一种超临界二氧化碳冷却系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超临界二氧化碳冷却系统及其控制方法，系统包括温度检测装置、压力检测装置、油位检测装置、控制器和控制器，方法包括：通过温度检测装置检测二氧化碳入口、第一气瓶和第二气瓶的温度；通过压力检测装置检测二氧化碳入口、第一气瓶和第二气瓶的压力；通过油位检测装置检测油箱内的油量；通过控制器根据温度检测装置检测的温度、压力检测装置检测的压力和油位检测装置检测的油量进行自动化控制。本发明专利技术能根据实时检测的压力、温度和油量等配合动作执行结构来自动使得系统管路中二氧化碳始终处于超临界状态，更加可靠且智能化程度更高。本发明专利技术可广泛应用于金属加工领域。

【技术实现步骤摘要】
一种超临界二氧化碳冷却系统及其控制方法
本专利技术涉及金属加工领域，尤其是一种超临界二氧化碳冷却系统及其控制方法。
技术介绍
随着现代先进制造技术的突飞猛进，各类新材料、新工艺应运而生，对机床切削速度，刀具寿命以及加工效率提出了更高的要求。清洁生产、绿色制造已成为发展先进制造技术的主题之一。采用低温冷却润滑切削技术，已被证实为解决高硬高强度材料强烈切削热冲击和振动以及塑性材料切削易产生加工毛刺等难加工特性有效方案。目前常用的低温切削技术主要为：低温冷风(-30℃)冷却技术、液氮(-179℃)冷却技术、液态二氧化碳(-78.5℃)冷却技术等。其中液态二氧化碳冷却技术采用压力为5.0-6.5MPa的液态CO2经管路输送并在喷嘴前端释放，可在喷嘴处迅速膨胀吸热产生-78.5℃(理论值)低温，已经被成功应用于难加工材料切削冷却。为尽可能接近其理论低温值，需严格控制输送管路内部的液态CO2压降速率，并且需对输送管路进行有效保温，以避免液态CO2在管路内部因快速压降而结冰堵塞管路。由于液态CO2冷却技术上述缺点，目前该技术尚未实现大面积推广应用。针对上述问题，近年来采用超临界CO2流体进行冷却获得了关注。将低压的CO2气体通过增压系统增压至7.4MPA以上并将其升温至31.7℃以上，CO2即可处于超临界状态。将超临界状态的CO2喷射出去，由于超临界CO2流体的快速压降而瞬间吸热膨胀，从而使喷射区域达到瞬间低温(-78.5℃)的效果。虽然超临界CO2已在制药工业、化学工程和半导体工业萃取、蚀刻和清洁过程中广泛应用，但将超临界CO2应用于加工冷却，实现加工过程的高效降温尚处于深入开发阶段。目前的超临界二氧化碳冷却技术未能确保管路中CO2始终处于超临界状态，容易导致管路堵塞等问题，不够可靠且智能化程度低。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于：提供一种可靠和智能化程度高的超临界二氧化碳冷却系统及其控制方法。本专利技术一方面所采取的技术方案是：一种超临界二氧化碳冷却系统，包括：温度检测装置，用于检测二氧化碳入口、第一气瓶和第二气瓶的温度；压力检测装置，用于检测二氧化碳入口、第一气瓶和第二气瓶的压力；油位检测装置，用于检测油箱内的油量；控制器，用于根据温度检测装置检测的温度、压力检测装置检测的压力和油位检测装置检测的油量触发控制信号，以实现自动化控制，所述控制信号包括增压控制信号、加热升温控制信号、出油控制信号和喷嘴打开控制信号；动作执行结构，用于根据所述控制信号执行相应的动作，所述执行相应的动作包括增压、加热、出油和喷出二氧化碳气体；所述温度检测装置的输出端、压力检测装置的输出端和油位检测装置的输出端均连接控制器的输入端，所述控制器的输出端连接动作执行结构的输入端。