CN109579342A - 单压缩机驱动两脉管冷指系统两冷指冷量分配装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单压缩机驱动两脉管冷指系统两冷指冷量分配装置及方法，本发明包括一个压缩机驱动两脉管冷指系统，其中有一台压缩机，两台脉管冷指，压缩机出口连管，惯性管和气库。本发明提供了调节冷指进气连管长度及内径和惯性管长度及内径来调节冷指阻抗从而调节单压缩机驱动两脉管冷指制冷系统冷量分配的方法。本发明的优点在于满足了不同探测器芯片在不同工作温度下冷量的需求，满足了多功能试验舱空间站舱外载荷制冷机应用项目需求。
Description
技术领域：
本发明隶属于回热式低温制冷机领域，具体涉及一种适用于调节单台压缩机驱动两脉管冷指性能的装置及调节方法。
背景技术：
脉管制冷机由于摒除了低温端的运动部件，具有结构简单、可靠性高、振动小、寿命长等优点，在抗电磁干扰、降低振动和长寿命等方面有特别明显的优势。为了提高探测器的探测精度与成像质量，就必须增大探测芯片的像素密度同时对探测器的其他部件如光学镜片进行冷却。由于现有卫星载荷的多样性，需满足不同探测器芯片在不同工作温度下冷量的需求，满足多功能试验舱空间站舱外载荷制冷机应用项目需求。而一个压缩机驱动两脉管冷指制冷系统采用调节脉管冷指的进气管长度和惯性管长度能够调节两冷指的冷量分配，从而满足不同工作温度下冷量的需求。
发明内容：
本发明的目的是提供一种结构简单，操作便捷单压缩机驱动两脉管冷指制冷系统冷量分配的调节方法，满足不同工作温区的冷量需求。
本发明中涉及的制冷系统包括压缩机1，第一位移传感器2-1，第二位移传感器2-2，主连管3，第一压力传感器4-1，第二压力传感器4-2，第一次连管5-1，第二次连管5-2，第一惯性管6-1，第二惯性管6-2，第一气库7-1，第二气库7-2，第一脉管冷指8-1，第二脉管冷指8-2。
本发明中的一种单压缩机驱动两脉管冷指制冷系统冷量分配的调节方法，包括以下步骤：
(1)对单压缩机驱动两脉管冷指制冷系统，改变其中一个冷指惯性管的内径或长度，改变该冷指的整体阻抗，从而改变制冷系统的冷量分配。
(2)对单压缩机驱动两脉管冷指制冷系统，改变其中一个冷指入口处连管的长度或内径，改变该冷指的整体阻抗，从而改变制冷系统的冷量分配。
由理论可知在脉管制冷机中制冷机制冷量Qc与进入脉管声功成正比，即：
其中：P、分别表示瞬时波动压力、体积流率；θ表示波动压力和流率之间的相位角。定义声阻抗：
将式(2)代入式(1)中可得：
因此在P一定的情况下，可通过改变阻抗Z可以对冷指入口声功进行调节，从而达到调节制冷量量Qc的目的。
根据声-电类比，流体中总声阻抗Z可表示为：
Z＝R+j(XL-XC) (4)
其中R为声阻，XL为感抗，XC为容抗。
对于冷指进气连管、惯性管等管状结构，R、XL、XC表达式如下所示：
管状结构声阻：
管状结构感抗：
管状结构容抗：
其中μ为粘性系数，D为管径，L为管长，ω为声波振动的角频率，ρ为气体密度，γ为绝热压缩指数，R为气体常数。
将式(5)、(6)、(7)代入到式(4)中，可得管状组件(冷指入口连管、惯性管)声阻抗：
由上式可知冷指入口段阻抗的影响因素有μ粘性系数，D管径，L管长，ω为声波振动的角频率，ρ为气体密度，γ为绝热压缩指数。但在确定工况或者运行环境下时，可以近似认为粘性系数μ(受工作温度影响，但在固定温区变化很小)，声波振动的角频率ω(固定频率)，气体密度ρ，绝热压缩指数γ保持不变。实际设计中比较容易调节的参数为管径D，管长L。
本发明的优点：
本发明的优点在于满足了不同探测器芯片在不同工作温度下冷量的需求，满足了多功能试验舱空间站舱外载荷制冷机应用项目需求。
附图说明：
图1为本发明用于调节单压缩机驱动两脉管冷指制冷系统冷量分配装置的原理示意图。
具体实施方式：
下面结合附图及实施例进一步描述本发明
如图1所示，本发明中一个压缩机驱动两脉管冷指制冷系统包括压缩机1，第一位移传感器2-1，第二位移传感器2-2，主连管3，第一压力传感器4-1，第二压力传感器4-2，第一次连管5-1)，第二次连管5-2，第一惯性管6-1，第二惯性管6-2，第一气库7-1，第二气库7-2，第一脉管冷指8-1，第二脉管冷指8-2。
本发明中的一种单压缩机驱动两脉管冷指制冷系统冷量分配的调节方法，按以下步骤进行：
(1)对单压缩机驱动两脉管冷指制冷系统，改变其中一个冷指惯性管的内径或长度，改变该冷指的整体阻抗，从而改变制冷系统的冷量分配。
(2)对单压缩机驱动两脉管冷指制冷系统，改变其中一个冷指入口处连管的长度或内径，改变该冷指的整体阻抗，从而改变制冷系统的冷量分配。
由理论可知在脉管制冷机中制冷机制冷量Qc与进入脉管声功成正比，即：
其中：P、分别表示瞬时波动压力、体积流率；θ表示波动压力和流率之间的相位角。定义声阻抗：
将式(2)代入式(1)中可得：
因此在P一定的情况下，可通过改变阻抗Z可以对冷指入口声功进行调节，从而达到调节制冷量量Qc的目的。
根据声-电类比，流体中总声阻抗Z可表示为：
Z＝R+j(XL-XC) (4)
其中R为声阻，XL为感抗，XC为容抗。
