CN112325517B - 一种阀门机构及低温制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种阀门机构及低温制冷机，其中，阀门机构包括：固定不旋转的配气阀(6)以及绕自身中心轴(O)旋转的旋转阀(7)，所述旋转阀(7)上设有与低压气流持续连通的低压槽(71)以及与配气阀(6)上的的高压气孔(62)连通的高压槽(72)；所述配气阀(6)与旋转阀(7)所贴合的平面上设有绕中心轴(O)圆周布置的凹槽(11)，所述凹槽(11)绕中心轴(O)所形成的包络的圆环曲线与旋转阀(7)上的低压槽(71)绕中心轴(O)所形成的包络的圆环曲线不重叠，气体旁路(61)将凹槽(11)与高压气路连通。本发明能降低配气面与旋转阀的切换平面之间的正向压力，减少了平面磨损，延长设备的使用寿命。

Description

一种阀门机构及低温制冷机

技术领域

本发明涉及低温制冷机技术领域，尤其涉及一种阀门机构及低温制冷机。

背景技术

以吉福德-麦克马洪(Gifford-McMahon；GM)制冷机为代表的超低温制冷机具有工作气体(也称为制冷剂气体)的膨胀机及压缩机。该类制冷机由压缩机提供排出的高压气流，经由配气机构进入到置于气缸内，上下往复运动的推移活塞内，与蓄冷材料进行换热，再到膨胀腔内做功膨胀，再经过推移活塞，流出配气机构，回到压缩机低压腔内。通过上述连续循环过程，形成制冷效应。

具体来说，如图1所示的该类制冷机包含压缩机1、罩体2、气缸13、推移活塞10，罩体2内装有电机12以及驱动的凸轮3；凸轮3上的偏心凸轮柄31带动连杆5将旋转运动转化成上下往复运动，被导向套4在径向方向固定，从而带动推移活塞10在气缸13内沿着气缸延伸方向运动。配气机构RV由配气阀6和旋转阀7组成。配气阀6安装在罩体2内，由定位销16固定在其内，且与旋转阀7同轴布置。凸轮柄31带动安装在轴承14上的旋转阀7沿着旋转轴转动。压缩机1通过将制冷剂气体吸入、压缩，而使之作为高压的制冷剂气体排出。高压排气管道1a将高压的制冷剂气体向罩体2进行供给，并通过配气阀6上的高压气孔62传递给与之气密贴合的旋转阀7上的高压槽72内。旋转阀7上开有低压孔71，且低压孔71与罩体2内的低压通路22连通。按照图1所示位置，低压孔71与配气阀6上的配气阀气孔63重叠连通；此刻系统处于低压排气阶段，膨胀腔9内的气体由高压变成低压，顺序通过推移活塞上的活塞后孔10b、蓄冷材料10c、活塞前孔10a流出，回到压缩机1的低压吸气管道1b。当旋转阀7旋转一定角度后，此时，低压孔71不与配气阀6上的配气阀气孔63连通，变成为旋转阀7上的高压槽72与配气阀6上的配气阀气孔63连通，压缩机1排出的高压气，经过配气阀6上的高压气孔62以及与之连通的旋转阀7上的高压槽72进入到气缸13内，顺序经推移活塞上的活塞前孔10a、蓄冷材料10c、活塞后孔10b进入到膨胀腔9内。在上述过程中，压缩机1排出的高压气作用于配气阀6的背面上，配气阀6依靠背面上平行于配气面64的面积大小上的正压力，与旋转阀7紧紧贴合起来，这样将配气机构上的高低压阀门分隔开，隔离高低压气流。传统结构中正压力的大小与配气阀6的外径D1成平方正比关系，通过配气阀6的高压接触背面提供正向的高压压力，将切换平面73与配气面64压紧，以防止高低压气流串气。但是配气阀6上的高压气孔62和配气阀气孔63有一定尺寸和位置要求，使得配气阀6的外径D1不能太小，否则无法制作高压气孔62和配气阀气孔63。这样使得贴合在一起的正压力较大，长期运行会造成旋转阀7和配气阀6接触面的磨损，影响设备性能，降低设备的可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种阀门机构及低温制冷机，以降低正向压力、减小磨损。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种阀门机构，包括：固定不旋转的配气阀以及绕自身中心轴旋转的旋转阀，所述旋转阀上设有与低压气流持续连通的低压槽以及与配气阀上的的高压气孔连通的高压槽；所述配气阀与旋转阀所贴合的平面上设有绕中心轴圆周布置的凹槽，所述凹槽绕中心轴所形成的包络的圆环曲线与旋转阀上的低压槽绕中心轴所形成的包络的圆环曲线不重叠，气体旁路将凹槽与高压气路连通。

