CN218936702U - 一种斯特林制冷机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种斯特林制冷机，包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体与所述第二壳体均配置有密封法兰并相应地进行法兰装配，由所述第一壳体与所述第二壳体所限定的腔内填充有制冷工质，还包括环形密封件；两个密封法兰的法兰面上均设有环形密封槽，所述密封件嵌设于两个法兰面上的密封槽内并且填满两个法兰面上的密封槽。本实用新型中，由于密封件分别填满两个密封法兰上的环形密封槽，极大地增加了机壳内的高压制冷工质经密封法兰之间的间隙逃逸泄漏的难度，从而有效地提高机壳的结构密封性，防止因高压制冷工质泄漏而影响制冷机的正常工作。

Description

一种斯特林制冷机

技术领域

本实用新型涉及一种斯特林制冷机。

背景技术

红外探测器是红外技术的核心部件，也是红外技术发展的先导。红外探测器在导弹制导、航天探测、预警卫星和侦察等民用和军事等方面具有十分广泛的应用。氦气泄漏率是制冷型红外探测器的重要特性之一，制冷型红外探测器的核心部件之一为斯特林制冷机，斯特林制冷机内部充注高压氦气，运行时氦气工质在制冷机内部经历压缩-膨胀循环，达到制冷的效果。一般由斯特林制冷机驱动的制冷型红外探测器通过机械密封达到防止氦气泄漏至探测器外部的目的，主要是在一侧密封法兰上设计密封槽用于放置密封金属圈，通常为环形，宽度为0.8mm左右；然而，这种密封方式对密封金属圈的外观质量及装配操作要求高，在零件加工、清洗、尺寸测量及组件装配过程中易造成密封面损伤，形成高压气体流动的通道，生产过程中装配完成后在各种环境应力作用下，容易出现氦气分子从密封间隙泄漏至探测器外部的情况，进而导致探测器内部气体压力降低，影响探测器的性能，严重情况下无法满足探测器所需的制冷时间，甚至达不到探测器芯片所需的制冷温度，最终使探测器失效。

实用新型内容

本实用新型涉及一种斯特林制冷机，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本实用新型涉及一种斯特林制冷机，包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体与所述第二壳体均配置有密封法兰并相应地进行法兰装配，由所述第一壳体与所述第二壳体所限定的腔内填充有制冷工质，其特征在于：还包括环形密封件；两个密封法兰的法兰面上均设有环形密封槽，所述密封件嵌设于两个法兰面上的密封槽内并且填满两个法兰面上的密封槽。

作为实施方式之一，至少其中一法兰面上的密封槽有多个。

作为实施方式之一，法兰面上有多个密封槽时，各密封槽在该法兰面上呈同心圆分布。

作为实施方式之一，至少部分密封槽为V型槽。

作为实施方式之一，所述密封件为软金属密封件。

作为实施方式之一，所述第一壳体的密封法兰的法兰面上形成有环形限位凸台，所述限位凸台嵌插至所述第二壳体的密封法兰的内环中。

作为实施方式之一，该斯特林制冷机还包括转轴；所述第一壳体内设有动力单元，所述第二壳体内设有传动结构，所述转轴的一端位于所述第一壳体内并与所述动力单元连接，所述转轴的另一端位于所述第二壳体内并与所述传动结构连接。

作为实施方式之一，所述动力单元包括相配合的电机定子和电机转子，所述转轴与所述电机转子连接。

作为实施方式之一，所述传动结构包括安装在所述转轴上的偏心轮，所述偏心轮通过压缩连杆与压缩活塞连接，所述偏心轮通过推移连杆与推移活塞连接。

作为实施方式之一，所述转轴的两端分别套装有轴承并且通过轴承座承接所述轴承，其中一所述轴承座安设在所述第二壳体内，另一所述轴承座安设在所述第一壳体内。

本实用新型至少具有如下有益效果：本实用新型中，由于密封件分别填塞两个密封法兰上的环形密封槽，极大地增加了机壳内的高压制冷工质经密封法兰之间的间隙逃逸泄漏的难度，从而有效地提高机壳的结构密封性，防止因高压制冷工质泄漏而影响制冷机的正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的斯特林制冷机的轴测图；

图2为本实用新型实施例提供的斯特林制冷机的剖视图；

图3为本实用新型实施例提供的配置有板弹簧的转轴的结构示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1和图2，本实用新型实施例提供一种斯特林制冷机，其机壳1包括第一壳体12和第二壳体11，所述第一壳体12与所述第二壳体11均配置有密封法兰14并相应地进行法兰装配，由所述第一壳体12与所述第二壳体11所限定的腔内填充有制冷工质。

其中，上述制冷工质一般为高压气体，包括但不限于采用氦气。

在其中一个实施例中，如图1～图3，该斯特林制冷机还包括转轴2；所述第一壳体12内设有动力单元，所述第二壳体11内设有传动结构，所述转轴2的一端位于所述第一壳体12内并与所述动力单元连接，所述转轴2的另一端位于所述第二壳体11内并与所述传动结构连接。

