分置式斯特林制冷机可靠性增长研究

　　1 引言

　　1.75W分置式斯特林制冷机是我国自主研制的第一类斯特林制冷机，其特点是: 体积小、重量轻、降温快、振动小、制冷效率高和操作简便。目前已通过中国航空总公司某院所“红外光电雷达”系统应用平台支撑，经过初样、正样和设计定型阶段的改进研究，解决了在工程实用化过程中存在的性能稳定性、可靠性、电磁干扰和环境适应性问题，且功耗和环境适应性优于国外同类产品，国内目前无同类产品。

　　本产品的研制成功，首次实现了战术式斯特林制冷机国产化应用，填补了国内空白，达到国际先进水平。在设计、工艺、加工、装配和调试等技术上积累了许多宝贵经验，为今后开发和生产系列化产品和其它型号低温制冷产品打下了坚实的基础，成果辐射范围广泛，具有显著的经济和社会效益。

　　近年来针对产品实际应用过程中出现的问题和不足，我们一直致力于在现有定型产品基础上对产品性能的稳定性、一致性与可靠性进行优化设计和改进。

　　2 障及隐患排除

　　根据统计，产品应用至今故障及隐患(见图1)主要集中在氦气泄露、动子引线断裂及驱动器电压故障这几个方面，其所占故障比例见图2所示。

　　针对这些现象我们进行了深入研究，并逐步排查定位，做了以下改善工作(见表1) 。

　　3 可靠性增长

　　根据传统方式制冷机分为驱动控制电源、线性电机和制冷部件三部分。按可靠性指标MTTF=8000小时计，参照可靠性应用公式: MTTFi=N( ti/T)uiMTTFs/ni，其中ti=Tui=1，取可靠性系数=0.1，(1 + )×8000=8800h; N为各分系统的单元数，N=3，按 MTTFs=8800/3h 分给各系统，驱动控制源MTTF1=MTTFsN/n1=26400h; 线性电机MTTF2=MTTFsN/n2=26400h; 制冷部件MTTF3=MTTFsN/n3=26400h。

　　由上述计算可知: 三部分可靠性指标均为26400h，线性电机和电子元器件类军品均属成熟产品，由电子产品可靠性推算，可靠性均在10万小时以上，因而该单元只要保证设计合理，使用器件合理，是完全可以实现系统可靠性指标要求的。而目前影响制冷部件可靠性的因素主要包括以下几个方面。

　　3.1 磨损

　　主要产生于压缩机活塞与气缸和膨胀机推移活塞与气缸之间形成的配对摩擦副上，磨损颗粒会造成排出器“赌塞”现象，使制冷机性能指标达不到要求或无法正常工作。

　　压缩机部分改进( 如图3所示) :

　　将整件气缸套与中心法兰组件采取过盈配合成一体后，两端压机气缸体与中心法兰组件结合面氩弧焊形成压缩机气缸组件，减少了拉伤和容易产生磨损的来源。