CN107477348B - 油冷却系统及油冷却系统控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种油冷却系统及油冷却系统控制方法。根据本发明的油冷却系统包括：油箱；压缩机，压缩机包括进气口和排气口；温度补偿换热器，温度补偿换热器设置在油箱中，温度补偿换热器的进口通过温度补偿管与压缩机的排气口连接，温度补偿换热器的出口通过温度回液管与压缩机的进气口连接；通断控制结构，通断控制结构设置在温度补偿管上，并控制温度补偿管的通断。该油冷却系统能实现更高的温度控制精度，并且可以避免压缩机频繁启动，保证系统的稳定性和可靠性。

Description

油冷却系统及油冷却系统控制方法

技术领域

本发明涉及工业加工机床辅助设备领域，具体而言，涉及一种油冷却系统及油冷却系统控制方法。

背景技术

传统加工机床用油冷机制冷循环实现机床润滑油冷却，普通油冷机采用定频压缩机系统，通过控制压缩机的启/停来保证出口油温稳定在一定范围。但这种形式的油冷机温度控制精度较差，一般只能达到±1℃的控温精度。随着半导体等加工元件的加工精度要求，精密加工机床的主轴油油温的控制精度也进一步提高到±0.1℃或更低。

其中一种油冷机采用变频压缩机(30Hz～120Hz)来控制油温的定温、差温式变频工业用冷却机装置，同时配合在冷却液槽中设置加热器来做温度补偿以避免冷却液过冷。但该系统采用的电加热器补偿方式来实现控制精度的方式也存在一些缺陷，如电加热器出现故障时表面温度过高会导致油液变质的风险。

另一种方案中，将部分压缩机排气旁通至蒸发器进口进行能量调节的方式。但该方式中，高压过热气体旁通至蒸发器进口会引起蒸发器入口压力急剧波动，对系统的可靠性不利。

发明内容

本发明旨在提供一种能够精确控制油温的油冷却系统及油冷却系统控制方法。

本发明提供了一种油冷却系统，其包括：油箱；压缩机，压缩机包括进气口和排气口；温度补偿换热器，温度补偿换热器设置在油箱中，温度补偿换热器的进口通过温度补偿管与压缩机的排气口连接，温度补偿换热器的出口通过温度回液管与压缩机的进气口连接；通断控制结构，通断控制结构设置在温度补偿管上，并控制温度补偿管的通断。

可选地，油冷却系统还包括检测控制组件，检测控制组件包括：出口油温检测器，出口油温检测器与油冷却系统的出油口连接，并检测出油口的实际油温；控制器，控制器分别与出口油温检测器、通断控制结构和压缩机连接，控制器比较实际油温和设定油温，并根据比较结果控制压缩机和通断控制结构。

可选地，油冷却系统还包括：第一换热器，第一换热器的介质进口通过连接管与压缩机的出气口连接；第二换热器，第二换热器的介质进口通过连接管与第一换热器的介质出口连接，第二换热器的介质出口通过连接管与压缩机的进气口连接。

可选地，温度补偿换热器的出口通过温度回液管与第二换热器的介质进口连接，并通过第二换热器与压缩机的进气口连接。

可选地，温度回液管上设置有第一电子膨胀阀。

可选地，油冷却系统还包括过滤器，过滤器设置在第一换热器的介质出口与第二换热器的介质入口之间的连接管上。

可选地，油冷却系统还包括第二电子膨胀阀，第二电子膨胀阀设置在第一换热器的介质出口与第二换热器的介质入口之间的连接管上。

可选地，油箱通过第一供油管与第二换热器的油液进口连接，第二换热器的油液出口通过第二供油管与油冷却系统的出油口连接。

可选地，第一供油管上设置有第一温度检测器，第二供油管上设置有出口油温检测器。

根据本发明的另一方面，提供一种油冷却系统控制方法，油冷却系统控制方法用于控制上述的油冷却系统，方法包括：获取实际油温、参照值、启动阈值和控制精度值；根据实际油温、参照值和启动阈值，控制是否启动压缩机；若启动压缩机，则根据实际油温、参照值和控制精度值控制压缩机的工作频率；若压缩机的工作频率为最低频率，且实际油温与参照值的差值的绝对值大于控制精度值，则通过打开通断控制结构使温度补偿换热器与压缩机的排气口连通，直至实际油温与参照值的差值的绝对值小于或等于控制精度值。

