G-M循环制冷机的工作原理
* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-05-13 0:42:29 * 浏览: 4
小型冰箱的低温泵采用二级制冷氦气闭环制冷机。选择这种冰箱的原因是，它可以提供必要的冷却功率，以在77K和15K时移除真空室。图5-53显示了适用于小型冰箱的制冷循环。现代小型冰箱低温泵大多数使用G * M循环，并且在无负载时可以获得7K的低温，而在20K时，冷却功率为1W至20W。另一种类型是斯特林循环。 z *低温为12K，20K时的冷却功率为10W至400W，但斯特林循环制冷机的振动相对较大，因此很少使用。 G-M循环制冷机的工作原理G-M循环制冷机将压缩机和膨胀机分开，前者用作空气源，后者产生制冷效果。该阀用于控制膨胀机的工作。与斯特林冰箱相比，它效率低，体积大且质量大。但是它的主要优点是压缩机的机械振动不能传递到冷头上，并且两部分分开后易于制造。扩展器部分非常紧凑，易于使用。由于活塞的运动速度非常低（50r / min至500r / min），因此气缸与膨胀活塞之间的间隙较大，膨胀活塞两侧之间的压力差较小，密封要求低，压缩机采用油润滑，大大提高了膨胀机的使用寿命。目前，这种冰箱的维护周期可达3000h，使用寿命达数万小时。 G-M循环制冷机的工作原理由Gifford和McMahon于1959年提出，其基本组件是压缩机和吸油器等附属设备。压缩机的作用是压缩来自膨胀机的低压气体，以提供高压的纯工作流体（氦气）。现在，大多数油冷和润滑的旋片式压缩机都配备了必要的冷却和过滤净化装置。膨胀器的作用是使高压气体绝热地膨胀和冷却。为了使其有效工作，除了膨胀机气缸的真空绝热外，活塞在膨胀机中的运动以及进气门和排气门的打开和关闭必须处于适当的关系。启动阀门的电动机可以用来移动活塞，也可以将其制成气动的。即，高压气体的能量用于使活塞两侧的压力不同，从而迫使活塞移动。基本流程图如图5-54所示。工作介质（氦气）被压缩机压缩成高压高温气体，并与冷却器进行热交换，使其达到室温和高压氦气，然后通过分油器和油变成高纯氦气吸附器。进气阀进入制冷机缸体进行绝热膨胀后，再通过排气阀流入压缩机，形成一个闭合循环。气缸中的活塞有两种驱动方式：气动方式和机械方式。机械驱动采用低速电动机驱动两个偏心轮（以一定角度配置）和活塞曲轴，从而使进气门和排气门根据一定的气体分配角度交替打开和关闭。同时，曲轴驱动活塞上下往复运动，以使GM循环变凉。系统中的压力会定期变化（图5-55）。制冷原理如下：当活塞移至下止点（冷腔容积接近零，热腔容积z *大）位置6时，进气门打开（排气门关闭），高温氦气被充入热腔，在蓄热室中，气压突然从6位置上升到1位置，冷室内的气体压缩热接近于零。然后，活塞变为向上运动。热腔中的常温和高压氦气被蓄热室冷却并进入冷腔。此时，气体比容降低，压力降低。常温和高压氦气通过进气阀连续填充。气压与线段1-2相同，保持压力不变。当活塞靠近上止点位置2时，进气门关闭，充气结束。活塞继续向上移动，工作流体压力沿曲线2-3减小，直到活塞移动到上止点位置3，排气阀打开，冷室中的低温高压氦气连接到压缩机进口处，氦气绝对是热膨胀制冷，以获得净制冷量，压力变化为3-4。之后，活塞向下移动，冷室中的低压冷氦穿过蓄热室，进一步降低蓄热室中填料的温度，然后分别流入热室和压缩机的进气端。 ，压力保持不变（4-5）。当活塞接近z *的低位时，排气门关闭，气压沿5-6增大。当活塞返回到位置6时，进气门打开，下一个循环开始。在每个循环中，通过进气阀通过再生器流入冷室的高压氦气的初始温度低于前一个循环，并且在冷室中的绝热膨胀阶段之后的温度也较低，并且进一步冷却冷室反复循环后，壁和蓄热室中的填充物会保持冷却，直到建立动态的热量平衡为止。为了使结构紧凑，将实际的G-M循环制冷机中的蓄热器放置在活塞中。图5-56显示了二次冷却G-M冰箱的内部结构。 G-M循环小型冰箱的性能参数如表5-24所示。
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