CN206405913U - 膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，包括膨胀机，其将通入其内的压缩气体进行近似等熵膨胀降温后形成低温冷气；纳米流体微量润滑供给系统，其包括泵体、凸轮轴和活塞，凸轮轴与电磁调速电动机相连；电磁调速电动机用于驱动凸轮轴旋转进而驱动泵体和活塞两者周期性相对运动，将纳米流体输送至输油管内；外混合喷嘴，其包括喷嘴气体进入管和喷嘴喷针，输油管伸入至喷嘴气体进入管，输油管与喷嘴气体进入管间设置有保温管，保温管和喷嘴气体进入管间通入低温冷气；喷嘴喷针一端连通输油管，喷嘴喷针另一端向外延伸至外混合喷嘴的外部；输油管内的纳米流体从喷嘴喷针喷出，进而与喷出外混合喷嘴外的低温冷气混合后雾化。

Description

膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统

技术领域

本实用新型涉及制冷与机械加工领域磨削介质供给系统，具体是一种膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统。

背景技术

纳米粒子射流微量润滑磨削加工是一种绿色环保、清洁节能的磨削加工技术。基于固体换热能力大于液体，液体换热能力大于气体的强化换热理论，将一定量的纳米级固体颗粒加入到可降解的微量润滑油中生成纳米流体，通过高压空气将纳米流体进行雾化，并以射流的方式送入磨削区。高压空气主要起冷却、除屑和输送流体的作用；微量润滑油主要起润滑作用；纳米粒子增加了磨削区流体的换热能力，起到了冷却作用，同时，纳米粒子具有良好的抗磨减摩性能特性和高的承载能力。但是，纳米流体射流微量润滑虽然能在一定程度上降低磨削温度，但是相对于浇注式磨削仍然有很大的差距，对于难加工材料加工仍然存在这磨削烧伤现象。

经检索，李长河实用新型了低温冷却与纳米粒子射流微量润滑耦合磨削介质供给系统(专利号：ZL201310180218.5)；袁松梅设计了一种低温微量润滑系统(专利号：201010128275.5)；张宝实用新型了一种低温准干式微量润滑冷却装置(专利号：201620263903.3)。

但是现有技术中，微量润滑系统微量润滑装置和低温气体产生装置都只是在一定的基础上进行组装，没有从制冷原理和结构中进行深入改进。并且，现有技术中，微量润滑泵多采用气动泵，而气动泵需要由气体频率发生器控制，所提供的频率有限，气动泵输出的动力较小，当润滑液中加入纳米粒子之后会导致润滑液粘度增大，流动性变差，出现供气动力不足而导致气动泵无法工作。低温气体产生装置需要巨大的压缩空气消耗量，而在生产实践中，空气压缩机不仅要驱动磨床等大型机床工作，而且还要驱动多个低温气体产生装置和多个气动泵，进一步增加了空气压缩机运行负担。

实用新型内容

为了解决现有技术的缺点，本实用新型的目的是提供一种膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，能够有效地减少磨削热损伤，提高被加工工件的表面完整性和加工精度。

为实现上述目的，本实用新型的方案如下：其中，本实用新型的MQLSS，英文全称为：Minimal Quantity Lubrication Supply System，中文全称为：纳米流体微量润滑供给系统；GDCV，英文全称为：Gas Distribution Control Valve，中文全称为：气体分配控制阀。

本实用新型的膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，包括膨胀机，其用 于将通入其内的压缩气体进行近似等熵膨胀降温后形成低温冷气；

纳米流体微量润滑供给系统，其包括泵体、凸轮轴和活塞，活塞安装在泵体内，所述凸轮轴与电磁调速电动机相连，电磁调速电动机用于驱动凸轮轴旋转进而驱动泵体和活塞两者周期性相对运动，进而将纳米流体按照一定脉冲频率输送至输油管内；

外混合喷嘴，其包括喷嘴气体进入管和喷嘴喷针，输油管伸入至喷嘴气体进入管内，输油管与喷嘴气体进入管之间设置有保温管，保温管和喷嘴气体进入管之间通入膨胀机产生的低温冷气；喷嘴喷针一端连通输油管，喷嘴喷针另一端向外延伸至外混合喷嘴的外部；输油管内的纳米流体从喷嘴喷针喷出，进而与喷出所述外混合喷嘴外的低温冷气混合后雾化。

进一步地，本实用新型的该系统还包括气体分配控制阀，气体分配控制阀通过保温管连通膨胀机和外混合喷嘴，低温气体通过气体分配控制阀流量调节后输送到外混合喷嘴，所述气体分配控制阀用于通过改变气体流通面积来控制低温冷气的气体流量。

进一步地，所述气体分配控制阀，包括GDCV壳体，其设置2个或4个出气口，同时对应2个或4个控气阀；控气阀和GDCV壳体之间设有O型密封圈。

O型密封圈有三部分作用，第一，密封圈能够有效的阻止气体的外漏；第二，密封圈由于受到压缩使得控气阀螺柱与壳体存在一定的阻尼，有效减小控气阀因受气体冲击作用而发生震动从而松动，起到定位作用；第三，当控气阀外旋的时，密封圈移动到控气阀接头处，密封圈外径大于控气阀接头内径，不能继续向外移动，防止控气阀过度旋出而脱离控气阀接头。

进一步地，所述GDCV壳体上设置有壳体进气口，壳体进气口主流道为圆形通道，气体分流道沿中心等分均匀圆形布置，使进入的气体均匀的进入到各流道，控气阀分布在GDCV壳体的左右两个面上。

进一步地，所述膨胀机包括膨胀机壳体，膨胀机壳体内设置有膨胀机叶轮，膨胀机叶轮开有毂键槽，毂键槽内设置有键，键与膨胀机主轴连接。该结构使得膨胀机叶轮与膨胀机主轴通过键连接，使得膨胀机拆卸更加容易。

进一步地，所述膨胀机叶轮为半开式径-轴流式叶轮。

进一步地，所述膨胀机壳体上固定连接有膨胀机喷嘴，膨胀机喷嘴与膨胀机叶轮之间还设置有非接触式密封的迷宫密封组合，用于密封低温气体的泄露。本实用新型采用的迷宫密封组合为非接触式密封，非接触密封结构简单，无磨损而且不需要润滑。

更进一步地，所述迷宫密封组合包括迷宫密封转子和若干迷宫密封齿片，宫密封转子设置为阶梯型且与膨胀机主轴过盈连接；迷宫密封齿片分别镶嵌在迷宫密封的上盖和下盖上，迷宫密封齿片与密封转子有一定的间隙；迷宫密封的上盖和下盖固定连接，且均与膨胀机壳体过渡配合连接。本实用新型的该迷宫密封组合非接触密封结构简单、无磨损、不需要润滑，而且便于安装，密封效果较好。

进一步地，所述膨胀机主轴两端连接有深沟球轴承，膨胀机主轴两侧还对称设置有螺旋迷宫密封组合；所述螺旋迷宫密封组合包括螺旋迷宫密封定子和螺旋迷宫密封转子，螺旋迷宫转子一端与膨胀机主轴相连，另一端与螺旋迷宫密封定子形成甩油腔，甩油腔下方设置有甩油腔出口。本实用新型在采用油润滑深沟球轴承有效解决气体轴承运行稳定性问题的同时，还提高了膨胀机的承载能力，进一步地采用螺旋迷宫密封组合更好地解决了油润滑存在油泄露的问题。

进一步地，所述膨胀机壳体上设置有壳体进油口、轴承流道、第一壳体出油口流道和第二壳体出油口流道，润滑油依次经壳体进油口和轴承流道输送至深沟球轴承来对其进行润滑和降温；流入深沟球轴承的润滑油中的一部分从第一壳体出油口流道流出，剩余部分进入螺旋迷宫密封组合的甩油腔，最后依次经甩油腔出口和第二壳体出油口流道流出。

本实用新型利用螺旋迷宫密封组合，将除了从第一壳体出油口流道流出的润滑油之外，流入至甩油腔，依次经甩油腔出口和第二壳体出油口流道流出，该结构解决了油润滑存在油泄露的问题。

