CN114790976A - 用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置及其调节方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及制冷与低温工程领域，公开了一种用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置及其调节方法，目的在于调节活塞式直流线性压缩机运行过程中由于背压压力不平衡所导致的活塞轴偏置问题。该活塞偏置调控装置由支路三通、电磁调控阀、计量控制阀、支路旁通管及机壳密封盖构成，整体结构并联于压缩机吸气管路上，在压缩机运行过程中，通过对电磁调控阀输入同频率方波信号来控制其配合活塞运动而进行开断进而调节背压压力以平衡气缸与背压腔体之间压力差，从而达到减小活塞偏置的目的。本发明有效解决了活塞式直流线性压缩机在高压缩比工况下运行过程中活塞发生偏置进而导致压缩机效率及压缩比降低的问题。
Description
技术领域
本申请涉及制冷与低温工程领域，特别涉及活塞式直流线性压缩机技术领域。
背景技术
活塞式直流线性压缩机是机械式压缩机的一种，其特征是动子部分在直线型驱动源作用下做往复运动，与传统曲柄连杆式活塞压缩机相比大大减小了在运动过程中非轴向力带来的机械摩擦损失，从而提高了能量转化效率并减小了机械振动、机械噪音，同时显著提高了压缩机的可靠性。
然而，目前的活塞式直流线性压缩机的整体性能尚存在不足，例如，难以有效提高压缩比，导致无法满足设计要求。
发明内容
本申请的目的在于提供一种用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置及其调节方法，能够有效提高活塞式直流线性压缩机的压缩比，更好地满足设计要求。
本申请公开了一种用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置，所述活塞式直流线性压缩机包括：基座(1)、活塞轴(2)、活塞衬套(3)、气缸(4)、排气阀(5)、排气阀盖(6)、进气阀(7)、进气阀盖(8)、排气口封盖(9)、进气口封盖(9′)、永磁体(10)、线圈(11)、线圈骨架(12)、机壳(13)及背压腔体(14)，其中，所述活塞轴(2)在直线交变电磁力的作用下做线性往复运动，所述活塞轴(2)与所述活塞衬套(3)之间采用微米级间隙密封技术，所述气缸(4)与所述背压腔体(14)由于间隙密封而相互连通；并且，所述活塞式直流线性压缩机在运行过程中，气体力随活塞位置而变动，使活塞偏离平衡位置；以及
所述活塞偏置调控装置包括：支路三通(16)、电磁调控阀(17)、计量控制阀(18)、支路旁通管(21)及机壳密封盖(15)，其中，所述活塞偏置调控装置为一进气口并联支路结构，在进气管路(20)中通过支路三通(16)引出并联支路，支路分别串联电磁调控阀(17)与计量控制阀(18)，此后分为两路分别连通所述活塞式直流线性压缩机两侧的背压腔体(14)。
在一优选例中，所述活塞式直流线性压缩机的活塞轴(2)在线圈(11)产生的磁场力FM与气缸(4)中气体压缩膨胀过程的气体力Fg共同作用下进行直线往复运动，且运行过程中，磁场力为受输入电压信号控制的主动力，气体力由气缸(4)中气体压力Pcy与背压腔体(14)中气体压力Pb的差值决定，为运行过程中的从动力，所述活塞式直流线性压缩机在实际运行过程中，由于间隙密封并不能完全阻断所述气缸(4)中的气体与所述背压腔体(14)之间的连通而导致所述气缸(4)中气体压缩膨胀过程有少量气体通过间隙密封进出到所述背压腔体(14)，引起背压腔体内压力震荡，使气体力随活塞位置而变动而导致活塞偏离平衡位置。
在一优选例中，所述活塞偏置调控装置的工作原理为：活塞式直流线性压缩机的活塞轴(2)在线圈(11)产生的磁场力FM与气缸(4)中气体压缩膨胀过程的气体力Fg共同作用下进行直线往复运动，且运行过程中，磁场力为受输入电压信号控制的主动力，气体力由气缸(4)中气体压力Pcy与背压腔体(14)中气体压力Pb的差值决定，为运行过程中的从动力，所述活塞偏置装置通过手动调节支路流量以平衡由于活塞间隙密封泄露所致的背压腔体压力变动，从而抑制活塞偏置，提高活塞式线性压缩机运行效率。
