CN101839356B - 低温制冷机用无磨损配气阀 - Google Patents

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Abstract

一种低温制冷机用无磨损配气阀，包括电机(1)、阀芯(2)和阀座(3)，其特征是阀座(3)安装在阀基(4)中，阀芯(2)安装在阀座(3)中，电机(1)安装在阀基(4)上；阀芯(2)与阀座(3)之间设有能形成气膜的间隙；在阀芯(2)上设有阀芯高压配气孔(5)，在阀座(3)上设有阀座高压配气孔(8)，两者通过阀芯(2)上的高压配气槽(7)相连通；在阀芯(2)上设有阀芯低压配气孔(11)，在阀座(3)上设有阀座低压配气孔(6)，两者通过阀芯(2)上的低压配气槽(10)相连通，所述的阀座高压配气孔(8)和阀座低压配气孔(6)错位设置在阀座(3)上。本发明的阀芯和阀座之间无磨损且无高低压泄漏，因此不会对制冷机性能造成影响，可延长制冷机的寿命，提高效率。

Description

低温制冷机用无磨损配气阀
技术领域
本发明涉及一种低温设备用配气阀，尤其是一种无磨损配气阀，具体地说是一种低温制冷机用无磨损配气阀。
背景技术
众所周知，各类低温制冷机，尤其是吉福特-麦克马洪(GM)制冷机、GM型脉管制冷机和索尔文制冷机共同的特点是都采用配气阀控制工质流体。配气阀一般由一个定子(阀座)和一个转子(阀芯)构成，阀芯通过电机驱动，以一定的频率旋转。通过阀芯的旋转，利用阀芯和阀座的高低压配气槽和通气孔，制冷机以一定的切换频率，分别同压缩机的高、低压连通，实现进排气过程。
由于现有的配气阀(如图1、2、3所示)在阀座和阀芯的接触表面存在摩擦，极易产生磨损灰尘，而这种灰尘往往被吹进冷头，从而大大降低了制冷机的性能。因为这种灰尘易于粘附到各类制冷机的针型阀表面并堆积在小孔的流道中，而制冷机的性能对小孔的开度非常敏感，灰尘的粘附和堆积极易引起流阻增大，从而导致流动恶化，所以灰尘对各类制冷机尤其是对脉管制冷机性能的影响尤其显著，这也是限制脉管制冷机大规模工业应用的主要因素。
发明内容
本发明的目的是针现有的制冷机用配气阀因磨损极易导致流动恶化而效率下降的问题，设计一种低温制冷机用无磨损配气阀。
本发明的技术方案是：
一种低温制冷机用无磨损配气阀，包括电机1、阀芯2和阀座3，其特征是阀座3安装在阀基4中，阀芯2安装在阀座3中，电机1安装在阀基4上，阀芯2的一端与电机1的输出轴相连，阀芯2的另一端连接有支承轴9相连，电机1的输出轴和支承轴9安装在同轴线安装的两个轴承12中；阀芯2与阀座3之间设有能形成气膜的间隙；在阀芯2上设有阀芯高压配气孔5，在阀座3上设有阀座高压配气孔8，阀芯高压配气孔5和阀座高压配气孔8通过阀芯2上的高压配气槽7相连通；在阀芯2上设有阀芯低压配气孔11，在阀座3上设有阀座低压配气孔6，阀芯低压配气孔11和阀座低压配气孔6通过阀芯2上的低压配气槽10相连通，所述的阀座高压配气孔8和阀座低压配气孔6错位设置在阀座3上。阀芯高压配气孔5的进气端与制冷机中的压缩机的高压排气口相连通，阀芯高压配气孔5的出气端与制冷机的双向进气阀对应的进气口相连通，低压配气孔6的进气端与制冷机的双向进气阀对应的出气口相连通，低压配气孔6的出气端与制冷机的压缩机的低压进气口相连通；所述的高压配气孔5和低压配气孔6随阀芯的转动交替通断。
所述的间隙为1～10μm。
所述的阀座高压配气孔8和阀座低压配气孔6相错的相位角为90度。
所述的阀芯2的两端均设有空腔，其中的一端为高压空腔，另一端为低压空腔。
所述的电机1罩装在电机罩13中，电机罩13上设有与阀芯2上的阀芯高压配气孔5相通的进气孔14。
所述的阀基4上设有阀盖15，所述的电机1安装在阀盖15上，阀盖15上设有高压通孔16。
所述的高压配气槽7和低压配气槽10均呈月牙形结构，且在阀芯2上分别呈对称布置。
所述的阀芯2为聚四氟乙烯阀芯，所述的阀座3可为陶瓷阀座。
本发明的有益效果：
本发明通过大量实验发现在高低压气体的作用下，阀芯和阀座表面能形成一层与两者间隙相等的厚度为1～10微米的气膜，它既使得通过该间隙从高压侧到低压侧的漏气非常小，不会对制冷机性能产生影响，又使得阀芯和阀座表面不接触，避免了阀芯和阀座的摩擦。不仅结构简单紧凑、无摩擦，而且能极大提高制冷机的稳定性，尤其适用于GM型脉管制冷机，有利于推动GM型脉管制冷机的大规模工业应用。
