本實(shí)用新型涉及制冷與機(jī)械加工領(lǐng)域磨削介質(zhì)供給系統(tǒng)，具體是一種膨脹機(jī)制冷低溫冷卻納米粒子射流微量潤滑供給系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

納米粒子射流微量潤滑磨削加工是一種綠色環(huán)保、清潔節(jié)能的磨削加工技術(shù)?；诠腆w換熱能力大于液體，液體換熱能力大于氣體的強(qiáng)化換熱理論，將一定量的納米級固體顆粒加入到可降解的微量潤滑油中生成納米流體，通過高壓空氣將納米流體進(jìn)行霧化，并以射流的方式送入磨削區(qū)。高壓空氣主要起冷卻、除屑和輸送流體的作用；微量潤滑油主要起潤滑作用；納米粒子增加了磨削區(qū)流體的換熱能力，起到了冷卻作用，同時(shí)，納米粒子具有良好的抗磨減摩性能特性和高的承載能力。但是，納米流體射流微量潤滑雖然能在一定程度上降低磨削溫度，但是相對于澆注式磨削仍然有很大的差距，對于難加工材料加工仍然存在這磨削燒傷現(xiàn)象。

經(jīng)檢索，李長河實(shí)用新型了低溫冷卻與納米粒子射流微量潤滑耦合磨削介質(zhì)供給系統(tǒng)(專利號：ZL201310180218.5)；袁松梅設(shè)計(jì)了一種低溫微量潤滑系統(tǒng)(專利號：201010128275.5)；張寶實(shí)用新型了一種低溫準(zhǔn)干式微量潤滑冷卻裝置(專利號：201620263903.3)。

但是現(xiàn)有技術(shù)中，微量潤滑系統(tǒng)微量潤滑裝置和低溫氣體產(chǎn)生裝置都只是在一定的基礎(chǔ)上進(jìn)行組裝，沒有從制冷原理和結(jié)構(gòu)中進(jìn)行深入改進(jìn)。并且，現(xiàn)有技術(shù)中，微量潤滑泵多采用氣動泵，而氣動泵需要由氣體頻率發(fā)生器控制，所提供的頻率有限，氣動泵輸出的動力較小，當(dāng)潤滑液中加入納米粒子之后會導(dǎo)致潤滑液粘度增大，流動性變差，出現(xiàn)供氣動力不足而導(dǎo)致氣動泵無法工作。低溫氣體產(chǎn)生裝置需要巨大的壓縮空氣消耗量，而在生產(chǎn)實(shí)踐中，空氣壓縮機(jī)不僅要驅(qū)動磨床等大型機(jī)床工作，而且還要驅(qū)動多個低溫氣體產(chǎn)生裝置和多個氣動泵，進(jìn)一步增加了空氣壓縮機(jī)運(yùn)行負(fù)擔(dān)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的是提供一種膨脹機(jī)制冷低溫冷卻納米粒子射流微量潤滑供給系統(tǒng)，能夠有效地減少磨削熱損傷，提高被加工工件的表面完整性和加工精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的方案如下：其中，本實(shí)用新型的MQLSS，英文全稱為：Minimal Quantity Lubrication Supply System，中文全稱為：納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)；GDCV，英文全稱為：Gas Distribution Control Valve，中文全稱為：氣體分配控制閥。

本實(shí)用新型的膨脹機(jī)制冷低溫冷卻納米粒子射流微量潤滑供給系統(tǒng)，包括膨脹機(jī)，其用 于將通入其內(nèi)的壓縮氣體進(jìn)行近似等熵膨脹降溫后形成低溫冷氣；

納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)，其包括泵體、凸輪軸和活塞，活塞安裝在泵體內(nèi)，所述凸輪軸與電磁調(diào)速電動機(jī)相連，電磁調(diào)速電動機(jī)用于驅(qū)動凸輪軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)而驅(qū)動泵體和活塞兩者周期性相對運(yùn)動，進(jìn)而將納米流體按照一定脈沖頻率輸送至輸油管內(nèi)；

外混合噴嘴，其包括噴嘴氣體進(jìn)入管和噴嘴噴針，輸油管伸入至噴嘴氣體進(jìn)入管內(nèi)，輸油管與噴嘴氣體進(jìn)入管之間設(shè)置有保溫管，保溫管和噴嘴氣體進(jìn)入管之間通入膨脹機(jī)產(chǎn)生的低溫冷氣；噴嘴噴針一端連通輸油管，噴嘴噴針另一端向外延伸至外混合噴嘴的外部；輸油管內(nèi)的納米流體從噴嘴噴針噴出，進(jìn)而與噴出所述外混合噴嘴外的低溫冷氣混合后霧化。

進(jìn)一步地，本實(shí)用新型的該系統(tǒng)還包括氣體分配控制閥，氣體分配控制閥通過保溫管連通膨脹機(jī)和外混合噴嘴，低溫氣體通過氣體分配控制閥流量調(diào)節(jié)后輸送到外混合噴嘴，所述氣體分配控制閥用于通過改變氣體流通面積來控制低溫冷氣的氣體流量。

進(jìn)一步地，所述氣體分配控制閥，包括GDCV殼體，其設(shè)置2個或4個出氣口，同時(shí)對應(yīng)2個或4個控氣閥；控氣閥和GDCV殼體之間設(shè)有O型密封圈。

O型密封圈有三部分作用，第一，密封圈能夠有效的阻止氣體的外漏；第二，密封圈由于受到壓縮使得控氣閥螺柱與殼體存在一定的阻尼，有效減小控氣閥因受氣體沖擊作用而發(fā)生震動從而松動，起到定位作用；第三，當(dāng)控氣閥外旋的時(shí)，密封圈移動到控氣閥接頭處，密封圈外徑大于控氣閥接頭內(nèi)徑，不能繼續(xù)向外移動，防止控氣閥過度旋出而脫離控氣閥接頭。

進(jìn)一步地，所述GDCV殼體上設(shè)置有殼體進(jìn)氣口，殼體進(jìn)氣口主流道為圓形通道，氣體分流道沿中心等分均勻圓形布置，使進(jìn)入的氣體均勻的進(jìn)入到各流道，控氣閥分布在GDCV殼體的左右兩個面上。

進(jìn)一步地，所述膨脹機(jī)包括膨脹機(jī)殼體，膨脹機(jī)殼體內(nèi)設(shè)置有膨脹機(jī)葉輪，膨脹機(jī)葉輪開有轂鍵槽，轂鍵槽內(nèi)設(shè)置有鍵，鍵與膨脹機(jī)主軸連接。該結(jié)構(gòu)使得膨脹機(jī)葉輪與膨脹機(jī)主軸通過鍵連接，使得膨脹機(jī)拆卸更加容易。

進(jìn)一步地，所述膨脹機(jī)葉輪為半開式徑-軸流式葉輪。

進(jìn)一步地，所述膨脹機(jī)殼體上固定連接有膨脹機(jī)噴嘴，膨脹機(jī)噴嘴與膨脹機(jī)葉輪之間還設(shè)置有非接觸式密封的迷宮密封組合，用于密封低溫氣體的泄露。本實(shí)用新型采用的迷宮密封組合為非接觸式密封，非接觸密封結(jié)構(gòu)簡單，無磨損而且不需要潤滑。

更進(jìn)一步地，所述迷宮密封組合包括迷宮密封轉(zhuǎn)子和若干迷宮密封齒片，宮密封轉(zhuǎn)子設(shè)置為階梯型且與膨脹機(jī)主軸過盈連接；迷宮密封齒片分別鑲嵌在迷宮密封的上蓋和下蓋上，迷宮密封齒片與密封轉(zhuǎn)子有一定的間隙；迷宮密封的上蓋和下蓋固定連接，且均與膨脹機(jī)殼體過渡配合連接。本實(shí)用新型的該迷宮密封組合非接觸密封結(jié)構(gòu)簡單、無磨損、不需要潤滑，而且便于安裝，密封效果較好。

進(jìn)一步地，所述膨脹機(jī)主軸兩端連接有深溝球軸承，膨脹機(jī)主軸兩側(cè)還對稱設(shè)置有螺旋迷宮密封組合；所述螺旋迷宮密封組合包括螺旋迷宮密封定子和螺旋迷宮密封轉(zhuǎn)子，螺旋迷宮轉(zhuǎn)子一端與膨脹機(jī)主軸相連，另一端與螺旋迷宮密封定子形成甩油腔，甩油腔下方設(shè)置有甩油腔出口。本實(shí)用新型在采用油潤滑深溝球軸承有效解決氣體軸承運(yùn)行穩(wěn)定性問題的同時(shí)，還提高了膨脹機(jī)的承載能力，進(jìn)一步地采用螺旋迷宮密封組合更好地解決了油潤滑存在油泄露的問題。

