CN108397369B - 一种无油润滑线性压缩机及气体压缩的方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明的无油润滑线性压缩机及气体压缩的方法，无油润滑线性压缩机包括压缩单元和直线电机，压缩单元包括气缸组件、活塞组件、至少一个板弹簧、板弹簧支架，直线电机被连接板弹簧支架与气缸的螺栓组固定，活塞组件的一端连接板弹簧，另一端设置在直线电机与气缸组件之间，圆柱弹簧设置在活塞组件与气缸组件之间，永久磁铁在受到直线电机的电磁力作用后带动活塞在气缸内做直线往复运动用于压缩制冷介质。本发明的线性压缩机使用板弹簧和圆柱弹簧结合支撑，大大提高了压缩机的轴向刚度和径向刚度；同时采用气体轴承支撑技术，实现了压缩机无油润滑和间隙密封；使得压缩机具有摩擦阻力小、噪音低、结构紧凑、稳定性好的特点。

Description

一种无油润滑线性压缩机及气体压缩的方法

技术领域

本发明属于机械领域，具体涉及一种无油润滑线性压缩机及气体压缩的方法。

背景技术

传统往复式压缩机是电机带动曲轴旋转，通过连杆带动活塞在气缸内做上下往复运动，通过吸、排气阀配合完成工作介质的吸入、压缩和排出过程。涡旋式压缩机由一个固定的静盘和一个呈偏心回旋平动的动盘组成，两者相互啮合形成可压缩封闭容积并对工作介质进行压缩。滚动转子式压缩机是由固定的圆形气缸、转子、排气阀、始终紧贴在转子外表面的滑片以及两侧端盖组成封闭容积的压缩机。

如前压缩机通常是由回转电机驱动的。往复式压缩机将旋转运动转换成往复运动的曲柄连杆结构损耗较大。回转式压缩机向心负载太高，导致摩擦损耗增大。线性压缩机是采用直线同步振荡电机驱动的压缩机。直线同步振荡电机能够利用其电磁力和弹簧力的共振原理，自动产生高频往复直线运动，可直接推动动子运动。线性压缩机没有将旋转运动转换为往复运动的曲柄机构，因此其损耗小、效率高、结构紧凑、体积小。

中国专利“一种直线压缩机的供油方法以及供油机构”(公布号CN103711676A，公开日2014.04.09)公开了一种直线压缩机，该线性压缩机壳体中储存润滑油，其供油装置包括油缸和设置在油缸内的供油活塞。两者之一与壳体固定连接，另一个与电机本体联动设置，利用活塞运动时两者之间的相对运动并通过供油管给压缩机需油部位供油。因为该线性压缩机使用润滑油润滑，为了保证压缩机正常运行，所以需要经常检查润滑油的存储量，增加了工作环节和工作量，而且该线性压缩机长时间使用后会出现润滑油泄漏、变质和污染工作介质等问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种无油润滑线性压缩机及气体压缩的方法。

本发明提供了一种无油润滑线性压缩机，具有这样的特征，包括压缩单元，用于对制冷介质进行压缩；以及直线电机，用于为压缩单元提供驱动力，其中，压缩单元包括气缸组件、活塞组件、至少一个板弹簧、板弹簧支架以及复数个圆柱弹簧，气缸组件包括圆柱体状的气缸、气缸盖、排气阀、锥形弹簧以及排气管，气缸的一端与气缸盖固定连接，排气阀在气缸盖内通过锥形弹簧连接在气缸圆柱体的内通孔的端面上，排气阀、气缸以及气缸盖形成排气腔，排气管连通外界与排气腔，活塞组件包括活塞、设置在活塞上的永久磁铁、与板弹簧连接的活塞支架、气体轴承以及吸气阀,活塞的中心设置有中空圆柱体，该中空的通道作为制冷介质的进气通道，该中空圆柱体的顶面与气体轴承座的开口直筒内底面相连通，气体轴承包括气体轴承座，该气体轴承座为具有底面的开口直筒，吸气阀设置在开口直筒外底面的中心，气体轴承座的外侧壁两端分别设置有两条平行且与该气体轴承座中心线垂直的环形气槽，在环形气槽底面中心线上对称设置四个径向的且与贮气腔相通的节流孔，活塞与气体轴承座固定连接，两者之间的空间为贮气腔，直线电机被连接板弹簧支架与气缸的螺栓组固定且套在永久磁铁上，永久磁铁与直线电机之间具有间隙，活塞组件的一端通过板弹簧固定在板弹簧支架上，另一端设置在直线电机与气缸组件之间，气缸的另一端设置在活塞的中空圆柱体中，气缸、排气阀、活塞以及吸气阀形成压缩腔，圆柱弹簧设置在活塞组件与气缸组件之间，永久磁铁在受到直线电机的电磁力作用后带动活塞在气缸内做直线往复运动用于压缩制冷介质。