进一步地，螺旋迷宫密封定子与螺旋迷宫密封转子螺旋方向相反，螺旋迷宫定子的旋向与进油的方向相同。其中，螺旋迷宫密封转子转速越高，甩油腔甩油效果越好，螺旋迷宫密封效果也越好。螺旋迷宫密封与甩油腔共同使用，即发挥了螺旋迷宫密封高速状态下密封性较好的优点，也解决了螺旋迷宫密封转子静止时无法对润滑油进行密封的缺点。当油从右方进入，则螺旋转子为左旋螺纹，螺旋迷宫定子为右旋螺纹。

进一步地，所述泵体固定连接有出油口，出油口设置弹簧槽，弹簧槽内固定有单向阀弹簧，单向阀弹簧连接单向阀堵头；当活塞每进行一次回程，由于单向阀弹簧的弹力，单向阀堵头堵住供油腔，防止油的回流。

进一步地，泵体内设置泄气孔，泄气孔提供吸气、泄气通道，防止活塞冲程时不排气，则导致活塞腔气体被压缩压力过高气有可能导致泵体整体脱离。

进一步地，根据不同需油量，在弹簧槽的周边等分均匀的设置多个出油口流道，这样能够使纳米流体均匀的进入各流道。

进一步地，所述喷嘴喷针的中间设置有台阶。

进一步地，喷嘴锥形管渐缩角度γ₁满足3°≤γ₁≤15°。该角度使得低温冷气经喷嘴锥形管喷出所低温油气外混合喷嘴的外部形成合适角度的锥形喷射气体，在气体聚焦起到雾化油滴的同时局部能量损失较小。

基于上述系统的工作方法，纳米流体微量润滑供给系统将纳米流体变为脉冲液滴，通过输油管从外混合喷嘴处喷出，形成纳米粒子射流，利用低温气体产生装置生成低温气体，通过气体分配控制阀调节低温气体的流量，通过采集磨削力或者磨削温度信号确定供油流量的大小，利用闭环控制调节纳米流体的流量；

纳米粒子射流与低温气体在喷嘴外部混合，喷嘴成锥形喷射气体，在气体聚焦处使纳米流体雾化，低温气体携带雾化后的细小油滴穿过砂轮楔形气障层喷射到磨削区。

本实用新型的有益效果为：

(1)该系统装置发挥了纳米流体微量润滑磨削的全部优点，并且改善了纳米流体微量润滑磨削存在磨削温度过高易导致磨削烧伤的缺点，可以有效的减少磨削热损伤，提高被加工工件的表面完整性和加工精度，实现高效、低耗、环境友好、资源节约的低碳绿色清洁生产。

(2)低温气体产生装置基于膨胀机等熵膨胀原理进行设计，大大简化了透平膨胀机的复杂程度，易于维护，并且在采用油润滑深沟球轴承有效解决气体轴承运行稳定性问题，并且还提高了膨胀机的承载能力，同时采用迷宫密封与螺旋迷宫密封组合更好的解决了油润滑存在油泄露的问题。

(3)纳米流体微量润滑供给系统与传统的气动式润滑装置不同，该部分装置采用电动机驱动，能够更方便、精确的对供给的纳米流体流量进行控制、并且还能提供更大的动力，解决了因为纳米流体因为粘度过大而导致气动微量润滑装置无法工作的问题。并且该部分装置采用电机驱动更有利于微量润滑装置实现智能自动化控制，通过方便的调节电动机的转速，从而精确控制出油量。