進(jìn)一步地，所述膨脹機(jī)殼體上設(shè)置有殼體進(jìn)油口、軸承流道、第一殼體出油口流道和第二殼體出油口流道，潤滑油依次經(jīng)殼體進(jìn)油口和軸承流道輸送至深溝球軸承來對其進(jìn)行潤滑和降溫；流入深溝球軸承的潤滑油中的一部分從第一殼體出油口流道流出，剩余部分進(jìn)入螺旋迷宮密封組合的甩油腔，最后依次經(jīng)甩油腔出口和第二殼體出油口流道流出。

本實(shí)用新型利用螺旋迷宮密封組合，將除了從第一殼體出油口流道流出的潤滑油之外，流入至甩油腔，依次經(jīng)甩油腔出口和第二殼體出油口流道流出，該結(jié)構(gòu)解決了油潤滑存在油泄露的問題。

進(jìn)一步地，螺旋迷宮密封定子與螺旋迷宮密封轉(zhuǎn)子螺旋方向相反，螺旋迷宮定子的旋向與進(jìn)油的方向相同。其中，螺旋迷宮密封轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越高，甩油腔甩油效果越好，螺旋迷宮密封效果也越好。螺旋迷宮密封與甩油腔共同使用，即發(fā)揮了螺旋迷宮密封高速狀態(tài)下密封性較好的優(yōu)點(diǎn)，也解決了螺旋迷宮密封轉(zhuǎn)子靜止時(shí)無法對潤滑油進(jìn)行密封的缺點(diǎn)。當(dāng)油從右方進(jìn)入，則螺旋轉(zhuǎn)子為左旋螺紋，螺旋迷宮定子為右旋螺紋。

進(jìn)一步地，所述泵體固定連接有出油口，出油口設(shè)置彈簧槽，彈簧槽內(nèi)固定有單向閥彈簧，單向閥彈簧連接單向閥堵頭；當(dāng)活塞每進(jìn)行一次回程，由于單向閥彈簧的彈力，單向閥堵頭堵住供油腔，防止油的回流。

進(jìn)一步地，泵體內(nèi)設(shè)置泄氣孔，泄氣孔提供吸氣、泄氣通道，防止活塞沖程時(shí)不排氣，則導(dǎo)致活塞腔氣體被壓縮壓力過高氣有可能導(dǎo)致泵體整體脫離。

進(jìn)一步地，根據(jù)不同需油量，在彈簧槽的周邊等分均勻的設(shè)置多個出油口流道，這樣能夠使納米流體均勻的進(jìn)入各流道。

進(jìn)一步地，所述噴嘴噴針的中間設(shè)置有臺階。

進(jìn)一步地，噴嘴錐形管漸縮角度γ₁滿足3°≤γ₁≤15°。該角度使得低溫冷氣經(jīng)噴嘴錐形管噴出所低溫油氣外混合噴嘴的外部形成合適角度的錐形噴射氣體，在氣體聚焦起到霧化油滴的同時(shí)局部能量損失較小。

基于上述系統(tǒng)的工作方法，納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)將納米流體變?yōu)槊}沖液滴，通過輸油管從外混合噴嘴處噴出，形成納米粒子射流，利用低溫氣體產(chǎn)生裝置生成低溫氣體，通過氣體分配控制閥調(diào)節(jié)低溫氣體的流量，通過采集磨削力或者磨削溫度信號確定供油流量的大小，利用閉環(huán)控制調(diào)節(jié)納米流體的流量；

納米粒子射流與低溫氣體在噴嘴外部混合，噴嘴成錐形噴射氣體，在氣體聚焦處使納米流體霧化，低溫氣體攜帶霧化后的細(xì)小油滴穿過砂輪楔形氣障層噴射到磨削區(qū)。

本實(shí)用新型的有益效果為：

(1)該系統(tǒng)裝置發(fā)揮了納米流體微量潤滑磨削的全部優(yōu)點(diǎn)，并且改善了納米流體微量潤滑磨削存在磨削溫度過高易導(dǎo)致磨削燒傷的缺點(diǎn)，可以有效的減少磨削熱損傷，提高被加工工件的表面完整性和加工精度，實(shí)現(xiàn)高效、低耗、環(huán)境友好、資源節(jié)約的低碳綠色清潔生產(chǎn)。

(2)低溫氣體產(chǎn)生裝置基于膨脹機(jī)等熵膨脹原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，大大簡化了透平膨脹機(jī)的復(fù)雜程度，易于維護(hù)，并且在采用油潤滑深溝球軸承有效解決氣體軸承運(yùn)行穩(wěn)定性問題，并且還提高了膨脹機(jī)的承載能力，同時(shí)采用迷宮密封與螺旋迷宮密封組合更好的解決了油潤滑存在油泄露的問題。

(3)納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)與傳統(tǒng)的氣動式潤滑裝置不同，該部分裝置采用電動機(jī)驅(qū)動，能夠更方便、精確的對供給的納米流體流量進(jìn)行控制、并且還能提供更大的動力，解決了因?yàn)榧{米流體因?yàn)檎扯冗^大而導(dǎo)致氣動微量潤滑裝置無法工作的問題。并且該部分裝置采用電機(jī)驅(qū)動更有利于微量潤滑裝置實(shí)現(xiàn)智能自動化控制，通過方便的調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而精確控制出油量。

(4)氣體分配控制閥基于閘閥原理盡量減少能量局部損失的情況下能夠精確控制氣體流量，并且能夠利用機(jī)械結(jié)構(gòu)自鎖防止控制閥因氣體沖擊而出現(xiàn)松動。

(5)低溫油氣外混合霧化噴嘴能夠防止納米流體因氣體溫度過低，低于納米流體的傾點(diǎn)而導(dǎo)致其流動性變差，并且采用外混合方式避免在噴嘴內(nèi)壁產(chǎn)生結(jié)霜冷凝現(xiàn)象。

