CN112324634A - 一种侧向力自动平衡的往复式压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种侧向力自动平衡的往复式压缩机，包括两两一对设置在一个压缩机机壳内的若干个气缸，每对两个气缸内分别设置有活塞，两个活塞分别通过两个连杆连接两个曲轴，所述的两个曲轴旋转方向相反且速度大小相等，使两个气缸的倾覆力矩数值相同且方向相反而相互抵消，实现往复式压缩机侧向力的自动平衡。在每对两个气缸内，采用两台电机分别带动两个曲轴，通过控制两台电机的转速和方向，使两个曲轴旋转方向相反且速度大小相等。或者采用一台电机带动两个曲轴，两个曲轴上安装一对同步齿轮，其中一根曲轴与电机连接提供动力，通过同步齿轮使两个曲轴的旋转方向相反且速度大小相等。本发明能够大幅度减少机器的振动噪声，具有很好的应用前景。

Description

一种侧向力自动平衡的往复式压缩机
技术领域
本发明属于压缩机结构设计领域，具体涉及一种侧向力自动平衡的往复式压缩机。
背景技术
活塞式压缩机是容积式压缩机的一种，活塞压缩机的气缸可以分开布置也可以布置在同一机壳内。根据气缸中心线与地面的相对位置可以划分为立式、卧式和角度式，活塞压缩机通过气缸、气阀以及活塞形成了封闭容积，活塞在气缸中进行往复运动从而改变工作容积进行工作，具有压力范围广、排气量范围广等优势，被广泛用于各种工业场合。
对于每一列气缸来说，在活塞进行往复运动的过程中，作用于活塞上的活塞力可以分解为一个沿连杆的连杆力和垂直于气缸壁面的侧向力1，该侧向力作用于机壳上，曲轴作用在轴承座上，轴承座在机壳上，连杆力通过力的传递作用到轴承座上，该力也能分解为两个方向的力，一个侧向力2以及与侧向力2相垂直的分力。由于侧向力1和2都作用于机壳上，并且数值大小相等方向相反但不是作用于同一条直线上，因此，两个力形成倾覆力矩，对压缩机有使机器顺旋转方向倾倒的趋势，这是活塞压缩机固有的属性。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中活塞压缩机工作时存在倾覆力矩的问题，提供一种侧向力自动平衡的往复式压缩机，能够消除倾覆力矩，有效的减少振动噪声。
为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
一种侧向力自动平衡的往复式压缩机，包括两两一对设置在一个压缩机机壳内的若干个气缸，每对两个气缸内分别设置有活塞，两个活塞分别通过两个连杆连接两个曲轴，所述的两个曲轴旋转方向相反且速度大小相等，从而使两个气缸的倾覆力矩数值相同且方向相反而相互抵消，实现往复式压缩机侧向力的自动平衡。
作为优选，在每对两个气缸内，采用两台电机分别带动两个曲轴，通过控制两台电机的转速和方向，使得两个曲轴旋转方向相反且速度大小相等。
作为优选，所述两台电机相邻布置在气缸内的同一侧。
作为优选，两个曲轴上分别布置有光电传感器，两台电机上布置有转速传感器，光电传感器以及转速传感器与控制器连接；所述的光电传感器将感光信号传递给控制器，控制器根据感光信号判断活塞所在位置；所述的两台电机与电源之间通过变频器连接，所述的控制器连接变频器控制电机的起始位置和转速。
作为优选，两个变频器接受同一控制器的控制信号，控制器设定转速比为1:1，变频器有设定频率。
作为优选，采用一台电机带动两个曲轴，两个曲轴上安装一对同步齿轮，其中一根曲轴与电机连接提供动力，通过同步齿轮使两个曲轴旋转方向相反且速度大小相等。
作为优选，所述的电机与同步齿轮布置在两个活塞的同一侧。
作为优选，两个活塞的初始位置位于气缸行程的同一位置，利用同步齿轮使两个活塞向同一方向运动，并且在任意时刻都处于气缸行程的同一位置。
作为优选，两个气缸为同级，活塞相同，气体压力分布相同，活塞行程相同，对气缸的侧向力相同；或者，两个气缸为不同级，两个活塞行程相同，对气缸的侧向力相同。
作为优选，若干个气缸对应的所有曲轴连接在同一根主轴上。
相较于现有技术，本发明具有如下的有益效果：采用成对设置的两个气缸，在两个气缸内分别设置活塞，两个活塞分别通过连杆连接曲轴，运行过程中通过使两个曲轴旋转方向相反且速度大小相等，进而使两个气缸的倾覆力矩数值相同且方向相反而相互抵消，实现往复式压缩机侧向力的自动平衡。本发明能够大幅度减少机器的振动噪声，具有很好的应用前景。