(4)气体分配控制阀基于闸阀原理尽量减少能量局部损失的情况下能够精确控制气体流量，并且能够利用机械结构自锁防止控制阀因气体冲击而出现松动。

(5)低温油气外混合雾化喷嘴能够防止纳米流体因气体温度过低，低于纳米流体的倾点而导致其流动性变差，并且采用外混合方式避免在喷嘴内壁产生结霜冷凝现象。

附图说明

图1为膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统；

图2为膨胀机系统爆炸图；

图3为膨胀机系统装配图；

图3(a)、(b)为图3局部装配放大图；

图4为膨胀机主轴主视图；

图5(a)为膨胀机制冷叶轮主视图；

图5(b)为膨胀机制冷叶轮左视图；

图6(a)为膨胀机蜗壳主视图；

图6(b)为膨胀机蜗壳轴测图；

图7(a)为膨胀机喷嘴主视图；

图7(b)为膨胀机喷嘴左视图；

图8为膨胀机制冷叶轮、喷嘴及蜗壳装配图；

图9为膨胀机出气口主视图；

图9(a)为图9A-A剖视图；

图10为膨胀机出气口导流全剖视图；

图11为迷宫密封组合爆炸图；

图11(a)为迷宫密封组合装配图；

图11(b)为图11(a)B-B剖视图；

图12为螺旋迷宫密封组合示意图；

图13为膨胀机壳体左视图；

图13(a)为图13C-C剖视图；

图14为MQLSS爆炸图；

图15(a)为MQLSS总装配图主视图；

图15(b)为MQLSS总装配图右视图；

图16(a)为MQLSS部分装配图全剖主视图；

图16(b)为MQLSS部分装配图全剖右视图；

图17(a)为泵体俯视图；

图17(b)为泵体主视图；

图17(c)为图17(a)A-A剖视图；

图17(d)为图17(b)B-B剖视图；

图18为供油活塞主视图；

图19为出油口主视图、俯视图及C-C剖视图；

图20为泵体与箱体连接固定板俯视图及主视图；

图21为上箱体主视图；

图21(a)为图21D-D剖视图；

图22为凸轮轴主视图；

图23为凸轮轴与电动机连接所用联轴器示意图；

图24为电磁调速电动机示意图；

图25为GDCV实施例1爆炸图；

图26为控气阀装配图；

图27(a)为GDCV装配仰视图；

图27(b)为GDCV装配左视图；

图27(c)为图27(a)A-A剖视图；

图28为GDCV壳体实施例1俯视图；

图28(a)为图28B-B剖视图；

图28(b)为图28C-C剖视图；

图29为控气阀接头示意图；

图30为GDCV实施例2爆炸图；

图31为GDCV实施例2装配图主视图；

图31(a)为图31D-D剖视图；

图32为GDCV实施例2装配图左视图；

图32(a)为图32E-E剖视图；

图33为外混合喷嘴爆炸图；

图34为喷嘴部分装配图；

图34(a)为图30的局部放大图；

图35为喷嘴气体进入管主视图；

图36为喷嘴喷针主视图；

图37(a)为喷嘴锥形管轴测图；

图37(b)为喷嘴锥形管主视图；

图37(c)为图37(b)A-A剖视图；

图38为喷嘴套管主视图；

图39(a)为喷嘴固定块1主视图；

图39(b)为喷嘴固定块2主视图。

其中，Ⅰ-01-膨胀机壳体，Ⅰ-02-膨胀机主轴，Ⅰ-03-进气蜗壳，Ⅰ-04-膨胀机喷嘴，Ⅰ-05-制冷叶轮，Ⅰ-06-轴端挡圈1，Ⅰ-07-止动垫片1，Ⅰ-08-防松螺栓1，Ⅰ-09-出气口导流垫片，Ⅰ-10-出气口导流，Ⅰ-11-键1，Ⅰ-12-出气口，Ⅰ-13-法兰螺栓1，Ⅰ-14-密封垫片1，Ⅰ-15-密封垫片2，Ⅰ-16-膨胀机壳体垫片，Ⅰ-17-螺母垫片1，Ⅰ-18-螺母1，Ⅰ-19-迷宫密封组合1，Ⅰ-20-螺旋迷宫密封1，Ⅰ-21-轴承挡圈，Ⅰ-22-膨胀机进油口，Ⅰ-23-深沟球轴承，Ⅰ-24-螺母2，Ⅰ-25-螺母垫片2，Ⅰ-26-膨胀机壳体垫片2，Ⅰ-27-止动端出口端盖，Ⅰ-28-密封垫片3，Ⅰ-29-进气口，Ⅰ-30-键2，Ⅰ-31-止动端进气导流，Ⅰ-32-防松螺栓2，Ⅰ-33止动垫片2，Ⅰ-34-轴端挡圈2，Ⅰ-35-螺栓2，Ⅰ-36-密封垫片4，Ⅰ-37-止动叶轮，Ⅰ-38-出气蜗壳，Ⅰ-39-迷宫密封2，Ⅰ-40-螺旋迷宫密封2，Ⅰ-41-出油口1，Ⅰ-42-出油口2，Ⅰ-43-出油口3，Ⅱ-01-MQLSS箱体螺母，Ⅱ-02-MQLSS箱体垫片，Ⅱ-03-MQLSS箱体螺母垫片，Ⅱ-04-MQLSS箱体螺栓，Ⅱ-05-MQLSS上盖，Ⅱ-06-MQLSS固定板，Ⅱ-07-MQLSS固定板内六角定位螺钉，Ⅱ-08-MQLSS固定板垫片，Ⅱ-09-MQLSS泵体，Ⅱ-10-MQLSS出油口，Ⅱ-11-MQLSS油杯，Ⅱ-12-MQLSS快速插头1，Ⅱ-13-MQLSS带开关的导油管2，Ⅱ-14-MQLSS带开关的导油管1，Ⅱ-15-MQLSS单向阀弹簧，Ⅱ-16-MQLSS单向阀堵头，Ⅱ-17-MQLSS出油口定位螺钉，Ⅱ-18-MQLSS快速插头2，Ⅱ-19-MQLSS泵体 定位螺钉，Ⅱ-20-MQLSS凸轮弹簧，Ⅱ-21-MQLSS星型密封圈1，Ⅱ-22-MQLSS星型密封圈2，Ⅱ-23-MQLSSY型密封圈1，Ⅱ-24-MQLSSY型密封圈2，Ⅱ-25-MQLSS活塞，Ⅱ-26-MQLSS凸轮轴键，Ⅱ-27-MQLSS凸轮轴，Ⅱ-28-MQLSS轴承座螺栓，Ⅱ-29-MQLSS轴承座，Ⅱ-30-MQLSS下箱体，Ⅱ-31-MQLSS电磁调速电动机，Ⅱ-32-MQLSS联轴器，Ⅲ-01-GDCV进气口快速插头，Ⅲ-02-GDCV密封垫片1，Ⅲ-03-实施例1GDCV壳体，Ⅲ-04-GDCV密封垫片2，Ⅲ-05-GDCV控气阀接头，Ⅲ-06-GDCV控气阀，Ⅲ-07-GDCV O型密封圈，Ⅲ-08-GDCV密封垫片3，Ⅲ-09-GDCV出气口快速插头，Ⅲ-10-实施例2GDCV壳体，Ⅲ-11-实施例2GDCV进气口垫片，Ⅲ-12-实施例2GDCV进气口端盖，Ⅲ-13-实施例2GDCV螺栓垫片，Ⅲ-14-实施例2GDCV螺栓，Ⅳ-01-喷嘴针，Ⅳ-02-喷嘴套筒，Ⅳ-03-喷嘴锥形管，Ⅳ-04-喷嘴密封垫片，Ⅳ-05-保温管，Ⅳ-06-喷嘴气体进入管，Ⅳ-07-喷嘴密封圈垫片合1，Ⅳ-08-喷嘴密封垫片组合2，Ⅳ-09-蛇形管，Ⅳ-10-固定块内六角螺钉，Ⅳ-11-喷嘴固定块1，Ⅳ-12-喷嘴固定块2，Ⅳ-13-输油管；

Ⅰ-0101-膨胀机壳体法兰孔，Ⅰ-0102-膨胀机壳体基座，Ⅰ-0103-膨胀机壳体出油口流道3，Ⅰ-0104-膨胀机壳体出油口流道2，Ⅰ-0105-膨胀机壳体出油口流道1，Ⅰ-0106-膨胀机壳体轴承油流道，Ⅰ-0107-膨胀机壳体进油口流道，Ⅰ-0201-膨胀机主轴螺纹孔1，Ⅰ-0202-膨胀机主轴键槽1，Ⅰ-0203-膨胀机主轴键槽2，Ⅰ-0204-膨胀机主轴螺纹孔2，Ⅰ-0401喷嘴法兰孔，Ⅰ-0402喷嘴叶，Ⅰ-0403喷嘴凸台，Ⅰ-0404喷嘴圆盘，Ⅰ-0501-制冷叶轮键槽，Ⅰ-1201-出气口接头，Ⅰ-1202-出气口堵头，Ⅰ-1901-迷宫密封螺栓，Ⅰ-1902-迷宫密封螺栓垫片，Ⅰ-1903-迷宫密封上盖，Ⅰ-1904-迷宫密封转子，Ⅰ-1905-迷宫密封齿片，Ⅰ-1906-迷宫密封下盖，Ⅰ-2001-螺旋迷宫密封定子，Ⅰ-2002-螺旋迷宫密封转子，Ⅰ-2003-螺旋迷宫密封出油口；Ⅱ-0501-上箱体法兰孔，Ⅱ-0502-上箱体螺纹连接孔，Ⅱ-0601-固定板连接孔1，Ⅱ-0602-固定板连接孔2，Ⅱ-0901-壳体活塞腔1，Ⅱ-0902-壳体泄气孔1，Ⅱ-0903-壳体泄气孔2，Ⅱ-0904-进油腔1，Ⅱ-0905-进油腔2，Ⅱ-0906-单向阀腔，Ⅱ-0907-定位孔，Ⅱ-0908-MQL进油口2，Ⅱ-0909-进油口1，Ⅱ-0910-固定板螺纹孔，Ⅱ-0911-进油腔1流道，Ⅱ-1001-出油口流道，Ⅱ-1002-单向阀弹簧槽，Ⅱ-1003-螺纹定位孔，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-凸轮键槽，Ⅱ-2702-凸轮，Ⅲ-0301-壳体进气主流道，Ⅲ-0302-壳体控气阀接口，Ⅲ-0303-壳体出气口，Ⅲ-0303-壳体气体分流道，Ⅲ-0601-控气阀密封槽，Ⅲ-0602-控气阀螺柱，Ⅲ-0603-控气阀螺母1，Ⅲ-0604-控气阀螺母2，Ⅳ-0301-锥形管喷针通道，Ⅳ-0302-锥形管肋板，Ⅳ-0303-锥形管通气孔，Ⅳ-0601-进气管台阶1，Ⅳ-0602-进气管台阶2，Ⅳ-0603-进气管进气管道。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明：

在一个实施例中，膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统包括膨胀机Ⅰ、纳米流体微量润滑供给系统Ⅱ(简称MQLSS)和外混合喷嘴Ⅳ(简称喷嘴)

如图1所示，在另一实施例中，该膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统还包括气体分配控制阀Ⅲ(简称GDCV)。

