МАГНИТНЫЙ РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР Российский патент 1999 года по МПК F04B35/04 

Изобретение содержит устройство, охарактеризованное одним независимым пунктом формулы.

Изобретение относится к классу F 04 B 35/04 - поршневые компрессоры с электрическими приводами.

В качестве аналогов изобретения могут быть рассмотрены следующие устройства:
Электромагнитная машина. А.с. СССР N 861721, 1981 г., МПК F 04 B 35/04.

Электромагнитная машина. А. с. SU N 1312246 A2, 1987 г., МПК F 04 B 35/04.

Свободнопоршневой компрессор. А.с. SU N 175031 A1, 1992 г., МПК F 04 B 35/04.

Патент DE N 32247241 A1, 1984 г., F 04 B 35/04.

В качестве аналога (прототипа), наиболее близкого к заявленному изобретению, можно выделить "Свободнопоршневой компрессор. А.с. SU N 1753031 A1, 1992 г., МПК F 04 B 35/04".

Характерными существенными признаками указанного прототипа и заявляемого изобретения является наличие цилиндров с магнитными поршнями, имеющими явно выраженные полюса на торцах, внешних пар постоянных магнитов, охватывающих цилиндры одноименными полюсами, полярность которых относительно магнитных поршней дважды меняется из компрессионный цикл, и ротора, обеспечивающего возвратно-поступательное движение поршней. Рассматриваемые в аналогах механизмы не являются динамически уравновешенными: имеют место моменты сил инерции и связанные с ними вибрации компрессора.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи полного динамического уравновешивания рабочего механизма компрессора объемного типа с повышенным КПД при низкой стоимости изготовления.

Предлагается устройство компрессора с использованием вращения цилиндров с магнитными поршнями двухстороннего действия в постоянном магнитном поле, направленном вдоль оси вращения.

К существенным отличительным признакам можно отнести следующие особенности конструктивного исполнения.

Для обеспечения возвратно-поступательного движения вращающихся магнитных поршней, имеющих явно выраженные полюсы на торцах, используется магнитное поле постоянных неподвижных магнитов, расположенных по две штуки с каждого торца барабана с рабочими цилиндрами, и создающих две пары магнитных полюсов, при этом одна часть барабана охватывается северной частью полюсов, а другая, диаметрально противоположная, южной парой полюсов.

Для полного динамического уравновешивания рабочего механизма компрессора используются две одинаковые магнитные системы с одинаковыми барабанами внутри каждой, расположенные симметрично относительно электрического двигателя, ротор которого представляет часть общего вала.

С целью улучшения охлаждения вращающихся цилиндров с поршнями и уменьшения паразитных токов, возникающих в корпусе барабана при его вращении в стороннем магнитном поле и дополнительно расходующих энергию последнего, барабан имеет радиальное оребрение, создающее дисковые газовые каналы, через которые проходят цилиндры, запрессованные в ребра таким образом, что их торцы расположены в плоскостях торцов соответствующего барабана. При вращении барабана цилиндры омываются газовым потоком, осуществляющим теплосъем, а наводимые в каждом ребре электрические токи имеют одинаковое направление и взаимно уничтожаются. Для улучшения циркуляции газового потока дисковые каналы соединены сквозными отверстиями.

Для обеспечения протока рабочего газа по компрессорному циклу с торцов барабана расположены шайбы с окнами всасывания и нагнетания, заменяющими клапаны соответствующего назначения.

Фиг. 1 - схема компрессора.

Фиг. 2 - эскиз барабана с установленными в нем цилиндрами.

Фиг. 3 - эскиз распределительной шайбы.

Возможность осуществления изобретения рассматривается на примере разработанной конструкции компрессора, представленной на фиг. 1.

Компрессор имеет следующие расчетные параметры: газ - R22; производительность - (6 - 10) 10 кг/с; степень сжатия - (5 - 10); мощность на валу компрессора - (80 - 128) Вт.

Корпус компрессора (фиг. 1) состоит из центральных частей (1)(2), соединяющихся вместе с помощью винтов, и четырех крышек (3) (4) (5) (6), в которые устанавливаются постоянные магниты (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) по два в каждую крышку.

Корпусные магниты имеют возможность перемещаться параллельно оси вала (15) и поджимать разделительные шайбы (16) (17) (18) (19) к корпусным частям в соответствующих проточках. В средней части корпуса устанавливается электродвигатель (20), ротор которого является средней частью вала (15). На вал установлены барабаны (21) (22) с возможностью перемещения в осевом направлении и подшипники (23) (24).

