[发明专利]一种面向超低温冷却加工的独立式液氮供给与调控装置

摘要

本发明属于属于低温加工技术领域，提供一种面向超低温冷却加工的独立式液氮供给与调控装置，包括液氮供给传输单元、传感执行单元和控制单元，实现了超低温冷却加工中液氮压力、流量、温度的稳定调控。调控装置入口端安装减压阀，实现液氮传输压力的稳定控制；采用耐超低温的科氏力流量计，精准测量液氮质量流量与混合密度，实现管路中气相比例的实时判别与监测；通过流量计、液位计、压力传感器、温度传感器等检测单元，调节阀、减压阀等执行单元，以及工业平板、数据采集卡等控制单元，实现液氮压力、流量、温度、密度、储量等状态的实时监测，以及压力、流量、温度的联合控制；独立式装置的可移动设计，为普通机床的超低温冷却加工提供了支持。

主权项

1.一种面向超低温冷却加工的独立式液氮供给与调控装置，其特征在于，该独立式液氮供给与调控装置包括液氮供给传输单元、传感执行单元和控制单元，其中液氮供给传输单元包括液氮源和传输管路；传感执行单元包括各类传感器与阀类元件，负责液氮状态检测与调节；控制单元主要由控制器和数据传输模块组成，负责数据的采集和运算以及状态信息显示与命令传递；/n所述的液氮供给传输单元包括手推车(1.1)、液氮储罐(1.2)、截止阀(1.3)、入口端真空软管(1.6)、真空硬管(1.7)、硬管一(1.8)、硬管二(1.9)、硬管三(1.10)、出口端真空软管(1.11)和喷嘴(1.12)；液氮储罐(1.2)放置于手推车(1.1)上，方便移动；液氮储罐(1.2)顶部设有控制液氮进出液的截止阀(1.3)与检测液氮储量的液位计(1.4)；液氮储罐(1.2)通过接头(1.5)与入口端真空软管(1.6)连接，入口端真空软管(1.6)与真空硬管(1.7)通过法兰一(1.a)连接，其中真空硬管(1.7)另一端位于控制柜(2.1)内部，竖直方向上距离柜底为柜子高度的1/3；在控制柜(2.1)内部，真空硬管(1.7)与减压阀(2.2)通过法兰二(1.b)连接，保证减压阀(2.2)竖直安装；减压阀(2.2)另一端与硬管一(1.8)通过法兰三(1.c)连接，在硬管一(1.8)中部钻孔并将入口压力传感器(2.3)的测量端伸入管内，然后将孔封死；硬管一(1.8)另一端通过法兰四(1.d)与流量计(2.4)连接，保证流量计(2.4)竖直安装；流量计(2.4)另一端与硬管二(1.9)通过法兰五(1.e)连接，在硬管二(1.9)上钻孔并安装安全阀(2.5)；电动调节阀(2.6)一端通过法兰六(1.f)与硬管二(1.9)连接，另一端通过法兰七(1.g)与硬管三(1.10)连接，电动调节阀(2.6)竖直安装且通过两个螺栓(1.i)固定于控制柜(2.1)；在硬管三(1.10)上按一定间距钻两个孔，依次将温度传感器(2.7)和出口压力传感器(2.8)的测量端伸入管内，然后将孔封死；硬管三(1.10)通过法兰八(1.h)与出口端真空软管(1.11)连接；出口端真空软管(1.11)末端采用螺纹连接方式安装喷嘴(1.12)；除软管外所有管路保证水平安装，法兰中间的结合面都采用聚四氟乙烯垫片密封；对控制柜(2.1)内的水平管路作隔热处理，形成保冷层(2.9)，从而减少液氮传输过程中的气化并保证压力、流量和温度的稳定性；/n所述的传感执行单元包括液位计(1.4)、流量计(2.4)、安全阀(2.5)、入口压力传感器(2.3)、出口压力传感器(2.8)、温度传感器(2.7)、减压阀(2.2)和电动调节阀(2.6)；/n所述的控制单元包括工业平板(3.1)、24V电源(3.2)、继电器(3.3)、A/D采集卡(3.4)、D/A采集卡(3.5)、开启键(3.6)和关闭键(3.7)；控制单元安装在控制柜(2.1)的右上方区域，控制单元内部、控制单元与传感执行单元之间采用导线连接；开启键(3.6)和关闭键(3.7)分别与继电器(3.3)连接，控制220V电路的通断；继电器(3.3)分别与工业平板(3.1)、24V电源(3.2)、电动调节阀(2.6)连接，为其提供220V电源；24V电源(3.2)与液位计(1.4)、流量计(2.4)、温度传感器(2.7)、入口压力传感器(2.3)、出口压力传感器(2.8)、减压阀(2.2)、A/D采集卡(3.4)和D/A采集卡(3.5)连接，并为之供电；工业平板(3.1)与A/D采集卡(3.4)和D/A采集卡(3.5)连接；液位计(1.4)将液氮储罐(1.2)中的液氮储量实时转换成模拟量信号，通过A/D采集卡(3.4)转换成数字量信号传输至工业平板(3.1)；通过相同的方式，流量计(2.4)将液氮流量和混合密度实时传输至工业平板(3.1)，温度传感器(2.7)将液氮实时温度传输至工业平板(3.1)，入口压力传感器(2.3)将液氮实时输入压力传输至工业平板(3.1)，出口压力传感器(2.8)将液氮实时输出压力传输至工业平板(3.1)；工业平板(3.1)实现数据的实时处理以及数值和变化曲线的实时显示，同时可在工业平板(3.1)内输入设定入口压力值和阀口开度值，通过D/A采集卡(3.5)转换成模拟量，并将模拟量传输至减压阀(2.2)和电动调节阀(2.6)，实现液氮压力、流量和温度的调节；减压阀(2.2)除调节液氮压力外，还能起到稳定压力的作用；电动调节阀(2.6)的阀口开度值h与液氮流量q的关系为：/n /n式中，K_vs为调节阀额定流量系数，S为液氮与水的密度比值，ΔP为调节阀前后压差；/n实施液氮供给与调控时，首先按下开启键(3.6)，确保调控装置上电工作，然后将电动调节阀(2.6)的阀口开度值调到最大，保证传输管路畅通的同时减少管路预冷时间，之后拧开液氮储罐(1.2)上的截止阀(1.3)，液氮通过管路从喷嘴(1.12)中喷出；观察工业平板(3.1)中的实时监测数据，等待液氮温度降低至-170℃以下且基本稳定后，控制减压阀(2.2)与电动调节阀(2.6)，实现液氮压力与流量的调节，此时液氮温度的调控可通过调节流量来实现；超低温冷却加工完成后，首先关闭截止阀(1.3)，然后按下关闭键(3.7)，确保调控装置下电。/n