CN113560061A - 一种可调温式低温气体喷枪系统 - Google Patents

一种可调温式低温气体喷枪系统 Download PDF

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Abstract

一种可调温式低温气体喷枪系统，其特征是它包括：自增压液氮罐（1）、管路保温层（2）、液氮调压阀（3）、低温单向阀（4）、液氮流量调节阀（5）、液氮流量计（6）、耐压容器（7）、低温泄压阀（8）、低温压力表（9）、低温调压阀（10）、气体喷枪（11）、导气罩（12）、空气压缩机（13）、常温调压阀（14）、常温单向阀（15）、空气干燥机（16）、空气流量调节阀（17）、空气流量计（18）、混合器（19）、PLC控制器（20）、温度测量仪（21）、温度传感器（22）；本发明能够调节低温气体的出口温度和出口压力，同时使气体喷枪（11）出口保持干燥以防止其结冰造成堵塞，从而满足多种工况下低温加工辅助冷却的需求。

Description

一种可调温式低温气体喷枪系统
技术领域
本发明涉及一种低温技术，尤其是一种低温气体喷枪技术，具体地说是一种适用于低温加工的可调温式低温气体喷枪系统。
背景技术
低温加工是指在低温环境下进行的特殊加工过程，它利用低温下各种材料的物理化学性质，实现特定的加工目的，在许多场合下具有独到的优点。在机械加工领域，低温加工相比于常温加工能更加有效地控制切削热在工件、刀具内部的传导，减少刀具的磨损以及热变形的产生，改善工件表面的加工质量。在加工一些热塑性非金属材料时，同样可以使用低温手段将其冷却到玻璃态转变温度以下，大大提高其硬度从而提高加工效率。基于此，为了产生一个良好的低温环境，设计了一种可调温式低温气体喷枪系统。
发明内容
本发明的目的是设计一种可调温式低温气体喷枪系统，通过对低温气体的出口温度和出口压力进行调节，从而满足多种工况下低温加工辅助冷却的需求。
本发明的技术方案是：
一种可调温式低温气体喷枪系统，其特征是它包括：自增压液氮罐1、混合器19、空气压缩机13、空气干燥机16和气体喷枪11，在连通自增压液氮罐1和气体喷枪11的管路上设有管路保温层2，在连接自增压液氮罐1与混合器19的管路上依次安装有液氮调压阀3、低温单向阀4、液氮流量调节阀5和液氮流量计6，在连接混合器19与气体喷枪11的管路上安装有低温调压阀10，气体喷枪11的上部安装有导气罩12，导气罩12通过常温管道与空气干燥机16的一个输出端相连通，空气干燥机16的另一个输出端与混合器19的常温气体输入端相连通，在连通空气干燥机16与混合器19的常温管路上安装有空气流量调节阀17和空气流量计18，液氮流量调节阀5和空气流量调节阀17均受通于PLC控制器20；空气干燥机16的输入端与空气压缩机13的输出端相连通，在连通空气压缩机13与空气干燥机16的管路上安装有常温调压阀14和常温单向阀15，常温调压阀14的压力值应始终高于液氮调压阀3的压力值；所述的混合器19还旁接低温泄压阀8，低温泄压阀8连接有耐压容器7；所述的气体喷枪11上安装有温度传感器22，温度传感器22与温度测量仪21相连，温度测量仪21与PLC控制器20电气连接，温度传感器22将实时测得的低温气体出口温度值反馈到温度测量仪21中，温度测量仪21将测量的温度值与设定的温度值进行对比，从而发送信号给PLC控制器20，PLC控制器20能够根据信号来控制液氮流量调节阀5和空气流量调节阀17的开度从而改变液氮与常温空气的混合比例，最终达到所设定的出口温度值，实现温度的调节。
所述的管路保温层2是一种真空保温层，在系统工作之前将其中的空气抽走，通过真空绝热能够有效地防止热量的耗散以及低温冻伤操作人员。
所述的液氮调压阀3能够调节自增压液氮罐1的工作压力，调节范围：0.2MPa~0.7MPa。
所述的低温泄压阀8能够在混合器19压力过载时进行泄压以保证安全，泄压后排出的低温气体进入到耐压容器7中防止低温冻伤操作人员。
所述的低温调压阀10能够调节低温气体的出口压力，调节范围：0.1MPa~0.7MPa。
