RU2135829C1 - Magnetic rotary-piston compressor - Google Patents

Abstract

FIELD: refrigerating engineering; compression refrigerators. SUBSTANCE: magnetic pistons with salient poles on end faces are fitted in cylinders. External pairs of permanent magnets enclose cylinders and are secured on compressor housing. Compressor rotor providing reciprocating of pistons is made in form of shaft whose middle part serves as rotor of electric motor. Ribbed drums are mounted on shaft symmetrically relative to rotor part of motor for axial displacement along shaft. Cylinders with magnets are installed on drum ribs so that their end faces are located in planes of end faces of corresponding drum. External pairs of magnets are arranged at end faces of each drum to enclosed one part of drum by north pair and the other, opposite part, by south pole pair. Distributing plates with intake and delivery ports are placed between external pair of permanent magnets and end faces of drums. EFFECT: provision of complete dynamic balancing of working mechanism, increased efficiency at low cost of production. 3 dwg

Description

Изобретение содержит устройство, охарактеризованное одним независимым пунктом формулы. The invention comprises a device characterized by one independent claim.

Изобретение относится к классу F 04 B 35/04 - поршневые компрессоры с электрическими приводами. The invention relates to class F 04 B 35/04 - reciprocating compressors with electric drives.

В качестве аналогов изобретения могут быть рассмотрены следующие устройства:
Электромагнитная машина. А.с. СССР N 861721, 1981 г., МПК F 04 B 35/04.The following devices can be considered as analogues of the invention:
Electromagnetic machine. A.S. USSR N 861721, 1981, IPC F 04 B 35/04.

Электромагнитная машина. А. с. SU N 1312246 A2, 1987 г., МПК F 04 B 35/04. Electromagnetic machine. A. s. SU N 1312246 A2, 1987, IPC F 04 B 35/04.

Свободнопоршневой компрессор. А.с. SU N 175031 A1, 1992 г., МПК F 04 B 35/04. Free piston compressor. A.S. SU N 175031 A1, 1992, IPC F 04 B 35/04.

Патент DE N 32247241 A1, 1984 г., F 04 B 35/04. Patent DE N 32247241 A1, 1984, F 04 B 35/04.

В качестве аналога (прототипа), наиболее близкого к заявленному изобретению, можно выделить "Свободнопоршневой компрессор. А.с. SU N 1753031 A1, 1992 г., МПК F 04 B 35/04". As an analogue (prototype) closest to the claimed invention, we can distinguish "Free piston compressor. A.S. SU N 1753031 A1, 1992, IPC F 04 B 35/04".

Характерными существенными признаками указанного прототипа и заявляемого изобретения является наличие цилиндров с магнитными поршнями, имеющими явно выраженные полюса на торцах, внешних пар постоянных магнитов, охватывающих цилиндры одноименными полюсами, полярность которых относительно магнитных поршней дважды меняется из компрессионный цикл, и ротора, обеспечивающего возвратно-поступательное движение поршней. Рассматриваемые в аналогах механизмы не являются динамически уравновешенными: имеют место моменты сил инерции и связанные с ними вибрации компрессора. The characteristic essential features of this prototype and the claimed invention is the presence of cylinders with magnetic pistons having distinct poles at the ends, external pairs of permanent magnets covering the cylinders with the same poles, the polarity of which relative to the magnetic pistons changes twice from the compression cycle, and a rotor providing reciprocating piston movement. The mechanisms considered in analogs are not dynamically balanced: there are moments of inertia forces and associated compressor vibrations.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи полного динамического уравновешивания рабочего механизма компрессора объемного типа с повышенным КПД при низкой стоимости изготовления. The claimed invention is directed to solving the problem of full dynamic balancing of the working mechanism of a volumetric type compressor with increased efficiency at a low manufacturing cost.

Предлагается устройство компрессора с использованием вращения цилиндров с магнитными поршнями двухстороннего действия в постоянном магнитном поле, направленном вдоль оси вращения. A compressor arrangement using the rotation of cylinders with double-acting magnetic pistons in a constant magnetic field directed along the axis of rotation is proposed.

