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    把抽氣低溫面(包括低溫?fù)醢?組裝在閉合的深低溫循環(huán)系統(tǒng)中，就構(gòu)成小型  制冷機(jī)低溫泵。小型制冷機(jī)低溫泵通常采用兩級(jí)(或三級(jí))制冷的氦封閉循環(huán)制冷  機(jī)，選用這種制冷機(jī)的原因是它在7K和15K時(shí)能提供抽除真空室氣體所必需的  制冷功率，各類(lèi)制冷機(jī)能提供的制冷功率范圍如下。  ①吉福特麥克馬洪循環(huán)：Tm=7K、20K的制冷功率為1~20W。  ②斯特林循環(huán)：Tmn=12K、20K的制冷功率為10~400W  ③布雷敦循環(huán)(氣體制冷循環(huán)):20K的制冷功率為0.1~10kW。  ④克勞德循環(huán)(液體循環(huán)):4K的制冷功率為0.1~10kW。  適用于小型低溫泵的制冷循環(huán)，見(jiàn)表2-35。其中用得最多是吉福特麥克馬  洪循環(huán)(GM循環(huán))。無(wú)負(fù)荷時(shí)一級(jí)冷頭可獲得7K的低溫，20K時(shí)制冷功率為  1~20W。吉福特麥克馬洪循環(huán)的突出優(yōu)點(diǎn)是：活塞往返頻率低(50~100Hz),  壓縮比低(3~4),這樣就保證了運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)小、活塞機(jī)械負(fù)荷小和使用可靠  性高。
特林( Stirling)循環(huán)，一級(jí)冷頭最低溫度12K、20K時(shí)制冷功率10  400W,制冷循環(huán)的平均壓力高(30bm,M=105Pa)工作頻率高，熱力學(xué)效率  高，但斯特林循環(huán)制冷機(jī)的振動(dòng)較大，多用于大抽速低溫泵。  2.4.11.1GM循環(huán)制冷機(jī)的工作原理  GM循環(huán)制冷機(jī)將壓縮機(jī)和膨脹機(jī)分開(kāi)，前者作為氣源，后者產(chǎn)生制冷效應(yīng)  中間用閥門(mén)控制膨脹機(jī)的工作。與斯特林制冷機(jī)相比，效率低，體積和質(zhì)量大，但  它的主要優(yōu)點(diǎn)是壓縮機(jī)的機(jī)械振動(dòng)傳不到冷頭，并且兩部分分開(kāi)后容易制造，膨脹  機(jī)部分很緊湊，使用方便。由于活塞運(yùn)動(dòng)速率很低(50~500r/min),汽缸和膨脹  活塞之間的間隙大，膨脹活塞兩面的壓差小，對(duì)密封要求低，壓縮機(jī)用油潤(rùn)滑，這  就大大提高了膨脹機(jī)的使用壽命，目前這種制冷機(jī)的維修周期可達(dá)3000h,壽命上  萬(wàn)小時(shí)。
GM循環(huán)制冷機(jī)由吉福特( Gifford)和麥克馬洪( McMahon)于1959年提  出，其基本組成部分是壓縮機(jī)、膨脹機(jī)及油吸附器等裝置，單級(jí)GM循環(huán)制冷機(jī)  流程如圖2-59所示。壓縮機(jī)的作用是把從膨脹機(jī)來(lái)的低壓氣體進(jìn)行壓縮，提供高壓力的工質(zhì)(氦氣)?，F(xiàn)代壓縮機(jī)大都使用油冷卻和潤(rùn)滑的旋片式全封閉氦壓機(jī)以  及必要的冷卻和過(guò)濾凈化裝置。膨脹機(jī)的作用是使常溫高壓氣體在它內(nèi)部絕熱膨脹  制冷，為使它有效地工作，除膨脹機(jī)汽缸需要采用真空絕熱技術(shù)外，還要使膨脹機(jī)  內(nèi)的活塞運(yùn)動(dòng)和進(jìn)氣閥門(mén)、排氣閥門(mén)的啟閉構(gòu)成一定的邏輯關(guān)系。氦氣經(jīng)壓縮機(jī)壓  縮為高溫高壓氣體，與冷卻器熱交換后再經(jīng)過(guò)油分離器、油吸附器變?yōu)楦呒兌雀邏撼睾?