換熱器制冷低溫冷卻納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)及方法與流程
本發(fā)明涉及制冷與機械加工領域磨削介質(zhì)供給系統(tǒng)，具體涉及一種換熱器制冷低溫冷卻納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)及方法。
背景技術：
納米粒子射流微量潤滑磨削加工是一種綠色環(huán)保、清潔節(jié)能的磨削加工技術?；诠腆w換熱能力大于液體，液體換熱能力大于氣體的強化換熱理論，將一定量的納米級固體顆粒加入到可降解的微量潤滑油中生成納米流體，通過高壓空氣將納米流體進行霧化，并以射流的方式送入磨削區(qū)。高壓空氣主要起冷卻、除屑和輸送流體的作用；微量潤滑油主要起潤滑作用；納米粒子增加了磨削區(qū)流體的換熱能力，起到了冷卻作用，同時，納米粒子具有良好的抗磨減摩性能特性和高的承載能力。但是，納米流體射流微量潤滑雖然能在一定程度上降低磨削溫度，但是相對于澆注式磨削仍然有很大的差距，對于難加工材料加工仍然存在這磨削燒傷現(xiàn)象。
經(jīng)檢索，李長河發(fā)明了低溫冷卻與納米粒子射流微量潤滑耦合磨削介質(zhì)供給系統(tǒng)(專利號：zl201310180218.5)；袁松梅設計了一種低溫微量潤滑系統(tǒng)(專利號：201010128275.5)；張寶發(fā)明了一種低溫準干式微量潤滑冷卻裝置(專利號：201620263903.3)。
但是現(xiàn)有技術中，微量潤滑系統(tǒng)微量潤滑裝置和低溫氣體產(chǎn)生裝置都只是在一定的基礎上進行組裝，沒有從制冷原理和結構中進行深入改進。并且，現(xiàn)有技術中，微量潤滑泵多采用氣動泵，而氣動泵需要由氣體頻率發(fā)生器控制，所提供的頻率有限，氣動泵輸出的壓力較小，當潤滑液中加入納米粒子之后會導致潤滑液粘度增大，流動性變差，出現(xiàn)供氣動力不足而導致氣動泵無法工作。低溫氣體產(chǎn)生裝置需要巨大的壓縮空氣消耗量，而在生產(chǎn)實踐中，空氣壓縮機不僅要驅(qū)動磨床等大型機床工作，而且還要驅(qū)動多個低溫氣體產(chǎn)生裝置和多個氣動泵，進一步增加了空氣壓縮機運行負擔。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種換熱器制冷低溫冷卻納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)及方法，本發(fā)明將低溫冷卻與納米粒子射流微量潤滑進行了有效的耦合，利用低溫氣體代替原來納米粒子射流微量潤滑所需要的高壓空氣，具有納米粒子射流微量潤滑所有的優(yōu)點，并且彌補了磨削溫度過高的缺點，最大限度地發(fā)揮低溫氣體的冷卻性能與納米粒子射流微量潤滑優(yōu)異的摩擦學特性，能夠降低磨削區(qū)的溫度避免磨削燒傷現(xiàn)象，保證工件表面完整性。
本發(fā)明的一個目的是提供一種換熱器制冷低溫冷卻納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)。該裝置系統(tǒng)由低溫氣體產(chǎn)生裝置、納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)、氣體分配控制閥、外混合霧化噴嘴組成。其中低溫氣體產(chǎn)生裝置基于換熱器原理對氣體進行冷卻換熱；納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)與傳統(tǒng)的氣動式潤滑裝置不同，該部分裝置采用電動機驅(qū)動，能夠更方便、精確的對供給的納米流體流量進行控制，提供更大的動力，并且該部分裝置采用電機驅(qū)動更有利于微量潤滑裝置實現(xiàn)智能自動化控制，通過方便的調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，從而精確控制出油量。
本發(fā)明的進一步目的是提供一種低溫冷卻納米粒子射流微量潤滑供給系統(tǒng)的閉環(huán)控制方法，將電動機和加工設備通過計算機連接構成一種閉環(huán)系統(tǒng)，當計算機檢測到加工設備需要改變供油流量的時候，自動調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速，為以后實現(xiàn)微量潤滑智能自動調(diào)節(jié)流量提供一種更方便的途徑。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
一種換熱器制冷低溫冷卻納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)，包括低溫氣體產(chǎn)生裝置、納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)、氣體分配控制閥和外混合霧化噴嘴，其中，納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)將納米流體變?yōu)槊}沖液滴，通過輸油管從外混合霧化噴嘴處噴出，形成納米粒子射流，利用氣體分配控制閥調(diào)節(jié)低溫氣體產(chǎn)生裝置生成的低溫氣體的流量，使低溫氣體作用于外混合霧化噴嘴外部，實現(xiàn)低溫氣體對噴出的納米粒子射流的霧化。
所述低溫氣體產(chǎn)生裝置，包括殼體，殼體內(nèi)設置有多個換熱管，所述殼體內(nèi)設置有冷卻介質(zhì)，換熱管的冷卻面沉浸在具有自由表面的冷卻介質(zhì)中，氣泡脫離表面自由浮升，發(fā)生池內(nèi)沸騰，利用低溫液體沸騰換熱，相變吸熱來冷卻換熱管內(nèi)的空氣，以產(chǎn)生低溫氣體。
優(yōu)選的，所述殼體內(nèi)設置有用于支撐換熱管的肋板，所述換熱管與殼體的連接處設置有密封機構。
冷卻介質(zhì)為超低溫液體，如液氮、液氨、液氧、液態(tài)co2等。向換熱器中加入冷卻介質(zhì)，冷卻面沉浸在具有自由表面的液體中，氣泡脫離表面自由浮升，發(fā)生池內(nèi)沸騰，利用低溫液體沸騰換熱，相變吸熱來達到極速冷卻空氣的作用。由于液氮沸點相對較低、成本低、對環(huán)境無污染，方案優(yōu)先選用液氮。