进一步的，本发明采用两台电机分别带动两个曲轴，通过控制两台电机的转速和方向，使得两个曲轴旋转方向相反且速度大小相等，两个曲轴上分别布置有光电传感器，两台电机上布置有转速传感器，光电传感器以及转速传感器与控制器连接，光电传感器将感光信号传递给控制器，控制器根据感光信号判断活塞所在位置；两台电机与电源之间通过变频器连接，控制器连接变频器控制电机的起始位置和转速，实现两个活塞独立控制，控制准确。
进一步的，本发明采用一台电机带动两个曲轴，两个曲轴上安装一对同步齿轮，其中一根曲轴与电机连接提供动力，通过同步齿轮使两个曲轴旋转方向相反且速度大小相等，借助同步齿轮减少了电机的数量，并且同步运行可靠，能够有效保证气缸的倾覆力矩相互抵消。
附图说明
图1活塞压缩机所受倾覆力矩示意图；
图2本发明相邻方式布置两台电机的结构示意图；
图3本发明单电机带动同步齿轮的结构示意图；
图4本发明相邻布置两台电机的倾覆力矩示意图；
图5本发明单电机带动同步齿轮的倾覆力矩示意图；
图6本发明双电机驱动信号传输结构示意图；
图7本发明双电机驱动光电信号控制逻辑示意图；
图8本发明双电机驱动转速信号控制逻辑示意图；
附图中：1-压缩机机壳；2-活塞；3-连杆；4-曲轴；5-光电传感器；6-转速传感器；7-控制器；8-变频器；9-电机；10-电源；11-同步齿轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
为了便于描述，下面主要针对一对气缸展开描述，但需注意本发明不仅仅可以应用到一对气缸，沿曲轴主方向成对布置的方法及结构也在本发明的方案内容之中。
参见图1，作用于活塞上的活塞力可以分解为两个方向的力，一个沿连杆方向的连杆力与一个垂直于气缸中心线方向的侧向力，该侧向力使得活塞挤压气缸壁面，力传递到机壳上。连杆力传递到曲轴的主轴承上，可分解为沿气缸中心线方向的力和垂直于气缸中心线方向的分力，通过角度关系推导可以知道，主轴承上垂直于气缸中心线方向的分力与活塞作用于气缸壁面的侧向力数值大小相等，方向相反，故形成一个力矩。该力矩作用于机壳上，对压缩机有使机器旋转方向倾倒的趋势，因此成为倾覆力矩。从图中结构根据活塞力Fp可以推导，侧向力为
Figure BDA0002748263250000041
连杆力为
Figure BDA0002748263250000042
连杆力作用到主轴承上，垂直于气缸中心线方向的分力值为
Figure BDA0002748263250000043
两个力形成的力矩为
Figure BDA0002748263250000044
参见图2，本发明的往复式压缩机采用了一种方案为双电机驱动结构，实施例中，将两个电机9连接两个曲轴4，带动两个活塞2在气缸内做往复运动。两个电机9的摆放位置为相邻布置在气缸的一侧。两个电机9的摆放位置影响曲轴的旋转方向和机壳受力方向。两个曲轴4上分别布置有光电传感器5，两台电机9上均布置有转速传感器6，光电传感器5及转速传感器6与控制器7连接。光电传感器5将感光信号传递给控制器7，控制器7根据感光信号判断活塞2所在的位置。两台电机9与电源10之间通过变频器8连接，控制器7连接变频器8控制电机9的起始位置和转速。两个变频器8接受同一控制器7的控制信号，控制器7设定转速比为1:1，变频器8具有设定频率。两个连杆3相同，两个曲轴4的曲柄销半径相同。启动前控制器7根据信号调整两台电机9轻微转动使得两个活塞2位于同一指定位置。
参见图3，本发明侧向力自动平衡的往复式压缩机采用了另一种方案为单电机9加同步齿轮11驱动结构，利用一个电机9通过同步齿轮11同时控制两个曲轴4，分别带动两个活塞2在气缸内做往复直线运动。电机9和同步齿轮11布置在气缸的一侧。在一种实施例当中，两个活塞2的初始位置位于气缸行程的同一位置，利用同步齿轮11使两个活塞2向同一方向运动，并且在任意时刻都处于气缸行程的同一位置。两个气缸结构尺寸相同，两个活塞2相同行程相同。两个连杆3相同，两个曲轴4的曲柄销半径相同。
本发明为了保证两个气缸倾覆力矩数值相等，上述结构中两个气缸可设计为同级，即活塞2相同，气体压力分布相同，活塞2行程相同，故对气缸的侧向力相同。或者，两个气缸可设计为不同级，只需保证两个活塞2行程相同，气缸所受侧向力相同即可。