附图说明
图1是现有配气阀及其与制冷机的连接结构示意图。
图2是现有的配气阀中的转子的仰视结构示意图。
图3是现有的配气阀中的定子的俯视结构示意图。
图4是本发明的配气阀的结构示意图。
图5是图4的A-A剖视结构示意图。
图6是图4的B-B剖视结构示意图。
图7是图4的C-C剖视结构示意图。
图8是本发明的配气阀与脉管式制冷机的连接关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图4-7所示。
一种低温制冷机用无磨损配气阀，包括电机1、阀芯2和阀座3，阀座3安装在阀基4中，阀芯2安装在阀座3中，所述的阀基4上可设有阀盖15，所述的电机1安装在阀盖15上，阀盖15上设有高压通孔16，电机1安装在阀基4上，阀芯2的一端与电机1的输出轴相连，阀芯2的另一端连接有支承轴9相连，电机1的输出轴和支承轴9安装在同轴线安装的两个轴承12中，阀芯2的两端均可设置空腔，其中的一端为高压空腔，另一端为低压空腔，如图4所示；阀芯2与阀座3之间设有能形成气膜的间隙，间隙的值可在1～10μm之间选择；在阀芯2上设有阀芯高压配气孔5，在阀座3上设有阀座高压配气孔8，阀芯高压配气孔5和阀座高压配气孔8通过阀芯2上的高压配气槽7(可为月牙形结构)相连通，如图6，呈月牙形结构的高压配气槽7和低压配气槽10在阀芯2上应分别呈对称布置以保证动平衡；在阀芯2上设有阀芯低压配气孔11，在阀座3上设有阀座低压配气孔6，阀芯低压配气孔11和阀座低压配气孔6通过阀芯2上的低压配气槽10(也可为月牙形结构)相连通，如图7所示，所述的阀座高压配气孔8和阀座低压配气孔6相差90的相位错位设置在阀座3上，如图7所示，具体实施时，所差的相位也可为其它任意角度。阀芯高压配气孔5的进气端与制冷机中的压缩机的高压排气口相连通，阀芯高压配气孔5的出气端与制冷机的双向进气阀对应的进气口相连通，低压配气孔6的进气端与制冷机的双向进气阀对应的出气口相连通，阀座低压配气孔6的出气端与制冷机的压缩机的低压进气口相连 通；所述的阀芯高压配气孔5和阀座低压配气孔6随阀芯的转动交替通断。具体实施时电机1可罩装在电机罩13中，电机罩13上设有与阀芯2上的阀芯高压配气孔5相通的进气孔14。如图5所示。
具体实施时阀芯2可采用聚四氟乙烯圆柱形阀芯，阀座3可采用圆桶形陶瓷阀座。
本发明的配气阀与制冷机的具体连接如图8所示。
具体实施时，阀芯2可通过键与电机轴连接在一起；在阀芯2的上半部侧面开有对称的两个月牙型高压配气槽7，顶部对称开有两个圆形高压配气孔5，并与高压配气槽连通；在阀芯2下半部与阀芯2上半部对称的位置开有两个月牙型低压配气槽10和圆形低压配气孔11；阀座3采用陶瓷制成，阀座3上的通气孔也呈相应的对称布置。
压缩机19的高压排气口通过高压配气管20与电机罩13上的进气孔14相连通，高压气体从阀盖15上的高压通孔16进入阀芯上端的高压空腔中，并从阀芯2上的阀芯高压配气孔进入阀芯2上的高压配气槽7中，此时，如果阀芯2在电机1的带动下转到高压配气槽7连通阀座3上的阀座高压配气孔8时，高压气体立即通过阀座高压配气孔8从阀基4上的走气通道17进入制冷机中，此时，受到相位差的影响，阀座上的低压配气孔6与低压配气槽10相差90度，因此，此时低压配气孔被密封，随着制冷机一个循环的结束，阀芯2也在电机1的带动下转过一个角度(本实施例为90度，可为任意角度)，此时高压配气槽7与阀座高压配气孔8不通，而阀座低压配气孔6与低压配气槽10相连通，低压气体立即从阀座低压配气孔6经低压配气孔槽10进入阀芯低压配气孔11中并进入阀芯2下端的低压空腔中，再从贯通阀座3和阀基4的低压走气通道18(图8左下部的虚线通道)与压缩机19低压进气端的低压配气管21相连，完成一个循环。如此反复，即可实现制冷机的无磨损配气。
本发明适用于任何形式的需要周期性配气的低温制冷机，包括GM制冷机、GM型脉管制冷机和索尔文制冷机，当其用于多级GM型脉管制冷机时，效果尤为显著。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以现。

