УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГАЗА Российский патент 1994 года по МПК F04B45/04 

Изобретение относится к компрессоро- и насосостроению, а именно к двухступенчатым компрессорам и насосам объемного действия с электромагнитным приводом, используемым, например, в медицинской технике, а также в других областях техники, где необходимы источники повышенного или пониженного давления.

Устройство для перемещения газа может быть выполнено в виде источника повышенного давления (компрессор) или пониженного давления (вакуумный насос). При этом в каждом случае камера, связанная с атмосферой, является камерой первой ступени, а камера, связанная с нагрузкой, - камерой второй ступени. Рабочие органы могут быть выполнены в виде поршня, диафрагмы или мембраны.

Известно устройство для перемещения газа объемного действия (компрессор), содержащее электромагнитный привод, две последовательно соединенные камеры первой и второй ступеней, рабочие органы которых выполнены в виде диафрагм, каждая из которых посредством тяги механически связана с постоянным магнитом, совершающим возвратно-поступательное движение между полюсами сердечника электромагнита переменного тока.

В таком компрессоре на каждую диафрагму дополнительно к тяговому усилию привода, изменяющемуся по синусоидальному закону, действует постоянная сила, равная разности сил, создаваемыми атмосферным давлением (с внешней стороны диафрагмы) и постоянной составляющей давления в камере (с внутренней стороны диафрагмы). Эта дополнительная сила вызывает постоянное смещение диафрагмы и механически связанного с нею постоянного магнита из среднего положения между полюсами сердечника в сторону одного из полюсов, что ведет к уменьшению размаха колебаний постоянного магнита. Чем выше рабочее давление, тем больше смещение постоянного магнита и меньше размах его колебаний. В результате уменьшается рабочий ход каждой диафрагмы и, следовательно, ухудшаются эксплуатационные параметры, а именно уменьшаются объемная подача, наибольшее рабочее и предельное давление компрессора, КПД.

Таким образом, в известном устройстве нельзя обеспечить расчетные эксплуатационные параметры (объемную подачу, наибольшее рабочее и предельное давления, КПД).

Известно устройство для перемещения газа объемного действия, принятое в качестве прототипа, содержащее электромагнитный привод, две последовательно соединенные камеры первой и второй ступеней, рабочие органы которых выполнены в виде диафрагм, механически связанных между собой и с подвижным элементом привода.

Известное устройство отличается от аналога тем, что тяги, на которых закреплены диафрагмы и постоянные магниты, механически связаны между собой стяжкой. При этом действующие на диафрагмы дополнительные силы оказываются приложенными к подвижному элементу привода в противоположных направлениях.

Однако, полная компенсация дополнительных сил не достигается, так как постоянные составляющие давлений в камерах двухступенчатого компрессора и насоса не равны между собой.

Таким образом, известное устройство при эксплуатации не обеспечивает расчетные параметры, а именно объемную подачу, наибольшее рабочее и предельное давление для компрессора, наибольшее рабочее и предельное разрежение для насоса, КПД из-за неполной компенсации сил, действующих на рабочие органы.

Цель изобретения - улучшение эксплуатационных параметров устройства для перемещения газа за счет компенсации сил, действующих на рабочие органы из-за разности постоянных составляющих избыточных давлений в камерах.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве для перемещения газа, например, компрессоре или насосе объемного действия, содержащем электромагнитный привод, две последовательно соединенные камеры первой и второй ступеней, рабочие органы которых механически связаны с подвижным элементом привода, площадь S₁ рабочего органа первой ступени выполнена большей, чем площадь S₂ рабочего органа второй ступени, при этом S₁ определяют по формуле
S₁ S₁≅ · S₂, S₂, где Δ Р₁ и Δ Р₂ - постоянные составляющие избыточных давлений в камерах соответственно первой и второй ступеней.

Действительно, выполнение площади S₁ рабочего органа первой ступени большей, чем площадь S₂ рабочего органа камеры второй ступени, дает возможность компенсировать дополнительные силы, действующие на рабочие органы при работе устройства. Для полной компенсации действующих в противоположных направлениях дополнительных сил необходимо, чтобы выполнялось равенство
(Р₁ - Р_атм) ˙ S₁=(Р₂ - Р_атм) ˙ S₂, где Р_атм - атмосферное давление;
Р₁ и Р₂ - постоянная составляющая давления в камерах соответственно первой и второй ступеней. Обозначая постоянную составляющую избыточного давления Δ Р₁ = = Р₁ - Р_атм и Δ Р₂ = Р₂ - Р_атм в камерах соответственно первой и второй ступеней, получаем условие полной компенсации дополнительных сил Δ Р₁ ˙ S₁= Δ Р₂ ˙ S₂. При этом S₁, всегда будет больше S₂ из-за того, что всегда больше единицы, потому что в двухступенчатых устройствах для перемещения газа (компрессоре и насосе) Δ Р₂ всегда больше Δ Р₁. В результате компенсации дополнительных сил увеличивается объемная подача при одновременном повышении наибольшего рабочего и предельного давлений компрессора и разрежений насоса, КПД за счет увеличения хода рабочего органа.

