Свободнопоршневой компрессор Советский патент 1992 года по МПК F04B35/04 

Изобретение относится к компрессоро- строению и может быть применено в конструкции компрессоров со свободно установленным поршнем, а также в качестве насоса для перекачки жидкости, напри- мер в качестве топливоподкачивающего насоса двигателя внутреннего сгорания.

Известен свободнопоршневой компрессор, содержащий корпус, установленный в нем приводной вал, соединенный с электродвигателем, цилиндр, снабженный клапанами и полуосями, сочлененными кривошипами, один из которых закреплен на приводном валу, и свободно установленный в цилиндре поршень с уплотнением коми-

рессор снабжен вторым цилиндром, распо- ложенным оппозитно первому относительно приводного вала, полуоси цилиндров закреплены на их боковых поверхностях и сочленены с кривошипами при помощи подшипников, другой кривошип также закреплен на приводном валу, а корпус и одна из полуосей каждого цилиндра снабжены жестко закрепленными на них соответственно центральным зубчатым колесом, расположенным концентрично валу, и взаимодействующими с ним сателлитами. При вращении приводного вала сателлиты обкатываются по колесу. При этом изменяется положение цилиндров от- носительно приводного вала. Попеременное перемещение поршня осуществляется под действием центробежной силы.

Недостатком этой конструкции является то, что устройство свободнопоршневого компрессора является весьма сложным и не обеспечивает герметичность между компрессором и его приводом,

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой конструкции является свободнопоршневой компрессор, содержащий цилиндр с установленным в нем с образованием двух камер рабочий орган и ротор, установленный с возможностью вращения и выполненный в виде кольца, состо- ящего по меньшей мере из двух пар диаметрально противоположных постоянных магнитов, при этом пары магнитов обра- щены одна к другой одноименными полюсами, а соседние магниты обращены внутрь кольца разноименными полюсами.

Недостатком известного компрессора является, недостаточная компактность, что не позволяет использовать его в конструкциях, требующих жесткого ограничения габа- ритов. Кроме того, известному компрессору присуща недостаточная эффективность из- за слабого усилия рабочего органа, так как при работе компрессора рабочий орган и ротор для взаимного отталкивания и притяжения во время работы используют только один полюс диаметрально противоположных постоянных магнитов. Работают только обращенные друг к другу полюса постоянных магнитов рабочего органа и ротора, а противоположные им полюса магнитов в работе не используются. Поэтому магнитная сила, создающая давление в цилиндре, невелика, что снижает эффективность насоса.

Цель изобретения - повышение компактности и эффективности путем увеличения приводного усилия рабочего органа, повышение надежности.

Указанная цель достигается тем, что в свободнопоршневом компрессоре, содержащем цилиндр с установленным в нем с образованием двух камер рабочий орган и ротор, установленный с возможностью вращения и выполненный в виде кольца, состо- ящего по меньшей мере из двух диаметрально противоположных постоянных магнитов с обращенными друг к другу одноименными полюсами, а соседние магниты обращены внутрь кольца разноименными полюсами, цилиндр расположен внутри ротора, а рабочий орган выполнен в виде поршня из постоянного магнита с явно выраженными полюсами на торцах, Между цилиндром и ротором установлена герметичная перегородка.

На фиг. 1 изображен свободнопоршневой компрессор, поперечный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Свободнопоршневой компрессор состоит из цилиндра 1, во внутреннем отверстии 2 которого, закрытом с двух сторон, расположен рабочий орган, выполненный в виде поршня 3 из постоянного магнита с явно выраженными полюсами на торцах. Цилиндр 1 расположен внутри ротора 4, выполненного в виде кольца, состоящего из двух пар диаметрально противоположных постоянных магнитов 5-8. При этом пары магнитов обращены одна к другой одноименными полюсами, а соседние магниты обращены внутрь кольца разноименными полюсами. Магниты 5 и 7 обращены друг к другу одноименными полюсами N, а магни- гы 6 и 8 обращены друг к другу одноименными полюсами S. Ротор 4 имеет возможность вращения вокруг своей оси и приводится от какого-либо источника энергии (например, электродвигателя) По обеим сторонам отверстия 2 в цилиндре 1 размещены попарно клапаны 9-12,выполненные в виде подпружиненных шариков К клапанам 9 и 11 подведено отводящее отверстие 13, а к клапанам 10 и 12 - подвоДящее отверстие 14. Между цилиндром 1 и ротором 4 установлена герметичная перегородка 15.

