚至更糟地可损害在油分离器50周围工作的那些人们的听力和/或违反了噪声条例的应用。

本领域的那些技术人员为了降低由油分离器50引起的高噪声级的早先的努力集中在将噪声降低装备或装置放置在油分离器和压缩机20之间。然而，这种装备经常遭受在装备中的压缩机排出(compressor discharge)和装备外面的大气之间的高压力差。在这种情况下，噪声降低装备本质上起到了压力容器的作用，因此要涉及到严格的设计规则、认证以及由此所增加的成本。而且，增加的噪声降低装备引起制冷/冷却***占据较大的总体覆盖面积，这不是最理想的并且甚至在重要性上超过了实际上通过使用装备所获得的任何有益的噪声降低。

所以，在不妨碍到油分离器的功能或者任何其它所利用的与制冷***相关的装备的情况下，存在着对降低油分离器的噪声输出的方法和设备的需要，并且其中这种方法和设备将不会被任何各种与本领域中所公知的消声设备相关联的缺点所困扰。

发明简介

本发明满足了这些和其它的需要，其提供了消声设备和用于使用消声设备来降低在制冷或冷却***中的油分离器的噪声级输出的方法。本发明的消声设备具有第一消声段和第二不消声段，并且被放置在油分离器的内部区域中。

消声设备的消声段至少部分地由吸收材料形成。吸收材料能有效地将来自压缩机的压力波/脉动的能量减弱成热量，因此降低由来自波/脉动的能量所引起的油分离器的合成振动(并且，依次降低从油分离器输出的噪声级)。消声段包括管状主体，该管状主体包括外部壳，其中外部壳围绕着内部层并且其中内部层围绕着内部壳。消声段还具有第一端部、第二端部和在其之间的内腔，其中内腔由消声段的内部壳围绕。

在本发明的示范性方面中，消声设备的消声段的内部层是由吸收材料制成，并且内部壳具有多个界定在其中的穿孔/开口。每一个开口都提供了从内腔到吸收材料的内部层的直接的流体/空气通路。开口的用途是使得通过消声段的内腔传播的压力波/脉动能与吸收材料的内部层相接触，因此使得吸收材料能减弱压力波/脉动。

在本发明的另一个示范性方面中，消声设备的不消声段具有管状主体，其中不消声段的第一端部被连接到消声段的第二端部上，并且不消声段的第二端部被连接到油分离器的内部区域中。

在本发明的又一个示范性方面中，消声设备具有不直的形状，比如弯曲形状或曲线形状，其中不直的消声设备的弯曲或曲线部分是不消声段的部分。

本发明的再有的其它的方面、实施例和优点在下面进行详细地讨论。

附图简要描述

为了完整地理解本发明的本性和所希望的目的，结合着附图参考下面详细的描述，其中在遍及整个视图中相似的标号指示相应的元件，并且其中：

图1是利用油分离器的制冷/冷却***的公知的示范性布置的示意图。

图2是根据本发明的油分离器消声设备的示范性实施例的透视图；

图3是沿着图2的线3-3选取的图2的消声设备的侧面截面视图；和

图4是部分被切除的示范性油分离器的透视图，其中图2和图3的消声设备已经被放置在其内部区域中。

详细描述

本发明提供了消声设备和使用该设备来降低由制冷或冷却***(比如水冷式冷却器型的制冷***)的油分离器引起的噪声级输出的方法。在使用中，为了减弱从制冷***的压缩机处发出的压力波/脉动，本发明的消声设备被放置在油分离器中。如上面所讨论的那样，这种压力波/脉动被认为是造成振动力的原因，该振动力引起油分离器表面振动并且依次在其附近产生不利的高噪声级。

在使用本发明的消声设备期间，因为压力波/脉动与设置在消声设备的消声段中的吸收材料相接触，所以发生了衰减。吸收材料将压力波/脉动的能量减弱成热量并且因此降低由来自压力波/脉动的能量所引起的油分离器的合成振动(并且，依次降低从油分离器输出的噪声级)。

本发明的消声设备具有许多益处。特别地，消声设备不仅仅成功地降低了油分离器的噪声级，而且其是在被安置在油分离器中这样做的，因此这不需要制冷/冷却***占据额外的空间并且不会将消声设备暴露在高压力差下。消声设备的设计还提供了节省费用，如将在下面详细地讨论的那样。