所述換熱管的外表面帶有凹槽或條紋。根據(jù)庫珀公式可知，對于池內(nèi)沸騰，增大換熱管表面粗糙度能夠有效的增大換熱管外側(cè)沸騰換熱系數(shù)α2，進一步地增加換熱器的傳熱系數(shù)k。所以換熱管優(yōu)先采用螺紋管或者外表面粗糙度較高的管，如在換熱管外表面加工網(wǎng)格孔等。由于螺紋管或者外表面粗糙的換熱管存在螺紋縫或者很多凹坑更能促進氣化核心的產(chǎn)生從而加強管外沸騰換熱，這樣不僅能夠大大的增大換熱管表面換熱系數(shù)并且還能在管徑和管長條件下進一步增大熱交換面積，提高熱交換效率。
換熱管的外表面可以采用多種，本發(fā)明給出了幾種優(yōu)選的方案，凹槽、條紋、螺紋或網(wǎng)絡狀，這些形狀本領域技術人員完全可以根據(jù)需要設計成任意形狀，比如凹槽就可以進一步設計為圓孔、方孔、橢圓孔、六邊形孔等孔狀結構或s型、螺旋形等槽狀結構，但不管什么樣的形式，其核心作用均是增加換熱管的外表面粗糙度或增加換熱管外表面與冷卻液的接觸面積，就此點而言均是在本發(fā)明的啟迪下可輕易實現(xiàn)的。
當然，本領域技術人員也可以將換熱管更換為螺旋管、翅片、u型管等形狀，以加大換熱面積，不過換熱管內(nèi)通入一定質(zhì)量流量的壓縮空氣，采用直管盡量減少氣體流動阻力，降低產(chǎn)生能量局部損失。當本領域技術人員完全能夠在本發(fā)明的工作原理的啟示下，將其變換為其他形狀。
所述密封機構包括密封圈、密封墊片或密封槽等，設置于殼體自身的連接處以及換熱管與殼體的連接處，一方面防止換熱管在加入液氮后材料收縮而產(chǎn)生間隙配合，液氮的泄露；另一方面防止換熱管在受到液氮冷卻后，管長收縮而產(chǎn)生間隙。
優(yōu)選的，所述殼體外部噴鍍隔熱涂層或/和包覆多層保溫材料。
優(yōu)選的，所述殼體上安裝壓力計和安全閥，防止冷卻介質(zhì)蒸發(fā)換熱器內(nèi)壓力過大而發(fā)生危險狀況。
優(yōu)選的，所述殼體內(nèi)設置有用于支撐換熱管的肋板，肋板上設置有多個放置支撐換熱管的圓孔；
優(yōu)選的，肋板與換熱器殼體間隙配合，肋板的中心孔與管板中心孔在同一直線上；
優(yōu)選的，肋板上設有偏心孔，肋板偏心孔的排序方式和管板排序方式一致；
優(yōu)選的，所述換熱管通過管板與殼體連接，所述管板設有換熱管孔，換熱管孔沿圓盤中心線對稱排列；
優(yōu)選的，所述換熱管與殼體的連接處設置有密封機構。
當然，本領域技術人員在本發(fā)明的工作原理的啟示下，將低溫氣體產(chǎn)生裝置替換為其他形式的空冷器等，屬于不需要付出創(chuàng)造性勞動的簡單替換，應當屬于本發(fā)明的保護范圍。
所述納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)，包括泵體、活塞、單向閥、彈性元件、電動機、凸輪軸和油杯，所述泵體內(nèi)設置有活塞運動腔，所述活塞通過彈性元件與泵體連接，在活塞運動腔內(nèi)運動，油杯為泵體提供油，所述電動機連接凸輪軸，所述凸輪軸與活塞連接，通過控制電動機帶動凸輪軸的升程和回程來驅(qū)動活塞進行沖程和回程，實現(xiàn)活塞的往復運動，利用泵體和活塞之間發(fā)生的周期性的相對運動，將泵體內(nèi)的納米流體按照一定的脈沖頻率的排出。
所述納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)的出油口與泵體通過出油口定位螺釘連接和定位，根據(jù)加工工況配置多個不同的出油口，通過采集磨削力或者磨削溫度信號來確定供油流量的大小，利用閉環(huán)控制調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)出油量。
優(yōu)選的，泵體內(nèi)設置泄氣孔，泄氣孔提供吸氣、泄氣通道，防止活塞沖程時不排氣，則導致活塞腔氣體被壓縮壓力過高氣有可能導致泵體整體脫離。
所述泵體上端設置有出油口，出油口根據(jù)工況需要選用為不同個數(shù)供油流道進行單獨供油，并且，出油口與泵體為螺釘固定連接，可以拆卸螺釘更換出油口，進而提供不同的個數(shù)的納米流體油路。其中，各個供油流道應圓形等距分布。進一步地，出油口設置彈簧槽，來固定單向閥彈簧，進而固定單向閥堵頭；
所述油杯與泵體的連接處設置有若干個供油管路，每個供油管路上設置有控油閥以控制供油管路的通斷。
在同一凸輪軸加工多個凸輪和多個活塞、泵體配合來提供多路納米流體。
所述氣體分配控制閥設置有若干個出氣口，每個出氣口配置有一個控氣閥，通過改變每個出氣口對應的流道通流面積以控制氣體流量。
所述氣體分配控制閥的控氣閥和氣體分配控制閥殼體之間設置有密封圈，密封圈有三部分作用，第一，密封圈能夠有效的阻止氣體的外漏；第二，密封圈由于受到壓縮使得控氣閥螺柱與殼體存在一定的阻尼，有效減小控氣閥因受氣體沖擊作用而發(fā)生震動從而松動，起到定位作用；第三，當控氣閥外旋的時候，密封圈移動到控氣閥接頭處，密封圈外徑大于控氣閥接頭內(nèi)徑，不能繼續(xù)向外移動，防止控氣閥過度旋出而脫離控氣閥接頭。
優(yōu)選的，所述控氣閥包括螺柱、第一螺母和第二螺母，其中螺柱一端設置有細螺紋，另一端設置有與螺柱同直徑球徑的半球，并且螺柱上開有密封圈槽，其中，螺柱的螺紋旋向與第一螺母和第二螺母的旋向相同。
所述氣體分配控制閥包括殼體，殼體上設置有殼體進氣口、殼體控氣閥接口、殼體出氣口和殼體氣體流道，殼體氣體流道直徑與控氣閥螺柱半球部分球徑相等，當全部旋緊控氣閥時，使得控氣閥與流道緊密結合，防止氣體泄露；
進一步地，殼體進氣口主流道為圓形通道，氣體分流道沿中心等分均勻圓形布置，使進入的氣體均勻的進入到各流道；控氣閥分布在殼體的左右兩個面上。
所述控氣閥接頭上設置外螺紋和內(nèi)螺紋，外螺紋與gdcv殼體連接，內(nèi)螺紋與控氣閥螺柱連接。
所述外混合霧化噴嘴包括噴嘴噴針、噴嘴套筒、噴嘴錐形管、噴嘴密封墊片、噴嘴保溫管、噴嘴氣體進入管、蛇形管和輸油管，噴嘴氣體進入管和蛇形管通過螺紋連接，輸油管從蛇形管端部穿入，從噴嘴氣體進入管端穿出，保溫管設置于噴嘴氣體進入管內(nèi)，輸油管端部與噴嘴噴針過盈連接，噴嘴噴針外部套裝有噴嘴錐形管，噴嘴錐形管套裝于保溫管內(nèi)，使噴嘴氣體進入管內(nèi)的低溫氣體與輸油管的納米流體在噴嘴噴針外部耦合。
優(yōu)選的，所述外混合霧化噴嘴還設置有固定塊，以固定在加工區(qū)域附近。