另外，在本发明提供的无油润滑线性压缩机中，还可以具有这样的特征：其中，气体轴承座与活塞的接触表面采用钎焊密封。

另外，在本发明提供的无油润滑线性压缩机中，还可以具有这样的特征：其中，排气阀采用盘状排气阀。

另外，在本发明提供的无油润滑线性压缩机中，还可以具有这样的特征：其中，气体轴承座外侧壁还套有复数个自润滑材料制成的润滑圈，自润滑材料为聚酰亚胺，对应的在环形气槽的中心位置设置有与节流孔相通的节流狭缝。

另外，在本发明提供的无油润滑线性压缩机中，还可以具有这样的特征：其中，圆柱弹簧的个数为至少四个，该圆柱弹簧周向均匀地设置在活塞的底面。

另外，在本发明提供的无油润滑线性压缩机中，还可以具有这样的特征：其中，活塞支架的凸缘端与板弹簧的中心固定连接，另一端与活塞的底面固定连接且活塞支架的中心通孔与活塞的中心通孔相连通。

另外，在本发明提供的无油润滑线性压缩机中，还包括外壳以及复数个用于减震的支撑弹簧，外壳通过复数个支撑弹簧与板弹簧支架、气缸连接。

本发明提供了一种使用上述任意一种的无油润滑线性压缩机进行气体压缩的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，活塞在板弹簧的作用力、圆柱弹簧的作用力与直线电机的电磁力三者共同作用下产生共振运动，永久磁铁在受到直线电机的电磁力作用后带动活塞在气缸内做直线往复运动用于压缩制冷介质；

步骤2，压缩机进气方式为顺进气方式，制冷介质进入压缩机内部后，经进气通道以及吸气阀进入压缩腔；

步骤3，制冷介质经过活塞压缩以后，进入下一步；

步骤4，制冷介质通过排气阀进入排气腔；

步骤5，制冷介质通过排气管排出壳体。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的无油润滑线性压缩机及气体压缩的方法，无油润滑线性压缩机包括用于对制冷介质进行压缩的压缩单元；以及用于为压缩单元提供驱动力的直线电机，其中压缩单元包括气缸组件、活塞组件、至少一个板弹簧、板弹簧支架以及复数个圆柱弹簧，气缸组件包括气缸，活塞组件包括活塞、设置在活塞上的永久磁铁以及与板弹簧连接的活塞支架，直线电机被连接板弹簧支架与气缸的螺栓组固定且套在永久磁铁上，永久磁铁与直线电机之间具有间隙，活塞组件的一端通过板弹簧固定在板弹簧支架上，另一端设置在直线电机与气缸组件之间，圆柱弹簧设置在活塞组件与气缸组件之间，永久磁铁在受到直线电机的电磁力作用后带动活塞在气缸内做直线往复运动用于压缩制冷介质。

