CN203688253U - 一种分置式斯特林制冷机调试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种分置式斯特林制冷机调试装置。包括调节螺杆、设在调节螺杆外周的波纹管和设在波纹管外周的支架。支架通过连接法兰与膨胀机气缸相连，波纹管一端与连接法兰固定连接，另一端与调节螺杆固定连接，调节螺杆一端经连接法兰与膨胀机弹簧相连，另一端经支架的端部延伸出一延伸调节部，延伸调节部上设有调节螺母。连接法兰与膨胀机气缸之间、调节螺杆与所述的波纹管之间均设有密封件。支架有调节螺杆伸出的一端固定连接有挡圈。连接法兰内孔中固定连接有弹簧卡头，调节螺杆经弹簧卡头与膨胀机弹簧相连。本实用新型能有效缩短调试时间、提高调试效率，且无需反复调试，减少了工作量。

Description

一种分置式斯特林制冷机调试装置

技术领域

本实用新型涉及一种分置式斯特林制冷机调试装置。

背景技术

斯特林制冷机是按逆向斯特林循环工作的气体回热式闭循环制冷机，具有结构紧凑、工作温度范围宽、启动快、效率高、可靠耐用等优点，现被广泛地应用于军事、航天、超导、红外探测等领域。斯特林制冷机分为整体式制冷机和分置式制冷机，其中分置式斯特林制冷机属于由两个分离的往复运动气缸组成的活塞-排出器型制冷机，膨胀机气缸中的排出器与曲轴没有机械连接，可在气缸中自由移动。因此，分置式斯特林制冷机的主要问题是如何维持膨胀机活塞在膨胀机气缸中的正确行程，并且保持与压缩机的运动具有合适的相位关系。

膨胀机活塞由压缩机产生的周期性压力波所驱动，膨胀机活塞及其支撑弹簧组成一个受迫振动系统。气体在膨胀机活塞中运动及气体压力的变化形成了系统阻尼，产生的阻尼力能产生合适的相位差，使膨胀机活塞的运动比压缩机活塞的运动总是超前一个相位角，从而产生有效的制冷效率。因斯特林制冷机是机电一体化产品，实际工况下的计算需要假设和忽略很多因素，并且国内机械加工件的一致性较难保证。因此，膨胀机的设计是先通过理论计算出膨胀机活塞在膨胀机气缸中的正确行程及膨胀机弹簧的刚度，再进行一些调试，从而获得膨胀机最佳的参数。目前，在分置式斯特林制冷机的膨胀机调试过程中，先通过计算得到膨胀机弹簧的刚度，考虑到计算结果的不精确性，再在计算范围内进行重复调试试验获得最佳参数。每次试验都经由拆装、检漏、抽真空、充气、降温、加载等多个步骤完成，且需进行反复拆装改变参数并试验，增加了调试人员的工作量，浪费时间和资源，效率较低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种分置式斯特林制冷机调试装置，该调试装置能够有效缩短调试时间、提高调试效率，且无需反复调试，减少了工作量。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种分置式斯特林制冷机调试装置，包括调节螺杆、设在调节螺杆外周的波纹管和设在波纹管外周的支架，所述的支架通过连接法兰与膨胀机气缸相连，所述的波纹管一端与连接法兰固定连接，另一端与调节螺杆固定连接，所述的调节螺杆一端经连接法兰与膨胀机弹簧相连，另一端经所述支架的端部延伸出一延伸调节部，所述的延伸调节部上设有调节螺母。

所述的连接法兰与膨胀机气缸之间、所述的调节螺杆与所述的波纹管之间均设有密封件。

所述支架有调节螺杆伸出的一端固定连接有挡圈，所述的调节螺杆经挡圈和支架延伸出一延伸调节部。

所述的连接法兰的内孔中固定连接有弹簧卡头，所述的调节螺杆经弹簧卡头与膨胀机弹簧相连。

所述的调节螺杆上设有法兰，所述的波纹管通过法兰与所述的调节螺杆固定连接。

所述的密封件为O型密封圈。

本实用新型的原理：

利用斯特林制冷机动力学模型，建立膨胀机谐振的振动方程                                                

。从该方程可知，通过调整系统的刚度M，可使压缩机与膨胀机相互匹配，保持运动具有合适的相位关系。通过调整膨胀机弹簧的有效长度，进而调整膨胀机的整个综合刚度值，使得膨胀机综合刚度与综合质量比值尽量接近(2πf)²，从而能够保证膨胀机工作在谐振状态。这样就能将压缩机与膨胀机有效地匹配起来，保持运动具有合适的相位关系，使制冷效果更加优化。

