RU5623U1 - Мембранный компрессор - Google Patents

Abstract

1. Мембранный компрессор, содержащий ограниченную эластичной мембраной рабочую камеру с впускным и выпускным клапанами, питаемую переменным током катушку индуктивности и магнитопровод, в воздушном зазоре между полюсными наконечниками которого размещен связанный с центральной частью мембраны круглый постоянный магнит, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен в виде пустотелого цилиндра с осесимметричным отверстием в одной из его торцевых стенок, края которого являются первым полюсным наконечником, и с установленным на его противоположной торцовой стенке внутренним осесимметричным стержнем, свободный торец которого является вторым полюсным наконечником, катушка индуктивности размещена в полости цилиндра, а магнит - в отверстии торцевой стенки цилиндра соосно со стержнем, при этом магнит установлен с зазором между ним и торцом стержня так, что обеспечивается возможность его перемещения в осевом направлении цилиндра.2. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что постоянной магнит выполнен состоящим из связанных между собой цилиндрического элемента с постоянной намагниченностью и магнитопроводной вставки большего диаметра, при этом соединение составного магнита с мембраной выполнено со стороны вставки.3. Компрессор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в свободном торце внутреннего стержня выполнено осесимметричное отверстие, в котором закреплена связанная с магнитом цилиндрическая пружина.4. Компрессор по п.3, отличающийся тем, что отверстие выполнено сквозным и снабжено резьбой со стороны, противоположной стороне установки пружины, а в резьбовом участке отверстия установлен связанный с пружиной регул

Description

МПК 6 F 04 в 45/04

МЕМБРАННЫЙ КОМПРЕССОР

Заявляемая полезная модель относится к области компрессорной техники и может быть использована в конструкциях компрессоров с эластичными рабочими органами и электромагнитным приводом.

Известны компрессоры (насосы) с эластичными рабочими органами, называемые мембранными или диафрагменными 1, 2, 3. Типичная конструкция мембранного компрессора включает в себя рабочую (нагнетательную) камеру, связанную через впускной и выпускной клапаны со всасывающей (входной) и нагнетательной

(выходной) магистралями соответственно. В одну из стенок рабочей камеры встроена гибкая мембрана, способная прогибаться как в сторону внутреннего обьема камеры, так и в противоположную сторону. Центральная часть мембраны связана (армирована) жестким диском. Последний или сам является подвижным элементом приводного механизма возвратно-поступательного движения 4, или жестко связан с соответствующим подвижным элементом такого механизма.

Компрессор приводится в действие с помощью привода, в качестве которого могут использоваться стандартные электродвигатели с механизмами преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное 1, 2, 3, электромагнитные приводы возвратно-поступательного движения 4 - 10 или приводные устройства возвратно-поступательного движения иного принципа действия 11, 12.

При работе привода его подвижный элемент совершает возвратно-поступательное движение. Это движение передается эластичной мембране через ее жесткий центр, чем обеспечивается попеременный прогиб мембраны в разные стороны от ее нейтрального (ненапряженного) состояния. При прогибе мембраны внутрь рабочей камеры часть находящейся в ней рабочей среды (газа или жидкости) вытесняется через выпускной клапан, открывающийся повышающимся в рабочей камере давлением, в нагнетательную магистраль. При прогибе мембраны в обратную сторону давление в рабочей камере снижается, в результате чего открывается впускной клапан и рабочая среда из внешнего обьема засасывается в рабочую камеру. Далее весь указанный цикл повторяется вновь.

По совокупности конструктивных признаков наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является мембранный компрессор по а.с. СССР N 1756614 6, который принят за прототип.

Компрессор-прототип (фиг.1) содержит выполненную из немагнитного материала камеру 1, мембрану 2, установленную в камере 1 с образованием двух рабочих полостей 3 и 4, всасывающий и нагнетательный клапаны 5 и 6 соответственно, магнитопровод 7 с полюсными наконечниками 8 и 9 и навитой на него катушкой 10 индуктивности, круглый постоянный магнит 11, установленный на мембране 2 и снабженный перепускным клапаном 12.

Компрессор-прототип работает следующим образом.