本发明使用的无油润滑线性压缩机采用了直线同步振荡电机，直线同步振荡电机能够利用其电磁力和弹簧力的共振原理，自动产生高频往复直线运动，可直接推动动子运动。线性压缩机没有将旋转运动转换为往复运动的曲柄机构，因此其损耗小、效率高、结构紧凑、体积小。

本发明使用的无油润滑线性压缩机采用了有较大的径向刚度的板弹簧支撑压缩机活塞，用于保持运动过程活塞与气缸的间隙密封；还可以提供活塞运动所需要的轴向刚度，控制活塞运动的共振频率。使用板弹簧支撑技术可以实现线性压缩机间隙密封。

本发明使用的线性压缩机使用板弹簧和圆柱弹簧结合支撑压缩机活塞组件，大大提高了线性压缩机的轴向刚度和径向刚度。

附图说明

图1是本发明的实施例中无油润滑线性压缩机内部结构剖面示意图；以及

图2是本发明的实施例中无油润滑线性压缩机中活塞组件结构剖面示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的无油润滑线性压缩机作具体阐述。

图1是本发明的实施例中无油润滑线性压缩机内部结构剖面示意图。

如图1所示，无油润滑线性压缩机100具有直线电机10、压缩单元20、外壳单元30、以及复数个支撑弹簧40。

直线电机10包括线圈骨架11、激励线圈12、左外定子13、右外定子14。

线圈骨架11用于容纳漆包线。

激励线圈12由绕线机将漆包线缠绕在线圈骨架11上而制成。

左外定子13和右外定子14卡在激励线圈12的两侧构成直线电机10，直线电机10呈圆筒状。

压缩单元20包括包括气缸组件21、板弹簧组件22、复数个螺栓组23、活塞组件24、复数个圆柱弹簧25、压缩腔26。

气缸组件21包括气缸211、内定子212、气缸盖213、复数个气缸盖紧固螺钉214、排气阀215、锥形弹簧216、排气管217。

气缸211呈法兰盘形状，一端为凸缘，另一端为圆盘且沿圆盘周向均匀设置有8个通孔，气缸211具有圆柱形内通孔。

内定子212呈圆筒形状，套在气缸211凸缘的外侧且与气缸211固定连接。

气缸盖213呈圆盘形状，在圆盘的中部设置有空腔，在气缸盖213上还设置有与圆盘的中部空腔连通的排气管孔。

8个气缸盖紧固螺钉214将气缸盖213固定连接在气缸211圆盘端的端面上。

排气阀215采用盘状排气阀。

锥形弹簧216用于在气缸盖的空腔内连接排气阀215，并支撑排气阀215使之连接在气缸211圆柱体内通孔的端面上。

排气管217的一端通过排气管孔与气缸盖213固定密封连接且与气缸盖213的空腔相连通，另一端通向外壳单元30的外面。

板弹簧组件22包括至少一个板弹簧221、复数个垫圈222、板弹簧支架223、复数个板弹簧紧固螺钉224、螺母225。

板弹簧221具有较大的径向刚度和轴向刚度，板弹簧221呈圆盘状，中部设置有通孔，数量至少一个，实施例中为3个。

2个垫圈222分别间隔设置在3个板弹簧221之间。

板弹簧支架223为中空圆柱状，一端设置有用于安装板弹簧221的凸台，该凸台可以防止板弹簧221沿轴向的滑动，凸台上沿周向均匀设置有4个外螺纹孔，另一端的端面上周向均匀设置8个通孔。

4个板弹簧紧固螺钉224将3个板弹簧221的外缘固定在板弹簧支架223上。

螺栓组23的数量为8组，分别对应地安装在板弹簧支架223和气缸211的8个通孔中，直线电机10被夹在板弹簧支架223与气缸211之间，并被连接板弹簧支架223与气缸211的8组螺栓组23所固定。

