斯特林制冷器用活塞的制作方法

1.本实用新型涉及斯特林制冷器领域，具体涉及一种斯特林制冷器用活塞。


背景技术：

2.传统的直线往复式逆向斯特林热力循环机器中，通常包含两个弹簧结构来分别对压缩活塞(动力活塞)和推移活塞(排出器活塞)进行支撑和定位，如申请号为cn201410062849.1的中国发明专利公开的一种斯特林循环机，以及申请号为cn200810213624.6的中国发明专利公开的斯特林循环机，其中的斯特林循环机中采用的均是双弹簧结构，其优点是可以通过调整两种弹簧机构的刚度系数来保证压缩活塞和推移活塞之间的相位夹角，并为活塞机构提供良好的径向支撑，其缺点在于受到弹簧结构的极限应力强度的限制，导致两个活塞尤其是动力活塞的行程不能太大，因此传统的斯特林制冷器用活塞结构限制了直线往复式逆向斯特林热力循环机器的性能，导致其排气容积普遍较小，制冷量也较小，无法满足低温冷冻及存储箱对冷量的需求，虽然可以通过增大活塞截面尺寸来提高排气容积，但这就会导致整个整机的尺寸和重量都会变大，成本提高。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题在于：
4.现有技术中斯特林制冷器用活塞结构导致斯特林制冷器排气容积小、制冷量小、无法满足低温冷冻及存储箱对冷量的需求的技术问题。
5.本实用新型是通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种斯特林制冷器用活塞，包括同轴设置的动力活塞、排出器活塞，所述排出器活塞上同轴设置有连接杆，所述动力活塞套装在连接杆上，动力活塞能够相对于连接杆沿其轴向往复滑动；
6.所述动力活塞朝向排出器活塞的一端上设置有第一进气口，动力活塞内部设置有第一气库，第一进气口通向第一气库，且第一进气口处设置有第一单向进气装置，所述动力活塞的侧壁上设置有第一节流装置，第一气库中的气体能够经第一节流装置流出至动力活塞外侧；
7.所述排出器活塞朝向动力活塞的一端上设置有第二进气口，排出器活塞内部设置有第二气库，第二进气口通向第二气库，第二进气口处设置有第二单向进气装置，所述排出器活塞的侧壁上设置有第二节流装置，第二气库中的气体能够经第二节流装置流出至排出器活塞外侧。
8.本实用新型中的活塞结构取消了现有技术中采用双弹簧支撑结构，当活塞实际应用于斯特林制冷器中时，安装在斯特林制冷器的气缸中，动力活塞、排出器活塞之间压缩，二者之间的气体会经第一进气口、第二进气口分别进入第一气库、第二气库，外界气压降低时，第一单向进气装置、第二单向进气装置关闭，各气库中的气体经第一节流装置或者第二节流装置进入到活塞与气缸之间的空隙中，形成一层环形的气膜，进而避免活塞与气缸之间接触，形成气浮轴承结构，进而将活塞支撑住，由于没有现有技术中弹簧结构的极限应力
强度的限制，两个活塞尤其是动力活塞的行程较大，其排气容积较大，制冷量变大，能够满足低温冷冻及存储箱对冷量的需求，无需通过增大活塞截面尺寸来提高排气容积，避免导致整个整机的尺寸和重量变大，成本较低。
9.优化的，所述动力活塞包括动力活塞本体，动力活塞本体内部中空，动力活塞本体远离排出器活塞的一端设置开口，动力活塞本体内部中空处设置有内衬，内衬中设置通孔，连接杆位于通孔中；
10.内衬外圆周面上设置有环槽，环槽与动力活塞本体的内壁之间形成所述第一气库；
11.所述动力活塞本体的开口处设置有固定压板，固定压板将内衬压在动力活塞本体内部。
12.动力活塞采用动力活塞本体、内衬等形成的分体式结构，便于加工内部的环槽，进而方便形成第一气库，同时活塞的其他部位特征也便于加工。
13.优化的，所述内衬为分体式结构，其沿轴向分成若干段，各段之间通过螺纹连接。
14.优化的，所述第一进气口经动力活塞本体、内衬延伸至第一气库，所述第一单向进气装置位于第一气库中。
15.优化的，所述第一节流装置设置在动力活塞本体的侧壁中，其位于环槽轴向的一侧，所述第一节流装置两侧的环隙处密封；
