[发明专利]直线压缩机用耐高压且保高真空的充排气阀门及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种充排气阀门，特别涉及一种直线压缩机用耐高压且保高真空的充排气阀门及制造方法。

背景技术

直线压缩机是具有革新意义的一种往复式活塞压缩机，它利用直线电机驱动活塞在气缸中作往复直线运动，理论上完全消除了对活塞的径向作用力，因而也消除了活塞和气缸壁之间的机械磨损以及由此产生的无用功，工作寿命和能量转化效率都大幅度提高，故而在需要长寿命、高可靠和高效率工作的航空、航天、军事等特殊领域有着非常重要的应用，例如，在航天及军事领域有着重要应用的两种回热式低温制冷机——脉冲管制冷机和斯特林制冷机，如果要实现长寿命工作，都需采用直线压缩机作为其动力源。

采用直线压缩机驱动的脉冲管制冷机和斯特林制冷机，为保证有效的长寿命工作，其工质一般都采用高纯净度的氦气(有时甚至需要纯度为99.9999％以上)。高纯氦的价格昂贵，但这仅是应用中的一个较为次要的因素，因为高纯氦的获取已经有很好的工业及商业渠道。在实际应用中，保证上述制冷机中工质高纯净度最为关键的问题之一，其实是如何使充入制冷机系统内的工质仍然保持原有的纯净度。换言之，即如何有效地防止工质充装过程中的污染。如果工质充装过程中发生污染，前期获取的再纯的氦气也将前功尽弃。

脉冲管制冷机和斯特林制冷机的工质充装一般都是从直线压缩机充入的。在工质充入之前，必须将制冷机系统内的空气以及其它杂质气体通过真空泵负压排气的方法抽排干净，为实现吸附在制冷机内部的杂质气体的有效抽排，所需负压值很高，特殊情况甚至需低至1×10^-7Pa以下；然后将高纯工质充入，当系统内部达到预定压力值时，将直线压缩机密封，高频工作的回热式制冷机所需的系统工质压力很高，如脉冲管制冷机所需的系统压力有时甚至高达4.0MPa以上。

从上述背景知识可知，在脉冲管制冷机和斯特林制冷机进行工质充装时，需要一套阀门系统，它能和充排气系统及直线压缩机配合，在工质充装前，直线压缩机与该阀门系统密封连接，充排气系统通过该阀门系统将制冷机系统内部的空气及杂质气体抽排干净；此后，充排气系统通过该阀门系统将高纯工质充入制冷机系统内部；在工质充装完毕后，直线压缩机实现自身的密封之后与该阀门系统断开。在制冷机系统排气及工质充装的整个过程中，该阀门系统要保证不通过自身发生泄漏及对工质造成污染。

从上述论述可知，用于直线压缩机驱动的制冷机在系统排气及工质充装过程中，所使用的阀门系统应至少满足如下条件：

1)它需能和直线压缩机方便地连接，并且连接端口需能实现可靠的密封；

2)它需能和充排气系统方便地连接，并且连接端口需能实现可靠的密封；

3)它自身要在低至1×10^-7～1×10^-8Pa的真空度时仍然能保证有效的密封性；

4)它自身要在高至4.0～5.0MPa的系统压力时仍然能保证有效的密封性；

5)它要在5.0MPa的系统压力时仍具有足够的安全性。

应当说，上述要求中前两个条件较易于解决，而后三项要求对阀门系统来讲是非常苛刻的。普通的工业阀门或者经过改装的工业阀门均无法满足上述基本要求，必须针对实际应用进行特殊设计。遗憾的是，因为长寿命直线压缩机在国内的发展历史较短，实现上述功能的阀门系统还不多见，航天应用时的权宜之计常常是通过价格昂贵的特殊订制(甚至是进口)，但其通用性不强，带来额外的成本上扬；地面应用时常常是通过工业阀门改装，但使用过程时带来的工质污染常常是使得直线压缩机以及脉冲管制冷机和斯特林制冷机性能恶化的重要因素之一。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明提出一种直线压缩机用耐高压且保高真空的充排气阀门及制造方法。

本发明的目的在于，通过本发明提出的充排气阀门，可以方便地与直线压缩机和充排气系统连接，同时阀门自身能实现在低至1×10^-7～1×10^-8Pa的真空度或高至4.0～5.0MPa的系统压力时的有效密封，并且能在5.0MPa的系统压力时仍具有足够的安全性，从而满足直线压缩机驱动的长寿命脉冲管制冷机和斯特林制冷机在工质充装和系统排气过程中的安全性、高气密性和无污染的苛刻要求。