GM制冷機(jī)工作原理介紹

1、G-M制冷機(jī) GM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GM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）w。目前GM型制冷機(jī)已得到廣泛應(yīng)用。圖1 GM制冷機(jī)的系統(tǒng)示意圖 圖1為單級GM制冷機(jī)的系統(tǒng)圖。單級GM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)的氣流和循環(huán)的壓力及容積?；?zé)崞?內(nèi)裝有金

2、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）。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中壓縮，然后經(jīng)冷卻器c冷卻，清潔的高壓氣體進(jìn)入高

3、壓儲氣罐b。開始時，控制機(jī)構(gòu)使推移活塞處于氣缸底部，與此同時打開進(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）。與此同時，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）。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，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?加熱后，進(jìn)入低壓儲氣罐，然后進(jìn)入高壓儲氣罐b。同時，推

4、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GM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）不計回?zé)崞?、閥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。此時GM制冷機(jī)完成的循環(huán)為理想GM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 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，其內(nèi)能 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 應(yīng)等于冷腔 圖的面積，因此，（1）式中 Qw - 為理想制冷量；PH - 高壓壓力；P