图2是本发明的实施例中无油润滑线性压缩机中活塞组件结构剖面示意图。

如图2所示，活塞组件24包括活塞241、永久磁铁242、气体轴承243、吸气阀244、复数个吸气阀紧固螺钉245、活塞支架246、复数个活塞紧固螺钉247。

活塞241呈具有底面的圆筒形状，在其底面的中心还设置有中空圆柱体，该中空的通道作为制冷介质的进气通道，活塞241材料为金属，实施例中为铝合金。

永久磁铁242为圆筒形状，永久磁铁242套在活塞241外侧并与活塞241粘接固定连接。

气体轴承243包括气体轴承座243a、贮气腔243b、环形气槽243c、节流孔243d、润滑圈243e、节流狭缝243f、气体轴承进气孔243g、单向阀243h。

气体轴承座243a为具有底面的开口直筒，该开口直筒套在活塞241的中空圆柱体的外侧上且与活塞241固定连接，两者之间形成的空间为贮气腔243b；其中，该中空圆柱体的顶面与气体轴承座243a开口直筒内的底面相连通；气体轴承座243a材料为金属，实施例中为铝合金；气体轴承座243a与活塞241的接触表面采用钎焊密封。

气体轴承座243a的直筒外侧壁两端分别设置有两条平行且与该气体轴承座243a中心线垂直的环形气槽243c。

在环形气槽243c底面中心线上对称设置四个径向的且与贮气腔243b相通的节流孔243d。

气体轴承座243a的外侧壁上还套有3个由自润滑材料制成的润滑圈243e，该自润滑材料为聚酰亚胺。

对应的在环形气槽243c的中心位置设置有与节流孔243d相通的节流狭缝243f。

气体轴承进气孔243g设置在气体轴承座243a的底面上。

单向阀243h设置在气体轴承进气孔243g中。

吸气阀244通过4个吸气阀紧固螺钉245固定连接在气体轴承座243a的外侧底面中心通孔上。

活塞支架246呈带有凸缘的法兰盘状且具有中心通孔，活塞支架246的凸缘端上设置有外螺纹，法兰盘端沿周向均匀设置有8个螺纹孔。

活塞支架246的凸缘端穿过板弹簧221的中心通过螺母225与板弹簧221固定连接。

活塞支架246的法兰盘端通过8个活塞紧固螺钉247与活塞241固定连接在活塞241的底面且活塞支架246的中心通孔与活塞241的中心通孔相连通。

活塞组件24的一端通过板弹簧固定在板弹簧支架上，另一端设置在直线电机10与气缸组件21之间且与直线电机10以及气缸组件21之间分别具有间隙。

在活塞组件24与气缸组件21之间使用圆柱弹簧25支撑，至少四个圆柱弹簧25周向均匀地设置在活塞241的内底面，用来提高活塞241运动时所需的轴向刚度，实施例中圆柱弹簧25数量为6个。

压缩腔26为活塞241、吸气阀244、气缸211以及排气阀215之间形成的空间。

外壳单元30包括机座31、下壳体32、上壳体33。

机座31固定在实际的使用环境中。

下壳体32固定连接在机座31上，下壳体32的一侧设置有进气口321，另一侧设置有排气管孔。

上壳体33固定密封连接在下壳体32上。

直线电机10和压缩单元20使用4个支撑弹簧40进行支撑且设置在外壳单元30内。

连接下壳体32的支撑弹簧40在板弹簧支架223一端的下方和气缸211法兰盘端的下方分别设置1个。

对应地，在相应位置的上方也分别设置1个支撑弹簧40且与上壳体33连接。

4个支撑弹簧40用来减轻活塞241运动时的振动和带动下壳体32、上壳体33振动所发出的噪声。

无油润滑线性压缩机100的工作原理为：

板弹簧221的作用力、圆柱弹簧25的作用力与直线电机10的电磁力三者共同作用使活塞241产生共振运动，永久磁铁在受到直线电机的电磁力作用后带动活塞241在气缸内做直线往复运动用于压缩制冷介质。压缩机进气方式为顺进气方式，工作介质从进气口321进入压缩机内部，经进气通道以及吸气阀244进入压缩腔26，工作介质经过活塞241压缩以后，通过盘状排气阀215进入排气腔，最后制冷介质通过排气管217排出壳体。