基于上述系統(tǒng)的工作方法，納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)將納米流體變?yōu)槊}沖液滴，通過輸油管從外混合霧化噴嘴處噴出，形成納米粒子射流，利用低溫氣體產(chǎn)生裝置生成低溫氣體，通過氣體分配控制閥調(diào)節(jié)低溫氣體的流量，通過采集磨削力或者磨削溫度信號確定供油流量的大小，利用閉環(huán)控制調(diào)節(jié)納米流體的流量；
進一步地，噴嘴錐形管的角度γ滿足3°≤γ≤15°。該角度使得低溫冷氣經(jīng)噴嘴錐形管噴出所述外混合噴嘴的外部形成合適角度的錐形噴射氣體，在氣體聚焦起到霧化油滴的同時局部能量損失較小。
本發(fā)明的有益效果為：
(1)本發(fā)明具有微量潤滑技術的所有優(yōu)點、并具有更強的冷卻性能和優(yōu)異摩擦學特性，有效解決了磨削燒傷，提高了工件表面質(zhì)量，實現(xiàn)高效、低耗、環(huán)境友好、資源節(jié)約的低碳綠色清潔生產(chǎn)，具有舉足輕重的意義。
(2)低溫氣體產(chǎn)生裝置基于換熱器原理對氣體進行冷卻換熱間接制冷，相對于直接澆注冷卻液體或者噴射冷卻介質(zhì)氣體，成本要低很多，也降低了加工現(xiàn)場因冷卻介質(zhì)氣體濃度過高對加工工人身體帶來的危險；冷卻介質(zhì)優(yōu)先選用液氮，液氮無毒、不助燃、成本較低、來源廣、沸點低。進一步地，優(yōu)先采用外表面為螺紋管或者粗糙度較大的換熱管，增強換熱管外沸騰換熱性能和進一步提高換熱面積。
(3)納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)與傳統(tǒng)的氣動式潤滑裝置不同，該部分裝置采用電動機驅(qū)動，能夠更方便、精確的對供給的納米流體流量進行控制、并且還能提供更大的動力，解決了因為納米流體因為粘度過大而導致氣動微量潤滑裝置無法工作的問題。并且該部分裝置采用電機驅(qū)動更有利于微量潤滑裝置實現(xiàn)智能自動化控制，通過方便的調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，從而精確控制出油量。進一步地，將電動機和加工設備通過計算機連接構成一種閉環(huán)系統(tǒng)，當計算機通過磨削力或者磨削溫度等在線信號檢測到加工設備需要改變供油流量的時候，自動調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速，為以后實現(xiàn)微量潤滑智能自動調(diào)節(jié)流量提供一種更方便的途徑。
(4)氣體分配控制閥基于閘閥原理盡量減少能量局部損失的情況下能夠精確控制氣體流量，并且能夠利用機械結構自鎖防止控氣閥因氣體沖擊而出現(xiàn)松動。
(5)外混合霧化噴嘴能夠防止納米流體因氣體溫度過低，低于納米流體的傾點而導致其流動性變差，并且采用外混合方式避免在噴嘴內(nèi)壁產(chǎn)生結霜冷凝現(xiàn)象。
附圖說明
圖1為換熱器制冷低溫冷卻納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)；
圖2為換熱器裝置爆炸圖；
圖3為換熱器裝置裝配左視圖；
圖3(a)為圖3a-a剖視圖；
圖3(b)為圖3(a)局部放大圖；
圖4(a)為換熱器裝置換熱管1實施例1；
圖4(b)為換熱器裝置換熱管1實施例2；
圖5(a)為換熱器裝置換熱管2實施例1；
圖5(b)為換熱器裝置換熱管2實施例2；
圖6為換熱器裝置管板俯視圖；
圖6(a)為換熱器裝置管板實施例1主視圖；
圖6(b)為換熱器裝置管板實施例2主視圖；
圖6(c)為換熱器裝置管板實施例3主視圖；
圖7為換熱器裝置肋板主視圖；
圖7(a)為換熱器裝置左側(cè)肋板與換熱管1及換熱管2裝配圖；
圖7(b)為換熱器裝置右側(cè)肋板與換熱管1及換熱管2裝配圖；
圖8為換熱器管箱主視圖；
圖8(a)為圖8b-b剖視圖；
圖9為換熱器殼體左視圖；
圖9(a)為圖9c-c剖視圖；
圖10為納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)(mqlss)爆炸圖；
圖11(a)為mqlss總裝配圖主視圖；
圖11(b)為mqlss總裝配圖右視圖；
圖12(a)為mqlss部分裝配圖全剖主視圖；
圖12(b)為mqlss部分裝配圖全剖右視圖；
圖13(a)為泵體俯視圖；
圖13(b)為泵體主視圖；
圖13(c)為圖13(a)a-a剖視圖；
圖13(d)為圖13(b)b-b剖視圖；
圖14為活塞主視圖；
圖15為出油口主視圖、俯視圖及c-c剖視圖；
圖16為泵體與箱體連接固定板俯視圖及主視圖；
圖17為上箱體主視圖；
圖17(a)為圖17d-d剖視圖；
圖18為凸輪軸主視圖；
圖19為凸輪軸與電動機連接所用聯(lián)軸器示意圖；
圖20為電磁調(diào)速電動機示意圖；
圖21為氣體分配控制閥(gdcv)實施例1爆炸圖；
圖22為gdcv控氣閥裝配圖；
圖23(a)為gdcv裝配仰視圖；
圖23(b)為gdcv裝配左視圖；
圖23(c)為圖23(a)a-a剖視圖；
圖24為gdcv殼體實施例1俯視圖；
圖24(a)為圖24b-b剖視圖；
圖24(b)為圖24c-c剖視圖；
圖25為控氣閥接頭主視圖；
圖26為gdcv實施例2爆炸圖；
圖27為gdcv實施例2裝配圖主視圖；
圖27(a)為圖27d-d剖視圖；
圖28為gdcv實施例2裝配圖；
圖28(a)為圖28e-e剖視圖；
圖29為外混合霧化噴嘴(噴嘴)爆炸圖；
圖30為噴嘴部分裝配圖；
圖30(a)為圖30的局部放大圖；
圖31為噴嘴氣體進入管主視圖；
圖32為噴嘴噴針主視圖；
圖33(a)為噴嘴錐形管軸測圖；
圖33(b)為噴嘴錐形管主視圖；
圖33(c)為圖33(b)a-a剖視圖及軸測圖；
圖34為噴嘴套管主視圖；
圖35(a)為噴嘴固定塊1主視圖；
圖35(b)為噴嘴固定塊2主視圖；
