[实用新型]无油润滑直线轴承支撑斯特林制冷机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种制冷机，尤其涉及一种无油润滑直线轴承支撑斯特林制冷机，属于制冷技术领域。

背景技术

早期斯特林制冷机为整体式结构，压缩气缸和膨胀气缸（冷头）成90°布置，压缩机活塞与冷头排出器由旋转电机带动曲柄连杆机构驱动，活塞和排出器与相应气缸的密封形式为非金属弹性环的接触密封。这种制冷机整机结构复杂、振动噪音大，尤其是运动部件的相互磨损、制冷工质的污染和泄漏使得制冷机的工作寿命受到限制。

20世纪60年代末，为了克服曲柄连杆驱动方式斯特林制冷机运动过程中的侧向力，荷兰Philips公司首先提出线性谐振压缩机的概念，并将其应用于斯特林制冷机的设计。这种制冷机压缩机的运动部件少、侧向力小、污染小、磨损低，因而工作寿命和可靠性得到提高。但由于运动活塞和排出器无径向支撑，所以，其平均无故障时间一般也只有2500小时。

英国牛津大学于七十年代末开始开发星载长寿命斯特林制冷机，首次将其研制的并获空间成功应用的摆线悬臂梁型板状弹簧支撑技术应用于斯特林制冷机，以保证活塞和排出器运动组件的完全非接触，消除磨损，使斯特林制冷机的可靠性和寿命大大提高，开创了风靡低温界的“牛津型”斯特林制冷机时代。1992年11月，BAe公司（现改名为Matra Marconi Space）研制的牛津型斯特林制冷机的地面试验寿命(MTTF)达到了41933小时(约4.7年)。板弹簧支撑的难点在于气缸、活塞组件和板弹簧组件的对准和组装、间隙测量与准直方面要求很高，造价高。

上述直线电机驱动的斯特林制冷机，直线电机沿轴向的往复力直接作用于活塞和排出器，因而侧向力小，磨损小，工作寿命较高。结合间隙密封和板弹簧支撑或气体悬浮支撑，制冷机寿命可达到15000小时以上。但由于电机设计和制冷机关联，加工制造过程对电机、板弹簧等零部件的加工精度要求很高，因而成本较高。此外，制冷机热力学和动力学特征相互影响，相互制约，运动相位与行程受制冷机内外部环境影响，制冷量和温度控制比较复杂，影响制冷机的工作可靠性。

随着科学技术的发展和加工工艺的完善，整体式斯特林制冷机的振动噪音得到大幅度降低，随着超导和红外技术大量应用的迫切需要，这种机型再度引起低温界的关注。同时，由于整体式斯特林制冷机动力学过程严格决定于运动机构的设计，动力学与热力学相互独立，因而制冷机热性能稳定。因此，整体式斯特林制冷机非常有利于工程化批量生产。

整体式斯特林制冷机存在的主要问题是：作用于活塞和排出器的侧向力引起的密封磨损制约着整机的寿命。解决活塞和排出器的侧向力问题，对制冷机的支撑结构进行改进是提高制冷机的可靠性和寿命的有效措施。2004年中科院理化技术研究所提出线性滑轨支撑结构解决该问题，并制作了两台样机，该样机较好的解决了活塞侧向力的问题（席有民, 李青, 李强, 聂中山. 线性滑轨支撑微型斯特林制冷机的开发及性能调试. 低温与超导, 2005(3):19-21,35）该样机线性滑轨与相应气缸之间安装时所需零件多，结构复杂，同时电机轴承、活塞和排出器连杆轴承以及线性滑轨润滑所用润滑脂，在制冷机长期运行时会污染高纯氦制冷工质，引起制冷机性能恶化，影响制冷机的长期高效可靠运行。

综上所述，可以看出，对整体式斯特林制冷机支撑结构进行改进，设计出结构简单适合批量生产的制冷机有着重要意义。

实用新型内容

所要解决的技术问题：

针对以上问题本实用新型提供了一种对整体式斯特林制冷机支撑结构进行改进，提供一种带有无油润滑直线轴承支撑的斯特林制冷机。该制冷机所用轴承均采用无油润滑轴承，可以避免制冷机运行过程中，润滑油造成的工质污染，提高制冷机的可靠性和寿命。制冷机的活塞和排出器分别由无油润滑直线轴承支撑，可保证活塞和排出器在轴向往复运动过程中的径向位置，减少和消除与相应气缸间的磨损，提高制冷机工作寿命和可靠性。

技术方案：