高频脉管制冷机的研究进展(下)

介绍了斯特林脉管制冷机(高频脉管制冷机)国内外最新研究现状以及发展趋势。分析了由于高频脉管制冷机的效率可以达到甚至超过斯特林制冷机,从而在空间领域、红外传感器件和高温超导器件的冷却领域获得广泛应用。指出了线性压缩机是高频脉管制冷机的重要部件之一,提高线性压缩机的性能及机械寿命是提高高频脉管制冷机性能和寿命的一条重要途径。     

高频线性斯特林制冷机的性能测试和分析

线性压缩机 SL 4 0 0用于红外探测器及超导应用的高频同轴式脉管制冷机的研制。在不同的输入功率、不同的工作频率下 ,测试了 SL 4 0 0型压缩机驱动 SL 2 0 0型及 SL 10 0型斯特林制冷机冷指的制冷性能。输入功率在 10 W～ 10 0 W范围内调整 ,输入功率为 5 0 W时 ,在 4 0 Hz～ 6 0 Hz变化压缩机的工作频率 ,测试和计算制冷机的 COP系数及压缩机的效率。对制冷机冷指不同放置方向时的制冷性能作了测试 ;比较了散热片风冷及水冷情况下制冷机的性能 ;得出了 SL4 0 0型压缩机的工作特性。     

斯特林用直线压缩机的研究

斯特林直线压缩机的性能决定了斯特林制冷机的性能和寿命,阐述了动圈式和动磁式斯特林用直线压缩机的发展及结构特点,并介绍了斯特林直线压缩机的设计计算模型,给出了电机效率与动子质量和角频率的关系,这是斯特林直线压缩机设计的重要控制指标。     

带预冷的4K斯特林型脉管制冷机设计

本文提出了采用两级G-M型脉管制冷机预冷一台单级斯特林型脉管制冷机来研究液氦温区斯特林型脉管制冷机性能的实验方案.基于回热器数值模拟软件REGEN3.3,重点研究了液氦温区回热器长度、回热器填料、气体工质对回热器效率的影响.采用低温惯性管作为斯特林型脉管制冷机调相装置,在小声功系统中实现了理想相位关系的调节,有效提高小型斯特林型脉管制冷机的效率.     

4K温区高频回热器级联温度研究

4K温区斯特林型脉管制冷机各级回热器的级联温度不仅决定最末级回热器的效率和性能,同时影响前几级回热器为最末级回热器提供的预冷量。本文基于一台采用两级G-M型脉管制冷机预冷的单级斯特林型脉管制冷机,开展了4 K温区斯特林型脉管制冷机回热器各级温位布置方式对4 K斯特林型脉管制冷机制冷性能以及第一级和第二级预冷量影响的理论及实验研究,为液氦温区完全斯特林型脉管制冷机的设计提供了重要的参考依据.     

液氦温区回热器高频损失特性研究

回热器是回热式低温制冷机的核心部件,如何有效地减小回热器中的损失是提高脉管制冷机性能的关键。在不同的温区以及不同工况下,回热器中的主导损失是不一样的。随着温度的不断下降(尤其是20 K温区以下),实际气体损失所占的比例越来越大。本文基于回热器数值模拟程序REGEN3.3着重研究了液氨温区回热器在高频下的各种损失特性,并指出了减小各种损失的方向。基于一台带预冷的4 K斯特林型脉管制冷机,开展了液氨温区高频脉管制冷机回热特性的实验研究。     

10W@80K分置式气体轴承斯特林制冷机研究

为了同时满足冷量、重量、振动、寿命以及环境适应性的需求,开展了分置式气体轴承斯特林制冷机的研发。以气体轴承线性压缩机为驱动源,设计了一款大冷量分置式气体轴承斯特林制冷机。优选了制冷机的设计参数,系统研究了制冷机的运行频率、充气压力、降温时间与制冷量的变化规律,进行了相关实验研究,压缩机输入240Wac,制冷机输出性能指标达到10.2W@80K,验证了制冷机设计的合理性。     

一种基于弹性膜片的脉管制冷机

本文将介绍一种基于弹性膜片的斯特林脉管制冷机.该系统采用传统的油润滑活塞式压缩机作为驱动,用一种弹性膜片阻止润滑油进入制冷机,同时保证压缩机产生的压力波顺利传入制冷机.该系统在脉管制冷机入口和双向进气阀之间安装有另一弹性膜片,切断了脉管制冷机内引发直流的回路,彻底消除了直流流动.该制冷机系统在25 Hz,2.1MPa压力下获得了29.8 K的最低制冷温度.     

室温推移活塞脉管热机的四种运行模式

脉管制冷机可看作是是斯特林制冷机的变种,带室温推移活塞的脉管制冷机是一种可逆脉管制冷机,与斯特林制冷机一样可工作于四种模式。本文采用数值分析的方法阐述了脉管热机的四种工作模式,即热发动机,热泵,制冷机和冷发动机。     

脉管制冷机用直线电机

脉管制冷机是目前最常用的小型低温制冷机之一,直线电机驱动的线性压缩机是脉管制冷机的关键部件。介绍了应用于脉管制冷机的直线电机的两种主要类型,其中包括动圈式和动磁式直线电机的多种结构形式以及各形式的特点,对直线电机的设计、监测和运行三个方面进行了综述,指出了今后脉管制冷机用直线电机的发展趋势,为该领域的科研工作者提供参考。     

