[发明专利]超低温制冷机用非接触式密封活塞

说明书

技术领域

本发明涉及制冷机型低温泵技术领域，特别涉及一种用于低温泵的吸附盒。本发明涉及活塞密封装置技术领域，具体涉及一种超低温制冷机用非接触式密封活塞。

背景技术

近年来，随着大型低温真空泵、高低温超导器件、核磁共振成像仪(MRI)、红外探测器、低温光电子学器件的迅速发展，超低温制冷机的工业需求也在不断增长，研制超低温制冷机已经成为低温技术领域中的一个重要研究方向。传统的密封结构，是在活塞外面加设一活塞式密封环，密封环与汽缸内壁紧密接触，以达到其密封的目的。这种活塞密封环式的密封结构存在以下许多缺点:首先是这种活塞式密封环和气缸之间的磨损造成其寿命短，并且随着工作时间的推移，密封环磨损的加剧，会加大制冷机的气体泄漏量，而造成制冷机的冷损增大，所以这种活塞式密封环需要经常更换，更换活塞环又会影响制冷机制冷性能的稳定；另外由于这种活塞式密封环是在低温下工作，活塞环的冷缩所导致的不完全密封在所难免，这样会不可避免地造成活塞式制冷机制冷量下降及制冷温度的波动。

经对相关技术文献检索发现，中国发明专利《用于G-M制冷机的迷宫密封式活塞》(公开号：101949378A；公开日：2011年1月19日)中提供了一种活塞，该活塞位于气缸5内部，其包括活塞基体1和耐磨涂层3，通过在活塞基体1表面直接车制垂直于活塞基体1轴线的凹槽2并形成迷宫密封结构，然后再其表面喷涂一层耐磨涂层3；耐磨涂层3的材料为聚四氟乙烯。如图1所示，所述结构存在的问题：活塞基体1表面直接车制凹槽2导致该凹槽处的强度弱于活塞基体1的其他部分，由于应力的存在，活塞基体1在低温下的径向应力会残留在凹槽2处，导致凹槽2处变形，进而使活塞基体1同轴度下降，出现活塞划伤气缸的问题。同时，活塞基体1表面直接车制凹槽2会破坏活塞基体1的整体强度，应力作用下致使活塞基体1变形，影响其圆柱度，进而影响整体的密封性能。

中国实用新型专利《用于活塞式低温制冷机的活塞式蓄冷密封结构》(公开号：2367799；公开日：2000年3月8日)中提供了一种活塞，该活塞由活塞外套及位于活塞外套之中的内部装有蓄冷填料的活塞内衬组成，活塞外表面上刻有凹槽，形成迷宫密封的形式；凹槽及活塞内衬中装有蓄冷材料。这种密封结构较为复杂，使活塞的加工和装配难度较高。另外，活塞外套与活塞内衬的材料不同，不同种材料构成的活塞由于收缩率不同而产生间隙，在低温下尤其是液氦温区的超低温下，造成迷宫密封间隙随着温度降低而不断增大，从而影响了迷宫活塞在低温下的整体密封性能。

发明内容

本发明针对现有的技术问题作出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种超低温制冷机用非接触式密封活塞，在活塞基体外表面的耐磨涂层上设置凹槽，避免了对活塞基体的加工，降低在降温过程中的应力变化，保证活塞基体在低温状态下的圆柱度，以此保证整体的密封性能。为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种超低温制冷机用非接触式密封活塞，位于气缸内部，呈圆柱体结构，其包括圆柱形活塞基体和涂覆于活塞基体外表面的耐磨涂层，其中，所述耐磨涂层为带厚度的圆筒形状,其外圆表面设有若干凹槽，其内圆表面呈与活塞基体外形相匹配的光滑圆柱形。

进一步，所述凹槽深度在0.5—0.7mm范围内，所述耐磨涂层的最大厚度与凹槽深度的差值小于0.05mm。

进一步，所述凹槽型线为螺旋形或者环形，所述凹槽截面形状为多边形。

进一步，所述活塞基体材料与气缸材料均为不锈钢。

在上述技术方案中，活塞基体外表面设有耐磨涂层，在该耐磨涂层的外圆表面设有凹槽，避免了对活塞基体的加工，降低在降温过程中的应力变化，保证活塞基体在低温状态下的圆柱度，以此保证整体的密封性能。另外，这种结构设置还可以保证活塞基体的同轴度，避免活塞划伤气缸的问题。进一步，对耐磨涂层的厚度与凹槽深度的参数值进行优化设置。进一步，为了便于对凹槽的直观了解，凹槽型线为螺旋形或者环形，凹槽截面形状为多边形。进一步，对密封间隙的参数值进行优化设置。进一步，为了保证密封间隙不会受到温度降低的影响，活塞基体材料与气缸材料相同，进一步保证了活塞与气缸之间的密封性。

本发明要解决的另一个技术问题，降低活塞基体的加工及装配难度。

进一步，所述活塞基体两端设有螺纹堵头。

在该技术方案中，通过活塞基体两端采用螺纹堵头密封，降低活塞基体的加工及装配难度。

本发明要解决的再一个技术问题，提供一种针对上述第一种技术方案或第二种技术方案所述的超低温制冷机用非接触式密封活塞的制造方法，包括以下步骤：