参见图4，从图2的正面看过去，两个活塞2从同一位置出发向同一方向做往复运动。图中示出的为运动到某一位置时，对于气缸1，侧向力FN11指向左侧，主轴承上分力FN12指向右侧，形成的力矩MN1为逆时针方向。对于气缸2，侧向力FN21指向右侧，主轴承上分力FN22指向左侧，形成的力矩MN2为顺时针方向。力矩抵消，两个侧向力FN11和FN21等大反向可以抵消，两个分力FN12和FN22等大反向可以抵消。
参见图5，从图3的正面看过去，两个活塞2从同一位置出发向同一方向做往复运动。图中示出的为运动到某一位置时，对于气缸1，侧向力FN11指向左侧，主轴承上分力FN12指向右侧，形成的力矩MN1为逆时针方向。对于气缸2，侧向力FN21指向右侧，主轴承上分力FN22指向左侧，形成的力矩MN2为顺时针方向。力矩抵消，两个侧向力FN11和FN21等大反向可以抵消，两个分力FN12和FN22等大反向可以抵消。
参见图6，7，本发明刚接入电源时，光电传感器5将感光信号传递给控制器7，控制器7根据信号判断活塞所在位置。当信号与设定位置的信号存在差值时，控制器7通过两个变频器8调整电机轻微转动，调整活塞位置到指定位置。当活塞到达指定位置时，信号传输到控制器7，控制器7通过变频器8控制电机逐渐加速转动。
参见图6，8，本发明当电机9开始逐渐加速后，两电机9内分别装有转速传感器6，转速传感器6的信号传输到同一控制器7。控制器7对比两信号，经过分析得出当前转速比与设定转速比的差值，将差值信号传递给两个变频器8。变频器8接受信号后与设定的电机9频率进行对比，通过调整频率实现转速控制，从而实现两电机9的同转速控制。
以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种侧向力自动平衡的往复式压缩机，其特征在于：包括两两一对设置在一个压缩机机壳(1)内的若干个气缸，每对两个气缸内分别设置有活塞(2)，两个活塞(2)分别通过两个连杆(3)连接两个曲轴(4)，所述的两个曲轴(4)旋转方向相反且速度大小相等，使两个气缸的倾覆力矩数值相同且方向相反而相互抵消，实现往复式压缩机侧向力的自动平衡。
2.根据权利要求1所述侧向力自动平衡的往复式压缩机，其特征在于：
在每对两个气缸内，采用两台电机(9)分别带动两个曲轴(4)，通过控制两台电机(9)的转速和方向，使得两个曲轴(4)旋转方向相反且速度大小相等。
3.根据权利要求2所述侧向力自动平衡的往复式压缩机，其特征在于：
所述两台电机(9)相邻布置在气缸内的同一侧。
4.根据权利要求2所述侧向力自动平衡的往复式压缩机，其特征在于：两个曲轴(4)上分别布置有光电传感器(5)，两台电机(9)上布置有转速传感器(6)，光电传感器(5)以及转速传感器(6)与控制器(7)连接；所述的光电传感器(5)将感光信号传递给控制器(7)，控制器(7)根据感光信号判断活塞(2)所在位置；两台电机(9)与电源(10)之间通过变频器(8)连接，控制器(7)连接变频器(8)控制电机(9)的起始位置和转速。
5.根据权利要求4所述侧向力自动平衡的往复式压缩机，其特征在于：两个变频器(8)接受同一控制器(7)的控制信号，控制器(7)设定转速比为1:1，变频器(8)有设定频率。
6.根据权利要求1所述侧向力自动平衡的往复式压缩机，其特征在于：采用一台电机(9)带动两个曲轴(4)，两个曲轴(4)上安装一对同步齿轮(11)，其中一根曲轴(4)与电机(9)连接提供动力，通过同步齿轮(11)使两个曲轴(4)旋转方向相反且速度大小相等。
7.根据权利要求6所述侧向力自动平衡的往复式压缩机，其特征在于：
所述的电机(9)与同步齿轮(11)布置在两个活塞(2)的同一侧。
8.根据权利要求6所述侧向力自动平衡的往复式压缩机，其特征在于：
两个活塞(2)的初始位置位于气缸行程的同一位置，利用同步齿轮(11)使两个活塞(2)向同一方向运动，并且在任意时刻都处于气缸行程的同一位置。
9.根据权利要求1所述侧向力自动平衡的往复式压缩机，其特征在于：
两个气缸为同级，活塞(2)相同，气体压力分布相同，活塞(2)行程相同，对气缸的侧向力相同；或者，两个气缸为不同级，两个活塞(2)行程相同，对气缸的侧向力相同。
10.根据权利要求1所述侧向力自动平衡的往复式压缩机，其特征在于：
若干个气缸对应的所有曲轴(4)连接在同一根主轴上。
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