对于冷指进气连管、惯性管等管状结构，R、XL、XC表达式如下所示：
管状结构声阻：
管状结构感抗：
管状结构容抗：
其中μ为粘性系数，D为管径，L为管长，ω为声波振动的角频率，ρ为气体密度，γ为绝热压缩指数，R为气体常数。
将式(5)、(6)、(7)代入到式(4)中，可得管状组件(冷指入口连管、惯性管)声阻抗：
由上式可知冷指入口段阻抗的影响因素有μ粘性系数，D管径，L管长，ω为声波振动的角频率，ρ为气体密度，γ为绝热压缩指数。但在确定工况或者运行环境下时，可以近似认为粘性系数μ(受工作温度影响，但在固定温区变化很小)，声波振动的角频率ω(固定频率)，气体密度ρ，绝热压缩指数γ保持不变。实际设计中比较容易调节的参数为管径D，管长L。
最后应说明的是：本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种单压缩机驱动两脉管冷指系统两冷指冷量分配装置，包括：压缩机(1)，第一位移传感器(2-1)，第二位移传感器(2-2)，主连管(3)，第一压力传感器(4-1)，第二压力传感器(4-2)，第一次连管(5-1)，第二次连管(5-2)，第一惯性管(6-1)，第二惯性管(6-2)，第一气库(7-1)，第二气库(7-2)，第一脉管冷指(8-1)，第二脉管冷指(8-2)，其特征在于：
其中压缩机(1)通过主连管(3)和两个次连管(5-1，5-2)与脉管冷指(8-1，8-2)相连，位移传感器(2-1，2-2)用来测量活塞位移，压力传感器(4-1，4-2)用来测量压力波。
2.一种基于权利要求1所述的单压缩机驱动两脉管冷指系统两冷指冷量分配装置的冷量分配的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)对单压缩机驱动两脉管冷指制冷系统，改变其中一个冷指惯性管的内径或长度，改变该冷指的整体阻抗，从而改变制冷系统的冷量分配；
2)对单压缩机驱动两脉管冷指制冷系统，改变其中一个冷指入口处连管的长度或内径，改变该冷指的整体阻抗，从而改变制冷系统的冷量分配；
由理论可知在脉管制冷机中制冷机制冷量Qc与进入脉管声功成正比，即：
其中：P、分别表示瞬时波动压力、体积流率；θ表示波动压力和流率之间的相位角。定义声阻抗：
将式(2)代入式(1)中可得：
因此在P一定的情况下，可通过改变阻抗Z可以对冷指入口声功进行调节，从而达到调节制冷量量Qc的目的；
根据声-电类比，流体中总声阻抗Z可表示为：
Z＝R+j(XL-XC) (4)
其中R为声阻，XL为感抗，XC为容抗。
对于冷指进气连管、惯性管等管状结构，R、XL、XC表达式如下所示：
管状结构声阻：
管状结构感抗：
管状结构容抗：
其中μ为粘性系数，D为管径，L为管长，ω为声波振动的角频率，ρ为气体密度，γ为绝热压缩指数，R为气体常数。
将式(5)、(6)、(7)代入到式(4)中，可得冷指入口连管、惯性管的管状组件声阻抗：
由上式可知冷指入口段阻抗的影响因素有μ粘性系数，D管径，L管长，ω为声波振动的角频率，ρ为气体密度，γ为绝热压缩指数，但在确定工况或者运行环境下时，可以近似认为粘性系数μ，声波振动的角频率ω，气体密度ρ，绝热压缩指数γ保持不变，实际设计中比较容易调节的参数为管径D，管长L。
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| CN108317764A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-07-24 | 浙江大学 | 一种装有可调波纹管式惯性管的脉管制冷机 |
| CN209445627U (zh) * | 2019-01-10 | 2019-09-27 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 单压缩机驱动两脉管冷指系统两冷指冷量分配装置 |
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| CN108317764A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-07-24 | 浙江大学 | 一种装有可调波纹管式惯性管的脉管制冷机 |
| CN209445627U (zh) * | 2019-01-10 | 2019-09-27 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 单压缩机驱动两脉管冷指系统两冷指冷量分配装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 朱海峰: "单压缩机驱动双冷指阻抗特性研究", vol. 38, no. 38, pages 1166 - 1170 * |
| 杨农林: "动力机械振动与噪声控制", 北京医科大学中国协和医科大学联合出版社, pages: 103 - 105 * |
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