附圖說明

圖1為膨脹機(jī)制冷低溫冷卻納米粒子射流微量潤滑供給系統(tǒng)；

圖2為膨脹機(jī)系統(tǒng)爆炸圖；

圖3為膨脹機(jī)系統(tǒng)裝配圖；

圖3(a)、(b)為圖3局部裝配放大圖；

圖4為膨脹機(jī)主軸主視圖；

圖5(a)為膨脹機(jī)制冷葉輪主視圖；

圖5(b)為膨脹機(jī)制冷葉輪左視圖；

圖6(a)為膨脹機(jī)蝸殼主視圖；

圖6(b)為膨脹機(jī)蝸殼軸測圖；

圖7(a)為膨脹機(jī)噴嘴主視圖；

圖7(b)為膨脹機(jī)噴嘴左視圖；

圖8為膨脹機(jī)制冷葉輪、噴嘴及蝸殼裝配圖；

圖9為膨脹機(jī)出氣口主視圖；

圖9(a)為圖9A-A剖視圖；

圖10為膨脹機(jī)出氣口導(dǎo)流全剖視圖；

圖11為迷宮密封組合爆炸圖；

圖11(a)為迷宮密封組合裝配圖；

圖11(b)為圖11(a)B-B剖視圖；

圖12為螺旋迷宮密封組合示意圖；

圖13為膨脹機(jī)殼體左視圖；

圖13(a)為圖13C-C剖視圖；

圖14為MQLSS爆炸圖；

圖15(a)為MQLSS總裝配圖主視圖；

圖15(b)為MQLSS總裝配圖右視圖；

圖16(a)為MQLSS部分裝配圖全剖主視圖；

圖16(b)為MQLSS部分裝配圖全剖右視圖；

圖17(a)為泵體俯視圖；

圖17(b)為泵體主視圖；

圖17(c)為圖17(a)A-A剖視圖；

圖17(d)為圖17(b)B-B剖視圖；

圖18為供油活塞主視圖；

圖19為出油口主視圖、俯視圖及C-C剖視圖；

圖20為泵體與箱體連接固定板俯視圖及主視圖；

圖21為上箱體主視圖；

圖21(a)為圖21D-D剖視圖；

圖22為凸輪軸主視圖；

圖23為凸輪軸與電動機(jī)連接所用聯(lián)軸器示意圖；

圖24為電磁調(diào)速電動機(jī)示意圖；

圖25為GDCV實(shí)施例1爆炸圖；

圖26為控氣閥裝配圖；

圖27(a)為GDCV裝配仰視圖；

圖27(b)為GDCV裝配左視圖；

圖27(c)為圖27(a)A-A剖視圖；

圖28為GDCV殼體實(shí)施例1俯視圖；

圖28(a)為圖28B-B剖視圖；

圖28(b)為圖28C-C剖視圖；

圖29為控氣閥接頭示意圖；

圖30為GDCV實(shí)施例2爆炸圖；

圖31為GDCV實(shí)施例2裝配圖主視圖；

圖31(a)為圖31D-D剖視圖；

圖32為GDCV實(shí)施例2裝配圖左視圖；

圖32(a)為圖32E-E剖視圖；

圖33為外混合噴嘴爆炸圖；

圖34為噴嘴部分裝配圖；

圖34(a)為圖30的局部放大圖；

圖35為噴嘴氣體進(jìn)入管主視圖；

圖36為噴嘴噴針主視圖；

圖37(a)為噴嘴錐形管軸測圖；

圖37(b)為噴嘴錐形管主視圖；

圖37(c)為圖37(b)A-A剖視圖；

圖38為噴嘴套管主視圖；

圖39(a)為噴嘴固定塊1主視圖；

圖39(b)為噴嘴固定塊2主視圖。

其中，Ⅰ-01-膨脹機(jī)殼體，Ⅰ-02-膨脹機(jī)主軸，Ⅰ-03-進(jìn)氣蝸殼，Ⅰ-04-膨脹機(jī)噴嘴，Ⅰ-05-制冷葉輪，Ⅰ-06-軸端擋圈1，Ⅰ-07-止動墊片1，Ⅰ-08-防松螺栓1，Ⅰ-09-出氣口導(dǎo)流墊片，Ⅰ-10-出氣口導(dǎo)流，Ⅰ-11-鍵1，Ⅰ-12-出氣口，Ⅰ-13-法蘭螺栓1，Ⅰ-14-密封墊片1，Ⅰ-15-密封墊片2，Ⅰ-16-膨脹機(jī)殼體墊片，Ⅰ-17-螺母墊片1，Ⅰ-18-螺母1，Ⅰ-19-迷宮密封組合1，Ⅰ-20-螺旋迷宮密封1，Ⅰ-21-軸承擋圈，Ⅰ-22-膨脹機(jī)進(jìn)油口，Ⅰ-23-深溝球軸承，Ⅰ-24-螺母2，Ⅰ-25-螺母墊片2，Ⅰ-26-膨脹機(jī)殼體墊片2，Ⅰ-27-止動端出口端蓋，Ⅰ-28-密封墊片3，Ⅰ-29-進(jìn)氣口，Ⅰ-30-鍵2，Ⅰ-31-止動端進(jìn)氣導(dǎo)流，Ⅰ-32-防松螺栓2，Ⅰ-33止動墊片2，Ⅰ-34-軸端擋圈2，Ⅰ-35-螺栓2，Ⅰ-36-密封墊片4，Ⅰ-37-止動葉輪，Ⅰ-38-出氣蝸殼，Ⅰ-39-迷宮密封2，Ⅰ-40-螺旋迷宮密封2，Ⅰ-41-出油口1，Ⅰ-42-出油口2，Ⅰ-43-出油口3，Ⅱ-01-MQLSS箱體螺母，Ⅱ-02-MQLSS箱體墊片，Ⅱ-03-MQLSS箱體螺母墊片，Ⅱ-04-MQLSS箱體螺栓，Ⅱ-05-MQLSS上蓋，Ⅱ-06-MQLSS固定板，Ⅱ-07-MQLSS固定板內(nèi)六角定位螺釘，Ⅱ-08-MQLSS固定板墊片，Ⅱ-09-MQLSS泵體，Ⅱ-10-MQLSS出油口，Ⅱ-11-MQLSS油杯，Ⅱ-12-MQLSS快速插頭1，Ⅱ-13-MQLSS帶開關(guān)的導(dǎo)油管2，Ⅱ-14-MQLSS帶開關(guān)的導(dǎo)油管1，Ⅱ-15-MQLSS單向閥彈簧，Ⅱ-16-MQLSS單向閥堵頭，Ⅱ-17-MQLSS出油口定位螺釘，Ⅱ-18-MQLSS快速插頭2，Ⅱ-19-MQLSS泵體 定位螺釘，Ⅱ-20-MQLSS凸輪彈簧，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凸輪軸鍵，Ⅱ-27-MQLSS凸輪軸，Ⅱ-28-MQLSS軸承座螺栓，Ⅱ-29-MQLSS軸承座，Ⅱ-30-MQLSS下箱體，Ⅱ-31-MQLSS電磁調(diào)速電動機(jī)，Ⅱ-32-MQLSS聯(lián)軸器，Ⅲ-01-GDCV進(jìn)氣口快速插頭，Ⅲ-02-GDCV密封墊片1，Ⅲ-03-實(shí)施例1GDCV殼體，Ⅲ-04-GDCV密封墊片2，Ⅲ-05-GDCV控氣閥接頭，Ⅲ-06-GDCV控氣閥，Ⅲ-07-GDCV O型密封圈，Ⅲ-08-GDCV密封墊片3，Ⅲ-09-GDCV出氣口快速插頭，Ⅲ-10-實(shí)施例2GDCV殼體，Ⅲ-11-實(shí)施例2GDCV進(jìn)氣口墊片，Ⅲ-12-實(shí)施例2GDCV進(jìn)氣口端蓋，Ⅲ-13-實(shí)施例2GDCV螺栓墊片，Ⅲ-14-實(shí)施例2GDCV螺栓，Ⅳ-01-噴嘴針，Ⅳ-02-噴嘴套筒，Ⅳ-03-噴嘴錐形管，Ⅳ-04-噴嘴密封墊片，Ⅳ-05-保溫管，Ⅳ-06-噴嘴氣體進(jìn)入管，Ⅳ-07-噴嘴密封圈墊片合1，Ⅳ-08-噴嘴密封墊片組合2，Ⅳ-09-蛇形管，Ⅳ-10-固定塊內(nèi)六角螺釘，Ⅳ-11-噴嘴固定塊1，Ⅳ-12-噴嘴固定塊2，Ⅳ-13-輸油管；

Ⅰ-0101-膨脹機(jī)殼體法蘭孔，Ⅰ-0102-膨脹機(jī)殼體基座，Ⅰ-0103-膨脹機(jī)殼體出油口流道3，Ⅰ-0104-膨脹機(jī)殼體出油口流道2，Ⅰ-0105-膨脹機(jī)殼體出油口流道1，Ⅰ-0106-膨脹機(jī)殼體軸承油流道，Ⅰ-0107-膨脹機(jī)殼體進(jìn)油口流道，Ⅰ-0201-膨脹機(jī)主軸螺紋孔1，Ⅰ-0202-膨脹機(jī)主軸鍵槽1，Ⅰ-0203-膨脹機(jī)主軸鍵槽2，Ⅰ-0204-膨脹機(jī)主軸螺紋孔2，Ⅰ-0401噴嘴法蘭孔，Ⅰ-0402噴嘴葉，Ⅰ-0403噴嘴凸臺，Ⅰ-0404噴嘴圓盤，Ⅰ-0501-制冷葉輪鍵槽，Ⅰ-1201-出氣口接頭，Ⅰ-1202-出氣口堵頭，Ⅰ-1901-迷宮密封螺栓，Ⅰ-1902-迷宮密封螺栓墊片，Ⅰ-1903-迷宮密封上蓋，Ⅰ-1904-迷宮密封轉(zhuǎn)子，Ⅰ-1905-迷宮密封齒片，Ⅰ-1906-迷宮密封下蓋，Ⅰ-2001-螺旋迷宮密封定子，Ⅰ-2002-螺旋迷宮密封轉(zhuǎn)子，Ⅰ-2003-螺旋迷宮密封出油口；Ⅱ-0501-上箱體法蘭孔，Ⅱ-0502-上箱體螺紋連接孔，Ⅱ-0601-固定板連接孔1，Ⅱ-0602-固定板連接孔2，Ⅱ-0901-殼體活塞腔1，Ⅱ-0902-殼體泄氣孔1，Ⅱ-0903-殼體泄氣孔2，Ⅱ-0904-進(jìn)油腔1，Ⅱ-0905-進(jìn)油腔2，Ⅱ-0906-單向閥腔，Ⅱ-0907-定位孔，Ⅱ-0908-MQL進(jìn)油口2，Ⅱ-0909-進(jìn)油口1，Ⅱ-0910-固定板螺紋孔，Ⅱ-0911-進(jìn)油腔1流道，Ⅱ-1001-出油口流道，Ⅱ-1002-單向閥彈簧槽，Ⅱ-1003-螺紋定位孔，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-凸輪鍵槽，Ⅱ-2702-凸輪，Ⅲ-0301-殼體進(jìn)氣主流道，Ⅲ-0302-殼體控氣閥接口，Ⅲ-0303-殼體出氣口，Ⅲ-0303-殼體氣體分流道，Ⅲ-0601-控氣閥密封槽，Ⅲ-0602-控氣閥螺柱，Ⅲ-0603-控氣閥螺母1，Ⅲ-0604-控氣閥螺母2，Ⅳ-0301-錐形管噴針通道，Ⅳ-0302-錐形管肋板，Ⅳ-0303-錐形管通氣孔，Ⅳ-0601-進(jìn)氣管臺階1，Ⅳ-0602-進(jìn)氣管臺階2，Ⅳ-0603-進(jìn)氣管進(jìn)氣管道。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明：

在一個實(shí)施例中，膨脹機(jī)制冷低溫冷卻納米粒子射流微量潤滑供給系統(tǒng)包括膨脹機(jī)Ⅰ、納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)Ⅱ(簡稱MQLSS)和外混合噴嘴Ⅳ(簡稱噴嘴)