其中，ⅰ-01-換熱管1，ⅰ-02-低溫密封圈1，ⅰ-03-低溫密封圈2，ⅰ-04-換熱器管板，ⅰ-05-換熱器管箱，ⅰ-06-法蘭螺母，ⅰ-07-法蘭螺母墊片，ⅰ-08-法蘭螺栓，ⅰ-09-密封墊片1，ⅰ-10-密封墊片2，ⅰ-11-三通，ⅰ-12-安全閥，ⅰ-13-壓力計，ⅰ-14-冷卻介質(zhì)排出口，ⅰ-15-換熱器殼體,ⅰ-16換熱管2，ⅰ-17-冷卻介質(zhì)進口端蓋，ⅰ-18-肋板，ⅱ-01-箱體螺母，ⅱ-02-箱體墊片，ⅱ-03-箱體螺母墊片，ⅱ-04-箱體螺栓，ⅱ-05-上蓋，ⅱ-06-固定板，ⅱ-07-固定板內(nèi)六角定位螺釘，ⅱ-08-固定板墊片，ⅱ-09-泵體，ⅱ-10-出油口，ⅱ-11-油杯，ⅱ-12-快速插頭1，ⅱ-13-帶開關的導油管2，ⅱ-14-帶開關的導油管1，ⅱ-15-單向閥彈簧，ⅱ-16-單向閥堵頭，ⅱ-17-出油口定位螺釘，ⅱ-18-快速插頭2，ⅱ-19-泵體定位螺釘，ⅱ-20-凸輪彈簧，ⅱ-21-星型密封圈1，ⅱ-22-星型密封圈2，ⅱ-23-y型密封圈1，ⅱ-24-y型密封圈2，ⅱ-25-活塞，ⅱ-26-凸輪軸鍵，ⅱ-27-凸輪軸，ⅱ-28-軸承座螺栓，ⅱ-29-軸承座，ⅱ-30-下箱體，ⅱ-31-電磁調(diào)速電動機，ⅱ-32-聯(lián)軸器，ⅲ-01-進氣口快速插頭，ⅲ-02-密封墊片1，ⅲ-03-實施例1gdcv殼體，ⅲ-04-密封墊片2，ⅲ-05-控氣閥接頭，ⅲ-06-控氣閥，ⅲ-07-o型密封圈，ⅲ-08-密封墊片3，ⅲ-09-出氣口快速插頭，ⅲ-10-實施例2gdcv殼體，ⅲ-11-實施例2進氣口墊片，ⅲ-12-實施例2進氣口端蓋，ⅲ-13-實施例2螺栓墊片，ⅲ-14-實施例2螺栓，ⅳ-01-噴嘴噴針，ⅳ-02-噴嘴套筒，ⅳ-03-噴嘴錐形管，ⅳ-04-噴嘴密封墊片，ⅳ-05-保溫管，ⅳ-06-噴嘴氣體進入管，ⅳ-07-噴嘴密封圈墊片合1，ⅳ-08-噴嘴密封墊片組合2，ⅳ-09-蛇形管，ⅳ-10-固定塊內(nèi)六角螺釘，ⅳ-11-噴嘴固定塊1，ⅳ-12-噴嘴固定塊2，ⅳ-13-輸油管。
ⅰ-0101-密封圈槽1，ⅰ-0102-密封圈槽2，ⅰ-0103-密封圈槽3，ⅰ-0104-密封圈槽4，ⅰ-0501-管箱法蘭孔，ⅰ-0502-管箱進氣口或出氣口，ⅰ-1501-殼體法蘭孔，ⅰ-1502-殼體冷卻介質(zhì)氣體出氣口，ⅰ-1503-殼體冷卻介質(zhì)液體進口，ⅰ-1504-殼體底座，ⅰ-1505-冷卻介質(zhì)排污口，ⅰ-1506-殼體臺階1，ⅰ-1507-殼體臺階2，ⅰ-1601-換熱管2臺階，ⅱ-0501-上箱體法蘭孔，ⅱ-0502-上箱體螺紋連接孔，ⅱ-0601-固定板連接孔1，ⅱ-0602-固定板連接孔2，ⅱ-0901-殼體活塞腔1，ⅱ-0902-殼體泄氣孔1，ⅱ-0903-殼體泄氣孔2，ⅱ-0904-進油腔1，ⅱ-0905-進油腔2，ⅱ-0906-單向閥腔，ⅱ-0907-定位孔，ⅱ-0908-mql進油口2，ⅱ-0909-進油口1，ⅱ-0910-固定板螺紋孔，ⅱ-0911-進油腔1流道，ⅱ-1001-出油口流道，ⅱ-1002-單向閥彈簧槽，ⅱ-1003-螺紋定位孔，ⅱ-2501-活塞星型密封圈槽1，ⅱ-2502-活塞星型密封圈槽2，ⅱ-2503-活塞y型密封圈槽1，ⅱ-2504-活塞y型密封圈槽2，ⅱ-2701-凸輪鍵槽，ⅱ-2702-凸輪，ⅲ-0301-殼體進氣主流道，ⅲ-0302-殼體控氣閥接口，ⅲ-0303-殼體出氣口，ⅲ-0303-殼體氣體分流道，ⅲ-0601-控氣閥密封槽，ⅲ-0602-控氣閥螺柱，ⅲ-0603-控氣閥螺母1，ⅲ-0604-控氣閥螺母2，ⅳ-0301-錐形管噴針通道，ⅳ-0302-錐形管肋板，ⅳ-0303-錐形管通氣孔，ⅳ-0601-進氣管臺階1，ⅳ-0602-進氣管臺階2，ⅳ-0603-進氣管進氣管道。
具體實施方式：
下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
如圖1所示，換熱器制冷低溫冷卻納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)由低溫氣體產(chǎn)生裝置ⅰ(簡稱換熱器)、納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)ⅱ(簡稱mqlss)、氣體分配控制閥ⅲ(簡稱gdcv)和外混合噴嘴ⅳ(簡稱噴嘴)四部分構成。
如圖2所示，圖2為換熱器系統(tǒng)爆炸圖，各部件陳列圖中。
如圖3、3(a)、圖3(b)所示，肋板ⅰ-18、換熱器管板ⅰ-04、換熱器管箱ⅰ-05、低溫密封圈1ⅰ-02、低溫密封圈2ⅰ-03、密封墊片1ⅰ-09、密封墊片2ⅰ-10、法蘭螺栓ⅰ-08、法蘭螺栓墊片ⅰ-07和法蘭螺母ⅰ-06采用對稱式安裝布置。肋板ⅰ-18與換熱管1ⅰ-01和換熱管2ⅰ-16裝配有一定的間隙，換熱管1ⅰ-01、換熱管2ⅰ-16與管板ⅰ-04過渡配合連接，管箱ⅰ-05、管板ⅰ-4、換熱器殼體ⅰ-15通過螺栓ⅰ-08、螺母ⅰ-06、螺母墊片ⅰ-07固定連接。換熱管1ⅰ-01、換熱管2ⅰ-16與管板ⅰ-04連接處加有低溫密封圈1ⅰ-02和低溫密封圈2ⅰ-03，管箱ⅰ-05與管板ⅰ-04之間設有密封墊片1ⅰ-09，管板ⅰ-04與換熱器殼體ⅰ-15之間設有密封墊片2ⅰ-10。換熱器殼體ⅰ-15與三通ⅰ-11、冷卻介質(zhì)進口端蓋ⅰ-17、冷卻介質(zhì)排出口ⅰ-14通過螺紋連接，三通ⅰ-17上設有壓力計ⅰ-13和安全閥ⅰ-12。
冷卻介質(zhì)為超低溫液體，如液氮、液氨、液氧、液態(tài)co2等。向換熱器中加入冷卻介質(zhì)，冷卻面沉浸在具有自由表面的液體中，氣泡脫離表面自由浮升，發(fā)生池內(nèi)沸騰，利用低溫液體沸騰換熱，相變吸熱來達到極速冷卻空氣的作用。由于液氮沸點相對較低、成本低、對環(huán)境無污染，方案優(yōu)先選用液氮。
如圖4(a)所示，換熱管1ⅰ-01實施例1，采用導熱系數(shù)較高，并且不與冷卻介質(zhì)發(fā)生反應的材料(如純銅)。換熱管1ⅰ-01采用螺紋管或者粗糙度較高的管。不僅能在管徑和管長一定的條件下增大熱交換面積，還能促進換熱管外液氮產(chǎn)生氣泡，增加氣化核心的數(shù)量，進而增強液氮的沸騰換熱能力。換熱管1ⅰ-01特征在于管外壁布置螺紋、網(wǎng)格孔、翅片等有利于增大換熱面積及管壁粗糙度的特征。根據(jù)庫珀公式可知，增大換熱管表面粗糙度有利于增大沸騰表面換熱系數(shù)，所以換熱管表面應盡可能粗糙。進一步地，換熱管1ⅰ-01上設置有密封圈槽1ⅰ-0101、密封圈槽2ⅰ-0102、密封圈槽3ⅰ-0103、密封圈槽4ⅰ-0104，對應分別安裝低溫密封圈2ⅰ-03、低溫密封圈1ⅰ-02、低溫密封圈1ⅰ-02和低溫密封圈2ⅰ-03。