在一优选例中，所述活塞偏置调控装置的工作过程为：所述活塞偏置调控装置将所述背压腔体(14)与所述进气管路(20)相互连通，通过所述电磁调控阀(17)及计量控制阀(18)手动控制输出流量，当所述活塞轴(2)相向运动，所述气缸(4)内压力达到峰值过程，电磁调控阀(17)关闭，背压腔体(14)内压力升高，而当活塞轴(2)反向运动过程，所述气缸(4)的压力达到谷值，电磁调控阀(17)开启，计量控制阀(18)手动调节至一定开度，所述开度由所述活塞式直流线性压缩机运行工况决定，此时背压腔少量气体通过所述活塞偏置调控装置回到所述进气管路(20)，从而减小所述背压腔体(14)中压力Pb与所述气缸(4)中气体压力Pcy的差值，以减小活塞轴(2)所受气体力的不平衡性，减小活塞偏置。
本申请还公开了一种用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置的调节方法包含以下步骤：
搭建如前文描述的用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置；
将活塞式直流线性压缩机电源信号输入并联引出一路，通过电路调制器整流为同频率同相位方波信号，幅值限制在12V以下，在指定电压输入下运行活塞式直流线性压缩机，同时关闭计量控制阀；
通过活塞轴尾端的位移传感器监测活塞轴偏置，待所述活塞式直流线性压缩机运行稳定后，手动开启所述计量控制阀，根据所述活塞轴尾端的位移传感器监测调节所述计量控制阀开度，直至活塞轴偏置量减小至0，并记录此时刻所对应的输入电压与计量控制阀开度之间对应关系；
停机并改变输入电压，重复上述步骤，直至完成所有输入电压条件下与所述计量控制阀开度之间的一一对应关系。
上述用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置及其调节方法，目的在于调节活塞式直流线性压缩机运行过程中由于背压压力不平衡所导致的活塞轴偏置问题；该活塞偏置调控装置由支路三通、电磁调控阀、计量控制阀、支路旁通管及机壳密封盖构成，整体结构并联于压缩机吸气管路上，在压缩机运行过程中，通过对电磁调控阀输入同频率方波信号来控制其配合活塞运动而进行开断进而调节背压压力以平衡气缸与背压腔体之间压力差，从而达到减小活塞偏置的目的。本发明有效解决了活塞式直流线性压缩机在高压缩比工况下运行过程中活塞发生偏置进而导致压缩机效率及压缩比降低的问题，对于需求高压缩比的长寿命型活塞式直流线性压缩机具有重要意义。
因此，本申请能够有效提高活塞式直流线性压缩机的压缩比，更好地满足设计要求。
上述发明内容中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均应该视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征A+B+C，在另一个例子中公开了特征A+B+D+E，而特征C和D是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征E技术上可以与特征C相组合，则，A+B+C+D的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而A+B+C+E的方案应当视为已经被记载。
附图说明
图1是根据本申请第一实施方式的用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置的结构示意图；
图2是根据本申请第一实施方式的用于活塞式直流线性压缩机的活塞结构及受力分析示意图；
图3是根据本申请第二实施方式的用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置的调节方法的流程示意图。
其中：
1：基座
2：活塞轴
3：活塞衬套
4：气缸
5：排气阀
6：排气阀盖
7：进气阀
8：进气阀盖
9：排气口封盖
9′：进气口封盖
10：永磁体
11：线圈
12：线圈骨架
13：机壳
14：背压腔体
15：机壳密封盖
16：支路三通
17：电磁调控阀
18：计量控制阀
19：中心轴线
20：吸气管路
21：支路旁通管
22：排气管路
其中，Fa表示惯性力，FM表示磁体电机力，Fg表示气体力，Fs表示板弹簧弹性力，Pb表示背压腔体压力，Pcy表示气缸压力。
具体实施方式
在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
下面概要说明本申请实施方式的部分创新点：
