КОМПРЕССОР С ПОРШНЕМ
PISTON COMPRESSOR

Область техники
Настоящее изобретение относится к компрессору с цилиндром, который содержит компрессорную камеру круглого поперечного сечения, в которой возвратно-поступательно двигается поршень. Впускное и выпускное отверстия для сжимаемой среды часто расположены оба на передней стенке цилиндра. Чтобы иметь возможность дать отверстиям по возможности большой диаметр по сравнению с диаметром передней стенки, они, как правило, расположены на различных сторонах воображаемой серединной плоскости, которая проходит по диаметру передней стенки.
Уровень техники
Чтобы достичь высокого коэффициента полезного действия компрессора, его мертвый объем должен быть по возможности минимальным. Поэтому известно решение, состоящее в том, чтобы на компрессоре с поршнем снабдить поверхность поршня, обращенную к торцу, выступом, который на верхней мертвой точке поршня входит в выпускное отверстие, чтобы по возможности полностью вытеснить содержащуюся среду из компрессорной камеры.
Чтобы выступ поршня мог надежно входить в выпускное отверстие, поршень не должен вращаться в компрессорной камере вокруг ее продольной оси. В случае обычного поршня, приводимого в действие вращающимся двигателем посредством кривошипно-шатунного механизма, это не является проблемой. В случае новых конструкций компрессора, например в случае линейного компрессора, известного, из US 6506032 В2, вращение поршня вокруг продольной оси не исключается. Когда такой вращающийся поршень снабжен выступом так, как указано выше, то имеется опасность того, что после вращения поршня выступ более не попадает в выпускное отверстие, а вместо этого ударяет о торец цилиндра, что может привести к разрушению компрессора.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения состоит в том, чтобы создать компрессор, который достигает высокого коэффициента полезного действия, и при этом конструктивно не должно быть исключено вращение поршня в компрессорной камере вокруг ее продольной оси.
Задача решена посредством того, что в компрессоре с цилиндром, в котором выполнена компрессорная камера круглого поперечного сечения, а в передней торцевой стенке цилиндра выполнены впускное и выпускное отверстия для сжимаемой среды, и с поршнем, движущимся возвратно-поступательно в компрессорной камере, который на своей поверхности, обращенной к торцу, несет вытеснительный выступ, который в положении мертвой точки поршня входит в выпускное отверстие, продольная ось цилиндра проходит через выпускное отверстие. Под продольной осью должна пониматься центральная ось.
Чтобы, несмотря на центральное расположение выпускного отверстия, реализовать большое поперечное сечение впускного отверстия, впускное отверстие предпочтительно имеет некруглое поперечное сечение, размер которого в окружном направлении цилиндра больше, чем в радиальном направлении.
В особенности, впускное отверстие может иметь поперечное сечение в форме дуги окружности.
Альтернативно этому, может быть предусмотрено множество впускных отверстий, распределенных вокруг выпускного отверстия. Также и они целесообразно распределены вдоль дуги окружности.
Дуга окружности целесообразно является концентричной продольной оси. Предпочтительно дуга окружности проходит под углом менее 180°. Последнее обстоятельство особенно имеет смысл, чтобы иметь возможность запереть все впускное поперечное сечение одним-единственным запорным телом.
Такое запорное тело подается к впускному отверстию предпочтительно посредством первой листовой пружины, расположенной в компрессорной камере.
Чтобы во время работы держать изгибающую нагрузку листовой пружины небольшой, целесообразным будет выполнить листовую пружину по возможности длинной по сравнению с радиальными габаритами компрессора. Для этого особенно целесообразным будет, если листовая пружина закреплена в месте передней стенки, которое диаметрально противоположно впускному отверстию.
Чтобы предотвратить то, что листовая пружина будет запирать выпускное отверстие, листовая пружина предпочтительно снабжена отверстием, через которое проходит продольная ось цилиндра.
Второе запорное тело подается к выпускному отверстию предпочтительно посредством второй листовой пружины, расположенной на внешней стороне передней стенки.
Сборка компрессора упрощается, если первая и вторая листовые пружины закреплены на передней стенке посредством по меньшей мере одной общей заклепки. Предпочтительно, каждая листовая пружина держится по меньшей мере двумя заклепками, чтобы предотвратить поворот листовой пружины, который может привести к тому, что запорное тело уже не будет правильным образом закрывать сопоставленное ему отверстие.
Краткое описание чертежей
Другие признаки и преимущества изобретения вытекают из нижеследующего описания вариантов реализации со ссылкой на прилагаемые фигуры.
На них показано следующее.
Фиг.1 - аксонометрическая проекция линейного компрессора, предложенного настоящим изобретением.
Фиг.2 - раздвинутая проекция частей компрессора по фиг.1.
Фиг.3 - разрез по цилиндру компрессора по фиг.1.
Осуществление изобретения
Фиг.1 показывает примерную конструкцию линейного компрессора для холодильного аппарата, причем линейный компрессор представляет собой предпочтительный вариант реализации изобретения. Линейный компрессор имеет жесткую, при виде сверху примерно U-образную рамку, которая составлена из двух плоских стенных участков 1 и одной дуги 2. Между обращенными друг к другу передними стенками дуги 2 и двух стенных участков 1 зажата пружинная мембрана 3. Вторая пружинная мембрана 4 такого же вида, как и пружинная мембрана 3, закреплена на обращенных от дуги 2 передних стенках двух стенных участков 1.