На чертеже приведен пример выполнения устройства для перемещения газа в виде компрессора с рабочим органом - диафрагмой.

Компрессор содержит две камеры 1 и 2 соответственно первой и второй ступеней с клапанами всасывающим 3, нагнетательным 4 и обратным 5, эластичные диафрагмы 6 и 7, механически связанные с ними тяги 8 и 9, эластично или шарнирно закрепленные на корпусе компрессора, стяжку 10, соединяющую между собой тяги 8 и 9, постоянные магниты 11 и 12, закрепленные на концах тяг 8 и 9, Ш-образный магнитопровод 13 с катушкой 14 индуктивности с клеммами 15 и 16 переменного тока.

Площадь диафрагмы 6 превышает площадь диафрагмы 7 и выбрана в соответствии с формулой
S₁ S₁≅ · S₂. S₂
Постоянные магниты 11 и 12 ориентированы к магнитопроводу разноименными полюсами. Камера 1 через клапан 3 соединяется с атмосферой, а камера 2 через клапан 4 - с нагрузкой.

Компрессор работает следующим образом.

При подаче на клеммы 15 и 16 переменного напряжения в воздушных зазорах между полюсами магнитопровода 13 создается знакопеременное магнитное поле. Взаимодействие магнитного поля с постоянными магнитами 11 и 12 вызывает их согласованное (однонаправленное) возвратно-поступательное движение. При движении диафрагм 6 и 7 справа налево в камере 2 происходит выхлоп воздуха в нагрузку через открытый клапан 4. При этом клапан 5 закрыт, клапан 3 открыт, и в камере 1 происходит всасывание воздуха из атмосферы через клапан 3. При движении диафрагм 6 и 7 слева направо закрыты клапаны 3 и 4, открыт клапан 5, и происходит перекачка газа из камеры 1 в камеру 2 через клапан 5.

Выполнение устройства в виде вакуумного насоса отличается от компрессора тем, что площадь диафрагмы 7 выполнена большей, чем площадь диафрагмы 6. При этом камера 2 соединяется с атмосферой через клапан 4, а камера 1 соединяется с откачиваемым объектом через клапан 3.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

При движении диафрагм 6 и 7 справа налево в камере 2 происходит выхлоп газа в атмосферу через открытый клапан 4. При этом клапан 5 закрыт, клапан 3 открыт, и в камере 1 происходит всасывание газа из откачиваемого объекта через клапан 3. При движении диафрагм 6 и 7 слева направо клапаны 3 и 4 закрыты, клапан 5 открыт и происходит перекачка газа из камеры 1 в камеру 2 через клапан 5.

Экспериментальная проверка предложенного устройства подтвердила, что по сравнению с насосом-прототипом объемная подача увеличивается в 3 раза, наибольшее рабочее разрежение и КПД в 3,5 раза и предельное разрежение в 1,4 раза.

Предлагаемое устройство будет использовано в разрабатываемых офтальмологическом отсасывателе 00-01 (медицинский соисполнитель МНТК "Микрохирургия глаза") и хирургическом отсасывателе ОХ-01 (медицинский соисполнитель НИИСП им. Склифосовского).

Сущность изобретения: рабочие органы двух камер механически связаны с подвижным элементом привода. Камеры последовательно соединены между собой. Площадь рабочего органа камеры первой ступени выполнена больше площади рабочего органа камеры второй ступени. Площадь первого рабочего органа определяют по заданной формуле. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГАЗА, например компрессор, содержащее электромагнитный привод, две камеры, рабочие органы которых механически связаны с подвижным элементом привода, отличающееся тем, что камеры последовательно соединены между собой, при этом площадь S₁ рабочего органа камеры первой ступени выполнена большей, чем площадь S₂ рабочего органа камеры второй ступени, при этом S₁ определяют по формуле
S₁≅ · S₂,
где ΔP₁ и ΔP₂ - постоянные составляющие избыточных давлений в камерах соответственно первой и второй ступени.