分置式斯特林制冷机调试是制冷机最关键的工艺之一，通过分置式斯特林制冷机调试装置，可在不考虑制冷机膨胀机网片装配质量、膨胀机弹簧刚度、膨胀机加工精度等单个影响因素，利用膨胀机弹簧对膨胀机综合刚度的影响，改变膨胀机弹簧刚度，使膨胀机与压缩机输出的压力波正确地匹配起来。这不仅减少了根据经验进行盲调的次数，大大缩短了调试时间，还提高了制冷机调试生产效率及成功率。

本实用新型的优点：

（1）本实用新型通过调整膨胀机弹簧的有效长度，进而调整膨胀机的整个综合刚度值，使得膨胀机综合刚度与综合质量比值接近(2πf)²，从而保证膨胀机工作在谐振状态，使压缩机与膨胀机相匹配并保持运动具有合适的相位关系，使制冷效果更加优化。

（2）本实用新型通过旋转调节螺母，使调节螺杆沿轴线上下往复运动，进而带动膨胀机弹簧上下往复运动，从而可确定膨胀机弹簧的有效长度。因为调节螺母的旋转精度很高，所以通过紧密螺纹的微小调整，就可实现膨胀机弹簧有效长度的微小调整，从而能够保证调试结果的精度和准确性。

（3）本实用新型通过在连接法兰内孔中固定连接有弹簧卡头，能够对进行上下往复运动的膨胀机弹簧进行有效卡紧和定位。当膨胀机弹簧到达有效长度位置时，弹簧卡头可对该位置进行准确标记，从而保证调试过程的顺利进行。

（4）本实用新型通过在调节螺杆外周设置两端固定的波纹管，使其内部形成封闭腔体，可使调试装置与膨胀机的压力保持平衡，从而保证对膨胀机调试过程的稳定性及调试结果的准确性。

（5）本实用新型通过在连接法兰与膨胀机气缸之间设有密封件，能够保证调试装置与膨胀机的气密性，使调试结果更加准确；通过在调节螺杆与波纹管之间设有密封件，可有效防止波纹管中的压力波对制冷机压力波的干扰，从而保证制冷机的性能稳定性。

（6）本实用新型通过在调节螺杆圆周外侧设有挡圈，能够有效防止调节螺杆沿圆周方向转动，提高调试装置工作的稳定性，缩短调试时间。

综上所述，本实用新型可实现制冷机测试过程中的参数调节，提高调节效率，缩短斯特林制冷机的研发周期。本实用新型所述的分置式斯特林制冷机调试装置，结构简单、操作方便、制作成本低。在膨胀机弹簧刚度的调试过程中，无需进行反复拆装改变参数并试验，这不仅减少了调试人员的工作量，节约了时间和资源，还大大提高了调试效率。

附图说明

图1是本实用新型分置式斯特林制冷机调试装置调试原理图；

图2是本实用新型分置式斯特林制冷机调试装置结构示意图；

图3是本实用新型的调节螺杆的结构示意图；

图4是调节密封装置图。

其中：

1、膨胀机活塞，2、膨胀机气缸，3、膨胀机弹簧，4、弹簧卡头，5、调节螺杆，6、波纹管，7、调节螺母，8、O型密封圈一，9、连接法兰，10、O型密封圈二，11、支架，12、挡圈，13、法兰。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图1-4所示的一种分置式斯特林制冷机调试装置，包括调节螺杆5、设在调节螺杆5外周的波纹管6和设在波纹管6外周的支架11。所述的支架11通过连接法兰9与膨胀机气缸2相连。所述的波纹管6一端与连接法兰9固定连接，另一端与调节螺杆5固定连接。所述的调节螺杆5一端经连接法兰9与膨胀机弹簧3相连，另一端经所述支架11的端部延伸出一延伸调节部，所述的延伸调节部上设有调节螺母7。优选的，所述的连接法兰9的内孔中固定连接有弹簧卡头4，所述的调节螺杆5经弹簧卡头4与膨胀机弹簧3相连。在膨胀机弹簧3运动过程中，弹簧卡头4能对弹簧机弹簧3进行有效的卡紧并对弹簧有效长度位置进行准确标记。

通过将波纹管两端固定，使其内部形成封闭腔体，可使调试装置与膨胀机的压力保持平衡。通过旋转调节螺母7，可使调节螺杆5沿轴向上下往复运动，进而带动膨胀机弹簧上下往复运动。根据外部检测装置的实时检测数值，当达到膨胀机弹簧的有效长度之后，就停止旋转调节螺母。此时根据弹簧卡头4对膨胀机弹簧的夹紧位置来对膨胀机弹簧的有效长度进行确定。因为调节螺母7的旋转精度很高，所以通过紧密螺纹的微小调整，就可实现膨胀机弹簧有效长度的微小调整，保证了调试结果的精度和准确性。

