CN110107476A - 斯特林制冷机直线压缩机活塞偏置的纠偏结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种斯特林制冷机直线压缩机活塞偏置的纠偏结构，本结构包括设于机壳内的压缩机组件、直线电机组件以及悬挂组件，其中悬挂组件包括板弹簧以及设于板弹簧两端的外垫圈，板弹簧设于机壳端部对压缩机组件活塞进行支撑并且通过外垫圈固定于机壳侧壁；本结构还包括弹簧组件，弹簧组件间隔设于板弹簧与机壳端部之间，弹簧组件包括弹簧支撑架和拉簧，弹簧支撑架两端分别连接板弹簧和机壳端部，拉簧套入弹簧支架并且一端固定连接机壳端部、另一端抵靠板弹簧。本结构克服传统压缩机活塞偏置解决方案的缺陷，其结构简单，容易加工制造并且安装，降低设备成本，能够较大程度限制压缩机活塞偏置现象，提高压缩机的制冷性能。

Description

斯特林制冷机直线压缩机活塞偏置的纠偏结构

技术领域

本发明涉及低温制冷机技术领域，尤其涉及一种斯特林制冷机直线压缩机活塞偏置的纠偏结构。

背景技术

原始斯特林循环是斯特林于1816年提出的发动机循环，1861年柯克等提出利用逆向斯特林循环可以制冷，到1954年荷兰菲利浦公司试制成功第一台斯特林制冷机，达到-194℃的低温。斯特林制冷机广泛应用于红外遥感、高温超导，并在商业、军事及航天等领域广泛使用。目前斯特林制冷机主要采用对置压缩机、直线电机驱动、板弹簧支撑和间隙密封等技术，如图1所示，斯特林制冷机直线压缩机包括压缩机组件1、直线电机组件2、悬挂组件3以及机壳4等部件，压缩机组件1、直线电机组件2、悬挂组件3设于机壳4内，其中悬挂组件3包括板弹簧31以及设于板弹簧31两端的外垫圈32，板弹簧31设于机壳4端部对压缩机活塞进行支撑并且通过外垫圈32固定于机壳4侧壁。在斯特林制冷机运行过程中其压缩机活塞存在偏置现象，在压缩机组装过程中，压缩机活塞存在上下止点，即压缩限位和膨胀限位，并且两值相等。采用板弹簧支撑技术使得压缩机未工作时活塞处于初始平衡位置，偏置量为零；当输入纯正弦交流电驱动压缩机时，活塞做正弦往复运动，其动态平衡位置偏离初始平衡位置，将该现象定义为压缩机活塞偏置，压缩机活塞动态平衡位置偏离其初始平衡位置的量称为偏置量。偏置现象的存在严重影响制冷机的性能，其一压缩机活塞的偏置会导致活塞实际最大行程减小，影响制冷机性能，严重的会发生活塞单边撞缸事故；此外，斯特林制冷机是采用板弹簧支撑技术，活塞的偏置会使得板弹簧一边行程过大、一边行程较小，长此以往会严重影响板弹簧的使用寿命。

目前解决压缩机偏置问题的技术方案大致有以下三种方式：

（1）加强板弹簧的轴向刚度；

（2）调节压缩机背压腔的压力；

（3）在活塞偏置方向施加一个反向的直流电压。

板弹簧的轴向刚度并非能够无限增大，在其增大的同时也增加了活塞的运行难度，所需的驱动力增大。因此在斯特林制冷机运行的实际工程中，采用施加反向直流电压来抑制活塞的偏置，利用电控系统操控制冷机的运行过程，在活塞运动方向设计一个直流电压分量将活塞拉回初始平衡位置。然而，额外加载的直流电压分量又增加了制冷机的功耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种斯特林制冷机直线压缩机活塞偏置的纠偏结构，本结构克服传统压缩机活塞偏置解决方案的缺陷，其结构简单，容易加工制造并且安装，降低设备成本，能够较大程度限制压缩机活塞偏置现象，提高压缩机的制冷性能。

为解决上述技术问题，本发明斯特林制冷机直线压缩机活塞偏置的纠偏结构包括压缩机组件、直线电机组件、悬挂组件以及机壳，所述压缩机组件、直线电机组件、悬挂组件设于所述机壳内，其中所述悬挂组件包括板弹簧以及设于板弹簧两端的外垫圈，所述板弹簧设于所述机壳端部对压缩机组件活塞进行支撑并且通过所述外垫圈固定于所述机壳侧壁；本结构还包括弹簧组件，所述弹簧组件间隔设于所述板弹簧与机壳端部之间，所述弹簧组件包括弹簧支撑架和拉簧，所述弹簧支撑架两端分别连接所述板弹簧和机壳端部，所述拉簧套入所述弹簧支架并且一端固定连接所述机壳端部、另一端抵靠所述板弹簧。

