ЛИНЕЙНЫЙ КОМПРЕССОР
LINEAR COMPRESSOR

Область техники
Данное изобретение относится к линейному компрессору, применяемому, в частности, для сжатия хладагента в холодильном устройстве.
Уровень техники
Из патентного документа US 6642377 B2 известен линейный компрессор с нагнетательной камерой, в которой с возможностью возвратно-поступательного движения смонтирован поршень, со связанной с нагнетательной камерой рамкой, в которой посредством по меньшей мере одной мембраны поддерживается с возможностью возвратно-поступательного движения колеблющееся тело, с установленным в рамке электромагнитом для привода возвратно-поступательного движения колеблющегося тела и с поршневым штоком, связывающим колеблющееся тело с поршнем.
Мембрана представляет собой пружинную мембрану, кромка которой укреплена на рамке, кольцеобразно окружающей нагнетательную камеру, и в центр которой посредством резьбы присоединены чашеобразное колеблющееся тело и конец поршневого штока. Другой конец поршневого штока имеет шарообразную форму и воздействует на шарнирный стакан, выполненный в поршне, так что поршневой шток и поршень имеют возможность поворота относительно друг друга. Соединение с возможностью поворота предотвращает передачу крутящих моментов от колеблющегося тела через поршневой шток на поршень, которые могли бы приводить к перекашиванию поршня в нагнетательной камере и препятствовать его подвижности. Чтобы обеспечивалась достаточная защита от перекоса, поршень должен иметь значительную длину. В соответствии с этим для поршня требуется больше места в нагнетательной камере, так что соотношение объема нагнетательной камеры и производительности становится скорее невыгодным.
Тем не менее поршневой шток может передавать на поршень также силы, ориентированные поперек направления его движения в нагнетательной камере, которые прижимают поршень к боковой стенке нагнетательной камеры. Контакт поршня с боковой стенкой привел бы к значительному износу в результате трения, поэтому в вышеназванном документе предлагается образовать между боковой стенкой и поршнем воздушный подшипник, который должен предотвращать такой контакт, отводя сжатый газ со стороны высокого давления линейного компрессора и подводя его в нагнетательную камеру через отверстия в боковой стенке. При этом образованная вдоль боковой стенки газовая пленка предотвращает непосредственный контакт между стенкой нагнетательной камеры и поршнем, пока расход газа достаточно высок.
Чем больше поперечно направленные силы, которые передаются поршневым штоком на поршень, тем больше газа должно подводиться обратно в камеру, чтобы предотвращать контакт поршня со стенкой. Вследствие этого понижается КПД компрессора.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание линейного компрессора, в котором минимизирована передача поперечных сил от колеблющегося тела на поршень.
Задача решена благодаря тому, что образовано соединение передаточной штанги, шарнирно связанной с поршнем, с колеблющимся телом при помощи второго шарнира. Так передаточная штанга может передавать на поршень по существу только силы тяги и толкающие усилия, но не может передавать никаких существенных усилий, направленных в стороны.
Два шарнира реализуются особенно просто и недорого, если они образованы упруго изгибаемыми стержнями.
Такие стержни предпочтительно выполнены как единое целое с передаточной штангой и сделаны тоньше, чем она, чтобы достигать необходимую степень гибкости.
Первый шарнир предпочтительно связывает передаточную штангу с поршневым штоком, жестко прикрепленным к поршню и проведенным в нагнетательную камеру.
Краткий комментарий к чертежам
Дальнейшие признаки и преимущества изобретения видны из приведенного ниже описания варианта осуществления, ссылающегося на прилагаемые чертежи. На них показано следующее.
Фиг.1: аксонометрическое изображение линейного компрессора согласно изобретению.
Фиг.2: детальное изображение передаточной штанги, нагнетательной камеры и части колеблющегося тела при идеальном выравнивании.
Фиг.3 и 4: два релевантных для практики случая неидеального выравнивания поршня и колеблющегося тела, по аналогии с фиг.2.
Осуществление изобретения
Линейный компрессор, показанный в аксонометрическом изображении на фиг.1, имеет жесткую раму, в плане приблизительно U-образной формы, которая составлена из трех частей, а именно из двух плоских стенок 1 и скобы 2. Между обращенными друг к другу торцевыми сторонами скобы 2 и двух стенок 1 зажата первая пружинная мембрана 3; вторая пружинная мембрана 4 такой же формы, как и первая пружинная мембрана 3, укреплена на торцевых сторонах стенок 1, обращенных в противоположном скобе направлении.
