CN112129012A - 一种密闭振子、制冷机和压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种密闭振子、制冷机和压缩机，安装在非平衡动子上，包括密闭盒以及位于密闭盒内的平衡块和弹簧，所述的密闭盒内压力低于非平衡动子内的压力。制冷机和压缩机上安装了所述密闭振子。与现有技术相比，本发明将平衡块单独封装在盒子里，从而使其间的压力可调，从而采用合适的压力，使平衡块的能量消耗最小，又不使压力过低，影响散热，烧毁平衡块。进而使采用非平衡动子的制冷机和压缩机达到低振动。

Description

一种密闭振子、制冷机和压缩机

技术领域

本发明涉及减振装置，尤其是涉及一种密闭振子及使用该密闭振子的制冷机和压缩机。

背景技术

随着现代工业对精密机械、设备等的运动精度及运动稳定性要求的提高，各种减振装置应运而生。目前已有的减振装置可分为两类：①利用大阻尼、粘弹性等材料进行隔振处理(例如：由弹簧、海绵等弹性元件或材料实现减振)。该方法由于原理简单、无能耗、可靠性好，得到了广泛应用。但它在有些情况下减振效果难以达到要求，或在有些情况下不能使用(例如：当减振对象与振动源刚性连接、无法隔离时)。②采用完全相同的两个振动源对称布置，利用它们同频、等幅、反相的振动相互抵消来解决振动问题。这种方法减振效果好，可以在减振对象与振动源刚性连接的情况下使用，但装置的体积、重量、能耗、成本等往往会成倍增加，而可靠性降低(如果某个振动源出现故障，就会完全丧失减振作用)。

由直线压缩机驱动的制冷机，正是需要进行减振处理的精密机械，为了减低造价，直线压缩机一般只有一个，该压缩机是一个非平衡动子，压缩机会像打桩机一样震动，需要平衡块减低振动。尤其是在回热式制冷机，如斯特林制冷机，脉管制冷机中，一般用直线压缩机驱动，并有推移活塞产生冷量。为了减低造价，可采用单直线压缩机和单推移活塞，或单推移活塞，或单直线压缩机，这样系统中就有非平衡动子，也需要用平衡块以减低振动，否则制冷机会像打桩机一样振动。

平衡块的减震的原理是与非平衡动子配对，利用非平衡动子产生的微弱振动获取能量产生可基本抵消非平衡动子的振动，从而使系统对外的振动减弱。

平衡块如果与主机(如制冷机，压缩机，等等)装在一个机壳里则工作压力与主机同压力，如果暴露在外，其工作压力与主机不一样，当工作在地面是，是大气压，如果是外层空间，则是超高真空。振子的振动遇到的阻力与气体的密度有关，密度越大，阻力越大，能量消耗越大，主机需要振动大一些才能给平衡块输入足够的能量。一般脉管制冷机的充气压力为2-3MPa，平衡块如果与主机装在一个机壳里，气体很“稠密”，平衡块遇到的气体阻力很大，减震效果不是很好。平衡块如果暴露在外，在地面上用，遇到的阻力与2-3MPa气压相比很小，但平衡块的振动会像喇叭一样产生很大的噪声；在外层空间用，超高真空虽然能够使平衡块需要的能量最小，可有效减震，但传热很差，有可能局部过热而烧毁平衡块。因此，采用非平衡动子的回热式制冷机并不普遍。更常用的是采用二个压缩机对置设置。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能耗低、散热快、减振效果好的密闭振子、制冷机和压缩机。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种密闭振子，安装在非平衡动子上，包括密闭盒以及位于密闭盒内的平衡块和弹簧，所述的密闭盒内压力低于非平衡动子内的压力。所述的非平衡动子包括压缩机、推移活塞、泵、电机中的一种或几种。平衡块单独封装在盒子里，从而使其间的压力可调，其压力低于非平衡动子内的压力，优选的压力是既可使平衡块与弹簧振动最大限度地抵消非平衡动子的振动，且能量消耗最小，又不使压力过低，影响散热，烧毁平衡块。

为了装配方便，密闭盒内压力为1个大气压。

进一步地，密闭盒内的压力为真空。

进一步地，所述的平衡块通过弹簧安装在支撑架上，支撑架固定在密闭盒内部。

进一步地，所述的密闭盒设有开口，通过该开口控制盒体内气压。

进一步地，所述的开口上设有盖子，盖子为密封法兰结构，通过螺栓固定、或焊接、或粘结方式固定在密闭盒上。

或者，所述的开口上连接有管道，该管道上设有压力调节阀。

进一步地，所述的密闭盒为整体式结构，或为分体式结构，当为分体式结构时密闭盒合同可以是两半合并在一起组成的，合并方式可以为焊接或螺栓连接等。

本发明还进一步提供一种制冷机，该制冷机上安装有上上述密闭振子。

进一步地，所述的密闭振子的密闭盒上设有安装部，通过安装部将密闭振子安装在制冷机的非平衡动子上。

进一步地，所述的制冷机包括斯特林制冷机或脉管制冷机。

进一步地，所述的非平衡动子为压缩机，或推移活塞，或两者的组合。

回热式制冷机也可做热泵，热发动机与冷发动机使用，因此可称为回热式热机。制冷机是将热从低温向环境泵，热泵是将热从环境向高温泵，热发动机是从高温热源吸热，向环境放热作功，冷发动机是从环境吸热，向低温放热作功。因此，本发明也同样适用于回热式热机。

