脈沖管制冷機(jī)的垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的制作方法

專利名稱：脈沖管制冷機(jī)的垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及脈沖管制冷機(jī)，特別涉及一種脈沖管制冷機(jī)的垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
脈沖管制冷機(jī)技術(shù)在20世紀(jì)60年代提出并于80年代獲得迅速發(fā)展。與斯特林制冷機(jī)或G-M制冷機(jī)相比，脈沖管制冷機(jī)消除了冷端運(yùn)動(dòng)部件排出器，而以一根被動(dòng)的脈沖管來代替，其相位調(diào)節(jié)通過熱端調(diào)相機(jī)構(gòu)的運(yùn)作得以實(shí)現(xiàn)。脈沖管制冷機(jī)具有機(jī)械振動(dòng)小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行壽命長(zhǎng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、低溫電子、超導(dǎo)技術(shù)、醫(yī)療儀器、移動(dòng)通信基站等領(lǐng)域有較大的優(yōu)越性和廣泛的應(yīng)用前景。根據(jù)蓄冷器2和脈沖管的相對(duì)位置不同，脈沖管制冷機(jī)主要有直線性布置、U形布置和同軸形布置三種結(jié)構(gòu)，如圖1所示。直線形布置中脈沖管3與蓄冷器2處于一條直線上，氣流在其中流動(dòng)無折返，阻力最小，制冷效率是三種方式中最高的，但這種布置使冷頭位于制冷機(jī)中部，制冷機(jī)軸向尺寸成倍增加，管路布置及真空容器結(jié)構(gòu)變得非常復(fù)雜，不利于與器件耦合。同軸形布置指將中空的脈沖管3同軸布置在蓄冷器2中心，其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，冷頭方便與器件耦合，但這種布置使得氣流從環(huán)形蓄冷器2流入脈沖管時(shí)轉(zhuǎn)折180度，局部阻力增大，引起較大的不可逆損失，并且在蓄冷器2與脈沖管3共同管壁上產(chǎn)生熱交換損失也影響其性能，這種布置適用于對(duì)空間尺寸有特殊要求的場(chǎng)合。U形布置介于直線形和同軸形之間，與直線形相比其結(jié)構(gòu)較緊湊，與同軸形相比其流體通過U形過渡流到脈沖管，因轉(zhuǎn)折引起的損失較小。進(jìn)氣結(jié)構(gòu)位于壓縮機(jī)I與蓄冷器2之間，蓄冷器2與壓縮機(jī)I之間通過進(jìn)氣結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)壓力與質(zhì)量的傳遞。完全理想情況下的進(jìn)氣結(jié) 構(gòu)應(yīng)具備:1)空體積無限?。?)對(duì)流體產(chǎn)生的流動(dòng)阻力無限小兩個(gè) 特點(diǎn)。常用進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的布置有垂直型和直線型兩種方式，圖2給出針對(duì)U型和直線型布置的脈沖管制冷機(jī)的進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的布置形式。如圖2 (a)和圖2(b)，氣流在經(jīng)過進(jìn)氣結(jié)構(gòu)進(jìn)入蓄冷器2時(shí)流動(dòng)方向發(fā)生一次直角偏轉(zhuǎn)，即采用了垂直型布置方式的進(jìn)氣結(jié)構(gòu)；如圖2 (c)和圖2 (d)，氣流在經(jīng)過進(jìn)氣結(jié)構(gòu)進(jìn)入蓄冷器2時(shí)流動(dòng)方向未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即采用了直線型布置方式的進(jìn)氣結(jié)構(gòu)。以U型脈沖管制冷機(jī)為例，圖3給出采用常規(guī)垂直型進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的脈沖管制冷機(jī)示意圖。常規(guī)型垂直型進(jìn)氣結(jié)構(gòu)包括常規(guī)垂直型擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)25、壓縮機(jī)端連管接頭7、連管9和蓄冷器端連管接頭11等部件，蓄冷器端連管接頭11嵌入常規(guī)垂直型擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)25聯(lián)結(jié)，連管9與壓縮機(jī)端連管接頭7及蓄冷器端連管接頭11分別通過銀焊在焊接點(diǎn)一 8和焊接點(diǎn)二 10進(jìn)行連接，通過密封圈一 6和密封圈二 12進(jìn)行密封。常規(guī)垂直型進(jìn)氣結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在其形狀或構(gòu)造對(duì)流體產(chǎn)生的阻力上:I)如圖3所示，工作氣體由于常規(guī)垂直型進(jìn)氣結(jié)構(gòu)構(gòu)造造成流動(dòng)截面突然擴(kuò)大產(chǎn)生紊流乃至射流，引起較大的不可逆損失；2)如圖3所示，由于氣流急劇轉(zhuǎn)向而加劇進(jìn)氣結(jié)構(gòu)對(duì)工作流體產(chǎn)生的阻力，引起較大的不可逆損失。
