[發明專利]一種閥門機構及采用該閥門機構的低溫制冷機

在審

• 申請號: 202010795824.8
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111895119A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 李奧;周志坡;查子文;蔡旭東;查健
• 申請（專利權）人: 中船重工鵬力（南京）超低溫技術有限公司
• 主分類號: F16K5/00
• 分類號: F16K5/00;F16K5/02;F25B41/04
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 李德濺

本發明公開了一種閥門機構，包括旋轉閥（7）和配氣閥（6）構成的配氣機構，該配氣閥（6）的外圓周與嵌置該配氣閥（6）的罩體（2）的容納腔的內圓周面之間設有第一密封圈（b1）和第二密封圈（b2），以旋轉閥（7）的切換平面（73）與配氣閥（6）的配氣面（61）的相接觸面構成的半徑為R3的最小外圓的截面面積為A3；第二密封圈（b2）圍繞配氣閥（6）所形成的半徑為R2的第二密封圈圍繞圓的截面面積為A2；R3和R2之間滿足以下關系：0.7≤（R2/R3）≤0.95。本發明通過擴大配氣閥的配氣面與旋轉閥的切換平面的相接觸面積，以縮小配氣閥的正向受壓面積，降低了閥門的磨損，該閥門機構加工簡單、具有較低的泄漏。

技術領域

本發明屬于低溫制冷機技術領域，具體地說是一種閥門機構及采用該閥門機構的低溫制冷機。

背景技術

以吉福德-麥克馬洪(Gifford-McMahon；GM)制冷機為代表的超低溫制冷機具有工作氣體(也稱為制冷劑氣體)的膨脹機及壓縮機。該類制冷機由壓縮機提供排出的高壓氣流，經由配氣機構進入到置于氣缸內，上下往復運動的推移活塞內，與蓄冷材料進行換熱，再到膨脹腔內做功膨脹，再經過推移活塞，流出配氣機構，回到壓縮機低壓腔內。通過上述連續循環過程，形成制冷效應。

具體來說，如圖1所示的該類制冷機包含壓縮機1、罩體2、氣缸13、推移活塞10，罩體2內裝有電機12以及驅動的凸輪3；凸輪3上的偏心凸輪柄31帶動連桿5將旋轉運動轉化成上下往復運動，連桿5被導向套4在徑向方向固定，從而帶動推移活塞10在氣缸13內沿著氣缸延伸方向運動。配氣機構RV由配氣閥6和旋轉閥7組成。配氣閥6安裝在罩體2內，由定位銷16固定在其內，高壓氣孔62與壓縮機1的高壓排氣管道1a氣密連通，在一側形成高壓區23。另外一側配氣面63依靠壓差與同軸布置的旋轉閥7的切換平面73緊緊貼合。凸輪柄31帶動安裝在軸承14上的旋轉閥7沿著旋轉軸轉動。壓縮機1通過將制冷劑氣體吸入、壓縮，而使之作為高壓的制冷劑氣體排出。高壓排氣管道1a將高壓的制冷劑氣體向罩體2進行供給，并通過配氣閥6上的高壓氣孔62傳遞給與之氣密貼合的旋轉閥7上的高壓槽72內。旋轉閥7上開有貫穿的低壓孔71，且低壓孔71與罩體2內的低壓通路22連通。按照圖1所示位置，低壓孔71與配氣閥6上的配氣閥氣孔63重疊連通；此刻系統處于低壓排氣階段，膨脹腔9內的氣體由高壓變成低壓，順序通過推移活塞10上的活塞后孔10b、蓄冷材料10c、活塞前孔10a流出，回到壓縮機1的低壓吸氣管道1b。當旋轉閥7旋轉一定角度后，此時，低壓孔71不與配氣閥6上的配氣閥氣孔63連通，變成為旋轉閥7上的高壓槽72與配氣閥6上的配氣閥氣孔63連通，壓縮機1排出的高壓氣，經過配氣閥6上的高壓氣孔62以及與之連通的旋轉閥7上的高壓槽72進入到氣缸13內，順序經推移活塞10上的活塞前孔10a、蓄冷材料10c、活塞后孔10b進入到膨脹腔9內。在上述過程中，壓縮機1排出的高壓氣作用于配氣閥6的背面上，配氣閥6依靠背面上平行于配氣面61的面積大小上的正壓力，與旋轉閥7緊緊貼合起來，這樣將配氣機構上的高低壓閥門分隔開，隔離高低壓氣流。

傳統結構中的配氣閥6呈圓柱狀(圖2、圖3所示)，以旋轉閥7的切換平面73與配氣閥6的配氣面61的相接觸面構成的半徑為R3的最小外圓的截面面積為A3，配氣面61上的配氣閥氣孔63到上述最小外圓圓周的配氣孔最小距離L1與切換平面73上的旋轉閥7的高壓槽72到上述最小外圓圓周的高壓槽最小距離L1(本文中采用同一符號)大小一致。為防止氣流的泄漏，要求L1不能太小，以形成較長的流動阻力距離，避免高壓槽72內的高壓氣流向低壓區24內泄漏，起到抑制閥門泄漏的作用。同時，配氣閥6上的高壓氣孔62和配氣閥氣孔63有一定尺寸和位置要求，使得配氣閥6的外徑不能太小，否則無法制作閥門。這樣使得貼合在一起的正壓力較大，長期運行會造成旋轉閥7和配氣閥6接觸面的磨損，影響設備性能，降低設備的可靠性。