CN114046314A - 活塞部件粉末冶金多孔体气体轴承装置及斯特林制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了活塞部件粉末冶金多孔体气体轴承装置及斯特林制冷机，活塞部件粉末冶金多孔体气体轴承装置包括机身，具有容纳腔；活塞部件，由活塞筒和活塞盖组成，可活动的安装于容纳腔内，以及与容纳腔连通的进气孔和多个排气孔，多个排期孔均匀开设于活塞本体的侧壁，进气孔位于活塞本体的底壁；粉末冶金多孔体，安装于活塞腔内侧壁上，与进气孔对齐，用于工质气体经过粉末冶金多孔体排向排气孔；气体通过进气孔进入活塞腔，并在活塞腔中形成高压，高压气体穿过粉末冶金多孔体，并通过多个排气孔进入活塞本体和机身之间的间隙，形成气膜，实现自由活塞斯特林制冷机活塞部件运动过程的自润滑功能，降低活塞部套与机身摩擦，保证制冷机的稳定运行。

Description

活塞部件粉末冶金多孔体气体轴承装置及斯特林制冷机

技术领域

本发明涉及斯特林制冷机领域，尤指斯特林制冷机活塞部件粉末冶金多孔体气体轴承装置。

背景技术

自由活塞斯特林制冷机是利用动力活塞部件、配气活塞部件交替往复运动实现气缸内气体周期性膨胀和压缩来制取制冷量的气体机械制冷机。自由活塞斯特林制冷机采用了直线电机驱动、板弹簧支撑、气体轴承、纯气动膨胀机等先进技术，具有可靠性高、震动低、寿命长、免维护等优点，在超低温制冷领域，相较传统制冷设备斯特林制冷机更具优势。

自由活塞斯特林制冷机主要由机身、动力活塞部件、配气活塞部件、直线电机部件、换热器部件、吸振器部件等组成。其中动力活塞部件、配气活塞部件为斯特林制冷机的运动部件，活塞部件的性能直接影响着自由活塞斯特林制冷机制冷性能及震动噪音等指标。无油润滑的气体轴承技术能够确保自由活塞斯特林制冷机按照设计相位有序运动，实现斯特林循环制冷。本发明为新型的实现斯特林制冷机活塞部件自润滑功能的粉末冶金多孔体的气体轴承装置。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供活塞部件粉末冶金多孔体气体轴承装置，实现无油润滑的气体轴承技术，保证自由活塞斯特林制冷机按照设计相位有序运动，实现斯特林循环制冷。

为了实现上述目的，本发明的目的在于提供活塞部件粉末冶金多孔体气体轴承装置，包括：

机身，具有容纳腔；

活塞部件，可活动的安装于所述容纳腔内，包括活塞本体和位于所述活塞本体中的活塞腔，以及与所述容纳腔连通的进气孔和多个排气孔，多个所述排气孔均匀开设于所述活塞本体的侧壁，所述进气孔位于所述活塞本体的底壁；

粉末冶金多孔体，安装于所述活塞腔内，与多个所述排气孔对齐，用于工质气体经过所述粉末冶金多孔体节流排向所述排气孔；

气体适于通过所述进气孔进入所述活塞腔，并在所述活塞腔中形成高压，高压气体适于穿过所述粉末冶金多孔体，并通过多个所述排气孔进入所述活塞本体和所述机身之间的间隙，形成气膜。

本专利通过增设活塞部件粉末冶金多孔气体轴承装置，工质气体通过所述单向阀组件进入所述活塞腔，在所述活塞腔内形成高压，工质气体经过所述粉末冶金多孔体通过所述排气孔进入到所述活塞本体与所述机身之间的间隙形成气膜，在气膜作用下保持所述活塞本体与所述机身间始终处于分离状态，减小活塞与机身摩擦，形成气体轴承结构。

进一步优选地，所述活塞本体包括活塞筒和活塞盖，所述活塞盖置于所述活塞筒顶部。通过对所述活塞本体结构拆分，使所述粉末冶金多孔体在安装时更便于操作。

进一步优选地，所述进气孔处设有单向阀组件，所述单向阀组件包括螺钉、簧片、过滤网以及进气孔衬套，所述进气孔衬套和所述过滤网安装于所述进气孔内，所述簧片一端用所述螺钉固定与所述活塞本体的底壁上，另一端紧贴与所述进气孔。通过在所述进气口处增设单向阀组件，工质气体向上通过进气孔能够很轻易推开簧片，进入所述活塞腔，反之工质气体向下运动时气压将簧片向下压紧活塞筒底部，簧片将覆盖进气孔阻止工质流出，能够使得所述活塞腔形成始高压状态。

进一步优选地，所述粉末冶金多孔体为不锈钢粉末在半熔融状态下冶炼制造的多孔质金属。通过这种工艺得到的粉末冶金多孔体，在金属颗粒之间会形成大量微米级空隙，形成多孔体状态，可以使气流流过，将所述活塞腔内的高压工质气体通过这些微米级空隙节流进入所述排气孔，流入到机身与活塞本体之间的间隙，形成气膜。