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述已有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，本專利提出一種適用于脈沖管制冷機(jī)的垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)。本專利的目的在于，當(dāng)進(jìn)氣結(jié)構(gòu)為垂直型布置時(shí)，在脈沖管制冷機(jī)的壓縮機(jī)I和蓄冷器2之間設(shè)計(jì)一個(gè)流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的形狀和結(jié)構(gòu)，使氣流在通過垂直型進(jìn)氣結(jié)構(gòu)時(shí)的流動(dòng)阻力和紊流擾動(dòng)最小，從而提升脈沖管制冷機(jī)的整機(jī)效率。一種脈沖管制冷機(jī)的垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，包括耦合管16、垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18和蓄冷器安裝座20，其特征在于:耦合管16為中空管，內(nèi)徑等于連管9內(nèi)徑，其進(jìn)氣口端有深度約3 5mm的孔，孔徑等于或略小于連管9外徑，進(jìn)氣口端倒角角度為3(Γ60度，深度0.Γ0.5mm ;垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18由兩個(gè)焊接為一體的對(duì)稱槽結(jié)構(gòu)剖面件組成，槽結(jié)構(gòu)剖面件主要以背部?jī)?nèi)表面型線CGIigc和腹部?jī)?nèi)表面型線C' G' I' i' g' c'為基準(zhǔn)的槽結(jié)構(gòu)為特征，槽表面粗糙度控制在0.05 0.1mm ;背部?jī)?nèi)表面型線CGIigc由橢圓弧段CG、gc,線段G1、ig及圓弧Ii等五段線平滑連接而成，點(diǎn)C距點(diǎn)K的距離約為cK水平方向距離的1/4 ;線段G1、ig分別與橢圓弧段CG、gc相切于點(diǎn)G、點(diǎn)g。腹部?jī)?nèi)表面型線C' G' I' i' g' c'由橢圓弧段 C' G'、g' c'、Γ i'及線段 G' I'、i' g'等五段線平滑連接而成，點(diǎn)C'位于點(diǎn)C垂直下方，距離約等于連管9內(nèi)徑；點(diǎn)c'與點(diǎn)c距離等于或略大于蓄冷器2直徑；線段G' I'、i' g,分別與橢圓弧段C' G'、Γ i'相切于點(diǎn)G1、點(diǎn)i';蓄冷器安裝座20距端面約為頂端厚度的1/3處有一平臺(tái)26，其直徑略小于或等于蓄冷器2外徑；底部有一圓柱平臺(tái)27，其外徑大于蓄冷器2外徑；圓柱平臺(tái)27上有錐形凸臺(tái)28，其基底外徑略大于或等于蓄冷器2外徑，小于圓柱平臺(tái)27外徑，錐形凸臺(tái)28底端與垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18過點(diǎn)i'水平面平齊；自頂端平臺(tái)26至錐形凸臺(tái)28底端中心有直徑約廣1.5mm通孔，以通孔為中心周圍2 15mm區(qū)域，約45飛O條集成狹縫呈輻射狀均布并貫穿；耦合管16與連管9在焊接點(diǎn)三13處銀焊連接；耦合管16出氣口端插入垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18進(jìn)氣口端廣3_，在焊接點(diǎn)五17處采用釬焊密封連接；蓄冷器安裝座底部圓柱平臺(tái)27放置于垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18出氣口端階梯面上，底端錐形凸臺(tái)28插入其出氣口端；二者通過釬焊在焊接點(diǎn)六19處密封連接；蓄冷器安裝座20與蓄冷器2在焊接點(diǎn)四15處進(jìn)行激光焊密封連接，從而形成脈沖管制冷機(jī)的垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)。圖4給出了使用所專利的垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的脈沖管制冷機(jī)的示意圖。垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)14通過壓縮機(jī)端連管接頭7及連管9與壓縮機(jī)I進(jìn)行連接，垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)14與蓄冷器2在焊接點(diǎn)四15處周轉(zhuǎn)一周采用激光焊技術(shù)進(jìn)行連接密封。圖5給出了所專利的脈沖管制冷機(jī)垂直型流線型進(jìn)氣結(jié)構(gòu)示意圖。圖5中垂直型流線型進(jìn)氣結(jié)構(gòu)由耦合管16、垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18、蓄冷器安裝座20等三部分組成。