CN86104569A - 长行程低往复频率活塞式压缩机 - Google Patents

Abstract

长行程低往复频率活塞式压缩机是通过采用直线电机为动力对现有广泛使用的活塞式压缩机的一种改进。该机型解决了采用直线电机时必须解决的活塞的换向启动和活塞的行程控制这两大关键问题。它的电机功率只与活塞直径有关而与活塞行程无关，进而能够通过尽量加长活塞行程来达到增加工作压缩比和排气效率的目的。该机型尤其适用于简化工程上现有的多级压缩系统，例如将多级压缩制冷系统简化为单级压缩制冷系统。

Description

本发明属于压缩机技术。

现有的活塞式压缩机分为旋转电机驱动型和直线电机驱动型二大类。旋转电机驱动型活塞式压缩机由于制造简单、成本低、使用寿命长等优点，已使它成为目前世界上历史最长、使用最广泛的一种机型，它的不足之处是：该机型的活塞直径、活塞行程和电机功率三者之间存在着最佳联锁关系，当活塞直径和电机功率两者一定时，活塞行程不能随意加长，因此余隙效率上不去，它的工作压缩比最大一般只能控制在10左右为宜，否则就要采用多级压缩，这是习已为常的。直线电机驱动型活塞式压缩机目前仍处于起萌阶段，见《国外科技消息》（77年21期第7页）中关于“直线马达压缩机”的报道，报道中的这种机型实属高频电磁振荡型活塞式压缩机，它的活塞往复振荡频率极高，与50赫或60赫的交流市电同步，活塞行程极短，余隙效率很低，只有工作在远小于10的低压缩比工况时，它的效率才会高于旋转电机驱动型活塞式压缩机，而且它只适合于做成一、二百瓦左右的小功率机型，因此它的实用价值很有限，但它的闻世开创了活塞式压缩机的一个发展方向。众所周知：自从直线电机闻世以来，就应该在活塞式压缩机领域有所应用，省略“转动变平动”这一机械转换环节，提高活塞式压缩机的效率，然而由于如下的二个关键的问题一直未能合理地解决，至使这样的新机型难以闻世。其一是：正常往复运行的活塞每次换向时都将迫使直线电机的工作处于启动状态，如果直线电机周期性频繁地处于这样的启动状态，那么直线电机的能耗将必然是大得惊人，以至完全失去了该新机型存在的价值。其二是：按现有的活塞气缸结构使用直线电机为动力，在工作压缩比较高且有所变化的情况下，难以准确地控制住活塞的行程。

本发明是从解决上述二大关键问题着手，对现有的活塞式压缩机进行的一种目的在于大幅度提高它的工作压缩比和排气效率的改进，这种改进的总则是：活塞运行的长行程和活塞运行的低往复频率。

本发明的关键是：它的中部是直线电机驱动机构，它的两侧是长行程活塞气缸结构，再加上驱动活塞进行低频往复运行的供电装置，由这三部分组成一个完整的新机型。它的长行程活塞气缸结构的特点是：在最大活塞直径一定和电机功率一定的前提下，两侧气缸中的活塞行程可以是活塞直径的几倍、十几倍、以至更大;行程主要受电力和机体内部的高低压差力控制的活塞可以顶着排气阀片冲出气缸。它的供电装置的特点是：它有二个供电电极是随着活塞周期性地往复运行而周期性地相互变换;当正常运行的活塞依靠机体内部的高低压差力进行换向启动时，它自行断电，不让电力参与做活塞的换向启动功。

与现有技术比较：本发明的电机功率只与涉及到出力大小的活塞直径有关，而与活塞行程的长短无关，只要允许，活塞行程可以无限加长而电机功率不必增加，从而为大幅度提高压缩机的余隙效率、进而大幅度提高压缩机的工作压缩比和排气效率创造了条件;本发明由于避免了电力参与做活塞正常运行时的换向启动功，而采用了活塞的非电力型的压差力换向启动方式，从而使得直线电机应用于活塞式压缩机这类往复型机械装置的愿望能够成为现实。

