膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统技术方案

本发明专利技术公开膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，包括膨胀机，其将通入其内的压缩气体进行近似等熵膨胀降温后形成低温冷气；纳米流体微量润滑供给系统，其包括泵体、凸轮轴和活塞，凸轮轴与电磁调速电动机相连；电磁调速电动机用于驱动凸轮轴旋转进而驱动泵体和活塞两者周期性相对运动，进而将纳米流体输送至输油管内；外混合喷嘴，其包括喷嘴气体进入管和喷嘴喷针，输油管伸入至喷嘴气体进入管，输油管与喷嘴气体进入管间设置有保温管，保温管和喷嘴气体进入管间通入低温冷气；喷嘴喷针一端连通输油管，喷嘴喷针另一端向外延伸至外混合喷嘴的外部；输油管内的纳米流体从喷嘴喷针喷出，进而与喷出外混合喷嘴外的低温冷气混合后雾化。

Expansion mechanism cold low temperature cooling nano particle jet micro lubrication supply system

The present invention discloses expansion mechanism of cold jet cooling nanoparticles micro lubrication supply system, including the expansion machine, it will pass into the compressed gas in the approximate isentropic expansion cooling after the formation of cold gas; micro nano fluid lubrication supply system, which comprises a pump body, a cam shaft and the piston, the cam shaft and the motor is connected; electromagnetic adjustable speed motor is used for driving the cam shaft rotation to drive the pump body and the piston of the two periodic relative motion, then the nano fluid to oil pipe; outside the mixing nozzle, which comprises a nozzle gas into the tube and the nozzle needle, the pipeline extends into the nozzle gas inlet pipe, oil pipe and nozzle gas into the insulating tube set tube, pipe insulation and nozzle gas into the tube into the cold gas spray nozzle; the needle is communicated with the oil pipe and the other end to nozzle needle The nanometer fluid in the oil pipe is ejected from the spray nozzle of the spray nozzle, and then mixed with the cold air outside the external mixing nozzle.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制冷与机械加工领域磨削介质供给系统，具体是一种膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统。
技术介绍
纳米粒子射流微量润滑磨削加工是一种绿色环保、清洁节能的磨削加工技术。基于固体换热能力大于液体，液体换热能力大于气体的强化换热理论，将一定量的纳米级固体颗粒加入到可降解的微量润滑油中生成纳米流体，通过高压空气将纳米流体进行雾化，并以射流的方式送入磨削区。高压空气主要起冷却、除屑和输送流体的作用；微量润滑油主要起润滑作用；纳米粒子增加了磨削区流体的换热能力，起到了冷却作用，同时，纳米粒子具有良好的抗磨减摩性能特性和高的承载能力。但是，纳米流体射流微量润滑虽然能在一定程度上降低磨削温度，但是相对于浇注式磨削仍然有很大的差距，对于难加工材料加工仍然存在这磨削烧伤现象。