耦合管16進(jìn)氣口端有深度約3 5mm的孔，孔徑等于或略小于連管9外徑，兩者在焊接點(diǎn)三13處進(jìn)行銀焊密封連接；耦合管16出氣口端插入垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18進(jìn)氣口端r3mm,并在焊接點(diǎn)五17處進(jìn)行釬焊密封；蓄冷器安裝座底部圓柱平臺(tái)27放置于垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18出氣口端階梯面上，蓄冷器安裝座底端錐形凸臺(tái)28深入垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18出氣口端，其底 端平齊或略高于垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18過i'點(diǎn)水平面，蓄冷器安裝座20的底部圓柱平臺(tái)27與底端錐形凸臺(tái)28的均布狹縫起到導(dǎo)流與散熱作用，底端錐形凸臺(tái)28深入垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18出氣口端有效減小了垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18的死體積。垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18和蓄冷器安裝座20通過釬焊在焊接點(diǎn)六19處密封連接。蓄冷器安裝座20與蓄冷器2在焊接點(diǎn)四15處進(jìn)行激光焊密封連接。從而形成脈沖管制冷機(jī)的垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)。如圖6所示，垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18包括以B-B面為對(duì)稱面的兩個(gè)槽結(jié)構(gòu)剖面件——槽結(jié)構(gòu)剖面件一 21和槽結(jié)構(gòu)剖面件二 22，槽結(jié)構(gòu)剖面件的主要特征為以背部?jī)?nèi)表面型線和腹部?jī)?nèi)表面型線為基準(zhǔn)的槽結(jié)構(gòu)。以槽結(jié)構(gòu)剖面件一 21為例，如圖6 (C)、圖6 (d)所示，槽結(jié)構(gòu)剖面件一 21以其背部?jī)?nèi)表面型線CGIigc和腹部?jī)?nèi)表面型線C' G' Γ i' g/ c'為基準(zhǔn)的槽結(jié)構(gòu)為主要特征，槽內(nèi)表面光滑，表面粗糙度控制在0.05 0.1mm，有利于減小流體流動(dòng)阻力；槽結(jié)構(gòu)剖面件一 21配合面平面度控制在(T0.03mm,以使配合時(shí)與槽結(jié)構(gòu)剖面件二 22相應(yīng)配合面緊密貼合。槽結(jié)構(gòu)剖面件在進(jìn)氣口端有半徑等于或略小于稱合管16外圓半徑的半圓槽面,深度約l 3mm.,出氣口端有半徑等于或略小于蓄冷器安裝座底部圓柱平臺(tái)27半徑的半圓槽面，深度等于蓄冷器安裝座底部圓柱平臺(tái)27的高度，從而形成相應(yīng)的階梯面以供與耦合管16和蓄冷器安裝座20進(jìn)行裝配。如圖6 Ca)所示，槽結(jié)構(gòu)剖面件一 21和槽結(jié)構(gòu)剖面件二 22，通過背部釬焊位置焊接點(diǎn)七23、腹部釬焊位置焊接點(diǎn)八24焊接為一體，從而形成垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18。圖6 (b)給出了垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18的剖面視圖。如圖6 (b)所示，垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18的流線形槽道用于氣流的擴(kuò)散，流線形槽道外的其他區(qū)域?qū)饬饔猩嶙饔谩４怪毙土骶€形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18背部?jī)?nèi)表面型線CGIigc由橢圓弧段CG、gc，線段G1、ig及圓弧Ii等五段線平滑連接而成，點(diǎn)C為垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18進(jìn)氣口端背部點(diǎn)，點(diǎn)c為垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18出氣口端與蓄冷器安裝座20配合面背部點(diǎn)，點(diǎn)K為耦合管16進(jìn)氣口端背部點(diǎn)。如圖10 (a)所示，點(diǎn)C距點(diǎn)K的距離約為cK水平方向距離的1/4，垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18背部?jī)?nèi)表面型線CGIigc以O(shè)X為對(duì)稱線，其中點(diǎn)O為過點(diǎn)C垂線與過點(diǎn)c水平線交點(diǎn),橢圓弧段CG、gc所在橢圓長(zhǎng)短軸長(zhǎng)度之比均為5:1,長(zhǎng)軸長(zhǎng)度與CK距離約為1: 1，圓弧Ii所在圓圓心X位于角COc的角平分線上，直徑與橢圓弧段CG所在橢圓長(zhǎng)軸長(zhǎng)度相等；線段G1、ig分別與橢圓弧段CG、gc相切于點(diǎn)G、點(diǎn)g。