如圖1所示，在另一實(shí)施例中，該膨脹機(jī)制冷低溫冷卻納米粒子射流微量潤滑供給系統(tǒng)還包括氣體分配控制閥Ⅲ(簡稱GDCV)。

如圖2所示，圖2為透平膨脹機(jī)爆炸圖，各部件陳列圖中。

如圖3、圖3(a)和圖3(b)所示，膨脹機(jī)葉輪Ⅰ-05、蝸殼Ⅰ-03、迷宮密封組合Ⅰ-19、螺旋密封組合Ⅰ-20、深溝球軸承Ⅰ-23均呈對稱式分布在膨脹機(jī)系統(tǒng)的左右兩邊。其中，膨脹機(jī)制冷葉輪Ⅰ-05與膨脹機(jī)主軸Ⅰ-02通過鍵1Ⅰ-11連接，并且有軸端擋圈Ⅰ-06和防松螺栓Ⅰ-08、止動墊片Ⅰ-07加以固定(結(jié)合圖3(a))。制冷端進(jìn)氣蝸殼Ⅰ-03右端與膨脹機(jī)噴嘴凸臺Ⅰ-0403外圓周間隙配合，中間設(shè)有密封墊片Ⅰ-15加以密封氣體。制冷端進(jìn)氣蝸殼Ⅰ-03左端與膨脹機(jī)出氣口堵頭部分Ⅰ-1202間隙配合，中間設(shè)有密封墊片2Ⅰ-14加以密封氣體。膨脹機(jī)出氣口Ⅰ-12、膨脹機(jī)噴嘴Ⅰ-04及膨脹機(jī)殼體Ⅰ-01通過螺栓Ⅰ-13、螺母Ⅰ-08、螺母墊片Ⅰ-17固定連接。其中，出氣口堵頭Ⅰ-1202部分緊緊壓在膨脹機(jī)噴嘴葉Ⅰ-0402上，可以通過調(diào)節(jié)密封墊片1Ⅰ-14的個數(shù)，來保證出氣口堵頭Ⅰ-1202到噴嘴葉Ⅰ-0402之間的距離，進(jìn)而使膨脹機(jī)堵頭Ⅰ-1202能夠與噴嘴葉Ⅰ-0402緊緊貼合。膨脹機(jī)出氣口導(dǎo)流Ⅰ-10與膨脹機(jī)出氣口Ⅰ-12螺紋連接，之間有出氣口墊片Ⅰ-09。深溝球軸承軸承Ⅰ-23內(nèi)圈、螺旋迷宮密封轉(zhuǎn)子Ⅰ-2002、迷宮密封轉(zhuǎn)子Ⅰ-1904與膨脹機(jī)主軸Ⅰ-02過盈連接；深溝球軸承Ⅰ-23外圈、軸承擋圈Ⅰ-21、螺旋迷宮密封定子Ⅰ-2001、迷宮密封上蓋Ⅰ-1903、下蓋Ⅰ-1906與膨脹機(jī)殼體Ⅰ-01過渡配合連接。其中，螺旋迷宮密封甩油腔出油口Ⅰ-2003與膨脹機(jī)殼體出油口Ⅰ-0103流道對齊。裝配完成保證各轉(zhuǎn)動部分與靜止部分留有微小間隙。膨脹機(jī)進(jìn)油口Ⅰ-22和出油口1Ⅰ-41、出油口2Ⅰ-42、出油口3Ⅰ-43與膨脹機(jī)殼體Ⅰ-01螺紋連接。同理，膨脹機(jī)止動端與膨脹機(jī)制冷端連接配合方式類似，相同地方不做過多贅述。不同地方在于膨脹機(jī)止動端將膨脹機(jī)噴嘴Ⅰ-04換成止動端殼體端蓋Ⅰ-27，膨脹機(jī)止動端殼體端蓋Ⅰ-27與膨脹機(jī)噴嘴Ⅰ-04不同之處在于，止動端殼體端蓋沒有噴嘴葉Ⅰ-0402，其它地方特征相同。止動端進(jìn)氣口導(dǎo)流Ⅰ-31與膨脹機(jī)止動進(jìn)氣口Ⅰ-29螺紋連接。

如圖4所示，膨脹機(jī)主軸Ⅰ-02分別開有螺紋孔1Ⅰ-0201、軸鍵槽1Ⅰ-0202、軸鍵槽2Ⅰ-0203和螺紋孔2Ⅰ-0204，制冷葉輪Ⅰ-05通過鍵1Ⅰ-11連接，軸端擋圈1Ⅰ-06、止動墊片1Ⅰ-07、防松螺栓1Ⅰ-08固定。同理，止動葉輪Ⅰ-37分別通過鍵2Ⅰ-30連接，軸端擋圈2Ⅰ-34、止動墊片2Ⅰ-33、防松螺栓2Ⅰ-32固定。

如圖5(a)、圖5(b)所示，制冷葉輪Ⅰ-05與止動葉輪Ⅰ-37均為半開式徑-軸流式葉輪，制冷葉輪Ⅰ-05與膨脹機(jī)主軸Ⅰ-02通過鍵1Ⅰ-11連接。止動葉輪Ⅰ-37與膨脹機(jī)主軸Ⅰ-02通過鍵2Ⅰ-30連接。對于制冷葉輪Ⅰ-05為徑向進(jìn)氣軸向出氣，通過制冷葉輪Ⅰ-05推動膨脹機(jī)主軸Ⅰ-02旋轉(zhuǎn)對外輸出功。對于止動葉輪Ⅰ-37為軸向進(jìn)氣徑向出氣，通過利用空 氣對止動葉輪Ⅰ-37的阻力，來消耗膨脹機(jī)主軸Ⅰ-02輸出的功，起到止動效果。止動葉輪Ⅰ-37端部設(shè)有光電式測速感應(yīng)片，通過外界光電傳感器測量膨脹機(jī)主軸的轉(zhuǎn)速。葉輪內(nèi)徑為R₁，外徑為R₂,平均直徑為R₃，輪徑比μ應(yīng)該滿足：0.3≤μ≤0.5，工作輪寬度l₁₁應(yīng)該滿足：0.22R₃≤l₁₁≤0.35R₃。

其中

如圖6(a)、圖6(b)所示，進(jìn)氣蝸殼Ⅰ-03作用是對壓縮空氣進(jìn)行導(dǎo)流，使壓縮空氣能夠均勻的流到膨脹機(jī)各噴嘴葉Ⅰ-0402流道中，止動蝸殼Ⅰ-38作用是對膨脹機(jī)止動葉輪Ⅰ-37吸入的空氣導(dǎo)流排出膨脹機(jī)外。其中蝸殼Ⅰ-03內(nèi)徑為圓形，蝸殼Ⅰ-03外徑為阿基米德螺旋線型。其所對應(yīng)半徑關(guān)系為：

式中，R₇——蝸殼導(dǎo)流外徑，m；R₅——蝸殼導(dǎo)流內(nèi)徑，m；φ——蝸殼導(dǎo)流各內(nèi)徑各點(diǎn)與最大直徑之間角度，rad；M——壓縮氣體進(jìn)氣流量，kg/s；ρ₀——壓縮進(jìn)氣密度，kg/m³；l₁₄——蝸殼導(dǎo)流變截面寬度，m；l₁₃——蝸殼導(dǎo)流進(jìn)口截面寬度，m；K——阿基米德螺線常數(shù)；α——修正系數(shù)取0.285～0.335。

如圖7(a)、圖7(b)所示，膨脹機(jī)噴嘴Ⅰ-04可分為三部分，噴嘴圓盤Ⅰ-0404、噴嘴凸臺Ⅰ-0403、噴嘴葉Ⅰ-0402，此三部分為一體加工，噴嘴葉Ⅰ-0402優(yōu)先設(shè)計(jì)為TCP-4型，噴嘴葉Ⅰ-0402和噴嘴凸臺Ⅰ-0403經(jīng)過拋光加工，減小高速氣體與噴嘴葉Ⅰ-0402、噴嘴凸臺Ⅰ-0403之間的摩擦生熱。進(jìn)一步地，噴嘴葉Ⅰ-0402高度為l₁₁、噴嘴凸臺內(nèi)徑為R₄、外徑為R₅，噴嘴圓盤Ⅰ-0404上設(shè)置8個法蘭孔Ⅰ-0401。噴嘴葉Ⅰ-0402高度l₁₂應(yīng)該滿足：0.03R₃≤l₁₂≤0.1R₃。

如圖8所示，噴嘴Ⅰ-04、蝸殼Ⅰ-03、葉輪Ⅰ-05之間的配合為：葉輪Ⅰ-05、噴嘴Ⅰ-04、蝸殼Ⅰ-03同軸，葉輪Ⅰ-05和噴嘴Ⅰ-04之間有高速相對運(yùn)動留有一定的間隙，噴嘴Ⅰ-04和蝸殼Ⅰ-03之間有密封墊片2Ⅰ-15。密封墊片2Ⅰ-15內(nèi)徑為噴嘴圓盤凸臺Ⅰ-0403外徑R₅，密封墊片2Ⅰ-15外徑與噴嘴圓盤Ⅰ-0404外徑相同為R₆,密封墊片2Ⅰ-15上設(shè)置和噴嘴圓盤Ⅰ-0404上同樣的法蘭孔(結(jié)合圖7(a)和圖7(b))。

