一种气体轴承线性压缩机及线性斯特林制冷机制造技术

本发明专利技术涉及线性制冷机技术领域，特别涉及一种气体轴承线性压缩机及线性斯特林制冷机。包括直线电机系统、主活塞压缩系统和副活塞压缩系统，所述主活塞压缩系统和副活塞压缩系统分别位于直线电机系统的两侧且均由直线电机系统驱动，所述副活塞压缩系统产生的压缩气体同时为主活塞压缩系统和副活塞压缩系统的气体轴承供气。直线电机系统驱动主活塞压缩系统做周期性直线往复运动时，其同时还用于主活塞压缩系统的气体轴承支撑；采用自体供气结构，在所有活塞与气缸之间均安装了气体轴承结构，避免了活塞与气缸的接触摩擦，压缩机与膨胀机的理论失效时间一致，制冷机整机效率提高的同时，提高了制冷机整机的可靠性和寿命。提高了制冷机整机的可靠性和寿命。提高了制冷机整机的可靠性和寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种气体轴承线性压缩机及线性斯特林制冷机


[0001]本专利技术涉及线性制冷机
，特别涉及一种气体轴承线性压缩机及线性斯特林制冷机。

技术介绍

[0002]线性压缩机作为线性斯特林制冷机的核心部件，具有共振运行、间隙密封、无曲柄连杆等复杂传动机构等特点。相比于传统旋转式斯特林制冷机，线性斯特林制冷机具有机械磨损小、电机效率高、寿命长等技术优势。
[0003]间隙密封技术是线性斯特林制冷机实现无油运行、低磨损及高可靠性的关键。为实现间隙密封，工程上活塞与气缸单边密封间隙通常小于10um且两者同轴度要求较高，这对支撑结构带来了挑战。工程上通常采用多片柔性板弹簧组支撑活塞部件以减少活塞与气缸之间的干摩擦，而板弹簧组的使用增加了压缩机的重量、尺寸、活塞气缸装配难度及成本，因此开发新型支撑技术成为研究趋势。
[0004]气体轴承技术是一种用气体做润滑介质的支撑技术，常用于旋转类机械，后被引用于直线往复式机械，如线性压缩机。气体轴承技术需要持续的向活塞与气缸之间输入高压气体，并持续维持单向的压力势差；而斯特林制冷机采用的线性压缩机产生的是正弦型压力波，因此必须在线性压缩机上设立一套高压系统来实现气体轴承所需的单向压力差。线性压缩机气体轴承结构所需的高压系统可采用外部高压供气系统，也可以采用内部高压供气系统。外部高压系统由于需要额外的设备，不利于实际工程应用。
[0005]根据调研，关于线性斯特林制冷机所采用的气体轴承技术主要应用在线性压缩机上，而忽略了膨胀机。实际上，膨胀机通常采用柱型弹簧，其径向支撑效果差于线性压缩机，因此活塞气缸存在不可避免的干摩擦，这使得膨胀机的失效时间早于压缩机，从而缩短线性斯特林制冷机的整机可靠性及寿命。
[0006]此外，随着低温制冷机的小型化，线性压缩机的常规内部供气型气体轴承结构将不再适用，亟需开发新型气体轴承结构。因此，如何设计线性斯特林制冷机的内部供气系统及覆盖所有活塞气缸的气体轴承系统，对提高线性斯特林制冷机的运行可靠性及工作寿命具有重要价值。
[0007]常规线性斯特林制冷机的压缩机内部供气型气体轴承结构(如专利CN204677392U及CN 104806471A)采用在中空活塞的端面安装单向阀片，同时在活塞柱面布置节流元件(如节流小孔或者多空介质)结构。其工作原理为：当活塞压缩气体到某一压力时，活塞端面的单向阀片打开，压缩腔内的高压气体进入活塞内部的空腔内，当活塞反方向运动进行膨胀过程时，由于活塞内部腔室气压大于压缩腔气压，单向阀片关闭；在整个工作工程中，活塞空腔内的高压气体通过活塞柱面的节流元件进入活塞与气缸间隙形成一层气膜，气膜支撑起活塞，避免了活塞与气缸直接接触。
[0008]根据线性斯特林制冷机内部供气型气体轴承结构的工作原理可知该气体轴承结构存在以下缺陷：
[0009]1)常规线性斯特林制冷机仅压缩机存在气体轴承结构，而膨胀机无气体轴承结构。这导致压缩机寿命较长，而膨胀机由于存在干摩擦而寿命较短，进一步导致膨胀机失效时间早于压缩机的情况，缩短了制冷机整机的可靠性及寿命。
[0010]2)常规气体轴承结构无法适应于微小型斯特林制冷机。
[0011]为实现气体轴承的连续工作，该结构必须保证单向阀片开启到关闭的短暂过程中流入活塞中空腔室的高压气体量可以满足压缩机整个工作过程中气体轴承连续工作所需的最小气量。这要求活塞中空腔室必须足够大，即活塞尺寸必须大，这不利于线性压缩机及制冷机的小型化。此外，随着线性压缩机的小型化，当线性压缩机的活塞直径较小(通常小于9mm)时，位于活塞端面的单向阀片设计难度和安装难度激增，最终在工程上无法实现，该气体轴承结构将彻底失效。
[0012]3)该气体轴承结构的高压气体来自于压缩腔内的高压气体，其减少了线性压缩机向冷指的输气量，降低了制冷机的整机效率。
[0013]由此，目前需要有一种方案来解决现有技术中存在的上述问题。