经检索，李长河专利技术了低温冷却与纳米粒子射流微量润滑耦合磨削介质供给系统(专利号：ZL201310180218.5)；袁松梅设计了一种低温微量润滑系统(专利号：201010128275.5)；张宝专利技术了一种低温准干式微量润滑冷却装置(专利号：201620263903.3)。但是现有技术中，微量润滑系统微量润滑装置和低温气体产生装置都只是在一定的基础上进行组装，没有从制冷原理和结构中进行深入改进。并且，现有技术中，微量润滑泵多采用气动泵，而气动泵需要由气体频率发生器控制，所提供的频率有限，气动泵输出的动力较小，当润滑液中加入纳米粒子之后会导致润滑液粘度增大，流动性变差，出现供气动力不足而导致气动泵无法工作。低温气体产生装置需要巨大的压缩空气消耗量，而在生产实践中，空气压缩机不仅要驱动磨床等大型机床工作，而且还要驱动多个低温气体产生装置和多个气动泵，进一步增加了空气压缩机运行负担。
技术实现思路
为了解决现有技术的缺点，本专利技术的目的是提供一种膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，能够有效地减少磨削热损伤，提高被加工工件的表面完整性和加工精度。为实现上述目的，本专利技术的方案如下：其中，本专利技术的MQLSS，英文全称为：MinimalQuantityLubricationSupplySystem，中文全称为：纳米流体微量润滑供给系统；GDCV，英文全称为：GasDistributionControlValve，中文全称为：气体分配控制阀。本专利技术的膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，包括膨胀机，其用于将通入其内的压缩气体进行近似等熵膨胀降温后形成低温冷气；纳米流体微量润滑供给系统，其包括泵体、凸轮轴和活塞，活塞安装在泵体内，所述凸轮轴与电磁调速电动机相连，电磁调速电动机用于驱动凸轮轴旋转进而驱动泵体和活塞两者周期性相对运动，进而将纳米流体按照一定脉冲频率输送至输油管内；外混合喷嘴，其包括喷嘴气体进入管和喷嘴喷针，输油管伸入至喷嘴气体进入管内，输油管与喷嘴气体进入管之间设置有保温管，保温管和喷嘴气体进入管之间通入膨胀机产生的低温冷气；喷嘴喷针一端连通输油管，喷嘴喷针另一端向外延伸至外混合喷嘴的外部；输油管内的纳米流体从喷嘴喷针喷出，进而与喷出所述外混合喷嘴外的低温冷气混合后雾化。进一步地，本专利技术的该系统还包括气体分配控制阀，气体分配控制阀通过保温管连通膨胀机和外混合喷嘴，低温气体通过气体分配控制阀流量调节后输送到外混合喷嘴，所述气体分配控制阀用于通过改变气体流通面积来控制低温冷气的气体流量。进一步地，所述气体分配控制阀，包括GDCV壳体，其设置2个或4个出气口，同时对应2个或4个控气阀；控气阀和GDCV壳体之间设有O型密封圈。O型密封圈有三部分作用，第一，密封圈能够有效的阻止气体的外漏；第二，密封圈由于受到压缩使得控气阀螺柱与壳体存在一定的阻尼，有效减小控气阀因受气体冲击作用而发生震动从而松动，起到定位作用；第三，当控气阀外旋的时，密封圈移动到控气阀接头处，密封圈外径大于控气阀接头内径，不能继续向外移动，防止控气阀过度旋出而脱离控气阀接头。进一步地，所述GDCV壳体上设置有壳体进气口，壳体进气口主流道为圆形通道，气体分流道沿中心等分均匀圆形布置，使进入的气体均匀的进入到各流道，控气阀分布在GDCV壳体的左右两个面上。进一步地，所述膨胀机包括膨胀机壳体，膨胀机壳体内设置有膨胀机叶轮，膨胀机叶轮开有毂键槽，毂键槽内设置有键，键与膨胀机主轴连接。该结构使得膨胀机叶轮与膨胀机主轴通过键连接，使得膨胀机拆卸更加容易。进一步地，所述膨胀机叶轮为半开式径-轴流式叶轮。进一步地，所述膨胀机壳体上固定连接有膨胀机喷嘴，膨胀机喷嘴与膨胀机叶轮之间还设置有非接触式密封的迷宫密封组合，用于密封低温气体的泄露。本专利技术采用的迷宫密封组合为非接触式密封，非接触密封结构简单，无磨损而且不需要润滑。更进一步地，所述迷宫密封组合包括迷宫密封转子和若干迷宫密封齿片，宫密封转子设置为阶梯型且与膨胀机主轴过盈连接；迷宫密封齿片分别镶嵌在迷宫密封的上盖和下盖上，迷宫密封齿片与密封转子有一定的间隙；迷宫密封的上盖和下盖固定连接，且均与膨胀机壳体过渡配合连接。本专利技术的该迷宫密封组合非接触密封结构简单、无磨损、不需要润滑，而且便于安装，密封效果较好。进一步地，所述膨胀机主轴两端连接有深沟球轴承，膨胀机主轴两侧还对称设置有螺旋迷宫密封组合；所述螺旋迷宫密封组合包括螺旋迷宫密封定子和螺旋迷宫密封转子，螺旋迷宫转子一端与膨胀机主轴相连，另一端与螺旋迷宫密封定子形成甩油腔，甩油腔下方设置有甩油腔出口。本专利技术在采用油润滑深沟球轴承有效解决气体轴承运行稳定性问题的同时，还提高了膨胀机的承载能力，进一步地采用螺旋迷宫密封组合更好地解决了油润滑存在油泄露的问题。进一步地，所述膨胀机壳体上设置有壳体进油口、轴承流道、第一壳体出油口流道和第二壳体出油口流道，润滑油依次经壳体进油口和轴承流道输送至深沟球轴承来对其进行润滑和降温；流入深沟球轴承的润滑油中的一部分从第一壳体出油口流道流出，剩余部分进入螺旋迷宫密封组合的甩油腔，最后依次经甩油腔出口和第二壳体出油口流道流出。