庫珀(cooper)公式：
c＝90w0.33/(m0.66·k)
m＝0.12-0.2lg(rp)μm
式中：mr—冷卻介質(zhì)相對分子質(zhì)量；
低溫密封圈1ⅰ-02安裝在換熱管密封圈槽2ⅰ-0102和密封圈槽3ⅰ-0103內(nèi)，防止換熱管ⅰ-01在加入液氮后材料收縮與管板ⅰ-04而產(chǎn)生間隙配合，導致液氮泄露。
低溫密封圈2ⅰ-03安裝在換熱管密封圈槽1ⅰ-0101和密封圈槽4ⅰ-0104內(nèi)，一方面功能和低溫密封圈1ⅰ-02相同。另一方面是換熱管ⅰ-01在受到液氮冷卻后，管長會有一定距離的收縮，低溫密封圈2ⅰ-03安裝在換熱管密封槽ⅰ-0101、ⅰ-0104內(nèi)，換熱管ⅰ-01向內(nèi)收縮后，低溫密封圈2ⅰ-03隨換熱管ⅰ-01向內(nèi)移動，低溫密封圈2ⅰ-03受到換熱管密封槽ⅰ-0101、ⅰ-0104和管板ⅰ-04之間的壓縮，更好的起到密封效果。
如圖4(b)所示，換熱管1ⅰ-01實施例2與實施例1結構相同，但是采用外壁不需要經(jīng)過特殊加工的管，換熱管ⅰ-01表面應盡可能粗糙。使用光管雖然換熱面積相比實施例1有所減小，沸騰換熱現(xiàn)象不如實施例1劇烈，但是加工較為簡單，成本較低。此時，冷卻介質(zhì)核態(tài)沸騰現(xiàn)象相對于實施例1比例要小，換熱效果不如實施例1。
如圖5(a)所示，換熱管2ⅰ-16實施例1在換熱管1ⅰ-01實施例1的基礎上設置有臺階ⅰ-1601。
如圖5(b)所示，換熱管2ⅰ-16實施例2在換熱管1ⅰ-01實施例2的基礎上設置有臺階ⅰ-1601。
如圖6(a)、圖6(b)、圖6(c)所示，換熱管孔沿圓盤中心線對稱排列，其中中心線上部孔要比下部少一行，以便于肋板ⅰ-18開缺口?？椎闹睆綖閐13與換熱管ⅰ-01外徑d12相同為過渡配合。管板ⅰ-04上設置的孔的排序方式作為換熱管ⅰ-01在換熱器中排序三種實施例，圖6(a)為實施例1排序方式，孔的排序為正三角形對稱排列。圖6(b)為實施例2排序方式，孔的排序為正方形對稱排列。圖6(c)為實施例3排序方式，孔的排序為轉(zhuǎn)角正方形對稱排列。
如圖7所示，肋板ⅰ-18為了支撐換熱管ⅰ-01、ⅰ-16，避免換熱管無支撐跨距過大而導致?lián)隙冗^大。在換熱管長度在無支撐跨距之內(nèi)時，可以省略肋板ⅰ-18，降低加工成本，并且減小液氮流動阻力。但是無支撐跨距過長應該安裝肋板ⅰ-18來支撐換熱管。肋板ⅰ-18孔的排序方式和管板ⅰ-04排序方式一致，肋板ⅰ-18上的孔為偏心孔，有利于換熱管的安裝及有效的起到支撐作用，孔虛線部分直徑為換熱管外徑d12，偏心距為δ3,，在肋板ⅰ-18的上、下、左、右分別開有缺口，開缺口是為了減小冷卻介質(zhì)流過的阻力，及時的浸沒換熱管ⅰ-01。肋板ⅰ-18與換熱器殼體ⅰ-15間隙配合(結合圖3(b)ⅰ-ⅰ)，肋板ⅰ-18的中心孔與管板ⅰ-04中心孔在同一直線上。進一步地，肋板ⅰ-18上缺口要足夠大，目的為了使肋板ⅰ-18上側(cè)和換熱器殼體ⅰ-15有足夠大的間隙，能夠使液氮快速的充滿換熱器殼體ⅰ-15，并且有利于液氮蒸發(fā)的氣體排放，避免換熱器殼體ⅰ-15內(nèi)壓強不均勻，影響安全閥ⅰ-12的開放。
如圖7(a)、7(b)所示，換熱管1ⅰ-01、換熱管2ⅰ-16與肋板ⅰ-18配合。換熱管分別插入到肋板ⅰ-18偏心孔內(nèi)，偏心孔即能為換熱管留有一定的安裝間隙又能夠支撐換熱管。其中，換熱管2ⅰ-16上設置有臺階ⅰ-1601，在肋板1ⅰ-18的圓周部分均勻的布置4～6個換熱管2ⅰ-16起固定作用，防止肋板ⅰ-18在受到冷卻介質(zhì)后體積收縮軸向移動。其中，換熱管2ⅰ-16與左側(cè)肋板ⅰ-18裝配時從左側(cè)裝入，換熱管2ⅰ-15與右側(cè)肋板ⅰ-18裝配時從右側(cè)裝入，從左右兩邊裝入的換熱管2ⅰ-15不在同一偏心孔內(nèi)。
如圖8、圖8(a)所示，管箱ⅰ-05上設置有ⅰ-0501法蘭孔、進氣口或出氣口ⅰ-0502。管箱ⅰ-05底面與側(cè)面設有圓弧過渡連接，降低局部損失。
如圖9、圖9(a)所示，換熱器殼體ⅰ-15上設置有法蘭孔ⅰ-1501、冷卻介質(zhì)氣體排出口ⅰ-1502，冷卻介質(zhì)進口ⅰ-1503、殼體底座ⅰ-1504、冷卻介質(zhì)排出口ⅰ-1505，換熱器殼體ⅰ-15設置有兩級臺階，臺階1ⅰ-1506外側(cè)殼體內(nèi)徑大于肋板ⅰ-18外徑d15便于肋板ⅰ-18的安裝，內(nèi)側(cè)殼體ⅰ-15內(nèi)徑等于d15形成間隙配合，來支撐肋板ⅰ-18。臺階2ⅰ-1507內(nèi)側(cè)內(nèi)徑小于肋板ⅰ-18直徑d15，使肋板ⅰ-18定位。換熱器殼體ⅰ-15采用導熱系數(shù)較小的材料(如304號鋼)。進一步地，殼體外部噴鍍隔熱涂層或/和包覆多層保溫材料。
如圖10所示，為納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)(mqlss)各零件的爆炸圖。mqlss目的是為了將納米流體變?yōu)楣潭▔毫Α⒚}沖可變、液滴直徑不變的脈沖液滴，通過輸油管從外混合噴嘴處噴出，被高速低溫氣體霧化噴射到磨削區(qū)。
如圖11(a)、11(b)所示，凸輪軸ⅱ-27通過凸輪鍵ⅱ-26與聯(lián)軸器ⅱ-32相連進而與電磁調(diào)速電動機ⅱ-31相連，凸輪軸ⅱ-27安裝在軸承支座ⅱ-29上，活塞ⅱ-25與凸輪軸通過活塞彈簧ⅱ-20進行力閉合，固定板ⅱ-06與上箱體ⅱ-05通過固定板內(nèi)六角螺釘ⅱ-07固定，同時與泵體ⅱ-09通過泵體定位螺釘ⅱ-19固定，快速插頭2ⅱ-18與泵體ⅱ-09螺紋連接，快速插頭1ⅱ-12與油杯ⅱ-11螺紋連接，帶有開關的導油管ⅱ-13、ⅱ-14兩端分別插入到快速插頭1ⅱ-12和快速插頭2ⅱ-18進行導油。進一步地，固定板ⅱ-06與泵體ⅱ-09之間設有固定板墊片ⅱ-08進行減震，上箱體ⅱ-05和下箱體ⅱ-30之間設有箱體墊片ⅱ-02進行緊固密封。泵體ⅱ-09內(nèi)部安裝部分下段進行詳細敘述。
