CN115074498A - 一种用于提高立式真空高压气淬炉淬火均匀性的风冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于提高立式真空高压气淬炉淬火均匀性的风冷系统，属于真空高压气淬热处理设备技术领域，包括：风冷电机、离心叶轮、分配器、调节风管、换热器和集流器、外风道I、喷嘴、内风管、外风道II。风冷电机驱动离心叶轮将经过换热器冷却的气流引入分配器，然后经过调节风管进入外风道I和外风道II，外风道I的气流通过喷嘴喷向工件外围，外风道II连接位于炉膛中心的内风管，通过内风管的喷风孔喷向工件内侧，使工件在内外圆周方向上能够同时进行对流换热，提高了轴向和周向的温度均匀性，减小了热处理变形，实现了关键产品的精密形性调控，解决了多件大型薄壁圆筒件热处理变形超差和硬度不均匀的问题。
Description
技术领域
本发明涉及真空高压气淬炉风冷系统，具体说是一种用于提高立式真空高压气淬炉淬火均匀性的风冷系统。
背景技术
热处理是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的服役性能，充分发挥材料潜力的一种工艺技术。真空热处理技术以无氧化加热、脱脂脱气、工件表面光亮度好、淬火变形小、工艺稳定性和重复性好等诸多优点获得行业深入研究和推广应用。随着对真空热处理装备的深入研发，采用气体(如氮气、氩气、氦气等)作为冷却介质的真空高压气淬炉，以其无油气污染排放、清洁、环保、热处理变形小等特点，在航空航天、军工、汽车等领域得到广泛应用，并取得良好效果。
利用现有真空高压气淬炉处理薄壁圆筒形工件时，特别是一炉处理多件时，其高压气淬过程的热处理变形往往难以控制，且硬度偏差大，原因如下：
1.当采用圆周360°吹风、上回风的风冷结构时，多工件装炉条件下，面向气体喷嘴的一侧，直接接受射流冷却，冷却速度快；背向气体喷嘴的一侧，不能直接接受射流冷却，且气流速度接近于零，只能依靠工件自身热传导，冷却速度相对缓慢。对薄壁圆筒件，在圆周方向上因降温速度不同导致表面硬度不均匀和温度不均匀，进而产生热应力变形，尺寸超差。
2.当采用上下交替吹风的风冷结构时，多工件装炉条件下，工件中间部位冷却速度最慢，两端冷却速度最快，在轴线方向上存在降温速度不同和温度不均匀；此外，由于受到上下喷风口分布的影响，处于不同位置的工件的两端在圆周方向上存在严重的温度不均匀，常常导致热应力变形，尺寸超差。
薄壁圆筒件作为航空航天、军工领域的重要零部件，对热处理变形、硬度均匀性要求十分严格，采用目前的立式真空高压气淬炉的风冷系统结构，无法满足多件装炉的生产需求。
发明内容
针对现有技术，本发明要解决的技术问题是提高立式真空高压气淬炉的淬火均匀性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于提高立式真空高压气淬炉淬火均匀性的风冷系统，采取的技术方案是：
一种用于提高立式真空高压气淬炉淬火均匀性的风冷系统，包括：
风冷电机、离心叶轮，风冷电机驱动离心叶轮，用于为高压气体提供流量和全压，驱动气体流动；
分配器，分配器入口与离心叶轮出口连接，用于引导分配离心叶轮出口的气体；
外风道I，外风道有多个，沿炉膛外壁圆周方向均匀分布，分别与分配器出口连接；
喷嘴，喷嘴有多个，可拆卸地固定于炉膛上，沿炉膛轴向和周向均匀分布，与外风道I连接，用于将外风道I内的气体喷向工件；
换热器和集流器，换热器和集流器用于冷却气流并导入到离心叶轮入口；
外风道II，外风道II有多个，沿炉膛外壁圆周方向布置于外风道I之间，入口分别与分配器出口连接；
内风管，内风管位于炉膛中心，与外风道II出口连通，在轴向和周向上均匀分布有多个喷风孔，用于将内风管内的气体喷向工件。
在上述方案的基础上，在分配器与外风道I、外风道II之间还设有调节风管，调节风管用于补偿炉膛的热膨胀和上装料的分离移动。
在上述方案的基础上，在外风道II与内风管之间还依次设有下风口、过渡管，过渡管可拆卸，过渡管沿气流方向依次包括前细后粗的喇叭形管和圆柱形管，用于均匀气流。
在上述方案的基础上，还包括上小隔热屏与回风口，上小隔热屏与回风口共同构成回风通道，与工件充分换热后的高温高压气体经回风口绕过上小隔热屏流向换热器。
在上述方案的基础上，外风道I与外风道II气体流量比为2:1至5:1。
在上述方案的基础上，内风管的喷风孔为喇叭孔结构，喇叭孔大径朝向工件。