16.所述内衬中设置有从环槽通向第一节流装置的气体通道，所述气体通道中设置有一级节流装置。
17.一级节流装置与第一节流装置配合形成两级节流，整体节流效果较好，形成的气浮轴承结构更加稳定、可靠。
18.优化的，所述动力活塞中设置有导套；
19.所述排出器活塞朝向动力活塞的一端设置有引导部，引导部与导套之间滑动配合安装。
20.优化的，所述第一节流装置沿轴向至少设置一组，每组中包括至少两个第一节流装置，同组中所有第一节流装置沿圆周方向均匀分布；
21.所述第二节流装置沿轴向至少设置一组，每组中包括至少两个第二节流装置，同组中所有第二节流装置沿圆周方向均匀分布。
22.优化的，所述排出器活塞包括排出器活塞本体，排出器活塞本体远离动力活塞的一端设置有活塞堵头；
23.所述排出器活塞本体与活塞堵头之间设置有活塞内层，活塞内层与排出器活塞内壁之间形成所述第二气库。
24.优化的，所述活塞堵头外侧壁上设置有环形密封槽。
25.当本实用新型中的活塞结构应用于斯特林制冷器中时，由于压缩腔(动力活塞与排出器活塞之间的空间)的压力作用，压缩腔的工质也会向膨胀腔流动，即压缩腔有向膨胀腔流动的正质量流量，该部分工质不参与斯特林制冷循环，不但会降低斯特林循环效率，甚至会带来物理上的碰撞等严重的实效问题，环形密封槽能有效阻止工质气体从排出器活塞和气缸之间的环形间隙内从压缩腔向膨胀腔流动。
26.优化的，所述活塞堵头内部为中空的，其内部设置有支撑内衬；
27.所述连接杆与排出器活塞本体、活塞内层之间固定连接，所述支撑内衬固定设置在连接杆端部。
28.本实用新型的优点在于：
29.1.本实用新型中的活塞结构取消了现有技术中采用双弹簧支撑结构，当活塞实际应用于斯特林制冷器中时，安装在斯特林制冷器的气缸中，动力活塞、排出器活塞之间压缩，二者之间的气体会经第一进气口、第二进气口分别进入第一气库、第二气库，外界气压降低时，第一单向进气装置、第二单向进气装置关闭，各气库中的气体经第一节流装置或者第二节流装置进入到活塞与气缸之间的空隙中，形成一层环形的气膜，进而避免活塞与气缸之间接触，形成气浮轴承结构，进而将活塞支撑住，由于没有现有技术中弹簧结构的极限应力强度的限制，两个活塞尤其是动力活塞的行程较大，其排气容积较大，制冷量变大，能够满足低温冷冻及存储箱对冷量的需求，无需通过增大活塞截面尺寸来提高排气容积，避免导致整个整机的尺寸和重量变大，成本较低。
30.2.动力活塞采用动力活塞本体、内衬等形成的分体式结构，便于加工内部的环槽，进而方便形成第一气库，同时活塞的其他部位特征也便于加工。
31.3.一级节流装置与第一节流装置配合形成两级节流，整体节流效果较好，形成的气浮轴承结构更加稳定、可靠。
32.4.当本实用新型中的活塞结构应用于斯特林制冷器中时，由于压缩腔(动力活塞与排出器活塞之间的空间)的压力作用，压缩腔的工质也会向膨胀腔流动，即压缩腔有向膨胀腔流动的正质量流量，该部分工质不参与斯特林制冷循环，不但会降低斯特林循环效率，甚至会带来物理上的碰撞等严重的实效问题，环形密封槽能有效阻止工质气体从排出器活塞和气缸之间的环形间隙内从压缩腔向膨胀腔流动。
附图说明
33.图1为本实用新型实施例中斯特林制冷器用活塞的剖视图；
34.图2为本实用新型实施例中排出器活塞的剖视图；
35.图3为本实用新型实施例中动力活塞的剖视图；
36.图4为本实用新型实施例中连接杆的示意图；
37.其中，
38.动力活塞-71；第一进气口-711；第一气库-712；第一单向进气装置-713；第一节流装置-714；动力活塞本体-715；内衬-716；固定压板-717；导套-718；环槽-7161；一级节流装置-7162；
39.排出器活塞-72；第二进气口-721；第二气库-722；第二单向进气装置-723；第二节流装置-724；引导部-725；排出器活塞本体-726；活塞堵头-727；活塞内层-728；环形密封槽-7271；支撑内衬-7272；
40.连接杆-73。
具体实施方式