腹部?jī)?nèi)表面型線C' G' I' i' g' c'由橢圓弧段 C' G'、g' c'、Γ i'及線段 G' I'、i' g'等五段線平滑連接而成，如圖10 (b)-10 (d)所示，點(diǎn)c'為垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18出氣口端與蓄冷器安裝座20配合面腹部點(diǎn)。點(diǎn)C'位于點(diǎn)C垂直下方，距離等于連管9內(nèi)徑；點(diǎn)c'與點(diǎn)c距離等于蓄冷器2直徑；線段G' I'、i' g'分別與橢圓弧段C' G'、Γ i'相切于點(diǎn)G1、點(diǎn)i'。橢圓弧段Γ i'所在橢圓圓心為點(diǎn)Y。圖7給出了耦合管16的剖視圖。耦合管16作為進(jìn)氣口端耦合接口連接連管9與垂直型流線形擴(kuò) 壓結(jié)構(gòu)18，對(duì)進(jìn)入垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18或連管9的氣流起導(dǎo)流作用。耦合管16為一段中空管，長(zhǎng)度為25 30mm，內(nèi)徑與連管9內(nèi)徑相等，在進(jìn)氣口端有深度約3飛mm的孔，孔徑等于或略小于連管9外徑，沿孔邊一周有角度為30 60度、深度0.Γθ.5mm的倒角，以供在耦合管16與連管9緊配后進(jìn)行銀焊。圖8給出了蓄冷器安裝座20的示意圖。如圖8 (a)所示，蓄冷器安裝座20距端面約為頂端厚度的1/3處有一平臺(tái)26，其直徑略小于或等于蓄冷器2外徑；底部有一圓柱平臺(tái)27，其外徑大于蓄冷器2外徑；圓柱平臺(tái)27上有錐形凸臺(tái)28，其基底外徑略大于或等于蓄冷器2外徑，并小于圓柱平臺(tái)27外徑，錐形凸臺(tái)28底端與垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18過點(diǎn)P水平面平齊；自頂端平臺(tái)26至錐形凸臺(tái)28底端中心有通孔，直徑在f 1.5mm,以通孔為中心周圍2 15mm區(qū)域，約45飛O條貫穿狹縫呈輻射狀均布，圖8 (b)給出了狹縫形狀圖示。本專利的特點(diǎn)如下:I)所述的脈沖管制冷機(jī)垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)在常規(guī)垂直型進(jìn)氣結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，以垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)取代常規(guī)垂直型擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)，采用流線形型線延長(zhǎng)進(jìn)氣結(jié)構(gòu)氣體過渡段，減小截面突變趨勢(shì)，使流場(chǎng)因截面突變產(chǎn)生的劇烈擾動(dòng)降低，減少流動(dòng)的局部阻力，使進(jìn)氣壓力損失減小；2)針對(duì)脈沖管制冷機(jī)振蕩氣流流動(dòng)特點(diǎn)，所述脈沖管制冷機(jī)垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)采用對(duì)稱性型線結(jié)構(gòu)，有利于減少脈沖管制冷機(jī)振蕩氣流在垂直型進(jìn)氣結(jié)構(gòu)造成的損失; 3)脈沖管制冷機(jī)垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)內(nèi)表面型線流暢簡(jiǎn)明，所述的脈沖管制冷機(jī)垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)可適應(yīng)U型及直線型布置的脈沖管制冷機(jī)對(duì)進(jìn)氣結(jié)構(gòu)垂直型布置方式的要求。上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將脈沖管制冷機(jī)的垂直型進(jìn)氣結(jié)構(gòu)對(duì)氣流的影響降低，特別是垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)的采用，在制冷機(jī)內(nèi)部氣流振蕩的條件下，使氣流由于流動(dòng)截面突變?cè)斐傻膲毫p失最小化，有利于氣流流場(chǎng)的流暢平滑，減少氣流因進(jìn)氣產(chǎn)生的擾動(dòng)，從而提高脈沖管制冷機(jī)的整體性能。

圖1為脈沖管制冷機(jī)的三種布置方法示意圖，其中圖1 (a)為直線型布置，圖1(b)為U型布置，圖1 (C)為同軸型布置。圖2為采用脈沖管制冷機(jī)進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的布置方法，其中圖2(a)為U型脈沖管制冷機(jī)進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的垂直型布置，圖2 (b)為直線型脈沖管制冷機(jī)進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的垂直型布置，圖2 (c)為U型脈沖管制冷機(jī)進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的直線型布置，圖2 (d)為直線型脈沖管制冷機(jī)進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的直線型布置。