[發明專利]用于G-M制冷機的迷宮密封式活塞

無效

• 申請號: 201010284851.5
• 申請日: 2010-09-17
• 公開（公告）號: CN101949378A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 郝熙歡;巨永林
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: F04B39/00
• 分類號: F04B39/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種活塞密封技術領域的裝置，具體是一種用于G-M制冷機的迷宮密封式活塞。

背景技術

近年來，隨著大型低溫真空泵、高低溫超導器件、核磁共振成像儀(MRI)、紅外探測器、低溫光電子學器件的迅速發展，大冷量制冷機的工業需求也在不斷增長，研制出大冷量的G-M制冷機現已經成為低溫制冷機領域中的一個重要研究方向。對于雙級G-M制冷機，傳統結構中二級活塞和氣缸之間采用活塞環密封方式，這種方式對于活塞環及其漲圈的材料和加工精度要求較高，活塞環與氣缸之間存在磨損，長期運行會影響密封性能，尤其在低溫下會造成一、二級間的串氣，成為影響G-M制冷機制冷性能和穩定性及其壽命的主要障礙，尋求新的密封方式已經成為提高G-M制冷機整體性能的重要手段。

經對現有技術文獻檢索發現，中國專利文獻號CN2367799Y公開的“用于活塞式低溫制冷機的活塞式蓄冷密封結構”，其活塞由活塞外套及位于活塞外套之中的內部裝有蓄冷填料的活塞內襯組成，活塞外表面上刻有凹槽，凹槽及活塞內襯中裝有蓄冷材料。上述專利中活塞的結構較為復雜，活塞的加工和裝配難度較高，且活塞外套采用膠木材料制成，其在低溫下的熱收縮率要遠大于氣缸材料的熱收縮率，造成迷宮密封間隙隨著溫度降低而不斷增大，從而影響了迷宮活塞在低溫下的整體密封性能。

進一步檢索發現，中國專利文獻號CN201013558Y公開的“工業用迷宮壓縮機的氣缸迷宮密封”以及中國專利文獻號CN201335007Y公開的“無密封環迷宮往復活塞壓縮機”，取消了密封環結構，其缸體內壁鏡面和活塞外柱面即二者的配合面均有螺紋環槽；石墨填料環的內壁帶有螺紋狀環槽；機身內腔刮油環下設有水冷卻的活塞桿導向軸承；活塞桿與十字頭采用錐面配合鍵連接；氣缸與機身無止口平面連接。上述專利中氣缸體和活塞均刻有密封槽，結構復雜，加工難度增加，且該迷宮密封結構主要用于活塞壓縮機中，而在G-M制冷機中，活塞不僅起著壓縮膨脹氣體的作用，同時其內部充填蓄冷材料，起著回熱器作用，不存在回油問題，因此無論是活塞的工作原理還是工作溫區均與傳統的活塞壓縮機存在較大差別。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種用于G-M制冷機的迷宮密封式活塞，能夠有效提高G-M制冷機的密封性能、運行穩定性、可靠性及使用壽命。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明所述活塞位于制冷機的氣缸內部并與電機相連帶動實現在氣缸內部的往復運動，該活塞為圓柱體結構，其外表面刻有若干道垂直于所述圓柱體軸心的密封槽，所述活塞整體外部設有聚四氟乙烯耐磨涂層。

所述的活塞采用與制冷機氣缸相同或低溫下熱收縮率低于氣缸的材質制成，如不銹鋼304或Inconel718合金；該活塞整體由同種材料制成，無外殼和內襯之分；

所述的聚四氟乙烯涂層的厚度為0.01mm；

所述的密封槽的截面形狀為矩形、正梯形或倒梯形；槽道寬度為1-3mm，槽道深度為0.8-1.6mm，槽道脊部與氣缸內壁的半徑間隙，即密封間隙為0.01-0.06mm。

與現有技術相比，本發明優點包括：

1.和傳統活塞環密封相比，該迷宮密封結構密封效果好，且無需活塞環及漲圈等易損件，提高了G-M制冷機的運行穩定性、可靠性及使用壽命；

2.活塞采用同種材料整體制成，無外殼和內襯之分，活塞結構簡單，加工和裝配難度低；

3.活塞采用與制冷機氣缸相同或低溫下熱收縮率低于氣缸的材質制成，如不銹鋼304或Inconel718合金，從而使得迷宮密封間隙隨著溫度的降低保持不變或不斷減小，提高了該結構在低溫下的密封性能。同時，活塞外表面噴涂聚四氟乙烯(PTFE)，該材料具有耐低溫、自潤滑、耐磨性好等優點，從而大大降低了活塞與氣缸壁間的磨損。

附圖說明

圖1為傳統結構活塞的剖視圖；

其中：1為氣缸，2為活塞，3為密封槽，4為活塞環，5為漲圈，6為蓄冷材料。

圖2為本發明的迷宮密封式活塞的剖視圖；

其中：1為氣缸，2為迷宮活塞，3為聚四氟乙烯(PTFE)涂層，4為密封槽，5為蓄冷材料。

圖3為本發明的迷宮密封式活塞采用不同槽道齒形的軸向剖視圖。

其中：(a)為采用矩形槽的剖視圖，(b)為采用正梯形槽的剖視圖，(c)為采用倒梯形槽的剖視圖。

圖4為采用本發明的迷宮密封式活塞與傳統活塞的制冷機性能曲線圖。

具體實施方式