技术实现思路

[0014]为解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种技术方案：在传统的线性斯特林制冷机内增加了一套产生高压气体的线性压缩机系统作为气体轴承的供气气源，线性压缩机的两套气体轴承系统及膨胀机上的一套气体轴承系统通过连管与高压气源相连接，从而在所有活塞与气缸间实现了气体轴承的作用，避免了干摩擦，提高了制冷机的可靠性及寿命，至少可以解决现有技术中存在的部分问题。
[0015]一种气体轴承线性压缩机，包括直线电机系统、主活塞压缩系统和副活塞压缩系统，主活塞压缩系统和副活塞压缩系统分别位于直线电机系统的两侧且均由直线电机系统驱动，所述副活塞压缩系统产生的压缩气体同时为主活塞压缩系统和副活塞压缩系统的气体轴承供气。
[0016]作为本专利技术所述的一种气体轴承线性压缩机的优选方案，所述主活塞压缩系统包括主气缸以及滑动设于主气缸内的主活塞，主气缸上设置有主气缸节流元件，主气缸的外侧设置有高压储气腔B；所述副活塞压缩系统包括副气缸以及滑动设于副气缸内的副活塞，副气缸上设置有副气缸节流元件，副气缸的外侧设置有高压储气腔A，高压储气腔A与副活塞压缩系统的压缩腔连通，高压储气腔B与高压储气腔A通过内部连管连通。
[0017]作为本专利技术所述的一种气体轴承线性压缩机的优选方案，所述高压储气腔B由主气缸以及压缩机壳体围设形成；所述高压储气腔A由副气缸与压缩机壳体围设形成。
[0018]作为本专利技术所述的一种气体轴承线性压缩机的优选方案，所述副活塞的前端设置有吸气孔，所述吸气孔上设置吸气阀片，副气缸的前端设置排气孔，所述排气孔上设置排气阀片，通过吸气阀片及排气阀片的配合，使得副气缸内的工质气体周期性的进行压缩、排气、膨胀和吸气过程，排气过程产生的高压气体储存于高压储气腔A中作为气体轴承的总气源。
[0019]作为本专利技术所述的一种气体轴承线性压缩机的优选方案，所述直线电机系统包括柱弹簧A、外定子、电机动子、内定子、励磁元件；所述电机动子一端与副活塞固定连接，另一端与主活塞固定连接；所述柱弹簧A分别将主活塞与副活塞连接在线性压缩机壳体内；所述
外定子和励磁元件环绕电机动子、内定子设置。
[0020]作为本专利技术所述的一种气体轴承线性压缩机的优选方案，所述副活塞直径大于主活塞直径。
[0021]作为本专利技术的另一种技术方案：
[0022]一种线性斯特林制冷机，包括上述任一项所的线性压缩机以及膨胀机，所述主活塞压缩系统的压缩腔通过主连管、高压连管与膨胀机连通。
[0023]作为本专利技术所述的一种线性斯特林制冷机的优选方案，所述副活塞压缩系统产生的压缩气体还为膨胀机的活塞压缩系统的气体轴承供气。
[0024]作为本专利技术所述的一种线性斯特林制冷机的优选方案，所述膨胀机的活塞压缩系统包括膨胀机气缸以及滑动设于膨胀机气缸内的膨胀机活塞，膨胀机气缸上设置有膨胀机气缸节流元件，膨胀机气缸的外侧设置有高压储气腔C，所述高压储气腔C通过高压连管与副活塞压缩系统的压缩腔连通。
[0025]作为本专利技术所述的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体轴承线性压缩机，其特征在于：包括直线电机系统、主活塞压缩系统和副活塞压缩系统，所述主活塞压缩系统和副活塞压缩系统分别位于直线电机系统的两侧且均由直线电机系统驱动，所述副活塞压缩系统产生的压缩气体同时为主活塞压缩系统和副活塞压缩系统的气体轴承供气。2.根据权利要求1所述的一种气体轴承线性压缩机，其特征在于：所述主活塞压缩系统包括主气缸以及滑动设于主气缸内的主活塞，主气缸上设置有主气缸节流元件，主气缸的外侧设置有高压储气腔B；所述副活塞压缩系统包括副气缸以及滑动设于副气缸内的副活塞，副气缸上设置有副气缸节流元件，副气缸的外侧设置有高压储气腔A，高压储气腔A与副活塞压缩系统的压缩腔连通，高压储气腔B与高压储气腔A通过内部连管连通。3.根据权利要求2所述的一种气体轴承线性压缩机，其特征在于：所述高压储气腔B由主气缸以及压缩机壳体围设形成；所述高压储气腔A由副气缸与压缩机壳体围设形成。4.根据权利要求2所述的一种气体轴承线性压缩机，其特征在于：所述副活塞的前端设置有吸气孔，所述吸气孔上设置吸气阀片，副气缸的前端设置排气孔，所述排气孔上设置排气阀片，通过吸气阀片及排气阀片的配合，使得副气缸内的工质气体周期性的进行压缩、排气、膨胀和吸气过程，排气过程产生的高压气体储存于高压储气腔A中作为气体轴承的总气源。5.根据权利要求2所述的一种气体轴承线性压...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晟，黄立，孙建，曾勇，黄太和，丁京，张熠，
申请(专利权)人：武汉高芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：