进一步地，所述凹槽绕中心轴所形成的包络的圆环曲线内径大于旋转阀上的低压槽绕中心轴所形成的包络的圆环曲线外径，即凹槽形成的包络圆环在低压槽包络的圆环外围。

进一步地，所述凹槽绕中心轴所形成的包络的圆环曲线外径径小于旋转阀上的低压槽绕中心轴所形成的包络的圆环曲线内径，即低压槽包络的圆环在凹槽形成的包络圆环外围。

进一步地，所述凹槽设在旋转阀的切换面上。

进一步地，所述凹槽设在配气阀的配气面上。

进一步地，所述凹槽内始终为高压。

本发明还提供一种低温制冷机，包括所述的阀门机构。

进一步地，所述阀门机构的配气阀通过阀体定位销偏心地固定在罩体上，且配气阀的高压面区域嵌置有弹簧；所述阀门机构的旋转阀通过轴承定位在所述罩体内。

本发明实施例的有益效果在于：能降低配气面与旋转阀的切换平面之间的正向压力，减少了平面磨损，延长设备的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1现有阀门机构的低温制冷机的结构示意图。

图2为本发明实施例一一种阀门机构的结构示意图。

图3为本发明实施例一中旋转阀的结构示意图。

图4为本发明实施例一中旋转阀的另一结构示意图。

图5为本发明实施例一中旋转阀的又一结构示意图。

图6为本发明实施例一中配气阀的结构示意图。

附图标记：1—压缩机；1a—高压排气管道；1b—低压吸气管道；2—罩体；21—罩体气孔；22—低压通路；3—凸轮；31—偏心凸轮柄；4—导向套；5—连杆；6—配气阀；61—旁路通路；62—高压气孔；63—配气阀气孔；64—配气面；65—高压面；7—旋转阀；71—低压孔；72—高压槽；73—切换平面；8—热腔；9—膨胀腔；10—推移活塞；10a—活塞前孔；10b—活塞后孔；10c—蓄冷材料；11-凹槽；12—电机；13—气缸；14—轴承；15—弹簧；16—阀体定位销；b1—第一密封圈；b2—第二密封圈。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。

请参照图2所示，本发明实施例一提供一种阀门机构，包括：固定不旋转的配气阀6以及绕自身中心轴O旋转的旋转阀7，所述旋转阀7上设有与低压气流持续连通的低压槽71以及与配气阀6上的的高压气孔62连通的高压槽72；所述配气阀6与旋转阀7所贴合的平面上设有绕中心轴O圆周布置的凹槽11，所述凹槽11绕中心轴O所形成的包络的圆环曲线与旋转阀7上的低压槽71绕中心轴O所形成的包络的圆环曲线不重叠(即不会出现高压气体与低压槽位置上的连通)，气体旁路61将凹槽11与高压气路连通(使得凹槽11内的制冷剂气体始终为高压)。

具体地，本实施例中，在配气阀6上设有沿轴向贯穿配气阀6的高压气孔62、沿折向贯穿配气阀6的配气阀气孔63，高压气孔62能够与压缩机1的高压排气管道1a连通，配气阀气孔63能够与罩体2上的罩体气孔21相连通；同时高压气孔62能够通过旋转阀7上的高压槽72与配气阀气孔63、罩体气孔21相连通；或者配气阀气孔63通过贯穿旋转阀7的低压孔71与罩体2上的低压通路22相连通。配气阀6的圆周面上设有嵌置在罩体2的安装腔内壁上的第一密封圈b1和第二密封圈b2，对配气阀6进行侧向密封，这将配气阀6上的配气气孔63与罩体2上的罩体气孔21密封连接，而不与其它位置的气体连通，配气阀6的气孔63是进入或流出气缸13内的高低压气体的唯一通道。上述配气阀6的背面—高压面65和罩体2形成高压腔23，与高压气孔62、高压槽72气密性连通。

