КОМПРЕССОР ДЛЯ ХОЛОДИЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2010 года по МПК F04B39/10 

Область техники

Настоящее изобретение относится к компрессору, используемому в холодильном аппарате для сжатия хладагента. Обычно такой компрессор содержит камеру, перемещающийся в камере поршень и расположенные между камерой и всасывающим подводом или напорным подводом клапаны, которые устанавливают направление потока через компрессор от всасывающего подвода к напорному подводу.

Уровень техники

Компрессоры данного типа должны иметь срок службы до пятнадцати лет. Это означает, что в течение всего этого периода клапаны должны сохранять достаточную плотность, чтобы предотвращать значимый обратный поток хладагента от напорного подвода в камеру или из камеры к всасывающему подводу компрессора.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании компрессора, клапаны которого имеют особенно высокую долговечность.

В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет того, что на подвижных частях клапанов нанесено покрытие большей твердости, чем указанные подвижные части, и это покрытие защищает их от истирания и деформации при воздействии на другие части клапана, в особенности при перемещении клапанов в запорное положение.

В качестве твердого покрытия может использоваться в особенности керамическое покрытие.

Такое керамическое покрытие может быть образовано посредством нанесения материала на подвижные части, например, путем нанесения суспензии керамических частиц и последующего спекания.

Особенно прочное соединение между подвижными частями и образованным на них керамическим слоем получается в том случае, когда керамический слой образован путем поверхностного преобразования материала подвижных частей.

В качестве керамического покрытия могут использоваться оксиды, нитриды, карбиды или смесь нескольких этих материалов.

В качестве материала для подвижных частей предпочтительно используется пружинная сталь.

Изобретение может особенно выгодно использоваться в компрессоре, который содержит приводной агрегат линейного действия, непосредственно воздействующий на поршень. Как это известно, например, из патентного документа США №6641377 В2, такие компрессоры имеют относительно малый ход поршня по сравнению с компрессорами с вращательным приводом. Поэтому для достижения требуемой производительности они должны работать с высокой частотой перемещения поршня и с соответствующими частыми переключениями клапанов.

Изобретение также выгодно в использовании, когда поршень установлен в камере без масляной смазки. При установке поршня с масляной смазкой тонкая масляная пленка, как правило, покрывает всю внутреннюю поверхность камеры, включая клапаны, что способствует отводу тепла от подвижных частей клапанов. При работе подвижных частей без масляной смазки отвод тепла значительно ухудшается, что вызывает большую тепловую нагрузку на подвижные части и соответственно их подверженность износу.

Краткий перечень чертежей

Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будет подробно описан пример осуществления изобретения. На чертежах:

фиг.1 схематично изображает компрессор по изобретению на виде сбоку с частичным разрезом,

фиг.2 изображает на виде сверху мембранную пружину компрессора по фиг.1.

Осуществление изобретения

Нижняя часть показанного на чертежах линейного компрессора образует приводной агрегат 1. Он содержит колебательное тело 2, продольные концы которого образуют противоположные магнитные полюса. Колебательное тело 2 проходит через два расположенных друг над другом отверстия 3 камеры 4, предназначенной для размещения в ней двух электромагнитов 8. Электромагниты 8, расположенные диаметрально напротив друг друга с двух сторон от колебательного тела 2, подсоединены к источнику переменного тока регулируемой частоты для создания переменного магнитного поля с противолежащими одноименными полюсами. Электромагниты 8 имеют железный сердечник 9 Е-образного поперечного сечения с тремя параллельными стержнями 11, 12, соединенными между собой на одном конце. Обмотка 10 окружает средний стержень каждого сердечника. Конец среднего стержня 11 с одной стороны и два наружных стержня с другой стороны образуют разноименные полюса каждого электромагнита 8.

В зависимости от направления тока возбуждения электромагнитов 8 полюса на концах стержней 12 попеременно притягивают один из полюсов колебательного тела 2 и отталкивают его другой полюс и за счет этого вызывают попеременное перемещение колебательного тела 2 в противоположных направлениях.

Продольные концы колебательного тела 2 прикреплены к мембранным пружинам 5, которые удерживаются на расстоянии от стенок камеры 4 выступающими бортиками 6. Как показано на виде сверху на фиг.2, каждая мембранная пружина 5 вырезана штамповкой с образованием четырех по существу z-образных ветвей 7, которые соединены в одно целое и расположены на уровне удерживаемого ими соответствующего конца колебательного тела 2. На виде сверху каждая ветвь 7 занимает сектор величиной 90°, отходящий от продольной оси колебательного тела 2, при этом каждая ветвь 7 выполнена по форме зеркально симметричной двум смежным ветвям 7. На фиг.1 колебательное тело 2 показано в положении, немного смещенном вверх от положения покоя, и видны две ветви 7 каждой мембранной пружины 5. За счет зеркально-симметричного выполнения крутящий момент, который одна из ветвей может передавать на колебательное тело 2 в процессе его движения, компенсируется таким же противоположным крутящим моментом от смежной ветви.