К существенным отличительным признакам можно отнести следующие особенности конструктивного исполнения. Significant distinguishing features include the following design features.

Для обеспечения возвратно-поступательного движения вращающихся магнитных поршней, имеющих явно выраженные полюсы на торцах, используется магнитное поле постоянных неподвижных магнитов, расположенных по две штуки с каждого торца барабана с рабочими цилиндрами, и создающих две пары магнитных полюсов, при этом одна часть барабана охватывается северной частью полюсов, а другая, диаметрально противоположная, южной парой полюсов. To ensure the reciprocating movement of rotating magnetic pistons having distinct poles at the ends, a magnetic field of permanent fixed magnets is used, located two pieces from each end of the drum with working cylinders, and creating two pairs of magnetic poles, while one part of the drum is covered by the north part of the poles, and the other, diametrically opposite, by a southern pair of poles.

Для полного динамического уравновешивания рабочего механизма компрессора используются две одинаковые магнитные системы с одинаковыми барабанами внутри каждой, расположенные симметрично относительно электрического двигателя, ротор которого представляет часть общего вала. For complete dynamic balancing of the compressor working mechanism, two identical magnetic systems with the same drums inside each are used, located symmetrically relative to the electric motor, the rotor of which represents part of the common shaft.

С целью улучшения охлаждения вращающихся цилиндров с поршнями и уменьшения паразитных токов, возникающих в корпусе барабана при его вращении в стороннем магнитном поле и дополнительно расходующих энергию последнего, барабан имеет радиальное оребрение, создающее дисковые газовые каналы, через которые проходят цилиндры, запрессованные в ребра таким образом, что их торцы расположены в плоскостях торцов соответствующего барабана. При вращении барабана цилиндры омываются газовым потоком, осуществляющим теплосъем, а наводимые в каждом ребре электрические токи имеют одинаковое направление и взаимно уничтожаются. Для улучшения циркуляции газового потока дисковые каналы соединены сквозными отверстиями. In order to improve the cooling of rotating cylinders with pistons and to reduce parasitic currents arising in the drum body during its rotation in an external magnetic field and additionally consuming the energy of the latter, the drum has a radial ribbing that creates disk gas channels through which cylinders are pressed into the ribs in this way that their ends are located in the planes of the ends of the corresponding drum. When the drum rotates, the cylinders are washed by a gas stream that carries out heat removal, and the electric currents induced in each rib have the same direction and are mutually destroyed. To improve the circulation of the gas stream, the disk channels are connected through holes.

Для обеспечения протока рабочего газа по компрессорному циклу с торцов барабана расположены шайбы с окнами всасывания и нагнетания, заменяющими клапаны соответствующего назначения. To ensure the flow of working gas through the compressor cycle, washers with suction and discharge windows are located at the ends of the drum, replacing valves for the corresponding purpose.

Фиг. 1 - схема компрессора. FIG. 1 is a diagram of a compressor.

Фиг. 2 - эскиз барабана с установленными в нем цилиндрами. FIG. 2 - sketch of a drum with cylinders installed in it.

Фиг. 3 - эскиз распределительной шайбы. FIG. 3 is a sketch of a distribution washer.

Возможность осуществления изобретения рассматривается на примере разработанной конструкции компрессора, представленной на фиг. 1. The possibility of carrying out the invention is considered using the developed compressor design shown in FIG. 1.

Компрессор имеет следующие расчетные параметры: газ - R22; производительность - (6 - 10) 10 кг/с; степень сжатия - (5 - 10); мощность на валу компрессора - (80 - 128) Вт. The compressor has the following design parameters: gas - R22; productivity - (6 - 10) 10 kg / s; compression ratio - (5 - 10); power on the compressor shaft - (80 - 128) W.

Корпус компрессора (фиг. 1) состоит из центральных частей (1)(2), соединяющихся вместе с помощью винтов, и четырех крышек (3) (4) (5) (6), в которые устанавливаются постоянные магниты (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) по два в каждую крышку. The compressor housing (Fig. 1) consists of the central parts (1) (2), connected together with screws, and four covers (3) (4) (5) (6), in which the permanent magnets (7) (8) are installed ) (9) (10) (11) (12) (13) (14) two in each cover.