如圖12(a)、圖12(b)所示，活塞ⅱ-25上裝有星型密封圈1ⅱ-21、星型密封圈2ⅱ-22、y型密封圈1ⅱ-23、y型密封圈2ⅱ-24及活塞彈簧ⅱ-20?；钊w安裝在泵體ⅱ-09內(nèi)。泵體ⅱ-09一側(cè)安裝單向閥堵頭ⅱ-16、單向閥彈簧ⅱ-15。出油口ⅱ-10與泵體ⅱ-09通過出油口定位螺釘ⅱ-17連接定位。單向閥彈簧ⅱ-15一端套在單向閥堵頭ⅱ-16上，另一端鑲嵌在出油口ⅱ-10彈簧槽內(nèi)，防止單向閥堵頭ⅱ-16徑向移動。星型密封圈1ⅱ-21和星型密封圈2ⅱ-22密封油腔的油，防止油的泄露。y型密封圈1ⅱ-23唇口朝向油腔的方向進一步密封油的泄露，y型密封圈2ⅱ-24唇口朝向外界防止外界雜質(zhì)進入泵體ⅱ-09內(nèi)?；钊麖椈散?20始使活塞ⅱ-25與凸輪軸ⅱ-27貼合，能夠穩(wěn)定的供油。當活塞ⅱ-25每進行沖程一次，活塞運動腔ⅱ-0901內(nèi)空氣通過泄氣孔1ⅱ-0902和泄氣孔2ⅱ-0902被排出到界外，供油腔1ⅱ-0904和供油腔2ⅱ-0905的中帶有一定壓力的油，克服單向閥彈簧ⅱ-15的阻力被擠壓到單向閥腔ⅱ-0906內(nèi)，接著通過出油口ⅱ-10經(jīng)過輸油管道ⅳ-13在噴嘴ⅳ外部被低溫氣體霧化噴射到加工區(qū)域。當活塞ⅱ-25每進行一次回程，單向閥堵頭ⅱ-16由于單向閥彈簧ⅱ-15的彈力堵住供油腔1ⅱ-0904和供油腔2ⅱ-0905，防止油的回流。此時供油腔1ⅱ-0904和供油腔2ⅱ-0905內(nèi)的壓強小于外界壓強，油被吸入到各供油腔內(nèi)，完成一次供油。
如圖13(a)、圖13(b)、圖13(c)、圖13(d)所示，泵體ⅱ-09設有活塞運動腔ⅱ-0901、泄氣孔1ⅱ-0902、泄氣孔2ⅱ-0903、供油腔1ⅱ-0904、供油腔2ⅱ-0905、單向閥腔ⅱ-0906、出油口定位孔ⅱ-0907、進油口2ⅱ-0908、進油口1ⅱ-0909、泵體固定螺紋孔ⅱ-0910、供油腔1流道ⅱ-0911。泄氣孔1ⅱ-0902和泄氣孔2ⅱ-0903起到泵體ⅱ-09泄氣作用，否則氣體排不出來，活塞運動腔ⅱ-0901內(nèi)氣體壓強急劇增大，有可能導致泵體ⅱ-09整體脫離固定板ⅱ-06。供油腔1流道ⅱ-0911將供油腔1ⅱ-0904和單向閥腔ⅱ-0906聯(lián)通。泵體進油口2ⅱ-0908設置在供油腔2ⅱ-0905上，活塞ⅱ-25回程結束后，直徑為d22的活塞段應該在進油口2ⅱ-0908下方，留出進油口2ⅱ-0908以便吸油。并且，密封圈不應移出各腔，防止密封圈頻繁的進出各腔，導致密封性能下降；當活塞ⅱ-25沖程結束后，活塞頂端應該越過進油口2ⅱ-0908，在進油口2ⅱ-0908的上方，防止把油壓到進油口2ⅱ-0908中，各臺階不應與泵體相撞，留出足夠的間隙。同理，直徑為d21的活塞段與進油口1ⅱ-0909工作過程相同。
如圖14所示，活塞ⅱ-25上設置有4個密封圈槽ⅱ-2501、ⅱ-2502、ⅱ-2503和ⅱ-2504，分別安裝星型密封圈1ⅱ-21、星型密封圈2ⅱ-22、y型密封圈1ⅱ-23、y型密封圈2ⅱ-24。第一供油部分活塞桿直徑為d22，第二供油部分活塞桿直徑為d21，根據(jù)活塞桿直徑的不同提供不同的供油量。忽略活塞ⅱ-25與泵體ⅱ-09之間的間隙，當電動機ⅱ-31的轉(zhuǎn)速n固定，活塞沖程距離l21時，當只開進油口1ⅱ-0909的導油管控油開關1ⅱ-14，每小時消耗q1油量。當只開進油口2ⅱ-0908的導油管控油開關2ⅱ-13，每小時消耗q2油量，當兩個控油閥ⅱ-13和ⅱ-14全打開時，消耗q3油量。
如圖15所示，出油口ⅱ-10部分包括出油口流道ⅱ-1001、單向閥彈簧槽ⅱ-1002、螺紋定位孔ⅱ-1003。出油口ⅱ-10可以設置多個出油口流道ⅱ-1001，根據(jù)實際需要通過拆裝出油口定位螺釘ⅱ-17來更換出油口ⅱ-10來選擇合適的出油口流道ⅱ-1001的數(shù)量。進一步地，出油口流道ⅱ-1001應圓形等距分布，使納米流體均勻的進入各流道。
如圖16所示，固定板ⅱ-06底部開有2個階梯孔ⅱ-0601，側(cè)面開有1個階梯孔ⅱ-0602，階梯孔ⅱ-0601內(nèi)裝有固定板內(nèi)六角螺釘ⅱ-07來固定固定板ⅱ-06和上箱體ⅱ-04，階梯孔ⅱ-0602內(nèi)裝有泵體定位螺釘ⅱ-18，來固定固定板ⅱ-06和mqlss泵體ⅱ-09(結合圖11(a))。進一步地，在固定板ⅱ-06底部開有半圓型孔用來穿過活塞ⅱ-25和凸輪彈簧ⅱ-20。進一步地，固定板ⅱ-06需要兩個對稱配合安裝。進一步地，固定板ⅱ-06和mqlss上箱體ⅱ-05固定后，在兩塊固定板ⅱ-06上方安裝固定板墊片ⅱ-08，對泵體進行減震。
如圖17、圖17(a)所示，上箱體設有法蘭孔ⅱ-0501和螺紋孔ⅱ-0502，法蘭孔ⅱ-0501通過螺栓ⅱ-04、螺母墊片ⅱ-03、螺母ⅱ-01與下箱體ⅱ-30固定。螺紋孔ⅱ-0502通過固定板內(nèi)六角螺釘ⅱ-07使上箱體ⅱ-05與固定板ⅱ-06固定(結合圖11(a))。
如圖18所示，凸輪ⅱ-2702直接在軸上銑制，凸輪軸ⅱ-27上設有凸輪鍵槽ⅱ-2701，通過凸輪鍵ⅱ-26與ⅱ-32聯(lián)軸器相連。進一步地，根據(jù)實際情況，可以在軸上銑制多個凸輪ⅱ-2702組裝多個mqss系統(tǒng)，并且每個凸輪的升程l21根據(jù)實際工況而定，從而實現(xiàn)在固定轉(zhuǎn)速情況下調(diào)節(jié)提供多路納米流體，并且每路納米流體流量可以不同，滿足不同工況需求。
如圖19和圖20所示，mqlss整體(結合圖11)由電磁調(diào)速電動機ⅱ-31驅(qū)動，通過控制電動機ⅱ-31的轉(zhuǎn)速來控制mqlss供油的頻率，進而從一方面控制mqlss單位時間的供油量。其中mqlss整體和電磁調(diào)速電動機ⅱ-31通過聯(lián)軸器ⅱ-32相連。
圖21為gdcv實施例1爆炸圖，各零件陳列其中。圖22、圖23、圖24和圖25均為gdcv實施例1示意圖。氣體分配控制閥(gdcv)是利用改變流道通流面積原理來控制氣體流量，從而不可避免的造成局部損失，本方案基于閘閥能量局部損失較小原理設計，gdcv殼體設置2個或4個出氣口，同時對應2個或4個控氣閥。本方案以分配4個控氣閥為例。
如圖22所示，控氣閥部分又有螺柱ⅲ-0602，螺母1ⅲ-0603、螺母2ⅲ-0604組成，其中螺柱ⅲ-0602一端設置有細螺紋，另一端設置有與螺柱同直徑球徑為d31的半球，并且螺柱ⅲ-0602上開有密封圈槽ⅲ-0601。其中，螺柱ⅲ-0602的螺紋旋向與螺母2ⅲ-0604、螺母1ⅲ-0603旋向相同。螺母1ⅲ-0603能起到定位防松的作用，螺母2ⅲ-0604與螺柱ⅲ-0602利用一定的方式(如膠接)固定，防止在調(diào)整控氣閥ⅲ-06時螺母2ⅲ-0604與螺柱ⅲ-0602產(chǎn)生松動?？貧忾y螺紋均用細牙螺紋，細牙螺紋由于螺距小能夠?qū)崿F(xiàn)微調(diào)的作用，并且能夠更好的起到氣體密封作用；細牙螺紋螺旋升角小更有利于控制閥ⅲ-06的自鎖。
