CN208312757U - 高可靠性低温制冷机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高可靠性低温制冷机，包括压缩机(1)、罩体组件(2)、配气阀(6)、旋转阀(7)、电机(12)、气缸(13)和环形槽(23)，所述环形槽(23)处的罩体组件(2)上设有连通环形槽(23)的低压排气孔(24)，该低压排气孔(24)的出口端通过低压吸气管路(1b)与压缩机的低压侧相连接；所述的旋转阀(7)上设有能够与环形槽(23)相连通的低压通道(73)，该低压通道(73)的另一端与旋转阀(7)上的低压槽(71)相连通。本实用新型通过低压排气孔和低压通道的设置，旋转阀和配气阀之间相对运动产生的粉末被低压回流的气体携带，直接通过罩体组件上的低压排气孔排出，提高设备的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及低温制冷机技术领域，具体地说是一种通过在罩体组件上开设低压排气孔以避免低压回流的气体经过驱动机构和动力机构的高可靠性低温制冷机。
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。图1为该类制冷机，由压缩机1提供排出的高压气流，经由配气机构RV(配气阀6和旋转阀7)进入到置于气缸13内、上下往复运动的推移活塞内，与蓄冷材料10c进行换热，再到膨胀腔9内做功膨胀，再经过推移活塞，流出配气机构，经由连杆5，凸轮3、罩体组件2上的低压腔22、电机12以及压缩机1的低压吸气管路1b，回到压缩机1的低压腔内。通过上述连续循环过程，形成制冷效应。通用的配气机构采用平面旋转阀，包含：旋转阀7和配气阀6两个主要部件，其中一个部件采用树脂耐磨材料，另一个部件采用金属材料做成。工作时，两个部件平面相互贴合，通过旋转阀7的转动，切换旋转阀7和配气阀6上的槽道的连通状态，实现高低压气流的切换；且贴合的过程通过配气机构两侧的压差来实现压紧。
具体来说，如图1所示的该类制冷机包含压缩机1、罩体组件2、气缸13、推移活塞10，罩体组件2内装有连杆5、电机12以及驱动的凸轮3，连杆5上下两端外侧有固定不动的导向套4，确保连杆5只沿着轴向上下往复运动；旋转阀7安装在轴承14上并沿着旋转轴转动。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，从而带动推移活塞在气缸13内上下运动。配气机构RV由配气阀6和旋转阀7组成，配气阀6安装在罩体组件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；配气阀6和切换侧流路的旋转阀7，使所述的旋转阀,7的切换面75与配气阀6的配气面61紧贴合在一起，且使旋转阀7旋转，以切换所述配气阀6配气侧流路与所述旋转阀7的切换侧流路的连接状态。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。高压排气管路1a将高压的制冷剂气体向罩体组件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，高压槽72不与低压槽71连通。旋转阀7上开有低压槽71，且低压槽71与罩体组件2内的低压腔22连通。按照图1所示位置，低压槽71与配气阀6上的配气孔63重叠连通，此刻，旋转阀7上的低压槽71、配气阀6上的配气孔63以及罩体组件2上的罩体气孔21三者连通，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的低压吸气管路1b。当旋转阀7旋转一定角度后，此时，低压槽71不与配气阀6上的配气孔63连通，变成为旋转阀7上的高压槽72与配气阀6上的配气孔63连通(未画出该配合关系)，此刻压缩机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以及配气孔63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，配气阀6与旋转阀7依靠压力差紧紧贴合起来，形成气密的滑动接触面。长期运行过程中，配气阀6与旋转阀7之间相互磨损产生大量的粉末和碎屑，随着低压回流的气流一起流动，逐渐积累在连杆5的表面上，随后在上下往复运动过程中，粉末进入到导向套4与连杆5之间的狭小缝隙内，容易造成卡滞现象；同时，剩余的粉末和碎屑继续随着气流的流动，进入到电机12内，集聚在电机12内部的定子和转子上，造成电机12运行工况恶化、负载增大、扭矩降低等问题；长期积累会造成驱动机构以及电机卡死。另外，通过大量的实验发现：在运行过程中，配气阀6与旋转阀7之间并非完全紧密贴合在一起。在图1所示的状态下，即制冷机处于低压气路连通状态时，配气阀6与旋转阀7之间的贴合面会被旋转阀7上的高压槽72内的高压气流瞬时冲开，使得轴承14右侧的环形槽23内形成短暂的压力气腔，且这时，环形槽23内的压力大于轴承14左侧的低压腔22内的压力，使得轴承14两侧形成压差；在这种情况下，磨损的粉末会随着高压气流喷射到环形槽23内，然后通过压差进入到轴承14内部，增加轴承14的机械磨损、降低轴承14的使用寿命。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种通过在罩体组件上开设低压排气孔以避免低压回流的气体经过驱动机构和动力机构的高可靠性低温制冷机。