在上述方案的基础上，内风管的喷风孔为喷嘴。
在上述方案的基础上，内风管与工装一体化。
本发明还提供一种立式真空高压气淬炉，具有上述风冷系统。
进一步地，立式真空高压气淬炉还包括炉门升降系统和炉门升降移动架，炉门升降系统、炉门升降移动架可分别在竖直方向和水平方向上将包括炉门、风冷电机、离心叶轮、分配器、调节风管、换热器和集流器、上小隔热屏的部件与炉体分离，实现上装料。
本发明的用于提高立式真空高压气淬炉淬火均匀性的风冷系统，通过增加具有喷风孔的内风管，在多工件装炉条件下，可降低薄壁圆筒件圆周方向的温差，减小的热应力变形，提高硬度均匀性，实现精密形性调控，提高设备生产的产品合格率。
附图说明
本发明有如下附图：
图1立式真空高压气淬炉风冷系统主视图；
图2立式真空高压气淬炉风冷系统俯视图；
图3气流冷却型式示意图。
图中：
1.风冷电机 2.离心叶轮 3.分配器 4.调节风管 5.换热器和集流器 6.上小隔热屏与回风口 7.外风道I 8.喷嘴 9.内风管 10.过渡管 11.下风口 12.外风道II 13.工装14.炉门升降移动架 15.炉门升降系统 16.单根大径薄壁圆筒件 17.多根小径薄壁圆筒件
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1至3所示，风冷系统包括风冷电机1、离心叶轮2、分配器3、调节风管4、换热器和集流器5、上小隔热屏与回风口6、外风道I 7、喷嘴8、内风管9、过渡管10、下风口11、外风道II 12。其中集流器与换热器5，用于将流经换热器的冷却气体导入到离心叶轮入口；分配器3与离心叶轮2出口相联，用于引出高速流动的高压气体；外风道I 7与喷嘴8相接，是工件冷却的主要气流，用于实现工件的快速冷却，满足整体的组织性能要求；内风管9与过渡管10、下风口11依次相接，是工件冷却的次要气流，用于补偿薄壁圆筒件的冷却均匀性。
离心叶轮2与风冷电机1输出轴相联，安装于分配器3的蜗壳内,为高压气体提供流量和全压，一方面提高气体流动速度，另一方面克服循环风道的阻力。
分配器3与离心叶轮2出口相联，用于引出高速流动的高压气体。其在圆周方向上分为两组，共10个出口，其中5个出口经调节风管4与外风道I 7相通，经喷嘴沿外圆周喷向高温工件；其中5个出口经调节风管4与外风道II 12相通，经下风口11、过渡管10和内风管9沿内圆周喷向高温工件。两组出口的具有一定的流量比，范围2:1至5:1。
调节风管4与分配器3固定连接，插入外风道I 7和外风道II 12中，一方面补偿炉膛的热膨胀，一方面便于上装料的分离移动。
外风道I 7布置在炉膛和炉壳之间，与炉膛外壁固定，沿圆周方向均匀分布，覆盖了所有喷嘴8，保证了主要气流在外圆周方向上的均匀分布。
喷嘴8与炉膛固定，沿轴向和周向均匀分布，喷风口具有一定角度，可使高压高速气体相对均匀的喷向高温工件，喷嘴结构便于拆卸。
外风道II 12布置在炉膛和炉壳之间，与炉膛外壁固定，沿圆周方向均匀分布，避开了所有喷嘴8，保证了次要气流可以抵达内风管。
下风口11位于炉膛下盖，避开发热元件，具有隔热包边儿。
过渡管10与内风管固定连接，可经常拆卸，下口与下风口11接触。其形状有一定导向，具有均匀气流作用，
内风管9与工装13为一体化结构，在它的轴向和周向上均匀分布着小的喷风孔，喷风孔具有外倒角，可使高压高速气体相对均匀的喷向高温工件，保证了次要气流在内圆周方向上的均匀分布。
上小隔热屏与回风口6共同构成回风通道，与工件充分换热后的高温高压气体经回风口绕过上小隔热屏流向换热器。
换热器5为圆形管翅式换热器，用于高温高压气体的强化换热，降低气体介质温度，其外形具有气流导向功能，集流器与其固定连接，将经过换热器的低温气体导入到离心叶轮入口。
本发明涉及一种用于提高立式真空高压气淬炉淬火均匀性的风冷系统，通过增加具有气孔的内风管9，在多工件装炉条件下，可降低薄壁圆筒件圆周方向的温差，减小的热应力变形，提高硬度均匀性，实现精密形性调控，提高设备生产的产品合格率。
本发明具体工作过程为：
如图1至2所示，风冷电机1转动带动离心叶轮2高速旋转，低温气体经离心叶轮2加压加速后由分配器3出口流出，主要气流经调节风管4进入外风道I 7，通过固定于炉膛外壁的喷嘴8沿外圆周方向吹向高温工件，次要气流经调节风管4进入外风道II 12，通过下风口11、过渡管10和工装中心的内风管9沿内圆周方向吹向高温工件，气体与工件进行换热后变为高温气体，在上回风口汇合在一起绕过上小隔热屏6进入换热器5，气体与介质水进行换热后变为低温气体，经集流器进入离心叶轮2入口。