脉管制冷法的重要改进——双向进气可逆脉管的理论分析与实验验证

一、前言 脉管制冷机具有结构简单、可靠性高等优点,作为高技术领域中光电传感器的冷源特别有吸引力。美国Gifford教授最早提出的基本型脉管制冷法,其单级制冷温度只达到124K。1983年,苏联Mikulin教授提出了小孔型脉管制冷法(参见图1实线部分),大大提高了制冷机的制冷能力。遗憾的是,小孔脉管制冷机中由于小孔和气库的加入,增加了一个不可逆损失源。文献[3]指出:对于一个效率为75％的压缩机来说,小孔脉管制冷机的比功率在80K时,约为100W/W,远大于同样情况下的斯特林制冷机,其比功率约为40W/W。所以提高脉管制冷机的效率是一个急待解决的问题。     

40～80 K温区高频脉冲管制冷机的实验研究

随着高频脉冲管制冷机性能的不断改善,特别是在红外和超导应用方面已进入实用化阶段,需要对蓄冷器和压缩机作进一步研究,探索高频脉冲管制冷机的工作机理,优化制冷机的整机设计.本文介绍了一台斯特林型高频单级脉冲管制冷机,经过优化设计,最低制冷温度达到了33 K,在40 K有420 mW的制冷量,当输入电功率为200 W时,在80K有4.5 W的制冷量.文中针对压缩机效率在40～80 K温区随工作频率变化的曲线关系,指出了制冷机和压缩机的耦合问题是研究脉冲管制冷机的重点与难点.并分析了制冷机内部各种阻力损失和热损失随压缩机运行频率变化的原因.     

泰勒斯低温技术公司线性斯特林制冷机发展现状

对泰勒斯低温技术公司线性斯特林制冷机的发展现状进行总结.分别对其线性斯特林制冷机压缩机技术发展、膨胀机技术发展、膜片弹簧设计原则和可靠性增长等方面进行了总结.     

油润滑压缩机驱动的脉管型双活塞斯特林制冷机的实验研究

脉管型双活塞斯特林制冷机采用脉管(热缓冲管)将膨胀活塞从低温端移至常温端,提高了系统的可靠性.本文采用油润滑压缩机作为脉管型双活塞斯特林制冷机的驱动源,利用弹性膜传递声功并将制冷机侧的工作气体与压缩机侧被污染的气体隔开,解决了大功率无油润滑压缩机成本高且难以获得的问题.初步实验以氦气为工质在2.5 Mpa、15 Hz工况时,-80℃获得了200 W的制冷量,-9℃获得了400 W的制冷量.为低成本、高效率、-80℃温区的大制冷量制冷机提供了一个新的选择.     

线性压缩机与气动斯特林冷指效率匹配研究

为了解决制冷机实验中线性压缩机与冷指不匹配的问题,本文以热声学理论为基础,对线性压缩机与冷指的匹配规律探索研究。基于压缩活塞的运动控制微分方程、电机的电压平衡方程和整机的阻抗特性,研究压缩机电机效率和PV功转化效率的影响因素和提高方法。在匹配原理的指导下,对一台双磁钢动磁式线性压缩机驱动的气动分置式斯特林制冷机进行优化分析,优化后,制冷机获得6 W/80 K制冷性能所需的电功从163.5 W降低到86.8 W,压缩机的电机效率从68.6%提高到79.6%。     

单级大功率斯特林型脉管制冷机模拟与实验研究

为了研究大功率斯特林型脉管制冷机中存在的流动的不均匀性、回热器和脉管内的温度不均匀性、制冷机与压缩机的阻抗匹配等问题,本文基于模拟软件Sage设计制造了一台单级大功率斯特林型脉管制冷机并对其进行了初步试验研究。在60 Hz工作频率,充气压力为1.9 MPa时,800 W输入功率下达到最低无负荷制冷温度56.9 K;充气压力为2.0MPa,输入功率为4 kW时制冷量为41.2 W@77 K,与理论模拟结果存在较大差距。实验发现回热器存在严重的温度不均匀性,中部最大温差高达120 K。     

单级斯特林型脉管制冷机的能量流分析

斯特林型脉管制冷机结构紧凑、可靠性和效率高,具有广阔的应用前景.为了开展脉管制冷机的工作机理研究,本文进行热力学模拟计算,研制了一台单级斯特林型脉管制冷机.当输入300 W电功时,获得了35.1 K的无负荷温度,在77.0 K提供9.0 W的制冷量,达到了设计目标.结合本文实例,开展了脉管制冷机内部能量流分析,定量给出...     

单级高频脉冲管制冷机耦合特性研究

线性压缩机、回热器、脉冲管以及惯性管的耦合特性对高频脉冲管制冷机的整机性能有很大的影响.本文对高频脉冲管制冷机的各部件及整机的耦合特性进行了理论分析和实验研究.研究表明,当脉冲管制冷机运行频率越接近压缩机的谐振频率时,脉冲管制冷机的效率会越高,压缩机效率受冷头温度影响就较小;而改变惯性管的尺寸是改善脉冲管制冷机耦合特性的最有效的手段.     

小型脉管式斯特林低温冰箱研制

利用成熟的真空绝热板与发泡材料复合的绝热技术制作冰箱保温箱体,采用脉管式斯特林制冷机作为冷源,研制出有效容积25L,工作温度可达-86℃以下的低温冰箱。脉管式斯特林制冷机与低温冰箱金属内胆直接相连进行换热。考察了低温冰箱的工作特性,为斯特林制冷机在商用制冷低温冰箱上的应用提供了借鉴。     

斯特林制冷机压缩机微振动抑制方法

斯特林制冷机微振动是影响光学遥感成像品质的重要振动源,压缩机振动影响尤为严重。介绍了某型制冷机压缩机微振动产生原理、抑制方程和控制办法,并通过实验验证将斯特林制冷机压缩机微振动降低40%。该控制方法现已在各类制冷机中应用,效果良好。