圖3為采用常規(guī)垂直型進(jìn)氣結(jié)構(gòu)脈沖管制冷機(jī)示意圖。圖4為采用垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的脈沖管制冷機(jī)示意圖。圖5為脈沖管制冷機(jī)垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖6 (a)為垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)A-A剖視圖，圖6 (b)為垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)剖視圖，圖6 (c)為垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)槽結(jié)構(gòu)剖面件一 C-C剖視圖，圖6 (d)為垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)槽結(jié)構(gòu)剖面件一。圖7為耦合管剖視圖。圖8為蓄冷器安裝座示意圖。其中圖8 Ca)為蓄冷器安裝座剖視圖；圖8 (b)為蓄冷器安裝座D-D剖視圖。圖9為單向流動(dòng)流線形迎風(fēng)面橢圓弧段型線示意圖。[0033]其中，Re為橢圓短軸長(zhǎng)度，Le為橢圓長(zhǎng)軸長(zhǎng)度，L為流動(dòng)方向長(zhǎng)度。圖10為垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)內(nèi)表面型線示意圖。其中圖10 (a)為垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)背部?jī)?nèi)表面型線示意圖；圖10 (b)_圖10 (d)為垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)腹部?jī)?nèi)表面型線示意圖。其中:1為連管，2為蓄冷器，3為脈沖管，4為調(diào)相裝置，5為氣庫(kù)，6為密封圈一，7為壓縮機(jī)端連管接頭,8為焊接點(diǎn)一,9為連管，10為焊接點(diǎn)二，11為蓄冷器端連管接頭，12為密封圈二，13為焊接點(diǎn)三，14為垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，15為焊接點(diǎn)四，16為耦合管，17為焊接點(diǎn)五，18為垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)，19為焊接點(diǎn)六，20為蓄冷器安裝座，21為槽結(jié)構(gòu)剖面件一，22為槽結(jié)構(gòu)剖面件二，23為焊接點(diǎn)七，24為焊接點(diǎn)八，25為常規(guī)垂直型擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)，26為蓄冷器安裝座頂端平臺(tái)，27為蓄冷器安裝座底部圓柱平臺(tái)，28為蓄冷器安裝座底端錐形凸臺(tái)。點(diǎn)K為耦合管16進(jìn)氣口端背部點(diǎn)，點(diǎn)c為垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18出氣口端與蓄冷器安裝座20配合面背部點(diǎn)，點(diǎn)c'為垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18出氣口端與蓄冷器安裝座20配合面腹部點(diǎn)，點(diǎn)C、點(diǎn)G、點(diǎn)1、點(diǎn)1、點(diǎn)g、點(diǎn)c分別構(gòu)成橢圓弧段CG、gc，線段G1、ig及圓弧Ii，進(jìn)而構(gòu)成垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18背部?jī)?nèi)表面型線CGIigc;點(diǎn)C'、點(diǎn)G'、點(diǎn)Γ、點(diǎn)i'、點(diǎn)g'、點(diǎn)c'分別構(gòu)成橢圓弧段C' G'、g' c'、Γ i'，線段G' I'、
，進(jìn)而構(gòu)成垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18腹部?jī)?nèi)表面型線C' G' I' i' g' c'。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本專利的具體實(shí)施方法作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。所專利的脈沖管制冷機(jī)垂直型流線型進(jìn)氣結(jié)構(gòu)如圖5所示，由耦合管16、垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18、蓄冷器安裝座20等三部分組成。