本专利技术利用螺旋迷宫密封组合，将除了从第一壳体出油口流道流出的润滑油之外，流入至甩油腔，依次经甩油腔出口和第二壳体出油口流道流出，该结构解决了油润滑存在油泄露的问题。进一步地，螺旋迷宫密封定子与螺旋迷宫密封转子螺旋方向相反，螺旋迷宫定子的旋向与进油的方向相同。其中，螺旋迷宫密封转子转速越高，甩油腔甩油效果越好，螺旋迷宫密封效果也越好。螺旋迷宫密封与甩油腔共同使用，即发挥了螺旋迷宫密封高速状态下密封性较好的优点，也解决了螺旋迷宫密封转子静止时无法对润滑油进行密封的缺点。当油从右方进入，则螺旋转子为左旋螺纹，螺旋迷宫定子为右旋螺纹。进一步地，所述泵体固定连接有出油口，出油口设置弹簧槽，弹簧槽内固定有单向阀弹簧，单向阀弹簧连接单向阀堵头；当活塞每进行一次回程，由于单向阀弹簧的弹力，单向阀堵头堵住供油腔，防止油的回流。进一步地，泵体内设置泄气孔，泄气孔提供吸气、泄气通道，防止活塞冲程时不排气，则导致活塞腔气体被压缩压力过高气有可能导致泵体整体脱离。进一步地，根据不同需油量，在弹簧槽的周边等分均匀的设置多个出油口流道，这样能够使纳米流体均匀的进入各流道。进一步地，所述喷嘴喷针的中间设置有台阶。进一步地，喷嘴锥形管渐缩角度γ1满足3°≤γ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，其特征在于，包括膨胀机，其用于将通入其内的压缩气体进行近似等熵膨胀降温后形成低温冷气；纳米流体微量润滑供给系统，其包括泵体、凸轮轴和活塞，活塞安装在泵体内，所述凸轮轴与电磁调速电动机相连，电磁调速电动机用于驱动凸轮轴旋转进而驱动泵体和活塞两者周期性相对运动，进而将纳米流体按照一定脉冲频率输送至输油管内；外混合喷嘴，其包括喷嘴气体进入管和喷嘴喷针，输油管伸入至喷嘴气体进入管内，输油管与喷嘴气体进入管之间设置有保温管，保温管和喷嘴气体进入管之间通入膨胀机产生的低温冷气；喷嘴喷针一端连通输油管，喷嘴喷针另一端向外延伸至外混合喷嘴的外部；输油管内的纳米流体从喷嘴喷针喷出，进而与喷出所述外混合喷嘴外的低温冷气混合后雾化。

【技术特征摘要】
1.一种膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，其特征在于，包括膨胀机，其用于将通入其内的压缩气体进行近似等熵膨胀降温后形成低温冷气；纳米流体微量润滑供给系统，其包括泵体、凸轮轴和活塞，活塞安装在泵体内，所述凸轮轴与电磁调速电动机相连，电磁调速电动机用于驱动凸轮轴旋转进而驱动泵体和活塞两者周期性相对运动，进而将纳米流体按照一定脉冲频率输送至输油管内；外混合喷嘴，其包括喷嘴气体进入管和喷嘴喷针，输油管伸入至喷嘴气体进入管内，输油管与喷嘴气体进入管之间设置有保温管，保温管和喷嘴气体进入管之间通入膨胀机产生的低温冷气；喷嘴喷针一端连通输油管，喷嘴喷针另一端向外延伸至外混合喷嘴的外部；输油管内的纳米流体从喷嘴喷针喷出，进而与喷出所述外混合喷嘴外的低温冷气混合后雾化。2.如权利要求1所述的一种膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，其特征在于，该系统还包括气体分配控制阀，气体分配控制阀通过保温管路连通膨胀机和外混合喷嘴，低温气体通过气体分配控制阀流量调节后输送到外混合喷嘴，所述气体分配控制阀用于通过改变气体流通面积来控制低温冷气的气体流量；进一步地，所述气体分配控制阀，包括GDCV壳体，其设置2个或4个出气口，同时对应2个或4个控气阀；控气阀和GDCV壳体之间设有O型密封圈；进一步地，所述GDCV壳体上设置有壳体进气口，壳体进气口主流道为圆形通道，气体分流道沿中心等分均匀圆形布置，使进入的气体均匀的进入到各流道，控气阀分布在GDCV壳体的左右两个面上。3.如权利要求1所述的一种膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，其特征在于，所述膨胀机包括膨胀机壳体，膨胀机壳体内设置有膨胀机叶轮，膨胀机叶轮开有毂键槽，毂键槽内设置有键，键与膨胀机主轴连接；进一步地，所述膨胀机叶轮为半开式径-轴流式叶轮。4.如权利要求3所述的一种膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，其特征在于，所述膨胀机壳体上固定连接有膨胀机喷嘴，膨胀机喷嘴与膨胀机叶轮之间还设置有非接触式密封的迷宫密封组合，用于密封低温气体的泄露。5.如权利要求4所述的一种膨胀机制冷低温冷却纳米粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国涛，李长河，曹华军，张彦彬，杨敏，张仙朋，张乃庆，吴启东，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37