CN102953960B - 一种十字交叉环形压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种十字交叉环形压缩机，包括两个相正交的环形腔体和两滑块；在两环形腔体正交的同一侧，每一环形腔体的腔壁上以该相交侧为中心左右对称开有进气口和出气口；两滑块分别位于一环形腔体内；第一环形腔体内的滑块在靠近所在腔体内的进气口的滑动过程中，第二环形腔体内的滑块经过所在腔体的进气口和出气口之间的两环相交处，此时第二环形腔体内的滑块作为阀门，第一环形腔体内的滑块作为活塞，第一环形腔体内在活塞与阀门之间具有排气口的腔体部分构成压缩腔。本发明节能高效，结构简单紧凑，具有优良的变频特性、高效率和低振动的特点。

Description

一种十字交叉环形压缩机

技术领域

本发明属于压缩机技术领域，特别是涉及一种十字交叉环形压缩机。

背景技术

压缩机是将低压气体提升为高压气体的一种耗功率的流体机械，广泛应用于需要气体压缩和驱动的场合，如蒸汽压缩式制冷系统。也可应用于其它流体泵送或流体振荡的场合，如回热式制冷系统以及其它流体压缩驱动系统。压缩工质不限于是气体，也可以是液体。

往复式压缩机历史悠久，至今仍在广泛应用。图1为一种常用往复压缩机剖面图，它主要由电机定子001、转子002、压缩机缸体003、活塞004、曲轴005、连杆006等组成。首先是将电机定子001形成旋转的磁场，与转子002相互作用，拖动转子002作旋转运动。曲柄005和连杆006将电机旋转运动转换成活塞004的往复运动，由活塞004的位移改变容腔体积进行压缩。这种压缩机必须有一套将电动机的旋转运动转变为活塞直线往复运动的转换机构。通过对这类压缩机的动力学分析（以曲柄连杆机构为例）可见：作用在曲柄连杆机构上的力主要有三种--惯性力、气体力（负载）、摩擦力。惯性力又分为活塞往复运动所产生的惯性力、曲柄不平衡旋转质量所产生的离心惯性力、连杆运动所产的惯性力；压缩机的摩擦功率包括往复摩擦功率、旋转摩擦功率。其中曲柄不平衡旋转质量所产生的离心惯性力、连杆运动所产生的惯性力以及旋转摩擦功率项都是因为使用旋转式电动机而直接带来能量损失的项目，而往复摩擦功率的损失则很大程度上是由曲柄造成的活塞所受到的径向力引起的。总之，这种机器总体体积庞大、传动效率低、噪声大、磨损厉害、寿命短，因此活塞式制冷压缩机具有很大大的改善潜力。

图2为一种环形压缩机剖面图。这种环形压缩机由环形腔011，螺旋形的线圈012，两个滑块0131、0132进排气孔0141、0142，构成。在一个滑块运动过程中，另外一个滑块固定在腔体011内排气孔0141、0142中间。两个滑块通过弹性碰撞交换动量，使运动的滑块静止，静止的滑块运动。在两个滑块接近的过程中实现对气体的压缩，在分离的过程实现吸气。其结构简单，体积小，成本低。但通过弹性碰撞交换滑块运动状况，难以保证定位可靠性。频繁碰撞会导致噪声，材料疲劳，并消耗动能降低能效。该结构未考虑气体力对静止滑块的作用，实际上高压侧和低压侧的压差会导致静止滑块受到单向的推力难以保持静止。另外该结构未给出可操作的驱动方法。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出了一种十字交叉环形压缩机，结构简单紧凑，运行可靠，具有优良的变频特性、高效率和低振动的特点。

一种十字交叉环形压缩机，包括第一和第二两个相正交的环形腔体和两滑块；在两环形腔体正交的同一侧，每一环形腔体的腔壁上以该相交侧为中心左右对称开有进气口和出气口；两滑块分别位于一环形腔体内，在外力驱动下沿环形腔体内壁滑动；

第一环形腔体内的滑块在靠近其所在腔体内的进气口的滑动过程中，第二环形腔体内的滑块经过所在腔体的进气口和出气口之间的两环相交处，此时第二环形腔体内的滑块作为阀门，第一环形腔体内的滑块作为活塞，第一环形腔体内在活塞与阀门之间具有排气口的腔体部分构成压缩腔。

进一步地，所述滑块与环形腔体内壁紧贴。

进一步地，所述滑块的长度为环形腔长度的一半。

进一步地，所述环形腔体外侧排列有永磁体序列，所述滑块上缠有线圈；或所述环形腔体外侧设置线圈，所述滑块上安装有永磁体序列。

进一步地，所述环形腔体内安装滑动轴承。

本发明的技术效果体现在：

1、驱动部件与活塞构成一体，无需运动转换机构，简化了结构，降低了能量传递损耗。

2、可以通过控制运动部件（滑块）的速度控制压缩机的工作频率，具有较宽的操作带宽，具有优良的变频特性。若采用直线电机驱动，则电机经历相对稳定的电磁过程，电磁驱动力恒定，电磁性能得到改善，有利于提高机电转换效率。