在其中一个实施例中，所述动力单元包括相配合的电机定子和电机转子，所述转轴2与所述电机转子连接。

在其中一个实施例中，上述传动结构包括安装在转轴2上的偏心轮，该偏心轮通过压缩连杆驱动压缩活塞等进行活动，以及该偏心轮通过推移连杆驱动推移活塞进行活动。

进一步优选地，如图2，制冷机还包括环形密封件6；两个密封法兰14的法兰面上均设有环形密封槽5，所述密封件6嵌设于两个法兰面上的密封槽5内并且填满两个法兰面上的密封槽5。

基于上述结构，由于密封件6分别填满两个密封法兰14上的环形密封槽5，极大地增加了机壳1内的高压制冷工质经密封法兰14之间的间隙逃逸泄漏的难度，从而有效地提高机壳1的结构密封性，防止因高压制冷工质泄漏而影响制冷机的正常工作。

在其中一个实施例中，至少其中一法兰面上的密封槽5有多个，则密封件6呈现出连续挤压变形的情况，制冷工质泄漏路径的曲折度显著地增加，具有迷宫密封效果，能进一步提高机壳1的结构密封性。进一步地，法兰面上有多个密封槽5时，各密封槽5在该法兰面上呈同心圆分布。

当其中一个法兰面上设有多个密封槽5(定义为第一密封槽)、另一个法兰面上的密封槽5(定义为第二密封槽)为一个时，各第一密封槽的槽口优选为均位于第二密封槽的槽口范围内，密封件6的主体收容在第二密封槽内、凸出部分被挤压进入各第一密封槽内。基于该结构，可以降低密封件6损伤的概率，提高密封件6的使用寿命。

在其中一个实施例中，如图2，至少部分密封槽5为V型槽51，密封件6与V型密封槽51之间的接触紧密度较高，能相应地提高密封效果；当部分密封槽5为矩形槽、部分密封槽5为V型槽51时，可以形成面密封与线密封相结合的密封形式，在有限的尺寸空间内增加密封面积，进一步增大高压制冷工质泄漏过程中的阻力。可选地，如图2，上述第二密封槽5为矩形槽，上述第一密封槽5为V型槽51，采用一个矩形槽配合多个V型槽51的密封结构，能获得较高的密封可靠性。

其中，密封件6的主体嵌设于其中一法兰面上的密封槽5内，该密封槽5可采用相对较大的槽深；除主体部分外，密封件6的挤压部分填塞另一法兰面上的密封槽5，该密封槽5可采用相对较小的槽深，以保证密封件6与各密封槽5之间的接触紧密度。

在其中一个实施例中，所述密封件6为软金属密封件，包括但不限于采用锡、银、铜等软金属制备。

进一步优选地，如图2，所述第一壳体12的密封法兰14的法兰面上形成有环形限位凸台141，所述限位凸台141嵌插至所述第二壳体11的密封法兰14的内环中，该结构能较好地限制第一壳体12与第二壳体11之间的径向窜动，进一步提高轴系运动的稳定性。

实施例二

本实用新型实施例提供一种旋转式斯特林制冷机，可作为上述实施例一中的斯特林制冷机的优化方案。

如图1和图2，该旋转式斯特林制冷机包括机壳1和转轴2，所述机壳1内设有两组轴承座3，所述转轴2的两端分别安装在两组轴承座3上，至少其中一组轴承座3为浮置轴承座3；所述机壳1内匹配性地设置有导向座13，所述浮置轴承座3活动设置在所述导向座13上并且活动方向平行于转轴2轴向，所述浮置轴承座3配置有轴向缓冲结构。

其中，浮置轴承座3与导向座13导向配合，也即导向座13可以对浮置轴承座3的轴向活动进行可靠导向，限制浮置轴承座3的其他方向的活动，可以保证浮置轴承座3及转轴2的活动顺畅性、位置准确性和工作可靠性。在其中一个实施例中，如图2，于所述导向座13上开设有导向槽，所述浮置轴承座3活动设置在对应的导向槽内并且与导向槽槽壁之间间隙配合，该导向槽的槽深方向是平行于转轴2轴向的。

进一步地，如图2，上述导向槽为阶梯形槽，浮置轴承座3的外围侧壁对应地呈阶梯状，基于该结构，一方面能形成多级导向结构，提高导向可靠性，另一方面，阶梯形槽的阶梯面能起到行程约束的作用。

在可选的实施方案中，在上述阶梯形槽的阶梯面和/或槽底设置有缓冲垫，可以起到缓冲作用，更好地保护转轴2等相关零件；该缓冲垫可以相应地形成上述轴向缓冲结构。

在其中一个实施例中，如图2和图3，上述轴向缓冲结构包括板弹簧4，所述板弹簧4与对应的导向座13连接。

其中，上述板弹簧4为阿基米德螺线型板弹簧，其板面优选为与转轴2的轴向垂直，保证能可靠地发挥约束和缓冲作用。

在优选的方案中，所述板弹簧4为环形板弹簧，所述板弹簧4的内环与所述浮置轴承座3同轴固连，所述板弹簧4的外环与对应的导向座13固连；基于该结构，能保证浮置轴承座3的各向受力均匀性，避免浮置轴承座3与导向座13之间的摩擦阻力过大而影响转轴2的轴向可活动性、造成制冷机工作异常。