41.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
42.如图1所示，一种斯特林制冷器用活塞，包括动力活塞71、排出器活塞72、连接杆73。
43.如图1所示，所述动力活塞71、排出器活塞72同轴设置，所述排出器活塞72上同轴设置有连接杆73，所述动力活塞71套装在连接杆73上，动力活塞71能够相对于连接杆73沿其轴向往复滑动。
44.如图1所示，所述动力活塞71朝向排出器活塞72的一端上设置有第一进气口711，动力活塞71内部设置有第一气库712，第一进气口711通向第一气库712，且第一进气口711处设置有第一单向进气装置713，所述动力活塞71的侧壁上设置有第一节流装置714，第一气库712中的气体能够经第一节流装置714流出至动力活塞71外侧。
45.如图2所示，所述排出器活塞72朝向动力活塞71的一端上设置有第二进气口721，排出器活塞72内部设置有第二气库722，第二进气口721通向第二气库722，第二进气口721处设置有第二单向进气装置723，所述排出器活塞72的侧壁上设置有第二节流装置724，第二气库722中的气体能够经第二节流装置724流出至排出器活塞72外侧。
46.具体的，如图3所示，所述动力活塞71包括动力活塞本体715，动力活塞本体715内部中空，动力活塞本体715远离排出器活塞72的一端设置开口，动力活塞本体715内部中空处设置有内衬716，内衬716中设置通孔，连接杆73位于通孔中。
47.如图3所示，内衬716外圆周面上设置有两个环槽7161，环槽7161与动力活塞本体715的内壁之间形成所述第一气库712，即形成两个第一气库712，两个第一气库712之间连通。
48.如图3所示，所述动力活塞本体715的开口处设置有固定压板717，固定压板717为圆环形，固定压板717通过螺钉安装在动力活塞本体715端部，固定压板717将内衬716压在动力活塞本体715内部，动力活塞本体715的开口的一端还设置有向外侧凸出的凸缘，凸缘上设置若干个安装孔，所有安装孔沿圆周方向均匀分布。
49.进一步的，如图3所示，所述内衬716为分体式结构，其沿轴向分成若干段，各段之间通过螺纹连接。本实施例中，所述内衬716沿轴向分成两段。
50.如图3所示，所述第一进气口711经动力活塞本体715、内衬716延伸至第一气库712，即内衬716中沿轴线开设有气体通道，所述第一单向进气装置713位于第一气库712中，第一单向进气装置713能够实现仅向第一气库712中进气而无法出气，第一单向进气装置713可采用现有技术中的单向阀等部件，本实施例中，所述第一单向进气装置713、第二单向进气装置723结构相同，所述第一单向进气装置713包括采用螺钉固定在气体通道出口处的阀片，当进气时阀片开启，外部压力降低后，阀片关闭以防止出气。
51.如图3所示，所述第一节流装置714设置在动力活塞本体715的侧壁中，其位于环槽7161轴向的一侧，所述第一节流装置714两侧的环隙处密封，本实施例中，所述第一节流装置714两侧的环隙处通过设置密封圈密封，且内衬716靠近固定压板717的一端与动力活塞本体715的侧壁之间设置密封圈。
52.如图3所示，所述内衬716中设置有从环槽7161通向第一节流装置714的气体通道，
所述气体通道中设置有一级节流装置7162。
53.具体的，本实施例中，所述第一节流装置714、第二节流装置724、一级节流装置7162均可采用现有技术中的节流器，或者采用现有技术中的喷砂、腐蚀或拉丝处理等工艺制成。
54.本实施例中，所述第一节流装置714、第二节流装置724、一级节流装置7162结构相同，均为圆柱形，各节流装置上设置外螺纹，所述动力活塞本体715、排出器活塞本体726上设置有螺纹孔，各节流装置安装在对应的螺纹孔中；所述节流装置内部设置有连通节流装置两端的节流孔，节流孔的形成可通过现有技术中的喷砂、或腐蚀或拉丝处理等工艺形成，节流孔的加工为现有技术，节流装置的外端为内六角凹孔，以便安装拆卸，内端内部则为节流孔。