如圖9、圖9(a)所示，噴嘴出氣口Ⅰ-12設(shè)置有出氣口堵頭Ⅰ-1202、出氣口接頭Ⅰ-1201、出氣口法蘭孔Ⅰ-1203。出氣口堵頭Ⅰ-1202與蝸殼Ⅰ-03間隙配合，出氣口堵頭Ⅰ-1202外徑與蝸殼內(nèi)徑Ⅰ-03相同為R₅，出氣口Ⅰ-12和蝸殼Ⅰ-03之間有密封墊片1Ⅰ-14，密封墊片1Ⅰ-14的內(nèi)徑與噴嘴堵頭Ⅰ-1202外徑相同為R₅，密封墊片1Ⅰ-14的外徑與噴嘴圓盤Ⅰ-0404外徑相同為R₆，同樣，在密封墊片1Ⅰ-14上設(shè)置8個法蘭孔(結(jié)合圖7(a)和圖 7(b))。

如圖10所示，噴嘴出氣口導(dǎo)流Ⅰ-10目的是將低溫氣體排出界外，因?yàn)榧{米流體的霧化需要高速氣體，所以噴嘴導(dǎo)流Ⅰ-10采用內(nèi)流道漸縮型導(dǎo)流，進(jìn)一步提高低溫氣體速度，防止在后面管路中，出現(xiàn)通流面積驟減，增大局部能量損失。內(nèi)流道為漸縮型，漸縮角度θ應(yīng)滿足：5°≤θ≤15°。

如圖11、圖11(a)和圖11(b)所示，膨脹機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于膨脹機(jī)噴嘴Ⅰ-04與制冷葉輪Ⅰ-05之間留有間隙(結(jié)合圖8)，低溫氣體不可避免的從制冷葉輪Ⅰ-05輪背處流出，需加裝密封裝置。迷宮密封組合Ⅰ-19為非接觸式密封，能夠有效的密封低溫氣體的泄露，并且非接觸密封結(jié)構(gòu)簡單、無磨損、不需要潤滑。迷宮密封組合Ⅰ-19由迷宮密封上蓋Ⅰ-1903、迷宮密封齒片Ⅰ-1905、迷宮密封轉(zhuǎn)子Ⅰ-1904組成。其中，迷宮密封轉(zhuǎn)子Ⅰ-1904設(shè)置為階梯型，與膨脹機(jī)主軸Ⅰ-02過盈連接；迷宮密封齒片Ⅰ-1905鑲嵌在迷宮密封的上蓋Ⅰ-1903和下蓋Ⅰ-1906上，與密封轉(zhuǎn)子Ⅰ-1904有一定的間隙。迷宮密封上蓋Ⅰ-1903、下蓋Ⅰ-1906用固定螺栓Ⅰ-1901和螺栓墊片Ⅰ-1902固定連接，與膨脹機(jī)殼體Ⅰ-01過渡配合。迷宮密封組合Ⅰ-19優(yōu)先選用階梯型齒結(jié)構(gòu)，便于安裝，密封效果較好。密封齒片Ⅰ-1905應(yīng)至少選用4個。

如圖12所示，螺旋迷宮密封組合Ⅰ-20包括螺旋迷宮密封定子Ⅰ-2001和螺旋迷宮密封轉(zhuǎn)子Ⅰ-2002兩部分組成。螺旋迷宮轉(zhuǎn)子Ⅰ-2002一端加工有多頭螺紋，另一端加工有螺旋迷宮密封轉(zhuǎn)子軸肩，且與螺旋迷宮密封定子Ⅰ-2001形成甩油腔，螺旋迷宮密封轉(zhuǎn)子軸肩與螺旋密封定子Ⅰ-2001和軸承擋圈Ⅰ-21均留一定的間隙。甩油腔錐角α應(yīng)滿足45°≤α≤75°，甩油腔下方設(shè)置有甩油出口Ⅰ-2003。螺旋迷宮密封轉(zhuǎn)子Ⅰ-2002轉(zhuǎn)速越高，甩油腔甩油效果越好，螺旋迷宮密封效果也越好。螺旋迷宮密封與甩油腔共同使用，即發(fā)揮了螺旋迷宮密封組合Ⅰ-20高速狀態(tài)下密封性較好的優(yōu)點(diǎn)，也解決了螺旋迷宮密封轉(zhuǎn)子Ⅰ-2002靜止時(shí)無法對潤滑油進(jìn)行密封的缺點(diǎn)。其中螺旋迷宮密封定子Ⅰ-2001與螺旋迷宮密封轉(zhuǎn)子Ⅰ-2002螺旋方向相反，螺旋迷宮密封定子Ⅰ-2001的旋向與進(jìn)油的方向相同，即當(dāng)油從右方進(jìn)入，則螺旋迷宮密封轉(zhuǎn)子Ⅰ-2002為左旋螺紋，螺旋迷宮密封定子Ⅰ-2001為右旋螺紋。螺旋迷宮密封組合，在軸的表面和套內(nèi)壁面分別加工有方向相反的多頭螺紋，內(nèi)外螺紋的間隔著間隙交叉著，形成螺旋槽。螺旋槽形狀優(yōu)先選用三角形螺紋，密封效果較好(結(jié)合圖12Ⅰ-Ⅱ局部放大圖所示)。當(dāng)軸轉(zhuǎn)動時(shí)，流體在旋向相反的螺旋間發(fā)生渦流摩擦，產(chǎn)生壓頭克服泄露。

如圖13、圖13(a)所示，所述膨脹機(jī)殼體Ⅰ-01設(shè)置有殼體進(jìn)油口流道Ⅰ-0107、殼體軸承油流道Ⅰ-0106、殼體出油口流道1Ⅰ-0105、殼體出油口流道2Ⅰ-0104、殼體出油口流道3Ⅰ-0103、法蘭孔Ⅰ-0101和殼體基座Ⅰ-0102。膨脹機(jī)運(yùn)行時(shí)，從殼體進(jìn)油口流道Ⅰ-0107流道進(jìn)油，油經(jīng)殼體軸承流道Ⅰ-0106分別供給到兩側(cè)的深溝球軸承Ⅰ-23中，對軸承進(jìn)行充分的潤滑和降溫，大部分油從出油口流道2Ⅰ-0104流出，少部分油進(jìn)入到螺旋迷宮密封 Ⅰ-20甩油腔，甩油腔出油口Ⅰ-2003連接殼體出油口流道3Ⅰ-0103和殼體出油口流道1Ⅰ-0105，潤滑油從殼體出油口流道3Ⅰ-0103和殼體出油口流道1Ⅰ-0105流出。

如圖14所示，為納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)(MQLSS)各零件的爆炸圖。MQLSS目的是為了將納米流體變?yōu)楣潭▔毫?、脈沖可變、液滴直徑不變的脈沖液滴，通過輸油管從外混合噴嘴處噴出，被高速低溫氣體霧化噴射到磨削區(qū)。

如圖15(a)、15(b)所示，凸輪軸Ⅱ-27通過凸輪鍵Ⅱ-26與聯(lián)軸器Ⅱ-32相連進(jìn)而與電磁調(diào)速電動機(jī)Ⅱ-31相連，凸輪軸Ⅱ-27安裝在軸承支座Ⅱ-29上，活塞Ⅱ-25與凸輪軸通過活塞彈簧Ⅱ-20進(jìn)行力閉合，固定板Ⅱ-06與上箱體Ⅱ-05通過固定板內(nèi)六角螺釘Ⅱ-07固定，同時(shí)與泵體Ⅱ-09通過泵體定位螺釘Ⅱ-19固定，快速插頭2Ⅱ-18與泵體Ⅱ-09螺紋連接，快速插頭1Ⅱ-12與油杯Ⅱ-11螺紋連接，帶有開關(guān)的導(dǎo)油管Ⅱ-13、Ⅱ-14兩端分別插入到快速插頭1Ⅱ-12和快速插頭2Ⅱ-18進(jìn)行導(dǎo)油。進(jìn)一步地，固定板Ⅱ-06與泵體Ⅱ-09之間設(shè)有固定板墊片Ⅱ-08進(jìn)行減震，上箱體Ⅱ-05和下箱體Ⅱ-30之間設(shè)有箱體墊片Ⅱ-02進(jìn)行緊固密封。泵體Ⅱ-09內(nèi)部安裝部分下段進(jìn)行詳細(xì)敘述。

