单直线压缩机驱动双脉管冷指的实验研究

作者：曹永刚陈曦吴亦农杨开响张安阔熊超来源：低温工程日期： 2024-09-24 人气：5

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　　1 引言

　　脉冲管制冷机由于其在冷端完全取消了运动部件，具备了结构简单、制造较易、成本较低、冷头振动和电磁干扰小、可靠性高以及预期寿命长等一系列显著优点。在过去二十年中，脉冲管制冷机得到了蓬勃、迅速的发展，被应用于需要低温制冷的各领域。低温红外仪器及设备在空间低温学有很大的应用需求。对于航天、航空和军事等方面的应用，通常要求制冷机系统小型化甚至微型化，以减少火箭、航空器等的载荷，提高系统的机动性和快速反应能力，但常规的小型化手段仅仅减小制冷机各部件的尺寸，导致制冷量随之成比例减小。如何在保证制冷机小型化的同时仍然满足制冷量需求及较高的效率成为一个亟待解决的问题。

　　为了在不同的位置获得不同的制冷量，例如:0.5m 或1m间距获得2W@60K和6 W@80K的制冷量，研究设计了一台压缩机驱动两台冷指的实验系统。这个系统在满足制冷需求的同时，明显减轻了质量，也满足了长寿命需求。目前还没有完全了解这种制冷系统，分析和实验研究在揭示系统性能上是十分必要的。研究搭建了一台线性压缩机驱动两台脉管制冷机的验装置，并通过实验装置测试了脉管制冷机耦合的制冷性能。

　　2 实验系统及装置

　　图1为一台压缩机驱动两台冷指系统的结构示意图。

　　实验采用自主设计并制造的对置式动圈线性压缩机，压缩机参数如表1所示。两台脉管冷指均采用同轴型结构设计，利用惯性管及气库进行调相，为脉管冷头质量流与压力波提供合适的相位角。为了简化，两台脉管冷指最初优化的冷头相位保持不变，并且在平行布置的实验中也不进行修改。回热器填料由400目的不锈钢丝网组成; 气库与脉管热端通过法兰连接，惯性管缠绕在气库上面，并通过胶体进行固定，在减少体积的同时降低系统对惯性管的振动，增加了整个系统的紧凑性; 每个脉管冷指的热端通过与恒温水源相连接的水冷块水冷，它们之间涂以导热硅增强导热性; 热端也可采用同轴风机进行强风冷却; 系统采用氦气作为工质; 冷头温度采用校准的铂电阻温度计(Pt100) 进行四线制测量，保证了测量温度的准确性; 制冷量通过粘贴在冷头上的电阻加热片测量; 一个T型铜管用来连接压缩机和脉管冷指。表1为单直线对置式动圈压缩机主要参数。

　　3 试验结果及分析

　　本实验的主要目的是为了研究一台直线压缩机驱动两台结构相同脉管冷指的耦合性能。首先通过实验分别研究了两台脉管冷指的制冷性能，然后再通过实验研究分析它们耦合的制冷性能。