55.如图1所示，所述动力活塞71中设置有导套718；所述排出器活塞72朝向动力活塞71的一端设置有引导部725，引导部725与导套718之间滑动配合安装。
56.如图3所示，所述第一节流装置714沿轴向至少设置一组，本实施例设置两组，每组中包括至少两个第一节流装置714，同组中所有第一节流装置714沿圆周方向均匀分布，本实施例中设置每组中包括四个第一节流装置714。
57.如图2所示，所述第二节流装置724沿轴向至少设置一组，本实施例设置一组，每组中包括至少两个第二节流装置724，本实施例中每组包括四个第二节流装置724，同组中所有第二节流装置724沿圆周方向均匀分布。
58.如图2所示，所述排出器活塞72包括排出器活塞本体726，排出器活塞本体726远离动力活塞71的一端设置有活塞堵头727，所述活塞堵头727通过螺纹安装在排出器活塞本体726上；所述排出器活塞本体726与活塞堵头727之间设置有活塞内层728，活塞内层728与排出器活塞72内壁之间形成所述第二气库722。
59.具体的，如图2所示，所述排出器活塞本体726设置有开口向上的阶梯孔，所述活塞内层728设置有向外凸起的凸缘，凸缘压在阶梯孔的阶梯台阶上，且二者之间设置密封圈，活塞内层728的下端设置开口向下的圆筒部，第二节流装置724位于圆筒部的外侧，所述阶梯孔中设置有向上凸出的凸台，活塞内层728压在凸台上，且二者之间设置密封圈。
60.如图2所示，所述活塞堵头727外侧壁上设置有环形密封槽7271，本实施例中设置8道环形密封槽7271。
61.如图2所示，所述活塞堵头727内部为中空的，其内部设置有支撑内衬7272，支撑内衬7272包括中间圆柱，中间圆柱的外部设置四个平行的圆盘，圆盘用以支撑活塞堵头727内壁；所述连接杆73与排出器活塞本体726、活塞内层728之间固定连接，所述支撑内衬7272固定设置在连接杆73端部。所述连接杆73上端通过螺纹安装在中间圆柱中，如图4所示，连接杆73中为中空的，连接杆73在中间圆柱中的安装部位上设置有通向活塞堵头727内部的通道，连接杆73为挠性的。
62.工作原理：
63.如图1所示，本实用新型中的活塞结构取消了现有技术中采用双弹簧支撑结构，当活塞实际应用于斯特林制冷器中时，安装在斯特林制冷器的气缸中，动力活塞71、排出器活塞72之间压缩，二者之间的气体会经第一进气口711、第二进气口721分别进入第一气库712、第二气库722，外界气压降低时，第一单向进气装置713、第二单向进气装置723关闭，各
气库中的气体经第一节流装置714或者第二节流装置724进入到活塞与气缸之间的空隙中，形成一层环形的气膜，进而避免活塞与气缸之间接触，形成气浮轴承结构，进而将活塞支撑住，由于没有现有技术中弹簧结构的极限应力强度的限制，两个活塞尤其是动力活塞的行程较大，其排气容积较大，制冷量变大，能够满足低温冷冻及存储箱对冷量的需求，无需通过增大活塞截面尺寸来提高排气容积，避免导致整个整机的尺寸和重量变大，成本较低。
64.动力活塞71采用动力活塞本体715、内衬716等形成的分体式结构，便于加工内部的环槽7161，进而方便形成第一气库712，同时活塞的其他部位特征也便于加工。
65.一级节流装置7162与第一节流装置714配合形成两级节流，整体节流效果较好，形成的气浮轴承结构更加稳定、可靠。
66.当本实用新型中的活塞结构应用于斯特林制冷器中时，由于压缩腔动力活塞71与排出器活塞72之间的空间的压力作用，压缩腔的工质也会向膨胀腔流动，即压缩腔有向膨胀腔流动的正质量流量，该部分工质不参与斯特林制冷循环，不但会降低斯特林循环效率，甚至会带来物理上的碰撞等严重的实效问题，环形密封槽能有效阻止工质气体从排出器活塞和气缸之间的环形间隙内从压缩腔向膨胀腔流动。
67.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。