进一步优选地，所述粉末冶金多孔体上下端面以及侧面的上下沿边位置进行磨削加工，且磨削加工的表面进行涂塑处理。通过磨削加工，将粉末冶金多孔体表面的微型孔挤压填实，使得工质气体不从加工处流出。在磨削加工表面进行涂塑处理形成塑料涂层，能够进一步将磨削面进行密封，让工质气体只从粉末冶金多孔体内部流向排气孔。

进一步优选地，所述活塞筒的排气孔处设有凹槽结构。通过在所述排气孔处开设凹槽结构，能够将经过粉末冶金多孔体节流的工质气体从所述排气孔处的凹槽结构更快进入到间隙，减小所述排气孔处的阻力，更快形成气膜形成保护。

进一步优选地，所述粉末冶金多孔体与所述活塞筒内壁之间的配合为过盈配合。通过两者间的过盈配合，再结合上述磨削加工面以及表面进行涂塑处理，形成更好的密封装置，使得工质气流只能从粉末冶金多孔体内壁面进入多孔体内部，从外壁面(未进行磨削加工以及涂塑处理位置)流出。

本发明的技术效果在于：

自由活塞斯特林制冷机运行过程中，工质气体通过所述活塞本体底部的单向阀组件进入所述活塞腔内，经过所述粉末冶金多孔体节流后，工质通过所述排气孔进入到机身与活塞本体之间的间隙，形成气膜，在气膜作用下保持活塞与机身间始终处于分离状态，减小活塞与机身摩擦，形成气体轴承结构。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1为本发明活塞部件粉末冶金多孔体气体轴承装置总体结构图。

图2为本发明活塞部件粉末冶金多孔体气体轴承装置零件组装图。

图3为本发明活塞部件粉末冶金多孔体气体轴承装置俯视图。

图4为本发明粉末冶金多孔体加工示意图。

图5为本发明粉末冶金多孔体组件结构图。

附图标号说明：1-机身，10-容纳腔，11-间隙，2-活塞部件，20-活塞盖，21-活塞腔，22活塞筒，23-排气孔，24-凹槽，25-进气孔，3-粉末冶金多孔体组件，30-粉末冶金多孔体，31-塑料涂层，4-单向阀组件，40-螺钉，41-簧片，42进气孔衬套，43-过滤网。

具体实施方式

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，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

参考说明书附图1至附图5，活塞部件粉末冶金多孔气体轴承装置，包括：机身1、活塞部件2、粉末冶金多孔体组件3以及单向阀组件4。

所述机身1，具有容纳腔10。所述活塞部件2，可活动的安装于所述所述容纳腔10内，包括活塞本体和位于所述活塞本体中的活塞腔21，以及与所述活塞腔21连通的进气孔25和多个排气孔23，多个所述排期孔23均匀开设于所述活塞本体的侧壁，所述进气孔25位于所述活塞本体的底壁。所述粉末冶金多孔体30，安装于所述活塞腔内21侧壁上，与所述排气孔23对齐，用于工质气体经过所述粉末冶金多孔体30节流排向所述排气孔23。工质气体适于通过所述进气孔25进入所述活塞腔21，并在所述活塞腔21中形成高压，高压气体适于穿过所述粉末冶金多孔体30，并通过多个所述排气孔23进入所述机身与所述活塞本体之间的间隙11，形成气膜。

本专利通在所述活塞腔内21部增设一个粉末冶金气体轴承多空体30，工质气体通过安装在所述活塞本体底壁上的单向阀组件4进入所述活塞腔21，工质气体经过所述粉末冶金多孔体30上的微孔进行节流，在所述活塞腔21内形成高压，然后从所述排气孔23进入到所述机身1与所述活塞本体之间的空隙11，形成气膜，在气膜作用下，始终保持所述活塞本体与所述机身1之间处于分离状态，减小所述活塞本体与所述机身1之间的摩擦，形成气体轴承。

所述活塞本体包括活塞筒22和活塞盖20，所述活塞盖20置于所述活塞筒22顶部。本专利通过将所述活塞本体拆分成活塞筒22和活塞盖20，主要是方便了所述粉末冶金多孔体30的安装，安装时只需要将所述活塞盖20打开，将所述粉末冶金多孔体30压合进去，然后再讲所述活塞盖20安装上即可。

所述进气口25处设有单向阀组件4，所述单向阀组件4包括螺钉40、簧片41、过滤网43以及进气孔衬套42，所述进气孔衬套42和所述过滤网43安装于所述进气孔25内，所述进气孔衬套42用于支撑所述过滤网43，所述过滤网43对工质气体进行过滤，防止异物堵塞，所述簧片41一端用所述螺钉40固定与所述活塞本体的底壁上，另一端紧贴与所述进气孔25。通过在所述进气孔25处增设一个单向阀组件4，当工质气体从所述单向阀组件4进入所述活塞腔21时，在所述簧片41的作用下，工质气体只能进，不能流出，在所述活塞腔21内形成高压，使得所述活塞腔21内的气体压强足够大，为后续形成气膜撑提供保障。