可选地，方法还包括：获取控制模式，其中，控制模式包括油温恒定模式和油温差温模式；若处于油温恒定模式，则参照值为设定油温；若处于油温差温模式，则参照值为机体温度。

可选地，根据实际油温、参照值和启动阈值，控制是否启动压缩机的步骤包括：判断实际油温与参照值的差值是否大于启动阈值，其中，启动阈值小于0；若实际油温与参照值的差值大于启动阈值，则启动压缩机。

可选地，若启动压缩机，则根据实际油温、参照值和控制精度值控制压缩机的工作频率的步骤包括：判断实际油温与参照值的差值是否大于控制精度值，其中，控制精度值大于0；若实际油温与参照值的差值大于控制精度值，则控制压缩机升频直至实际油温与参照值的差值的绝对值小于或等于控制精度值；若实际油温与参照值的差值不大于控制精度值，则控制压缩机降频，直至压缩机的工作频率为最低频率或实际油温与参照值的差值的绝对值小于或等于控制精度值。

根据本发明的油冷却系统，通过在油箱内设置温度补偿换热器，温度补偿换热器与压缩机的排气口连接，当油箱内的油液温度过低时，通断控制结构将压缩机排出的高温气体引入温度补偿换热器内，并对油箱的油液进行加热，从而避免压缩机停机，从而保证对油液的连续稳定调节，解决压缩机频繁启停造成的油温波动大，不能够满足使用需求的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明的油冷却系统的结构示意图；

图2是根据本发明的油冷却系统进行油温控制的逻辑框图。

附图标记说明：

1、油箱；2、压缩机；3、温度补偿换热器；4、通断控制结构；5、出口油温检测器；6、第一换热器；7、第二换热器；8、第一电子膨胀阀；9、过滤器；10、第二电子膨胀阀；11、第一温度检测器；12、油泵。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1和图2所示，根据本发明的实施例，油冷却系统包括油箱1、压缩机2、温度补偿换热器3和通断控制结构4。其中，压缩机2包括进气口和排气口。温度补偿换热器3设置在油箱1中，温度补偿换热器3的进口通过温度补偿管与压缩机2的排气口连接，温度补偿换热器3的出口通过温度回液管与压缩机2的进气口连接。通断控制结构4设置在温度补偿管上，并控制温度补偿管的通断。

该油冷却系统通过在油箱1内设置温度补偿换热器3，温度补偿换热器3与压缩机2的排气口连接，当油箱1内的油液温度过低时，通断控制结构4将压缩机2排出的高温气体引入温度补偿换热器3内，并对油箱1的油液进行加热，从而避免压缩机2停机，从而保证对油液的连续稳定调节，解决压缩机2频繁启停造成的油温波动大，不能够满足使用需求的问题。

如图1所示，油冷却系统通过换热介质的相变实现对油液温度的控制。在本实施例中，油冷却系统还包括第一换热器6和第二换热器7等。

第一换热器6的介质进口通过连接管与压缩机2的出气口连接。第二换热器7的介质进口通过连接管与第一换热器6的介质出口连接，第二换热器7的介质出口通过连接管与压缩机2的进气口连接。

温度补偿换热器3的出口通过温度回液管与第二换热器7的介质进口连接，并通过第二换热器7与压缩机2的进气口连接。温度回液管上设置有第一电子膨胀阀8。

可选地，油冷却系统还包括过滤器9，过滤器9设置在第一换热器6的介质出口与第二换热器7的介质入口之间的连接管上。

可选地，油冷却系统还包括第二电子膨胀阀10，第二电子膨胀阀10设置在第一换热器6的介质出口与第二换热器7的介质入口之间的连接管上。

工作时，压缩机2开启，经过压缩的换热介质通过排气口和连接管进入第一换热器6(冷凝器)内，在第一换热器6内换热介质与空气进行换热，使得气态换热介质转变为液体换热介质，并经过过滤器9和第二电子膨胀阀10，进入第二换热器7(蒸发器)，在第二换热器7内换热介质和油液进行换热，液体换热介质变为气态换热介质，油液温度降低。

