低溫閥切換式脈沖管制冷原理流程研究項目摘要

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)部過程和制冷機制，給出了計算程序，測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，在室溫進氣、工質(zhì)為空氣的情況下獲得了等熵膨脹效率達到42%的實驗結(jié)果。提出了該流程的一種改進方案，即高低溫閥切換式脈沖管制冷原理流程。采用GM制冷機壓縮機和自行研制的高效緊湊簡化式孔板換熱器和低溫旋轉(zhuǎn)閥，實現(xiàn)了低溫閥切換式脈沖管制冷機整機，其最低溫度達到167K，在180K有10W以上制冷功率。實驗測量了主要工作和結(jié)構(gòu)參數(shù)對整機性能的影響。實驗結(jié)果表明，低溫閥切換式脈沖管制冷機在氣體液化分離，廢能利用、冷藏空調(diào)等領(lǐng)域有一定的應(yīng)用前景。 2100433B

因為低溫閥門的特殊結(jié)構(gòu)，低溫閥門的安裝亦有其特殊要求。因為低溫閥門的長頸閥蓋結(jié)構(gòu)特點，低溫閥門在安裝時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)將充滿閥蓋的加長部分，造成閥門填料失效，并會將冷量傳給閥門手柄，給操作人員帶來人身傷害。對于有泄壓結(jié)構(gòu)的低溫閥門，在安裝閥門時，要特別注意閥門泄壓方向的要求。閥門泄壓的方向應(yīng)在工藝流程圖上標出，并體現(xiàn)在管道軸測圖中。

結(jié)合脈沖管制冷機發(fā)展的前沿方向和國內(nèi)現(xiàn)階段對微型低溫制冷機的迫切需求，開展100Hz超高頻脈沖管制冷機微型化的理論與實驗研究。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內(nèi)部氣體的工作流程和物理機制，重點針對超高頻條件下?lián)Q熱時間短、微型化導致脈沖管直徑小、換熱面積不足等關(guān)鍵問題，探索在現(xiàn)有50Hz高頻脈沖管制冷機基礎(chǔ)上向超高頻、微型化發(fā)展的改進途徑，豐富和發(fā)展脈沖管制冷機的基本理論；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的原理樣機，利用理論結(jié)果指導制冷機的蓄冷器、脈沖管、換熱器及調(diào)相機構(gòu)等關(guān)鍵部件的優(yōu)化設(shè)計，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的設(shè)計能力，同時利用實驗結(jié)果驗證本項目對超高頻微型脈沖管制冷機內(nèi)部氣體工作過程及流動、換熱等物理機制方面所獲得的認識。

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。當介質(zhì)溫度下降到使材料產(chǎn)生相變時造成體積變化，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，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。