圖4給出了使用所專利的垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的脈沖管制冷機(jī)的示意圖。垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)14通過壓縮機(jī)端連管接頭7及連管9與壓縮機(jī)I進(jìn)行連接，其中連管9與壓縮機(jī)端連管接頭7在焊接點(diǎn)一 8處采用銀焊連接，壓縮機(jī)端連管接頭7嵌入壓縮機(jī)I出氣口，通過密封圈一 6進(jìn)行密封。蓄冷器2嵌入垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)14，在焊接點(diǎn)四15處外圍一周采用激光焊技術(shù)進(jìn)行連接密封。圖5給出了所專利的脈沖管制冷機(jī)垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的示意圖。具體制作方法為:連管9插入耦合管16進(jìn)氣口端約5mm，兩者在焊接點(diǎn)三13處采用銀焊進(jìn)行密封連接；耦合管16出氣口端嵌入垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18進(jìn)氣口端Imm左右，在焊接點(diǎn)五17處進(jìn)行清潔釬焊密封連接；蓄冷器安裝座20的底部圓柱平臺(tái)27放置于垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18出氣口端階梯面上，蓄冷器安裝座20底部錐形凸臺(tái)28插入垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18出氣口端，蓄冷器安裝座20與垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18采用清潔釬焊技術(shù)在焊接點(diǎn)六19處密封連接；蓄冷器安裝座20和蓄冷器2在焊接點(diǎn)四15處采用激光焊密封連接。從而形成脈沖管制冷機(jī)的垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)。圖6給出了垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18的結(jié)構(gòu)示意圖。具體制作方法為:首先制作組成垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18的以B-B面為對(duì)稱面的槽結(jié)構(gòu)剖面件一 21和槽結(jié)構(gòu)剖面件二 22，如圖6 (C)、圖6 (d)所示，以其背部?jī)?nèi)表面型線CGIigc和腹部?jī)?nèi)表面型線C1 G1 I' i' g' c'為基準(zhǔn)，通過數(shù)控銑床加工截面為半圓的槽結(jié)構(gòu)；在進(jìn)氣口端精銑半圓槽面，半徑等于或略小于稱合管16外圓半徑,深度約Imm.;在出氣口端精統(tǒng)徑等于或略小于蓄冷器安裝座底部圓柱平臺(tái)27半徑的半圓槽面，深度等于蓄冷器安裝座底部圓柱平臺(tái)27的高度，從而形成相應(yīng)的階梯面；然后對(duì)槽面進(jìn)行拋光，以使槽表面光滑，槽表面粗糙度控制在0.05 0.1mm ;精銑配合面，平面度控制在(H).03mm ;以同樣方法加工槽結(jié)構(gòu)剖面件二 22 ;最后將槽結(jié)構(gòu)剖面件一 21與槽結(jié)構(gòu)剖面件二 22對(duì)稱緊密貼合，如圖6 (a)所示；緊密貼合后，在背部釬焊位置焊接點(diǎn)七23和腹部釬焊位置焊接點(diǎn)八24釬焊連接為一體，從而形成垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18，如圖6 (b)所示。圖7給出了耦合管16的剖視圖。耦合管16的具體制作方法為:耦合管16為一段中空管，長(zhǎng)度為25 30mm，內(nèi)孔徑與連管9內(nèi)徑相等，在進(jìn)氣口端面中心車孔，深度為5mm，孔徑略小于連管9外徑，沿孔邊沿一周倒45度角，深度0.5mm,以供在耦合管16與連管9緊配后進(jìn)行銀焊。圖8給出了蓄冷器安裝座20的示意圖。具體制作方法為:如圖8 (a)所示，在蓄冷器安裝座20距頂端1/3深處車平臺(tái)26，其直徑略小于蓄冷器2外徑；在底部車圓柱平臺(tái)27，其外徑大于蓄冷器2外徑；在圓柱平臺(tái)27上車出錐形凸臺(tái)28，其基底外徑略大于或等于蓄冷器2外徑，并小于圓柱平臺(tái)27外徑；在錐形凸臺(tái)28底端中心鉆直徑1.5_通孔；在以通孔為中心一周2 15mm的區(qū)域，采用慢走絲線切割技術(shù)，呈輻射狀均勻加工60條貫穿狹縫，如圖8 (b)所示。常見物體外形采用流線形型線，迎風(fēng)面外形為橢圓形，尾部為雙曲線形，用來減少在高雷諾數(shù)下產(chǎn)生的渦流。對(duì)于迎風(fēng)面，如圖9所示，其他條件不變的情況下，使Le八Le+L)約為0.7時(shí)，氣體流動(dòng)的阻力最小；其他條件不變的情況下，Re/Le越小，氣體流動(dòng)阻力最小。由于脈沖管制冷機(jī)的流體在進(jìn)氣結(jié)構(gòu)中來回振蕩，因此垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18內(nèi)表面型線采用對(duì)稱性結(jié)構(gòu)。