如圖23(a)、圖23(b)、圖23(c)所示，首先將控氣閥螺柱ⅲ-0602從控氣閥接頭ⅲ-05旋入，再依次旋入控氣閥螺母1ⅲ-0603和控氣閥螺母2ⅲ-0604，然后在控氣閥螺柱ⅲ-0602上安裝o型密封圈ⅲ-07，最后將控氣閥接頭ⅲ-05、o型密封圈ⅲ-07和控氣閥整體ⅲ-06旋入到gdcv殼體ⅲ-03內(nèi)，控氣閥接頭ⅲ-05和gdcv殼體ⅲ-03之間裝有密封墊片2ⅲ-04。最后分別將進氣口快速插頭ⅲ-01、出氣口快速插頭ⅲ-09旋入到gdcv殼體ⅲ-03中。其中，進氣口快速插頭ⅲ-01與gdcv殼體ⅲ-03之間裝有密封墊片1ⅲ-02,出氣口快速插頭ⅲ-09與gdcv殼體之間裝有密封墊片3ⅲ-08。其中o型密封圈ⅲ-07有三部分作用，第一，o型密封圈ⅲ-07能夠有效的阻止氣體的外漏；第二，o型密封圈ⅲ-07由于受到壓縮使得控氣閥螺柱ⅲ-0602與gdcv殼體ⅲ-03存在一定的阻尼，能夠有效減小控氣閥因受氣體沖擊作用而發(fā)生震動從而松動，起到定位作用；第三，當控氣閥ⅲ-06外旋的時候，o型密封圈ⅲ-07移動到控氣閥接頭ⅲ-05處，o型密封圈外徑大于控氣閥接頭ⅲ-05內(nèi)徑，不能繼續(xù)向外移動，防止gdcv控氣閥ⅲ-06過度旋出而脫離控氣閥接頭ⅲ-05。
如圖24、圖24(a)、圖24(b)所示，gdcv殼體ⅲ-03的上設置有殼體進氣主流道ⅲ-0301、殼體控氣閥接口ⅲ-0302、殼體出氣口ⅲ-0303、殼體氣體分流道ⅲ-0304。其中，殼體氣體分流道ⅲ-0304直徑為d31，與控氣閥螺柱ⅲ-0602半球部分球徑d31相等，從而當全部旋緊控氣閥ⅲ-06時，使得控氣閥ⅲ-06與殼體氣體流道ⅲ-0304緊密結合，防止氣體泄露。
進一步地，殼體進氣口主流道ⅲ-0301為圓形通道，氣體分流道ⅲ-0304沿中心等分均勻圓形布置，使進入的氣體均勻的進入到各流道ⅲ-0304；控氣閥ⅲ-06分布在殼體的左右兩個面上。
如圖25所示，控氣閥接頭ⅲ-05上設置外螺紋ⅲ-0501和內(nèi)螺紋ⅲ-0502，外螺紋ⅲ-0502與gdcv殼體ⅲ-03連接，內(nèi)螺紋ⅲ-0502與gdcv控氣閥螺柱ⅲ-0602連接。
如圖26所示，圖26為gdcv實施例2爆炸圖，各零件陳列其中。圖22、圖25、圖27、圖27(a)、圖28和圖28(a)均為gdcv實施例2示意圖。其中控氣閥部分ⅲ-06(圖22)、控氣閥接頭ⅲ-05(圖25)與實施例1結構相同。
如圖27、圖27(a)所示，將進氣口端蓋ⅲ-12和出氣口快速插頭ⅲ-09安裝到gdcv殼體ⅲ-10上。其中，出氣口快速插頭ⅲ-09和gdcv殼體ⅲ-10為螺紋連接，之間有密封墊片3ⅲ-11。進氣口端蓋ⅲ-12與gdcv殼體ⅲ-10用螺釘ⅲ-14連接，之間有進氣口端蓋密封墊片ⅲ-11和螺釘墊片ⅲ-13。進一步地，殼體進氣口主流道為矩形通道，氣體分流道在矩形主流道上等距分布；控氣閥ⅲ-06集中分布在殼體的一個面上。
如圖28、28(a)所示，控氣閥部分ⅲ-06和控氣閥接頭ⅲ-05安裝和實施例1圖23安裝方法相同。不做重復贅述。
如圖29所示，為外混合噴嘴(簡稱噴嘴)爆炸圖，各零件陳列如圖。
如圖30、圖30(a)所示，噴嘴氣體進入管ⅳ-06和蛇形管ⅳ-09螺紋連接，噴嘴套筒ⅳ-02與氣體進入管ⅳ-06螺紋連接，輸油管ⅳ-13與噴嘴噴針ⅳ-01過盈連接，錐形管ⅳ-03與保溫管ⅳ-05間隙配合連接，噴嘴噴針ⅳ-01與錐形管ⅳ-03間隙配合連接。保溫管ⅳ-05在氣體進入管ⅳ-06和噴嘴套筒ⅳ-02內(nèi)部，輸油管在保溫管內(nèi)ⅳ-05部。保溫管ⅳ-05和氣體進入管ⅳ-06之間設有密封墊片組合1ⅳ-07和密封墊片組合2ⅳ-08，保溫管ⅳ-05與噴嘴錐形管ⅳ-03設有密封墊片ⅳ-04，蛇形管ⅳ-09通過噴嘴固定塊ⅳ-11、ⅳ-12進行固定安裝到加工區(qū)域。
如圖31所示，進氣管設置有臺階1ⅳ-0601、臺階2ⅳ-0602、進氣通道ⅳ-0603。臺階1ⅳ-0602用于噴嘴密封墊片組合1ⅳ-07的定位，臺階2ⅳ-0601用于噴嘴密封墊片組合2ⅳ-08的定位。進一步地，20°<γ2<40°。
如圖32所示，噴嘴噴針ⅳ-01中間設置有臺階，來使噴嘴噴針ⅳ-01和噴嘴錐形管ⅳ-03定位。
如圖33(a)、圖33(b)、圖33(c)所示，噴嘴錐形管ⅳ-03設置有噴針通道ⅳ-0301、錐形管肋板通氣孔ⅳ-0302、錐形管肋板ⅳ-0303。其中，錐形管肋板ⅳ-0303與噴嘴套筒ⅳ-02連接對保溫管ⅳ-05起到一定支撐作用。錐形管肋板通孔ⅳ-0202使低溫氣體通流。為了使錐形管肋板能夠更穩(wěn)定支撐應至少設置3個。錐形管角度γ1應滿足3°≤γ1≤15°。
如圖34所示，噴嘴套筒錐形部分角度應與噴嘴錐形管ⅳ-03角度相同。其中噴嘴套筒平直部分內(nèi)徑d42>d41，更好的對噴嘴套筒ⅳ-02進行裝配。
如圖35(a)、圖35(b)所示，噴嘴固定塊1ⅳ-12和噴嘴固定塊2ⅳ-13中間都有半六邊形孔，并且噴嘴固定塊2ⅳ-13設有螺紋孔。噴嘴固定塊1ⅳ-12和噴嘴固定塊2ⅳ-13兩個半六邊形孔組合來裝夾六邊形蛇形管螺母，并用固定塊內(nèi)六角螺釘ⅳ-10夾緊固定蛇形管ⅳ-09，從而固定噴嘴ⅳ整體。噴嘴固定塊可以采用金屬等磁性材料，夠吸附在加工區(qū)域附近磁盤上。
本方案具體工作過程如下：
換熱器制冷低溫冷卻納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)由低溫氣體產(chǎn)生裝置ⅰ、納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)ⅱ、氣體分配控制閥ⅲ和外混合噴嘴ⅳ四部分構成。