由于板弹簧221有较大的径向刚度，可保证活塞241轴向运动时无径向偏移，保证活塞241与气缸211之间的间隙密封，使活塞241无接触摩擦运动，实现压缩机无油润滑；板弹簧221和圆柱弹簧25共同作用可以提供压缩机所需要的轴向刚度，控制活塞241运动的共振频率。使用两种弹簧的共同支撑，大大提高了线性压缩机的轴向刚度和径向刚度，使得活塞241在共振运动时运行可靠。

气体轴承243在活塞241运动时的工作过程是：

线性压缩机活塞241对吸入到压缩腔26的工作介质进行压缩，当压缩腔26内的压力达到单向阀243h的开启压力时，少量高压工作介质通过气体轴承进气孔243g进入贮气腔243b，若压缩腔26内的压力低于单向阀243h的开启压力，单向阀243h关闭以防止贮气腔243b中的工作介质回流到压缩腔26中。贮气腔243b中的高压工作介质通过节流孔243d流入环形气槽243c中。节流孔243d对高压工作介质产生一定的节流作用，节流后的工作介质在环形气槽243c中均匀扩散，然后工作介质再经过润滑圈243e上的节流狭缝243f进行二次节流，节流后的工作介质从节流狭缝243f均匀地流入到气体轴承243与气缸211的间隙中而形成气膜，气膜支撑活塞组件24在气缸211中做直线往复运动。线性压缩机100使用气体轴承支撑技术实现了压缩机的无油润滑，而且利用工作介质本身实现间隙密封，减小了气体轴承243与气缸211的摩擦，降低了活塞241运动时的噪音。

实施例的作用与效果

本实施例的线性压缩机将吸气阀设置在中空活塞的顶部，使得吸气通道和吸气阀都在活塞上，工作介质被活塞压缩后，沿与进气相同的方向从排气阀排出，这种方案使工作介质吸气加热损失和流动阻力损失都降到了最低。排气阀使用盘状阀加锥形弹簧支撑，并安装在气缸盖中，有更大的通流面积，减小了过压缩损失，同时使得压缩机的结构紧凑，体积小，稳定性好。

本实施例的线性压缩机使用气体轴承支撑技术，经过活塞压缩后的高压工作介质，通过气体轴承上设置的单向阀进入气体轴承贮气腔，然后通过节流孔进入环形气槽，最后经过气体轴承表面的三段自润滑材料上的节流狭缝，在气体轴承与气缸之间形成高压气体膜。高压气体膜具有较大的刚度，可阻止气体轴承与气缸接触。使用气体轴承支撑技术，可以实现线性压缩机无油润滑和间隙密封，摩擦小，噪音低。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种无油润滑线性压缩机，用于制冷设备的制冷，其特征在于，具有：

压缩单元，用于对制冷介质进行压缩；

直线电机，用于为所述压缩单元提供驱动力；以及

支撑所述直线电机和所述压缩单元的多个支撑弹簧，

其中，压缩单元包括气缸组件、活塞组件、至少一个板弹簧、板弹簧支架以及复数个圆柱弹簧，

所述气缸组件包括圆柱体状的气缸、气缸盖、排气阀、锥形弹簧以及排气管，所述气缸的一端与所述气缸盖固定连接，所述排气阀在所述气缸盖内通过所述锥形弹簧连接在气缸圆柱体的内通孔的端面上，所述排气阀、所述气缸以及所述气缸盖形成排气腔，所述排气管连通外界与所述排气腔，

所述活塞组件包括活塞、设置在所述活塞上的永久磁铁、与所述板弹簧连接的活塞支架、气体轴承以及吸气阀,

所述气体轴承包括气体轴承座，该气体轴承座为具有底面的开口直筒，所述吸气阀设置在所述开口直筒外底面的中心，

所述活塞呈具有底面的圆筒形状，所述活塞底面的中心设置有中空圆柱体，该中空圆柱体中空的通道作为制冷介质的进气通道，该中空圆柱体的顶面与所述气体轴承座的开口直筒内底面相连通，

