GM制冷机工作原理介绍.docx

G-M 制冷机 G－M 循环是由吉福特（Gifford）和麦克马洪（Mcmahon）二人发明，其原理是绝热气体放气制冷目前已研制出单级、双级和三级 G－M 循环的制冷机，制冷温度从液氦温度到液氮温度，制冷量（1～100）w目前 G－M 型制冷机已得到广泛应用图 1 GM制冷机的系统示意图 图 1为单级 G－M 制冷机的系统图单级 G－M 机有压缩机组 1,进气阀 2,排气阀 3,回热器 4,换热器 5和膨胀机 6等组成压缩机组包括低压储气罐 a,高压储气罐 b,冷却器 c和往复式压缩机 d四大部分,彼此间用管道相连进气阀 2和排气阀 3都处在室温下,由机械控制其开启和关闭,用来控制通过回热器与膨胀机的气流和循环的压力及容积回热器 4内装有金属网片，冷、热气流交替的流过它，起着储存和回收冷量的作用通过该作用达到冷热气流间换热的目的，并建立室温和制冷机冷端之间的温差要求其换热效率在 99％以上，否则直接影响制冷机的性能换热器 5供输出冷量用膨胀机 6由薄壁不锈钢气缸 f和位于气缸两端的两个有效容积（1）和（2）容积（1）处在室温下，容积（2）处在低温下，它们与回热器用管道相连接推移活塞在气缸中的上下移动由一小曲轴控制。

它和进、排气阀的控制机构组合在一起，由一个微型电机带动进、排气阀的开启和关闭与推移活塞的移动位置之间按一定的相对角配合，以保证实现制冷机的热力循环工作气体在压缩机 d中压缩，然后经冷却器 c冷却，清洁的高压气体进入高压储气罐 b开始时，控制机构使推移活塞处于气缸底部，与此同时打开进气阀高压气体进入推移活塞上方的热腔容积（1）和回热器 4回热器 4及容积（1）的压力增高当压力平衡后，推移活塞从气缸底部向上移动，把进入到热腔（1）的气体推移出去，经回热器 4被冷却后进入冷腔（2）与此同时，还有一部分来自高压储气罐的气体，也经回热器 4被冷却后进入冷腔（2）推移活塞移动到气缸顶部，进气阀关闭打开排气阀，使冷腔（2）内的气体经换热器 5，回热器 4与低压储气罐相连通这时，处在冷腔（2）中的高压气体，向低压储气罐 a放气制得的冷量经换热器 5输出气体经回热器 4加热后，进入低压储气罐，然后进入高压储气罐 b同时，推移活塞重新移动到气缸底部，排气阀关闭这样，周而复始，整个系统就能连续工作，连续不断的制取冷量对于 G－M 制冷机作如下假定：1）系统中工质为理想气体；2）回热器、换热器和管道的空容积以及膨胀机的死隙容积均为零；3）回热器及换热器没有换热损失；4）不计回热器、阀门管道及换热器的流动损失；5）气缸体与推移活塞绝热良好，两者之间无摩擦，回热器本体无纵向热漏损失；6）没有外泄漏损失；7）压缩机的工作是可逆绝热的；8）进、排气阀提前关闭和开启的影响可忽略不计。

此时 G－M 制冷机完成的循环为理想 G－M 循环它由升压、等压进气、绝热放气、等压排气四个热力过程组成以冷腔为研究对象，G－M 循环的四个工作阶段及理想 图表示在图 2上取换热器与膨胀机冷腔作为一个热力系统在稳定工况下，系统完成一个循环时，其内能 保持不变，即 又根据假定 3）和 5）没有热损失于是，一个循环中系统的能量平衡式为：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　而冷腔对外界作的净功 应等于冷腔 图的面积，因此，（1）式中 Qw ----- 为理想制冷量；PH ----- 高压压力；PL ----- 低压压力；V ----- 冷腔容积a）系统图　　　　　　（b）P－V 图　　　　　　（c）四个工作阶段图 2 理想 G-M循环的系统图、四个工作阶段及 P－V 图 。