根据本发明，图2和图3描绘了示范性油分离器消声设备100。消声设备100具有至少两个段，其中根据本发明每一个段都用于不同的用途并且比起其它一个或多个段是由不同的材料或材料组合造成。如在本领域中所公知的那样的段被彼此连接在一起，例如，由焊接、钎焊(brazing)和/或通过使用铆接。

如目前所优选的那样，并且如在图3中最好地图示的那样，本发明的消声设备100具有第一消声段1010和第二不消声段1020。消声段1010具有管状主体，该管状主体包括围绕着内部层120的外部壳110，其中内部层具有内部壳130，也就是，外部壳和内部壳将内部层“夹在中间”。尽管如在图2和图3中所示的消声段1010的壳110、壳130和内部层120的数量和布置是目前优选的，但是在本发明的范围中对于消声段还可由比在附图中所描述的更多或更少的层和/或更多或更少的壳组成，和/或对于层和/或壳可具有与所示的那些不同的布置。

消声段1010具有第一端部140、第二端部150和在其之间的内腔160，其中内腔由内部壳130围绕。消声段1010的第二端部150适合于通过本领域中所公知的技术连接到不消声段1020的第一端部1100上，例如，焊接、钎焊和/或通过使用铆接。

如在上面所提到的那样，消声段1010的用途是降低油分离器的噪声级输出，消声设备100被放置在其中。为了使得其能发生，消声段1010的外部壳110、内部层120和内部壳130的至少一个应该至少部分地由将吸收来自压力波(其从压缩机处发出并且被传递给油分离器)的能量并且将该能量消散/减弱成可吸收热量的材料制成。根据本发明目前优选的实施例，消声段1010的内部层120由这种吸收材料制成。吸收材料的特定选择可根据几个因素而变化，包括但不限于成本、阻尼特性、可用性和设计者的偏爱。根据本发明的示范性实施例，吸收材料是玻璃纤维材料。目前优选的玻璃纤维材料包括具有酚醛树脂的玻璃纤维，其中该材料具有在大约86kg/m³到大约105kg/m³的范围中的密度和大约177℃的最大温度。

构造消声段1010的外部壳110和内部壳130所用的材料应该是坚固和耐用的，还要不贵。外部壳110和内部壳130可由不同的或相同的材料构造；然而，根据本发明的示范性实施例，外部壳110和内部壳130二者都由金属薄板材料构造。目前优选的金属薄板材料是钢，但是其它的金属基的材料也可被利用。

如在图2和图3中所示的那样，消声段1010的内部壳130具有多个界定在其中的穿孔或开口170。每一个开口170都提供在内腔160和吸收材料的内部层120之间的直接的流体连通。开口170的用途是使得穿过消声段1010的内腔160传播/通过的压力波/脉动能与吸收材料的内部层120相接触，因此使得吸收材料能减弱压力波/脉动。

取决于几个因素(包括但不限于期望所遇到的压力波/脉动的频率)，开口170的大小、形状、数量和间隔距离可变化。根据本发明目前优选的实施例，开口170被界定在内部壳130的总体表面面积的大约10％到大约50％的范围中。而且，尽管开口170可具有任何形状和任何间隔距离，但是对于开口而言目前优选的是基本上圆形并且以基本上相同的距离被彼此间隔开，如在图3中最好地图示的那样。

消声设备100的不消声段1020也具有管状主体，并且具有第一端部1100和第二端部1200。不消声段的第一端部1100被连接到消声段1010的第二端部150上，而消声段的第二端部1200被连接到油分离器500的内部区域510中，如在图4中所示。如一般在本领域中所公知的那样形成这种连接，例如，经由焊接、钎焊和/或通过使用铆接。

尽管消声设备100的不消声段1020具有多于一个的层并且可由多于一种的材料制成，但是目前优选的不消声段由一个层和一种材料形成，其中适当的材料包括金属薄板材料，比如钢。由金属基的材料整个地形成消声设备的不消声段1020有几个优点，包括但不限于节省费用和设计的灵活性。因为金属薄板材料比起使用在消声段1010中的吸收材料购买起来不太昂贵，所以发生了节省费用。而且，因为一个技术人员可购买许多不同的形成不消声段1020的金属薄板材料的预形成形状和大小，所以有设计的灵活性。

消声设备100的大小和形状也可变化；然而，对于消声设备100目前优选的是具有不直的总体形状。例如，图2和图3描绘了具有曲线形状的消声设备。消声设备100的不直形状是优选的，这是因为它使得设备能具有较大的尺寸(和具有直的形状的设备相比较)，同时仍然适合装配在油分离器的空间界限内。这允许较长的内腔160被界定在消声段1010的第一端部140和第二端部150之间，因此提供额外的机会以用于压力波/脉动经由开口170与内部层120相接触。

