[發(fā)明專利]直線壓縮機用耐高壓且保高真空的充排氣閥門及制造方法

有效

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• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN104329240A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發(fā)明（設計）人: 黨海政
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: F04B39/10
• 分類號: F04B39/10
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發(fā)明涉及一種充排氣閥門，特別涉及一種直線壓縮機用耐高壓且保高真空的充排氣閥門及制造方法。

背景技術

直線壓縮機是具有革新意義的一種往復式活塞壓縮機，它利用直線電機驅動活塞在氣缸中作往復直線運動，理論上完全消除了對活塞的徑向作用力，因而也消除了活塞和氣缸壁之間的機械磨損以及由此產(chǎn)生的無用功，工作壽命和能量轉化效率都大幅度提高，故而在需要長壽命、高可靠和高效率工作的航空、航天、軍事等特殊領域有著非常重要的應用，例如，在航天及軍事領域有著重要應用的兩種回熱式低溫制冷機——脈沖管制冷機和斯特林制冷機，如果要實現(xiàn)長壽命工作，都需采用直線壓縮機作為其動力源。

采用直線壓縮機驅動的脈沖管制冷機和斯特林制冷機，為保證有效的長壽命工作，其工質(zhì)一般都采用高純凈度的氦氣(有時甚至需要純度為99.9999％以上)。高純氦的價格昂貴，但這僅是應用中的一個較為次要的因素，因為高純氦的獲取已經(jīng)有很好的工業(yè)及商業(yè)渠道。在實際應用中，保證上述制冷機中工質(zhì)高純凈度最為關鍵的問題之一，其實是如何使充入制冷機系統(tǒng)內(nèi)的工質(zhì)仍然保持原有的純凈度。換言之，即如何有效地防止工質(zhì)充裝過程中的污染。如果工質(zhì)充裝過程中發(fā)生污染，前期獲取的再純的氦氣也將前功盡棄。

脈沖管制冷機和斯特林制冷機的工質(zhì)充裝一般都是從直線壓縮機充入的。在工質(zhì)充入之前，必須將制冷機系統(tǒng)內(nèi)的空氣以及其它雜質(zhì)氣體通過真空泵負壓排氣的方法抽排干凈，為實現(xiàn)吸附在制冷機內(nèi)部的雜質(zhì)氣體的有效抽排，所需負壓值很高，特殊情況甚至需低至1×10^-7Pa以下；然后將高純工質(zhì)充入，當系統(tǒng)內(nèi)部達到預定壓力值時，將直線壓縮機密封，高頻工作的回熱式制冷機所需的系統(tǒng)工質(zhì)壓力很高，如脈沖管制冷機所需的系統(tǒng)壓力有時甚至高達4.0MPa以上。

從上述背景知識可知，在脈沖管制冷機和斯特林制冷機進行工質(zhì)充裝時，需要一套閥門系統(tǒng)，它能和充排氣系統(tǒng)及直線壓縮機配合，在工質(zhì)充裝前，直線壓縮機與該閥門系統(tǒng)密封連接，充排氣系統(tǒng)通過該閥門系統(tǒng)將制冷機系統(tǒng)內(nèi)部的空氣及雜質(zhì)氣體抽排干凈；此后，充排氣系統(tǒng)通過該閥門系統(tǒng)將高純工質(zhì)充入制冷機系統(tǒng)內(nèi)部；在工質(zhì)充裝完畢后，直線壓縮機實現(xiàn)自身的密封之后與該閥門系統(tǒng)斷開。在制冷機系統(tǒng)排氣及工質(zhì)充裝的整個過程中，該閥門系統(tǒng)要保證不通過自身發(fā)生泄漏及對工質(zhì)造成污染。

從上述論述可知，用于直線壓縮機驅動的制冷機在系統(tǒng)排氣及工質(zhì)充裝過程中，所使用的閥門系統(tǒng)應至少滿足如下條件：

1)它需能和直線壓縮機方便地連接，并且連接端口需能實現(xiàn)可靠的密封；

2)它需能和充排氣系統(tǒng)方便地連接，并且連接端口需能實現(xiàn)可靠的密封；

3)它自身要在低至1×10^-7～1×10^-8Pa的真空度時仍然能保證有效的密封性；

4)它自身要在高至4.0～5.0MPa的系統(tǒng)壓力時仍然能保證有效的密封性；

5)它要在5.0MPa的系統(tǒng)壓力時仍具有足夠的安全性。

應當說，上述要求中前兩個條件較易于解決，而后三項要求對閥門系統(tǒng)來講是非常苛刻的。普通的工業(yè)閥門或者經(jīng)過改裝的工業(yè)閥門均無法滿足上述基本要求，必須針對實際應用進行特殊設計。遺憾的是，因為長壽命直線壓縮機在國內(nèi)的發(fā)展歷史較短，實現(xiàn)上述功能的閥門系統(tǒng)還不多見，航天應用時的權宜之計常常是通過價格昂貴的特殊訂制(甚至是進口)，但其通用性不強，帶來額外的成本上揚；地面應用時常常是通過工業(yè)閥門改裝，但使用過程時帶來的工質(zhì)污染常常是使得直線壓縮機以及脈沖管制冷機和斯特林制冷機性能惡化的重要因素之一。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提出一種直線壓縮機用耐高壓且保高真空的充排氣閥門及制造方法。

本發(fā)明的目的在于，通過本發(fā)明提出的充排氣閥門，可以方便地與直線壓縮機和充排氣系統(tǒng)連接，同時閥門自身能實現(xiàn)在低至1×10^-7～1×10^-8Pa的真空度或高至4.0～5.0MPa的系統(tǒng)壓力時的有效密封，并且能在5.0MPa的系統(tǒng)壓力時仍具有足夠的安全性，從而滿足直線壓縮機驅動的長壽命脈沖管制冷機和斯特林制冷機在工質(zhì)充裝和系統(tǒng)排氣過程中的安全性、高氣密性和無污染的苛刻要求。