Компрессор кинетического сжатия и объемного нагнетания с магнитоэлектрическим приводом

 

Компрессор предназначен для сжатия газа в звуковом диапазоне и может быть использован в холодильной технике. Магнитная система обеспечивает радиальное магнитное поле. Поршень расположен в радиальном магнитном поле и выполнен в виде электромагнитной катушки. Поршень имеет форму кольца с конической внутренней поверхностью, образующей вместе с неподвижным осевым элементом магнитной системы (керном) кольцевое коническое сопло с расширением в сторону всасывающей камеры. Поршень прикреплен к корпусу на двух токоподводящих пружинных мембранах, ограничивающих амплитуду колебательного движения. В компрессоре используется кинетическое сжатие газа в сопловой части поршня и объемное нагнетание в торцевой при колебательном движении поршня-сопла в постоянном радиальном магнитном поле. Таким выполнением обеспечивают полную уравновешенность, снижение шума, повышение экономичности и простоту изготовления компрессора. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к компрессоростроению. В качестве аналога (прототипа), наиболее близкого к заявляемому изобретению, можно использовать электродинамический компрессор, N 306277, 1971 г., МПК F 04 B 35/04. К недостаткам этого устройства можно отнести наличие сил трения в паре плунжер-цилиндр, достаточно большую массу подвижных элементов (плунжера, катушки, пружин), неуравновешенность механизма (вибрации). Характерными, существенными признаками аналога (прототипа) и заявляемого изобретения является преобразование взаимодействия радиального магнитного поля магнитной системы на базе постоянного аксиального кольцевого магнита и магнитного поля катушки с переменным током в энергию колебательного движения последней.

Задачей изобретения является обеспечение бесшумной работы промышленных или бытовых холодильников с повышенным КПД при низкой стоимости изготовления компрессора.

В компрессоре используется газодинамическая вибрационная схема, основанная на принципе кинетического сжатия и объемного нагнетания газа при колебательном движении поршня-сопла в звуковом диапазоне частот.

Техническое решение поставленной задачи достигается тем, что в компрессоре, содержащем магнитную систему, обеспечивающую радиальное магнитное поле, поршень выполнен в виде электромагнитной катушки, подключенной к источнику переменного тока, расположен в радиальном магнитном поле, имеет форму кольца с конической внутренней поверхностью, составляющей сопловую часть поршня и образующей вместе с неподвижным осевым элементом магнитной системы (керном) кольцевое коническое сопло с расширением в сторону всасывающей камеры, прикреплен к корпусу компрессора с помощью двух пружинных мембран, ограничивающих перемещение поршня при его колебательном движении, разделяющих камеру нагнетания от камеры всасывания и подводящих электрическую энергию к электромагнитной катушке, при этом компрессор выполнен по встречной акустической схеме включения электромагнитных катушек, созданной симметричным расположением поршней с синхронным колебательным движением, и имеет замкнутые газовые объемы внутри сравнительно массивных оболочек.

С целью увеличения производительности на поршне устанавливается клапан со следующими вариантами конструктивного исполнения: лепесткового типа - устанавливается в сопловой части поршня, состоит из конической клапанной решетки и пружинящего лепесткового элемента и формирует кольцевое коническое сопло, инерционного действия - устанавливается на поршне со стороны нагнетания, выполнен в виде металлического кольца и конической или цилиндрической пружины с соприкасающимися в свободном состоянии витками, один из которой закреплен на поршне со стороны нагнетания, а другой - на металлическом кольце, скользящем по корпусу перед поршнем, принудительного действия - устанавливается на поршне со стороны нагнетания, состоит из цилиндрической электромагнитной катушки, скользящей по керну перед поршнем при подаче на ее обмотку электрического напряжения в противофазе к напряжению на катушке поршня, и конической или цилиндрической пружины с соприкасающимися в свободном состоянии витками, расположенной между указанными катушками с жестким креплением ее концов на цилиндрической катушке и поршне.

Регулирование производительности компрессора обеспечивается изменением частоты и силы электрического тока с помощью перестраиваемого низкочастотного генератора.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где представлены: фиг. 1 - схема компрессора (вариант поршня-сопла без клапана).

фиг. 2 - схема компрессора (вариант поршня-сопла с лепестковым клапаном), фиг. 3 - схема компрессора (вариант поршня-сопла с клапаном инерционного действия), фиг. 4 - схема компрессора (вариант поршня-сопла с клапаном принудительного действия).

Возможность осуществления изобретения рассматривается на разработанной конструкции в соответствии с проведенным теоретическим исследованием числовых значений параметров компрессора по разработанной автором методике расчета.

Компрессор имеет следующие расчетные параметры: Газ P 22 Производительность (0,525 - 1,4) 20 кг/с, Степень сжатия 4,75
Потребляемая электрическая мощность (30 - 60) Вт,
КПД (0,95 - 0,75)
Оптимальный режим работы
- диапазон частот (20 - 40) Гц
-амплитуда колебаний поршня 2 мм.