如在图2和图3中所示的那样，并且如目前所优选的那样，消声设备100的消声段1010具有基本上直的形状，而不消声段1020具有曲线的形状。这种布置是有利的，这是因为不用消声段材料整个地形成消声设备，而消声设备仍然能够提供有意义的噪声降低是节省费用的，如将在下面更详细地讨论的那样。

任选地，并且如在附图中所示的那样，支撑元件600被装接到(例如，通过焊接)消声段1010的第一端部150和油分离器500的内部区域510上。通过承受消声段1010的重量，支撑元件600的存在提供了对消声设备100的额外的支撑。支撑元件600可由各种材料制成，包括但不限于一种和多种金属基的材料(例如，钢)。

取决于几个因素(最显著地，消声设备被安置在其中的油分离器的大小)，消声设备100的大小可变化。对于消声设备100的大小而言，目前优选的是与油分离器的大小成比例地变化。例如，比起它将适合装配到16英寸的油分离器或18英寸的油分离器中，为了适合装配到14英寸的油分离器中，消声设备100将具有不同的预定大小，其中用于16英寸的油分离器的消声设备的大小一般将是用于14英寸的油分离器的消声设备的大小的大约16/14倍，并且是用于18英寸的油分离器的消声设备的大小的大约16/18倍。

根据本发明的示范性实施例，其中消声设备100被放置在14英寸的油分离器中，被消声设备占据的有效高度H(见图3)在大约7.5英寸到大约9.5英寸的范围中，同时大约8.5英寸的有效高度是目前优选的，并且被消声设备占据的有效长度L(见图3)在大约11英寸到大约13.5英寸的范围中，同时大约13.2英寸的有效高度是目前优选的。对于放置在16英寸的油分离器中而言，这些测量尺寸将是对于14英寸的油分离器的那些尺寸的大约16/14倍，而对于放置在18英寸的油分离器中，它们将是对于14英寸的油分离器的那些尺寸的大约18/14倍。

根据几个因素(包括所期望的在油分离器中遇到的压力波的频率)，消声段1010的长度也可变化。例如，当压力波的频率被期望是大约2000Hz对125Hz时，消声段1010的长度是可比较地较大的。根据本发明的示范性实施例，其中消声设备100被放置在14英寸的油分离器中，消声段1010的长度是大约4.5英寸到大约6.5英寸，其中大约6英寸的长度是目前优选的。不同的陈述是，消声段1010的长度一般包括消声设备100的总体长度L的大约30％到大约60％。对于放置在16英寸和18英寸的油分离器中而言，长度测量尺寸将分别地是大于大约16/14倍和大于18/14倍。

进行实验以评估本发明的消声设备100的噪声降低效验。根据国际化标准组织的方针(ISO 9614)执行实验。实验的结果图示在下面的表I中：

表I

压力波(倍频程Hz)	125	250	500	1000	2000	4000
							由于消声设备存在的声改变(dB)	-1	-12	-6	-1	-7	-12

综合dBA＝-4

为了积累表I中的试验结果，制冷***被首先运行，使得它的油分离器遇到六个不同的从它的压缩机处发出的压力波频率(125Hz，250Hz，500Hz，1000Hz，2000Hz和4000Hz)，其中响应这些压力波级别中的每一个的由油分离器输出的噪声级被测量和记录。然后，在图2和图3中所示类型的消声设备100被安置在油分离器中并且试验条件被重复以累积可比较的数据。

在表I中的实验结果证明了在每一个压力波频率级别处由于消声设备100的存在而有声降低，其中声降低被计算为在没有消声设备的情况下在油分离器处的声级别对在具有本发明的消声设备的情况下在相同的油分离器处的声级别的差值，该消声设备被安置在油分离器的内部区域中。所以，在250Hz处的-12dB的测量值说明在消声设备100被安置到油分离器中之后获得的噪声级的测量值小于当相同的油分离器没有与消声设备装备在一起时获得的测量值12dB。-4dBA的整体dBA也支持了存在着声降低，并且支持了压力波/脉动的支配频带在大约500-1000Hz的范围中。