3、通过相同的运动部件运动相位的调节实现压缩腔和吸气腔的动态分割，取消附加部件紧凑高效。

4、通过对进排气口的不同的连接容易实现多级压缩。

附图说明

图1为一种现有往复式蒸汽压缩机截面示意图；

图2为一种现有环形压缩机剖面图；

图3为本发明十字交叉环形压缩机其中一个环形腔结构示意图；

图4为本发明十字交叉环形压缩机整体结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明。

参看图3，十字交叉环形压缩机的一个环，具有空腔11。空腔11截面为正方形。空腔上具有开口101和102为空腔11与空腔21的接口。在开口101左右的空腔11壁面上有排气口131和进气口132。滑块12位于腔体11中，并可沿着空腔11内壁全周滑动。

如图4所示，十字交叉环形压缩机由两个图3所示环形腔体正交组合而成。

环形腔体11需要有足有的机械度（例如不锈钢），优选非导磁、非导电材料（例如玻璃钢），使之承受压力差时不发生塑性变形。腔体11内表面需要有足够的表面精度，以减小摩擦阻力，必要时需要加装滑动轴承。滑块12、22的长度接近或等于环形腔长度11、21的一半，便于滑块运动控制。

在腔体11外侧排列永磁体序列，滑块12上具有线圈，并可以通过一定方式使线圈通电，则滑块12上会被施加电磁驱动力，使滑块在腔体内滑动。或者在腔体11外侧设置线圈，而将永磁体序列安装在滑块12上，也可构成另外一种电磁驱动结构。

通过如下控制方式控制两个滑块的运动位置：

在滑块12靠近进气口132的运动过程中，滑块22经过排气口231和吸气口232之间的两环相交处，此时滑块22封闭环形腔体11起阀门的作用，滑块12相当于活塞，活塞与阀门之间具有排气口131的腔体部分作为压缩腔，其内部气体被压缩经过排气口131排出，同时活塞与阀门之间具有进气口132的腔体部分通过进气口132吸入气体。

两滑块继续移动，滑块22离开进气口232，滑块12经过排气口131和进气口132之间的第一两环相交处，此时滑块12封闭环形腔体11起到阀门的作用，滑块22相当于活塞，活塞与阀门之间具有排气口231的的气体被压缩经过排气口231排出，同时活塞与阀门之间具有进气口232的腔体部分通过进气口232吸入气体。

两滑块继续移动，重复执行前述的压缩、排气和吸气过程。

滑块12、22沿腔体11、21壁面滑动方向在两个可选方向均可。因此相应的排气口和吸气口的功能在不同滑动方向时会调换。滑块12、22受到非接触力的驱使，例如电磁力。

对于图4所示的十字交叉环形压缩机，滑块运动一周，经历一次压缩吸气过程。一种情况下，环形压缩机用于驱动蒸汽循环制冷系统，吸气口132、232与外部吸气腔相连，排气口131、231与外部排气腔相连。

对于图4所示的十字交叉环形压缩机，滑块运动一周，经历一次压缩吸气过程。一种情况下，环形压缩机用于斯特林制冷系统，吸气口132与排气口231或者吸气口232与排气口131与外界工作腔体相连，可在外界腔体内形成接近正弦的波动压力。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种十字交叉环形压缩机，其特征在于，包括第一和第二两个相正交的环形腔体和两滑块；在两环形腔体正交的同一侧，每一环形腔体的腔壁上以该正交的同一侧为中心左右对称开有进气口和出气口；两滑块分别位于一环形腔体内，在外力驱动下沿环形腔体内壁滑动；

第一环形腔体内的滑块在靠近其所在腔体内的进气口的滑动过程中，第二环形腔体内的滑块经过所在腔体的进气口和出气口之间的两环相交处，此时第二环形腔体内的滑块作为阀门，第一环形腔体内的滑块作为活塞，第一环形腔体内在活塞与阀门之间具有排气口的腔体部分构成压缩腔；

第二环形腔体内的滑块离开进气口，第一环形腔体内的滑块经过排气口和进气口之间的两环相交处，此时第一环形腔体内的滑块封闭环形腔体作为阀门，第二环形腔体内的滑块作为活塞。

2.如权利要求1所述的十字交叉环形压缩机，其特征在于，所述滑块与环形腔体内壁紧贴。

3.如权利要求1所述的十字交叉环形压缩机，其特征在于，所述滑块的长度为环形腔长度的一半。

4.如权利要求1所述的十字交叉环形压缩机，其特征在于，所述环形腔体外侧排列有永磁体序列，所述滑块上缠有线圈。

5.如权利要求1所述的十字交叉环形压缩机，其特征在于，所述环形腔体外侧设置线圈，所述滑块上安装有永磁体序列。

6.如权利要求1至5任意一项所述的十字交叉环形压缩机，其特征在于，所述环形腔体内安装滑动轴承。