所述的气体喷枪11采用304不锈钢制作，其直径可根据需要冷却面积的不同进行更换，以便于提高冷却效率。
所述的常温调压阀14能够调节空气压缩机13的工作压力，调节范围：0.3MPa~0.8MPa；为了防止混合器19中的低温气体回流到常温管路中，常温调压阀14的压力值应始终比液氮调压阀3的压力值高。
所述的空气干燥机16能够对常温空气进行干燥，防止空气中的水分进入低温管路后结冰从而阻碍系统运行；空气干燥机16干燥后的空气能够通过导气罩12将气体喷枪11周围的环境进行干燥，防止气体喷枪11结冰而堵塞。
所述的混合器19采用304不锈钢制作，耐压值为1MPa；液氮与常温空气在混合器19中接触后迅速汽化成为低温氮气，低温氮气与常温空气以不同比例混合从而成为不同温度的低温混合气体。
所述的温度测量仪21对低温气体所需出口温度值的设定范围是0℃~-150℃。
所述的温度传感器22能够将实时测得的低温气体出口温度值反馈到温度测量仪21中，温度测量仪21将测量的温度值与设定的温度值进行对比，从而发送信号给PLC控制器20，PLC控制器20能够根据信号来控制液氮流量调节阀5和空气流量调节阀17的开度从而改变液氮与常温空气的混合比例，最终达到所设定的出口温度值，实现温度的调节。
本发明的有益效果：
本发明不仅能够对低温气体的出口温度和出口压力进行调节，还能够使气体喷枪11出口保持干燥以防止其结冰造成堵塞，提高了系统对加工环境的适应性。
本发明调温原理简单，可操作性强，并能够保证操作人员不被低温冻伤。
附图说明
图1是本发明的系统原理示意图。
图2是本发明的混合器剖面图。
图中：1、自增压液氮罐；2、管路保温层；3、液氮调压阀；4、低温单向阀；5、液氮流量调节阀；6、液氮流量计；7、耐压容器；8、低温泄压阀；9、低温压力表；10、低温调压阀；11、气体喷枪；12、导气罩；13、空气压缩机；14、常温调压阀；15、常温单向阀；16、空气干燥机；17、空气流量调节阀；18、空气流量计；19、混合器；20、PLC控制器；21、温度测量仪；22、温度传感器；101、低温管路连接螺纹；102、混合腔；103、低温泄压阀连接螺纹；104、低温压力表连接螺纹；105、常温管路连接螺纹。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1、2所示。
一种可调温式低温气体喷枪系统，它包括：自增压液氮罐1、管路保温层2、液氮调压阀3、低温单向阀4、液氮流量调节阀5、液氮流量计6、耐压容器7、低温泄压阀8、低温压力表9、低温调压阀10、气体喷枪11、导气罩12、空气压缩机13、常温调压阀14、常温单向阀15、空气干燥机16、空气流量调节阀17、空气流量计18、混合器19、PLC控制器20、温度测量仪21、温度传感器22，如图1所示；在连通自增压液氮罐1和气体喷枪11的管路上设有管路保温层2，在连接自增压液氮罐1与混合器19的管路上依次安装有液氮调压阀3、低温单向阀4、液氮流量调节阀5和液氮流量计6，在连接混合器19与气体喷枪11的管路上安装有低温调压阀10，气体喷枪11的上部安装有导气罩12，导气罩12通过常温管道与空气干燥机16的一个输出端相连通，空气干燥机16的另一个输出端与混合器19的常温气体输入端相连通，在连通空气干燥机16与混合器19的常温管路上安装有空气流量调节阀17和空气流量计18，液氮流量调节阀5和空气流量调节阀17均受通于PLC控制器20；空气干燥机16的输入端与空气压缩机13的输出端相连通，在连通空气压缩机13与空气干燥机16的管路上安装有常温调压阀14和常温单向阀15；所述的混合器19还旁接有低温泄压阀8和低温压力表9，低温泄压阀8连接有耐压容器7；所述的气体喷枪11上安装有温度传感器22，温度传感器22与温度测量仪21相连，温度测量仪21与PLC控制器20电气连接，温度传感器22将实时测得的低温气体出口温度值反馈到温度测量仪21中，温度测量仪21将测量的温度值与设定的温度值进行对比，从而发送信号给PLC控制器20，PLC控制器20能够根据信号来控制液氮流量调节阀5和空气流量调节阀17的开度从而改变液氮与常温空气的混合比例，最终达到所设定的出口温度值，实现温度的调节。