Claims (8)

1.一种低温制冷机用无磨损配气阀，包括电机(1)、阀芯(2)和阀座(3)，其特征是阀座(3)安装在阀基(4)中，阀芯(2)安装在阀座(3)中，电机(1)安装在阀基(4)上，阀芯(2)的一端与电机(1)的输出轴相连，阀芯(2)的另一端连接有支承轴(9)相连，电机(1)的输出轴和支承轴(9)安装在同轴线安装的两个轴承(12)中；阀芯(2)与阀座(3)之间设有能形成气膜的间隙；在阀芯(2)上设有阀芯高压配气孔(5)，在阀座(3)上设有阀座高压配气孔(8)，阀芯高压配气孔(5)和阀座高压配气孔(8)通过阀芯(2)上的高压配气槽(7)相连通；在阀芯(2)上设有阀芯低压配气孔(11)，在阀座(3)上设有阀座低压配气孔(6)，阀芯低压配气孔(11)和阀座低压配气孔(6)通过阀芯(2)上的低压配气槽(10)相连通，所述的阀座高压配气孔(8)和阀座低压配气孔(6)错位设置在阀座(3)上。
2.根据权利要求1所述的低温制冷机用无磨损配气阀，其特征是所述的间隙为1～10μm。
3.根据权利要求1所述的低温制冷机用无磨损配气阀，其特征是所述的阀座高压配气孔(8)和阀座低压配气孔(6)相错的相位角为90度。
4.根据权利要求1所述的低温制冷机用无磨损配气阀，其特征是所述的阀芯(2)的两端均设有空腔，其中的一端为高压空腔，另一端为低压空腔。
5.根据权利要求1所述的低温制冷机用无磨损配气阀，其特征是所述的电机(1)罩装在电机罩(13)中，电机罩(13)上设有与阀芯(2)上的阀芯高压配气孔(5)相通的进气孔(14)。
6.根据权利要求1所述的低温制冷机用无磨损配气阀，其特征是所述的阀基(4)上设有阀盖(15)，所述的电机(1)安装在阀盖(15)上，阀盖(15)上设有高压通孔(16)。
7.根据权利要求1所述的低温制冷机用无磨损配气阀，其特征是所述的高压配气槽(7)和低压配气槽(10)均呈月牙形结构，在阀芯(2)上分别呈对称布置。
8.根据权利要求1所述的低温制冷机用无磨损配气阀，其特征是所述的阀芯(2)为聚四氟乙烯阀芯，所述的阀座(3)为陶瓷阀座。
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