进一步，所述拉簧原始状态的长度大于所述板弹簧与机壳端部之间的间距。

进一步，所述弹簧支撑架一端与所述板弹簧活动连接。

由于本发明斯特林制冷机直线压缩机活塞偏置的纠偏结构采用了上述技术方案，即本结构包括设于机壳内的压缩机组件、直线电机组件以及悬挂组件，其中悬挂组件包括板弹簧以及设于板弹簧两端的外垫圈，板弹簧设于机壳端部对压缩机组件活塞进行支撑并且通过外垫圈固定于机壳侧壁；本结构还包括弹簧组件，弹簧组件间隔设于板弹簧与机壳端部之间，弹簧组件包括弹簧支撑架和拉簧，弹簧支撑架两端分别连接板弹簧和机壳端部，拉簧套入弹簧支架并且一端固定连接机壳端部、另一端抵靠板弹簧。本结构克服传统压缩机活塞偏置解决方案的缺陷，其结构简单，容易加工制造并且安装，降低设备成本，能够较大程度限制压缩机活塞偏置现象，提高压缩机的制冷性能。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为斯特林制冷机直线压缩机结构示意图；

图2为本发明斯特林制冷机直线压缩机活塞偏置的纠偏结构示意图。

具体实施方式

实施例如图2所示，本发明斯特林制冷机直线压缩机活塞偏置的纠偏结构包括压缩机组件1、直线电机组件、悬挂组件3以及机壳4，所述压缩机组件1、直线电机组件2、悬挂组件3设于所述机壳4内，其中所述悬挂组件3包括板弹簧31以及设于板弹簧31两端的外垫圈32，所述板弹簧31设于所述机壳4端部对压缩机组件活塞进行支撑并且通过所述外垫圈32固定于所述机壳4侧壁；本结构还包括弹簧组件5，所述弹簧组件5间隔设于所述板弹簧31与机壳4端部之间，所述弹簧组件5包括弹簧支撑架51和拉簧52，所述弹簧支撑架51两端分别连接所述板弹簧31和机壳4端部，所述拉簧52套入所述弹簧支架51并且一端固定连接所述机壳4端部、另一端抵靠所述板弹簧31。

优选的，所述拉簧52原始状态的长度大于所述板弹簧31与机壳4端部之间的间距。

优选的，所述弹簧支撑架51一端与所述板弹簧31活动连接。

如图2所示，本结构在原有斯特林制冷机的基础上，通过在压缩机的板弹簧32与机壳4端部之间加装拉簧52来限制活塞11在实际运动时的偏置，实际应用时，在板弹簧31对活塞11的支撑点上下分别设置弹簧组件5，为了解决压缩机活塞11运行过程中的偏置，抵消活塞11工作过程中的偏置量，将拉簧52的原长加工成大于板弹簧31与机壳4端部之间的距离，压缩机静止时，拉簧52处于压缩状态；当压缩机正常工作时活塞11在压缩腔13与背压腔12之间活动，其压缩限位和膨胀限位应相等，然而压缩机在实际工作过程中活塞11会向背压腔12方向偏置，将拉簧52定点固定在压缩机机壳4上、活动端抵靠在板弹簧31上；当活塞11向背压腔12方向偏置时，加装的拉簧52可以给活塞11提供一个反向的推力使得压缩机活塞11回归到正常的位置上，实现压缩机活塞11偏置的纠偏，提高了压缩机实际工作过程中的效率。

由于拉簧要在交变应力的条件下工作，因此拉簧材料应采用合金弹簧钢，该材料耐疲劳破坏，具有较高的屈服点和屈强比（σs/σb）、弹性极限、抗疲劳性能，有足够的弹性变形能力并能承受较大的载荷，确保对活塞的反向推力。

相比于目前解决直线压缩机偏置问题的方法，本结构简单、易于加工、易于组装，较其他方法更加容易实现，且降低设备成本。

Claims (3)

1.一种斯特林制冷机直线压缩机活塞偏置的纠偏结构，包括压缩机组件、直线电机组件、悬挂组件以及机壳，所述压缩机组件、直线电机组件、悬挂组件设于所述机壳内，其中所述悬挂组件包括板弹簧以及设于板弹簧两端的外垫圈，所述板弹簧设于所述机壳端部对压缩机组件活塞进行支撑并且通过所述外垫圈固定于所述机壳侧壁；其特征在于：本结构还包括弹簧组件，所述弹簧组件间隔设于所述板弹簧与机壳端部之间，所述弹簧组件包括弹簧支撑架和拉簧，所述弹簧支撑架两端分别连接所述板弹簧和机壳端部，所述拉簧套入所述弹簧支架并且一端固定连接所述机壳端部、另一端抵靠所述板弹簧。

2.根据权利要求1所述的斯特林制冷机直线压缩机活塞偏置的纠偏结构，其特征在于：所述拉簧原始状态的长度大于所述板弹簧与机壳端部之间的间距。

3.根据权利要求1或2所述的斯特林制冷机直线压缩机活塞偏置的纠偏结构，其特征在于：所述弹簧支撑架一端与所述板弹簧活动连接。