При подаче на катушку 10 переменного напряжения в зазоре между полюсными наконечниками 8 и 9 возникает переменное магнитное поле с направленным вдоль магнита 11 градиентом магнитной индукции. Возникает сила, смещающая магнит 11, а вместе с ним и мембрану 2, в сторону одного из полюсных наконечников 8 или 9. Б следующий полупериод питающего напряжения направление градиента магнитной индукции и, соответственно, направление силы изменяются на противоположные. В результате, при периодическом изменении полярности питающего напряжения постоянный магнит 11, а вместе с ним и мембрана 2, совершают возвратно-поступательное движение в пространстве между наконечниками 8 и 9 . Это приводит к всасыванию рабочей среды через клапан 5 в полость 3, нагнетанию ее из полости 3 в полость 4 через клапан 12 и последующему нагнетанию из полости 4 через клапан 6 в выходную магистраль (на фиг. 1 не показана).

- 7 Недостатком компрессора-прототипа являются неудовлетворительные габаритные характеристики. Еще одним его недостатком является низкий КПД, что обусловлено значительными потерями энергии в воздушном зазоре между полюсными наконечниками из-за большой величины последнего.

Технической задачей, решение которой обеспечивает предлагаемая полезная модель, является уменьшение габаритов мембранного компрессора с электромагнитным приводом возвратнопоступательного движения при одновременном повышении его КПД.

Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в мембранном компрессоре, содержащем ограниченную эластичной мембраной рабочую камеру с впускным и выпускным клапанами, питаемую переменным током катушку индуктивности и магнитопровод, в воздушном зазоре между полюсными наконечниками которого размещен связанный с центральной частью мембргшы круглый постояамый магнит, согл.чсно предложонию мапгитоирово/, выполнен в виде пустоте л о о цилиндра с осесимметричным отверстием Б одной из его торцовых стенок, края которого являются первым полюсным наконечником, и с установленным на его противоположной торцовой стенке внутренним осесимметричным стержнем, свободный торец которого является вторым полюсным наконечником, катушка индуктивности размещена в полости цилиндра, а магнит - в отверстии торцовой стенки цилиндра соосно со стержнем, при этом магнит установлен с зазором между ним и торцом стержня так, что обеспечивается возможность его перемещения в осевом направлении цилиндра.

Совокупность вновь введенных признаков позволяет обеспечить высокую плотность монтажа элементов конструкции компрессора. Как видно из показанного на фиг. 2 схематического разреза предлагаемого компрессора, занимаемый элементами его конструкции обьем практически не имеет незаполненных полостей (кроме полости рабочей камеры, наличие которой принципиально необходимо).

Такая компактификация конструкции позволяет существенно уменьшить габариты компрессора, что является основным техническим результатом заявляемого изобретения. Дополнительным преимуществом предлагаемого решения является возможность придания всей конструкции компрессора простой геометрической формы цилиндрической, что в ряде случаев облегчает условия его компановки с другими устройствами.

- 3 Кроме того, значительно меньшая величина воздушного зазора между полюсными наконечниками магнитопровода компрессора позволяет сократить потери энергии и, тем самым, повысить КПД устройства.

В первом частном случае реализации компрессора согласно предложению постоянный магнит выполнен состоящим из связанных между собой цилиндрического элемента с постоянной намагниченностью и магнитопроводной вставки большего диаметра, при этом соединение магнита с мембраной выполнено со стороны вставки.

Такая частная форма выполненрш устройства допускает использование в его составе широкой номенклатуры типоразмеров постоянных магнитов без необходимости их механической обработки для подгонки их габаритов к габаритам мембраны и магнитопровода. Тем самым достигается упрощение технологии реализации устройства.

Во втором частном случае реализации компрессора согласно предлагаемому решению в свободном торце внутреннего стержня выполнено осесимметричное отверстие, в котором закреплена связанная с магнитом цилиндрическая пружина.

Подобная частная форма выполнения позволяет исключить появление механических напряжений в мембране из-за наличия постоянного притягивающего усилия между постоянным магнитом и сердечником в обесточенном состоянии компрессора. Тем самым, снижается вероятность появления остаточных деформаций мембраны и связанное с этим падение производительности компрессора с течением времени. Кроме того, как это следует из приводимого ниже описания работы заявляемого компрессора, упругая энергия сжатия цилиндрической пружины, запасаемая за время действия одного из полупериодов питающего напряжения, используется в следующий интервал времени. Тем самым обеспечивается работоспособность компрессора при его питании однополупериодным (импульсным) напряжением. Это обстоятельство является важным техническим преимуществом заявляемого компрессора в условиях его питания от вторичных источников.