如图3所示，单根大径薄壁圆筒件16装炉时，工件内侧和外侧都具有均匀分布的喷风口，可实现内外同时快速冷却，提高轴向和周向的温度均匀性，减小的热应力变形，实现精密形性调控。多件小径薄壁圆筒件17装炉时，在内外圆周方向上都具有喷风口，外侧冷却为主，内侧冷却作为补充，使工件圆周方向上都能进行对流换热，解决了内圆周方向只能依靠热传导降温而导致的表面硬度不均匀的问题，实现了精密形性调控。
如图1所示，风冷系统的整体结构型式可实现大型薄壁圆筒件的上装料，炉门升降系统15可提升炉门、风冷电机1、离心叶轮2、分配器3、调节风管4、换热器和集流器5、上小隔热屏6等部件与炉体分离，炉门升降移动架14可在水平方向上把这些部件与炉体分离，从而实现上装料。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种用于提高立式真空高压气淬炉淬火均匀性的风冷系统，包括：
风冷电机、离心叶轮，所述风冷电机驱动离心叶轮，用于为高压气体提供流量和全压，驱动气体流动；
分配器，所述分配器入口与所述离心叶轮出口连接，用于引导分配离心叶轮出口的气体；
外风道I，所述外风道有多个，沿炉膛外壁圆周方向均匀分布，分别与分配器出口连接；
喷嘴，所述喷嘴有多个，可拆卸地固定于炉膛上，沿炉膛轴向和周向均匀分布，与所述外风道I连接，用于将所述外风道I内的气体喷向工件；
换热器和集流器，所述换热器和集流器用于冷却气流并导入到离心叶轮入口；
其特征在于，还包括：
外风道II，所述外风道II有多个，沿炉膛外壁圆周方向布置于所述外风道I之间，入口分别与所述分配器出口连接；
内风管，所述内风管位于炉膛中心，与所述外风道II出口连通，在轴向和周向上均匀分布有多个喷风孔，用于将所述内风管内的气体喷向工件。
2.如权利要求1所述的用于提高立式真空高压气淬炉淬火均匀性的风冷系统，其特征在于：在所述分配器与所述外风道I、外风道II之间还设有调节风管，所述调节风管用于补偿炉膛的热膨胀和上装料的分离移动。
3.如权利要求1所述的用于提高立式真空高压气淬炉淬火均匀性的风冷系统，其特征在于：在所述外风道II与所述内风管之间还依次设有下风口、过渡管，所述过渡管可拆卸，所述过渡管沿气流方向依次包括前细后粗的喇叭形管和圆柱形管，用于均匀气流。
4.如权利要求1所述的用于提高立式真空高压气淬炉淬火均匀性的风冷系统，其特征在于：还包括上小隔热屏与回风口，所述上小隔热屏与回风口共同构成回风通道，与工件充分换热后的高温高压气体经所述回风口绕过所述上小隔热屏流向所述换热器。
5.如权利要求1所述的用于提高立式真空高压气淬炉淬火均匀性的风冷系统，其特征在于：外风道I与外风道II气体流量比为2:1至5:1。
6.如权利要求1所述的用于提高立式真空高压气淬炉淬火均匀性的风冷系统，其特征在于：所述内风管的喷风孔为喇叭孔结构，喇叭孔大径朝向工件。
7.如权利要求1所述的用于提高立式真空高压气淬炉淬火均匀性的风冷系统，其特征在于：所述内风管的喷风孔为喷嘴。
8.如权利要求1所述的用于提高立式真空高压气淬炉淬火均匀性的风冷系统，其特征在于：所述内风管与工装一体化。
9.一种立式真空高压气淬炉，具有如权利要求1-8所述的风冷系统。
10.如权利要求9所述的立式真空高压气淬炉，其特征在于：还包括炉门升降系统和炉门升降移动架，所述炉门升降系统、炉门升降移动架可分别在竖直方向和水平方向上将包括炉门、风冷电机、离心叶轮、分配器、调节风管、换热器和集流器、上小隔热屏的部件与炉体分离，实现上装料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: 18 Xueqing Road, Haidian District, Beijing 100089 Applicant after: China National Machinery Institute Group Beijing Electromechanical Research Institute Co.,Ltd. Address before: 18 Xueqing Road, Haidian District, Beijing 100089 Applicant before: BEIJING Research Institute OF MECHANICAL & ELECTRICAL TECHNOLOGY |