管路保温层2是一种真空保温层，在系统工作之前将其中的空气抽走，通过真空绝热能够有效地防止热量的耗散以及低温冻伤操作人员。液氮调压阀3能够调节自增压液氮罐1的工作压力，调节范围：0.2MPa~0.7MPa。低温泄压阀8能够在混合器19压力过载时进行泄压以保证安全，泄压后排出的低温气体进入到耐压容器7中防止低温冻伤操作人员。低温调压阀10能够调节低温气体的出口压力，调节范围：0.1MPa~0.7MPa。气体喷枪11采用304不锈钢制作，其直径可根据需要冷却面积的不同进行更换，以便于提高冷却效率。常温调压阀14能够调节空气压缩机13的工作压力，调节范围：0.3MPa~0.8MPa；为了防止混合器19中的低温气体回流到常温管路中，常温调压阀14的压力值应始终比液氮调压阀3的压力值高。空气干燥机16能够对常温空气进行干燥，防止空气中的水分进入低温管路后结冰从而阻碍系统运行；空气干燥机16干燥后的空气能够通过导气罩12将气体喷枪11周围的环境进行干燥，防止气体喷枪11结冰而堵塞。混合器19采用304不锈钢制作，是一个带有五个连接口的压力容器，其结构如图2所示，耐压值为1MPa；液氮与常温空气在混合器19中接触后迅速汽化成为低温氮气，低温氮气与常温空气以不同比例混合从而成为不同温度的低温混合气体。温度测量仪21对低温气体所需出口温度值的设定范围是0℃~-150℃。温度传感器22能够将实时测得的低温气体出口温度值反馈到温度测量仪21中，温度测量仪21将测量的温度值与设定的温度值进行对比，从而发送信号给PLC控制器20，PLC控制器20能够根据信号来控制液氮流量调节阀5和空气流量调节阀17的开度从而改变液氮与常温空气的混合比例，最终达到所设定的出口温度值，实现温度的调节。
本发明的工作原理是：
打开液氮调压阀3，自增压液氮罐1中的液氮经过低温单向阀4、液氮流量调节阀5、液氮流量计6进入混合器19的混合腔102，管路保温层2通过真空绝热能够有效地防止低温管路中热量的耗散以及低温冻伤操作人员。打开常温调压阀14，空气压缩机13中的常温压缩空气经过常温单向阀15、空气干燥机16、空气流量调节阀17、空气流量计18进入混合器19的混合腔102，空气干燥机16能够对常温空气进行干燥，防止空气中的水分进入低温管路后结冰从而阻碍系统运行。液氮与常温空气在混合腔102中接触后迅速汽化成为低温氮气，低温氮气与常温空气以不同比例混合从而成为不同温度的低温混合气体。为了防止混合器19中的低温气体回流到常温管路中，常温调压阀14的压力值应始终高于液氮调压阀3的压力值。低温泄压阀8能够在混合器19压力过载时进行泄压以保证安全，泄压后排出的低温气体进入到耐压容器7中防止低温冻伤操作人员。从混合器19中出来的低温气体经过低温调压阀10从气体喷枪11中射出，冷却相应的工件，低温气体出口压力的调节范围是0.1MPa~0.7MPa，空气干燥机16干燥后的空气还能够通过导气罩12将气体喷枪11周围的环境进行干燥，防止气体喷枪11结冰而堵塞。在温度测量仪21中设置所希望达到的低温气体出口温度值，温度传感器22能够将实时测得的低温气体出口温度值反馈到温度测量仪21中，温度测量仪21将测量的温度值与设定的温度值进行对比，从而发送信号给PLC控制器20，PLC控制器20能够根据信号来控制液氮流量调节阀5和空气流量调节阀17的开度从而改变液氮与常温空气的混合比例：若测量值高于设定值，液氮流量调节阀5的开度变大，空气流量调节阀17的开度变小，即液氮的混合比例变大，常温空气的混合比例变小；若测量值低于设定值，液氮流量调节阀5的开度变小，空气流量调节阀17的开度变大，即液氮的混合比例变小，常温空气的混合比例变大。通过上述过程达到所设定的出口温度值，实现温度的调节，低温气体出口温度的调节范围是0℃~-150℃。当冷却作业完成以后，首先关闭液氮调压阀3停止冷却管路的工作，同时保持常温调压阀14开启以及保持管路保温层2处于真空状态，继续通入干燥的常温空气，待气体喷枪11出口温度达到0℃以上时，关闭常温调压阀14并使管路保温层2与大气联通，再关闭系统中的其它设备。