用于往復(fù)式壓縮機(jī)的電磁致動器和慣性保持裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體壓縮機(jī)。具體來說，本發(fā)明涉及一種具有慣性保持特征的往復(fù)式氣體壓縮機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體壓縮機(jī)可以寬泛地分組為動態(tài)或正位移氣體壓縮機(jī)。正位移型壓縮機(jī)通過減小氣體所占的體積來增大氣體壓力。正位移氣體壓縮機(jī)的工作原理是將固定量的氣體緊閉在壓縮室中，機(jī)械地減小氣體占用的體積從而壓縮氣體，以及將壓縮的氣體輸送到分配網(wǎng)絡(luò)中。氣體壓力增量對應(yīng)于同等量氣體所占用空間的體積減量。本說明書中所用的術(shù)語“氣體”包括氣態(tài)物質(zhì)、液態(tài)物質(zhì)以及由液態(tài)物質(zhì)和氣態(tài)物質(zhì)構(gòu)成的混合物。
[0003]正位移壓縮機(jī)使用往復(fù)式活塞或旋轉(zhuǎn)部件機(jī)械地減小氣體占用的體積。往復(fù)式壓縮機(jī)通過反復(fù)地沿第一方向?qū)嚎s活塞驅(qū)動到壓縮室中，沿第二方向從所述壓縮室抽出所述活塞以及允許待壓縮的氣體體積占據(jù)所述壓縮室來連續(xù)地壓縮氣體體積。每當(dāng)所述活塞移動到所述壓縮室中時，所述活塞將掃掠所述壓縮室的一部分，從而減小所述氣體占據(jù)的壓縮室的體積，并且提高其中的壓力。經(jīng)壓縮的氣體隨后離開壓縮室，所述活塞從壓縮室中抽出，并且第二充氣量的氣體進(jìn)入壓縮室，以便進(jìn)行后續(xù)的活塞往復(fù)運(yùn)動。
[0004]往復(fù)式壓縮機(jī)可以是單動式或者雙動式。上述的單動式壓縮機(jī)僅在沿第一方向驅(qū)動活塞時執(zhí)行壓縮。雙動式壓縮機(jī)包括與壓縮活塞的正面和背面相關(guān)的壓縮室，從而在沿第一方向和第二方向進(jìn)行活塞運(yùn)動時均執(zhí)行壓縮。
[0005]往復(fù)式壓縮機(jī)還可以是單級或多級的。在單級壓縮機(jī)中，壓縮機(jī)在單個機(jī)械操作中，例如在上述第一活塞運(yùn)動中壓縮氣體體積。在多級壓縮機(jī)中，壓縮機(jī)在多個機(jī)械操作中壓縮氣體體積，例如在上述第一運(yùn)動中使用活塞正面壓縮氣體，將經(jīng)壓縮的氣體向與活塞背面相關(guān)的腔室移動，并且在上述第二運(yùn)動中進(jìn)一步使用活塞背面壓縮氣體。另一種多級壓縮機(jī)包括多個壓縮活塞，所述多個壓縮活塞被布置成使用多個壓縮操作來壓縮氣體。
[0006]使用活塞壓縮的往復(fù)式壓縮機(jī)具有多個缺點(diǎn)。例如，在配備活塞的壓縮機(jī)中，與往復(fù)式部件相關(guān)的慣性力較高。在連續(xù)的往復(fù)運(yùn)動中，壓縮機(jī)驅(qū)動裝置使活塞沿一個方向加速、停止運(yùn)動，然后沿相反方向加速?；钊M件越大，驅(qū)動裝置需要提供以加速和減速所述組件的力越大。由于組件的動能通常在沖程結(jié)束時消散(并且不守恒)，因此壓縮機(jī)固有地效率較低。在沖程相對較短的壓縮機(jī)中，這種能量損失可能尤其嚴(yán)重，其中與加速活塞組件相關(guān)的慣性載荷是施加在驅(qū)動組件上的峰值載荷。因此，壓縮機(jī)驅(qū)動裝置所產(chǎn)生的大部分力不是用于壓縮氣體中，而是連續(xù)地加速活塞組件。