油箱1通过第一供油管与第二换热器7的油液进口连接，第二换热器7的油液出口通过第二供油管与油冷却系统的出油口连接。第一供油管上设置有油泵12，以泵送油液。油冷却系统的回油口通过连接管与油箱1连接。油冷却系统的出油口用于向机床供给冷却后的润滑油，油冷却系统的回油口用于接收机床输送的润滑油。

第一供油管上设置有第一温度检测器11，第二供油管上设置有出口油温检测器5，以检测油温，从而实现可靠及时控制。

可选地，油冷却系统还包括检测控制组件，检测控制组件包括出口油温检测器5和控制器。出口油温检测器5检测出油口的实际油温。控制器分别与出口油温检测器5、通断控制结构4和压缩机2连接，控制器比较实际油温和参照值(根据工作模式的不同参照值可以是设定油温或机体温度)，并根据比较结果控制压缩机2和通断控制结构4。通断控制结构4可以开度可调节的控制阀。

可选地，油冷却系统包括油温恒定模式或者是油温差温模式两种工作模式，开启油冷却系统之后，可以通过手操器选择运行模式。处于油温恒定模式时，油温控制在设定值附近。处于油温差温模式时，实际油温-机体温度为一恒定值(该恒定值允许误差)。

根据本发明的另一方面，提供一种油冷却系统控制方法，油冷却系统控制方法用于控制上述的油冷却系统，方法包括：获取实际油温、参照值、启动阈值和控制精度值；根据实际油温、参照值和启动阈值，控制是否启动压缩机；若启动压缩机，则根据实际油温、参照值和控制精度值控制压缩机的工作频率；若压缩机的工作频率为最低频率，且实际油温与参照值的差值的绝对值大于控制精度值，则通过打开通断控制结构使温度补偿换热器与压缩机的排气口连通，直至实际油温与参照值的差值的绝对值小于或等于控制精度值。

该油冷却系统控制方法能够实现对油冷却系统的控制，从而实现对油温的精确调节，同时能够避免压缩机频繁启动，保证系统的稳定性和可靠性。

具体地，方法还包括：获取控制模式，其中，控制模式包括油温恒定模式和油温差温模式。若处于油温恒定模式，则参照值为设定油温。若处于油温差温模式，则参照值为机体温度。由于油冷却系统具有不同的工作模式，因此该方法中通过获取控制模式能够执行不同的控制过程，满足用户需求。

根据实际油温、参照值和启动阈值，控制是否启动压缩机的步骤包括：判断实际油温与参照值的差值是否大于启动阈值，其中，启动阈值小于0；若实际油温与参照值的差值大于启动阈值，则启动压缩机。这一步骤中，当实际油温过高时，启动压缩机进行油液冷却。

若启动压缩机，则根据实际油温、参照值和控制精度值控制压缩机的工作频率的步骤包括：

判断实际油温与参照值的差值是否大于控制精度值，其中，控制精度值大于0。这一步骤可以确定实际油温是否满足控制精度，避免油温波动过大。

若实际油温与参照值的差值大于控制精度值，说明油温波动过大，冷却不足，则控制压缩机升频直至实际油温与参照值的差值的绝对值小于或等于控制精度值。

若实际油温与参照值的差值不大于控制精度值，说明油温已经满足需求或者冷却过量，则控制压缩机降频，直至压缩机的工作频率为最低频率或实际油温与参照值的差值的绝对值小于或等于控制精度值。

下面以油温恒定模式为例对通过该油冷却系统控制方法对油冷却系统进行控制的过程进行说明：

如图2所示，通过手操器调节油温的设定值，即设定油温(该设定油温即为参照值)。当主机收到开机信号后，主板上的出口油温检测器5(可以是温度传感器)检测的出油口的油温，即实际油温。