进一步的，所述的连接法兰9与膨胀机气缸2之间、所述的调节螺杆5与所述的波纹管6之间均设有密封件。优选的，所述的密封件为O型密封圈。所述的连接法兰9与膨胀机气缸2之间设有O型密封圈一8，所述的调节螺杆5与所述的波纹管6之间设有O型密封圈二10。通过设置O型密封圈一8，能够保证调试装置与膨胀机的气密性，使调试结果更加准确；通过设置O型密封圈二10，可有效防止波纹管6中的压力波对制冷机压力波的干扰，从而保证制冷机的性能稳定性。

进一步的，所述支架11有调节螺杆伸出的一端固定连接有挡圈12，所述的调节螺杆5经挡圈12和支架11延伸出一延伸调节部。具体地说，挡圈是一个紧固在轴上的圈形机件，可以防止装在轴上的其他零件窜动。挡圈12通过螺栓与支架11固定连接。通过在调节螺杆5的外周设置挡圈12，能够有效防止调节螺杆5沿圆周方向发生窜动，提高调试装置工作的稳定性。 

更进一步的，所述的调节螺杆5上设有法兰13，所述的波纹管6通过法兰13与所述的调节螺杆5固定连接。优选的，将波纹管6的一端与连接法兰9焊接在一起，另一端与调节螺杆5上的法兰13焊接在一起。通过将波纹管的两端都固定住，能确保调试装置的密封性。

本实用新型的具体使用过程如下：

如图1所示的分置式斯特林制冷机调试装置调试原理图，利用连接法兰9与螺栓将分置式斯特林制冷机调试装置与膨胀机装配成一体，并采用O型密封圈进行密封，从而保证调试装置与膨胀机的密封性和调试结果的准确性。在连接法兰9的内孔中固定连接有弹簧卡头4，弹簧卡头4可对膨胀机弹簧3保持一定的夹紧力。调节螺杆5一端经过弹簧卡头4与膨胀机弹簧3相连，另一端经过与支架固定连接的挡圈12和支架11延伸到支架外侧得到一延伸调节部，在调节螺杆5伸出支架11的一端上安装有调节螺母7。通过旋转调节螺母7，可使调节螺杆沿轴向直线上下往复运动，进而带动膨胀机弹簧沿轴向直线运动。当膨胀机弹簧3运动到弹簧卡头4的部位时，膨胀机弹簧3被弹簧卡头4卡紧。首先，根据理论计算得到的膨胀机弹簧刚度的计算结果，在一定范围内使旋转调节螺母7，使调节螺杆5带动膨胀机弹簧3上下往复运动。其次，根据外部检测装置的实时检测值，确定最佳参数。再次，根据弹簧卡头4对膨胀机弹簧3的夹紧位置来确定膨胀机弹簧3的有效长度。本实用新型所述的分置式斯特林制冷机调试装置，通过调节系统的刚度，将压缩机与膨胀机匹配起来，提高了制冷机的调试效率。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种分置式斯特林制冷机调试装置，其特征在于：包括调节螺杆（5）、设在调节螺杆（5）外周的波纹管（6）和设在波纹管（6）外周的支架（11），所述的支架（11）通过连接法兰（9）与膨胀机气缸（2）相连，所述的波纹管（6）一端与连接法兰（9）固定连接，另一端与调节螺杆（5）固定连接，所述的调节螺杆（5）一端经连接法兰（9）与膨胀机弹簧（3）相连，另一端经所述支架（11）的端部延伸出一延伸调节部，所述的延伸调节部上设有调节螺母（7）。

2.根据权利要求1所述的一种分置式斯特林制冷机调试装置，其特征在于：所述的连接法兰（9）与膨胀机气缸（2）之间、所述的调节螺杆（5）与所述的波纹管（6）之间均设有密封件。

3.根据权利要求1所述的一种分置式斯特林制冷机调试装置，其特征在于：所述支架（11）有调节螺杆（5）伸出的一端固定连接有挡圈（12），所述的调节螺杆（5）经挡圈（12）和支架（11）延伸出一延伸调节部。

4.根据权利要求1所述的一种分置式斯特林制冷机调试装置，其特征在于：所述的连接法兰（9）的内孔中固定连接有弹簧卡头（4），所述的调节螺杆（5）经弹簧卡头（4）与膨胀机弹簧（3）相连。

5.根据权利要求1所述的一种分置式斯特林制冷机调试装置，其特征在于：所述的调节螺杆（5）上设有法兰（13），所述的波纹管（6）通过法兰（13）与所述的调节螺杆（5）固定连接。

6.根据权利要求2所述的一种分置式斯特林制冷机调试装置，其特征在于：所述的密封件为O型密封圈。

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