В третьем частном случае реализации компрессора согласно заявляемому решению отверстие в центральном стержне выполнено сквозным и снабжено резьбой со стороны, противоположной стороне установки пружины, а в резьбовом участке отверстия установлен связанный с пружиной регз лировочный винт.

4 в этом случае смещением регулировочного винта достигается возможность изменения амплитуды прогиба мембраны и, тем самым, регулировка производительности компрессора.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется рисунками показанными на фиг. 2-3.

На фиг, 2 показан разрез общего вида заявляемого мембрсхнного компрессора в о с неумной форме его реализации.

На фиг. 3 показан разрез общего вида заявляемого мембранного компрессора в первой, второй, и третьей частных формах его реализации.

Заявляемый компрессор (фиг.2) содержит рабочую камеру 1, ограниченную эластичной мембраной 2 и снабженную всасывающим и нагнетательным клапанами 5 и 6 соответственно. С камерой 1 связан магнитопровод 7 в форме пустотелого цилиндра с осесимметричным отверстием в торцовой стенке, края которого образуют полюсной наконечник 8, и с коаксиально установленным внутри цилиндра стержнем, свободный торец которого образует полюсной наконечник 9. Длина центрального стержня меньше чем высота цилиндра, в результате чего образуется свободная полость 13.

Внутри магнитопровода 7 размещена катущка 10 индуктивности, а на мембране 2 укреплен круглый постоянный магнит 11. Соединение магнитопровода 7 с камерой 1 осуществлено таким образом, что постоянный магнит 11 оказывается размещенным в полости 13 с зазором между ним и полюсными наконечниками 8 и 9,

В первой частной форме выполнения компрессора постоянный магнит 11 (на фиг. 3 он условно показан пунктиром) выполнен состоящим из цилиндрического намагниченного элемента 14 и магнитопроводной вставки 15, непосредственно связанной с мембраной 2 (фиг. 3).

Во второй и третьей частных формах выполнения компрессора постоянный магнит 11 связан с цилиндрической пружиной 16, установленной в отверстии центрального стержня сердечника 7 и опирающейся на неподвижный упор (на фиг. 3 не показан) или на регулировочный винт 17.

Компрессор работает следующим образом.

При подаче на катущку 10 индуктивности переменного напряжения полюсные наконечники 8 и 9 сердечника 7 намагничиваются, попеременно приобретая роли северного и южного полюсов электромагнита. Пусть, например, в текущий момент времени

полюсной наконечник 8 является южным полюсом электромагнита, а полюсной наконечник 9 - его северным полюсом. Тогда, если постоянный магнит 11 закреплен на мембране 2 так, как это показано на фиг. 2 (т.е. северным полюсом к мембране), то в этот момент времени на магнит 11 будет действовать сила, втягивающая его в глубину полости 13 по направлению к полюсному наконечнику 9. Благодаря связи магнита 11 с мембраной 2 эта сила будет приложена также и к мембране 2. Мембрана 2 прогнется в сторону, противоположную полости 3 камеры 1. Давление рабочей среды в полости 3 камеры 1 будет снижаться. Откроется клапан 6 и в полость 3 поступит порция рабочей среды.

По мере смещения магнита 11 и прогиба мембраны 2 начнет возрастать сила, противодействующая смещению магнита 11 и обусловленная жесткостью мембраны 2 (в частной форме выполнения компрессора сила противодействия смещению магнита 11 будет дополнительно возрастать за счет сжатия пружины 16 - см. фиг.З).

8какой-то момент времени магнитная сила, втягивающая магнит 11 Б полость 13, и сила, противодействующая его смещению, сравняются, и смещение магнита 11 прекратится. В этот момент прогиб мембраны 2 достигнет своего максимального значения.

В последующий период времени сила, обусловленная жесткостью мембраны 2 (а в частной форме выполнения компрессора и жесткостью пружины 16), начнет превышать силу магнитного взаимодействия магнита 11 и сердечника 7, тем более, что в это же время сила магнитного взаимодействия будет уменьшаться из-за спада амплитуды первой полуволны напряжения питания. Под действием упругих сил мембрана 2 начнет возвращение к своему исходному ненапряженному состоянию. По мере возвращения мембраны 2 в исходное положение начнет возрастать давление рабочей среды в полости 3 камеры 1. При этом клапан 6 закроется, а клапан 5 откроется. Начнется фаза изгнания рабочей среды из полости 3 камеры 1 и ее нагнетания в выходную магистраль компрессора (на фиг. 1 - 3 не показана).

