低溫閥切換式脈沖管制冷原理流程研究

提出了低溫閥切換式脈沖管制冷原理流程，分析了脈沖管內(nèi)部過程和制冷機(jī)制，給出了計(jì)算程序，測(cè)量了脈沖管的等熵膨脹效率，研究了它與壓比、工作頻率、脈沖管尺寸、小孔開度等一系列參數(shù)的關(guān)系，在室溫進(jìn)氣、工質(zhì)為空氣的情況下獲得了等熵膨脹效率達(dá)到42%的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。提出了該流程的一種改進(jìn)方案，即高低溫閥切換式脈沖管制冷原理流程。采用GM制冷機(jī)壓縮機(jī)和自行研制的高效緊湊簡(jiǎn)化式孔板換熱器和低溫旋轉(zhuǎn)閥，實(shí)現(xiàn)了低溫閥切換式脈沖管制冷機(jī)整機(jī)，其最低溫度達(dá)到167K，在180K有10W以上制冷功率。實(shí)驗(yàn)測(cè)量了主要工作和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)整機(jī)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，低溫閥切換式脈沖管制冷機(jī)在氣體液化分離，廢能利用、冷藏空調(diào)等領(lǐng)域有一定的應(yīng)用前景。 2100433B

因?yàn)榈蜏亻y門的特殊結(jié)構(gòu)，低溫閥門的安裝亦有其特殊要求。因?yàn)榈蜏亻y門的長(zhǎng)頸閥蓋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，低溫閥門在安裝時(shí)閥桿閥桿方向必須在垂直向上的 45 度角范圍內(nèi)，且應(yīng)盡量避免安裝在垂直管線上。否則低溫介質(zhì)將充滿閥蓋的加長(zhǎng)部分，造成閥門填料失效，并會(huì)將冷量傳給閥門手柄，給操作人員帶來人身傷害。對(duì)于有泄壓結(jié)構(gòu)的低溫閥門，在安裝閥門時(shí)，要特別注意閥門泄壓方向的要求。閥門泄壓的方向應(yīng)在工藝流程圖上標(biāo)出，并體現(xiàn)在管道軸測(cè)圖中。

結(jié)合脈沖管制冷機(jī)發(fā)展的前沿方向和國內(nèi)現(xiàn)階段對(duì)微型低溫制冷機(jī)的迫切需求，開展100Hz超高頻脈沖管制冷機(jī)微型化的理論與實(shí)驗(yàn)研究。一方面通過理論分析和數(shù)值模擬的方法，深入研究超高頻和微型化情況下脈沖管制冷機(jī)內(nèi)部氣體的工作流程和物理機(jī)制，重點(diǎn)針對(duì)超高頻條件下?lián)Q熱時(shí)間短、微型化導(dǎo)致脈沖管直徑小、換熱面積不足等關(guān)鍵問題，探索在現(xiàn)有50Hz高頻脈沖管制冷機(jī)基礎(chǔ)上向超高頻、微型化發(fā)展的改進(jìn)途徑，豐富和發(fā)展脈沖管制冷機(jī)的基本理論；另一方面在理論研究的基礎(chǔ)上，研制超高頻微型脈沖管制冷機(jī)的原理樣機(jī)，利用理論結(jié)果指導(dǎo)制冷機(jī)的蓄冷器、脈沖管、換熱器及調(diào)相機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決因超高頻和微型化帶來的制冷性能惡化的主要問題，掌握制作更小尺寸脈沖管制冷機(jī)的設(shè)計(jì)能力，同時(shí)利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證本項(xiàng)目對(duì)超高頻微型脈沖管制冷機(jī)內(nèi)部氣體工作過程及流動(dòng)、換熱等物理機(jī)制方面所獲得的認(rèn)識(shí)。

主要有兩種情況，一是內(nèi)漏；二是外漏。

低溫閥內(nèi)漏

閥門產(chǎn)生內(nèi)漏主要原因是密封副在低溫狀態(tài)下產(chǎn)生變形所致。當(dāng)介質(zhì)溫度下降到使材料產(chǎn)生相變時(shí)造成體積變化，使原本研磨精度很高的密封面產(chǎn)生翹曲變形而造成低溫密封不良。

低溫閥外漏

閥門的外漏：其一是閥門與管路采用法蘭連接方式時(shí)，由于連接墊料、連接螺栓、以及連接件在低溫下材料之間收縮不同步產(chǎn)生松弛而導(dǎo)至泄漏。因此可把閥體與管路的連接方式由法蘭連接改為焊接結(jié)構(gòu)，避免了低溫泄漏。其二是閥桿與填料處的泄漏。