控制器将实际油温与设定油温进行比较。计算实际油温减去设定油温的数值，根据实际油温与设定油温的差值确定是否对油液进行冷却。

当实际油温-设定油温≤启动阈值，启动阈值可以根据工作需要确定，启动阈值可以小于0，其是开启压缩机的阈值。在本实施例中第一设定值为-1℃，此时，说明油液温度较低，无需进行冷却。暂不开启压缩机2，只开启油泵12进行循环。

当实际油温与设定油温的差值大于启动阈值时，说明需要进行油温调节，控制器控制压缩机2启动。

当实际油温-设定油温＞控制精度值时，控制精度值可以根据需要确定，控制精度值为所需控制的实际油温的范围，即控制精度(如精密加工机床需要油液温度的波动范围在±0.1℃)。在本实施例中，控制精度值为0.1℃，即实际油温与设定油温的差值的绝对值应小于或等于控制精度值。当实际油温与设定油温的差值大于控制精度值时，说明油温过高，开启油泵12并开启压缩机2对润滑油进行冷却。同时根据实际油温与设定油温的差值的大小采用PID控制方式对压缩机2频率进行适当的控制，即实际油温与设定油温之间的差值升高时增加压缩机2的运行频率，反之当实际油温与设定油温的差值小于或等于控制精度值时，则控制器降低压缩机2的运行频率，直至出油口的油温稳定在设定油温的±0.1℃范围内，即|实际油温-设定油温|≤0.1℃。

在工作机械低负荷运行时，压缩机2运行频率降低至最低运行频率(一般为15-20HZ)时，且同时满足实际油温-设定油温＜-0.1℃时，表明油冷却系统的最低制冷能力仍大于工作机械的负荷。此时通过打开通断控制结构4，利用温度补偿换热器3补偿部分冷量冗余，并根据实际油温与设定油温的差值的变化趋势调节通断控制结构4的开度进行流量调节，即实际油温-设定油温＜-0.1℃且逐渐降低时，增大通断控制结构4的开度；反之，则减小通断控制结构4的开度，直至满足|实际油温-设定油温|≤0.1℃。

当油冷却系统处于油温差温的控制模式时，与油温恒定运行方式一致，将实际油温-设定油温替换为实际油温-机体温度即可满足要求，即在此模式下，参照值为机体温度。

需要说明的是根据精度控制的不同，控制精度值可以根据需要确定，如对于普通加工机械的油冷机可以设置控制精度为±1℃，即控制目标为|(实际油温-设定油温)|≤1℃。

该油冷却系统在机床正常开启状态下，油冷却系统能保证机床在0-100％负荷状态下，能尽量减少压缩机2启停次数，保证油冷却系统出油口即机床入口处油温的波动在±0.1℃之内，从而实现高精度机床的加工需求。

解决传统油冷机由于控制程序以及压缩机等零部件的限制，温度控制存在较大幅度的波动，不能满足现代高精度加工机床对温度控制的问题。取消了变频油冷却机为提高控制精度而增加的油箱电加热器，同时避免电加热丝由于表面温度过高而引起油的碳化变质等问题。避免直接将高压过热的压缩机排气旁通至蒸发器的介质进口而引起的压力波动，提高系统的可靠性。

根据本发明的油冷却系统具有如下技术效果：

将压缩机排出的过热气体通过温度补偿管旁通至油箱内的温度补换热偿器(温度补偿换热器)，避免机床低负荷工作时油箱内的油被过度冷却、以及减少因油温过低而导致的压缩机频繁启停及油温波动，保证油冷机出口的油温稳定在设定值，实现油冷却系统制冷能力0——100％的输出，且在全负荷区间保证出油口油温的波动在±0.1℃以内，满足高精密加工机床的加工要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种油冷却系统，其特征在于，包括：

油箱(1)；

压缩机(2)，所述压缩机(2)包括进气口和排气口；

温度补偿换热器(3)，所述温度补偿换热器(3)设置在油箱(1)中，所述温度补偿换热器(3)的进口通过温度补偿管与所述压缩机(2)的排气口连接，所述温度补偿换热器(3)的出口通过温度回液管与所述压缩机(2)的进气口连接；