[0007]在高壓天然氣應(yīng)用中，壓縮機(jī)通常受到旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置又具有位于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置與活塞之間的機(jī)械連接，其將驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成活塞線性平移，這通常通過使用連接桿來實(shí)現(xiàn)。連接桿限制壓縮操作，以使活塞掃掠壓縮室的部分恒定。因此，為了在不改變驅(qū)動軸速度的情況下改變被壓縮氣體的體積，配備活塞的壓縮機(jī)包括折轉(zhuǎn)部分。所述折轉(zhuǎn)部分通過活塞在其中往復(fù)運(yùn)動的腔室的體積改變壓縮室體積，從而改變腔室內(nèi)的氣體在每個沖程期間經(jīng)歷的壓縮。折轉(zhuǎn)部分存在自身的缺點(diǎn)，例如調(diào)整十分耗時，甚至需要壓縮機(jī)脫機(jī)，以便操作員能夠物理地操作曲柄以改變壓縮室體積。
[0008]—種提供容量可調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的替代方案是線性電動機(jī)驅(qū)動的壓縮機(jī)。這種壓縮機(jī)是在Deffenbaugh等人于2005年12月發(fā)表的“高級往復(fù)式壓縮技術(shù)最終報告(AdvancedReciprocating Compress1n Technology Final Report)，，( “ ARCT 報告，，)中提出的，該報告屬于DOE獲獎編號DE-FC26-04NT42269下的SwRI項(xiàng)目號18.11052。但是，如ARCT報告中的結(jié)論所述，盡管可以使用線性電動機(jī)來驅(qū)動往復(fù)式壓縮機(jī)，但是基于當(dāng)前的線性電動機(jī)技術(shù)，這種壓縮機(jī)限于較小直徑的氣缸、在較低速度下運(yùn)行以及具有相對較長的沖程長度，因此容量較低并且不適用于傳統(tǒng)天然氣配送系統(tǒng)。存在這些限制一部分是由于能夠通過現(xiàn)有線性電動機(jī)技術(shù)獲得的力有限，一部分是由于上述桿載荷慣性載荷要求。
[0009]因此，需要一種驅(qū)動力要求受壓縮壓縮室的氣體所需的力而不是加速壓縮活塞所需的慣性力驅(qū)動的往復(fù)式壓縮機(jī)。還需要一種相關(guān)驅(qū)動力要求在現(xiàn)有線性電動機(jī)技術(shù)的能力內(nèi)的大孔徑往復(fù)式壓縮機(jī)。最后，需要一種相關(guān)驅(qū)動力要求在現(xiàn)有線性電動機(jī)技術(shù)的能力內(nèi)的短沖程長度往復(fù)式壓縮機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員可從附圖及其詳細(xì)說明中顯而易見地了解本發(fā)明的許多其他特征、目標(biāo)和特征。
[0011]在一個實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種往復(fù)式壓縮機(jī)。所述往復(fù)式壓縮機(jī)包括:活塞，所述活塞以可往復(fù)運(yùn)動方式設(shè)置在壓縮氣缸內(nèi)；可平移組件，所述可平移組件連接到所述活塞；電磁驅(qū)動裝置，所述電磁驅(qū)動裝置具有固定定子和芯子，所述芯子連接到所述可平移組件，其中所述驅(qū)動裝置被配置成在所述壓縮室內(nèi)以可往復(fù)運(yùn)動方式驅(qū)動所述可平移組件；以及蓄能器，所述蓄能器連接到所述可平移組件，其中所述蓄能器被配置成儲存駐留在所述可平移組件沿第一方向的運(yùn)動中的動能，并且其中所述蓄能器被配置成傳遞駐留在所述可平移組件沿第二方向的運(yùn)動中的動能。
[0012]在另一個實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種往復(fù)式壓縮機(jī)的使用方法，所述往復(fù)式壓縮機(jī)包括可平移組件、連接到所述可平移組件的蓄能器；以及連接到所述可平移組件的電磁驅(qū)動裝置所述方法包括:通過使用所述電磁驅(qū)動裝置向所述可平移組件施加力來沿第一運(yùn)動方向加速所述可平移組件；通過將駐留在所述可平移組件中的動能儲存在所述蓄能器中來沿所述第一運(yùn)動方向減速所述可平移組件；以及通過從所述蓄能器儲存的能量中產(chǎn)生力來沿第二運(yùn)動方向加速所述可平移組件。
