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黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻翻譯） 第12頁
機床冷卻器的容量控制方案和系統(tǒng)性能的實驗研究
摘要：在機械加工行業(yè)中，高度精確的制造只能獲得精確的溫度控制冷卻液（油或水）。穩(wěn)定和先進的工作組件的精密機床工具需要適當?shù)睦鋮s。然而，機床冷卻器所面臨的冷卻溫度控制和戲劇性的變化在于高精度加工中的熱負荷。本研究的主要目的是評估的熱氣體的影響，調節(jié)機床冷卻系統(tǒng)的控制能力。在這項研究中，實驗研究都已提出計劃和控制調節(jié)容量的控制閥。毛細管和熱力膨脹的影響隨著不同容量的控制的閥門在環(huán)境試驗室已被廣泛研究。冷卻系統(tǒng)的性能和功耗消費的測量分析，已經比較出不同的冷卻液溫度調節(jié)閥的百分比。實驗結果表明，功耗將減少使用熱氣旁路計劃控制能力，但整個系統(tǒng)的性能系數(shù)（COP）會減少。冷卻液溫度較低，將導致更高的壓縮機功耗。在進行吸氣閥調節(jié)容量控制在10％-12％的范圍內，可以得到不同條件下熱力膨脹閥蒸發(fā)器的負荷。它還表明，吸氣可以提供足夠的熱力膨脹。閥門調節(jié)穩(wěn)定的能力和節(jié)能效果已經得到確認。建議用不同容量的控制冷卻器系統(tǒng)計劃，不僅不超過逆變器驅動系統(tǒng)的成本效益，而且還可以執(zhí)行節(jié)能和精確的溫度控制和特定的高精度機床冷卻。
關鍵詞：機床冷卻器，熱氣體通過PAS，吸力調節(jié)，控制能力
1. 引言
在啟閉軸承和齒輪產生的熱量高速加工機床的情況下，預熱機床主軸和主軸從列的中心偏離，從而導致精度差。此外，在機冷卻器的應用中，可能因超過負荷，加工負荷或裝卸，周圍的天氣變化或其他因素，會影響一些控制計劃可取油（或水）溫度的準確性。此外，機冷卻器最好的管理者是冷卻液溫度，所以應避免偏離主軸中心線。但是，機器面臨的冷卻控制溫度和熱負荷的急劇變化會影響高精度的加工。容量調節(jié)可以減少壓縮機循環(huán)，降低起動負荷，避免溫度波動。因此，機冷卻器適當?shù)娜萘靠刂剖潜夭豢缮俚?。高度精確的處理，可以得到如切削油，冷卻液溫度控制，磨油和純凈水。熱氣旁通計劃是廣泛被接受在小型制冷系統(tǒng)的容量控制。研究蒸汽的容量控制，注入熱氣體至壓縮制冷系統(tǒng)，制冷劑進入壓縮機的吸管，這樣可以減少蒸發(fā)器的負荷。對比研究還提出了不同系統(tǒng)的性能系數(shù)（COP）和經營溫度。此外，還采用了熱氣旁通技術，以減少容量制冷系統(tǒng)的損耗。基于性能分析熱力學第一定律和第二定律的全面討論，提出展示制冷性能在循環(huán)測試的系統(tǒng)有三個蒸發(fā)器可以熱氣除霜。它還表明，熱氣體旁路方法提出了更高的制冷能力和甚至循環(huán)溫度波動小于它需要的壓縮機功耗等。用調查的可行性和通熱氣體性能的方法來延緩熱泵系統(tǒng)結霜的速度。從結果實驗結果表明，熱氣旁通方法不僅有阻礙霜凍的形成的功能，還有可提高COP的能力。抽吸氣體節(jié)流是另一種能力制冷系統(tǒng)的控制方法。它可以調整和減少通過壓縮機的制冷流量。提出了蒸發(fā)壓力的實驗性能在開放式的調節(jié)閥中運行。現(xiàn)場試驗表明，蒸發(fā)器壓力調節(jié)閥方案是可行的。這種方法能改善內閣溫度和減少結霜。