2 风冷却加工系统

3 空气的冷却方法及要求

图2 使用低沸点介质的间接冷却方式
图3 循环压缩式间接制冷方式
图4 空气绝热膨帐直接制冷方式

1.喷嘴 2.孔板 3.涡流室 4.控制阀
图5 涡流管直接制冷方式

1. 使用低沸点介质的间接冷却
   图2为使用低沸点介质的间接冷却方式的原理图。这种制冷方式使用氮等对人体无害、无环境污染的低沸点气体，可在有关工厂液化，再加入风冷却系统中，在常温常压下蒸发吸热，使空气冷却。
   此种冷却方式由于液氮是在外部液化的，在系统内部仅存在和空气的热交换，因此冷却部分的结构简单。另外，液氮的汽化温度是-180℃ ，因此可将空气冷却到-100 ℃ 以下，温度可由液氮的流量控制，过冷时可通过加热器加热。但采用此种方式进行连续实际切削时需要大容量的储液器，因此不太实用。另外，由于液氮等低沸点液体在外部制备，因而加大了整个系统的运行成本。
2. 循环压缩式间接制冷
   循环压缩式间接制冷方式如图3所示。该方式使用低沸点的制冷剂，由压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀构成闭环冷却系统。根据制冷效率和蒸发温度选用作为制冷剂的气体。此种制冷方式广泛用于家用冰箱及冷冻仓库，在温度控制和能耗效率方面都比较理想。
   经蒸发器蒸发的气体由压缩机加压到所定压力，在冷凝器中液化，储存到储液器中，储液器内的高压液体在设定压力以下经膨胀阀减压进入蒸发器，蒸发吸热将空气冷却，再变成气体回到压缩机，冷风温度可通过蒸发器内的压力和液体供给量进行设定。
   此种制冷方式分为蒸发温度(压力)、冷凝温度(压力)；按能耗方式分为单级压缩循环、多级压缩二元冷冻循环等。
3. 空气绝热膨胀直接制冷
   空气绝热膨胀的直接制冷方式如图4所示：此种制冷方式是利用高压空气的绝热膨胀，降低冷却气体本身的温度，属于开放型的直接制冷方式。
   由空气压缩机或管路来的常温、高压空气进入膨胀机，使其在设定压力以下膨胀，通过发电、外部机器驱动等消耗空气的能量使温度下降。冷风出口温度由进入膨胀机气源压力和膨胀机的出口气体压力及膨胀机的性能决定。目前能产生-90℃ 冷风的设备已经实用化。
4. 涡流管直接制冷
   图5所示为涡流管制冷的原理图。高压空气通过涡流管时将产生涡旋运动，由于涡流内外气体存在压力差(密度差)而产生温度差．中心部分的气体为低温气体，外侧为高温气体。冷风的温度与入口气体压力和排出的气体流量有关。此制冷方式不需要另外的动力，仅用一个涡流管即可，结构简单。但由于需有一部分气体作为热气排出，因此，制冷效率要差一些。
5. 实施风冷却切削加工对空气冷却系统的要求
   实施风冷却切削技术的关键要控制好风冷却的4 个要素：温度、压力、流量和方向。无论是哪种制冷方法都应满足以下要求：

   1. 应能与一般工厂现有风压配合使用；
   2. 输送管径要尽量大，以减少由管路造成的流量损失；
   3. 冷风温度和风量应可调；
   4. 冷风的输出应能够暂停；
   5. 要在短时间内使冷风温度达到要求；
   6. 风嘴应尽量接近冷却点，距冷却点20mm以上时冷风温度上升较多

4 风冷却切削的优缺点及研究方向