圖10 (a)給出垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)背部?jī)?nèi)表面型線示意圖。垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18背部?jī)?nèi)表面型線CGIigc由橢圓弧段CG、gc，線段G1、ig，圓弧Ii五段線平滑連接而成。具體制作方法為:點(diǎn)O為過點(diǎn)C垂直線與過點(diǎn)c水平線交點(diǎn)，點(diǎn)K為耦合管16進(jìn)氣口端背部的點(diǎn)，點(diǎn)c為垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18出氣口端與蓄冷器安裝座20配合面背部的點(diǎn)，點(diǎn)C位于距點(diǎn)K的距離約為cK水平方向距離的1/4處。橢圓弧段CG、gc所在橢圓分別為橢圓ABC、橢圓abc，這里長(zhǎng)短軸長(zhǎng)度之比均取為5:1，取AB=CK。其中點(diǎn)A、點(diǎn)a分別為橢圓ABC、橢圓abc圓心，點(diǎn)B、點(diǎn)b分別為長(zhǎng)軸端點(diǎn)，點(diǎn)C、點(diǎn)c分別為短軸端點(diǎn)。垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18背部?jī)?nèi)表面型線CGIigc以轉(zhuǎn)角COc的角平分線OX為對(duì)稱線結(jié)構(gòu)對(duì)稱，其中點(diǎn)X的具體定位方法為:點(diǎn)D位于AC延長(zhǎng)線上，且AD=AB ;點(diǎn)E為于BC連線，且CE=⑶；點(diǎn)F為BE中分線與AB的交點(diǎn)。OX為角COc的角平分線，點(diǎn)H為過點(diǎn)F的OX平行線與橢圓ABC的交點(diǎn)；點(diǎn)X則為以點(diǎn)H為圓心、AB長(zhǎng)度為半徑的圓與轉(zhuǎn)角COc的角平分線的交點(diǎn)。點(diǎn)G為XF的延長(zhǎng)線與橢圓ABC的交點(diǎn)。圓X以點(diǎn)X為圓心，XH為半徑。線段GI為圓X的切線，切點(diǎn)為I。同樣方法得到橢圓abc端的相關(guān)聯(lián)線形。即為垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18背部?jī)?nèi)表面型線CGIigc。圖10 (d)給出垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)腹部?jī)?nèi)表面型線示意圖。垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18腹部?jī)?nèi)表面型線C' G' I' i' g' c'由橢圓弧段C' G'、g' c'、Γ i'，線段G' I'、i' g'五段線平滑連接而成。具體制作方法為:如圖10 (b)所示，點(diǎn)C'位于點(diǎn)C垂直下方，C' C距離為2R，其中R為連管9半徑。點(diǎn)c'為垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18出口與蓄冷器安裝座20配合面腹部的點(diǎn)，與點(diǎn)c位于同一水平線上，c' c距離等于或略大于蓄冷器(2)入口直徑。圓OC以點(diǎn)O為圓心，OC為半徑；圓OC'以點(diǎn)O為圓心，OCT為半徑。點(diǎn)S為OB延長(zhǎng)線與圓OC交點(diǎn)；點(diǎn)J為OB延長(zhǎng)線與圓OC'交點(diǎn)。點(diǎn)D位于OJ延長(zhǎng)線上，且DL/0L=BS/0S。DA'為OC垂線，其中點(diǎn)A'為垂足。則點(diǎn)A'為橢圓弧段C' G'所在橢圓圓心。同樣方法確定點(diǎn)d、點(diǎn)Q位置。如圖10 (C)所示，橢圓OC' c'以點(diǎn)O為圓心，OC'為短軸、Oc'為長(zhǎng)軸。點(diǎn)M為AB與圓OC交點(diǎn)；點(diǎn)N為V D延長(zhǎng)線與橢圓OC' c'交點(diǎn)。點(diǎn)K位于CN延長(zhǎng)線上，且有B' N/NA' =BM/MA。則點(diǎn)B'為橢圓弧段C' G'所在橢圓長(zhǎng)軸端點(diǎn)。以同樣方法確定點(diǎn)h',其中b' d/dQ=bm/mQ/ ,點(diǎn)m為圓OC與bQ'交點(diǎn)。點(diǎn)a'位于Oc'上,且a' 0=b' Q。點(diǎn)a'、點(diǎn)B'為橢圓弧段c' g'所在橢圓圓心和長(zhǎng)軸端點(diǎn)。點(diǎn)Γ位于OX延長(zhǎng)線上，且X' X/0X=CC' /OC0 V P為OC垂線，垂足為點(diǎn)P。PXi延長(zhǎng)線與圓OC'、橢圓OC' C,交點(diǎn)分別為點(diǎn)T、點(diǎn)t。則橢圓弧段Γ i'圓心點(diǎn)Y位于PX'延長(zhǎng)上，且有YX' IV P=tT/TP。如圖10(d)所示，有橢圓A' B' C'和橢圓a' b' c丨。由點(diǎn)Y分別作0F、0f 平行線，分別交橢圓Ai B' C1、橢圓a' b/ c'于點(diǎn)V、點(diǎn)V。則有橢圓YVv，其圓心為點(diǎn)Y，長(zhǎng)軸為Yv，短軸為YV。利用圖10(a)中所述方法可以分別確定橢圓YVV、橢圓Ai B' C1、橢圓a' b/ c'的點(diǎn)Z、點(diǎn)z、點(diǎn)U、點(diǎn)U。點(diǎn)Γ為ZU延長(zhǎng)線與橢圓YVv的交點(diǎn)，而Gi Γ為橢圓a' b/ c'的切線，切點(diǎn)為G'。點(diǎn)g'為zu延長(zhǎng)線與橢圓a' b/ c'交點(diǎn)，i'為橢圓YVv切線，切點(diǎn)為i'。