此外，熱氣旁通和吸入閥的比較反映了調節(jié)控制能力是可以變化的。這表明，吸調方法被證明是更節(jié)能，特別是在低蒸發(fā)器負載條件的情況下。選型成本效益高的節(jié)流裝置對制冷系統(tǒng)的控制至關重要。毛細管作為一個小的擴展設備已被廣泛應用于制冷和空調系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是操作簡單，成本低。實證的相關性和評級圖表明絕熱毛細管替代制冷劑已經研制成功。并且已經制定了數(shù)值模型來模擬一個短暫的恒溫控制的冷卻水蒸發(fā)膨脹閥（TEV）。結果表明：蒸發(fā)器和TEV系統(tǒng)的穩(wěn)定性依賴TEV的特色和輸入性質。在蒸發(fā)器中的突然變化對性能的影響是不言而喻的。分析表明，突然改變可能導致系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至在一段時間不能穩(wěn)定運行。通過使用改進的空氣冷水機組輔助毛細管，并且有了廣泛的應用環(huán)境。在這項研究中，同時使用熱氣旁通計劃和吸氣閥調節(jié)的控制能力進行評估一個HFC-407C機床冷卻器的性能。毛細管和熱力膨脹閥隨著不同容量的控制而改變。冷卻性能和功耗冷卻系統(tǒng)也將被測量和分析比較，不同的節(jié)流開口比例根據(jù)特定的冷卻水溫度的閥門而確定。實驗結果可以提供有價值的信息，對與機床冷卻器系統(tǒng)，機床成本效益的高低是最重要的。
2.實驗設置和測試
被廣泛用于防止機床冷卻器主軸熱變形的溫度已經升高。典型機床冷卻器系統(tǒng)包括壓縮機，風冷翅片式冷凝器，膨脹設備外殼和線圈冷卻器（蒸發(fā)器）。次要冷凍冷卻劑（水或油）被抽入機刀具時冷卻系統(tǒng)降溫，蒸發(fā)器負荷發(fā)電儲存在水箱加工過程中。機床冷卻系統(tǒng)的框圖如圖1。
圖1 機床冷卻系統(tǒng)
實驗設施用于測試計劃和兩個容量控制方案的比較，即熱氣體通計劃和吸氣閥調節(jié)分別控制。實驗臺的上部由四個主要部件（包括壓縮機，冷凝器，膨脹裝置和蒸發(fā)器）組成典型的蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)。環(huán)保HFC-407C制冷劑被用來作為工作液。有兩個分別安裝在節(jié)流裝置，以便比較系統(tǒng)的變化性能。在所有主要入口和出口，截止閥，溫度傳感器和組裝件安裝妥當以便于更換部件和測量。二循環(huán)包括熱氣體通線和容量控制吸氣閥調節(jié)線的設計和調制一個PID（比例-積分-微分）控制比例閥。實驗臺的下部（見圖1）是冷卻液循環(huán)，產生冷凍水（或冷凍油）從而加工降溫產生的熱量。它由冷卻水箱，水泵，散熱器和硅控整流器（SCR）調制加熱器。可控硅負載模擬器是用于生成精確的熱負荷，一般模擬范圍從0千瓦到1千瓦。安裝調節(jié)閥流量計以便穩(wěn)定冷卻劑的流速。體積流率在20L / min內，設置相匹配的商業(yè)流量可用機床冷卻器。冷卻水箱，加熱器和所有管道循環(huán)以及絕緣，熱損失可以忽略。在整個系統(tǒng)進行測試直到穩(wěn)態(tài)運行的條件下，模擬器熱功率計可以測量負載對應在蒸發(fā)器的冷負荷。這樣可提供精確的冷卻液溫度，控制精度為0.2℃，一個高品質的RTD（PT-100Ω）傳感器與不確定性0.1℃的使用蒸發(fā)器出口。反饋控制通過PID控制器進行不斷調整比例，熱氣旁路閥或吸氣調節(jié)閥可以在不同的操作模式下進行。根據(jù)PID控制算法，我們可以實現(xiàn)精確的冷卻液溫度控制在固定蒸發(fā)器負荷下。圖2表示快實驗設施。