Пружинные мембраны 3, 4, изготовленные путем штамповки из пластины пружинной стали, имеют по одной продольные кромке, которая перекрывает торцы стенок 1, и по четыре пружинных ветви 5, проходящих зигзагами от концов кромок к среднему участку 6, на котором они сходятся. В среднем участке 6 имеются три отверстия - два внешних, на которых с помощью болтов или заклепок 7 закреплено колеблющееся тело 8 на основе постоянного магнита, и среднее отверстие, через которое в пружинной мембране 3 проходит прикрепленная к колеблющемуся телу 8, например, на резьбе, тяга 10. Тяга 10 связана с передаточной штангой 9, в данном случае изготовленной из пружинной стали, через упруго изгибаемый суженный участок 11. Второй суженный участок 12 связывает передаточную штангу 9 в единое целое с поршневым штоком 13, который входит в укрепленную на скобе 2 нагнетательную камеру 14, проходя через отверстие в передней стенке нагнетательной камеры, и внутри нагнетательной камеры 14 связан с двигающимся в ней поршнем 15 (см. фиг.2).
Два электромагнита с Е-образными сердечниками и с секциями обмотки, намотанными вокруг средней перекладины буквы «Е», расположены соответственно между колеблющимся телом 8 и стенками 1, обращены полюсными наконечниками к колеблющемуся телу 8 и служат для приведения колеблющегося тела 8 в колебательное движение.
Так как поршневой шток 15, жестко связанный с поршнем 15, проведен через отверстие в торце нагнетательной камеры 14, поршень 15 защищен от перекашивания, даже если его протяженность в направлении возвратно-поступательного движения незначительна. Поэтому поршень 15 занимает мало места в нагнетательной камере 14, так что при небольших габаритных размерах достигается большой эффективный объем.
Нагнетательная камера 14 окружена кольцеобразной полостью 16, которая сообщается с нагнетательной камерой 14 через множество отверстий 17 в ее боковой стенке и которая наполняется сжатым газом, отводимым через проход 18 от напорного патрубка 19 нагнетательной камеры. Сжатый газ, проникающий через отверстия 17 в нагнетательную камеру 14, образует у боковой стенки подушку, по которой поршень 15 скользит по существу без трения.
В идеальном случае передаточная штанга 9, как показано на фиг.2, проходит по прямой линии между колеблющимся телом 8 и поршнем 15, и направления движения колеблющегося тела 8 и поршня 15 строго параллельны. На практике по причине производственных допусков всегда появляются отклонения от такой идеальной конфигурации, будь то неточное совпадение оси нагнетательной камеры 14 с осью колеблющегося тела 8 или несовпадение направлений движения колеблющегося тела 8 и поршня 15, возникшее вследствие отклонений при креплении пружинных мембран 3, 4 к рамке и к колеблющемуся телу 8.
На фиг.3 показан в изображении, аналогичном фиг.2, случай бокового смещения осей колеблющегося тела 8 и поршня 15. Продольные оси тяги 10 и поршневого штока 13 параллельны, но не совпадают друг с другом. Отклонение компенсируется легкой упругой деформацией сужающихся участков 11, 12 и незначительным перекосом передаточной штанги 9. Поршень 15 совершает возвратно-поступательное движение в нагнетательной камере 14, не испытывая воздействия существенных перекашивающих крутящих моментов или боковых сил, прижимающих поршень 15 к стенке нагнетательной камеры 14. Поэтому имеется возможность поддерживать зазор между поршнем 15 и стенкой нагнетательной камеры небольшим, так что для опирания поршня 15 требуется только незначительный расход газа, и соответственно достигается более высокий КПД компрессора.
На фиг.4 показан случай не строго параллельного выравнивания направлений движения колеблющегося тела 8 и поршня 15. Оно компенсируется с помощью гибких сужающихся участков 11, 12, причем передаточная штанга 9, как показано штриховыми линиями, между крайними точками своего движения совершает не только сдвиг, но и незначительный поворот.
В принципе, сужающиеся участки 11, 12 могли бы быть заменены также шаровыми или карданными шарнирами; однако конструкция с сужающимися участками особенно способствует миниатюризации и недорога в изготовлении.