如图2所示，图2为透平膨胀机爆炸图，各部件陈列图中。

如图3、图3(a)和图3(b)所示，膨胀机叶轮Ⅰ-05、蜗壳Ⅰ-03、迷宫密封组合Ⅰ-19、螺旋密封组合Ⅰ-20、深沟球轴承Ⅰ-23均呈对称式分布在膨胀机系统的左右两边。其中，膨胀机制冷叶轮Ⅰ-05与膨胀机主轴Ⅰ-02通过键1Ⅰ-11连接，并且有轴端挡圈Ⅰ-06和防松螺栓Ⅰ-08、止动垫片Ⅰ-07加以固定(结合图3(a))。制冷端进气蜗壳Ⅰ-03右端与膨胀机喷嘴凸台Ⅰ-0403外圆周间隙配合，中间设有密封垫片Ⅰ-15加以密封气体。制冷端进气蜗壳Ⅰ-03左端与膨胀机出气口堵头部分Ⅰ-1202间隙配合，中间设有密封垫片2Ⅰ-14加以密封气体。膨胀机出气口Ⅰ-12、膨胀机喷嘴Ⅰ-04及膨胀机壳体Ⅰ-01通过螺栓Ⅰ-13、螺母Ⅰ-08、螺母垫片Ⅰ-17固定连接。其中，出气口堵头Ⅰ-1202部分紧紧压在膨胀机喷嘴叶Ⅰ-0402上，可以通过调节密封垫片1Ⅰ-14的个数，来保证出气口堵头Ⅰ-1202到喷嘴叶Ⅰ-0402之间的距离，进而使膨胀机堵头Ⅰ-1202能够与喷嘴叶Ⅰ-0402紧紧贴合。膨胀机出气口导流Ⅰ-10与膨胀机出气口Ⅰ-12螺纹连接，之间有出气口垫片Ⅰ-09。深沟球轴承轴承Ⅰ-23内圈、螺旋迷宫密封转子Ⅰ-2002、迷宫密封转子Ⅰ-1904与膨胀机主轴Ⅰ-02过盈连接；深沟球轴承Ⅰ-23外圈、轴承挡圈Ⅰ-21、螺旋迷宫密封定子Ⅰ-2001、迷宫密封上盖Ⅰ-1903、下盖Ⅰ-1906与膨胀机壳体Ⅰ-01过渡配合连接。其中，螺旋迷宫密封甩油腔出油口Ⅰ-2003与膨胀机壳体出油口Ⅰ-0103流道对齐。装配完成保证各转动部分与静止部分留有微小间隙。膨胀机进油口Ⅰ-22和出油口1Ⅰ-41、出油口2Ⅰ-42、出油口3Ⅰ-43与膨胀机壳体Ⅰ-01螺纹连接。同理，膨胀机止动端与膨胀机制冷端连接配合方式类似，相同地方不做过多赘述。不同地方在于膨胀机止动端将膨胀机喷嘴Ⅰ-04换成止动端壳体端盖Ⅰ-27，膨胀机止动端壳体端盖Ⅰ-27与膨胀机喷嘴Ⅰ-04不同之处在于，止动端壳体端盖没有喷嘴叶Ⅰ-0402，其它地方特征相同。止动端进气口导流Ⅰ-31与膨胀机止动进气口Ⅰ-29螺纹连接。

如图4所示，膨胀机主轴Ⅰ-02分别开有螺纹孔1Ⅰ-0201、轴键槽1Ⅰ-0202、轴键槽2Ⅰ-0203和螺纹孔2Ⅰ-0204，制冷叶轮Ⅰ-05通过键1Ⅰ-11连接，轴端挡圈1Ⅰ-06、止动垫片1Ⅰ-07、防松螺栓1Ⅰ-08固定。同理，止动叶轮Ⅰ-37分别通过键2Ⅰ-30连接，轴端挡圈2Ⅰ-34、止动垫片2Ⅰ-33、防松螺栓2Ⅰ-32固定。

如图5(a)、图5(b)所示，制冷叶轮Ⅰ-05与止动叶轮Ⅰ-37均为半开式径-轴流式叶轮，制冷叶轮Ⅰ-05与膨胀机主轴Ⅰ-02通过键1Ⅰ-11连接。止动叶轮Ⅰ-37与膨胀机主轴Ⅰ-02通过键2Ⅰ-30连接。对于制冷叶轮Ⅰ-05为径向进气轴向出气，通过制冷叶轮Ⅰ-05推动膨胀机主轴Ⅰ-02旋转对外输出功。对于止动叶轮Ⅰ-37为轴向进气径向出气，通过利用空 气对止动叶轮Ⅰ-37的阻力，来消耗膨胀机主轴Ⅰ-02输出的功，起到止动效果。止动叶轮Ⅰ-37端部设有光电式测速感应片，通过外界光电传感器测量膨胀机主轴的转速。叶轮内径为R₁，外径为R₂,平均直径为R₃，轮径比μ应该满足：0.3≤μ≤0.5，工作轮宽度l₁₁应该满足：0.22R₃≤l₁₁≤0.35R₃。

其中

如图6(a)、图6(b)所示，进气蜗壳Ⅰ-03作用是对压缩空气进行导流，使压缩空气能够均匀的流到膨胀机各喷嘴叶Ⅰ-0402流道中，止动蜗壳Ⅰ-38作用是对膨胀机止动叶轮Ⅰ-37吸入的空气导流排出膨胀机外。其中蜗壳Ⅰ-03内径为圆形，蜗壳Ⅰ-03外径为阿基米德螺旋线型。其所对应半径关系为：

式中，R₇——蜗壳导流外径，m；R₅——蜗壳导流内径，m；φ——蜗壳导流各内径各点与最大直径之间角度，rad；M——压缩气体进气流量，kg/s；ρ₀——压缩进气密度，kg/m³；l₁₄——蜗壳导流变截面宽度，m；l₁₃——蜗壳导流进口截面宽度，m；K——阿基米德螺线常数；α——修正系数取0.285～0.335。

如图7(a)、图7(b)所示，膨胀机喷嘴Ⅰ-04可分为三部分，喷嘴圆盘Ⅰ-0404、喷嘴凸台Ⅰ-0403、喷嘴叶Ⅰ-0402，此三部分为一体加工，喷嘴叶Ⅰ-0402优先设计为TCP-4型，喷嘴叶Ⅰ-0402和喷嘴凸台Ⅰ-0403经过抛光加工，减小高速气体与喷嘴叶Ⅰ-0402、喷嘴凸台Ⅰ-0403之间的摩擦生热。进一步地，喷嘴叶Ⅰ-0402高度为l₁₁、喷嘴凸台内径为R₄、外径为R₅，喷嘴圆盘Ⅰ-0404上设置8个法兰孔Ⅰ-0401。喷嘴叶Ⅰ-0402高度l₁₂应该满足：0.03R₃≤l₁₂≤0.1R₃。

如图8所示，喷嘴Ⅰ-04、蜗壳Ⅰ-03、叶轮Ⅰ-05之间的配合为：叶轮Ⅰ-05、喷嘴Ⅰ-04、蜗壳Ⅰ-03同轴，叶轮Ⅰ-05和喷嘴Ⅰ-04之间有高速相对运动留有一定的间隙，喷嘴Ⅰ-04和蜗壳Ⅰ-03之间有密封垫片2Ⅰ-15。密封垫片2Ⅰ-15内径为喷嘴圆盘凸台Ⅰ-0403外径R₅，密封垫片2Ⅰ-15外径与喷嘴圆盘Ⅰ-0404外径相同为R₆,密封垫片2Ⅰ-15上设置和喷嘴圆盘Ⅰ-0404上同样的法兰孔(结合图7(a)和图7(b))。

如图9、图9(a)所示，喷嘴出气口Ⅰ-12设置有出气口堵头Ⅰ-1202、出气口接头Ⅰ-1201、出气口法兰孔Ⅰ-1203。出气口堵头Ⅰ-1202与蜗壳Ⅰ-03间隙配合，出气口堵头Ⅰ-1202外径与蜗壳内径Ⅰ-03相同为R₅，出气口Ⅰ-12和蜗壳Ⅰ-03之间有密封垫片1Ⅰ-14，密封垫片1Ⅰ-14的内径与喷嘴堵头Ⅰ-1202外径相同为R₅，密封垫片1Ⅰ-14的外径与喷嘴圆盘Ⅰ-0404外径相同为R₆，同样，在密封垫片1Ⅰ-14上设置8个法兰孔(结合图7(a)和图 7(b))。

如图10所示，喷嘴出气口导流Ⅰ-10目的是将低温气体排出界外，因为纳米流体的雾化需要高速气体，所以喷嘴导流Ⅰ-10采用内流道渐缩型导流，进一步提高低温气体速度，防止在后面管路中，出现通流面积骤减，增大局部能量损失。内流道为渐缩型，渐缩角度θ应满足：5°≤θ≤15°。

