Газовая криогенная машина Советский патент 1981 года по МПК F25B9/00 

(54) ГАЗОВАЯ |(1 ГЕНКАЯ МЛИШЛА

Изобретение относится к криогенной технике, а более конкретно к конструкции газовой холодильной машины, используекюй для криостатирования различных объектов.

Известна газовая крногенная машина, работающая по обратному циклу Стирлинга, содержащая раэме1аенные соосно в корпусе поршни компрессора и расширителя, электродвигатель, размещенный перпендикулярно оси поршней механизм привода поршней от электродвигателя в виде планетарного редукторе и кривошипно-ползунным прнводом 1 .

Недостатками этой машины являются большие габариты и вес, обуслов- ленные наличием кривошипно-ползунного привода, а также невозможность компановки машины в форме цилиндра, которая во многих случги х является более предпочтительной.

Наиболее близкой к предлагаемой является газовая криогенная машина, содержащая параллельно раамещенные электродвигатель, поршни со штоками компрессора и расширителя и механизм привода поршней от электродвигателя. Механизм привода этой машины выполнен в виде двух конических редукторов и двух кривошипнополэунных механизмов, один иЭ которых соединен с штоком поршня компрессора, а другой - с штоком поршня расширителя Г2 .

Однако эта газовая криогенная машина вследствие радиальных усилий, возникаиоцнх в кривошипно-ползунном механизме, обладает повыиенным уровoнем вибраций охлаждаемой головки. Кроме того, радиальные усилия,прижимая поршии к сте1)кам цилиндров в условиях сухого «рения привадят к быстрому износу иаправляююих поршSней, увеличению зазоров между навравляю1аими,:|г)ор111ней и цилиндрами и, как следствие увеличению перетечек рабочего газа снижающих надежность и эффективность машины. Применение

0 конических редукторов приводит к значительному увеличению осевых размеров мшины и, соответственно, к увеличению ее массы и габаритов.

Цель изобретения - повышение говечиости и уменьшение габаритов и массы.

Указгшная цель достигается тем, что механизм привода поршней выполнен в виде соединенного с валом 0 электродвигателя полого стакана

роликов, шарнирно закрепленных на штоках, и неподвижных направляющих, причем стакан установлен с возможностью вращения, и на его внутренней поверхности выполнены плавно переходящие одна в другую винтовые канавки правого левого направлений, взанмодействупцие с роликами ,штоки выполнены полыми и составными из двух частей, установленных с возможностью их взаимного радиального перемещения, а направляющие размещены в отверстиях штоков. Канавки правого и левого направлений имеют одинаковое число витков, с сумма последних равна передаточному отношению ккханизма привода.

На фиг. 1 изображена предлагаемая машина, разрез; на фиг. 2 разрез-А-А на фиг.1.

Газовая криогенная машина содержит параллельно размещенные электродвигатель 1, поршень 2 со штоком 3 компрессора, поршень 4 со штоком 5 расширителя и механизм привода поршней.

Механизм привода поршней выполнен в виде соединенного с валом б электродвигателя 1 полого стакана 7, роликов 8, шарнирно закрепленных с помощью опоры 9 на штоках 3 и 5, и неподвижных направляющих 10. Стакан 7 установлен с возможностью вращения в подшипниках 11 и на его внутренней поверхности выполнены плавно переходящие одна в другую винтовые канавки 12 правого и левого направлений, взаимодействующие с роликами 8. Штоки 3 и 5 выполнены полыми и составными из двух частей, установленными с возможностью их взаимного радиальног перемещения, а направляющие 10 размещены в отверстиях штоков 3 и 5. Канавки 12 правого и левого направлений имеют одинаковое число витков, а сумма последних равна передаточному отношению механизма привода. Компрессорный поршень 2 образует полость сжатия 13, а поршень 4 образует полость расширения 14. Части штоков соединены между собой замком, изображенном на фиг.2. Опоры 9 фиксируются штифтами 15.

Мсциина работает следующим образом.

Вращательное движение от вала 6 электродвигателя 1 передается стакану 7. При этом р олики 8, перекатываясь по винтовой канавке 12,перемещаются в продольном направлении возвратно-поступательно и приводят в движение через штоки 3 и 5 компрессорный 2 и детандерный 4 поршни.Установкой при сборке каждого ролика 8 в соответствующий виток канавки обеспечивается требуемый закон движения поршней и реешизуется обратный цикл Стирлинга, позволяющий получить в полости расширения 14 криогенную

температуру. Цикл осуществляется за несколько оборотов вала, численно равных количеству витков канавки и, соответственно, передаточному отношению. При взаимодействии роликов 8 с винтовой канавкой 12 возникают радиальные усилия которые передаются на штоки 5. При этом воспринимаются (УСИЛИЯ только теми частями штоков 3 и 5, на которых установлены ролики 8 , а части штоков, которые соединяются с поршнями 2 и 4 освобождены ОТ действия радиальных усилий за счет выполнения штоков составными и обеспечения частям штоков возможности перемещения относительно друг друга в радиальном направлении.

Далее радиальные усилия воспринимаются направляющими 10, по которым перемещается возвратно-поступательно нижние части штоков . и 5.

Результат, достигаемый при использовании предлагаемой газовой криогенной машины, характеризуется тем, что уменьшаются габариты и вес конструкции. Выполнение штоков составными с развязко,й в радиальном направлении исключило воздействие радиальных усилий ha поршни, так как восприятие радиальных усилий в предложенной конструкции производится закрепленными на корпусе специальными направляющими, по которым перемещаются штоки. Вследствие этого уменьшается износ пОЕяаней и их направляющих, что приводит к уменьшению перетечек рабочего газа и повкшению эффективност и надежности машины по предварительным расчетам в 1,5 раза. Кроме того, снижается уровень вибращий машины.

Формула изобретения

1. Газовая криогенная машина, содержащая параллельно размещенные электродвигатель, поршни со штоками компрессора и расширителя и механизм привода поршней от электродвигателя, отличающаяся тем, что, с целью повышения долговечности и уменьшения габаритов и массы, меха.низм привода поршней выполнен в виде соединенного с валом электродвигателя полого стакана, роликов, шарнирно закрепленных на штока с, и неподвижных направляющих, причем стакан установлен с возможностью вращения, и на его внутренней поверхности выполнены плавно переходящие одна в другую винтовые канавки правого и левого направлений, взаимодействующие с роликами, штоки выполнены полыми и составными из двух частей, установленных с возможностью их взаимного радиального перемещения, а направляющие размещены в отверстиях штоков.