CN101914663A - 液氮制冷式深冷处理装置及温度检测控制的方法 - Google Patents

Abstract

一种液氮制冷式深冷处理装置及温度检测控制的方法，属于液氮制冷式深冷处理技术领域，其装置的特征是既有控制进入深冷处理液氮量的进液氮控制阀，也设置了换热后尾气排放的控制阀和控制处理腔内压力的安全阀，在液氮分散腔内、在尾气贮存腔内、及在深冷处理腔内设置有多个温度传感器，进行多点温度检测，并进行加权处理计算环境温度，对进液氮控制电磁阀和尾气排放控制电磁阀的启闭进行调节，使深冷处理腔内温度控制更加精确，更加符合深冷处理工艺的要求，热交换更加充分，可提高深冷处理质量，节省液氮消耗量。

Description

液氮制冷式深冷处理装置及温度检测控制的方法

技术领域

本发明属于液氮制冷式深冷处理技术领域，具体涉及到一种液氮制冷式深冷处理装置及温度检测控制的方法。

技术背景

目前，国内外采用液氮制冷方式对工件进行深冷处理的方法是将液氮喷射注入到处理室内，液氮气化吸热，低温氮气经风机搅拌，强制循环，与工件换热达到低温处理的目的。其温度控制方法是在处理腔内装设有一个温度传感器，将得出的单点温度信号作为系统的反馈信号，采用温度调节器控制一个电磁阀调节进入处理室内的液氮量。这种方法的缺点是，温度检测不能够反应处理腔内环境温度的不均匀性，温度控制精度不够高，且对是否达到充分换热不加控制，自由地排放工作腔中的氮气，使液氮消耗量过大。

发明内容

本发明的目的是提供一种完善的液氮制冷式深冷处理装置和精确的温度检测和控制方法，可有效地克服现有技术存在的缺点。

本发明是这样实现的，本发明的装置是装有液氮的液氮罐通过管道及电磁阀与液氮分散腔相连通，液氮分散腔与深冷处理腔相连通，深冷处理腔上制有排气口，其特征是在深冷处理腔的排气口内制有尾气贮存腔，在尾气贮存腔上并列的装有控制排放氮气的电磁阀和控制压力的安全阀，在深冷处理腔内，装设有m个温度传感器S_i，i＝1，2，…，m，在液氮分散腔内、在尾气贮存腔内、以及在被处理工件堆的中间位置处均安放有温度传感器。

运用上述深冷处理装置进行温度检测控制的方法是：

1、根据深冷处理工艺的要求，设定出以下数据：

①液氮进入口处的电磁阀开启域温度值T₀₁；

②尾气排出口处的电磁阀开启域温度值T₀₂；

③根据在深冷处理腔内温度传感器放置位置的不同，设定出各传感器的加权系数值K_i

要求 $\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{K}_i=1,i=\mathrm{1,2},\·\·\·,m;---\left(1\right)$

2、记录在工作某时刻t_x的各项温度值，

①根据深冷处理工艺曲线，提取在t_x时刻的工艺要求温度T_g

②记录安装在深冷处理腔内各温度传感器测量出的温度值T_i

③记录安放在液氮分散腔内温度传感器的测量出的温度值T_r

④记录安放在尾气贮存腔内温度传感器的测量出的温度值T_w，

⑤记录安放在被处理工件堆中间的温度传感器测量出的温度值T_z

t_x---为随机时刻。

3、深冷处理腔内的环境温度T_h按下式

$T_h=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{T}_i\×K_i---\left(2\right)$

计算

4、计算温差

ΔT₁＝T_h-T_g(3)

ΔT₂＝T_z-T_w(4)

5、比较ΔT₁和T₀₁，及ΔT₂和T₀₂，由表1确定电磁阀2和电磁阀6的状态。

表1电磁阀工作状态

电磁阀2为控制进液氮量的电磁阀，电磁阀6为控制氮气排放的电磁阀

6、进入下一时刻的温度检测和控制，返回到步骤2进行。

在本控制方法中，考虑了进入深处理腔内低温氮气的换热是否充分，电磁阀6的开启必须是在电磁阀2关闭的前提下进行，以防止刚进入处理腔的低温气体未经充分换热即被排放。另外，排气口处还设有一安全阀，如果大量液氮汽化后，未能排气，使设备内压力升高，可通过安全阀排出多余的气体，保证设备安全。

本发明的优点及积极效果是：

①本发明采用了安装有多个温度传感器，进行多点测温，采取加权计算深冷处理腔内各部位的温度，同时控制液氮的进入和尾气的排放，使温度检测更加附合生产要求，精度更高，深泠处理过程中液氮的消耗降低，节约生产成本。

②在排气口上安装有安全阀，使生产更加安全可靠。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图

图2为深冷处理工艺曲线图。

图3为本发明温度控制方法流程图

图中：1液氮罐2电磁阀3液氮分散腔4深冷处理腔5尾气贮存腔

6电磁阀7安全阀8排气口9被处理工件堆(虚线表示)