所述开口直筒套在所述活塞的中空圆柱体的外侧上且与所述活塞固定连接，两者之间的空间为贮气腔，所述气体轴承座的底面上设置有进气通孔，该进气通孔中设置有单向阀，

所述气体轴承座的外侧壁两端分别设置有两条平行且与该气体轴承座中心线垂直的环形气槽，在所述环形气槽底面中心线上对称设置四个径向的且与所述贮气腔相通的节流孔，

所述直线电机被连接所述板弹簧支架与所述气缸的螺栓组固定且套在所述永久磁铁上，所述永久磁铁与所述直线电机之间具有间隙，

所述活塞组件的一端通过所述板弹簧固定在所述板弹簧支架上，另一端设置在所述直线电机与所述气缸组件之间，

所述气缸的另一端设置在所述活塞的中空圆柱体中，所述气缸、所述排气阀、所述活塞以及所述吸气阀形成压缩腔，

所述圆柱弹簧设置在所述活塞组件与所述气缸组件之间，

所述永久磁铁在受到所述直线电机的电磁力作用后带动所述活塞在所述气缸内做直线往复运动用于压缩制冷介质，

多个支撑弹簧分别设置在外壳内且位于所述直线电机、所述压缩单元与所述外壳之间，用于减轻所述活塞运动时的振动以及壳体振动所发出的噪声，

所述制冷介质进入压缩机内部后，采用顺进气方式，经所述进气通道以及所述吸气阀进入所述压缩腔，当所述压缩腔内的压力达到所述单向阀的开启压力时，高压的所述制冷介质通过所述进气通孔进入所述贮气腔。

2.根据权利要求1所述的无油润滑线性压缩机，其特征在于：

其中，所述气体轴承座与所述活塞的接触表面采用钎焊密封。

3.根据权利要求1所述的无油润滑线性压缩机，其特征在于：

其中，所述气体轴承座外侧壁还套有复数个自润滑材料制成的润滑圈，所述自润滑材料为聚酰亚胺，对应的在所述环形气槽的中心位置设置有与所述节流孔相通的节流狭缝。

4.根据权利要求1所述的无油润滑线性压缩机，其特征在于：

其中，所述圆柱弹簧的个数为至少四个，该圆柱弹簧周向均匀地设置在所述活塞的底面。

5.根据权利要求1所述的无油润滑线性压缩机，其特征在于：

其中，所述排气阀采用盘状排气阀。

6.根据权利要求1所述的无油润滑线性压缩机，其特征在于：

其中，所述活塞支架的凸缘端与所述板弹簧的中心固定连接，另一端与所述活塞的底面固定连接且所述活塞支架的中心通孔与所述活塞的中心通孔相连通。

7.根据权利要求1所述的无油润滑线性压缩机，其特征在于，还包括：

外壳以及复数个用于减震的支撑弹簧，所述外壳通过复数个支撑弹簧与所述板弹簧支架、所述气缸连接。

8.使用权利要求1-7中任意一种所述的无油润滑线性压缩机进行气体压缩的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，所述活塞在所述板弹簧的作用力、所述圆柱弹簧的作用力与所述直线电机的电磁力三者共同作用下产生共振运动，所述永久磁铁在受到所述直线电机的电磁力作用后带动所述活塞在气缸内做直线往复运动用于压缩所述制冷介质；

步骤2，压缩机进气方式为顺进气方式，所述制冷介质进入压缩机内部后，经所述进气通道以及所述吸气阀进入所述压缩腔；

步骤3，所述制冷介质经过所述活塞压缩以后，进入下一步；

步骤4，所述制冷介质通过排气阀进入所述排气腔；

步骤5，所述制冷介质通过排气管排出壳体。

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