如圖16(a)、圖16(b)所示，活塞Ⅱ-25上裝有星型密封圈1Ⅱ-21、星型密封圈2Ⅱ-22、Y型密封圈1Ⅱ-23、Y型密封圈2Ⅱ-24及活塞彈簧Ⅱ-20?；钊w安裝在泵體Ⅱ-09內(nèi)。泵體Ⅱ-09一側(cè)安裝單向閥堵頭Ⅱ-16、單向閥彈簧Ⅱ-15。出油口Ⅱ-10與泵體Ⅱ-09通過出油口定位螺釘Ⅱ-17連接定位。單向閥彈簧Ⅱ-15一端套在單向閥堵頭Ⅱ-16上，另一端鑲嵌在出油口Ⅱ-10彈簧槽內(nèi)，防止單向閥堵頭Ⅱ-16徑向移動。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進(jìn)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雜質(zhì)進(jìn)入泵體Ⅱ-09內(nèi)?；钊麖椈散?20始使活塞Ⅱ-25與凸輪軸Ⅱ-27貼合，能夠穩(wěn)定的供油。當(dāng)活塞Ⅱ-25每進(jìn)行沖程一次，活塞運(yùn)動腔Ⅱ-0901內(nèi)空氣通過泄氣孔1Ⅱ-0902和泄氣孔2Ⅱ-0902被排出到界外，供油腔1Ⅱ-0904和供油腔2Ⅱ-0905的中帶有一定壓力的油，克服單向閥彈簧Ⅱ-15的阻力被擠壓到單向閥腔Ⅱ-0906內(nèi)，接著通過出油口Ⅱ-10經(jīng)過輸油管道Ⅳ-13在噴嘴Ⅳ外部被低溫氣體霧化噴射到加工區(qū)域。當(dāng)活塞Ⅱ-25每進(jìn)行一次回程，單向閥堵頭Ⅱ-16由于單向閥彈簧Ⅱ-15的彈力堵住供油腔1Ⅱ-0904和供油腔2Ⅱ-0905，防止油的回流。此時(shí)供油腔1Ⅱ-0904和供油腔2Ⅱ-0905內(nèi)的壓強(qiáng)小于外界壓強(qiáng)，油被吸入到各供油腔內(nèi)，完成一次供油。

如圖17(a)、圖17(b)、圖17(c)、圖17(d)所示，泵體Ⅱ-09設(shè)有活塞運(yùn)動腔Ⅱ-0901、泄氣孔1Ⅱ-0902、泄氣孔2Ⅱ-0903、供油腔1Ⅱ-0904、供油腔2Ⅱ-0905、單向閥腔Ⅱ-0906、出油口定位孔Ⅱ-0907、進(jìn)油口2Ⅱ-0908、進(jìn)油口1Ⅱ-0909、泵體固定螺紋孔Ⅱ-0910、供油腔1流道Ⅱ-0911。泄氣孔1Ⅱ-0902和泄氣孔2Ⅱ-0903起到泵體Ⅱ-09泄氣作用，否則氣體排不出來，活塞運(yùn)動腔Ⅱ-0901內(nèi)氣體壓強(qiáng)急劇增大，有可能導(dǎo)致泵體Ⅱ-09整體脫離固定板Ⅱ-06。供油腔1流道Ⅱ-0911將供油腔1Ⅱ-0904和單向閥腔Ⅱ-0906聯(lián)通。泵 體進(jìn)油口2Ⅱ-0908設(shè)置在供油腔2Ⅱ-0905上，活塞Ⅱ-25回程結(jié)束后，直徑為d₂₂的活塞段應(yīng)該在進(jìn)油口2Ⅱ-0908下方，留出進(jìn)油口2Ⅱ-0908以便吸油。并且，密封圈不應(yīng)移出各腔，防止密封圈頻繁的進(jìn)出各腔，導(dǎo)致密封性能下降；當(dāng)活塞Ⅱ-25沖程結(jié)束后，活塞頂端應(yīng)該越過進(jìn)油口2Ⅱ-0908，在進(jìn)油口2Ⅱ-0908的上方，防止把油壓到進(jìn)油口2Ⅱ-0908中，各臺階不應(yīng)與泵體相撞，留出足夠的間隙。同理，直徑為d₂₁的活塞段與進(jìn)油口1Ⅱ-0909工作過程相同。

如圖18所示，活塞Ⅱ-25上設(shè)置有4個密封圈槽Ⅱ-2501、Ⅱ-2502、Ⅱ-2503和Ⅱ-2504，分別安裝星型密封圈1Ⅱ-21、星型密封圈2Ⅱ-22、Y型密封圈1Ⅱ-23、Y型密封圈2Ⅱ-24。第一供油部分活塞桿直徑為d₂₂，第二供油部分活塞桿直徑為d₂₁，根據(jù)活塞桿直徑的不同提供不同的供油量。忽略活塞Ⅱ-25與泵體Ⅱ-09之間的間隙，當(dāng)電動機(jī)Ⅱ-31的轉(zhuǎn)速n固定，活塞沖程距離l₂₁時(shí)，當(dāng)只開進(jìn)油口1Ⅱ-0909的導(dǎo)油管控油開關(guān)1Ⅱ-14，每小時(shí)消耗Q₁油量。當(dāng)只開進(jìn)油口2Ⅱ-0908的導(dǎo)油管控油開關(guān)2Ⅱ-13，每小時(shí)消耗Q₂油量，當(dāng)兩個控油閥Ⅱ-13和Ⅱ-14全打開時(shí)，消耗Q₃油量。

如圖19所示，出油口Ⅱ-10部分包括出油口流道Ⅱ-1001、單向閥彈簧槽Ⅱ-1002、螺紋定位孔Ⅱ-1003。出油口Ⅱ-10可以設(shè)置多個出油口流道Ⅱ-1001，根據(jù)實(shí)際需要通過拆裝出油口定位螺釘Ⅱ-17來更換出油口Ⅱ-10來選擇合適的出油口流道Ⅱ-1001的數(shù)量。進(jìn)一步地，出油口流道Ⅱ-1001應(yīng)圓形等距分布，使納米流體均勻的進(jìn)入各流道。

如圖20所示，固定板Ⅱ-06底部開有2個階梯孔Ⅱ-0601，側(cè)面開有1個階梯孔Ⅱ-0602，階梯孔Ⅱ-0601內(nèi)裝有固定板內(nèi)六角螺釘Ⅱ-07來固定固定板Ⅱ-06和上箱體Ⅱ-04，階梯孔Ⅱ-0602內(nèi)裝有泵體定位螺釘Ⅱ-18，來固定固定板Ⅱ-06和MQLSS泵體Ⅱ-09(結(jié)合圖11(a))。進(jìn)一步地，在固定板Ⅱ-06底部開有半圓型孔用來穿過活塞Ⅱ-25和凸輪彈簧Ⅱ-20。進(jìn)一步地，固定板Ⅱ-06需要兩個對稱配合安裝。進(jìn)一步地，固定板Ⅱ-06和MQLSS上箱體Ⅱ-05固定后，在兩塊固定板Ⅱ-06上方安裝固定板墊片Ⅱ-08，對泵體進(jìn)行減震。

如圖21、圖21(a)所示，上箱體設(shè)有法蘭孔Ⅱ-0501和螺紋孔Ⅱ-0502，法蘭孔Ⅱ-0501通過螺栓Ⅱ-04、螺母墊片Ⅱ-03、螺母Ⅱ-01與下箱體Ⅱ-30固定。螺紋孔Ⅱ-0502通過固定板內(nèi)六角螺釘Ⅱ-07使上箱體Ⅱ-05與固定板Ⅱ-06固定(結(jié)合圖11(a))。

如圖22所示，凸輪Ⅱ-2702直接在軸上銑制，凸輪軸Ⅱ-27上設(shè)有凸輪鍵槽Ⅱ-2701，通過凸輪鍵Ⅱ-26與Ⅱ-32聯(lián)軸器相連。進(jìn)一步地，根據(jù)實(shí)際情況，可以在軸上銑制多個凸輪Ⅱ-2702組裝多個MQSS系統(tǒng)，并且每個凸輪的升程l₂₁根據(jù)實(shí)際工況而定，從而實(shí)現(xiàn)在固定轉(zhuǎn)速情況下調(diào)節(jié)提供多路納米流體，并且每路納米流體流量可以不同，滿足不同工況需求。

如圖23和圖24所示，MQLSS整體(結(jié)合圖11)由電磁調(diào)速電動機(jī)Ⅱ-31驅(qū)動，通過控制電動機(jī)Ⅱ-31的轉(zhuǎn)速來控制MQLSS供油的頻率，進(jìn)而從一方面控制MQLSS單位時(shí)間的供油量。其中MQLSS整體和電磁調(diào)速電動機(jī)Ⅱ-31通過聯(lián)軸器Ⅱ-32相連。

圖25為GDCV實(shí)施例1爆炸圖，各零件陳列其中。圖26、圖27、圖28和圖29均為GDCV實(shí)施例1示意圖。氣體分配控制閥(GDCV)是利用改變流道通流面積原理來控制氣體流量，從而不可避免的造成局部損失，本方案基于閘閥能量局部損失較小原理設(shè)計(jì)，GDCV殼體設(shè)置2個或4個出氣口，同時(shí)對應(yīng)2個或4個控氣閥。本方案以分配4個控氣閥為例。