圖2 實驗設施快照
熱氣旁通回路組成一個比例閥，這是由一個PID控制器驅動。它可以提供額外的負載，從壓縮機排出線，以彌補減少蒸發(fā)器的負荷，使冷卻液溫度能保持穩(wěn)定。如果蒸發(fā)器負荷閥門開啟的百分比下降，就會增加提供額外的熱氣體，以保持恒定的冷卻劑溫度，反之亦然。一個測試長度為1.0毫米毛細管，我們可以初步研究HFC-407冷卻系統(tǒng)的不確定性，也可以估計他的最佳性能，所有的實驗數(shù)據(jù)被記錄在穩(wěn)定狀態(tài)。功耗壓縮機能衡量一個具有功率計滿刻度的0.01％的不確定性。此外，執(zhí)行機構熱氣旁通閥可以由4-20毫安的Visual Basic編程的PID電流信號控制器控制。從電腦中比例閥的開度很容易被記錄。性能分析冷卻系統(tǒng)可以收集和比較不同蒸發(fā)器負荷和冷卻液溫度?？刂颇芰Φ牧硪环N選擇是吸氣閥調節(jié)方案，正如圖所示。同一比例閥被安裝在吸線壓縮機上，當蒸發(fā)器負荷下降時，開放吸氣閥的百分比將減少，制冷劑質量流量下降到一定值以便匹配冷負荷。不同的節(jié)流裝置，包括毛細管管和TEV進行審查變異散熱時，功耗表現(xiàn)都能從冷卻系統(tǒng)中看出。此外，控制算法以及PID控制器的吸氣閥調控能用相同的熱氣體方案。所有的實驗進行都在環(huán)境試驗室（圖3所示），以確保環(huán)境條件的影響最小。測試房間溫度達到設計規(guī)范范圍從至45℃到0.5℃。不確定性PID控制器的相對濕度范圍控制從30％-90％RH。鹽水冷卻器是用來提供冷卻效果的，而SCR熱水器則是用來控制相對濕度環(huán)境試驗室的。
圖3 環(huán)境實驗室
3.結論
為了確定最佳毛細管長度HFC-407C的冷卻系統(tǒng)，我們應該嘗試進行固定冷卻液溫度為20℃，精度為0.2℃的條件。（TCW）毛細管的直徑約為0.75毫米。測試進行中環(huán)境試驗室環(huán)境溫度為27℃（CT）。功耗壓縮機隨長度的增加毛細管長度也增加（從L=100厘米L為120厘米）。功耗的增加而長度增加從L=120厘米至L=140厘米這樣有不斷冷卻的能力。此后，將毛細管長度與其他系統(tǒng)相比，固定在L=120厘米的參數(shù)。此外，熱氣體的變化，旁通閥打開壓縮機功耗的百分比不同的蒸發(fā)器負載條件下也說明這種情況。隨著蒸發(fā)器負荷的下降，熱氣旁通閥的比例將增加，這樣能提供裝載保持恒定冷卻液的蒸發(fā)溫度。這將導致功率下降壓縮機的消費或多或少能影響著熱氣體的能力控制方案。
圖4 旁通閥開啟后熱氣體的變化
通閥門開度變化的熱氣體在不同的冷卻液溫度20℃和26℃的比例下，提出了不同的蒸發(fā)器負荷如圖4。這樣會導致冷卻液溫度較低（TCW= 20℃）。因為在較高的壓縮機功耗的情況下能降低蒸發(fā)溫度。此外，由于蒸發(fā)器負載降低，不斷的冷卻液溫度將影響著蒸發(fā)負載。不同的冷卻液溫度下降的趨勢是類似（TCW=20℃和TCW=26℃）時的情況。它變得更加明顯，冷卻液溫度較低的情況下，減少冷卻的能力超過了降低功耗消費。雖然功耗稍微減少但是由于容量控制，它將從2.1減少到1.0，因為冷卻能力急劇退化。
圖5 旁通閥在不同的冷卻液溫度下熱氣體的變化
圖6 比較在不同的冷卻液溫度下蒸發(fā)器負荷的變化
