[實用新型]無油潤滑直線軸承支撐斯特林制冷機

有效

• 申請號: 201020599221.2
• 申請日: 2010-11-10
• 公開（公告）號: CN201992902U
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: 席有民;平麗浩;錢吉裕
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十四研究所
• 主分類號: F25B9/14
• 分類號: F25B9/14;F25B31/02;F04B39/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本實用新型涉及一種制冷機，尤其涉及一種無油潤滑直線軸承支撐斯特林制冷機，屬于制冷技術領域。

背景技術

早期斯特林制冷機為整體式結構，壓縮氣缸和膨脹氣缸（冷頭）成90°布置，壓縮機活塞與冷頭排出器由旋轉電機帶動曲柄連桿機構驅動，活塞和排出器與相應氣缸的密封形式為非金屬彈性環的接觸密封。這種制冷機整機結構復雜、振動噪音大，尤其是運動部件的相互磨損、制冷工質的污染和泄漏使得制冷機的工作壽命受到限制。

20世紀60年代末，為了克服曲柄連桿驅動方式斯特林制冷機運動過程中的側向力，荷蘭Philips公司首先提出線性諧振壓縮機的概念，并將其應用于斯特林制冷機的設計。這種制冷機壓縮機的運動部件少、側向力小、污染小、磨損低，因而工作壽命和可靠性得到提高。但由于運動活塞和排出器無徑向支撐，所以，其平均無故障時間一般也只有2500小時。

英國牛津大學于七十年代末開始開發星載長壽命斯特林制冷機，首次將其研制的并獲空間成功應用的擺線懸臂梁型板狀彈簧支撐技術應用于斯特林制冷機，以保證活塞和排出器運動組件的完全非接觸，消除磨損，使斯特林制冷機的可靠性和壽命大大提高，開創了風靡低溫界的“牛津型”斯特林制冷機時代。1992年11月，BAe公司（現改名為Matra?Marconi?Space）研制的牛津型斯特林制冷機的地面試驗壽命(MTTF)達到了41933小時(約4.7年)。板彈簧支撐的難點在于氣缸、活塞組件和板彈簧組件的對準和組裝、間隙測量與準直方面要求很高，造價高。

上述直線電機驅動的斯特林制冷機，直線電機沿軸向的往復力直接作用于活塞和排出器，因而側向力小，磨損小，工作壽命較高。結合間隙密封和板彈簧支撐或氣體懸浮支撐，制冷機壽命可達到15000小時以上。但由于電機設計和制冷機關聯，加工制造過程對電機、板彈簧等零部件的加工精度要求很高，因而成本較高。此外，制冷機熱力學和動力學特征相互影響，相互制約，運動相位與行程受制冷機內外部環境影響，制冷量和溫度控制比較復雜，影響制冷機的工作可靠性。

隨著科學技術的發展和加工工藝的完善，整體式斯特林制冷機的振動噪音得到大幅度降低，隨著超導和紅外技術大量應用的迫切需要，這種機型再度引起低溫界的關注。同時，由于整體式斯特林制冷機動力學過程嚴格決定于運動機構的設計，動力學與熱力學相互獨立，因而制冷機熱性能穩定。因此，整體式斯特林制冷機非常有利于工程化批量生產。

整體式斯特林制冷機存在的主要問題是：作用于活塞和排出器的側向力引起的密封磨損制約著整機的壽命。解決活塞和排出器的側向力問題，對制冷機的支撐結構進行改進是提高制冷機的可靠性和壽命的有效措施。2004年中科院理化技術研究所提出線性滑軌支撐結構解決該問題，并制作了兩臺樣機，該樣機較好的解決了活塞側向力的問題（席有民,?李青,?李強,?聶中山.?線性滑軌支撐微型斯特林制冷機的開發及性能調試.?低溫與超導,?2005(3):19-21,35）該樣機線性滑軌與相應氣缸之間安裝時所需零件多，結構復雜，同時電機軸承、活塞和排出器連桿軸承以及線性滑軌潤滑所用潤滑脂，在制冷機長期運行時會污染高純氦制冷工質，引起制冷機性能惡化，影響制冷機的長期高效可靠運行。

綜上所述，可以看出，對整體式斯特林制冷機支撐結構進行改進，設計出結構簡單適合批量生產的制冷機有著重要意義。

實用新型內容

所要解決的技術問題：

針對以上問題本實用新型提供了一種對整體式斯特林制冷機支撐結構進行改進，提供一種帶有無油潤滑直線軸承支撐的斯特林制冷機。該制冷機所用軸承均采用無油潤滑軸承，可以避免制冷機運行過程中，潤滑油造成的工質污染，提高制冷機的可靠性和壽命。制冷機的活塞和排出器分別由無油潤滑直線軸承支撐，可保證活塞和排出器在軸向往復運動過程中的徑向位置，減少和消除與相應氣缸間的磨損，提高制冷機工作壽命和可靠性。

技術方案：