Свободнопоршневой компрессор с линейным асинхронным двигателем

 

Использование: для электрофицированного транспорта на постоянном токе. Сущность изобретения: в одном цилиндре с торцевыми крышками соосно расположены два поршня. Роторами двухсекционного линейного двигателя являются ферромагнитные поршни с короткозамкнутыми проводниками повышенной электропроводимости. Поршни выполнены полыми и связаны между собой рабочим механизмом синхронизации, размещенным во внутренней полости цилиндра. Во впадинах шестерни синхронизатора предусмотрены форсунки. Во внутренней буферной полости предусмотрены впускной и предохранительный клапаны. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к компрессоростроению, применительно к электрофицированному транспорту на постоянном токе.

Применяемые на городском электрическом транспорте поршневые компрессоры с кривошипно-шатунным механизмом и приводом от коллекторного двигателя постоянного тока имеют сложную конструкцию, повышенную вибрацию, низкую эксплуатационную надежность из-за наличия коллекторного узла [1].

Известны свободнопоршневые оппозитные дизель-компрессоры с встречно-возвратно-поступательным движением поршней и реечно-шестеренчатым механизмом синхронизации [2]. Основное их достоинство - отсутствие вибрации из-за уравновешивания центров масс при движении поршней. Использование дизеля на городском электрифицированном транспорте в качестве источника механической энергии нецелесообразно. Кроме того, расположение реечно-шестеренчатого механизма синхронизации вне корпуса компрессора усложняет их конструкцию, увеличивает габариты и не позволяет обеспечить качественную смазку пары гильза-цилиндр [3].

Для сообщения поршням возвратно-поступательного движения используется линейный двигатель, статоры которого жестко связаны с корпусом, а роторы с поршнями через штоки [4].

Известная конструкция компрессора, выбранная в качестве прототипа, содержит электродвигатель возвратно-поступательного движения, подвижный элемент (ротор) которого объединен с поршнем, а неподвижный элемент (статор) жестко связан с корпусом [5]. Поршень под действием электромагнитных сил совершает возвратно-поступательное движение и сжимает воздух в одной из буферных полостей, повышая в ней давление. Основной недостаток такой конструкции - нарушение центра масс, а следовательно, возникновение вибрации.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности, упрощение конструкции, исключение вибрации.

Указанная цель достигается использованием двухсекционного линейного асинхронного двигателя, роторами которого являются полые ферромагнитные поршни с короткозамкнутыми проводниками высокой электропроводности, связанные между собой реечным механизмом синхронизации, размещенным во внутренней полости цилиндра.

Оптимальные условия смазки пары цилиндр-гильза обеспечиваются наличием форсунок во впадинах шестерни синхронизатора, а впускной и предохранительный клапаны в буферной полости также способствуют повышению надежности.

Сопоставительный анализ показывает, что предлагаемый свободнопоршневой компрессор с линейным асинхронным двигателем отличается от прототипа тем, что в нем сохраняется неизменным центр масс, двигатель выполнен двухсекционным, применена комбинированная система смазки.

Таким образом, заявляемый свободнопоршневой компрессор с линейным асинхронным двигателем соответствует критерию изобретения "Новизна".

Сравнения заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области не позволили выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "Существенные отличия".

На фиг. 1 представлена конструкция свободнопоршневого компрессора с линейным асинхронным двигателем; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Свободнопоршневой компрессор с линейным асинхронным двигателем состоит из цилиндра с боковыми крышками 1, в которых расположены впускные 2 и выпускные 3 клапаны. Снаружи цилиндра располагаются две секции статора линейного асинхронного двигателя 4 с трехфазными обмотками 5. Внутри цилиндра помещены полые поршни 6, имеющие кольцевые ферромагнитные магнитопроводы 7 с короткозамкнутыми проводниками 8, выполняющие одновременно функции ротора и нагнетательного элемента компрессора. Для синхронизации работы поршней применен реечно-шестеренчатый механизм 9, помещенный во внутреннюю полость цилиндра, которая одновременно является буферной полостью и картером и сообщается с атмосферой через впускной клапан 10 и предохранительный клапан 11. Смазка движущихся частей осуществляется нагнетательным масляным насосом 12 через полый валик синхронизирующей шестерни 13, снабженной форсунками 14. Излишки масла с зеркала цилиндра удаляются маслосъемными кольцами 15.

Свободнопоршневой компрессор работает следующим образом.

При подаче напряжения на три обмотки статора 5 в короткозамкнутых кольцевых проводниках 8 возникает вторичное магнитное поле. Взаимодействие магнитных полей приводит в движение поршни 6. При движении поршней 6 в разные стороны происходит сжатие воздуха и подача его в магистраль через выпускной клапан 3. При движении поршней навстречу друг другу происходит наполнение компрессионных камер через впускные клапаны 2. Для изменения направления движения поршней достаточно изменить порядок чередования фаз обмоток статора 5. Жесткая связь поршней 6 через механизм синхронизации 9 обеспечивает неизменность центра масс и синхронное положение поршней относительно "мертвых" точек. Кроме того, синхронизирующий механизм используется для привода масляного насоса 12. При возвратно-вращательном движении вала синхронизирующего механизма масло через полый вал шестерни 13 подается к форсункам 14, расположенным во впадинах шестерни. Из форсунок масло распыляется, обеспечивая смазку механизма синхронизации и зеркала цилиндров.

Применение таких свободнопоршневых одноступенчатых компрессоров упрощенной конструкции с линейным асинхронным двигателем на электрыфицированном транспорте позволит повысить надежность его работы в неблагоприятных условиях эксплуатации. В предлагаемой конструкции достигается полная герметизация электрических обмоток, исключается вибрация и снижается шум при работе компрессора, обеспечивается надежность смазки движущихся частей и снижение их массы.

Формула изобретения

1. СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР С ЛИНЕЙНЫМ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ, содержащий в одном цилиндре с торцевыми крышками два соосных поршня и снабженный двумя рабочими камерами со встроенными впускными и выпускными клапанами, отличающийся тем, что в него введен двухсекционный линейный двигатель, роторами которого являются ферромагнитные поршни с короткозамкнутыми проводниками повышенной электропроводности.

2. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что поршни выполнены полыми и связаны между собой реечным механизмом синхронизации, размещенным во внутренней полости цилиндра.

3. Компрессор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что во впадинах шестерни синхронизатора предусмотрены форсунки.

4. Компрессор по пп.1 - 3, отличающийся тем, что во внутренней буферной полости предусмотрены впускной и предохранительный клапаны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2