圖7描繪了吸氣閥調節(jié)的變化。電力的消耗和冷卻水溫度將毛細管作為節(jié)流裝置的管。電源壓縮機消耗的降低反而使開放吸力調節(jié)的百分比下降，不斷使蒸發(fā)器得負荷增加。它還表明，節(jié)能可通過吸調控能力控制，但它可能會導致增加冷卻液溫度升高。在進行吸氣閥調節(jié)控制能力時，可以減少消費從3％（在100％開放）至5％不等（在20％的開口），但是不能那么明顯。這些數(shù)據(jù)表明，仍然存在一些限制改善系統(tǒng)的性能，可以用毛細管作為節(jié)流裝置。另一項實驗中，進行使用TEV的冷卻系統(tǒng)可以改善系統(tǒng)的性能。測試結果如圖。所有的工作條件和除了使用TEV參數(shù)都是相同的。節(jié)能10％-12％可以得到不同蒸發(fā)器的負荷。它似乎在節(jié)能方面因為不同的調節(jié)閥開口比例能更好地為TEV控制，比如毛細管。此外，它可以讓更大范圍的偏差對冷卻液溫度同時吸力調節(jié)，開啟的百分比變得更?。ㄈ?0％開放的情況下）。
圖7 毛細管吸閥調節(jié)的變化
圖8 吸氣閥調節(jié)與變異功耗的變化
正如圖9所示，不同的吸氣閥開放的百分比不同，吸氣閥的性能在不同的冷卻液調節(jié)下毛細管溫度不同。在固定的冷卻液溫度TCW=20℃下，蒸發(fā)器的能力將降低，當打開閥門的百分比下降時，它允許較少量的制冷劑流經蒸發(fā)器。趨勢更加明顯，超過40％急劇上升，這可能造成成為在壓降和非線性特性比例調節(jié)閥。此外，較低的冷卻液溫度TCW=15℃下將導致較低的冷卻蒸發(fā)器，壓縮機的功率和更高的能力消費。圖10描繪了吸性能調節(jié)閥在不同的冷卻液溫度與TEV的情況下的發(fā)展趨勢。減少蒸發(fā)器的能力，可以改善開放的比例。低于40％的情況下使用毛細管。
圖9 在不同的冷卻液溫度下吸氣閥的調節(jié)性能變化
圖10 吸氣閥調節(jié)性能熱力膨脹閥在不同的冷卻液溫度
圖11代表整體性能的變化毛細管和TEV機床冷卻系統(tǒng)。雖然可以減少功耗，但是蒸發(fā)器負荷降低更為顯著，比如有功耗系統(tǒng)的，即使在不同的吸入閥開口比例也不盡相同。然而，下降的制冷量和COP可以提高，特別是在應用的TEV的比例低于40％的情況下，因為TEV可以提供更穩(wěn)定調控過熱的控制。它還表明隨著吸氣閥調節(jié)TEV足夠的選擇，可以提供另類選擇穩(wěn)定的能力控制。
圖11 不同節(jié)流裝置下吸氣閥的性能變化
4.結論
隨著蒸發(fā)器負荷下降，（1）熱氣旁通閥的比例將增加，提供更裝載保持恒定冷卻液的蒸發(fā)溫度。這將導致功率下降壓縮機的消費或多或少在進行熱氣體通過能力控制計劃。（2）冷卻液溫度下，將導致更高的壓縮機產生負荷，因為較低的功耗蒸發(fā)溫度比較低。此外，蒸發(fā)器負荷跌幅不斷冷卻液溫度的情況下，打開旁通閥的熱氣體的比例將增加，以補償蒸發(fā)器的負荷。（3）雖然耗電量將略有減少，由于控制能力，整個系統(tǒng)的性能將急劇退化，從2.1下降到1.0。（4）毛細管作為節(jié)流設備，壓縮機功耗降低反而使開放的吸百分比不斷降低。它也揭示了，節(jié)能可通過吸調控能力控制計劃，但它可能會導致冷卻水溫度的提高。進行吸氣閥調節(jié)容量控制，從3％至5％，但是不能如此的明顯。（5）節(jié)能10％-12％，可以得到不同蒸發(fā)器負荷，利用吸氣閥調節(jié)計劃，可以更好的控制使用TEVTEV，比如毛細管......（6）從溫度控制的角度來看，這項研究的結果可以提供有價值的信息，以確定成本效益的方式的可行性，以便在機床冷卻器或其它小容量的情況下控制制冷系統(tǒng)。