本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的：
一种高可靠性低温制冷机，包括压缩机、罩体组件、配气阀、旋转阀、电机和气缸，配气阀和旋转阀的接触面周侧与罩体组件的内壁之间构成环形槽，其特征在于：所述环形槽处的罩体组件上设有连通环形槽的低压排气孔，该低压排气孔的出口端通过低压吸气管路与压缩机的低压侧相连接；所述的旋转阀上设有能够与环形槽相连通的低压通道，该低压通道的另一端与旋转阀上的低压槽相连通，使得罩体气孔、配气阀上的配气孔、低压槽、低压通道、环形槽、低压排气孔和低压吸气管路能够形成连通的低压气体通路。
所述的低压排气孔与配气阀上的配气孔、高压气孔不连通。
所述的低压排气孔的中轴线平行于配气阀的中轴线。
所述的低压排气孔与罩体气孔分别设置在配气阀的两侧。
所述的低压排气孔垂直与环形槽设置，且两者的连通处位于环形槽的槽腔中部。
所述的低压槽轴向贯穿旋转阀，以使得低压槽能够连通环形槽和罩体组件上封闭的低压腔。
所述的低压通道垂直于低压槽设置且两者的连接处偏向配气阀设置。
所述低压通道的截面呈L型。
所述旋转阀的切换面凸出于旋转阀的旋转基准面设置和/或配气阀的配气面凸出于配气阀的配气基准面设置，以增大环形槽的容积。
所述的制冷机包括吉福德-麦克马洪型制冷机、索尔文制冷机、脉管制冷机。
本实用新型相比现有技术有如下优点：
本实用新型通过低压排气孔和低压通道的设置，旋转阀和配气阀之间相对运动产生的粉末被低压回流的气体携带，直接通过罩体组件上的低压排气孔排出，使得低压回流的气体不经过连杆、凸轮等驱动机构、也不经过作为动力机构的电机，而直接排出至压缩机的吸气口，避免回流气体中的杂质与制冷机的驱动机构和动力机构接触，避免运动部件出现粉末卡滞现象、引起机械磨损，提高设备的使用寿命。
附图说明
附图1是表示传统低温制冷机的构成示意图；
附图2是本实用新型的低温制冷机罩体组件部分的构成示意图；
附图3是本实用新型的配气机构在低压气路连通状态时的结构示意图；
附图4是本实用新型的配气机构在高压气路连通状态时的结构示意图；
附图5是本实用新型的配气阀的详细结构示意图；
附图6是本实用新型的旋转阀的详细结构示意图。
其中：1—压缩机；1a—高压排气管路；1b—低压吸气管路；2—罩体组件；21—罩体气孔；22—低压腔；23—环形槽；24—低压排气孔；3—凸轮；31—偏心凸轮柄；4—导向套；5—连杆；6—配气阀；61—配气面；62—高压气孔；63—配气孔；64—配气基准面；7—旋转阀；71—低压槽；72—高压槽；73—低压通道；74—旋转基准面；75—切换面；8—热腔；9—膨胀腔；10a—活塞前孔；10b—活塞后孔；10c—蓄冷材料；12—电机；13—气缸；14—轴承；15—弹簧；16—定位销；b1—第一密封圈；b2—第二密封圈。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图2-6所示：一种高可靠性低温制冷机，包括压缩机1、罩体组件2、配气阀6、旋转阀7、电机12和气缸13，配气阀6和旋转阀7的接触面周侧与罩体组件2的内壁之间构成环形槽23，在环形槽23处的罩体组件2上设有连通环形槽23的低压排气孔24，该低压排气孔24的出口端通过低压吸气管路1b与压缩机的低压侧相连接；在旋转阀7上设有能够与环形槽23相连通的低压通道73，该低压通道73的另一端与旋转阀7上的低压槽71相连通，使得罩体气孔21、配气阀6上的配气孔63、低压槽71、低压通道73、环形槽23、低压排气孔24和低压吸气管路1b能够形成连通的低压气体通路。这样，在低温制冷机整个运行过程中，旋转阀7上的低压槽71、低压通道73、环形槽23以及低压排气孔24内的气流始终保持低压状态。当旋转阀7运行到图3所示位置时，低温制冷机处于低压阀门开启状态，回流的气体携带着磨损产生的粉末和碎屑从旋转阀7上的低压通道73流出，进入到环形槽23内，再通过低压排气孔23排出。
进一步的方案为：低压排气孔24与配气阀6上的配气孔63、高压气孔62不连通使得回流的气体能够按照规定的路线行进；低压排气孔24的中轴线平行于配气阀6的中轴线，低压排气孔24与罩体气孔21分别设置在配气阀6的两侧；低压排气孔24垂直与环形槽23设置，且两者的连通处位于环形槽23的槽腔中部；低压通道73垂直于低压槽71设置且两者的连接处偏向配气阀6设置，此时低压通道73的截面呈L型。