如图11、图11(a)和图11(b)所示，膨胀机运行时，由于膨胀机喷嘴Ⅰ-04与制冷叶轮Ⅰ-05之间留有间隙(结合图8)，低温气体不可避免的从制冷叶轮Ⅰ-05轮背处流出，需加装密封装置。迷宫密封组合Ⅰ-19为非接触式密封，能够有效的密封低温气体的泄露，并且非接触密封结构简单、无磨损、不需要润滑。迷宫密封组合Ⅰ-19由迷宫密封上盖Ⅰ-1903、迷宫密封齿片Ⅰ-1905、迷宫密封转子Ⅰ-1904组成。其中，迷宫密封转子Ⅰ-1904设置为阶梯型，与膨胀机主轴Ⅰ-02过盈连接；迷宫密封齿片Ⅰ-1905镶嵌在迷宫密封的上盖Ⅰ-1903和下盖Ⅰ-1906上，与密封转子Ⅰ-1904有一定的间隙。迷宫密封上盖Ⅰ-1903、下盖Ⅰ-1906用固定螺栓Ⅰ-1901和螺栓垫片Ⅰ-1902固定连接，与膨胀机壳体Ⅰ-01过渡配合。迷宫密封组合Ⅰ-19优先选用阶梯型齿结构，便于安装，密封效果较好。密封齿片Ⅰ-1905应至少选用4个。

如图12所示，螺旋迷宫密封组合Ⅰ-20包括螺旋迷宫密封定子Ⅰ-2001和螺旋迷宫密封转子Ⅰ-2002两部分组成。螺旋迷宫转子Ⅰ-2002一端加工有多头螺纹，另一端加工有螺旋迷宫密封转子轴肩，且与螺旋迷宫密封定子Ⅰ-2001形成甩油腔，螺旋迷宫密封转子轴肩与螺旋密封定子Ⅰ-2001和轴承挡圈Ⅰ-21均留一定的间隙。甩油腔锥角α应满足45°≤α≤75°，甩油腔下方设置有甩油出口Ⅰ-2003。螺旋迷宫密封转子Ⅰ-2002转速越高，甩油腔甩油效果越好，螺旋迷宫密封效果也越好。螺旋迷宫密封与甩油腔共同使用，即发挥了螺旋迷宫密封组合Ⅰ-20高速状态下密封性较好的优点，也解决了螺旋迷宫密封转子Ⅰ-2002静止时无法对润滑油进行密封的缺点。其中螺旋迷宫密封定子Ⅰ-2001与螺旋迷宫密封转子Ⅰ-2002螺旋方向相反，螺旋迷宫密封定子Ⅰ-2001的旋向与进油的方向相同，即当油从右方进入，则螺旋迷宫密封转子Ⅰ-2002为左旋螺纹，螺旋迷宫密封定子Ⅰ-2001为右旋螺纹。螺旋迷宫密封组合，在轴的表面和套内壁面分别加工有方向相反的多头螺纹，内外螺纹的间隔着间隙交叉着，形成螺旋槽。螺旋槽形状优先选用三角形螺纹，密封效果较好(结合图12Ⅰ-Ⅱ局部放大图所示)。当轴转动时，流体在旋向相反的螺旋间发生涡流摩擦，产生压头克服泄露。

如图13、图13(a)所示，所述膨胀机壳体Ⅰ-01设置有壳体进油口流道Ⅰ-0107、壳体轴承油流道Ⅰ-0106、壳体出油口流道1Ⅰ-0105、壳体出油口流道2Ⅰ-0104、壳体出油口流道3Ⅰ-0103、法兰孔Ⅰ-0101和壳体基座Ⅰ-0102。膨胀机运行时，从壳体进油口流道Ⅰ-0107流道进油，油经壳体轴承流道Ⅰ-0106分别供给到两侧的深沟球轴承Ⅰ-23中，对轴承进行充分的润滑和降温，大部分油从出油口流道2Ⅰ-0104流出，少部分油进入到螺旋迷宫密封 Ⅰ-20甩油腔，甩油腔出油口Ⅰ-2003连接壳体出油口流道3Ⅰ-0103和壳体出油口流道1Ⅰ-0105，润滑油从壳体出油口流道3Ⅰ-0103和壳体出油口流道1Ⅰ-0105流出。

如图14所示，为纳米流体微量润滑供给系统(MQLSS)各零件的爆炸图。MQLSS目的是为了将纳米流体变为固定压力、脉冲可变、液滴直径不变的脉冲液滴，通过输油管从外混合喷嘴处喷出，被高速低温气体雾化喷射到磨削区。

如图15(a)、15(b)所示，凸轮轴Ⅱ-27通过凸轮键Ⅱ-26与联轴器Ⅱ-32相连进而与电磁调速电动机Ⅱ-31相连，凸轮轴Ⅱ-27安装在轴承支座Ⅱ-29上，活塞Ⅱ-25与凸轮轴通过活塞弹簧Ⅱ-20进行力闭合，固定板Ⅱ-06与上箱体Ⅱ-05通过固定板内六角螺钉Ⅱ-07固定，同时与泵体Ⅱ-09通过泵体定位螺钉Ⅱ-19固定，快速插头2Ⅱ-18与泵体Ⅱ-09螺纹连接，快速插头1Ⅱ-12与油杯Ⅱ-11螺纹连接，带有开关的导油管Ⅱ-13、Ⅱ-14两端分别插入到快速插头1Ⅱ-12和快速插头2Ⅱ-18进行导油。进一步地，固定板Ⅱ-06与泵体Ⅱ-09之间设有固定板垫片Ⅱ-08进行减震，上箱体Ⅱ-05和下箱体Ⅱ-30之间设有箱体垫片Ⅱ-02进行紧固密封。泵体Ⅱ-09内部安装部分下段进行详细叙述。

如图16(a)、图16(b)所示，活塞Ⅱ-25上装有星型密封圈1Ⅱ-21、星型密封圈2Ⅱ-22、Y型密封圈1Ⅱ-23、Y型密封圈2Ⅱ-24及活塞弹簧Ⅱ-20。活塞整体安装在泵体Ⅱ-09内。泵体Ⅱ-09一侧安装单向阀堵头Ⅱ-16、单向阀弹簧Ⅱ-15。出油口Ⅱ-10与泵体Ⅱ-09通过出油口定位螺钉Ⅱ-17连接定位。单向阀弹簧Ⅱ-15一端套在单向阀堵头Ⅱ-16上，另一端镶嵌在出油口Ⅱ-10弹簧槽内，防止单向阀堵头Ⅱ-16径向移动。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进一步密封油的泄露，Y型密封圈2Ⅱ-24唇口朝向外界防止外界杂质进入泵体Ⅱ-09内。活塞弹簧Ⅱ-20始使活塞Ⅱ-25与凸轮轴Ⅱ-27贴合，能够稳定的供油。当活塞Ⅱ-25每进行冲程一次，活塞运动腔Ⅱ-0901内空气通过泄气孔1Ⅱ-0902和泄气孔2Ⅱ-0902被排出到界外，供油腔1Ⅱ-0904和供油腔2Ⅱ-0905的中带有一定压力的油，克服单向阀弹簧Ⅱ-15的阻力被挤压到单向阀腔Ⅱ-0906内，接着通过出油口Ⅱ-10经过输油管道Ⅳ-13在喷嘴Ⅳ外部被低温气体雾化喷射到加工区域。当活塞Ⅱ-25每进行一次回程，单向阀堵头Ⅱ-16由于单向阀弹簧Ⅱ-15的弹力堵住供油腔1Ⅱ-0904和供油腔2Ⅱ-0905，防止油的回流。此时供油腔1Ⅱ-0904和供油腔2Ⅱ-0905内的压强小于外界压强，油被吸入到各供油腔内，完成一次供油。

