專利名稱：一種油潤滑的壓力波發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于制冷與低溫技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是涉及一種可用于驅(qū)動各類回?zé)崾街评錂C(包括斯特林制冷機、脈沖管制冷機和熱聲制冷機)的油潤滑的壓力波發(fā)生器。
背景技術(shù)：
諸如斯特林制冷機、脈沖管制冷機和熱聲制冷機之類的電驅(qū)動的回?zé)崾街评錂C都需要使用一個無閥的壓縮機來驅(qū)動制冷。通過壓縮機的活塞在汽缸內(nèi)高速往復(fù)運動，可以產(chǎn)生一定頻率(10～100Hz，或更高)的壓力波來驅(qū)動制冷機，所以無閥的壓縮機也稱為壓力波發(fā)生器?，F(xiàn)有的用于驅(qū)動各類回?zé)崾街评錂C的壓力波發(fā)生器一般都不能采用潤滑油進行工作。這是由于如果使用了潤滑油，很難避免潤滑油進入制冷機；而進入制冷機的潤滑油會由于增加了流動阻力和降低了傳熱性能，使得這些制冷機的性能下降，特別是工作在低溫下的制冷機還會因為潤滑油凍結(jié)堵塞流道而不能工作。
目前，典型的應(yīng)用在回?zé)崾降蜏刂评錂C上的無油潤滑的壓力波發(fā)生器如圖1所示由直線電動機驅(qū)動的壓力波發(fā)生器，主要包括直線電動機1、軸2、活塞3、活塞環(huán)4、和氣缸5；以及圖2所示的由旋轉(zhuǎn)電動機驅(qū)動的壓力波發(fā)生器，主要包括曲軸箱10、曲輪11、活塞3、活塞環(huán)4、汽缸5。這兩類無油潤滑的壓力波發(fā)生器由于汽缸-活塞之間無油潤滑，將導(dǎo)致如下問題(1)由于汽缸-活塞之間的干摩擦，導(dǎo)致其可靠性極差。目前，常見的通過旋轉(zhuǎn)電機帶動曲柄-連桿產(chǎn)生往復(fù)運動而產(chǎn)生壓力波的壓力波發(fā)生器的平均壽命僅在數(shù)千小時的量級；(2)或者，為了減少因無油潤滑帶來的干摩擦從而降低系統(tǒng)效率的問題，通常其氣缸、活塞需要采用特殊的材料，精密的加工等，由此導(dǎo)致其制作成本相對很高。由此最終導(dǎo)致了盡管回?zé)崾街评錂C有很多優(yōu)點，但目前仍然沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的用于驅(qū)動各類回?zé)崾街评錂C的壓力波發(fā)生器如果使用了潤滑油，很難避免潤滑油進入制冷機；而不采用潤滑油將導(dǎo)致其可靠性差、壓縮機的平均壽命短、制作成本高的缺陷，從而提供一種可靠性高、壓縮機的平均壽命長、制作成本低的油潤滑的壓力波發(fā)生器。
本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明提供的油潤滑的壓力波發(fā)生器，包括一個電動機，一個氣缸，及由電動機驅(qū)動在氣缸內(nèi)做往復(fù)運動的活塞，活塞-汽缸間隙處采用活塞環(huán)密封，還包括一個位于汽缸-活塞前方的彈性膜；和一個油潤滑系統(tǒng)，該油潤滑系統(tǒng)包括盛裝在壓縮機腔體底部的潤滑油，連通壓縮機腔體底部與活塞-汽缸間隙的輸油管，和安裝在輸油管道中的油泵。
所述的彈性膜為高彈性的有機材料或金屬材料制得的膜片，所述的有機材料為氟橡膠、乳膠、天然橡膠等，所述的金屬材料則為鈹青銅、磷青銅、彈性不銹鋼材料等，它們的厚度和直徑的大小根據(jù)所在截面的體積流量和彈性材料的疲勞極限加以設(shè)計。通常，彈性膜的材料厚度在0.2～5mm之間，而其直徑則根據(jù)其彈性膜的許用位移大于該截面處的氣體運動位移。
所述的電動機為旋轉(zhuǎn)式電動機和往復(fù)直線電動機。
所述的旋轉(zhuǎn)式電動機的曲柄連桿機構(gòu)可以是單作用式，或是菱形結(jié)構(gòu)的雙作用式。
所述的往復(fù)直線電動機可以是單個壓縮機，或是對置式布置的雙壓縮機。
所述的往復(fù)直線電動機可以為動圈式、動磁式、或動鐵式。