所述粉末冶金多孔体30，主要为不锈钢粉末在半熔融状态下冶炼制造的多孔质金属。在这种工艺下得到的粉末冶金多孔体30，内部会形成大量微米级空隙，形成多孔体状态，可使气流从中通过，经过所述粉末冶金多孔体30内的微米级空隙节流，所述活塞腔内21的高压气流从空隙进入到排气孔23至所述机身1与所述活塞本体间的间隙11。

所述粉末冶金多孔体30上下端面以及侧面的上下沿边位置进行磨削加工，且磨削加工的表面进行涂塑处理。所述粉末冶金多孔体30安装在所述活塞腔内21，与所述活塞筒22侧面上的排气孔23对齐。上述粉末冶金多孔30体表面的塑料涂层31外径应大于上述活塞内径，粉末冶金多孔体30安装到活塞内部时表面涂层需要被压缩形成密封，形成较好的密封性能。保证工质经过粉末冶金多孔体30节流后从所述排气孔23流出，进入到上述机身1与活所述塞本体之间的隙11中形成气膜。

所述活塞筒22侧壁上的排气孔23处设有凹槽24结构。通过增设一个凹槽24结构，让工质气体从所述排气孔23处进入间隙11受到更小的阻力，让工质气体快速进入间隙11，从而快速形成气膜对所述活塞本体和所述机身1进行支撑保护。

所述粉末冶金多孔体30与所述活塞筒22内壁之间的配合为过盈配合。通过二者之间的过盈配合和在所述粉末冶金多孔体30上下两端以及侧面磨削面的塑料涂层31，形成更强的密封性能，从而保证工质气体只从所述粉末冶金多孔体内部的微米级空隙节流进入所述排气孔23，在高压腔气体作用下在间隙11中形成气膜。

实施例2

斯特林制冷机，包括斯特林制冷机主体，上述实施例1所述的活塞部件粉末冶金多孔体气体轴承装置，所述活塞部件粉末冶金多孔体气体轴承装置安装于所述斯特林制冷机主体内。自由活塞斯特林制冷机工作过程中，工质气体通过所述活塞本体底壁上的单向阀组件4进入所述活塞腔21内，由于在所述活塞腔21内设有所述粉末冶金多孔体30，在所述活塞腔21内形成高压，工质气体经过所述粉末冶金多孔体30内的微米级空隙节流进入所述排气孔23，然后进入到所述机身1与所述活塞本体之间的间隙11，形成气膜，在气膜作用下保持活塞与机身1间始终处于分离状态，减小活塞与机身1摩擦，形成气体轴承结构。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.活塞部件粉末冶金多孔体气体轴承装置，其特征在于，包括：

机身，具有容纳腔；

活塞部件，可活动的安装于所述容纳腔内，包括活塞本体和位于所述活塞本体中的活塞腔，以及与所述容纳腔连通的进气孔和多个排气孔，多个所述排气孔均匀开设于所述活塞本体的侧壁，所述进气孔位于所述活塞本体的底壁；

粉末冶金多孔体，安装于所述活塞腔内，与多个所述排气孔对齐，用于工质气体经过所述粉末冶金多孔体节流排向多个所述排气孔；

气体适于通过所述进气孔进入所述活塞腔，并在所述活塞腔中形成高压，高压气体适于穿过所述多孔体，并通过多个所述排气孔进入所述活塞本体和所述机身之间的间隙，形成气膜。

2.根据根据权利要求1所述的活塞部件粉末冶金多孔体气体轴承装置，其特征在于：

所述活塞本体包括活塞筒和活塞盖，所述活塞盖置于所述活塞筒顶部。

3.根据根据权利要求1所述的活塞部件粉末冶金多孔体气体轴承装置，其特征在于：

所述进气口处设有单向阀组件，所述单向阀组件包括螺钉、簧片、过滤网以及进气孔衬套，所述进气孔衬套和所述过滤网安装于所述进气孔内，所述簧片一端用所述螺钉固定与所述活塞本体的底壁上，另一端紧贴与所述进气孔。

4.根据权利要求1所述的活塞部件粉末冶金多孔体气体轴承装置，其特征在于：

所述粉末冶金多孔体为不锈钢粉末在半熔融状态下冶炼制造的多孔质金属。

5.根据权利要求4所述的活塞部件粉末冶金多孔体气体轴承装置，其特征在于：

所述粉末冶金多孔体上下端面以及侧面的上下沿边位置进行磨削加工，且磨削加工的表面进行涂塑处理。

6.根据权利要求2所述的活塞部件粉末冶金多孔体气体轴承装置，其特征在于：

所述活塞筒的排气孔处设有凹槽结构。

7.根据权利要求1所述的活塞部件粉末冶金多孔体气体轴承装置，其特征在于：

所述粉末冶金多孔体与所述活塞筒内壁之间的配合为过盈配合。

8.斯特林制冷机，其特征在于，包括：

斯特林制冷机本体；

如上述权利要求1至7所述的活塞部件粉末冶金多孔体气体轴承装置，所述活塞部件粉末冶金多孔体气体轴承装置安装于所述斯特林制冷机本体内。

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