這樣便得到了垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)18腹部?jī)?nèi)表面型線C1 G1 I' i' g' c'?！?br> 權(quán)利要求1.一種脈沖管制冷機(jī)的垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，包括耦合管(16)、垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)(18)和蓄冷器安裝座(20)，其特征在于:耦合管(16)為中空管，內(nèi)徑等于連管(9)內(nèi)徑，其進(jìn)氣口端有深度約:T5mm的孔，孔徑等于或略小于連管(9)外徑，進(jìn)氣口端倒角角度為3(Γ60度，深度0.Γ0.5mm;垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)(18)由兩個(gè)焊接為一體的對(duì)稱槽結(jié)構(gòu)剖面件組成，槽結(jié)構(gòu)剖面件主要以背部?jī)?nèi)表面型線CGIigc和腹部?jī)?nèi)表面型線C1 G1 I' i' g' c'為基準(zhǔn)的槽結(jié)構(gòu)為特征，槽表面粗糙度控制在0.05 0.1mm;背部?jī)?nèi)表面型線CGIigc由橢圓弧段CG、gc,線段G1、ig及圓弧Ii等五段線平滑連接而成，點(diǎn)C距點(diǎn)K的距離約為cK水平方向距離的1/4 ;線段G1、ig分別與橢圓弧段CG、gc相切于點(diǎn)G、點(diǎn)g，腹部?jī)?nèi)表面型線C' G' I' i' g, Cf由橢圓弧段C' G'、g' c'、Γ i'及線段G' Γ、i' g'等五段線平滑連接而成，點(diǎn)C'位于點(diǎn)C垂直下方，距離約等于連管(9)內(nèi)徑；點(diǎn)c'與點(diǎn)c距離等于或略大于蓄冷器(2)直徑；線段G' I'、i' g'分別與橢圓弧段C' G'、Γ i'相切于點(diǎn)G'、點(diǎn)i';蓄冷器安裝座(20)距端面約為頂端厚度的1/3處有一平臺(tái)(26)，其直徑略小于或等于蓄冷器(2)外徑；底部有一圓柱平臺(tái)(27)，其外徑大于蓄冷器(2)外徑；圓柱平臺(tái)(27)上有錐形凸臺(tái)(28)，其基底外徑略大于或等于蓄冷器(2)外徑，小于圓柱平臺(tái)(27)外徑，錐形凸臺(tái)(28)底端與垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)(18)過點(diǎn)i，水平面平齊；自頂端平臺(tái)(26)至錐形凸臺(tái)(28)底端中心有直徑約f 1.5mm通孔，以通孔為中心周圍2 15mm區(qū)域，約45飛O條集成狹縫呈輻射狀均布并貫穿；耦合管(16)與連管(9)在焊接點(diǎn)三(13)處銀焊連接；耦合管(16)出氣口端插入垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)(18)進(jìn)氣口端廣3_，在焊接點(diǎn)五(17)處采用釬焊密封連接；蓄冷器安裝座底部圓柱平臺(tái)(27)放置于垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)(18)出氣口端階梯面上，底端錐形凸臺(tái)(28)插入其出氣口端；二者通過釬焊在焊接點(diǎn)六(19)處密封連接；蓄冷器安裝座(20)與蓄冷器(2)在焊接點(diǎn)四(15)處進(jìn)行激光焊 密封連接，從而形成脈沖管制冷機(jī)的垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)。
專利摘要本專利公開了一種脈沖管制冷機(jī)的垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，由耦合管、垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)、蓄冷器安裝座三部分組成。耦合管為進(jìn)氣口端耦合接口，與連管連接；垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)由兩個(gè)對(duì)稱的槽結(jié)構(gòu)剖面件焊接為一體，槽結(jié)構(gòu)剖面件沿特定內(nèi)表面型線加工精銑制成；蓄冷器安裝座為出氣口端耦合接口，與蓄冷器相連，其貫穿狹縫起到氣體導(dǎo)流和散熱作用。垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)與耦合管采用釬焊方式聯(lián)結(jié)；垂直型流線形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)與蓄冷器安裝座通過釬焊連接。在振蕩氣流條件下，采用本專利的垂直型流線形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)可最大限度地減少垂直型進(jìn)氣結(jié)構(gòu)對(duì)氣流的流動(dòng)阻力和紊流擾動(dòng)，有利于氣流流場(chǎng)的流暢平滑，從而提高脈沖管制冷機(jī)的整機(jī)性能。
文檔編號(hào)F25B9/14GK203132198SQ20132005718
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者黨海政, 宋宇堯, 周炳露, 鄒瑞祺 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所