當使用該系統(tǒng)對工件進行磨削時，首先打開電磁調(diào)速電動機ⅱ-31及納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)(mqlss)。因為mqlss出油口ⅱ-10與外混合霧化噴嘴噴針ⅳ-01之間通過輸油管道ⅳ-13相連，所以先打開mqlss進行供油充滿輸油管道ⅳ-13，在此操作過程中，應同時開啟帶開關的導油管ⅱ-13、ⅱ-14，提高電動機ⅱ-31的轉(zhuǎn)速，加快供油節(jié)約供油預備時間，提高加工效率。mqlss由電磁調(diào)速電動機ⅱ-31驅(qū)動，電動機ⅱ-31每轉(zhuǎn)動一圈帶動凸輪軸ⅱ-27旋轉(zhuǎn)一圈，活塞進行一次沖程回程運動，完成一次供油。mqlss通過調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速ⅱ-31和開啟關閉導油管開關ⅱ-13、ⅱ-14實現(xiàn)油量的控制。優(yōu)先調(diào)節(jié)導油管開關ⅱ-13、ⅱ-14對供油量實現(xiàn)3級調(diào)節(jié)，若不能滿足供油要求，則調(diào)節(jié)電動機ⅱ-31轉(zhuǎn)速，改變供油頻率。mqlss系統(tǒng)優(yōu)先選用電動機低頻工作，這樣不僅能節(jié)約電動機的電能而且還能夠有效的減小凸輪軸ⅱ-27和活塞ⅱ-25之間的磨損、密封圈與泵體ⅱ-09之間的磨損。
在mqlssⅱ提供的納米流體從噴嘴ⅳ噴出之后，將低溫冷卻介質(zhì)(如液氮)倒入到換熱器內(nèi)ⅰ，換熱器ⅰ充滿冷卻介質(zhì)，由于低溫冷卻介質(zhì)在常溫常壓下急劇的發(fā)生相變，通過相變急劇的沸騰換熱吸收來自換熱管的熱量，低溫冷卻介質(zhì)蒸發(fā)的氣體通過安全閥ⅰ-12排除換熱器外。與此同時，打開空氣壓縮機，經(jīng)過普通降溫、過濾、干燥后的純凈氣體進入換熱器管箱ⅰ-04內(nèi)，空氣壓縮機輸出定量的氣體進入換熱器內(nèi)體積增大，氣流速度減小并控制在湍流范圍內(nèi)，氣流均勻的進入換熱管流過。由于換熱管ⅰ-01浸沒在液氮之中，換熱管ⅰ-01采用導熱性能較好，外表粗糙度較高的管道材料(如純銅)。由于換熱管ⅰ-01內(nèi)外存在巨大的溫度差，換熱管ⅰ-01內(nèi)側(cè)發(fā)生強制對流換熱，而外側(cè)發(fā)生劇烈的沸騰換熱。換熱管ⅰ-01內(nèi)側(cè)的氣體能量迅速的傳遞給換熱管ⅰ-01外側(cè)，自身能量損失溫度下降。
經(jīng)過換熱器ⅰ降溫后的高壓氣體通過換熱器管箱ⅰ-05排出換熱器ⅰ，通過保溫管道輸送到氣體分配閥ⅲ中，通過調(diào)節(jié)氣體分配閥ⅲ的控氣閥ⅲ-06部分來改變氣體流通面積起到控制氣體流量的作用。
低溫冷氣從噴嘴ⅳ的進入管ⅳ-06通入，mqlssⅱ供給的納米流體通過輸油管ⅳ-13從噴嘴噴針ⅳ-01排出，與低溫氣體在噴嘴外部混合，噴嘴成錐形噴射氣體，在氣體聚焦處使納米流體霧化，低溫氣體攜帶霧化后的細小油滴穿過砂輪楔形氣障層噴射到磨削區(qū)。
換熱器換熱機理：
方案中，換熱管內(nèi)徑d11，外徑d12，長度為l11當輸入一定質(zhì)量流量為m1，進口氣體溫度為t1的純凈氣體。氣體在進入換熱管內(nèi)之后，體積膨脹，流速為w1，保證管內(nèi)氣體處于湍流狀態(tài)，管內(nèi)純凈空氣和換熱管表面發(fā)生強制對流換熱。換熱管內(nèi)氣體以強制對流換熱為主而不是熱傳導為主。由于換熱管內(nèi)外存在巨大的溫度差，換熱管內(nèi)側(cè)發(fā)生強制對流換熱，而外側(cè)發(fā)生劇烈的沸騰換熱。
式中，re—雷諾數(shù)；pr—普朗特數(shù)；μ—流體動力粘度，n·s/m2；μw—以壁溫為定性溫度的流體動力粘度，n·s/m2；管外核態(tài)沸騰時，沸騰換熱系數(shù)為α2。
假定換熱管內(nèi)側(cè)壁溫為tw1，則內(nèi)側(cè)單位面積傳熱量為q1，換熱管外側(cè)壁溫tw2，單位面積傳熱量q2'。由于q1'＝q2'，可以求得單位面積傳熱量。根據(jù)rohsenow關聯(lián)式：
其中q1'＝α1(tw1-t1)；tw2＝q1'·rw-tw1；q2'＝α2(t2-tw2)；q'＝q1'＝q2'。
式中，clg—換熱管壁面熱阻；clg—表面—流體系數(shù)；cl—冷卻介質(zhì)液體比熱容，j/kg·k；ρl—冷卻介質(zhì)液體密度，kg/m3；ρg—冷卻介質(zhì)氣體密度，kg/m3；μl—冷卻介質(zhì)液體動力粘度，pa·s；pr—冷卻介質(zhì)液體普朗特數(shù)；σl—表面張力，n/m；γ—氣化潛熱，j/kg；
換熱器傳熱系數(shù)：
式中，k—換熱器傳熱系數(shù)；α1—管內(nèi)側(cè)換熱系數(shù)，w/(m2·℃)；α2—管外側(cè)換熱系數(shù)，w/(m2·℃)；rs,1—管內(nèi)壁的污垢熱阻，m2·℃/w；rs,2—管外壁的污垢熱阻，m2·℃/w；δw—管壁厚度，m；λw—管材的導熱系數(shù)，w/(m2·℃)；dm—管子的平均直徑，m；上述公式聯(lián)立可求得α2及k。
根據(jù)公式：q＝c1m1(t1'-t1)＝kfδtm
f＝n·πd11l12
式中q—換熱器熱容量，w；c1—壓縮空氣比熱容，j/kg·k；m1—壓縮空氣質(zhì)量流量，kg/s；δtm—壓縮空氣平均溫差，k；d11—換熱管內(nèi)徑，m；l12—換熱管有效長度，m；
納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)供油及流量調(diào)節(jié)機理：
納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)主要是靠電動機帶動凸輪軸旋轉(zhuǎn)，進而驅(qū)動凸輪活塞實現(xiàn)活塞與mqlss泵體產(chǎn)生相對運動，當活塞沖程時把泵體各供油腔里的油排出去，當活塞回程時在泵體各供油腔形成真空將進油口的油吸到供油腔以備下一次供油。
忽略活塞與泵體之間的間隙，當電動機的轉(zhuǎn)速n固定，活塞沖程距離l21時，當只開進油口1的導油管控油開關1，每小時消耗q1油量。當只開進油口2導油管控油開關2，每小時消耗q2油量，當兩個控油閥全打開時，消耗q3油量。其中：
式中，q—單位時間內(nèi)供油量，ml/h；n—電動機轉(zhuǎn)速，r/min；d—活塞桿直徑，mm；l21—凸輪升程，mm。
上述雖然結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
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