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明提供的油潤滑的壓力波發(fā)生器的關(guān)鍵在于使用了一種高彈性膜，它既可以有效地將壓縮機的機械功以聲波的形式傳遞到制冷系統(tǒng)，又可以阻止壓縮機中的潤滑油進入到制冷系統(tǒng)，因此，該技術(shù)將使現(xiàn)有的回?zé)崾街评浼夹g(shù)在保持原有的高效環(huán)保的同時，使其可靠性得到大幅度提高，且制作成本得到很大的降低。
本發(fā)明使用的高彈性膜可以有效地將壓縮機的機械功以聲波的形式傳遞到制冷系統(tǒng)，其原理在于假設(shè)彈性膜片兩側(cè)的壓力為p1和p2，彈性膜片的質(zhì)量為m，彈性系數(shù)為K，彈性膜片的橫截面積為A，則有(p1-p2)A＝Kx+mx″(1)其中x為彈性膜片的位移量，x″為位移對時間的二階導(dǎo)數(shù)即加速度。
將p1、p2、x以簡諧形式p1＝P1·ejωtp2＝P2·ejωtx＝X·ejωtx″＝-ω2·X·ejωt其中P1、P2、X分別為各簡諧量的幅值，ω為角頻率，代入(1)式可以進一步寫成如下形式(P1-P2)A＝(K-mω2)X (2)從上式可以看出，如果彈性膜的彈性很好，則意味著彈性膜的剛度系數(shù)K趨于0；此外，若膜片的質(zhì)量很輕，則質(zhì)量m也趨于0，這樣，極限的情況下就可得出膜片兩側(cè)的壓力P1、P2完全相同。實際上，與膜兩側(cè)的氣體壓力相比，由膜片的彈性和質(zhì)量所引起的貢獻很小(兩個量級以下)，所以可認(rèn)為膜片傳遞聲波的能力與氣體完全相同。
另外，本發(fā)明提供油潤滑的壓力波發(fā)生器還具有如下的優(yōu)點(1)由于潤滑的效果，使壓縮機的壽命大大提高；(2)可以降低壓縮機的機械加工難度，降低成本；(3)減小了摩擦損失，可提高壓縮機的機電效率。因此，本發(fā)明將為回?zé)崾降蜏刂评錂C(包括斯特林制冷機、脈沖管制冷機以及熱聲制冷機等)提供高一種可靠、低成本的高效壓力波發(fā)生器。


圖1為直線電動機驅(qū)動的無油潤滑的壓力波發(fā)生器的示意圖；圖2為旋轉(zhuǎn)電動機驅(qū)動的無油潤滑的壓力波發(fā)生器的示意圖；圖3是實施例1的旋轉(zhuǎn)電動機驅(qū)動的油潤滑的壓力波發(fā)生器的示意圖；圖4是實施例2的雙旋轉(zhuǎn)電動機驅(qū)動的油潤滑的壓力波發(fā)生器的示意圖；圖5是實施例3的往復(fù)直線電動機驅(qū)動的油潤滑的壓力波發(fā)生器的示意圖；圖6是實施例4的雙往復(fù)直線電動機驅(qū)動的油潤滑的壓力波發(fā)生器的示意圖；其中，1電動機，2軸，3活塞，4活塞環(huán)，5氣缸，6彈性膜，7輸油管，8油泵，10曲軸箱，11曲輪，112曲輪，12連桿，122連桿，14連接桿。
具體實施例方式
實施例1、一種單個旋轉(zhuǎn)電動機驅(qū)動的油潤滑的壓力波發(fā)生器一種本發(fā)明提供的油潤滑的壓力波發(fā)生器，如圖3所示，其為使用單作用式的旋轉(zhuǎn)電動機，通過曲軸箱10中的曲輪11轉(zhuǎn)動，帶動連桿12驅(qū)動活塞3在氣缸5內(nèi)做往復(fù)運動，產(chǎn)生壓力波動，活塞-汽缸間隙處采用活塞環(huán)4密封，還包括一個位于汽缸-活塞前方的氟橡膠材料的彈性膜6，以形成使得活塞3可以在其間往復(fù)運動的壓縮氣缸?；钊鶑?fù)運動產(chǎn)生的聲波通過彈性膜6的作用將機械能以聲波的形式輸送到與之相連的制冷系統(tǒng)，由于該彈性膜6的作用，汽缸-活塞之間的潤滑油將不會進入到制冷系統(tǒng)。
該油潤滑的壓力波發(fā)生器還包括一個油潤滑系統(tǒng)，該油潤滑系統(tǒng)包括盛裝在壓縮機腔體底部的潤滑油，連通壓縮機腔體底部與活塞-汽缸間隙的輸油管7，和安裝在輸油管道中的齒輪泵8；齒輪泵8連續(xù)不斷地將壓縮機腔體底部的潤滑油泵送到活塞-汽缸間隙處的活塞環(huán)4處，使活塞環(huán)得到良好潤滑，而活塞端面積累的潤滑油則通過重力和氣體的作用返回到壓縮機腔體底部，重新進行循環(huán)。由于活塞前面的彈性膜6的作用，潤滑油將不會進入制冷系統(tǒng)內(nèi)部。