本申请的发明人经过长期研究发现，针对J-T制冷机所使用的活塞式直流线性压缩机，其显著的特点是较高的压缩比，高压缩比导致了活塞式线性直流压缩机的气缸与背压腔体之间形成了较大的压力差，导致活塞运动过程中出现偏离平衡位置的活塞偏置现象，该问题会直接导致活塞实际扫气容积减小，从而导致活塞式压缩机的压缩比降低，因此无法满足设计要求。由此，创造性地提出了一种用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置及其调节方法，用于调节活塞式直流线性压缩机运行过程中由于背压压力不平衡所导致的活塞轴偏置问题；该活塞偏置调控装置由支路三通、电磁调控阀、计量控制阀、支路旁通管及机壳密封盖构成，整体结构并联于压缩机吸气管路上，在压缩机运行过程中，通过对电磁调控阀输入同频率方波信号来控制其配合活塞运动而进行开断进而调节背压压力以平衡气缸与背压腔体之间压力差，从而达到减小活塞偏置的目的。本发明有效解决了活塞式直流线性压缩机在高压缩比工况下运行过程中活塞发生偏置进而导致压缩机效率及压缩比降低的问题，对于需求高压缩比的长寿命型活塞式直流线性压缩机具有重要意义。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。
本申请的第一实施方式涉及一种用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置，如图1和图2所示，该用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置包括：支路三通16、电磁调控阀17、计量控制阀18、支路旁通管21及机壳密封盖15。
其中，用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置为一组进气口并联支路结构，在进气管路20中通过支路三通16引出并联支路，支路依次串联电磁控制阀17与计量控制阀18，最后分为两路分别连通活塞式直流线性压缩机两侧的背压腔体14，由此构成整个活塞偏置调控装置。
具体的，上述活塞偏置调控装置用于活塞式直流线性压缩机，其中，该活塞式直流线性压缩机包括：基座1、活塞轴2、活塞衬套3、气缸4、排气阀5、排气阀盖6、进气阀7、进气阀盖8、排气口封盖9、进气口封盖9′、永磁体10、线圈11、线圈骨架12、机壳13及背压腔体14。
进一步的，该活塞式直流线性压缩机的活塞轴2在直线交变电磁力的作用下做线性往复运动，活塞轴2与活塞衬套3之间采用微米级间隙密封技术，气缸4与背压腔体14通过间隙密封而相互连通。
需指出，该活塞式直流线性压缩机的活塞轴2在线圈产生的磁场力FM与气缸中气体压缩膨胀过程的气体力Fg共同作用下进行直线往复运动，且运行过程中，磁场力为受输入电压信号控制的主动力，气体力则由气缸4中气体压力Pcy与背压腔体14中气体压力Pb的差值决定，为运行过程中的从动力。实际运行过程中，由于间隙密封并不能完全阻断气缸4中气体与背压腔体14之间的连通，导致气缸4中气体压缩膨胀过程有少量气体通过间隙密封进出到背压腔体14，引起背压腔体内压力的小幅震荡，进而引起气体力随活塞位置而变动，致使活塞偏离平衡位置引起压缩效率及压缩比的降低。
上述活塞偏置调控装置用于该活塞式直流线性压缩机，其具体工作过程如下：
活塞偏置调控装置将背压腔体14与吸气管路20相互连通，中间通过电磁调控阀17及计量控制阀18手动控制输出流量，当活塞轴2相向运动，气缸内压力达到峰值过程，电磁调控阀17关闭，背压腔体14内压力升高，而当活塞轴反向运动过程，气缸压力达到谷值，电磁调控阀17开启，计量控制阀18手动调节至一定开度，开度由活塞式直流线性压缩机运行工况决定，此时背压腔少量气体通过活塞偏置调控装置回到吸气管路20，从而减小背压腔体14中压力Pb与气缸4中气体压力Pcy的差值，进而减小活塞轴2所受气体力的不平衡性，减小活塞偏置。
进一步的，上述活塞偏置调控装置安装到该活塞式直流线性压缩机之后的具体调节方式如下：
按上述结构搭建活塞偏置调控装置，将活塞式直流线性压缩机电源信号输入并联引出一路，通过电路调制器整流为同频率同相位方波信号，幅值限制在12V以下。在指定电压输入下运行活塞式直流线性压缩机，同时关闭计量控制阀18，通过活塞轴2尾端的位移传感器监测活塞轴偏置。待运行稳定后，手动开启计量控制阀18，通过活塞位移监测调节计量控制阀18开度，直至活塞偏置量减小至0并记录此时输入电压与手动计量阀18开度之间对应关系，停机并改变输入电压重复上述步骤直至完成所有输入电压条件下与计量控制阀18开度之间的一一对应关系，至此整个活塞偏置调控装置设计完成。
