Микрокриогенная система Советский патент 1985 года по МПК F25B9/00 

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к малогабаритным криогенным системам с газовыми криогенными машинами, предназначенным для охлаждения объектов оптикоэлектронной аппаратуры.

Известна газовая криогенная машина, содержаш.ая приводной коленчатый вал, установленный на подвесных опорах и соединенный с помощью шатунов с компрессором и вытеснителем, и механизмы уранновешивания сил инерции, вызывающих линейные колебания корпуса машины в вертикальном направлении

Недостатками этой газовой криогенной -машины являются наличие значительных остаточных линейных колебаний в вертикальном, направлении жестко связанной с корпусом мащины головки охлаждения с установленным на ней оптико-электронным объектом охлаждения, уровень вибрации которого существенно влияет на акс: плуатационные характеристики системы в целом, а также сложность конструкции механизмом уравновешивания сил инерции первого и второго порядка, установка которых в корпусе машины увеличивает ее вес, габариты, стоимость и понижает ресурс работы за счет возможного выхода из строя механизмов уравновешивания.

Известна также микрокриогенная система, содержащая газовую криогенную машину с охлаждающей головкой, к которой посредством гибкого хладопровода присоединен охлаждаемый объект и криостат. В известной системе охлаждаемый объект жестко соединен с криостатом, а криостат состыкован с машиной через сильфон, чем достигается гашение вибраций, передаваемых от машины к объекту 2.

Недостатком известной системы является сравнительно высокий уровень остаточных вибраций охлаждаемого объекта, что объясняется невозможностью полного демпфирования колебаний машины.

Цель изобретения снижение уровня вибрации охлаждаемого объекта.

Поставленная цель достигается тем, что микрокриогенная система , содержащая газовую криогенную машину с охлаждающей головкой, к которой посредством гибкого хладопровода присоединен охлаждаемый объект и криостат, дополнительно содержит сильфон, установленный между криостатом и охлаждаемым объектом и имеющий коэффициент жесткости, равный произведению квадрата доминирующей частоты неуравновешенных сил инерции первого порядка на массу криостата.

Система может дополнительно содержать кольцо, размещенное в криостате вокруг охлаждающей головки и установленное с возможностью осевого перемещения при помощи пружины, коэффициент жесткости которой равен произведению квадрата доминирующей частоты сил инерции второго порядка на массу кольца.

На чертеже изображена конструктивная схема предлагаемой системы.

Система содержит газовую криогенную мац1ину 1 с охлаждающей головкой 2, к которой посредством гибкого хладопровода 3 присоединен охлаждаемый объект 4 и криостат 5, а также сильфон 6 , установленный между криостатом 5 и охлаждаемым объектом 4. Этот сильфон 6 имеет коэффициент жесткости, равный произведению квадрата доминирующей частоты неуравновешенных сил инерции первого порядка на массу криостата 5. Система также содержит кольцо 7, размещенное в криостате вокруг охлаждающей головки 2 и установленное с возможностью осевого перемещения при помощи пружины 8, коэффициент жесткости которой равен произведению квадрата доминирующей частоты сил инерции второго порядка на массу кольца 7.

Машина 1 включает корпус 9 с размещенными в нем поршнями 10 и 11 компрессора и вытеснителя, соединенными с помощью шатунов 12 и 13 с коленчатым валом 14. Основание объекта 4 охлаждения соединено с корпусом 9 машины 1 с помощью сильфона 15.

При работе газовой криогенной машины I неуравновешенные силы инерции поступательно движущихся звеньев передаточного механизма вызывают линейные колебания корпуса 9 машины в вертикальном направлении. Эти колебания через сильфон 15 передаются на охлаждаемый объект 4. Путем подбора жесткости сильфона б и пружины 8 добиваются совпадения частот колебаний неуравновешенных сил инерции первого и второго порядков с собственными частотами колебательных контуров, состоящих из сильфона 6 и криостата 5, пружин 8 кручения и кольца 7. При этом реакции связей со стороны упругих элементов будут равны и противоположно направлены по отношению к силам, вызывающим колебания основания охлаждаемого объекта 4, поэтому амплитуда колебаний объекта уменьшается. Линейные колебания охлаждаемого объекта путем правильной настройки гасителей колебаний и подбора жесткости сильфона 15 могут быть снижены теоретически до нуля.

X

Преимуществом предлагаемого технического рещения является существенное упрощение конструкции машины-, так как в этом случае отпадает необходимость установки уравновешивающих механизмов, сложность которых приблизительно одного

порядка что и сложность передаточного механизма.

При этом уменьшается вес машины и ее габариты на величину веса механизмов уравновешивания и за счет уменьшения размеров корпуса (приблизительно на 1015%).

I

Эффективность изобретения заключается в улучшении эксплуатациониых характеристик системы и расширении области применения в оптико-электронных приборах с повышенными требованиями к уровню вибрации. Кроме того, за счет упрош.ения конструкции машины путем замены уравновешивающих механизмов незначительным усложнением конструкции головки охлаждения можно снизить стоимость системы в условиях того же производства приблизительно на 15/о.

1. МИКРОКРИОГЕННАЯ СИСТЕМА, содержащая газовую криогенную машину с охлаждаюш.ей головкой, к которой посредством гибкого хладопровода присоединен охлаждаемый объект и криостат, отличающаяся тем, что, с целью снижения вибрации охлаждаемого объекта 2 система дополнительно содержит сильфон, установленный между криостатом и охлаждаемым объектом и имеюший коэффициент жесткости, равный произведению квадрата доминируюш,ей частоты неуравновешенных сил инерции первого порядка на массу криостата. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кольцо, размешенное в криостате вокруг охлаждаюш.ей головки и установленное с возможностью осевого перемеш,ения при помощи пружины, коэффициент жесткости которой равен произведению квадрата доминирующей частоты сил инерции второго порядка на массу кольца.