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1、G-M制冷機(jī)G M循環(huán)是由吉福特(Gifford )和麥克馬洪(Mcmahon二人發(fā)明,其原理是絕熱氣體放氣制冷。目前已研制出單級(jí)、雙級(jí)和三級(jí) G-M循環(huán)的制冷機(jī),制冷溫度從液氦溫度到液氮溫度,制冷量(1100) wo 目前G M型制冷機(jī)已得到廣泛應(yīng)用。Y (2)圖1 GM制冷機(jī)的系統(tǒng)示意圖圖1為單級(jí)G- M制冷機(jī)的系統(tǒng)圖。單級(jí)G- M機(jī)有壓縮機(jī)組1,進(jìn)氣閥2,排氣閥3,回?zé)崞?,換熱器5和 膨脹機(jī)6等組成。壓縮機(jī)組包括低壓儲(chǔ)氣罐a,高壓儲(chǔ)氣罐b,冷卻器c和往復(fù)式壓縮機(jī)d四大部分,彼此間用 管道相連。進(jìn)氣閥2和排氣閥3都處在室溫下,由機(jī)械控制其開啟和關(guān)閉,用來控制通過回?zé)崞髋c膨脹機(jī)的氣 流和循
2、環(huán)的壓力及容積?;?zé)崞?內(nèi)裝有金屬網(wǎng)片,冷、熱氣流交替的流過它,起著儲(chǔ)存和回收冷量的作用。 通過該作用達(dá)到冷熱氣流間換熱的目的,并建立室溫和制冷機(jī)冷端之間的溫差。要求其換熱效率在99%以上,否則直接影響制冷機(jī)的性能。換熱器 5供輸出冷量用。膨脹機(jī)6由薄壁不銹鋼氣缸f和位于氣缸兩端的 兩個(gè)有效容積(1)和(2)o容積(1)處在室溫下,容積(2)處在低溫下,它們與回?zé)崞饔霉艿老噙B接。 推移活塞在氣缸中的上下移動(dòng)由一小曲軸控制。它和進(jìn)、排氣閥的控制機(jī)構(gòu)組合在一起,由一個(gè)微型電機(jī)帶 動(dòng)。進(jìn)、排氣閥的開啟和關(guān)閉與推移活塞的移動(dòng)位置之間按一定的相對(duì)角配合,以保證實(shí)現(xiàn)制冷機(jī)的熱力循 環(huán)。工作氣體在壓縮機(jī)d中
3、壓縮,然后經(jīng)冷卻器c冷卻,清潔的高壓氣體進(jìn)入高壓儲(chǔ)氣罐 bo開始時(shí),控制 機(jī)構(gòu)使推移活塞處于氣缸底部,與此同時(shí)打開進(jìn)氣閥。高壓氣體進(jìn)入推移活塞上方的熱腔容積(1)和回?zé)崞??;?zé)崞?及容積(1)的壓力增高。當(dāng)壓力平衡后,推移活塞從氣缸底部向上移動(dòng),把進(jìn)入到熱腔(1)的氣體推移出去,經(jīng)回?zé)崞?被冷卻后進(jìn)入冷腔(2)o與此同時(shí),還有一部分來自高壓儲(chǔ)氣罐的氣體,也 經(jīng)回?zé)崞?被冷卻后進(jìn)入冷腔(2)o推移活塞移動(dòng)到氣缸頂部,進(jìn)氣閥關(guān)閉。打開排氣閥,使冷腔(2)內(nèi)的氣體經(jīng)換熱器5,回?zé)崞?與低壓儲(chǔ)氣罐相連通。這時(shí),處在冷腔(2)中的高壓氣體,向低壓儲(chǔ)氣罐 a 放氣。制得的冷量經(jīng)換熱器5輸出。氣體經(jīng)回?zé)崞?/p>
4、4加熱后,進(jìn)入低壓儲(chǔ)氣罐,然后進(jìn)入高壓儲(chǔ)氣罐 bo同 時(shí),推移活塞重新移動(dòng)到氣缸底部,排氣閥關(guān)閉。這樣,周而復(fù)始,整個(gè)系統(tǒng)就能連續(xù)工作,連續(xù)不斷的制 取冷量。對(duì)于G- M制冷機(jī)作如下假定:1)系統(tǒng)中工質(zhì)為理想氣體;2)回?zé)崞?、換熱器和管道的空容積以及膨 脹機(jī)的死隙容積均為零;3)回?zé)崞骷皳Q熱器沒有換熱損失;4)不計(jì)回?zé)崞?、閥門管道及換熱器的流動(dòng)損失;5)氣缸體與推移活塞絕熱良好,兩者之間無摩擦,回?zé)崞鞅倔w無縱向熱漏損失;6)沒有外泄漏損失;7)壓縮機(jī)的工作是可逆絕熱的;8)進(jìn)、排氣閥提前關(guān)閉和開啟的影響可忽略不計(jì)。此時(shí) G M制冷機(jī)完成的循 環(huán)為理想G- M循環(huán)。它由升壓、等壓進(jìn)氣、絕熱放氣、等壓排氣四個(gè)熱力過程組成。以冷腔為研究對(duì)象,GM循環(huán)的四個(gè)工作階段及理想.,一圖表示在圖2上。取換熱器與膨脹機(jī)冷腔作為一個(gè)熱力系統(tǒng)。 在穩(wěn)定工況下,系統(tǒng)完成一個(gè)循環(huán)時(shí),其內(nèi)能L貝保持不變, 即。又根據(jù)假定3)和5)沒有熱損失。于是,一個(gè)循環(huán)中系統(tǒng)的能量平衡式為:而冷腔對(duì)外界作的凈功 W呼應(yīng)等于冷腔p-v圖的面積,因此式中Qw -為理想制冷量;PH -高壓壓力;PL -低壓壓力;V -冷腔容積。
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