該油潤滑的壓力波發(fā)生器采用氦氣作為工質(zhì)，工作壓力為10～30bar，工作頻率為10～60Hz。
實施例2、一種雙旋轉(zhuǎn)電動機驅(qū)動的油潤滑的壓力波發(fā)生器一種本發(fā)明提供的油潤滑的壓力波發(fā)生器，如圖4所示，其為由兩個旋轉(zhuǎn)式電機帶動活塞作往復(fù)直線運動，兩個電機對置式放置，這樣可以消除除活塞運動方向以外的其他力，同時也增大了帶動活塞運動的力。通過曲軸箱10中的2個曲輪11和112轉(zhuǎn)動，帶動其上的連桿12和122，連桿12和122再通過與之相接的連接桿14驅(qū)動活塞3在氣缸5內(nèi)做往復(fù)運動，產(chǎn)生壓力波動，活塞-汽缸間隙處采用活塞環(huán)4密封，還包括一個位于汽缸-活塞前方的鈹青銅的彈性膜6，以形成使得活塞3可以在其間往復(fù)運動的壓縮氣缸?；钊鶑?fù)運動產(chǎn)生的聲波通過彈性膜6的作用將機械能以聲波的形式輸送到與之相連的制冷系統(tǒng)，由于該彈性膜6的作用，汽缸-活塞之間的潤滑油將不會進入到制冷系統(tǒng)。
該油潤滑的壓力波發(fā)生器還包括一個油潤滑系統(tǒng)，該油潤滑系統(tǒng)包括盛裝在壓縮機腔體底部的潤滑油，連通壓縮機腔體底部與活塞-汽缸間隙的輸油管7，和安裝在輸油管道中的齒輪泵8；齒輪泵8連續(xù)不斷地將壓縮機腔體底部的潤滑油泵送到活塞-汽缸間隙處的活塞環(huán)4處，使活塞環(huán)得到良好潤滑，而活塞端面積累的潤滑油則通過重力和氣體的作用返回到壓縮機腔體底部，重新進行循環(huán)。由于活塞前面的彈性膜6的作用，潤滑油將不會進入制冷系統(tǒng)內(nèi)部。
該油潤滑的壓力波發(fā)生器采用氦氣作為工質(zhì)，工作壓力為10～30bar，工作頻率為50～60Hz。
實施例3、一種單個往復(fù)直線電動機驅(qū)動的油潤滑的壓力波發(fā)生器一種本發(fā)明提供的油潤滑的壓力波發(fā)生器，如圖5所示，其為使用往復(fù)直線電動機(動圈式，動磁式，動鐵式)，通過軸2驅(qū)動活塞3在氣缸5內(nèi)做往復(fù)運動，產(chǎn)生壓力波動，活塞-汽缸間隙處采用活塞環(huán)4密封，還包括一個位于汽缸-活塞前方的天然橡膠制作的彈性膜6，以形成使得活塞3可以在其間往復(fù)運動的壓縮氣缸?；钊鶑?fù)運動產(chǎn)生的聲波通過彈性膜6的作用將機械能以聲波的形式輸送到與之相連的制冷系統(tǒng)，由于該彈性膜6的作用，汽缸-活塞之間的潤滑油將不會進入到制冷系統(tǒng)。
該油潤滑的壓力波發(fā)生器還包括一個油潤滑系統(tǒng)，該油潤滑系統(tǒng)包括盛裝在壓縮機腔體底部的潤滑油，連通壓縮機腔體底部與活塞-汽缸間隙的輸油管7，和安裝在輸油管道中的齒輪泵8；齒輪泵8連續(xù)不斷地將壓縮機腔體底部的潤滑油泵送到活塞-汽缸間隙處的活塞環(huán)4處，使活塞環(huán)得到良好潤滑，而活塞端面積累的潤滑油則通過重力和氣體的作用返回到壓縮機腔體底部，重新進行循環(huán)。由于活塞前面的彈性膜6的作用，潤滑油將不會進入制冷系統(tǒng)內(nèi)部。
該油潤滑的壓力波發(fā)生器采用氦氣作為工質(zhì)，工作壓力為10～30bar，工作頻率為10～100Hz。
實施例4、一種對稱布置的雙往復(fù)直線電動機驅(qū)動的油潤滑的壓力波發(fā)生器一種本發(fā)明提供的油潤滑的壓力波發(fā)生器，如圖6所示，其為使用2個對置式布置的往復(fù)直線電動機(動圈式，動磁式，動鐵式)分別直接帶動活塞作往復(fù)直線運動，即通過軸2驅(qū)動活塞3在氣缸5內(nèi)做往復(fù)運動，產(chǎn)生壓力波動，活塞-汽缸間隙處采用活塞環(huán)4密封，還包括一個位于汽缸-活塞前方的成波浪形狀的鈹青銅彈性膜6，以形成使得活塞3可以在其間往復(fù)運動的壓縮氣缸?；钊鶑?fù)運動產(chǎn)生的聲波通過彈性膜6的作用將機械能以聲波的形式輸送到與之相連的制冷系統(tǒng)，由于該彈性膜6的作用，汽缸-活塞之間的潤滑油將不會進入到制冷系統(tǒng)。