，?jīng)進(jìn)氣閥進(jìn)入制冷機(jī)汽缸，絕熱膨脹做功后再經(jīng)排氣閥流入壓縮機(jī)，形成封閉循環(huán)。汽缸中的活塞驅(qū)動(dòng)方式有機(jī)械和氣動(dòng)兩種，機(jī)械驅(qū)動(dòng)采用低速電機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)偏心輪(按一定角度配置)和活塞曲軸，使進(jìn)、排氣閥按一定的配氣角交替開(kāi)啟、關(guān)閉，同時(shí)曲軸帶動(dòng)活塞做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使GM循環(huán)制冷系統(tǒng)內(nèi)的壓力產(chǎn)生周期性變化，其制冷流程壓力容積關(guān)系曲線(xiàn)如圖2-60所示。單級(jí)GM制冷機(jī)的制冷原理如下。

當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到下死點(diǎn)(冷腔容積接近于零，熱腔體積最大)位置6時(shí)，進(jìn)氣閥  打開(kāi)(排氣閥關(guān)閉),常溫高壓氦氣充人熱腔和蓄冷器，氣體壓力從位置6突然升  高到位置1,氣體壓縮熱在冷腔接近于零。接著活塞變?yōu)橄蛏线\(yùn)動(dòng)，熱腔中常溫高  壓氦氣經(jīng)過(guò)蓄冷器被冷卻后進(jìn)入冷腔，這時(shí)氣體比體積隨之減少，壓力降低，常溫  高壓氦氣經(jīng)進(jìn)氣閥不斷補(bǔ)入，氣體壓力如線(xiàn)段1-2,維持壓力不變。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到  接近上死點(diǎn)位置2時(shí)，進(jìn)氣閥關(guān)閉，充氣結(jié)束。活塞繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，工質(zhì)壓力沿曲  線(xiàn)2-3下降，直到活塞運(yùn)到死點(diǎn)位置3,排氣閥打開(kāi)，冷腔中的低溫高壓氦氣與壓  縮機(jī)進(jìn)氣端接通，氦氣絕熱膨脹制冷，獲得凈冷量，壓力變化為3-4。之后，活塞  向下運(yùn)動(dòng)，冷腔中的低壓冷氦氣經(jīng)過(guò)蓄冷器，使蓄冷器內(nèi)的填料溫度進(jìn)一步降低，  分別流入熱腔和壓縮機(jī)的進(jìn)氣端，壓力維持不變(4-5)。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到接近最低位  置時(shí)，排氣閥門(mén)關(guān)閉，氣體壓力沿5-6升高，活塞回到位置6時(shí)，進(jìn)氣閥門(mén)打開(kāi)，  開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)。每次循環(huán)中，通過(guò)進(jìn)氣閥經(jīng)過(guò)蓄冷器冷卻流入冷腔高壓氦氣的初  始溫度比上個(gè)循環(huán)更低，因而冷腔中絕熱膨脹階段以后的溫度也就更低，從而進(jìn)  步冷卻冷腔壁和蓄冷器內(nèi)填料，這樣，經(jīng)過(guò)多次循環(huán)，溫度不斷降低，直到熱量的  動(dòng)平衡建立為止  為了使制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，在小型制冷機(jī)中將活塞組合為一差動(dòng)活塞(包括三  級(jí)結(jié)構(gòu)在內(nèi)),蓄冷器放在活塞內(nèi)。用于低溫泵二級(jí)制冷GM循環(huán)制冷機(jī)的缸體內(nèi)  部結(jié)構(gòu)如圖261所示

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