如圖26所示，控氣閥部分又有螺柱Ⅲ-0602，螺母1Ⅲ-0603、螺母2Ⅲ-0604組成，其中螺柱Ⅲ-0602一端設(shè)置有細(xì)螺紋，另一端設(shè)置有與螺柱同直徑球徑為d₃₁的半球，并且螺柱Ⅲ-0602上開有密封圈槽Ⅲ-0601。其中，螺柱Ⅲ-0602的螺紋旋向與螺母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與螺柱Ⅲ-0602利用一定的方式(如膠接)固定，防止在調(diào)整控氣閥Ⅲ-06時(shí)螺母2Ⅲ-0604與螺柱Ⅲ-0602產(chǎn)生松動。控氣閥螺紋均用細(xì)牙螺紋，細(xì)牙螺紋由于螺距小能夠?qū)崿F(xiàn)微調(diào)的作用，并且能夠更好的起到氣體密封作用；細(xì)牙螺紋螺旋升角小更有利于控制閥Ⅲ-06的自鎖。

如圖27(a)、圖27(b)、圖27(c)所示，首先將控氣閥螺柱Ⅲ-0602從控氣閥接頭Ⅲ-05旋入，再依次旋入控氣閥螺母1Ⅲ-0603和控氣閥螺母2Ⅲ-0604，然后在控氣閥螺柱Ⅲ-0602上安裝O型密封圈Ⅲ-07，最后將控氣閥接頭Ⅲ-05、O型密封圈Ⅲ-07和控氣閥整體Ⅲ-06旋入到GDCV殼體Ⅲ-03內(nèi)，控氣閥接頭Ⅲ-05和GDCV殼體Ⅲ-03之間裝有密封墊片2Ⅲ-04。最后分別將進(jìn)氣口快速插頭Ⅲ-01、出氣口快速插頭Ⅲ-09旋入到GDCV殼體Ⅲ-03中。其中，進(jìn)氣口快速插頭Ⅲ-01與GDCV殼體Ⅲ-03之間裝有密封墊片1Ⅲ-02,出氣口快速插頭Ⅲ-09與GDCV殼體之間裝有密封墊片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能夠有效的阻止氣體的外漏；第二，O型密封圈Ⅲ-07由于受到壓縮使得控氣閥螺柱Ⅲ-0602與GDCV殼體Ⅲ-03存在一定的阻尼，能夠有效減小控氣閥因受氣體沖擊作用而發(fā)生震動從而松動，起到定位作用；第三，當(dāng)控氣閥Ⅲ-06外旋的時(shí)候，O型密封圈Ⅲ-07移動到控氣閥接頭Ⅲ-05處，O型密封圈外徑大于控氣閥接頭Ⅲ-05內(nèi)徑，不能繼續(xù)向外移動，防止GDCV控氣閥Ⅲ-06過度旋出而脫離控氣閥接頭Ⅲ-05。

如圖28、圖28(a)、圖28(b)所示，GDCV殼體Ⅲ-03的上設(shè)置有殼體進(jìn)氣主流道Ⅲ-0301、殼體控氣閥接口Ⅲ-0302、殼體出氣口Ⅲ-0303、殼體氣體分流道Ⅲ-0304。其中，殼體氣體分流道Ⅲ-0304直徑為d₃₁，與控氣閥螺柱Ⅲ-0602半球部分球徑d₃₁相等，從而當(dāng)全部旋緊控氣閥Ⅲ-06時(shí)，使得控氣閥Ⅲ-06與殼體氣體流道Ⅲ-0304緊密結(jié)合，防止氣體泄露。

進(jìn)一步地，殼體進(jìn)氣口主流道Ⅲ-0301為圓形通道，氣體分流道Ⅲ-0304沿中心等分均勻圓形布置，使氣體均勻的進(jìn)入到各流道Ⅲ-0304；控氣閥Ⅲ-06分布在殼體的左右兩個面上。

如圖29所示，控氣閥接頭Ⅲ-05上設(shè)置外螺紋Ⅲ-0501和內(nèi)螺紋Ⅲ-0502，外螺紋Ⅲ-0502與GDCV殼體Ⅲ-03連接，內(nèi)螺紋Ⅲ-0502與GDCV控氣閥螺柱Ⅲ-0602連接。

如圖30所示，圖30為GDCV實(shí)施例2爆炸圖，各零件陳列其中。圖26、圖29、圖31、圖31(a)、圖32和圖32(a)均為GDCV實(shí)施例2示意圖。其中控氣閥部分Ⅲ-06(圖22)、控氣閥接頭Ⅲ-05(圖29)與實(shí)施例1結(jié)構(gòu)相同。

如圖31、圖31(a)所示，將進(jìn)氣口端蓋Ⅲ-12和出氣口快速插頭Ⅲ-09安裝到GDCV殼體Ⅲ-10上。其中，出氣口快速插頭Ⅲ-09和GDCV殼體Ⅲ-10為螺紋連接，之間有密封墊片3Ⅲ-11。進(jìn)氣口端蓋Ⅲ-12與GDCV殼體Ⅲ-10用螺釘Ⅲ-14連接，之間有進(jìn)氣口端蓋密封墊片Ⅲ-11和螺釘墊片Ⅲ-13。進(jìn)一步地，殼體進(jìn)氣口主流道為矩形通道，氣體分流道在矩形主流道上等距分布；控氣閥Ⅲ-06集中分布在殼體的一個面上。

如圖32、32(a)所示，控氣閥部分Ⅲ-06和控氣閥接頭Ⅲ-05安裝和實(shí)施例1圖27安裝方法相同。不做重復(fù)贅述。如圖33所示，為低溫油氣外混合噴嘴(簡稱噴嘴)爆炸圖，各零件陳列如圖。如圖34、圖34(a)所示，噴嘴氣體進(jìn)入管Ⅳ-06和蛇形管Ⅳ-09螺紋連接，噴嘴套筒Ⅳ-02與氣體進(jìn)入管Ⅳ-06螺紋連接，輸油管Ⅳ-13與噴嘴噴針Ⅳ-01過盈連接，錐形管Ⅳ-03與保溫管Ⅳ-05間隙配合連接，噴嘴噴針Ⅳ-01與錐形管Ⅳ-03間隙配合連接。保溫管Ⅳ-05在氣體進(jìn)入管Ⅳ-06和噴嘴套筒Ⅳ-02內(nèi)部，輸油管在保溫管內(nèi)Ⅳ-05部。保溫管Ⅳ-05和氣體進(jìn)入管Ⅳ-06之間設(shè)有密封墊片組合1Ⅳ-07和密封墊片組合2Ⅳ-08，保溫管Ⅳ-05與噴嘴錐形管Ⅳ-03設(shè)有密封墊片Ⅳ-04，蛇形管Ⅳ-09通過噴嘴固定塊Ⅳ-11、Ⅳ-12進(jìn)行固定安裝到加工區(qū)域。

如圖35所示，進(jìn)氣管設(shè)置有臺階1Ⅳ-0601、臺階2Ⅳ-0602、進(jìn)氣通道Ⅳ-0603。臺階1Ⅳ-0602用于噴嘴密封墊片組合1Ⅳ-07的定位，臺階2Ⅳ-0601用于噴嘴密封墊片組合2Ⅳ-08的定位。進(jìn)一步地，20°<γ₂<40°。如圖36所示，噴嘴噴針Ⅳ-01中間設(shè)置有臺階，來使噴嘴噴針Ⅳ-01和噴嘴錐形管Ⅳ-03定位。

如圖37(a)、圖37(b)、圖37(c)所示，噴嘴錐形管Ⅳ-03設(shè)置有噴針通道Ⅳ-0301、錐形管肋板通氣孔Ⅳ-0302、錐形管肋板Ⅳ-0303。其中，錐形管肋板Ⅳ-0303與噴嘴套筒Ⅳ-02連接對保溫管Ⅳ-05起到一定支撐作用。錐形管肋板通孔Ⅳ-0202使低溫氣體通流。為了使錐形管肋板能夠更穩(wěn)定支撐應(yīng)至少設(shè)置3個。錐形管角度γ₁應(yīng)滿足3°≤γ₁≤15°。

如圖38所示，噴嘴套筒錐形部分角度應(yīng)與噴嘴錐形管Ⅳ-03角度相同。其中噴嘴套筒平直部分內(nèi)徑d₄₂>d₄₁，更好的對噴嘴套筒Ⅳ-02進(jìn)行裝配。

如圖39(a)、圖39(b)所示，噴嘴固定塊1Ⅳ-12和噴嘴固定塊2Ⅳ-13中間都有半六邊形孔，并且噴嘴固定塊2Ⅳ-13設(shè)有螺紋孔。噴嘴固定塊1Ⅳ-12和噴嘴固定塊2Ⅳ-13兩個半六邊形孔組合來裝夾六邊形蛇形管螺母，并用固定塊內(nèi)六角螺釘Ⅳ-10夾緊固定蛇形管Ⅳ-09，從而固定噴嘴Ⅳ整體。噴嘴固定塊可以采用金屬等磁性材料，夠吸附在加工區(qū)域附近磁盤上。