如图17(a)、图17(b)、图17(c)、图17(d)所示，泵体Ⅱ-09设有活塞运动腔Ⅱ-0901、泄气孔1Ⅱ-0902、泄气孔2Ⅱ-0903、供油腔1Ⅱ-0904、供油腔2Ⅱ-0905、单向阀腔Ⅱ-0906、出油口定位孔Ⅱ-0907、进油口2Ⅱ-0908、进油口1Ⅱ-0909、泵体固定螺纹孔Ⅱ-0910、供油腔1流道Ⅱ-0911。泄气孔1Ⅱ-0902和泄气孔2Ⅱ-0903起到泵体Ⅱ-09泄气作用，否则气体排不出来，活塞运动腔Ⅱ-0901内气体压强急剧增大，有可能导致泵体Ⅱ-09整体脱离固定板Ⅱ-06。供油腔1流道Ⅱ-0911将供油腔1Ⅱ-0904和单向阀腔Ⅱ-0906联通。泵 体进油口2Ⅱ-0908设置在供油腔2Ⅱ-0905上，活塞Ⅱ-25回程结束后，直径为d₂₂的活塞段应该在进油口2Ⅱ-0908下方，留出进油口2Ⅱ-0908以便吸油。并且，密封圈不应移出各腔，防止密封圈频繁的进出各腔，导致密封性能下降；当活塞Ⅱ-25冲程结束后，活塞顶端应该越过进油口2Ⅱ-0908，在进油口2Ⅱ-0908的上方，防止把油压到进油口2Ⅱ-0908中，各台阶不应与泵体相撞，留出足够的间隙。同理，直径为d₂₁的活塞段与进油口1Ⅱ-0909工作过程相同。

如图18所示，活塞Ⅱ-25上设置有4个密封圈槽Ⅱ-2501、Ⅱ-2502、Ⅱ-2503和Ⅱ-2504，分别安装星型密封圈1Ⅱ-21、星型密封圈2Ⅱ-22、Y型密封圈1Ⅱ-23、Y型密封圈2Ⅱ-24。第一供油部分活塞杆直径为d₂₂，第二供油部分活塞杆直径为d₂₁，根据活塞杆直径的不同提供不同的供油量。忽略活塞Ⅱ-25与泵体Ⅱ-09之间的间隙，当电动机Ⅱ-31的转速n固定，活塞冲程距离l₂₁时，当只开进油口1Ⅱ-0909的导油管控油开关1Ⅱ-14，每小时消耗Q₁油量。当只开进油口2Ⅱ-0908的导油管控油开关2Ⅱ-13，每小时消耗Q₂油量，当两个控油阀Ⅱ-13和Ⅱ-14全打开时，消耗Q₃油量。

如图19所示，出油口Ⅱ-10部分包括出油口流道Ⅱ-1001、单向阀弹簧槽Ⅱ-1002、螺纹定位孔Ⅱ-1003。出油口Ⅱ-10可以设置多个出油口流道Ⅱ-1001，根据实际需要通过拆装出油口定位螺钉Ⅱ-17来更换出油口Ⅱ-10来选择合适的出油口流道Ⅱ-1001的数量。进一步地，出油口流道Ⅱ-1001应圆形等距分布，使纳米流体均匀的进入各流道。

如图20所示，固定板Ⅱ-06底部开有2个阶梯孔Ⅱ-0601，侧面开有1个阶梯孔Ⅱ-0602，阶梯孔Ⅱ-0601内装有固定板内六角螺钉Ⅱ-07来固定固定板Ⅱ-06和上箱体Ⅱ-04，阶梯孔Ⅱ-0602内装有泵体定位螺钉Ⅱ-18，来固定固定板Ⅱ-06和MQLSS泵体Ⅱ-09(结合图11(a))。进一步地，在固定板Ⅱ-06底部开有半圆型孔用来穿过活塞Ⅱ-25和凸轮弹簧Ⅱ-20。进一步地，固定板Ⅱ-06需要两个对称配合安装。进一步地，固定板Ⅱ-06和MQLSS上箱体Ⅱ-05固定后，在两块固定板Ⅱ-06上方安装固定板垫片Ⅱ-08，对泵体进行减震。

如图21、图21(a)所示，上箱体设有法兰孔Ⅱ-0501和螺纹孔Ⅱ-0502，法兰孔Ⅱ-0501通过螺栓Ⅱ-04、螺母垫片Ⅱ-03、螺母Ⅱ-01与下箱体Ⅱ-30固定。螺纹孔Ⅱ-0502通过固定板内六角螺钉Ⅱ-07使上箱体Ⅱ-05与固定板Ⅱ-06固定(结合图11(a))。

如图22所示，凸轮Ⅱ-2702直接在轴上铣制，凸轮轴Ⅱ-27上设有凸轮键槽Ⅱ-2701，通过凸轮键Ⅱ-26与Ⅱ-32联轴器相连。进一步地，根据实际情况，可以在轴上铣制多个凸轮Ⅱ-2702组装多个MQSS系统，并且每个凸轮的升程l₂₁根据实际工况而定，从而实现在固定转速情况下调节提供多路纳米流体，并且每路纳米流体流量可以不同，满足不同工况需求。

如图23和图24所示，MQLSS整体(结合图11)由电磁调速电动机Ⅱ-31驱动，通过控制电动机Ⅱ-31的转速来控制MQLSS供油的频率，进而从一方面控制MQLSS单位时间的供油量。其中MQLSS整体和电磁调速电动机Ⅱ-31通过联轴器Ⅱ-32相连。

图25为GDCV实施例1爆炸图，各零件陈列其中。图26、图27、图28和图29均为GDCV实施例1示意图。气体分配控制阀(GDCV)是利用改变流道通流面积原理来控制气体流量，从而不可避免的造成局部损失，本方案基于闸阀能量局部损失较小原理设计，GDCV壳体设置2个或4个出气口，同时对应2个或4个控气阀。本方案以分配4个控气阀为例。

如图26所示，控气阀部分又有螺柱Ⅲ-0602，螺母1Ⅲ-0603、螺母2Ⅲ-0604组成，其中螺柱Ⅲ-0602一端设置有细螺纹，另一端设置有与螺柱同直径球径为d₃₁的半球，并且螺柱Ⅲ-0602上开有密封圈槽Ⅲ-0601。其中，螺柱Ⅲ-0602的螺纹旋向与螺母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与螺柱Ⅲ-0602利用一定的方式(如胶接)固定，防止在调整控气阀Ⅲ-06时螺母2Ⅲ-0604与螺柱Ⅲ-0602产生松动。控气阀螺纹均用细牙螺纹，细牙螺纹由于螺距小能够实现微调的作用，并且能够更好的起到气体密封作用；细牙螺纹螺旋升角小更有利于控制阀Ⅲ-06的自锁。

如图27(a)、图27(b)、图27(c)所示，首先将控气阀螺柱Ⅲ-0602从控气阀接头Ⅲ-05旋入，再依次旋入控气阀螺母1Ⅲ-0603和控气阀螺母2Ⅲ-0604，然后在控气阀螺柱Ⅲ-0602上安装O型密封圈Ⅲ-07，最后将控气阀接头Ⅲ-05、O型密封圈Ⅲ-07和控气阀整体Ⅲ-06旋入到GDCV壳体Ⅲ-03内，控气阀接头Ⅲ-05和GDCV壳体Ⅲ-03之间装有密封垫片2Ⅲ-04。最后分别将进气口快速插头Ⅲ-01、出气口快速插头Ⅲ-09旋入到GDCV壳体Ⅲ-03中。其中，进气口快速插头Ⅲ-01与GDCV壳体Ⅲ-03之间装有密封垫片1Ⅲ-02,出气口快速插头Ⅲ-09与GDCV壳体之间装有密封垫片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能够有效的阻止气体的外漏；第二，O型密封圈Ⅲ-07由于受到压缩使得控气阀螺柱Ⅲ-0602与GDCV壳体Ⅲ-03存在一定的阻尼，能够有效减小控气阀因受气体冲击作用而发生震动从而松动，起到定位作用；第三，当控气阀Ⅲ-06外旋的时候，O型密封圈Ⅲ-07移动到控气阀接头Ⅲ-05处，O型密封圈外径大于控气阀接头Ⅲ-05内径，不能继续向外移动，防止GDCV控气阀Ⅲ-06过度旋出而脱离控气阀接头Ⅲ-05。

如图28、图28(a)、图28(b)所示，GDCV壳体Ⅲ-03的上设置有壳体进气主流道Ⅲ-0301、壳体控气阀接口Ⅲ-0302、壳体出气口Ⅲ-0303、壳体气体分流道Ⅲ-0304。其中，壳体气体分流道Ⅲ-0304直径为d₃₁，与控气阀螺柱Ⅲ-0602半球部分球径d₃₁相等，从而当全部旋紧控气阀Ⅲ-06时，使得控气阀Ⅲ-06与壳体气体流道Ⅲ-0304紧密结合，防止气体泄露。