本发明进一步提供一种压缩机，该压缩机上安装有上述密闭振子。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：平衡块的振动的能量来源于压缩机的振动，如果其不消耗能量，压缩机不需要振动，这是理想状态，如果其能量消耗微弱，则压缩机微弱振动，如果其能量消耗过大，则压缩机需要大的振动以对其输入能量。平衡块和弹簧在密闭盒中左右往复振动与其内的气体摩擦要消耗能量。如果密闭盒中的气体压力足够低，则由于平衡块与气体的摩擦所消耗的能量就小；如果压力太低，散热不利，则弹簧组件的弹簧的形变产生的热与弹簧固定区的可能的摩擦产生的热量不易散去，会造成过热而烧毁，因此气体压力也不易太低，有一个比较合适的值。一般来讲，其内的压力压低于制冷机压力，一个大气压或真空较好，随着压力的降低，摩擦减小，在一定的真空度下，仍能散热，但真空度太高，则散热不易。本发明将平衡块单独封装在盒子里，使其间的压力可调，从而采用合适的压力，使平衡块的能量消耗最小，又不使压力过低，影响散热，烧毁平衡块，进而使采用非平衡动子的热机或制冷机达到低振动。

附图说明

图1为本发明密闭振子安装在脉管制冷机上的结构示意图；

图2为本发明密闭振子安装在第二种脉管制冷机上的结构示意图；

图3为本发明密闭振子安装在惯性管脉管制冷机的结构示意图；

图4为本发明密闭振子安装在斯特林制冷机的结构示意图；

图5为本发明密闭振子安装在单活塞的直线压缩机的结构示意图；

图6为本发明密闭振子的另一种结构示意图。

图中标识如下：

1、密闭振子，111、平衡块，112、弹簧，113、支撑架，121、密闭盒，122、开口，122a、管子，122b、阀门，123、盖子，124、安装部，2、制冷机，211、散热器，212、回热器，213、冷量换热器，214、脉管，214a、脉管冷端均流器，214b、脉管热端均流器，215、第二脉管，215a、第二脉管冷端均流器，215b第二脉管热端均流器，221、驱动部，222、活塞，223、压缩腔，231、推移活塞，232、推移活塞气缸，233、推移活塞前腔，234、推移活塞弹簧，235、推移活塞背腔，241、惯性管，242、气库。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种密闭振子1，包括密闭盒121以及位于密闭盒内的平衡块111，平衡块111通过弹簧112连接在支撑架113上，支撑架113固定在密闭盒121内部，平衡块111与弹簧112构成一个振动系统，安装在密闭盒121内。密闭盒121上设有开口122和安装部124，开口122处设有盖子123，通过开口122将密闭盒121内气体抽出，控制盒体内气压，然后通过盖子123封闭开口122，密闭盒内气压保持在设定值。

图1中的平衡块111是圆环型的，弹簧112是板型的。平衡块与弹簧也可以是其他形式的。

密闭振子1通过安装部124与脉管制冷机2的压缩机固定在一起，脉管制冷机2包括冷头、压缩机组件和推移活塞组件，其中冷头由散热器211，回热器212，冷量换热器213，脉管214组成，脉管214两端有脉管冷端均流器214a和脉管热端均流器214b；压缩机由驱动部221与活塞222组成，活塞前的压缩腔223由于活塞222的往复运动而输出功用于制冷，推移活塞组件包括推移活塞231和推移活塞气缸232，驱动部221连接推移活塞231，推移活塞231与推移活塞气缸232形成推移活塞前腔233，与脉管214相通以控制其内的气流。驱动部221一般有直线电机和与活塞222相连的弹簧，压缩机被称为直线压缩机，推移活塞231的弹簧也在驱动部里。

图1中的脉管制冷机活塞222与推移活塞231是单个的，二者以一定的相位差左右做往复运动，引起压缩机振动，进而引起与其固定在一起的密闭振子1内的平衡块111振动，平衡块111的振动抵消了部分压缩机的振动，从而使制冷机整体振动减小。

由于平衡块111是在密闭的盒子里振动，另一个好处是减低噪声，如果是平衡块在大气里振动，就像喇叭的振动膜一样，会产生噪声，有些场合这种噪声会大到难以接受。

平衡块内采用大气压时装配很方便，只要把平衡块分入密闭盒就可以，密闭盒的密封性要求只要达到隔音的效果就行。这时盒内气体自然是空气。为了防止盒子内外产生压力差，可保持一个小的开口使内外有漏气，这样盒子的强度要求就低。即使完全密闭，对盒子的强度要求也很低，而且可防止湿气进入盒子里面造成腐蚀。对大多数低温制冷机来说，其内的工作压力都是兆帕量级的，盒内压力一个大气压是一个很大的降低。完全密闭的盒子里面可充入高导热率的氦气或氢气等。