表I中的结果是非常希望得到的。特别地，对于六个选定的压力波频带中的每一个都观测了噪声降低级别。这是重要的，因为不同的压缩机运行在不同的支配压力输出级别上，并且因此将产生不同的整体dBA测量值。而且，不论消声设备仅仅是部分地由消声段1010形成的事实，发生了噪声降低。这意味着通过由消声段1010和不消声段1020形成消声设备，一个技术人员可获得噪声降低，同时享受到节省成本和设计的灵活性的好处。

因此，图2和图3中所示类型的消声设备100可被安置在油分离器中，其中相信的是噪声级降低将是至少1dB，同时取决于从压缩机发出的压力波/脉动的支配频带，高达12dB的噪声降低级别也是可能的。特别地当考虑到在其中设置有油分离器的制冷***的使用寿命上暴露到降低的噪声级中的效果时，噪声降低级别是有意义的。而且，正如通常的情形那样，如果包括油分离器的多个制冷***以非常邻近的方式被安置时，在1dB和12dB之间的噪声降低级别甚至将更有意义。

尽管本发明参考着目前优选实施例的细节进行了描述，但是它并不意味着这种细节被认为是对本发明范围的限制，除非它们被包括在所附的权利要求中，也就是，本发明的在前描述仅仅是图解性的，并且应该被理解的是在不偏离如在所附的权利要求中所提出的本发明的范围或精神的情况下可以存在着变化和修改。而且，在本文中提及的任何文献都通过引用被整体地结合在本文中，同样地是在本文中所提及的文献中的被参考的任何其它文献。

Claims (19)

1.一种用于降低由在制冷或冷却***中的油分离器输出的噪声级的方法，所述方法包括步骤：

提供与所述油分离器分开的消声设备，所述消声设备具有消声段和不消声段，其中，所述消声段包括能够衰减压力波/脉动的吸收材料；和

将所述消声设备放置在油分离器的内部区域中，所述不消声段的端部被连接到所述油分离器的内部区域上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述消声设备沿着其轴线具有不直的总体形状。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述不直的总体形状选自弯曲形状和曲线的形状。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述消声段具有基本上直的形状并且所述不消声段具有基本上曲线的形状。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述消声段具有第一端部、第二端部和界定在所述第一端部和第二端部之间的内腔，并且所述吸收材料的至少一部分与所述内腔直接流体连通。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述吸收材料的至少一部分经由多个开口而与所述内腔直接流体连通。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将消声设备放置在油分离器的内部区域中的所述步骤是通过将所述消声设备装接到所述油分离器的所述内部区域上来完成的。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述消声设备被装接到支撑元件的第一端部上，并且所述支撑元件的第二端部被装接到所述油分离器的所述内部区域上。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸收材料是玻璃纤维材料。

10.一种与油分离器分开并且用于放置在所述油分离器的内部区域中的消声设备，所述消声设备包括：

消声段，具有第一端部、第二端部和在所述第一端部和第二端部之间的内腔，其中，所述消声段至少部分地由能够衰减压力波/脉动的吸收材料构成；和

不消声段，所述不消声段具有连接到所述消声段上的第一端部和用于连接到所述油分离器的内部区域上的第二端部。

11.根据权利要求10所述的消声设备，其特征在于，所述吸收材料的至少一部分与所述内腔直接流体连通。

12.根据权利要求10所述的消声设备，其特征在于，所述消声段包括：

外部壳；

至少部分地由所述吸收材料形成的内部层，所述内部层由所述外部壳围绕；和

内部壳，所述内部壳围绕着所述内腔。

13.根据权利要求12所述的消声设备，其特征在于，所述内部层具有多个界定在其中的开口，以使得在所述吸收材料和所述内腔之间的直接流体连通成为可能。

14.根据权利要求10所述的消声设备，其特征在于，所述吸收材料是玻璃纤维材料。

15.根据权利要求12所述的消声设备，其特征在于，所述外部壳和所述内部壳中的每一个都是由金属薄板材料制成的。

16.根据权利要求11所述的消声设备，其特征在于，所述消声设备沿着其轴线具有不直的总体形状。

17.根据权利要求16所述的消声设备，其特征在于，所述不直的总体形状选自弯曲形状和曲线的形状。

18.根据权利要求16所述的消声设备，其特征在于，所述消声段具有基本上直的形状并且所述不消声段具有基本上曲线的形状。

19.根据权利要求11所述的消声设备，其特征在于，所述消声设备被装接到支撑元件的第一端部上，并且所述支撑元件的第二端部被装接到所述油分离器的所述内部区域上。

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