Корпусные магниты имеют возможность перемещаться параллельно оси вала (15) и поджимать разделительные шайбы (16) (17) (18) (19) к корпусным частям в соответствующих проточках. В средней части корпуса устанавливается электродвигатель (20), ротор которого является средней частью вала (15). На вал установлены барабаны (21) (22) с возможностью перемещения в осевом направлении и подшипники (23) (24). Housing magnets have the ability to move parallel to the axis of the shaft (15) and to press the separation washers (16) (17) (18) (19) to the housing parts in the corresponding grooves. An electric motor (20) is installed in the middle part of the housing, the rotor of which is the middle part of the shaft (15). Drums (21) (22) are mounted on the shaft with the possibility of axial movement and bearings (23) (24).

Барабан, эскиз которого представлен на фиг. 2, имеет дисковое оребрение, создающее кольцевые газовые каналы, через которые проходят рабочие цилиндры (25) с поршнями (26). Цилиндры устанавливаются в барабан на прессовой посадке и дополнительно фиксируются шайбами (27) (28), которые выполняют также функции ограничителей хода поршней и не допускают трения торцевых поверхностей поршней о разделительный шайбы при вращении барабана. При вращении барабана в стороннем магнитном поле цилиндры омываются газовым потоком, осуществляющим теплосъем, а наводимые в каждом ребре электрические токи имеют одинаковое направление и взаимно уничтожаются. Отверстия в барабане, объединяющие газовые межреберные каналы, улучшают циркуляцию газового потока, охлаждающего цилиндры. The drum, a sketch of which is shown in FIG. 2 has a disk fin that creates annular gas channels through which the working cylinders (25) with pistons (26) pass. The cylinders are installed in the drum on a press fit and are additionally fixed with washers (27) (28), which also perform the functions of piston stroke limiters and do not allow friction of the end surfaces of the pistons against the separation washer during rotation of the drum. When the drum rotates in an external magnetic field, the cylinders are washed by a gas stream that carries out heat removal, and the electric currents induced in each rib have the same direction and are mutually destroyed. Holes in the drum, combining the gas intercostal channels, improve the circulation of the gas stream cooling the cylinders.

Распределительная шайба, эскиз которой представлен на фиг. 3, имеет окна всасывания и нагнетания. Углы, определяющие положение окон, и размеры проточных каналов определяются в результате расчета по методике, разработанной автором изобретения. Распределительные шайбы устанавливаются в центральные части корпуса и фиксируются там с помощью двух винтов, каждая в процессе сборки и установки вала. Крышки с магнитами устанавливаются в последнюю очередь. The distribution washer, a sketch of which is shown in FIG. 3, has suction and discharge windows. The angles that determine the position of the windows, and the dimensions of the flow channels are determined by calculation according to the method developed by the author of the invention. Distribution washers are installed in the central parts of the housing and fixed there with two screws, each during the assembly and installation of the shaft. Lids with magnets are installed last.