通断控制结构(4)，所述通断控制结构(4)设置在所述温度补偿管上，并控制所述温度补偿管的通断；

所述油冷却系统还包括检测控制组件，所述检测控制组件包括：

出口油温检测器(5)，所述出口油温检测器(5)与所述油冷却系统的出油口连接，并检测所述出油口的实际油温；

控制器，所述控制器分别与所述出口油温检测器(5)、所述通断控制结构(4)和所述压缩机(2)连接，所述控制器比较所述实际油温和设定油温，并根据比较结果控制所述压缩机(2)和所述通断控制结构(4)。

2.根据权利要求1所述的油冷却系统，其特征在于，所述油冷却系统还包括：

第一换热器(6)，所述第一换热器(6)的介质进口通过连接管与所述压缩机(2)的出气口连接；

第二换热器(7)，所述第二换热器(7)的介质进口通过连接管与所述第一换热器(6)的介质出口连接，所述第二换热器(7)的介质出口通过连接管与所述压缩机(2)的进气口连接。

3.根据权利要求2所述的油冷却系统，其特征在于，所述温度补偿换热器(3)的出口通过温度回液管与所述第二换热器(7)的介质进口连接，并通过所述第二换热器(7)与所述压缩机(2)的进气口连接。

4.根据权利要求3所述的油冷却系统，其特征在于，所述温度回液管上设置有第一电子膨胀阀(8)。

5.根据权利要求2所述的油冷却系统，其特征在于，所述油冷却系统还包括过滤器(9)，所述过滤器(9)设置在所述第一换热器(6)的介质出口与所述第二换热器(7)的介质入口之间的连接管上。

6.根据权利要求2所述的油冷却系统，其特征在于，所述油冷却系统还包括第二电子膨胀阀(10)，所述第二电子膨胀阀(10)设置在所述第一换热器(6)的介质出口与所述第二换热器(7)的介质入口之间的连接管上。

7.根据权利要求2所述的油冷却系统，其特征在于，所述油箱(1)通过第一供油管与所述第二换热器(7)的油液进口连接，所述第二换热器(7)的油液出口通过第二供油管与所述油冷却系统的出油口连接。

8.根据权利要求7所述的油冷却系统，其特征在于，所述第一供油管上设置有第一温度检测器(11)，所述第二供油管上设置有出口油温检测器(5)。

9.一种油冷却系统控制方法，其特征在于，所述油冷却系统控制方法用于控制权利要求1-8中任一项所述的油冷却系统，所述方法包括：

获取实际油温、参照值、启动阈值和控制精度值；

根据所述实际油温、所述参照值和所述启动阈值，控制是否启动压缩机；

若启动所述压缩机，则根据所述实际油温、所述参照值和所述控制精度值控制所述压缩机的工作频率；

若所述压缩机的工作频率为最低频率，且所述实际油温与所述参照值的差值的绝对值大于所述控制精度值，则通过打开所述通断控制结构(4)使所述温度补偿换热器(3)与所述压缩机(2)的排气口连通，直至所述实际油温与所述参照值的差值的绝对值小于或等于所述控制精度值。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取控制模式，其中，所述控制模式包括油温恒定模式和油温差温模式；

若处于所述油温恒定模式，则所述参照值为设定油温；

若处于所述油温差温模式，则所述参照值为机体温度。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述实际油温、所述参照值和所述启动阈值，控制是否启动压缩机的步骤包括：

判断所述实际油温与所述参照值的差值是否大于启动阈值，其中，所述启动阈值小于0；

若所述实际油温与所述参照值的差值大于启动阈值，则启动所述压缩机。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，若启动所述压缩机，则根据所述实际油温、所述参照值和所述控制精度值控制所述压缩机的工作频率的步骤包括：

判断所述实际油温与所述参照值的差值是否大于所述控制精度值，其中，所述控制精度值大于0；

若所述实际油温与所述参照值的差值大于所述控制精度值，则控制所述压缩机升频直至所述实际油温与所述参照值的差值的绝对值小于或等于所述控制精度值；

若所述实际油温与所述参照值的差值不大于所述控制精度值，则控制所述压缩机降频，直至所述压缩机的工作频率为最低频率或所述实际油温与所述参照值的差值的绝对值小于或等于所述控制精度值。