进一步，所述动作执行结构包括第一继电器、第一加热器、第二继电器和第二加热器，所述第一加热器用于加热第一气瓶，所述第二加热器用于加热第二气瓶，所述第一继电器的输入端连接控制器的第一输出端，所述第一继电器的输出端连接第一加热器的输入端，所述第二继电器的输入端连接控制器的第二输出端，所述第二继电器的输出端连接第二加热器的输入端。进一步，所述动作执行结构包括第三继电器、第一喷嘴电磁阀、第四继电器和第二喷嘴电磁阀，所述第三继电器的输入端连接控制器的第三输出端，所述第三继电器的输出端连接第一喷嘴电磁阀的输入端，所述第四继电器的输入端连接控制器的第四输出端，所述第四继电器的输出端连接第二喷嘴电磁阀的输入端。进一步，所述动作执行结构包括第五继电器、油泵电磁阀和油泵，所述控制器的第五输出端依次通过第五继电器和油泵电磁阀进而与油泵的输入端连接。进一步，所述动作执行结构包括第六继电器、增压电磁阀和增压泵，所述控制器的第六输出端依次通过第六继电器和增压电磁阀进而与增压泵的输入端连接。进一步，所述动作执行结构包括报警器，所述报警器的输入端连接控制器的第七输出端。进一步，所述动作执行结构包括人机界面，所述人机界面与控制器通讯连接。本专利技术一方面所采取的技术方案是：一种超临界二氧化碳冷却系统的控制方法，包括以下步骤：通过温度检测装置检测二氧化碳入口、第一气瓶和第二气瓶的温度；通过压力检测装置检测二氧化碳入口、第一气瓶和第二气瓶的压力；通过油位检测装置检测油箱内的油量；通过控制器根据温度检测装置检测的温度、压力检测装置检测的压力和油位检测装置检测的油量进行自动化控制，所述自动化控制包括增压控制、加热升温控制、出油控制和二氧化碳气体喷出控制。进一步，所述通过控制器根据温度检测装置检测的温度、压力检测装置检测的压力和油位检测装置检测的油量进行自动化控制这一步骤，具体包括：通过控制器控制增压泵对二氧化碳入口进入的低压二氧化碳进行增压；通过控制器控制第一加热器和/或第二加热器对增压后的二氧化碳进行升温；通过控制器分别控制油泵以及第一喷嘴电磁阀或第二喷嘴电磁阀，以使油和升温后的二氧化碳从喷嘴喷出。进一步，所述增压控制的压力在7.4MPa以上，所述加热升温控制的温度在31.7℃以上。本专利技术的有益效果是：本专利技术一种超临界二氧化碳冷却系统及其控制方法，通过控制器来根据温度检测装置检测的温度、压力检测装置检测的压力和油位检测装置检测的油量来进行增压控制、加热升温控制、出油控制和二氧化碳气体喷出控制等自动化控制操作，能根据实时检测的压力、温度和油量等配合动作执行结构来自动使得系统管路中CO2始终处于超临界状态，避免了管路堵塞等现象的发生，更加可靠且智能化程度更高。附图说明图1为本专利技术实施例提供的超临界二氧化碳冷却系统的控制结构框图；图2为本专利技术实施例提供的超临界二氧化碳冷却系统的主要管路结构示意图；图3为本专利技术控制器及外围电路的一种具体实现电路原理图；图4为本专利技术人机界面、压力检测装置及温度检测装置的一种具体实现电路原理图；图5为本专利技术实施例提供的超临界二氧化碳冷却系统的控制方法流程图。具体实施方式参照图1，一种超临界二氧化碳冷却系统，包括：温度检测装置，用于检测二氧化碳入口、第一气瓶和第二气瓶的温度；压力检测装置，用于检测二氧化碳入口、第一气瓶和第二气瓶的压力；油位检测装置，用于检测油箱内的油量；控制器，用于根据温度检测装置检测的温度、压力检测装置检测的压力和油位检测装置检测的油量触发控制信号，以实现自动化控制，所述控制信号包括增压控制信号、加热升温控制信号、出油控制信号和喷嘴打开控制信号；动作执行结构，用于根据所述控制信号执行相应的动作，所述执行相应的动作包括增压、加热、出油和喷出二氧化碳气体；所述温度检测装置的输出端、压力检测装置的输出端和油位检测装置的输出端均连接控制器的输入端，所述控制器的输出端连接动作执行结构的输入端。