附图1是本发明实施例的结构原理示意图。其中：

（1）是气缸盖;（2）是气缸头;（3）是限位弹簧;（4）是吸气阀片;（5）是活塞;（6）是定子绕组;（7）是动子部件;（8）是低压气室;（9）是轴承;（10）是气缸;（11）是排气阀片;（12）是联杆;（13）是供电装置;（14）是底板;（15）是万向节;（16）是散热翅片;（17）是高压气室。

如附图1所示，由定子绕组（6）和动子部件（7）组成了交流直线电机驱动机构，定子绕组（6）和动子部件（7）之间的气隙可以做得极小，接近同量极的旋转电机水平，交流电在定子绕组6中产生横向水平移动磁场来驱动电子部件（7）作横向水平运动，促使两侧的活塞（5）做压缩功和吸气功。正如附图1所示，此时活塞（5）正在右行，左侧的气缸（10）通过活塞（5）上开启的吸气阀片（4）处从低压气室（8）中吸气，右侧的气缸（10）中被压缩成的高压气体已被顶着排气阀片（11）冲出气缸（10）的活塞（5）压入高压气室（17），-允许活塞冲出气缸，就可以大幅度降低对活塞行程控制的要求。这时，供电装置（13）已经断电，定子绕组（6）和动子部件（7）之间已不存在相互促使位移的电动力，由于左右活塞（5）两端的高低压差力的作用，很快就迫使活塞（5）停止右行，并立即反向开始左行，当左行的活塞（5）被压差力加速到具有额定的速度V₀时，供电装置（13）才恢复正常供电（此时两个供电电极已自动互换过），定子绕组（6）和动子部件（7）之间相互促使位移的电动力产生，让左侧的活塞（5）继续做压缩功，右侧的活塞（5）做吸气功，直到左侧的活塞（5）快要触到排气阀片（11）时，供电装置才开始断电，让活塞（5）重复上述的由高低压差力进行的换向启动过程。……当然，只有当这种压缩机刚开始工作，机体内部的高低压差尚未到达额定值时，活塞的换向启动过程才主要由供电装置（13）输出的电力来完成，这类同于旋转电机开始运行时的启动状态。

附图2是本发明实施例的供电装置（13）的随时间变化的供电原理示意图。其中：

以实线表示的（A）是一个供电电极延续的供电时间，以虚线表示的（B）是另一个供电电极延续的供电时间，（T₁）是（A）和（B）的时间长度，表示供电时间，（T₂）是断电时间。

在第一个（T₁）供电时间内，一侧活塞（5）做压缩功，另一侧活塞（5）做吸气功，在（T₂）断电时间内，二只活塞（5）依靠机体内部的高低压差力做换向启动功，在第二个（T₁）供电时间内，原来做压缩功的活塞（5）改做吸气功，另一只活塞（5）改做压缩功。……供电装置（13）的供电执行部件采用无触点极性转换开关。

Claims (4)

1、一种长行程低往复频率活塞式压缩机，它的中部是直线电机驱动机构，其特征在于：它的二侧是长行程活塞气缸结构，再加上控制活塞(5)进行低频往复运行的供电装置(13)，由这三部分组成一个完整的机型。

2、按照权利要求1所述的一种长行程低往复频率活塞式压缩机，其特征在于：所述的长行程活塞气缸结构，在最大活塞（5）直径和电机功率一定时，两侧气缸（10）中的活塞（5）行程可以是活塞（5）直径的2倍以上。

3、按照权利要求1和2所述的一种长行程低往复频率活塞式压缩机，其特征在于：所述的长行程活塞气缸结构，它两侧的活塞（5）可以顶着排气阀片（11）冲出气缸（10）。

4、按照权利要求1所述的一种长行程低往复频率活塞式压缩机，其特征在于：所述供电装置（13），它是个为了避免电力参与做活塞（5）的换向启动功，而能自行断电的间断换极型供电装置（13）。

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