另外，低压槽71轴向贯穿旋转阀7，以使得低压槽71能够连通环形槽23和罩体组件2上封闭的低压腔22，但是低压腔22是封闭的死腔，低压气流不会沿着低压槽71流入，因此也就不会有粉末或碎屑流入到低压腔22内，避免碎屑和连杆5、凸轮3以及电机12接触。事实上，为封闭低压槽71和低压腔22的连通，是为了制冷机转配后抽真空并充入相应的气体。
另外，本实施方案确保了环形槽23内的气流不会通过轴承14流入到低压腔22内，而直接进入到低压排气孔24内，因此，避免了粉末和碎屑进入到轴承14内。
进一步说明的是，配气阀6外侧上放置有第一密封圈b1和第二密封圈b2，对罩体组件2进行侧向密封，确保配气孔63与罩体气孔21气密的连通。在图4状态下，旋转阀7的高压槽72将配气阀6上的高压气孔62与配气孔63连通，实现了高压进气的功能。
为降低低压流动排气过程的流动阻力，在实施过程中，尽可能增大环形槽23的容积。将配气阀6、旋转阀7设计成凸台结构，如图5、图6所示。旋转阀7的切换面75凸出于旋转阀7的旋转基准面74设置和/或配气阀6的配气面61凸出于配气阀6的配气基准面64设置，只让配气面61和切换面75贴合在一起，以增大环形槽23的容积。
另外，在本实施方式中，本实用新型的制冷机是阀门切换式的任何形式的低温制冷机，例如：吉福德-麦克马洪制冷机、索尔文制冷机、脉管制冷机等。
本实用新型通过低压排气孔24和低压通道73的设置，旋转阀7和配气阀6之间相对运动产生的粉末被低压回流的气体携带，直接通过罩体组件2上的低压排气孔24排出，使得低压回流的气体不经过连杆5、凸轮3等驱动机构、也不经过作为动力机构的电机12，而直接排出至压缩机的吸气口，避免回流气体中的杂质与制冷机的驱动机构和动力机构接触，避免运动部件出现粉末卡滞现象、引起机械磨损，提高设备的使用寿命。
以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内；本实用新型未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种高可靠性低温制冷机，包括压缩机(1)、罩体组件(2)、配气阀(6)、旋转阀(7)、电机(12)和气缸(13)，配气阀(6)和旋转阀(7)的接触面周侧与罩体组件(2)的内壁之间构成环形槽(23)，其特征在于：所述环形槽(23)处的罩体组件(2)上设有连通环形槽(23)的低压排气孔(24)，该低压排气孔(24)的出口端通过低压吸气管路(1b)与压缩机的低压侧相连接；所述的旋转阀(7)上设有能够与环形槽(23)相连通的低压通道(73)，该低压通道(73)的另一端与旋转阀(7)上的低压槽(71)相连通，使得罩体气孔(21)、配气阀(6)上的配气孔(63)、低压槽(71)、低压通道(73)、环形槽(23)、低压排气孔(24)和低压吸气管路(1b)能够形成连通的低压气体通路。
2.根据权利要求1所述的高可靠性低温制冷机，其特征在于：所述的低压排气孔(24)与配气阀(6)上的配气孔(63)、高压气孔(62)不连通。
3.根据权利要求1或2所述的高可靠性低温制冷机，其特征在于：所述的低压排气孔(24)的中轴线平行于配气阀(6)的中轴线。
4.根据权利要求1或2所述的高可靠性低温制冷机，其特征在于：所述的低压排气孔(24)与罩体气孔(21)分别设置在配气阀(6)的两侧。
5.根据权利要求1或2所述的高可靠性低温制冷机，其特征在于：所述的低压排气孔(24)垂直与环形槽(23)设置，且两者的连通处位于环形槽(23)的槽腔中部。
6.根据权利要求1所述的高可靠性低温制冷机，其特征在于：所述的低压槽(71)轴向贯穿旋转阀(7)，以使得低压槽(71)能够连通环形槽(23)和罩体组件(2)上封闭的低压腔(22)。
7.根据权利要求1或6所述的高可靠性低温制冷机，其特征在于：所述的低压通道(73)垂直于低压槽(71)设置且两者的连接处偏向配气阀(6)设置。
8.根据权利要求7所述的高可靠性低温制冷机，其特征在于：所述低压通道(73)的截面呈L型。
9.根据权利要求1所述的高可靠性低温制冷机，其特征在于：所述旋转阀(7)的切换面(75)凸出于旋转阀(7)的旋转基准面(74)设置和/或配气阀(6)的配气面(61)凸出于配气阀(6)的配气基准面(64)设置，以增大环形槽(23)的容积。
10.根据权利要求1所述的高可靠性低温制冷机，其特征在于：所述的制冷机包括吉福德-麦克马洪型制冷机、索尔文制冷机、脉管制冷机。
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| CN108645070B (zh) * | 2018-06-04 | 2023-08-29 | 中船重工鹏力（南京）超低温技术有限公司 | 高可靠性低温制冷机 |
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