S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9---温度传感器

T-温度t-时间

Q-深冷处理工艺曲线

具体实施方式

本实施例以处理200支M24的高速钢丝锥为例，按图2所示的深冷处理工艺曲线Q进行深冷处理。

如图1所示，将200支M24的高速钢丝锥排放在深冷处理腔4内，将温度传感器S1、S2、S3、S4、S5、S6分别放置在高速钢丝锥堆放位置的前后、左右、上下位置上，将传感器S8安放在被处理高速钢丝锥堆9的中间位置上，将传感器S7安放在尾气贮存腔5内，将传感器S9安放在液氮分散腔内。安全阀7的开启压力设定为0.2bar。

1、根据深冷处理工艺的要求，设定出以下数据：

①液氮进入口处的电磁阀开启域温度值T₀₁＝1℃；

②尾气排气口处的电磁阀开启域温度值T₀₂＝5℃；

③根据在深冷处理腔内温度传感器放置位置的不同，设定出各传感器的加权系数值K_i分别为：

K₁＝0.15 K₂＝0.17 K₃＝0.175 K₄＝0.175 K₅＝0.17 K₆＝0.16

2、按图3给出的控制流程，确定各电磁阀的工作状态。

如处理过程进行至某时刻t_x时，温度状况是：。

①根据图2所示深冷处理工艺曲线Q，提取在t_x时刻的工艺要求温度

T_g＝-80℃

②记录安装在深冷处理装置内各温度传感器测量出的温度值T_i

T₁＝-81℃T₂＝80℃T₃＝-79℃T₄＝-79℃T₅＝-78℃T₆＝-78℃

T₇＝-77℃T₈＝-75℃T₉＝-112℃其中T₇即为T_W，T₈即为T_Z，T₉即为T_r

③计算深冷处理腔内的环境温度T_h：

④计算温差

ΔT₁＝T_h-T_g＝(-78.98)-(-80)＝1.02℃

ΔT₂＝T_z-T_w＝(-75)-(77)＝2℃

⑤比较ΔT₁和T₀₁，及ΔT₂和T₀₂，

得知ΔT₁＞T₀₁

则两控制阀的工作状态为，进液氮的电磁阀2的开启，排气的电磁阀6的关闭。

⑥进入下一时刻的温度检测和控制，返回步骤①进行。

3、在深冷处理过程中，为防止刚进入深冷处理腔尚未充分换热的低温气体被直接排放掉，当电磁阀2开启时，禁止电磁阀6开启，因此可能会出现，排气电磁阀6长期不能打开，进入深冷处理腔的液氮汽化后会使处理腔的压力升高，当处理腔内压力超过安全阀7设定值0.2bar时，安全阀7自动打开排气，以保证系统安全。

Claims (2)

1.一种液氮式深冷处理装置，其结构是装有液氮的液氮罐(1)通过管道及电磁阀(2)与液氮分散腔(3)相连通，液氮分散腔(3)与深冷处理腔(4)相联通，深冷处理腔(4)上制有排气口，其特征是在深冷处理腔(4)上的排气口内制有尾气贮存腔(5)，在尾气贮存腔(5)上并列的安装有控制排放氮气的电磁阀(6)和控制压力的安全阀(7)，在深冷处理腔(4)内，装设有m个温度传感器S_i，i＝1，2，…，m，在液氮分散腔(3)内、在尾气贮存腔(5)内、以及在被处理工件堆(8)的中间位置处均安放有温度传感器。

2.如权利要求1所述的液氮制冷式深冷处理装置，对其温度检测控制的方法是：

<1>根据深冷处理工艺的要求，设定出以下数据：

①液氮进入口处的电磁阀开启域温度值T₀₁；

②尾气排出口处的电磁阀开启域温度值T₀₂；

③根据在深冷处理腔内温度传感器放置位置的不同，设定出各传感器的加权系数值K_i

要求 $\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_i=1,i=\mathrm{1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,m;---\left(1\right)$

<2>记录在工作某时刻t_x的各项温度值，

①根据深冷处理工艺曲线，提取在t_x时刻的工艺要求温度T_g

②记录安装在深冷处理腔内各温度传感器测量出的温度值T_i

③记录安放在液氮分散腔内温度传感器的测量出的温度值T_r

④记录安放在尾气贮存腔内温度传感器的测量出的温度值T_w，

⑤记录安放在被处理工件堆中间的温度传感器测量出的温度值T_z

t_x---为随机时刻。

<3>深冷处理腔内的环境温度T_h按下式

$T_h=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{T}_i\&times;K_i---\left(2\right)$

计算

<4>计算温差

ΔT₁＝T_h-T_g(3)

ΔT₂＝T_z-T_w(4)

<5>比较ΔT₁和T₀₁，及ΔT₂和T₀₂，由表1确定电磁阀2和电磁阀6的状态。

表1电磁阀工作状态

电磁阀2为控制进液氮量的电磁阀，电磁阀6为控制氮气排放的电磁阀

<6>进入下一时刻的温度检测和控制，返回到步骤<2>进行。

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