[发明专利]斯特林制冷机直线压缩机活塞偏置的纠偏结构

说明书

本发明公开了一种斯特林制冷机直线压缩机活塞偏置的纠偏结构，本结构包括设于机壳内的压缩机组件、直线电机组件以及悬挂组件，其中悬挂组件包括板弹簧以及设于板弹簧两端的外垫圈，板弹簧设于机壳内压缩机组件的背压腔并且对压缩机组件的活塞进行支撑；板弹簧两端的外垫圈向压缩机组件的压缩腔方向移动并且固定于机壳侧壁，使得压缩机组件静止时板弹簧弯曲成弧形，并且板弹簧的弧顶构成压缩机组件活塞的支撑点。本结构克服传统压缩机活塞偏置解决方案的缺陷，其结构简单，容易加工制造并且安装，降低设备成本，能够较大程度限制压缩机活塞偏置现象，提高压缩机的制冷性能。

技术领域

本发明涉及低温制冷机技术领域，尤其涉及一种斯特林制冷机直线压缩机活塞偏置的纠偏结构。

背景技术

原始斯特林循环是斯特林于1816年提出的发动机循环，1861年柯克等提出利用逆向斯特林循环可以制冷，到1954年荷兰菲利浦公司试制成功第一台斯特林制冷机，达到-194℃的低温。斯特林制冷机广泛应用于红外遥感、高温超导，并在商业、军事及航天等领域广泛使用。目前斯特林制冷机主要采用对置压缩机、直线电机驱动、板弹簧支撑和间隙密封等技术，如图1所示，斯特林制冷机直线压缩机包括压缩机组件1、直线电机组件2、悬挂组件3以及机壳4等部件，压缩机组件1、直线电机组件2、悬挂组件3设于机壳4内，其中悬挂组件3包括板弹簧31以及设于板弹簧31两端的外垫圈32，板弹簧31设于机壳4端部对压缩机活塞进行支撑并且通过外垫圈32固定于机壳4侧壁。在斯特林制冷机运行过程中其压缩机活塞存在偏置现象，在压缩机组装过程中，压缩机活塞存在上下止点，即压缩限位和膨胀限位，并且两值相等。采用板弹簧支撑技术使得压缩机未工作时活塞处于初始平衡位置，偏置量为零；当输入纯正弦交流电驱动压缩机时，活塞做正弦往复运动，其动态平衡位置偏离初始平衡位置，将该现象定义为压缩机活塞偏置，压缩机活塞动态平衡位置偏离其初始平衡位置的量称为偏置量。偏置现象的存在严重影响制冷机的性能，其一压缩机活塞的偏置会导致活塞实际最大行程减小，影响制冷机性能，严重的会发生活塞单边撞缸事故；此外，斯特林制冷机是采用板弹簧支撑技术，活塞的偏置会使得板弹簧一边行程过大、一边行程较小，长此以往会严重影响板弹簧的使用寿命。

目前解决压缩机偏置问题的技术方案大致有以下三种方式：

（1）加强板弹簧的轴向刚度；

（2）调节压缩机背压腔的压力；

（3）在活塞偏置方向施加一个反向的直流电压。

板弹簧的轴向刚度并非能够无限增大，在其增大的同时也增加了活塞的运行难度，所需的驱动力增大。因此在斯特林制冷机运行的实际工程中，采用施加反向直流电压来抑制活塞的偏置，利用电控系统操控制冷机的运行过程，在活塞运动方向设计一个直流电压分量将活塞拉回初始平衡位置。然而，额外加载的直流电压分量又增加了制冷机的功耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种斯特林制冷机直线压缩机活塞偏置的纠偏结构，本结构克服传统压缩机活塞偏置解决方案的缺陷，其结构简单，容易加工制造并且安装，降低设备成本，能够较大程度限制压缩机活塞偏置现象，提高压缩机的制冷性能。

为解决上述技术问题，本发明斯特林制冷机直线压缩机活塞偏置的纠偏结构包括压缩机组件、直线电机组件、悬挂组件以及机壳，所述压缩机组件、直线电机组件、悬挂组件设于所述机壳内，其中所述悬挂组件包括板弹簧以及设于板弹簧两端的外垫圈，所述板弹簧设于所述机壳内压缩机组件的背压腔并且对压缩机组件的活塞进行支撑；所述板弹簧两端的外垫圈向所述压缩机组件的压缩腔方向移动并且固定于所述机壳侧壁，使得所述压缩机组件静止时板弹簧弯曲成弧形，并且所述板弹簧的弧顶构成所述压缩机组件活塞的支撑点。

进一步，所述板弹簧的弧顶与所述机壳端部的距离小于所述板弹簧的两端与所述机壳端部的距离。