【附圖說明】
[0013]在參考附圖閱讀以下詳細(xì)說明后，將更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中，類似的符號代表所有附圖中類似的部分，其中:
[0014]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的往復(fù)式壓縮機(jī)，所述往復(fù)式壓縮機(jī)被配置成由線性電動機(jī)電磁致動，所述壓縮機(jī)被布置在下死點(diǎn)位置中；
[0015]圖2不出了圖1中的壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)進(jìn)一步布置在上死點(diǎn)位置中；
[0016]圖3示出了圖1中的壓縮機(jī)以及在從下死點(diǎn)向上死點(diǎn)移動期間影響可平移組件的力；
[0017]圖4示出了圖1中的壓縮機(jī)以及在從上死點(diǎn)向下死點(diǎn)移動期間影響可平移組件的力；
[0018]圖5示出了圖1中的壓縮機(jī)，其中壓縮室被圖示為分成三個區(qū)域，每個區(qū)域與不同的可平移組件加速度關(guān)聯(lián)；
[0019]圖6示出了比較說明在圖1到圖5中的壓縮機(jī)從上死點(diǎn)向下死點(diǎn)移動期間，速度和力與時間之間的關(guān)系的圖表；
[0020]圖7示出了使用線性電動機(jī)致動的往復(fù)式壓縮機(jī)的示例性實(shí)施例以及在從下死點(diǎn)向上死點(diǎn)移動期間影響可平移組件的力；
[0021]圖8示出了圖7中的壓縮機(jī)以及在從上死點(diǎn)向下死點(diǎn)移動期間影響可平移組件的力；
[0022]圖9示出了被配置用于往復(fù)式壓縮機(jī)上的可變蓄能器的實(shí)施例；
[0023]圖10示出了圖7中的壓縮機(jī)，其中壓縮室被圖示為分成三個區(qū)域，每個區(qū)域與不同的可平移組件加速度關(guān)聯(lián)；
[0024]圖11示出了比較說明在圖7、圖8和圖10中的壓縮機(jī)從上死點(diǎn)向下死點(diǎn)移動期間，速度和力與時間之間的關(guān)系的圖表；
[0025]圖12示出了由磁性齒輪傳動式線性電動機(jī)驅(qū)動的壓縮機(jī)的實(shí)施例；
[0026]圖13到圖17示出了被配置用于往復(fù)式壓縮機(jī)的磁性齒輪傳動式驅(qū)動裝置的實(shí)施例；
[0027]圖18示出了由電磁驅(qū)動裝置驅(qū)動的壓縮機(jī)的實(shí)施例；
[0028]圖19示出了具有兩個壓縮組件和線性電動機(jī)驅(qū)動裝置的壓縮機(jī)的實(shí)施例；以及
[0029]圖20示出了具有兩個壓縮組件和電磁致動器的壓縮機(jī)的實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下詳細(xì)說明參考了附圖，附圖構(gòu)成申請的一部分并且示出了本發(fā)明的特定實(shí)施例。這些實(shí)施例均足夠詳細(xì)地描述，以使得所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`所述實(shí)施例，并且應(yīng)理解，可利用其他實(shí)施例，并且在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可做出邏輯、機(jī)械、電氣以及其他改變。因此，以下詳細(xì)說明不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。
[0031]圖1和圖2不出了彳主復(fù)式壓縮機(jī)10。壓縮機(jī)10包括活塞12，所述活塞以可滑動方式設(shè)置在氣缸(外殼)14內(nèi)?；钊?