上述实施例用于调节活塞式直流线性压缩机运行过程中由于背压压力不平衡所导致的活塞轴偏置问题；该活塞偏置调控装置由支路三通、电磁调控阀、计量控制阀、支路旁通管及机壳密封盖构成，整体结构并联于压缩机吸气管路上，在压缩机运行过程中，通过对电磁调控阀输入同频率方波信号来控制其配合活塞运动而进行开断进而调节背压压力以平衡气缸与背压腔体之间压力差，从而达到减小活塞偏置的目的。本实施例有效解决了活塞式直流线性压缩机在高压缩比工况下运行过程中活塞发生偏置进而导致压缩机效率及压缩比降低的问题，对于需求高压缩比的长寿命型活塞式直流线性压缩机具有重要意义。
因此，上述实施例中的用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置能够有效提高活塞式直流线性压缩机的压缩比，更好地满足设计要求。
本申请的第二实施方式涉及一种用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置的调节方法，如图3所示，该方法包含以下步骤：
步骤110：搭建上述第一实施例中的用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置。
步骤120：将活塞式直流线性压缩机电源信号输入并联引出一路，通过电路调制器整流为同频率同相位方波信号，幅值限制在12V以下，在指定电压输入下运行活塞式直流线性压缩机，同时关闭计量控制阀18。
步骤130：通过活塞轴2尾端的位移传感器监测活塞轴偏置，待所述活塞式直流线性压缩机运行稳定后，手动开启所述计量控制阀18，根据所述活塞轴2尾端的位移传感器监测调节所述计量控制阀18开度，直至活塞轴偏置量减小至0，并记录该时刻对应的输入电压与计量控制阀18开度之间对应关系。
步骤140：停机并改变输入电压，重复上述步骤，直至完成所有输入电压条件下与所述计量控制阀18开度之间的一一对应关系。
上述实施例用于调节活塞式直流线性压缩机运行过程中由于背压压力不平衡所导致的活塞轴偏置问题；该活塞偏置调控装置由支路三通、电磁调控阀、计量控制阀、支路旁通管及机壳密封盖构成，整体结构并联于压缩机吸气管路上，在压缩机运行过程中，通过对电磁调控阀输入同频率方波信号来控制其配合活塞运动而进行开断进而调节背压压力以平衡气缸与背压腔体之间压力差，从而达到减小活塞偏置的目的。本实施例有效解决了活塞式直流线性压缩机在高压缩比工况下运行过程中活塞发生偏置进而导致压缩机效率及压缩比降低的问题，对于需求高压缩比的长寿命型活塞式直流线性压缩机具有重要意义。
因此，上述实施例中的用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置的调节方法能够有效提高活塞式直流线性压缩机的压缩比，更好地满足设计要求。
需要说明的是，在公开中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本申请中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。多个、多次、多种等表达包括2个、2次、2种以及2个以上、2次以上、2种以上。
本说明书包括本文所描述的各种实施例的组合。对实施例的单独提及(例如“一个实施例”或“一些实施例”或“优选实施例”)不一定是指相同的实施例；然而，除非指示为是互斥的或者本领域技术人员很清楚是互斥的，否则这些实施例并不互斥。应当注意的是，除非上下文另外明确指示或者要求，否则在本说明书中以非排他性的意义使用“或者”一词。
在本申请提及的所有文献都被认为是整体性地包括在本申请的公开内容中，以便在必要时可以作为修改的依据。此外应理解，在阅读了本申请的内容之后，本领域技术人员可以对本申请作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所要求保护的范围。
Claims (5)
1.一种用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置，其特征在于，
