关于一种氦制冷机的制冷量模拟负载装置的机械结构设计
摘要：从装置的机械结构设计到热力设计。机械设计包括结构设计、强度设计、加工工艺设计、整体装配工艺设计。最终确定装置的整体设计加工方案。最终研
制出本装置进行现场测试制冷机的工作性能使用。
关键词：低温系统；模拟负载；结构设计；装配工艺设计
一、模拟负载装置结构设计
1、外筒设计方案
真空腔密封性良好，真空度为10-4Pa–10-3Pa；每个焊接口漏率不低于1.e-10Pa?m3/s。
外筒是用304L的不锈钢板卷圆焊接而成的圆桶，其工艺是采用304L不锈钢钢板，卷管
机械设备迫使形成壳体的形状，利用焊接工艺沿着外围直线进行焊接（需达到能够承受设计
压力和无缝钢管的相关规定以及保持外观美丽）；划线进行确认各种接口的位置和相关技术
要求并进行钻孔，扩孔等相关工序的进行；用打磨机进行去毛刺以及有针对性的进行外观的
处理，务必使壳达到设计的相关。
根据模拟负载真空腔尺寸要求：直径不小于800mm，高度不小于1000mm，因为，现在
设计外筒的内径为850mm，外径为900mm，高为1200mm，并且外筒的表面需要进行抛光，因为外筒是在真空度为10-4Pa–10-3Pa上工作的，因此，外筒体底部的厚度以及侧壁的厚度
要能承担外力作用而不变形。计算外筒体厚度具有两种方法，第一种是查询国家标准GB150-1998，第二种是外压容器计算是先假定一个厚度，然后推算这个假设是否合格的，不合格的
话重新假定。现在我选用第一种方法，假定外筒长为1200mm，名义厚度为25mm，考虑到
腐蚀量都问题，现在取有效厚度为23mm，工作环境为26.8摄氏度，设计压力为1.4Mpa （1）由于，
根据的值，如图3.1所示，确定A值，从表中可得出A=3
因此，现在设计为外筒的内径为850mm，外径为900mm，高为1200mm
模拟负载装置上需要安装压力表，流量计，安全阀等等，因此外筒上需要准备好各类接口，
并且各类接口需要按照国家标准定制，冷箱腔体真空抽气口经常拆卸，需设计为快速接头；
为了外筒的密封性更好，外筒的圆筒盖与筒体之间增加一个密封圈，为了方便打开圆筒盖，
圆筒盖上设置3个吊环，方便打开圆筒盖并且吊起此装置，盖上不仅安装压力表，流量计，
温度传感器，而且液氦的入口、出口和加热管外壳也设置在此盖上。外筒的筒体上安装一个
排气阀，方便抽出密封腔内的气体。
2、圆筒平盖、垫片以及螺栓的设计
模拟负载装置的密封圈采用金属橡胶密封圈，此密封圈采用不锈钢丝制成，不含有任何
的橡胶成分，具有非常良好的性能，能在高真空、强辐射、高温、极低温、以及各种腐蚀环
境下正常工作，并且密封强度好，效果好，可重复使用，此密封圈适用于各种不同压强的场合，一般使用范围为-80~800℃
根据此模拟负载装置的设计任务书，本模拟负载装置的使用环境是在常温温区（300K）以及
液氮温区（80K）的环境中、而且经常受高低温循环冲击，因此选择金属橡胶密封圈。
1、垫片的计算
因为此垫片选定为O型圈，如图2.1所示，现在是垫片压紧类型，
（1）因为，取N=40mm，所以 =20mm
又因为 >6.4mm
所以 =11.3，因为对于筒体端部结构，等于密封面平均直径，所以去 =48mm
其中：
-垫片基本密封宽度，mm