一种直线脉管冷指与杜瓦集成耦合的抗冷缩装置的制作方法

本发明隶属于航天遥感领域，具体涉及一种直线脉管冷指与杜瓦集成耦合的抗冷缩装置。

背景技术：

脉管制冷机是一种新型回热式低温制冷机，于20世纪60年代提出、并于80年代中期开始获得迅速发展，在航空航天、超导工业、低温电子、低温医学等方面得到了广泛应用。它取消了广泛应用于斯特林或g-m制冷机中的冷端排出器，而以一根完全被动的空管(脉管)代替；它通过热端调相机构(如小孔、气库、微调阀门、喷嘴、惯性管等)的运作来实现制冷所需的压力波和质量流的相位差。它完全消除了冷端的运动部件，实现了冷端的低振动、低干扰和无磨损。根据脉冲管与蓄冷器的空间几何布置不同，将脉冲管制冷机分为u型、同轴型和直线型三大类。相比于u型、同轴型脉管，直线型脉管蓄冷器与脉冲管位于一条直线上，最大限度地降低了冷头的流动阻力，并且气流在冷端不需折返，避免了提供气流折返所带来的死体积，也给冷端气流以最小的扰动，因而效率最高，在空间应用领域，由于功率限制对制冷机的效率要求很高，因而直线型脉管制冷机在航天方面获得了重要应用。

直线脉管制冷机脉管蓄冷器与脉冲管位于一条直线上，冷头位于中间、热端位于两端。在两个热端通过两个法兰与杜瓦冷箱的焊接获得杜瓦冷箱的低漏率高真空环境，但当直线脉管降温时冷指将发生冷缩，使脉管热端与杜瓦冷箱法兰接口处由于冷缩应力存在接口漏气问题及冷指变形甚至断裂等问题。这就需要对脉管热端与杜瓦冷箱接口处法兰结构进行优化，以解决冷缩应力带来的各种问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构简单、易加工实现的直线脉管冷指与杜瓦集成耦合的抗冷缩装置，解决现有直线脉管冷指与杜瓦集成耦合降温时冷指冷缩产生的应力问题。

本发明直线脉管冷指与杜瓦集成耦合的抗冷缩装置，包括杜瓦冷箱壳体1、冷平台2、冷链3、气库4、惯性管5、脉冲管热端换热器6、脉冲管热端柔性法兰7、脉冲管8、冷头(脉管冷端)8-1、脉管蓄冷器9、蓄冷器热端法兰10、蓄冷器热端11、压缩机12；其中：

所述脉管制冷机采用直线脉管，脉管蓄冷器9与脉冲管8位于一条直线上，冷头8-1位于中间、脉冲管热端6与蓄冷器热端11位于两侧。直线脉管冷指8的冷头8-1通过柔性冷链3与杜瓦冷箱壳体1内的冷平台2连接。脉管制冷机为杜瓦冷箱冷平台2提供冷量使其获得恒定低温，地面测试时杜瓦内部需要真空。直线脉管制冷机通过脉冲管热端法兰7、蓄冷器热端法兰10与杜瓦冷箱壳体1进行焊接获得杜瓦冷箱的低漏率高真空环境。为减小冷指8降温时产生的冷缩应力，保证杜瓦冷箱高真空环境，脉冲管热端法兰7制作为柔性法兰，当脉管冷指材料在降温过程中发生冷缩时，柔性法兰中具有圆周波纹状结构的膜片发生变形，吸收温度变化带给冷指的热胀冷缩变化，从而减小了冷指承受的冷缩应力，增强了密封性能。

所述脉管为直线型脉管，蓄冷器与脉冲管位于一条直线上，气流在冷端不需折返，冷头的流动阻力最大限度得到降低，且对冷端气流的扰动最小，效率最高。

所述脉冲管热端柔性法兰，即在法兰膜片上增加了圆周波纹结构，其膜片厚度为0.3mm～0.5mm。

本发明的优点在于：该发明的优点在于直线脉管冷指与杜瓦集成耦合时脉管热端柔性法兰结构简单、易加工实现，且由于在轴向上具有一定的柔性，可发生形变，能有效降低直线脉管冷指的冷缩应力，有利于提高直线脉管冷指与杜瓦冷箱耦合的可靠性。