Барабан, эскиз которого представлен на фиг. 2, имеет дисковое оребрение, создающее кольцевые газовые каналы, через которые проходят рабочие цилиндры (25) с поршнями (26). Цилиндры устанавливаются в барабан на прессовой посадке и дополнительно фиксируются шайбами (27) (28), которые выполняют также функции ограничителей хода поршней и не допускают трения торцевых поверхностей поршней о разделительный шайбы при вращении барабана. При вращении барабана в стороннем магнитном поле цилиндры омываются газовым потоком, осуществляющим теплосъем, а наводимые в каждом ребре электрические токи имеют одинаковое направление и взаимно уничтожаются. Отверстия в барабане, объединяющие газовые межреберные каналы, улучшают циркуляцию газового потока, охлаждающего цилиндры.

Распределительная шайба, эскиз которой представлен на фиг. 3, имеет окна всасывания и нагнетания. Углы, определяющие положение окон, и размеры проточных каналов определяются в результате расчета по методике, разработанной автором изобретения. Распределительные шайбы устанавливаются в центральные части корпуса и фиксируются там с помощью двух винтов, каждая в процессе сборки и установки вала. Крышки с магнитами устанавливаются в последнюю очередь.

Принцип работы механизма компрессора состоит в осуществлении возвратно-поступательного движения поршней при их переносном движении в магнитном поле постоянных магнитов. Для обеспечения процессов компрессорного цикла (всасывания, сжатия, нагнетания, обратного расширения мертвого объема) рабочие цилиндры с поршнями вращают вокруг оси барабана, в котором они установлены. Вал с барабанами вращается в аксиальном магнитном поле неподвижных постоянных магнитов, которые совершают работу по перемещению поршней в ту или иную сторону параллельно оси вала. Таким образом каждый поршень совершает сложное движение: относительное, возвратно-поступательное движение, переносное, вращательное движение. Окна всасывания и нагнетания в распределительный шайбах, выполняющих функции клапанов соответствующего назначения, расположены таким образом, что диаметрально противоположные поршни в каждом барабане осуществляют одинаковые компрессорные процессы в газовых объемах, симметричных относительно центра масс барабана. Компоновка полярностей внешних магнитов, как показано на фиг. 1, позволяет полностью уравновесить изгибающие моменты на корпусе компрессора, при этом вал воспринимает только крутящие моменты, возникающие в процессе схода поршня с одного внешнего магнита и захода на другой при вращении барабана. Возможность скольжения барабанов по валу полностью исключает осевые нагрузки на подшипники, ликвидирует погрешности сборки компрессора и обеспечивает одинаковые зазоры между барабаном и соответствующими распределительными шайбами в процессе вращения вала.

Изобретение может быть использовано в холодильных машинах, например компрессорных машинах объемного типа. В цилиндрах установлены магнитные поршни с явно выраженными полюсами на торцах. Внешние пары постоянных магнитов охватывают цилиндры и закреплены на корпусе компрессора. Ротор компрессора, обеспечивающий возвратно-поступательное движение поршней, выполнен в виде вала, средняя часть которого является ротором электродвигателя. На вал симметрично относительно роторной части электродвигателя установлены барабаны, снабженные ребрами. Барабаны имеют возможность осевого перемещения по валу. Цилиндры с магнитами установлены на ребрах барабанов так, что их торцы расположены в плоскостях торцов соответствующего барабана. Внешние пары магнитов расположены по торцам каждого барабана так, что одна часть барабана охватывается северной парой полюсов, а другая, диаметрально противоположная, южной парой полюсов. Между внешней парой постоянных магнитов и торцами барабанов расположены распределительные шайбы с окнами всасывания и нагнетания. Такое выполнение позволяет получить полное динамическое уравновешивание рабочего механизма, повысить КПД при низкой стоимости изготовления. 3 ил.

Магнитный роторно-поршневой компрессор, содержащий цилиндры с магнитными поршнями, имеющими явно выраженные полюса на торцах, внешние пары постоянных магнитов, охватывающих цилиндры одноименными полюсами, полярность которых относительно магнитных поршней дважды меняется за компрессионный цикл, ротор, обеспечивающий возвратно-поступательное движение поршней, отличающийся тем, что ротор компрессора выполнен в виде вала, средняя часть которого является ротором электродвигателя, и барабанов, установленных на валу симметрично относительно роторной части электродвигателя, имеющих возможность перемещаться по валу в осевом направлении, оснащенных радиальным оребрением, формирующим дисковые газовые каналы, связанные сквозными отверстиями для улучшения циркуляции газового потока, цилиндры с магнитными поршнями установлены в ребра барабанов так, что их торцы расположены в плоскостях торцов соответствующего барабана, внешние пары постоянных магнитов закреплены в корпусе компрессора и расположены по торцам каждого барабана так, что одна часть барабана охватывается северной парой полюсов, а другая, диаметрально противоположная, - южной парой полюсов, в корпусе компрессора между постоянными магнитами, составляющими внешние пары постоянных
магнитов, и торцами барабанов установлены распределительные шайбы с окнами всасывания и нагнетания, заменяющими клапаны соответствующего назначения, ограничивающие рабочий объем газа в каждом цилиндре.