Схема компрессора для варианта поршня-сопла без клапана представлена на фиг. 1. В силу симметричности конструкции проводится описание ее правой половины. Магнитная система, создающая радиальное магнитное поле в рабочем зазоре, состоит из постоянного кольцевого магнита 1, обвязанного магнитопроводом, включающим в себя керн 2, шайбу 3 с всасывающими окнами и кольцевой полюсной наконечник 4. Колебательная система выполнена в виде поршня 5, прикрепленного к полюсному наконечнику 4 с помощью двух мембран 6, являющихся одновременно как упругими элементами, ограничивающими перемещение поршня, так и тоководами, подводящими электрическую энергию на электромагнитную катушку. Камера нагнетания образована кольцевым корпусом 7 и двумя магнитными системами. При перемещении поршня, имеющего форму кольца с конической внутренней поверхностью, в сторону всасывающего окна происходит процесс сжатия газа в сопловой части поршня, одновременно со стороны камеры нагнетания происходит процесс обратного расширения. При перемещении поршня 5 в сторону камеры нагнетания происходит процесс всасывания со стороны конической части поршня и одновременно процесс нагнетания сжатого газа.

Схема компрессора с лепестковым клапаном, установленным в сопловой части поршня, представлена на фиг. 2. Там же показаны эскизы составных элементов клапана: клапанной решетки 8 и пружинного конического лепесткового элемента 9 в свернутом и раскрытом состояниях. Конструкция клапана, обеспечивая работу компрессора с увеличенной на порядок производительностью, не нарушает процесса кинетического сжатия газа в сопловой части поршня.

Схема компрессора с клапаном инерционного действия, установленным на поршне со стороны нагнетания, представлена на фиг. 3. Клапан состоит из конической или цилиндрической пружины 10 с соприкасающимися в свободном состоянии витками и металлического кольца 11, имеющего возможность скользить по керну в осевом направлении при работе компрессора и выполняющего функцию инерционного демпфера, обеспечивающего растягивание пружины в процессе сжатия газа и сжатие пружины в процессе нагнетания. Таким образом, в процессе сжатия пружина 10 образует межвитковые каналы, обеспечивающие прохождение сжатого газа в камеру нагнетания. Концы пружины жестко закреплены на кольце 11 и на поршне 5 со стороны нагнетания.

Схема компрессора с клапаном принудительного действия, установленного на поршне 5 со стороны нагнетания, представлена на фиг. 4. Клапан состоит из конической или цилиндрической пружины 12 с соприкасающимися в свободном состоянии витками и цилиндрической катушки 13, перемещающейся по керну в осевом направлении при подаче электрического напряжения на ее обмотку в противофазе к напряжению на катушке поршня 5 и растягивающей пружину 12 в процессе сжатия газа, а в процессе нагнетания - сжимающей пружину.

Степень повышения давления определяется конусностью сопловой части поршня и теоретически имеет дискретное значение.

Формула изобретения

1. Компрессор кинетического сжатия и объемного нагнетания с магнитоэлектрическим приводом, содержащий корпус с поршнем, камеры нагнетания и всасывания, отличающийся тем, что поршень расположен в постоянном радиальном магнитном поле, созданном магнитной системой с неподвижным осевым элементом (керном), и выполнен в виде двух симметрично расположенных электромагнитных катушек магнитоэлектрического привода, включенных по встречной акустической схеме, обеспечивающей синхронное колебательное движение электромагнитных катушек, при этом каждая электромагнитная катушка имеет форму кольца с конической внутренней поверхностью, составляющей сопловую часть поршня и образующей вместе с неподвижным осевым элементом магнитной системы (керном) кольцевое коническое сопло с расширением в сторону всасывающей камеры, кроме того, каждая электромагнитная катушка прикреплена к корпусу при помощи двух пружинных мембран, ограничивающих ее перемещение при колебательном движении, подводящих электрическую энергию к их обмоткам и разделяющих камеру нагнетания от камеры всасывания.

2. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что он содержит клапан в сопловой части поршня, состоящий из конической клапанной решетки и пружинящего конического лепесткового элемента.

3. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что он содержит клапан инерционного действия, выполненный в виде металлического кольца и конической или цилиндрической пружины с соприкасающимися в свободном состоянии витками, один из концов которой закреплен на поршне со стороны нагнетания, а другой - на металлическом кольце, скользящем по керну перед поршнем.

4. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что на поршне со стороны камеры нагнетания расположен клапан принудительного действия, состоящий из цилиндрической электромагнитной катушки, установленной перед поршнем с возможностью скольжения по неподвижному осевому элементу магнитной системы (керну) при подаче на ее обмотку электрического напряжения в противофазе к напряжению на электромагнитных катушках поршня, и конической или цилиндрической пружины с соприкасающимися в свободном состоянии витками и жестко соединенной одним концом с поршнем, а другим концом - с цилиндрической электромагнитной катушкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4