Принцип работы механизма компрессора состоит в осуществлении возвратно-поступательного движения поршней при их переносном движении в магнитном поле постоянных магнитов. Для обеспечения процессов компрессорного цикла (всасывания, сжатия, нагнетания, обратного расширения мертвого объема) рабочие цилиндры с поршнями вращают вокруг оси барабана, в котором они установлены. Вал с барабанами вращается в аксиальном магнитном поле неподвижных постоянных магнитов, которые совершают работу по перемещению поршней в ту или иную сторону параллельно оси вала. Таким образом каждый поршень совершает сложное движение: относительное, возвратно-поступательное движение, переносное, вращательное движение. Окна всасывания и нагнетания в распределительный шайбах, выполняющих функции клапанов соответствующего назначения, расположены таким образом, что диаметрально противоположные поршни в каждом барабане осуществляют одинаковые компрессорные процессы в газовых объемах, симметричных относительно центра масс барабана. Компоновка полярностей внешних магнитов, как показано на фиг. 1, позволяет полностью уравновесить изгибающие моменты на корпусе компрессора, при этом вал воспринимает только крутящие моменты, возникающие в процессе схода поршня с одного внешнего магнита и захода на другой при вращении барабана. Возможность скольжения барабанов по валу полностью исключает осевые нагрузки на подшипники, ликвидирует погрешности сборки компрессора и обеспечивает одинаковые зазоры между барабаном и соответствующими распределительными шайбами в процессе вращения вала. The principle of operation of the compressor mechanism is the reciprocating movement of the pistons during their portable movement in the magnetic field of permanent magnets. To ensure the processes of the compressor cycle (suction, compression, injection, reverse expansion of the dead volume), the working cylinders with pistons rotate around the axis of the drum in which they are installed. A shaft with drums rotates in an axial magnetic field of stationary permanent magnets, which perform the work of moving the pistons in one direction or another parallel to the axis of the shaft. Thus, each piston makes a complex movement: relative, reciprocating motion, figurative, rotational motion. The suction and discharge windows in the distribution washers that perform the functions of valves for the corresponding purpose are arranged so that the diametrically opposite pistons in each drum carry out the same compressor processes in gas volumes symmetrical with respect to the center of mass of the drum. The arrangement of the polarities of the external magnets, as shown in FIG. 1, allows you to fully balance the bending moments on the compressor housing, while the shaft only accepts the torques that occur during the piston descent from one external magnet and approaching the other when the drum rotates. The possibility of sliding drums on the shaft completely eliminates axial loads on the bearings, eliminates compressor assembly errors and provides equal gaps between the drum and the corresponding distribution washers during shaft rotation.

Claims (1)

Магнитный роторно-поршневой компрессор, содержащий цилиндры с магнитными поршнями, имеющими явно выраженные полюса на торцах, внешние пары постоянных магнитов, охватывающих цилиндры одноименными полюсами, полярность которых относительно магнитных поршней дважды меняется за компрессионный цикл, ротор, обеспечивающий возвратно-поступательное движение поршней, отличающийся тем, что ротор компрессора выполнен в виде вала, средняя часть которого является ротором электродвигателя, и барабанов, установленных на валу симметрично относительно роторной части электродвигателя, имеющих возможность перемещаться по валу в осевом направлении, оснащенных радиальным оребрением, формирующим дисковые газовые каналы, связанные сквозными отверстиями для улучшения циркуляции газового потока, цилиндры с магнитными поршнями установлены в ребра барабанов так, что их торцы расположены в плоскостях торцов соответствующего барабана, внешние пары постоянных магнитов закреплены в корпусе компрессора и расположены по торцам каждого барабана так, что одна часть барабана охватывается северной парой полюсов, а другая, диаметрально противоположная, - южной парой полюсов, в корпусе компрессора между постоянными магнитами, составляющими внешние пары постоянных
магнитов, и торцами барабанов установлены распределительные шайбы с окнами всасывания и нагнетания, заменяющими клапаны соответствующего назначения, ограничивающие рабочий объем газа в каждом цилиндре.A magnetic rotary piston compressor containing cylinders with magnetic pistons having distinct poles at the ends, external pairs of permanent magnets covering the cylinders with the same poles, the polarity of which relative to the magnetic pistons changes twice during the compression cycle, the rotor providing reciprocating piston movement, different the fact that the compressor rotor is made in the form of a shaft, the middle part of which is the rotor of the electric motor, and drums mounted on the shaft symmetrically On the rotor part of the electric motor, which are able to move along the shaft in the axial direction, equipped with radial finning, forming disk gas channels connected through holes to improve gas flow circulation, cylinders with magnetic pistons are installed in the ribs of the drums so that their ends are located in the planes of the ends of the corresponding drum, external pairs of permanent magnets are fixed in the compressor housing and are located at the ends of each drum so that one part of the drum is covered by a pair of poles, and the other, diametrically opposite - a pair of South poles in the compressor housing between the permanent magnets that make up the outer pair of permanent
magnets, and the ends of the drums installed distribution washers with suction and discharge windows, replacing valves for the corresponding purpose, limiting the working volume of gas in each cylinder.

Images