在上述结构中，依靠高压腔23内的高压气流以及弹簧15将旋转阀7的切换平面73与旋转阀6的配气面64紧密贴合。

如图2，图3所示分别为本发明阀门机构RV以及旋转阀7。一种简单实施方式，凹槽11加工成环形槽状，加工在旋转阀7的切换面73上，内径D2大于旋转阀低压槽71所包络的环形外径D4，即，确保旋转阀7在旋转过程中不出现凹槽11与配气孔63重叠的情况，防止高低压气流串气。配气阀6上有气体旁路61，延伸至配气面64与高压气孔62，并且在配气面64上位置包裹在旋转阀7上的凹槽11所对应的包络环形(D2与D3围成环形)位置内，即，通过气体旁路61，将凹槽11与高压气体连通。这样，在任意时刻，在配气阀6的配气面64上始终有面积为D2与D3所包络的环状面积内高压气流，并且作用方向与高压面65对应的D1面积的上的高压压力相反。此刻，配气阀6与旋转阀7之间的正压力由传统的(P_H-P_L)×D1²/4正压力适当降低，降低量为(P_H-P_L)×(D3²-D2²)/4。根据实际阀门设计状况，可以调整该降低量的大小。

另外一种实施方式，将气体旁路61布置在旋转阀7上，将环形状的凹槽11与高压槽71连通，如图4所示。由于高压槽72内始终为高压气体，因此通过该种结构，也能确保凹槽11内始终为高压气流。

另外一种实施方式，如图5所示。环形状凹槽11外径D3小于旋转阀7上低压槽71包络环形的D5，且与高压槽72直接连通，并且D3大于气孔62，不需要额外加工气体旁路61，形成额外的作用在配气阀6配气面64上的高压压力。进一步而言，在图5的实施方式中，只用加工直径为D3的圆形槽，不必加工成环形状。

另外一种实施方式，如图6所示，凹槽11加工在配气阀6的配气面64上，气体旁路61平行于旋转轴O方向贯穿高压面65，连通至凹槽11，将高压腔23内的高压气体引入到凹槽11内。

进一步而言，上述的凹槽11为环形状，但是不限于图中所示形状。

进一步而言，上述的凹槽连续布置在贴合面上，也可加工成离散分布的孔或者其他凹陷状，确保气体旁路61与孔内连通即可。

相应于本发明实施例一的阀门机构，本发明实施例二提供一种低温制冷机，包括如实施例一所述的阀门机构。

进一步地，该阀门机构的配气阀6通过阀体定位销16偏心地固定在罩体2上，且配气阀6的高压面65区域嵌置有弹簧15；旋转阀7通过轴承14定位在罩体2内。该低温制冷机是阀门切换式的任何形式的制冷机，不局限于吉福德-麦克马洪制冷机、索尔文制冷机、脉管制冷机等。

通过上述说明可知，本发明实施例的有益效果在于：能降低配气面与旋转阀的切换平面之间的正向压力，减少了平面磨损，延长设备的使用寿命。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种阀门机构，其特征在于，包括：固定不旋转的配气阀(6)以及绕自身中心轴(O)旋转的旋转阀(7)，所述旋转阀(7)上设有与低压气流持续连通的低压槽(71)以及与配气阀(6)上的的高压气孔(62)连通的高压槽(72)；所述配气阀(6)与旋转阀(7)所贴合的平面上设有绕中心轴(O)圆周布置的凹槽(11)，所述凹槽(11)绕中心轴(O)所形成的包络的圆环曲线与旋转阀(7)上的低压槽(71)绕中心轴(O)所形成的包络的圆环曲线不重叠，所述配气阀(6)上有气体旁路(61)，气体旁路(61)延伸至配气面(64)与高压气孔(62)，并且气体旁路(61)在配气面(64)上位置包裹在旋转阀(7)上的凹槽(11)所形成的包络的圆环曲线位置内，气体旁路(61)将凹槽(11)与高压气路连通；所述凹槽(11)绕中心轴(O)所形成的包络的圆环曲线内径大于旋转阀(7)上的低压槽(71)绕中心轴(O)所形成的包络的圆环曲线外径，所述凹槽(11)设在旋转阀(7)的切换面(73)上。

2.根据权利要求1所述的阀门机构，其特征在于，所述凹槽(11)内始终为高压。

3.一种低温制冷机，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的阀门机构。

4.根据权利要求3所述的低温制冷机，其特征在于，所述阀门机构的配气阀(6)通过阀体定位销(16)偏心地固定在罩体(2)上，且配气阀(6)的高压面(65)区域嵌置有弹簧(15)；所述阀门机构的旋转阀(7)通过轴承(14)定位在所述罩体(2)内。

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