При действии следующей полуволны напряжения полярность полюсных наконечников 8 и 9 изменится на противоположную наконечник 8 станет северным полюсом электромагнита, а наконечник

9- его южным полюсом. В результате на постоянный магнит 11 будет действовать сила, выталкивающая его из полости 13 (в частной форме выполнения компрессора сила выталкивания магнита 11 из полости 13 будет дополняться силой упругой деформации цилиндрической пружины 16). Эта сила будет приложена и к

мембране 2. Мембрана 2, которая к этому моменту времени под действием упругих сил уже практически вернется к своему исходному ненапряженному состоянию, начнет прогибаться внутрь полости 3 камеры 1. В результате процесс изгнания рабочей среды из полости 3 через открытый клапан 5 будет продолжаться.

Также как и при действии первой полуволны питающего напряжения, по мере смещения магнита 11 и прогиба мембраны 2. начнет возрастать сила, противодействующая смещению магнита 11 и обусловленная жесткостью мембраны 2 (в частной форме выполнения компрессора сила противодействия смещению магнита 11 будет дополнительно возрастать за счет растяжения пружины 16 - см. фиг.З). В какой-то момент времени магнитная сила, выталкивающая магнит 11 из полости 13, и сила, противодействующая его смещению, сравняются, и смещение магнита 11 прекратится. В этот момент прогиб мембраны 2 внутрь полости 3 достигнет своего максимального значения.

Далее подобно тому, как это было описано выше, вновь начнется возврат мембраны 2 к своему исходному ненапряженному состоянию и весь цикл работы компрессора повторится.

Работа компрессора в первой частной форме его реализации не отличается от рассмотренной выше. Особенностью работы компрессора во второй и третьей частных формах его реализации является то, что благодаря наличию упругой энергии, запасаемой в цилиндрической пружине 16 за время действия первого полупериода питающего напряжения, все механические перемещения элементов конструкции компрессора, обусловленные в приведенном выше описании действием второй полуволны питающего напряжения, будут происходить и без наличия упомянутой второй полуволны. Тем самым, работоспособность компрессора будет обеспечена при его питании однополупериодным (импульсным) напряжением. Регулировка развиваемых пружиной 16 усилий обеспечивается перемещением регулировочного винта 17 в отверстии центрального стержня сердечника 7.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

- 7 4.А.с. СССР, кл. F 04 В 43/04 N 1624202.

5.А.с. СССР, кл. F 04 В 35/04 N 1783152.

6.А.с. СССР, кл. F 04 В 35/04 N 1756614 - ПРОТОТИП.

7.Пат. Японии, кл. F 04 В 45/04 N 4-21073.

8.Заявка Японии, кл. F 04 В 43/04 N 472478.

9.Пат. США, кл. F 04 В 35/04 N 5201641.

10.Заявка Германии, кл. F 04 В 35/04 N 4035866.

11.Пат. РФ, кл. F 04 В 43/06 N 2037651.

12.Заявка Германии, кл. F 04 В 43/06 N 4208961.

/

- н -

Claims (4)

1. Мембранный компрессор, содержащий ограниченную эластичной мембраной рабочую камеру с впускным и выпускным клапанами, питаемую переменным током катушку индуктивности и магнитопровод, в воздушном зазоре между полюсными наконечниками которого размещен связанный с центральной частью мембраны круглый постоянный магнит, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен в виде пустотелого цилиндра с осесимметричным отверстием в одной из его торцевых стенок, края которого являются первым полюсным наконечником, и с установленным на его противоположной торцовой стенке внутренним осесимметричным стержнем, свободный торец которого является вторым полюсным наконечником, катушка индуктивности размещена в полости цилиндра, а магнит - в отверстии торцевой стенки цилиндра соосно со стержнем, при этом магнит установлен с зазором между ним и торцом стержня так, что обеспечивается возможность его перемещения в осевом направлении цилиндра.

2. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что постоянной магнит выполнен состоящим из связанных между собой цилиндрического элемента с постоянной намагниченностью и магнитопроводной вставки большего диаметра, при этом соединение составного магнита с мембраной выполнено со стороны вставки.

3. Компрессор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в свободном торце внутреннего стержня выполнено осесимметричное отверстие, в котором закреплена связанная с магнитом цилиндрическая пружина.

4. Компрессор по п.3, отличающийся тем, что отверстие выполнено сквозным и снабжено резьбой со стороны, противоположной стороне установки пружины, а в резьбовом участке отверстия установлен связанный с пружиной регулировочный винт.