[发明专利]用于往复式压缩机的电磁致动器

说明书

技术领域

本说明书公开的主题总体上涉及压缩机。更具体地，本说明书公开的主题涉及适用于使流体如石油或天然气移位的电磁驱动往复式压缩机。

背景技术

在石油和天然气工业中广泛使用往复式压缩机来使气体加压和移位。例如，在天然气管道传输系统和分配网中，往复式压缩机通过摄入相对低压气体并且在较高压力下排出气体来将天然气从生产基地移动至最终用户。往复式压缩机还在工业工厂如石油精炼厂和化工厂中执行这种相同的功能，其中压缩机移动中间和最终产品气体。

往复式压缩机通常包括由旋转电动机如内燃机或电动机驱动的活塞。在此类系统中，曲轴和连杆将电动机轴旋转转化为压缩室中的活塞平移。缸筒内的活塞平移进而压缩在压缩室中位于缸筒一端的气体。此类机器可以是单动作，其中气体压缩仅在活塞在单一方向上移动时发生；或双动作，其中气体压缩在活塞在两个方向上移动时发生。

旋转往复式压缩机具有若干缺点。

首先，在电动机轴的每次旋转的大部分期间，连杆相对于活塞平移轴线以某个角度向活塞施加力。

由于曲轴是机械连接活塞，因此每个冲程期间的活塞行进是固定的。因此，活塞在冲程期间扫过的体积也是固定的。这意味着，为了改变随时间的推移泵送的气体体积，必须改变操作速度。为了改变随时间的推移泵送的气体体积（这在分配网中的气体需求量增加或减少时将是必要的），则要使机器加快或减慢，而操作速度变化在泵送容量的范围内会限制机器灵活性。改变操作速度是不希望的，因为这会降低效率并且改变施加于设备的振动频率。

这些问题的一个解决方案是电磁致动往复式压缩机。此类系统使用附接至活塞杆的线性电动机来驱动单个压缩室中的相对活塞。当活塞以0度偏移同相移动从而在相对活塞之间维持固定距离时，压缩室体积保持恒定，并且往复运动实现最小气体移位（或气体压缩）。当活塞以180度偏移异相移动从而在活塞到达上死点时使得压缩室体积最小化，并且在活塞到达下死点时使得压缩室体积最小化时，往复运动使得体积交替地最小化和最大化以便实现最大气体移位（或气体压缩）。在这两个极端值之间改变相位角，因此提供一种使移位（和压缩）在活塞“同相”移动时的最小值与活塞“异相”移动时的最大值之间改变的方式。

不幸地，由于相关的高惯性杆加载，当前可用的线性电动机技术不适用于此类定相压缩机。现有线性电动机可以产生有限量的力，并且与适于在天然气系统中使用的机器中的活塞杆/压缩活塞组件相关联的惯性超过从现有线性电动机可得的惯性。另外，标准往复式压缩机中相对布置的活塞将使得机器过大。并且在标准往复式压缩机中改变相对布置的活塞之间的相位不是简单或快速的操作。

相应地，需要用于活塞杆的电磁致动器，其中可以通过控制对电磁电动机的当前命令来容易地获得相位控制。进一步需要允许紧凑机器的电磁致动器。最后，需要可以克服与使活塞杆/压缩活塞组件加速和减速相关联的高惯性力的电磁致动器。

发明内容

根据附图和具体实施方式，所属领域的技术人员将会明白本发明的各种其他特征、目标和优点。

在一个实施例中，提供往复式压缩机。所述往复式压缩机包括：具有限定压缩室的内表面的外壳，所述外壳具有第一孔和第二孔；具有压缩面的第一活塞，所述活塞可滑动地设置在所述压缩室内；具有近端部分和远端部分的第一活塞杆，所述近端部分可滑动地接收在所述第一孔内并且可驱动地连接至所述第一活塞；具有与所述第一活塞压缩面相对的压缩面的第二活塞，所述第二活塞可滑动地设置在所述压缩室内；具有近端部分和远端部分的第二活塞杆，所述近端部分可滑动地接收在所述第二孔内并且可驱动地连接至所述第二活塞；附接至所述第一活塞杆的远端部分的第一致动器；以及附接至所述第二活塞杆的所述远端部分的第二致动器。活塞杆限定延伸穿过压缩室的平移轴线，并且第一致动器和第二致动器配置用于使第一活塞和第二活塞在压缩室内沿着所述平移轴线可驱动地往复运动。