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种可调温式低温气体喷枪系统，其特征是它包括：自增压液氮罐（1）、混合器（19）、空气压缩机（13）、空气干燥机（16）和气体喷枪（11），在连通自增压液氮罐（1）和气体喷枪（11）的管路上设有管路保温层（2），在连接自增压液氮罐（1）与混合器（19）的管路上依次安装有液氮调压阀（3）、低温单向阀（4）、液氮流量调节阀（5）和液氮流量计（6），在连接混合器（19）与气体喷枪（11）的管路上安装有低温调压阀（10），气体喷枪（11）的上部安装有导气罩（12），导气罩（12）通过常温管道与空气干燥机（16）的一个输出端相连通，空气干燥机（16）的另一个输出端与混合器（19）的常温气体输入端相连通，在连通空气干燥机（16）与混合器（19）的常温管路上安装有空气流量调节阀（17）和空气流量计（18），液氮流量调节阀（5）和空气流量调节阀（17）均受通于PLC控制器（20）；空气干燥机（16）的输入端与空气压缩机（13）的输出端相连通，在连通空气压缩机（13）与空气干燥机（16）的管路上安装有常温调压阀（14）和常温单向阀（15），常温调压阀（14）的压力值应始终高于液氮调压阀（3）的压力值；所述的混合器（19）还旁接低温泄压阀（8），低温泄压阀（8）连接有耐压容器（7）；所述的气体喷枪（11）上安装有温度传感器（22），温度传感器（22）与温度测量仪（21）相连，温度测量仪（21）与PLC控制器（20）电气连接，温度传感器（22）将实时测得的低温气体出口温度值反馈到温度测量仪（21）中，温度测量仪（21）将测量的温度值与设定的温度值进行对比，从而发送信号给PLC控制器（20），PLC控制器（20）能够根据信号来控制液氮流量调节阀（5）和空气流量调节阀（17）的开度从而改变液氮与常温空气的混合比例，最终达到所设定的出口温度值，实现温度的调节。
2.根据权利要求书1所述的可调温式低温气体喷枪系统，其特征在于所述的管路保温层（2）是一种真空保温层，在系统工作之前将其中的空气抽走，通过真空绝热能够有效地防止热量的耗散以及低温冻伤操作人员。
3.根据权利要求1所述的可调温式低温气体喷枪系统，其特征在于所述的液氮调压阀（3）能够调节自增压液氮罐（1）的工作压力，调节范围：0.2MPa~0.7MPa。
4.根据权利要求1所述的可调温式低温气体喷枪系统，其特征在于所述的低温泄压阀（8）能够在混合器（19）压力过载时进行泄压以保证安全，泄压后排出的低温气体进入到耐压容器（7）中防止低温冻伤操作人员。
5.根据权利要求1所述的可调温式低温气体喷枪系统，其特征在于所述的低温调压阀（10）能够调节低温气体的出口压力，调节范围：0.1MPa~0.7MPa。
6.根据权利要求1所述的可调温式低温气体喷枪系统，其特征在于所述的气体喷枪（11）采用304不锈钢制作，其直径可根据需要冷却面积的不同进行更换，以便于提高冷却效率。
7.根据权利要求1所述的可调温式低温气体喷枪系统，其特征在于所述的常温调压阀（14）能够调节空气压缩机（13）的工作压力，调节范围：0.3MPa~0.8MPa；为了防止混合器（19）中的低温气体回流到常温管路中，常温调压阀（14）的压力值应始终比液氮调压阀（3）的压力值高。
8.根据权利要求1所述的可调温式低温气体喷枪系统，其特征在于所述的空气干燥机（16）能够对常温空气进行干燥，防止空气中的水分进入低温管路后结冰从而阻碍系统运行；空气干燥机（16）干燥后的空气能够通过导气罩（12）将气体喷枪（11）周围的环境进行干燥，防止气体喷枪（11）结冰而堵塞。
9.根据权利要求1所述的可调温式低温气体喷枪系统，其特征在于所述的混合器（19）采用304不锈钢制作，耐压值为1MPa；液氮与常温空气在混合器（19）中接触后迅速汽化成为低温氮气，低温氮气与常温空气以不同比例混合从而成为不同温度的低温混合气体。
10.根据权利要求1所述的可调温式低温气体喷枪系统，其特征在于所述的温度测量仪（21）对低温气体所需出口温度值的设定范围是0℃~-150℃。
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