GM制冷機(jī)工作原理介紹

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、雙級和三級 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G- M制冷機(jī)的系統(tǒng)圖。單級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)組包括低壓儲氣罐a,高壓儲氣罐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，由一個微型電機(jī)帶 動。進(jìn)、排氣閥的開啟和關(guān)閉與推移活塞的移動位置之間按一定的相對角配合，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，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?與低壓儲氣罐相連通。這時(shí)，處在冷腔（2）中的高壓氣體，向低壓儲氣罐 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)入低壓儲氣罐，然后進(jìn)入高壓儲氣罐 bo同 時(shí)，推移活塞重新移動到氣缸底部，排氣閥關(guān)閉。這樣，周而復(fù)始，整個系統(tǒng)就能連續(xù)工作，連續(xù)不斷的制 取冷量。對于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)崞鳌㈤y門管道及換熱器的流動損失；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、等壓排氣四個熱力過程組成。以冷腔為研究對象，GM循環(huán)的四個工作階段及理想.，一圖表示在圖2上。取換熱器與膨脹機(jī)冷腔作為一個熱力系統(tǒng)。 在穩(wěn)定工況下，系統(tǒng)完成一個循環(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，一個循環(huán)中系統(tǒng)的能量平衡式為：而冷腔對外界作的凈功 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。