如果密闭盒内是真空，要保持一定的真空度，密封性能要好，否则会漏气，丧失真空度。真空度可在0-1个大气压内。

为了既有好的减震效果，又能够良好散热，不烧毁振子或弹簧等部件，应该有较佳的真空度。该较佳真空度主要受散热影响。因为对减震来说，真空度越高，气体压力越低，气体带来的摩擦损耗越小。

当真空度低于0.1个大气压时，振子的振动带来的噪声对外的传播就会减弱，且散热效果良好。

实施例2

密闭振子1结构同实施例1，其安装在脉管制冷机2上，如图2所示，脉管制冷机的结构与实施例1中基本相同，仅其中推移活塞组件与压缩机是分离的，因此推移活塞组件也用一个密闭振子1平衡，即密闭振子1的安装部固定在推移活塞组件上，推移活塞组件包括由推移活塞231与推移活塞弹簧234组成一个振动系统，推移活塞前腔233通过管子与脉管左端相连，推移活塞背腔235与压缩腔通过管子相连，其余同实施例1。

实施例3

密闭振子1结构同实施例1，将其安装在惯性管脉管制冷机上，惯性管脉管制冷机的结构如图3所示，实施例2中的推移活塞组件换成惯性管241加气库242的调相器，该调相器连接在第二脉管215的热端。由驱动部221、活塞222、压缩腔223组成压缩机，由散热器211，回热器212，冷量换热器213，第二脉管215组成冷头，其中第二脉管215两端有第二脉管冷端均流器215a和第二脉管热端均流器215b。

密闭振子1通过安装部安装在驱动部221上，平衡压缩机的振动。

实施例4

密闭振子1结构同实施例1，将其安装在斯特林制冷机上，将实施例1中的推移活塞气缸与推移活塞加长就成了斯特林制冷机，结构如图4所示，包括散热器211，回热器212，冷量换热器213，驱动部221、活塞222、压缩腔223以及加长的推移活塞231、推移活塞气缸232和推移活塞前腔233。推移活塞前腔233在低温下，低温气体在里面膨胀制冷。

密闭振子1通过安装部安装在驱动部221上，平衡压缩机的振动。

实施例5

密闭振子1结构同实施例1，将其安装在直线压缩机上，如图5所示，压缩机是一个单活塞的直线压缩机，采用密闭振子1获得低振动。

实施例6

密闭振子1在开口122处设有管子122a，其上设有阀门122b，在密闭盒121内的压力达到设定的压力时，关闭阀门122b。阀门122b为气压调节阀，可以由焊料替代，先将管子压扁，之后用焊料封上。

其余同实施例1。

开口122的密封有多种多样，可以是法兰，由螺栓固定在盒子上，也可以直接焊在盒子上，或粘接在盒子上等。

盒子121可以是两半的，然后合并在一起，组成密闭的盒子。合并的方法可以是焊接，或螺栓固定等。特别是当盒内压力是一个大气压时，该方法非常便利。

密闭振子可以应用在非平衡动子热机或制冷机上，非平衡动子为压缩机，或推移活塞，或两者的组合。

非平衡动子除了所述的压缩机、推移活塞，制冷机外，也可以是泵、直线电机等做往复运动的装置。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种密闭振子，安装在非平衡动子上，其特征在于，包括密闭盒以及位于密闭盒内的平衡块和弹簧，所述的密闭盒内压力低于非平衡动子内的压力。

2.根据权利要求1所述的一种密闭振子，其特征在于，所述的非平衡动子包括压缩机、推移活塞、直线电机、制冷机中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种密闭振子，其特征在于，所述的密闭盒设有开口，通过该开口控制盒体内气压。

4.根据权利要求3所述的一种密闭振子，其特征在于，所述的开口上设有盖子，盖子为密封法兰结构，通过螺栓固定、或焊接、或粘结方式固定在密闭盒上；

或者，所述的开口上连接有压力调节阀。

5.根据权利要求1所述的一种密闭振子，其特征在于，所述的密闭盒内压力为一个大气压。

6.根据权利要求1所述的一种密闭振子，其特征在于，所述的密闭盒内压力为真空。

7.一种制冷机，其特征在于，该制冷机上安装有权利要求1所述密闭振子。

8.根据权利要求1所述的一种制冷机，其特征在于，所述的密闭盒上设有安装部，通过安装部将密闭振子安装在制冷机的非平衡动子上。

9.根据权利要求7所述的一种制冷机，其特征在于，所述的制冷机包括斯特林制冷机或脉管制冷机；

所述的非平衡动子为压缩机，或推移活塞，或两者的组合。

10.一种压缩机，其特征在于，该压缩机上安装有权利要求1所述密闭振子。

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