进一步地，壳体进气口主流道Ⅲ-0301为圆形通道，气体分流道Ⅲ-0304沿中心等分均匀圆形布置，使气体均匀的进入到各流道Ⅲ-0304；控气阀Ⅲ-06分布在壳体的左右两个面上。

如图29所示，控气阀接头Ⅲ-05上设置外螺纹Ⅲ-0501和内螺纹Ⅲ-0502，外螺纹Ⅲ-0502与GDCV壳体Ⅲ-03连接，内螺纹Ⅲ-0502与GDCV控气阀螺柱Ⅲ-0602连接。

如图30所示，图30为GDCV实施例2爆炸图，各零件陈列其中。图26、图29、图31、图31(a)、图32和图32(a)均为GDCV实施例2示意图。其中控气阀部分Ⅲ-06(图22)、控气阀接头Ⅲ-05(图29)与实施例1结构相同。

如图31、图31(a)所示，将进气口端盖Ⅲ-12和出气口快速插头Ⅲ-09安装到GDCV壳体Ⅲ-10上。其中，出气口快速插头Ⅲ-09和GDCV壳体Ⅲ-10为螺纹连接，之间有密封垫片3Ⅲ-11。进气口端盖Ⅲ-12与GDCV壳体Ⅲ-10用螺钉Ⅲ-14连接，之间有进气口端盖密封垫片Ⅲ-11和螺钉垫片Ⅲ-13。进一步地，壳体进气口主流道为矩形通道，气体分流道在矩形主流道上等距分布；控气阀Ⅲ-06集中分布在壳体的一个面上。

如图32、32(a)所示，控气阀部分Ⅲ-06和控气阀接头Ⅲ-05安装和实施例1图27安装方法相同。不做重复赘述。如图33所示，为低温油气外混合喷嘴(简称喷嘴)爆炸图，各零件陈列如图。如图34、图34(a)所示，喷嘴气体进入管Ⅳ-06和蛇形管Ⅳ-09螺纹连接，喷嘴套筒Ⅳ-02与气体进入管Ⅳ-06螺纹连接，输油管Ⅳ-13与喷嘴喷针Ⅳ-01过盈连接，锥形管Ⅳ-03与保温管Ⅳ-05间隙配合连接，喷嘴喷针Ⅳ-01与锥形管Ⅳ-03间隙配合连接。保温管Ⅳ-05在气体进入管Ⅳ-06和喷嘴套筒Ⅳ-02内部，输油管在保温管内Ⅳ-05部。保温管Ⅳ-05和气体进入管Ⅳ-06之间设有密封垫片组合1Ⅳ-07和密封垫片组合2Ⅳ-08，保温管Ⅳ-05与喷嘴锥形管Ⅳ-03设有密封垫片Ⅳ-04，蛇形管Ⅳ-09通过喷嘴固定块Ⅳ-11、Ⅳ-12进行固定安装到加工区域。

如图35所示，进气管设置有台阶1Ⅳ-0601、台阶2Ⅳ-0602、进气通道Ⅳ-0603。台阶1Ⅳ-0602用于喷嘴密封垫片组合1Ⅳ-07的定位，台阶2Ⅳ-0601用于喷嘴密封垫片组合2Ⅳ-08的定位。进一步地，20°<γ₂<40°。如图36所示，喷嘴喷针Ⅳ-01中间设置有台阶，来使喷嘴喷针Ⅳ-01和喷嘴锥形管Ⅳ-03定位。

如图37(a)、图37(b)、图37(c)所示，喷嘴锥形管Ⅳ-03设置有喷针通道Ⅳ-0301、锥形管肋板通气孔Ⅳ-0302、锥形管肋板Ⅳ-0303。其中，锥形管肋板Ⅳ-0303与喷嘴套筒Ⅳ-02连接对保温管Ⅳ-05起到一定支撑作用。锥形管肋板通孔Ⅳ-0202使低温气体通流。为了使锥形管肋板能够更稳定支撑应至少设置3个。锥形管角度γ₁应满足3°≤γ₁≤15°。

如图38所示，喷嘴套筒锥形部分角度应与喷嘴锥形管Ⅳ-03角度相同。其中喷嘴套筒平直部分内径d₄₂>d₄₁，更好的对喷嘴套筒Ⅳ-02进行装配。

如图39(a)、图39(b)所示，喷嘴固定块1Ⅳ-12和喷嘴固定块2Ⅳ-13中间都有半六边形孔，并且喷嘴固定块2Ⅳ-13设有螺纹孔。喷嘴固定块1Ⅳ-12和喷嘴固定块2Ⅳ-13两个半六边形孔组合来装夹六边形蛇形管螺母，并用固定块内六角螺钉Ⅳ-10夹紧固定蛇形管Ⅳ-09，从而固定喷嘴Ⅳ整体。喷嘴固定块可以采用金属等磁性材料，够吸附在加工区域附近磁盘上。

本方案具体工作过程如下：

膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统由低温气体产生装置Ⅰ、纳米流体微量润滑供给系统Ⅱ、气体分配控制阀Ⅲ和低温油气混合喷嘴Ⅳ四部分构成。

当使用该系统对工件进行磨削时，首先打开电磁调速电动机Ⅱ-31及MQLSS。因为MQLSS出油口Ⅱ-10与外混合喷嘴喷针Ⅳ-01之间通过输油管Ⅳ-13相连，所以先打开MQLSS进行供油充满输油管Ⅳ-13，在此操作过程中，应同时开启MQLSS带开关的导油管Ⅱ-13、Ⅱ-14，提高电动机Ⅱ-31的转速，加快供油节约供油预备时间，提高加工效率。MQLSS由电磁调速电动机Ⅱ-31驱动，电动机Ⅱ-31每转动一圈带动凸轮轴Ⅱ-27旋转一圈，活塞进行一次冲程回程运动，完成一次供油。MQLSS通过调节电动机转速Ⅱ-31和开启关闭导油管开关Ⅱ-13、Ⅱ-14实现油量的控制。优先调节导油管开关Ⅱ-13、Ⅱ-14对供油量实现3级调节，若不能满足供油要求，则调节电动机Ⅱ-31转速，改变供油频率。MQLSS优先选用电动机低频工作，这样不仅能节约电动机的电能而且还能够有效的减小凸轮轴Ⅱ-27和活塞Ⅱ-25之间的磨损、密封圈与泵体Ⅱ-09之间的磨损。

在MQLSSⅡ提供的纳米流体从喷嘴Ⅳ喷出之后，打开空气压缩机，经过普通降温、过滤、干燥后的纯净气体进入膨胀机Ⅰ内，气体经过膨胀机Ⅰ进行近似等熵膨胀温度下降后，气体从膨胀机出气口导流Ⅰ-10排到保温管通道内，进而输送到气体分配控制阀Ⅲ中，通过调节气体分配控制阀的控制阀部分Ⅲ-06来改变气体流通面积起到控制气体流量的作用。

低温冷气从喷嘴的进入管Ⅳ-06通入，MQLSSⅡ供给的纳米流体通过输油管Ⅳ-13从喷嘴喷针Ⅳ-01喷出，与低温气体在喷嘴Ⅳ外部混合，喷嘴成锥形喷射气体，在气体聚焦处使纳米流体雾化，低温气体携带雾化后的细小油滴穿过砂轮楔形气障层喷射到磨削区。

透平膨胀机制冷机理：

绝热等熵膨胀是获得低温的重要效应之一，透平膨胀机作为获得低温的主要设备，和节流方法相比，其工作过程更接近与等熵过程，具有效率高、尺寸小、重量轻。通气量大、运转周期长、工作稳定等特点。

