[發(fā)明專利]超低溫制冷機用非接觸式密封活塞

有效

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• 申請日: 2016-06-29
• 公開（公告）號: CN106050612B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王少恒;羅高喬;張雨航
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽萬瑞冷電科技有限公司
• 主分類號: F04B39/00
• 分類號: F04B39/00
• 代理公司: 合肥市上嘉專利代理事務(wù)所(普通合伙)34125
• 代理人: 王偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及制冷機型低溫泵技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于低溫泵的吸附盒。本發(fā)明涉及活塞密封裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超低溫制冷機用非接觸式密封活塞。

背景技術(shù)

近年來，隨著大型低溫真空泵、高低溫超導(dǎo)器件、核磁共振成像儀(MRI)、紅外探測器、低溫光電子學(xué)器件的迅速發(fā)展，超低溫制冷機的工業(yè)需求也在不斷增長，研制超低溫制冷機已經(jīng)成為低溫技術(shù)領(lǐng)域中的一個重要研究方向。傳統(tǒng)的密封結(jié)構(gòu)，是在活塞外面加設(shè)一活塞式密封環(huán)，密封環(huán)與汽缸內(nèi)壁緊密接觸，以達到其密封的目的。這種活塞密封環(huán)式的密封結(jié)構(gòu)存在以下許多缺點:首先是這種活塞式密封環(huán)和氣缸之間的磨損造成其壽命短，并且隨著工作時間的推移，密封環(huán)磨損的加劇，會加大制冷機的氣體泄漏量，而造成制冷機的冷損增大，所以這種活塞式密封環(huán)需要經(jīng)常更換，更換活塞環(huán)又會影響制冷機制冷性能的穩(wěn)定；另外由于這種活塞式密封環(huán)是在低溫下工作，活塞環(huán)的冷縮所導(dǎo)致的不完全密封在所難免，這樣會不可避免地造成活塞式制冷機制冷量下降及制冷溫度的波動。

經(jīng)對相關(guān)技術(shù)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利《用于G-M制冷機的迷宮密封式活塞》(公開號：101949378A；公開日：2011年1月19日)中提供了一種活塞，該活塞位于氣缸5內(nèi)部，其包括活塞基體1和耐磨涂層3，通過在活塞基體1表面直接車制垂直于活塞基體1軸線的凹槽2并形成迷宮密封結(jié)構(gòu)，然后再其表面噴涂一層耐磨涂層3；耐磨涂層3的材料為聚四氟乙烯。如圖1所示，所述結(jié)構(gòu)存在的問題：活塞基體1表面直接車制凹槽2導(dǎo)致該凹槽處的強度弱于活塞基體1的其他部分，由于應(yīng)力的存在，活塞基體1在低溫下的徑向應(yīng)力會殘留在凹槽2處，導(dǎo)致凹槽2處變形，進而使活塞基體1同軸度下降，出現(xiàn)活塞劃傷氣缸的問題。同時，活塞基體1表面直接車制凹槽2會破壞活塞基體1的整體強度，應(yīng)力作用下致使活塞基體1變形，影響其圓柱度，進而影響整體的密封性能。

中國實用新型專利《用于活塞式低溫制冷機的活塞式蓄冷密封結(jié)構(gòu)》(公開號：2367799；公開日：2000年3月8日)中提供了一種活塞，該活塞由活塞外套及位于活塞外套之中的內(nèi)部裝有蓄冷填料的活塞內(nèi)襯組成，活塞外表面上刻有凹槽，形成迷宮密封的形式；凹槽及活塞內(nèi)襯中裝有蓄冷材料。這種密封結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，使活塞的加工和裝配難度較高。另外，活塞外套與活塞內(nèi)襯的材料不同，不同種材料構(gòu)成的活塞由于收縮率不同而產(chǎn)生間隙，在低溫下尤其是液氦溫區(qū)的超低溫下，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。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有的技術(shù)問題作出改進，即本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種超低溫制冷機用非接觸式密封活塞，在活塞基體外表面的耐磨涂層上設(shè)置凹槽，避免了對活塞基體的加工，降低在降溫過程中的應(yīng)力變化，保證活塞基體在低溫狀態(tài)下的圓柱度，以此保證整體的密封性能。為解決上述問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

一種超低溫制冷機用非接觸式密封活塞，位于氣缸內(nèi)部，呈圓柱體結(jié)構(gòu)，其包括圓柱形活塞基體和涂覆于活塞基體外表面的耐磨涂層，其中，所述耐磨涂層為帶厚度的圓筒形狀,其外圓表面設(shè)有若干凹槽，其內(nèi)圓表面呈與活塞基體外形相匹配的光滑圓柱形。

進一步，所述凹槽深度在0.5—0.7mm范圍內(nèi)，所述耐磨涂層的最大厚度與凹槽深度的差值小于0.05mm。

進一步，所述凹槽型線為螺旋形或者環(huán)形，所述凹槽截面形狀為多邊形。

進一步，所述活塞基體材料與氣缸材料均為不銹鋼。

在上述技術(shù)方案中，活塞基體外表面設(shè)有耐磨涂層，在該耐磨涂層的外圓表面設(shè)有凹槽，避免了對活塞基體的加工，降低在降溫過程中的應(yīng)力變化，保證活塞基體在低溫狀態(tài)下的圓柱度，以此保證整體的密封性能。另外，這種結(jié)構(gòu)設(shè)置還可以保證活塞基體的同軸度，避免活塞劃傷氣缸的問題。進一步，對耐磨涂層的厚度與凹槽深度的參數(shù)值進行優(yōu)化設(shè)置。進一步，為了便于對凹槽的直觀了解，凹槽型線為螺旋形或者環(huán)形，凹槽截面形狀為多邊形。進一步，對密封間隙的參數(shù)值進行優(yōu)化設(shè)置。進一步，為了保證密封間隙不會受到溫度降低的影響，活塞基體材料與氣缸材料相同，進一步保證了活塞與氣缸之間的密封性。

本發(fā)明要解決的另一個技術(shù)問題，降低活塞基體的加工及裝配難度。

進一步，所述活塞基體兩端設(shè)有螺紋堵頭。

在該技術(shù)方案中，通過活塞基體兩端采用螺紋堵頭密封，降低活塞基體的加工及裝配難度。

本發(fā)明要解決的再一個技術(shù)問題，提供一種針對上述第一種技術(shù)方案或第二種技術(shù)方案所述的超低溫制冷機用非接觸式密封活塞的制造方法，包括以下步驟：