本方案具體工作過程如下：

膨脹機(jī)制冷低溫冷卻納米粒子射流微量潤滑供給系統(tǒng)由低溫氣體產(chǎn)生裝置Ⅰ、納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)Ⅱ、氣體分配控制閥Ⅲ和低溫油氣混合噴嘴Ⅳ四部分構(gòu)成。

當(dāng)使用該系統(tǒng)對工件進(jìn)行磨削時(shí)，首先打開電磁調(diào)速電動機(jī)Ⅱ-31及MQLSS。因?yàn)镸QLSS出油口Ⅱ-10與外混合噴嘴噴針Ⅳ-01之間通過輸油管Ⅳ-13相連，所以先打開MQLSS進(jìn)行供油充滿輸油管Ⅳ-13，在此操作過程中，應(yīng)同時(shí)開啟MQLSS帶開關(guān)的導(dǎo)油管Ⅱ-13、Ⅱ-14，提高電動機(jī)Ⅱ-31的轉(zhuǎn)速，加快供油節(jié)約供油預(yù)備時(shí)間，提高加工效率。MQLSS由電磁調(diào)速電動機(jī)Ⅱ-31驅(qū)動，電動機(jī)Ⅱ-31每轉(zhuǎn)動一圈帶動凸輪軸Ⅱ-27旋轉(zhuǎn)一圈，活塞進(jìn)行一次沖程回程運(yùn)動，完成一次供油。MQLSS通過調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速Ⅱ-31和開啟關(guān)閉導(dǎo)油管開關(guān)Ⅱ-13、Ⅱ-14實(shí)現(xiàn)油量的控制。優(yōu)先調(diào)節(jié)導(dǎo)油管開關(guān)Ⅱ-13、Ⅱ-14對供油量實(shí)現(xiàn)3級調(diào)節(jié)，若不能滿足供油要求，則調(diào)節(jié)電動機(jī)Ⅱ-31轉(zhuǎn)速，改變供油頻率。MQLSS優(yōu)先選用電動機(jī)低頻工作，這樣不僅能節(jié)約電動機(jī)的電能而且還能夠有效的減小凸輪軸Ⅱ-27和活塞Ⅱ-25之間的磨損、密封圈與泵體Ⅱ-09之間的磨損。

在MQLSSⅡ提供的納米流體從噴嘴Ⅳ噴出之后，打開空氣壓縮機(jī)，經(jīng)過普通降溫、過濾、干燥后的純凈氣體進(jìn)入膨脹機(jī)Ⅰ內(nèi)，氣體經(jīng)過膨脹機(jī)Ⅰ進(jìn)行近似等熵膨脹溫度下降后，氣體從膨脹機(jī)出氣口導(dǎo)流Ⅰ-10排到保溫管通道內(nèi)，進(jìn)而輸送到氣體分配控制閥Ⅲ中，通過調(diào)節(jié)氣體分配控制閥的控制閥部分Ⅲ-06來改變氣體流通面積起到控制氣體流量的作用。

低溫冷氣從噴嘴的進(jìn)入管Ⅳ-06通入，MQLSSⅡ供給的納米流體通過輸油管Ⅳ-13從噴嘴噴針Ⅳ-01噴出，與低溫氣體在噴嘴Ⅳ外部混合，噴嘴成錐形噴射氣體，在氣體聚焦處使納米流體霧化，低溫氣體攜帶霧化后的細(xì)小油滴穿過砂輪楔形氣障層噴射到磨削區(qū)。

透平膨脹機(jī)制冷機(jī)理：

絕熱等熵膨脹是獲得低溫的重要效應(yīng)之一，透平膨脹機(jī)作為獲得低溫的主要設(shè)備，和節(jié)流方法相比，其工作過程更接近與等熵過程，具有效率高、尺寸小、重量輕。通氣量大、運(yùn)轉(zhuǎn)周期長、工作穩(wěn)定等特點(diǎn)。

本方案采用半開式工作輪的單級向心徑-軸反作用式透平膨脹機(jī)，它具有級焓降大，允許轉(zhuǎn)速高，結(jié)構(gòu)簡單，熱效率高等特點(diǎn)。主要由膨脹機(jī)制冷部分、制動器部分及機(jī)體三部分組成。壓縮空氣進(jìn)入到膨脹機(jī)蝸殼，把氣流均勻地分配給膨脹機(jī)噴嘴，氣流在噴嘴中第一次膨脹，把一部分焓降轉(zhuǎn)變成氣流的動能，因而推動制冷葉輪輸出外功。同時(shí)，剩余的一部分焓降也因?yàn)闅饬髟诠ぷ鬏喞^續(xù)膨脹而轉(zhuǎn)換成外功輸出。膨脹后的低溫氣體經(jīng)過出氣口導(dǎo)流排出到保溫管道。本方案透平膨脹機(jī)采用風(fēng)機(jī)止動，止動空氣通過進(jìn)氣導(dǎo)流吸入，經(jīng)止動葉輪壓縮后，再經(jīng)止動蝸殼擴(kuò)壓排出界外。膨脹機(jī)殼體起到傳遞、支撐和隔熱作用。膨脹機(jī)主軸把透平膨脹機(jī)的功率傳給右端的制動器，主軸支撐在膨脹機(jī)殼體的深溝球軸承上。本方案采用油潤滑深溝球軸承，為了避免油的泄露進(jìn)入到膨脹機(jī)葉輪中，采用迷宮密封和螺旋密封組合共同對低溫氣體和潤滑油起到有效的密封作用。

迷宮密封，是在旋轉(zhuǎn)部件與靜止部件之間設(shè)置迷宮間隙，利用流體流經(jīng)環(huán)形密封齒與軸形成的一系列節(jié)流間隙與膨脹空腔，產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)而達(dá)到阻漏的目的。迷宮密封具有結(jié)構(gòu)簡單、無磨損、不需要潤滑和維修方便等優(yōu)點(diǎn)。但是迷宮密封相對于機(jī)械密封存在流體泄漏量較多的缺點(diǎn)，在重載以及密封要求高的工作條件下與其他密封聯(lián)合使用更為可靠。

螺旋迷宮密封，是在軸的表面和套內(nèi)壁面分別加工有方向相反的多頭螺紋，內(nèi)外螺紋的間隔著間隙交叉著。當(dāng)軸轉(zhuǎn)動時(shí)，流體在旋向相反的螺旋間發(fā)生渦流摩擦，產(chǎn)生壓頭克服泄露。轉(zhuǎn)速越高，泄漏量越少。其中，密封效果與螺紋形狀、間隙有關(guān)。在密封直徑與工作長度相同時(shí)，三角形螺紋密封效果最好。但是螺旋迷宮密封在停車時(shí)，無法起到密封效果。所以在本方案中，在螺旋迷宮密封中設(shè)置甩油腔，在轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動或者轉(zhuǎn)速降低使得螺旋迷宮密封效果下降時(shí)，甩油腔能夠有效的阻止油進(jìn)入到螺旋迷宮密封轉(zhuǎn)子和定子之中。

采用迷宮密封和螺旋迷宮密封，非常適用于透平膨脹機(jī)中，因?yàn)榫鶎儆诜墙佑|密封，解決了機(jī)械密封無法應(yīng)用在高速狀態(tài)下的缺點(diǎn)，并且高速狀態(tài)都有利于兩者的密封效果。迷宮密封主要用于密封氣體、螺旋迷宮密封主要用于密封油，同時(shí)采用迷宮密封和螺旋迷宮密封，兩者密封效果要好于單種。

納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)供油及流量調(diào)節(jié)機(jī)理：

納米流體微量潤滑供給系統(tǒng)主要是靠電動機(jī)帶動凸輪軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動凸輪活塞實(shí)現(xiàn)活塞與泵體產(chǎn)生相對運(yùn)動，當(dāng)活塞沖程時(shí)把泵體各供油腔里的油排出去，當(dāng)活塞回程時(shí)在泵體各供油腔形成真空將進(jìn)油口的油吸到供油腔以備下一次供油。

忽略MQLSS活塞與MQLSS泵體之間的間隙，當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n固定，活塞沖程距離l₂₁時(shí)，當(dāng)只開進(jìn)油口1的導(dǎo)油管控油開關(guān)1，每小時(shí)消耗Q₁油量。當(dāng)只開進(jìn)油口2導(dǎo)油管控油開關(guān)2，每小時(shí)消耗Q₂油量，當(dāng)兩個控油閥和全打開時(shí)，消耗Q₃油量。其中：

式中，Q——單位時(shí)間內(nèi)供油量，ml/h；n——電動機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；d——活塞桿直徑，mm；l₂₁——凸輪升程，mm。

上述雖然結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。