所述活塞式直流线性压缩机包括：基座(1)、活塞轴(2)、活塞衬套(3)、气缸(4)、排气阀(5)、排气阀盖(6)、进气阀(7)、进气阀盖(8)、排气口封盖(9)、进气口封盖(9′)、永磁体(10)、线圈(11)、线圈骨架(12)、机壳(13)及背压腔体(14)，其中，所述活塞轴(2)在直线交变电磁力的作用下做线性往复运动，所述活塞轴(2)与所述活塞衬套(3)之间采用微米级间隙密封技术，所述气缸(4)与所述背压腔体(14)由于间隙密封而相互连通；并且，所述活塞式直流线性压缩机在运行过程中，气体力随活塞位置而变动，使活塞偏离平衡位置；以及
所述活塞偏置调控装置包括：支路三通(16)、电磁调控阀(17)、计量控制阀(18)、支路旁通管(21)及机壳密封盖(15)，其中，所述活塞偏置调控装置为一进气口并联支路结构，在进气管路(20)中通过支路三通(16)引出并联支路，支路分别串联电磁调控阀(17)与计量控制阀(18)，此后分为两路分别连通所述活塞式直流线性压缩机两侧的背压腔体(14)。
2.如权利要求1所述的用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置，其特征在于，所述活塞式直流线性压缩机的活塞轴(2)在线圈(11)产生的磁场力FM与气缸(4)中气体压缩膨胀过程的气体力Fg共同作用下进行直线往复运动，且运行过程中，磁场力为受输入电压信号控制的主动力，气体力由气缸(4)中气体压力Pcy与背压腔体(14)中气体压力Pb的差值决定，为运行过程中的从动力，所述活塞式直流线性压缩机在实际运行过程中，由于间隙密封并不能完全阻断所述气缸(4)中的气体与所述背压腔体(14)之间的连通而导致所述气缸(4)中气体压缩膨胀过程有少量气体通过间隙密封进出到所述背压腔体(14)，引起背压腔体内压力震荡，使气体力随活塞位置而变动而导致活塞偏离平衡位置。
3.如权利要求1所述的用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置，其特征在于，所述活塞偏置调控装置的工作原理为：活塞式直流线性压缩机的活塞轴(2)在线圈(11)产生的磁场力FM与气缸(4)中气体压缩膨胀过程的气体力Fg共同作用下进行直线往复运动，且运行过程中，磁场力为受输入电压信号控制的主动力，气体力由气缸(4)中气体压力Pcy与背压腔体(14)中气体压力Pb的差值决定，为运行过程中的从动力，所述活塞偏置装置通过手动调节支路流量以平衡由于活塞间隙密封泄露所致的背压腔体压力变动，从而抑制活塞偏置，提高活塞式线性压缩机运行效率。
4.如权利要求1所述的用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置，其特征在于，所述活塞偏置调控装置的工作过程为：所述活塞偏置调控装置将所述背压腔体(14)与所述进气管路(20)相互连通，通过所述电磁调控阀(17)及计量控制阀(18)手动控制输出流量，当所述活塞轴(2)相向运动，所述气缸(4)内压力达到峰值过程，电磁调控阀(17)关闭，背压腔体(14)内压力升高，而当活塞轴(2)反向运动过程，所述气缸(4)的压力达到谷值，电磁调控阀(17)开启，计量控制阀(18)手动调节至一定开度，所述开度由所述活塞式直流线性压缩机运行工况决定，此时背压腔少量气体通过所述活塞偏置调控装置回到所述进气管路(20)，从而减小所述背压腔体(14)中压力Pb与所述气缸(4)中气体压力Pcy的差值，以减小活塞轴(2)所受气体力的不平衡性，减小活塞偏置。
5.一种用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置的调节方法，其特征在于，包含以下步骤：
搭建如权利要求1-3任意一项所述的用于活塞式直流线性压缩机的活塞偏置调控装置；
将活塞式直流线性压缩机电源信号输入并联引出一路，通过电路调制器整流为同频率同相位方波信号，幅值限制在12V以下，在指定电压输入下运行活塞式直流线性压缩机，同时关闭计量控制阀(18)；
通过活塞轴(2)尾端的位移传感器监测活塞轴偏置，待所述活塞式直流线性压缩机运行稳定后，手动开启所述计量控制阀(18)，根据所述活塞轴(2)尾端的位移传感器监测调节所述计量控制阀(18)开度，直至活塞轴偏置量减小至0，并记录此时刻所对应的输入电压与计量控制阀(18)开度之间对应关系；
停机并改变输入电压，重复上述步骤，直至完成所有输入电压条件下与所述计量控制阀(18)开度之间的一一对应关系。
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