本方案采用半开式工作轮的单级向心径-轴反作用式透平膨胀机，它具有级焓降大，允许转速高，结构简单，热效率高等特点。主要由膨胀机制冷部分、制动器部分及机体三部分组成。压缩空气进入到膨胀机蜗壳，把气流均匀地分配给膨胀机喷嘴，气流在喷嘴中第一次膨胀，把一部分焓降转变成气流的动能，因而推动制冷叶轮输出外功。同时，剩余的一部分焓降也因为气流在工作轮继续膨胀而转换成外功输出。膨胀后的低温气体经过出气口导流排出到保温管道。本方案透平膨胀机采用风机止动，止动空气通过进气导流吸入，经止动叶轮压缩后，再经止动蜗壳扩压排出界外。膨胀机壳体起到传递、支撑和隔热作用。膨胀机主轴把透平膨胀机的功率传给右端的制动器，主轴支撑在膨胀机壳体的深沟球轴承上。本方案采用油润滑深沟球轴承，为了避免油的泄露进入到膨胀机叶轮中，采用迷宫密封和螺旋密封组合共同对低温气体和润滑油起到有效的密封作用。

迷宫密封，是在旋转部件与静止部件之间设置迷宫间隙，利用流体流经环形密封齿与轴形成的一系列节流间隙与膨胀空腔，产生节流效应而达到阻漏的目的。迷宫密封具有结构简单、无磨损、不需要润滑和维修方便等优点。但是迷宫密封相对于机械密封存在流体泄漏量较多的缺点，在重载以及密封要求高的工作条件下与其他密封联合使用更为可靠。

螺旋迷宫密封，是在轴的表面和套内壁面分别加工有方向相反的多头螺纹，内外螺纹的间隔着间隙交叉着。当轴转动时，流体在旋向相反的螺旋间发生涡流摩擦，产生压头克服泄露。转速越高，泄漏量越少。其中，密封效果与螺纹形状、间隙有关。在密封直径与工作长度相同时，三角形螺纹密封效果最好。但是螺旋迷宫密封在停车时，无法起到密封效果。所以在本方案中，在螺旋迷宫密封中设置甩油腔，在转子停止转动或者转速降低使得螺旋迷宫密封效果下降时，甩油腔能够有效的阻止油进入到螺旋迷宫密封转子和定子之中。

采用迷宫密封和螺旋迷宫密封，非常适用于透平膨胀机中，因为均属于非接触密封，解决了机械密封无法应用在高速状态下的缺点，并且高速状态都有利于两者的密封效果。迷宫密封主要用于密封气体、螺旋迷宫密封主要用于密封油，同时采用迷宫密封和螺旋迷宫密封，两者密封效果要好于单种。

纳米流体微量润滑供给系统供油及流量调节机理：

纳米流体微量润滑供给系统主要是靠电动机带动凸轮轴旋转，进而驱动凸轮活塞实现活塞与泵体产生相对运动，当活塞冲程时把泵体各供油腔里的油排出去，当活塞回程时在泵体各供油腔形成真空将进油口的油吸到供油腔以备下一次供油。

忽略MQLSS活塞与MQLSS泵体之间的间隙，当电动机的转速n固定，活塞冲程距离l₂₁时，当只开进油口1的导油管控油开关1，每小时消耗Q₁油量。当只开进油口2导油管控油开关2，每小时消耗Q₂油量，当两个控油阀和全打开时，消耗Q₃油量。其中：

式中，Q——单位时间内供油量，ml/h；n——电动机转速，r/min；d——活塞杆直径，mm；l₂₁——凸轮升程，mm。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，其特征在于，包括膨胀机，其用于将通入其内的压缩气体进行近似等熵膨胀降温后形成低温冷气；

纳米流体微量润滑供给系统，其包括泵体、凸轮轴和活塞，活塞安装在泵体内，所述凸轮轴与电磁调速电动机相连，电磁调速电动机用于驱动凸轮轴旋转进而驱动泵体和活塞两者周期性相对运动，进而将纳米流体按照一定脉冲频率输送至输油管内；

外混合喷嘴，其包括喷嘴气体进入管和喷嘴喷针，输油管伸入至喷嘴气体进入管内，输油管与喷嘴气体进入管之间设置有保温管，保温管和喷嘴气体进入管之间通入膨胀机产生的低温冷气；喷嘴喷针一端连通输油管，喷嘴喷针另一端向外延伸至外混合喷嘴的外部；输油管内的纳米流体从喷嘴喷针喷出，进而与喷出所述外混合喷嘴外的低温冷气混合后雾化。

2.如权利要求1所述的一种膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，其特征在于，该系统还包括气体分配控制阀，气体分配控制阀通过保温管路连通膨胀机和外混合喷嘴，低温气体通过气体分配控制阀流量调节后输送到外混合喷嘴，所述气体分配控制阀用于通过改变气体流通面积来控制低温冷气的气体流量；

进一步地，所述气体分配控制阀，包括GDCV壳体，其设置2个或4个出气口，同时对应2个或4个控气阀；控气阀和GDCV壳体之间设有O型密封圈；

进一步地，所述GDCV壳体上设置有壳体进气口，壳体进气口主流道为圆形通道，气体分流道沿中心等分均匀圆形布置，使进入的气体均匀的进入到各流道，控气阀分布在GDCV壳体的左右两个面上。

3.如权利要求1所述的一种膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，其特征在于，所述膨胀机包括膨胀机壳体，膨胀机壳体内设置有膨胀机叶轮，膨胀机叶轮开有毂键槽，毂键槽内设置有键，键与膨胀机主轴连接；

进一步地，所述膨胀机叶轮为半开式径-轴流式叶轮。

4.如权利要求3所述的一种膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，其特征在于，所述膨胀机壳体上固定连接有膨胀机喷嘴，膨胀机喷嘴与膨胀机叶轮之间还设置有非接触式密封的迷宫密封组合，用于密封低温气体的泄露。

5.如权利要求4所述的一种膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，其特征在于，所述迷宫密封组合包括迷宫密封转子和若干迷宫密封齿片，宫密封转子设置为阶梯型且与膨胀机主轴过盈连接；迷宫密封齿片分别镶嵌在迷宫密封的上盖和下盖上，迷宫密封齿片与密封转子有一定的间隙；迷宫密封的上盖和下盖固定连接，且均与膨胀机壳体过渡配合连接。

6.如权利要求3所述的一种膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，其特征在于，所述膨胀机主轴两端连接有深沟球轴承，膨胀机主轴两侧还对称设置有螺旋迷宫密封组合；所述螺旋迷宫密封组合包括螺旋迷宫密封定子和螺旋迷宫密封转子，螺旋迷宫转子一端与膨胀机主轴相连，另一端与螺旋迷宫密封定子形成甩油腔，甩油腔下方设置有甩油腔出口。

7.如权利要求6所述的一种膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，其特征在于，所述膨胀机壳体上设置有壳体进油口、轴承流道、第一壳体出油口流道和第二壳体出油口流道，润滑油依次经壳体进油口和轴承流道输送至深沟球轴承来对其进行润滑和降温；流入深沟球轴承的润滑油中的一部分从第一壳体出油口流道流出，剩余部分进入螺旋迷宫密封组合的甩油腔，最后依次经甩油腔出口和第二壳体出油口流道流出。

8.如权利要求6所述的一种膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，其特征在于，螺旋迷宫密封定子与螺旋迷宫密封转子螺旋方向相反，螺旋迷宫定子的旋向与进油的方向相同。

9.如权利要求1所述的一种膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，其特征在于，所述泵体固定连接有出油口，出油口设置弹簧槽，弹簧槽内固定有单向阀弹簧，单向阀弹簧连接单向阀堵头；当活塞每进行一次回程，由于单向阀弹簧的弹力，单向阀堵头堵住供油腔，防止油的回流；

进一步地，泵体内设置泄气孔，泄气孔提供吸气、泄气通道，防止活塞冲程时不排气，则导致活塞腔气体被压缩压力过高气有可能导致泵体整体脱离；

进一步地，根据不同需油量，在弹簧槽的周边等分均匀的设置多个出油口流道。

10.如权利要求1所述的一种膨胀机制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统，其特征在于，所述喷嘴喷针的中间设置有台阶；

进一步地，喷嘴锥形管渐缩角度γ₁满足3°≤γ₁≤15°。