該油潤滑的壓力波發(fā)生器還包括一個油潤滑系統(tǒng)，該油潤滑系統(tǒng)包括盛裝在壓縮機腔體底部的潤滑油，連通壓縮機腔體底部與活塞-汽缸間隙的輸油管7，和安裝在輸油管道中的齒輪泵8；齒輪泵8連續(xù)不斷地將壓縮機腔體底部的潤滑油泵送到活塞-汽缸間隙處的活塞環(huán)4處，使活塞環(huán)得到良好潤滑，而活塞端面積累的潤滑油則通過重力和氣體的作用返回到壓縮機腔體底部，重新進行循環(huán)。由于活塞前面的彈性膜6的作用，潤滑油將不會進入制冷系統(tǒng)內(nèi)部。
該油潤滑的壓力波發(fā)生器采用氦氣作為工質(zhì)，工作壓力為10～30bar，工作頻率為10～100Hz。
對置式放置的直線電機可以加大產(chǎn)生壓力波的能力，根據(jù)輸出壓力波的要求，可以對稱放置兩個直線電機。
權(quán)利要求
1.一種油潤滑的壓力波發(fā)生器，包括一個電動機，一個氣缸，及由電動機驅(qū)動在氣缸內(nèi)做往復(fù)運動的活塞，活塞—汽缸間隙處采用活塞環(huán)密封，其特征在于還包括一個位于汽缸-活塞前方的彈性膜；和一個油潤滑系統(tǒng)，該油潤滑系統(tǒng)包括盛裝在壓縮機腔體底部的潤滑油，連通壓縮機腔體底部與活塞—汽缸間隙的輸油管，和安裝在輸油管道中的油泵。
2.如權(quán)利要求1所述的油潤滑的壓力波發(fā)生器，其特征在于所述的彈性膜為高彈性的有機材料或金屬材料制得的膜片。
3.如權(quán)利要求1或2所述的油潤滑的壓力波發(fā)生器，其特征在于所述的彈性膜為氟橡膠、乳膠、或天然橡膠制得的膜片。
4.如權(quán)利要求1或2所述的油潤滑的壓力波發(fā)生器，其特征在于所述的彈性膜為鈹青銅、磷青銅、或不銹鋼材料制得的膜片。
5.如權(quán)利要求1所述的油潤滑的壓力波發(fā)生器，其特征在于所述的電動機為旋轉(zhuǎn)式電動機和往復(fù)直線電動機。
6.如權(quán)利要求5所述的油潤滑的壓力波發(fā)生器，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)式電動機的曲柄連桿機構(gòu)是單作用式，或是菱形結(jié)構(gòu)的雙作用式。
7.如權(quán)利要求5所述的油潤滑的壓力波發(fā)生器，其特征在于所述的往復(fù)直線電動機是單個壓縮機，或是對置式布置的雙壓縮機。
8.如權(quán)利要求5所述的油潤滑的壓力波發(fā)生器，其特征在于所述的往復(fù)直線電動機為動圈式、動磁式、或動鐵式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可用于驅(qū)動各類回?zé)崾街评錂C的油潤滑的壓力波發(fā)生器，包括電動機，氣缸，及由電動機驅(qū)動在氣缸內(nèi)做往復(fù)運動的活塞，活塞－汽缸間隙處采用活塞環(huán)密封，位于汽缸－活塞前方的彈性膜；和油潤滑系統(tǒng)。該油潤滑系統(tǒng)包括盛裝在壓縮機腔體底部的潤滑油，連通壓縮機腔體底部與活塞－汽缸間隙的輸油管，和安裝在輸油管道中的油泵。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的關(guān)鍵在于使用了一種高彈性膜，它既可以有效地將壓縮機的機械功以聲波的形式傳遞到制冷系統(tǒng)，又可以阻止壓縮機中的潤滑油進入到制冷系統(tǒng)，因此，該技術(shù)將使現(xiàn)有的回?zé)崾街评浼夹g(shù)在保持原有的高效環(huán)保的同時，使其可靠性得到大幅度提高，且制作成本得到很大的降低。
文檔編號F04B39/04GK1676928SQ200510011628
公開日2005年10月5日 申請日期2005年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月25日
發(fā)明者羅二倉, 戴巍, 余國瑤, 吳劍峰 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所