Свободнопоршневой компрессор работает следующим образом.

Ротор 4, приводимый во вращение от какого-либо источника энергии, например электродвигателя, равномерно вращается по часовой стрелке (кольцо может вращаться и против часовой стрелки, на работе ком- г рессора это не отражается).

Допустим, что первоначально все деталь, компрессора занимали положение, изо- брэженное на фиг, 1, т.е. напротив торца поршня 3 с полюсом S расположен магнит 5 с обращенным к поршню 3 полюсом N, а напротив торца поршня 3 с полюсом N расположен магнит 7 с обращенным к поршню полюсом N. Обращенные друг к другу разноименные торцы поршня 3 и магнита 5 взаимно притягиваются, а обращенные друг к другу одноименные торцы поршня 3 и магнита 7 отталкиваются друг от друга. Под действием магнитных сил поршень 3 занимает крайнее левое положение. Затем при равномерном вращении ротора 4 магнит 8 с обращенным к цилиндру 1 полюсом S занимает положение напротив торца 3 с полю- сом S, а магнит б с обращенным к цилиндру 1 полюсом S занимает положение напротив торца поршня 3 с полюсом N.

Поршень, притягиваясь к магниту 6 и отталкиваясь от магнита 8, перемещается вправо, сжимая газ (или жидкость) правой полости отверстия 2. Газ (жидкость), сжимаясь под действием поршня 3, открывает клапан 9 и выходит в отводящее отверстие 13. В левой части отверстия 2 за поршнем со- здается разрежение, открывается клапан 12 и в левую часть отверстия 2 через подводящее отверстие 14 заходит новая порция газа (жидкости). Поршень 3 занимает крайнее правое положение. При дальнейшем враще- нии ротора 4 магнит 7 занимает положение напротив торца поршня 3 с полюсом S, a магнит 5 занимает положение напротив торца поршня 3 с полюсом N. Расположенные напротив друг друга торец магнита 5 и торец поршня 3 с полюсами N взаимно отталкиваются, а торец магнита 7 и торец поршня 3 с полюсом S притягиваются друг к другу. Поршень 3 начинает двигаться влево. Газ (жидкость), размещенный в левой части отверстия 2, сжимаясь под действием поршня 3, открывает клапан 11 и выходит через отверстие 13. Одновременно в правой части отверстия 2 возникает разрежение, открывается клапан 10 и через отверстия 14 в

правую часть отверстия 2 заходит новая порция газа (жидкости). Поршень 3 занимает крайнее левое положение.

При вращении ротора 4 поршень 3 под действием магнитных сил совершает возвратно-поступательное движение.

Между цилиндром 1 и ротором 4 установлена герметичная перегородка 15, которая обеспечивает полную герметичность между приводом компрессора и самим компрессором без применения уплотняющих устройств типа манжет и других трущихся уплотнений, ненадежных и быстро выходящих из строя. Это имеет огромное значение там, где требуется герметичность, например, в подводной и космической технике (например, приводной электродвигатель с ротором 4 находится внутри герметичного корпуса, а сам насос снаружи).

Предлагаемый свободнопоршн г ой компрессор благодаря использованию магнитных сил имеет предельную простоту. Ис- пользованиепредлагаемого

свободнопоршневого компрессора позволяет повысить компактоность и эффективность путем увеличения приводного усилия рабочего органа, повысить надежность, что обеспечивает получение значительного экономического эффекта.

Формула изобретения

1.Свободнопоршневой компрессор, содержащий цилиндр с установленным в нем с образованием двух камер рабочим органом и ротор, установленный с возможностью вращения и выполненный в виде кольца, состоящего из по меньшей мере двух пар диаметрально противоположных постоянных магнитов, при этом пары магнитов обращены одна к другой одноименными полюсами, а соседние магниты обращены внутрь кольца разноименными полюсами, отличающийся тем, что, с целью повышения компактности и эффективности путем увеличения приводного усилия рабочего органа, цилиндр расположен внутри ротора, а рабочий орган выполнен в виде поршня из постоянного магнита с явно выраженными полюсами на торцах.

2.Компрессор по п. 1,отличающий- с я тем, что с целью повышения надежности, между цилиндром и ротором установлена герметичная перегородка.

A-A

з /

/J