Design and analysis of a miniature linear compressor

Doğrusal kompresörler, sıkıştırma adımından önce dönme hareketinin karşılıklı harekete dönüşümü ile uğraşmak zorunda kalan geleneksel döner kompresörler için iyi alternatiflerdir, çünkü lineer kompresörler sıkıştırma aşamasında kullanılacak doğrusal hareketi doğrudan üretebilirler. Bu, döner kompresörlere kıyasla birçok avantaj sağlar. Doğrusal kompresör teknolojisi yeni bir teknoloji olmamakla birlikte, minyatür ölçekli lineer kompresör özellikle son zamanlarda önem kazanmıştır. Doğrusal kompresör tasarımındaki kompaktlık, ölçeğin küçültülmesi ile birleştiğinde, bu kompresörü, elektronik ekipmanların soğutulması veya mini buzdolaplarının inşası gibi birçok pratikte uygulama için çok ilginç bir aday haline getirmektedir. Bu araştırma, bir prototip minyatür ölçekli doğrusal kompresörün detaylı analizi ile ilgilidir. Temelde doğrusal bir kompresörün iki ana bölümden oluştuğu söylenebilir: doğrudan doğruya tutturulmuş bir pistona ileri geri hareketi sağlayan lineer aktüatör kısmı ve pistonla etkileşimin gaz sıkışmasına neden olduğu silindir-valf kısmı. Doğrusal aktüatör, hareketli-mıknatıs tipi olup, diğer iki tipe göre, yani hareketli-demir ve hareketli-bobin tipi aktüatörlerle karşılaştırıldığında daha yüksek itme kuvveti, verimlilik ve daha düşük kayıplar sağlar. Tasarımın kompaktlığını daha da artırmak için silindirik bir yapı seçilmiştir. Öncelikle bir analitik model sunulmuş ve manyetik akı yoğunluğu ve oluşturulan itki kuvveti için formülasyonlar verilmiştir. Daha sonra silindirik yapıya uygunluk sağlamak için eksenel simetrik yaklaşımın kullanıldığı bir sonlu elemanlar analizi yapılmıştır. Aktüatör içinde üretilen manyetik akılar bu yöntemle tekrar hesaplanmış ve buna göre üretilen itme kuvveti gösterilmiştir. Bu sonuçlar analitik modelden gelen sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Doğrusal aktüatör için deney düzeneği sunulmuş ve oluşan itki kuvveti analitik sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Silindir-valf düzeneği sunulmuş ve valf seçimi ve uygulama adımlarının yanı sıra tahmini valf performans analizi gösterilmiştir. Söz konusu montaj için uygun imalat prosesleri ve mevcut minyatür ölçekli problem için conta donanımının seçimi sunulmuştur. Kompresör yapısının bütün olarak dinamik parametreleri sunulmuştur. Bu hem mekaniksel hem de elektromanyetik durumlar için gösterilmiştir. Aktüatör tarafından üretilen itki ve hem mekanik ekipmandan hem de sıkıştırılmış gazdan gelen rijitlik ve sönümleme katsayılarını içeren sistem dinamiği denklemleri verilmiştir. Motor sabiti ve uyarılma frekansı etkileri hakkında bilgi verilmiştir. En iyi sistem verimi ile en uygun çalışma noktasını bulmak için frekans tepki fonksiyonu gösterilmiştir.