附图说明：

图1为一种直线脉管冷指与杜瓦集成耦合的抗冷缩装置示意图；

图中：1、杜瓦冷箱壳体；2、冷平台；3、冷链；4、气库；5、惯性管；6、脉冲管热端换热器；7、脉冲管热端柔性法兰；8、脉管；8-1、冷头；9、蓄冷器；10、蓄冷器热端法兰；11、蓄冷器热端；12、压缩机

图2为一种直线脉管冷指与杜瓦集成耦合的抗冷缩法兰结构示意图；

图中：7-1、法兰膜片；7-2、法兰；7-3、波纹结构

图3为一种直线脉管冷指与杜瓦集成耦合的抗冷缩装置示意图；

其中：a图为膜片常温状态，b图为膜片低温状态。

具体实施方式：

下面结合附图及实施例进一步描述本发明。

如图1所示，本发明为一种直线脉管冷指与杜瓦集成耦合的抗冷缩装置，包括杜瓦冷箱壳体1、冷平台2、冷链3、气库4、惯性管5、脉冲管热端换热器6、脉冲管热端柔性法兰7、脉管8、冷头8-1、蓄冷器9、蓄冷器热端法兰10、蓄冷器热端11、压缩机12。

脉管制冷机采用直线脉管，脉管蓄冷器10与脉冲管8位于一条直线上，冷头8-1中间、脉冲管热端6与蓄冷器热端11位于两侧。直线脉管冷指8的冷头8-1通过柔性冷链3与杜瓦冷箱的冷平台2连接。脉管制冷机为杜瓦冷箱壳体1内的冷平台2提供冷量使其获得恒定低温，此时就需要利用杜瓦进行封装。直线脉管制冷机通过脉冲管热端法兰7、蓄冷器热端法兰10与杜瓦冷箱壳体1进行焊接获得杜瓦冷箱的低漏率高真空环境。为减小冷指降温时产生的冷缩应力，保证杜瓦冷箱高真空环境，脉冲管热端法兰7制作为柔性法兰，当脉管冷指材料在降温过程中发生冷缩时，吸收温度变化带给冷指的热胀冷缩变化，从而减小了冷指承受的冷缩应力，增强了脉管与杜瓦冷箱耦合密封性能。

如图2所示，本发明涉及一种直线脉管冷指与杜瓦集成耦合的抗冷缩法兰,将脉冲管热端法兰7制作为柔性法兰，柔性法兰7-1中具有圆周波纹状结构7-3的膜片7-2发生变形，以减小冷指承受的冷缩应力。

如图3所示，本发明涉及一种直线脉管冷指与杜瓦集成耦合的抗冷缩法兰在常温结构a与低温变形结构b的比较，低温时膜片在应力作用下发生变形，膜片突起部分为变形位移提供了空间，膜片变形后依然能保证脉管与杜瓦冷箱之间良好的密封。

最后应说明的是：本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种直线脉管冷指与杜瓦耦合的抗冷缩装置，包括直线脉管冷指、蓄冷器热端法兰、脉管热端柔性法兰和杜瓦冷箱。直线脉管冷指的冷头通过柔性冷链与杜瓦冷箱的冷平台连接，蓄冷器热端法兰与杜瓦冷箱的一侧，脉管柔性法兰和杜瓦冷箱的另一侧焊接。直线脉管制冷机通过两个法兰与杜瓦冷箱的焊接获得杜瓦冷箱的低漏率高真空环境；脉管热端柔性法兰在直线脉管的轴线方向有一定的柔性，直线脉管冷指降温时将发生冷缩，脉管热端柔性法兰可以相应发生轴向形变，降低直线脉管冷指的冷缩应力，确保脉管冷指与杜瓦冷箱密封的高可靠度。该发明的优点在于结构简单、易加工实现，有利于提高直线脉管冷指与杜瓦冷箱耦合的可靠性。

技术研发人员：吴亦农;蒋珍华;左志强;沈玮斌;曲晓萍;董彩倩
受保护的技术使用者：中国科学院上海技术物理研究所
技术研发日：2018.11.21
技术公布日：2019.02.26