具体地，超临界二氧化碳冷却系统的主要管路结构如图2所示，包括低温低压二氧化碳源、增压泵、第一气瓶、第二气瓶、第一喷嘴、第二喷嘴和油泵等。其中，低温低压二氧化碳源，用于提供低温低压二氧化碳，其可采用装有低温低压二氧化碳的瓶子来实现。增压泵，用于对低温低压二氧化碳进行增压，以满足超临界二氧化碳的压力要求。第一气瓶和第二气瓶，用于存储增压后的二氧化碳。第一气瓶和第二气瓶还可对增压后的二氧化碳进行加热升温，以满足超临界二氧化碳的温度要求。第一气瓶和第二气瓶这里采用了2个气瓶是为了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超临界二氧化碳冷却系统，其特征在于：包括：温度检测装置，用于检测二氧化碳入口、第一气瓶和第二气瓶的温度；压力检测装置，用于检测二氧化碳入口、第一气瓶和第二气瓶的压力；油位检测装置，用于检测油箱内的油量；控制器，用于根据温度检测装置检测的温度、压力检测装置检测的压力和油位检测装置检测的油量触发控制信号，以实现自动化控制，所述控制信号包括增压控制信号、加热升温控制信号、出油控制信号和喷嘴打开控制信号；动作执行结构，用于根据所述控制信号执行相应的动作，所述执行相应的动作包括增压、加热、出油和喷出二氧化碳气体；所述温度检测装置的输出端、压力检测装置的输出端和油位检测装置的输出端均连接控制器的输入端，所述控制器的输出端连接动作执行结构的输入端。

【技术特征摘要】
1.一种超临界二氧化碳冷却系统，其特征在于：包括：温度检测装置，用于检测二氧化碳入口、第一气瓶和第二气瓶的温度；压力检测装置，用于检测二氧化碳入口、第一气瓶和第二气瓶的压力；油位检测装置，用于检测油箱内的油量；控制器，用于根据温度检测装置检测的温度、压力检测装置检测的压力和油位检测装置检测的油量触发控制信号，以实现自动化控制，所述控制信号包括增压控制信号、加热升温控制信号、出油控制信号和喷嘴打开控制信号；动作执行结构，用于根据所述控制信号执行相应的动作，所述执行相应的动作包括增压、加热、出油和喷出二氧化碳气体；所述温度检测装置的输出端、压力检测装置的输出端和油位检测装置的输出端均连接控制器的输入端，所述控制器的输出端连接动作执行结构的输入端。2.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳冷却系统，其特征在于：所述动作执行结构包括第一继电器、第一加热器、第二继电器和第二加热器，所述第一加热器用于加热第一气瓶，所述第二加热器用于加热第二气瓶，所述第一继电器的输入端连接控制器的第一输出端，所述第一继电器的输出端连接第一加热器的输入端，所述第二继电器的输入端连接控制器的第二输出端，所述第二继电器的输出端连接第二加热器的输入端。3.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳冷却系统，其特征在于：所述动作执行结构包括第三继电器、第一喷嘴电磁阀、第四继电器和第二喷嘴电磁阀，所述第三继电器的输入端连接控制器的第三输出端，所述第三继电器的输出端连接第一喷嘴电磁阀的输入端，所述第四继电器的输入端连接控制器的第四输出端，所述第四继电器的输出端连接第二喷嘴电磁阀的输入端。4.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳冷却系统，其特征在于：所述动作执行结构包括第五继电器、油泵电磁阀和油泵，所述控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜炳姜，李伟秋，莫大卓，王勇，
申请(专利权)人：广州汇专工具有限公司，汇专科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44