Выштампованные из пружинных металлических пластин пружинные мембраны 3, 4 имеют по четыре пружинных плеча 5, которые проходят зигзагообразно от стенных участков 1 к среднему участку 6, с которым они соединяются. Средний участок 6 имеет по два отверстия, два внешних, на которых с помощью болтов или заклепок 7 подвешено колеблющееся тело 8, являющееся постоянным магнитом, а также среднее отверстие, через которое у пружинной мембраны 3 проходит поршневой шток 10, закрепленный на колеблющемся теле 8, например, посредством винтового соединения. Поршневой шток 10 соединяет колеблющееся тело 8 с непоказанным на фигуре поршнем внутри цилиндра 15, несомым дугой 2. Предназначенные для хладагента впускной и выпускной штуцеры насосной камеры обозначены поз.16 и 17 соответственно.
Два электромагнита 9 с Е-образной опорой и с катушкой, намотанной вокруг средней поперечины «Е», расположены между колеблющимся телом 8 и стенными участками 1 полюсными наконечниками, обращенными к колеблющемуся телу 8, и служат для создания колебательного движения колеблющегося тела 8. Схема 37 управления питает электромагниты 9 переменным током, частота которого подогнана к собственной частоте колеблющейся системы, которая образована пружинными мембранами 3, 4, колеблющимся телом 8 и поршнем, который приводится в действие колеблющимся телом 8.
Как видно из фиг.1, цилиндр 15 разделен на основное тело 11, в котором поршень направляется возвратно-поступательно, на клапанную пластину (переднюю стенку) 12, которая образует торец компрессорной камеры, образованной в основном теле, и на крышку 13, на которой находятся впускной и выпускной штуцеры 16, 17.
Конструкция цилиндра становится более понятной при помощи раздвинутого вида фиг.2. Основное тело 11 на фиг.2 не показано. Контур компрессорной камеры, проходящей в основном теле, показан на клапанной пластине 12 в виде пунктирного круга 14. Продольная ось компрессорной камеры показана в виде штрихпунктирной линии. На клапанной пластине 12 круглое выпускное отверстие 18 расположено точно коаксиально продольной оси. Дугообразная щель проходит под углом, составляющем в данном случае примерно 120°, вокруг выпускного отверстия 18 и образует впускное отверстие 19 компрессорной камеры.
Другие отверстия 20 на углах клапанной пластины 12 предусмотрены для того, чтобы принимать в себя непоказанные болты, которыми клапанная пластина 12 и крышка 13 крепятся на основном корпусе 11. Два других отверстия 21 служат для крепления двух листовых пружин 22 или 23 на клапанной пластине 12 с помощью заклепок 24. Листовые пружины 22, 23 совместно с впускным отверстием 19 или выпускным отверстием 18 образуют впускные и выпускные клапаны компрессорной камеры. Листовые пружины 22, 23 имеют вытянутое в длину основание 25, в котором выполнены ответные отверстиям 21 отверстия 26, а также эластичный язычок 27, выступающий от основания в направлении к продольной оси.
В язычке 27 листовой пружины 23 вырезано отверстие 28, которое, когда листовая пружина 23 заклепкой соединена с клапанной пластиной 12, оставляет выпускное отверстие 18 открытым. Конечный участок 38 язычка 27, проходящий дугообразно вокруг отверстия 28, образует запорное тело впускного клапана, которое в ненапряженном состоянии листовой пружины 23 закрывает впускное отверстие 19.
Язычок 27 листовой пружины 22 прилегает снаружи к выпускному отверстию 18, причем острие язычка 27 выступает в качестве запорного тела выпускного клапана.
Внутреннее пространство крышки 13 разделено промежуточной стенкой 29 на полость 30 со всасывающей стороны и на полость 31 с напорной стороны, в которые входят впускной штуцер 16 хладагента или выпускной штуцер 17 хладагента соответственно, и которые связаны с компрессорной камерой через впускное отверстие 19 или соответственно выпускное отверстие 18.
Обозначенный поз.32 поршень имеет на своей стороне, обращенной в перспективе фиг.2 от наблюдателя, выступ 33, концентричный к продольной оси. При этом длина и диаметр выступа 33 соответствуют общей толщине клапанной пластины 12 и листовой пружины 23 или диаметру выпускного отверстия 18. В верхней мертвой точке движения поршня 32, когда он почти касается листовой пружины 23, прижатой к клапанной пластине 12 давлением, имеющимся в компрессорной камере, выступ 33 входит в выпускное отверстие 18 и вытесняет остаточный газ, содержащийся там.
Фиг.3 показывает разрез по основному телу 11 компрессорной камеры и по поршню 32. Видно, что компрессорная камера 14 окружена кольцевой полостью 34, которая связана с компрессорной камерой 14 множеством маленьких отверстий 35. Полость 34 проходит в продольном направлении компрессорной камеры 14 от верхней до нижней мертвой точки поршня 32. Он соединен через отверстие 36 клапанной пластины 12 с полостью 31 крышки с напорной стороны и, таким образом, снабжается сжатым хладагентом, который в небольших количествах проходит через отверстия 35 в компрессорную камеру 14 и образует таким образом между ее стенками и поршнем 32 газовую подушку, по которой поршень 32 двигается без трения и с малым износом.