其中，板弹簧4与浮置轴承座3之间优选为采用可拆卸连接方式，例如所述板弹簧4的内环通过多颗第一螺纹紧固件与所述浮置轴承座3连接，第一螺纹紧固件可以为螺钉等，各第一螺纹紧固件优选为沿板弹簧4的周向均匀间隔分布，保证板弹簧4变形程度的均匀性；板弹簧4与导向座13之间也优选为采用可拆卸连接方式，例如所述板弹簧4的外环通过多颗第二螺纹紧固件与所述导向座13连接，第二螺纹紧固件可以为螺钉等，各第二螺纹紧固件沿所述板弹簧4的周向均匀间隔分布，保证板弹簧4变形程度的均匀性。

在上述设有导向槽的方案中，优选地，所述板弹簧4连接在对应导向槽的槽口周围。

在其中一个实施例中，所述板弹簧4与所述导向座13之间的连接处夹设有垫块41，避免板弹簧4与导向座13直接接触。

上述导向座13位于机壳1内，其可与机壳内壁一体成型，例如在机壳内壁上一体加工出上述的导向槽，其也可以是分体固定在机壳1内。

本实施例提供的斯特林制冷机，为转轴2配置轴承座3并且将轴承座3设计为浮置轴承座3，允许轴承座3及转轴2产生一定范围的轴向位移，避免转轴安装结构刚度过大而出现轴系运动失衡的情况，较好地规避噪音、焦温波动、电流波动等制冷机异常情况；轴承座3承接轴承31，维持轴承31的周向旋转运动，可以有效地维持转轴2及轴承31的工作稳定性，提高零部件使用寿命。

浮置轴承座3由于配置了轴向缓冲结构，可以起到缓冲作用，更好地保护转轴2等相关零件；其中，采用板弹簧4连接浮置轴承座3和导向座13时，板弹簧4既能起到缓冲作用，而且能较好地约束浮置轴承座3，提高轴系的工作可靠性和稳定性，从而提高制冷机的工作可靠性和制冷精度；板弹簧4具有精密加工特性，可以确保尺寸、刚度等参数的精度，实现精密装配，能显著地提高轴系运动的稳定性；在导向座13对浮置轴承座3的约束作用以及板弹簧4对浮置轴承座3的约束作用下，可以相应地降低对轴承精度的要求，避免采用高精度轴承等精密零部件而带来的成本增加。

其中，优选为设计两组轴承座3均为浮置轴承座3，两组浮置轴承座3的浮动量互为约束、互为补充，能进一步提高轴系运动的稳定性和可靠性。当仅设计其中一组轴承座3为浮置轴承座3时，另一轴承座3内的轴承31相应地设计为可轴向窜动。

在制冷机结构尺寸允许的情况下，每组浮置轴承座3配置的板弹簧4可以不局限为一个，增加板弹簧4的数量时，可以相应地提高轴系运动的稳定性，对浮置轴承座3的轴向运动量的控制也更为精准。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种斯特林制冷机，包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体与所述第二壳体均配置有密封法兰并相应地进行法兰装配，由所述第一壳体与所述第二壳体所限定的腔内填充有制冷工质，其特征在于：还包括环形密封件；两个密封法兰的法兰面上均设有环形密封槽，所述密封件嵌设于两个法兰面上的密封槽内并且填满两个法兰面上的密封槽。

2.如权利要求1所述的斯特林制冷机，其特征在于：至少其中一法兰面上的密封槽有多个。

3.如权利要求2所述的斯特林制冷机，其特征在于：法兰面上有多个密封槽时，各密封槽在该法兰面上呈同心圆分布。

4.如权利要求1至3中任一项所述的斯特林制冷机，其特征在于：至少部分密封槽为V型槽。

5.如权利要求1所述的斯特林制冷机，其特征在于：所述密封件为软金属密封件。

6.如权利要求1所述的斯特林制冷机，其特征在于：所述第一壳体的密封法兰的法兰面上形成有环形限位凸台，所述限位凸台嵌插至所述第二壳体的密封法兰的内环中。

7.如权利要求1所述的斯特林制冷机，其特征在于：还包括转轴；所述第一壳体内设有动力单元，所述第二壳体内设有传动结构，所述转轴的一端位于所述第一壳体内并与所述动力单元连接，所述转轴的另一端位于所述第二壳体内并与所述传动结构连接。

8.如权利要求7所述的斯特林制冷机，其特征在于：所述动力单元包括相配合的电机定子和电机转子，所述转轴与所述电机转子连接。

9.如权利要求7所述的斯特林制冷机，其特征在于：所述传动结构包括安装在所述转轴上的偏心轮，所述偏心轮通过压缩连杆与压缩活塞连接，所述偏心轮通过推移连杆与推移活塞连接。

10.如权利要求7所述的斯特林制冷机，其特征在于：所述转轴的两端分别套装有轴承并且通过轴承座承接所述轴承，其中一所述轴承座安设在所述第一壳体内，另一所述轴承座安设在所述第二壳体内。

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