Камера компрессора соединена с камерой 4 электромагнитов с помощью скобы 21, которая укреплена на выступающих бортиках 6 на верхней стороне камеры 4 над дальними от колебательного тела 2 концами ветвей 7 верхней мембранной пружины 5. Поршневой шток 22 соединяет поршень 23, совершающий возвратно-поступательные движения в камере 20 компрессора, с колебательным телом 2, так что эти два элемента образуют колебательную систему, собственная частота колебаний которой по существу определяется массой колебательного тела 2, поршня 23 и поршневого штока 22, а также модулем упругости мембранных пружин 5.

Всасывающий подвод 24 и напорный подвод 25 сообщаются с камерой 20 компрессора посредством соответствующих клапанов - впускного клапана 26 и выпускного клапана 27. Клапаны 26, 27 представлены здесь в качестве примера в виде пластинчатых клапанов с рессорной пластиной 28, которая одним концом припаяна или другим образом прикреплена к стенке камеры 20 компрессора, а на своем подвижном участке несет уплотнительное тело 29 клапана. В показанном на фиг.1 примере выполнения это уплотнительное тело 29 клапана взаимодействует с коническим седлом 30, образованным в стенке камеры 20 компрессора. Рессорная пластина 28 изготовлена из пружинной стали. Уплотнительное тело 29 может быть выполнено полностью в виде керамического слоя, укрепленного на рессорной пластине 28, однако оно может также содержать сердечник из пружинной стали и наружное покрытие, слишком тонкое для изображения на чертеже. В последнем случае уплотнительное тело 29 предпочтительно сформовано чеканкой заодно с рессорной пластиной 28 из одного материала.

Рессорная пластина 28 впускного клапана 26 расположена непосредственно на камере 20 компрессора и может отгибаться в ее внутреннюю полость, когда поршень 23 перемещается вниз, так что при этом текучая среда поступает в камеру 20 от всасывающего подвода 24. В отличие от этого выпускной клапан 27 расположен в отдельной камере 31 внутри стенки камеры 20 и может отгибаться при перемещении поршня 23 вверх, чтобы пропускать вытесняемую поршнем 23 текучую среду к напорному подводу. От камеры 31 отходит канал 32, который питает текучей средой полое кольцевое пространство 33, окружающее камеру 20 компрессора. Полое пространство 33 сообщается с внутренней полостью камеры 20 компрессора через множество радиальных проточек 24, через которые часть вытесненной поршнем 23 текучей среды может поступать обратно в камеру 20. При этом текучая среда образует пленку скольжения между внутренней стенкой камеры 20 компрессора и окружной поверхностью поршня 23, что обеспечивает скольжение без трения и позволяет обойтись без масляной смазки поршня 23.

Уплотнительное тело 29 может быть снабжено твердым износостойким поверхностным слоем только на тех поверхностях, которые контактируют с седлом 30 клапана, однако возможны варианты, при которых износостойкий слой образован на всем уплотнительном теле, а при его выполнении заодно с рессорной пластиной 28 твердым износостойким слоем может быть снабжена вся ее поверхность или, по меньшей мере, ее сторона, обращенная к седлу 30 клапана. Износостойкий слой может быть получен путем преобразования в оксид, нитрид или карбид поверхностного слоя уплотнительного тела в реактивной атмосфере, например, в кислородосодержащей атмосфере или в плазме, содержащей кислород, азот и/или углерод. При этом преобразуемый поверхностный слой может быть образован частью самой пружинной стали уплотнительного тела 29 или материалом, предварительно нанесенным на него для цели преобразования. В альтернативном варианте желаемый керамический материал, такой как оксид алюминия или оксид циркония, например, в виде суспензии или геля, может быть нанесен окраской или набрызгом на соответствующую поверхность и затем соединен с ней спеканием.

Компрессор предназначен для сжатия хладагента в холодильном аппарате. Содержит камеру (20), перемещающийся в камере (20) поршень (23) и расположенные между камерой (20) и всасывающим подводом (24) или напорным подводом (25) клапаны (26, 27). На подвижных частях клапанов сформованы уплотнительные тела (29) клапанов, на которые нанесено покрытие большей твердости, чем твердость указанных подвижных частей, причем это покрытие большей твердости является керамическим покрытием, образованным путем поверхностного преобразования материала подвижных частей клапанов. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Холодильный аппарат с линейным компрессором для сжатия хладагента, содержащий камеру (20), перемещающийся в камере (20) поршень (23) и расположенные между камерой (20) и всасывающим подводом (24) или напорным подводом (25) клапаны (26, 27), отличающийся тем, что на подвижных частях клапанов сформованы уплотнительные тела (29) клапанов, на которые нанесено покрытие большей твердости, чем твердость указанных подвижных частей, причем это покрытие большей твердости является керамическим покрытием, образованным путем поверхностного преобразования материала подвижных частей.

2. Холодильный аппарат по п.1, отличающийся тем, что керамическое покрытие является оксидом, нитридом, карбидом или смесью этих материалов.

3. Холодильный аппарат по п.1, отличающийся тем, что материал подвижных частей представляет собой пружинную сталь.

4. Холодильный аппарат по п.1, отличающийся тем, что содержит приводной агрегат линейного действия, непосредственно воздействующий на поршень.

5. Холодильный аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что поршень (23) установлен в камере (20) без масляной смазки.

6. Холодильный аппарат по п.5, отличающийся тем, что поршень (23) установлен с помощью сжатой текучей среды, отводимой от напорного подвода (25).