CN107166793B - 一种脉管制冷机多层脉管及设计方法 - Google Patents

一种脉管制冷机多层脉管及设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种脉管制冷机多层脉管及设计方法。其结构为同轴布置的多层脉管，多层脉管装置将脉管分割成数个平行的气流通道。脉管内部工质经多层脉管装置使得脉管内部速度场和温度场分布状态更加均匀；从而抑制脉管内部湍流、二次流、直流等复杂流动；在有限的系统长度内增加了脉管流道长径比，增加了系统制冷效率；一定程度改善脉管冷端质量流和压力波相位关系，增加制冷量，提高制冷机效率。

Description

一种脉管制冷机多层脉管及设计方法
技术领域
本发明涉及一种脉管，具体涉及一种脉管制冷机多层脉管的结构和设计方法。
背景技术
随着红外探测设备和低温超导设备等对冷量的需求越来越大，发展大冷量脉管制冷机的十分必要。但是随着冷量的提高，脉管势必变得更粗而长度上确有限制，这使得脉管长径比变小，脉管内部湍流、二次流、直流等复杂流动程度加重，影响了脉管制冷机制冷性能。
多层脉管作为脉管制冷机关键的部件。它将实现以下几方面主要功能：
1)将脉管分割成数个平行的气流通道，在有限的系统长度内增加了脉管流道长径比。
2)高效声功传输，通过抑制脉管内部湍流、二次流、直流等复杂流动，使脉管内部工质经多层脉管装置使得脉管内部速度场和温度场分布状态更加均匀；减少脉管两端声功传输损失。
发明内容
本发明的目的在于，本发明涉及一种脉管制冷机多层脉管的结构和设计方法,解决脉管制冷机设计中随着冷量增大产生的流动复杂性提高、脉管长径比降低、声功传输效率低下等问题。
为达上述目的，一种脉管制冷机多层脉管的结构和设计方法，其结构由最外层脉管3、内部多层脉管2、支架1组成。支架1和内部多层脉管2、最外层脉管3由同种材料不锈钢制造。支架1上有安装槽，与内部多层脉管2、最外层脉管3配合连接。支架1通过安装槽将内部多层脉管2定位在最外层脉管3内部，最外层脉管3和内部多层脉管2之间两端平齐，内部多层脉管(2)和最外层脉管(3)保持同心布置。
首先，根据加工工艺和工况确定外层脉管厚度W；
其次，内部多层脉管层数i：
Figure GDA0003749948840000021
其中：L为脉管长度；D1为外层脉管内径；A为需要的脉管长径比。
最后，根据需求计算内部多层脉管内径Di：
D1 2-D2 2＝D2 2-D3 2＝...=Di-1 2-Di 2＝Di 2 (2)
内部脉管的厚度考虑加工工艺的要求控制在0.1mm-0.2mm。
本发明的优点
1)将脉管分割成数个平行的气流通道，在有限的系统长度内增加了脉管长径比。
2)高效声功传输，通过减小辐射漏热和抑制脉管内部湍流、二次流、直流等复杂流动，减少脉管两端声功传输损失。
上述优点将大大促进脉管制冷机脉管性能的提高，对于制冷机整机性能的提升具有非常重要的意义。
附图说明
图1为多层脉管制冷机结构示意图；
图2为多层脉管制冷机多层脉管结构剖视图；
图3为多层脉管制冷机脉管支架结构上视图；
其中：1为支架、2为内部脉管、3为最外层脉管。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的具体实施方式做进一步地详细说明。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“径向”、“上”、“下”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示方位或位置关系为基于附图所示位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有的特定方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1所示，所发明的一种脉管制冷机多层脉管的结构和设计方法，采用不锈钢材料制造，外层脉管外径20.3mm，内径为20mm，长度73mm；为使长径比大于5，根据公式(1)，得到内部脉管层数为1，根据计算得到内部脉管内径为14mm，壁厚0.15mm
从而形成用于脉管制冷机的多层脉管结构。

Claims (1)

1.一种脉管制冷机多层脉管，由最外层脉管(3)、内部多层脉管(2)、支架(1)组成；其特征在于：
支架(1)和内部多层脉管(2)、最外层脉管(3)由同种材料不锈钢制造；
支架(1)上有安装槽，与内部多层脉管(2)、最外层脉管(3)配合连接；
由两个支架(1)对称布置，通过安装槽将内部多层脉管(2)定位在最外层脉管(3)内部，最外层脉管(3)和内部多层脉管之间两端平齐，内部多层脉管(2)和最外层脉管(3)保持同心布置；
所述的内部多层脉管(2)的层数i可由下式确定：
Figure FDA0003754328070000011
其中：L为脉管长度；D1为外层脉管内径；A为需要的脉管长径比；
最后，根据需求计算内部多层脉管内径Di(i＝1,2,3,4…)：
D1 2-D2 2＝D2 2-D3 2＝…＝Di-1 2-Di 2＝Di 2 (2)。
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