淬火冷卻監控系統的制作方法
【專利摘要】本發明的淬火冷卻監控系統，包括水冷系統﹑熱交換系統﹑控制系統﹑冷輸送管﹑熱輸送管﹑冷端測溫計﹑流量計﹑熱端測溫計和水泵，熱交換系統內設置有充氣壓力計。監控系統根據冷端測溫計﹑流量計﹑熱端測溫計和充氣壓力計反饋回來的實時測量信息進行計算和記錄，實現冷卻過程的在線監測功能，其監測數據可以作為品質判斷的依據；監控系統也可以根據預先的設定，根據冷卻的實際狀況而發出對應的實時控制信號，控制對流風葉電機和水冷系統電機的轉速和熱交換系統內氣體壓力以達到調節冷卻速度的目的；本發明實施也可以作為真空爐定期檢測冷卻能力的設備，還可以作為真空爐研究設計的有效工具，達到高效節能的目的，都是符合當今技術發展潮流的。
【專利說明】淬火冷卻監控系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種淬火冷卻監控系統，尤其涉及一種聯合測溫計、流量計和充氣壓力計進行精密檢測控制、精確評估冷卻系統效能的淬火冷卻監控系統。
【背景技術】
[0002]對于氣淬真空爐而言，決定冷卻能力(速度)的主要因素是熱交換器的換熱效率。而影響換熱效率的因素有:冷卻水流量，冷卻室(淬火室)內的氣體壓力及冷卻風葉的轉速。氣淬真空爐的冷卻能力決定了其生產能力(適用的工件尺寸大小，材料種類等)，而冷卻能力的穩定性決定了在批次生產時(大規模地重復生產同一零件)品質的穩定性。
[0003]目前在役的真空爐，為了測定真空爐的冷卻速度或是觀察或控制某個特定零件的冷卻過程，一般是通過在爐內零件(模具)上的特定部位安裝熱電偶，在冷卻時不斷地測量該處的溫度達到觀測與控制冷卻過程的目的。這種方法只適用于單室的真空爐，以及較大型的零件(模具);并且由于安裝的不便利性(某些零件上沒有熱電偶安裝孔或不允許鉆孔)，只能在某些特定條件下進行這種測試。對于雙室結構的真空爐型，這種方法就完全不能應用——因為在加熱完成后把零件(模具)從加熱室轉移到淬火室的過程中，熱電偶難以跟著移動，也不能讓隔熱門緊密關閉；如要實現這樣的功能，就需要去設計特別復雜的結構，會在真空爐的使用操作中帶來復雜性。對于油淬冷卻的真空爐，可以測量油的冷卻特性，以判斷淬火油是否老化或滿足使用要求。
[0004]對于小型的精密零件，將熱電偶安裝到零件上去是有因難的。如以裸露熱電偶的狀態去測量評估一整爐零件的冷卻狀態，則測量結果的準確性是值得懷疑。另因為零件較小，在裝爐數量較多的情況下，勢必要用到較多的工裝(如較大的鋼架，較多的裝料盤子或板網)，其 所占的質量比例也較大，其蓄熱對冷卻過程產生的影響也較大。因而，原有的在零件上安裝熱電偶測定冷卻特性的方式就不適用了。在這種情況下，使用本發明的“淬火冷卻監控系統”對整體的冷卻過程作出測量與評估，會更真實全面地反映淬火冷卻特性。
[0005]在現代的制造業中，對于制造品質提出了苛刻的質量要求，如汽車零件的生產要求實現“零缺陷”，以及“質量分散度為零”(21世紀美國熱處理路線規劃)的目標。其中熱處理的生產控制又是生產過程中的重點環節。但是，由于熱處理過程的特殊性，因此，目前對于熱處理的生產過程管理主要使用定期檢測的方法，如根據CQ1-9規范制，每年進行2次的爐溫均勻性檢測。所檢測的內容主要是爐溫均勻性，測溫準確性，以及樣品熱處理后指定位置的硬度及金相等內容，以獲得在定期的檢驗中鑒定真空爐的一些重要特性。尤其對于冷卻過程的特性測量及相關規范還是空白。更應注意的是，真空爐在長期使用中其冷卻特性是會變化的。這種變化可能來源于:1)換熱器的結垢，使換熱效率降低；2)水泵在長期使用中發生磨損，使冷卻能力降低；3)冷卻風葉發生變形，導致冷卻能力降低；4)冷卻電機發生磨損，導致冷卻能力降低等等。這種變化有極大的可能是漸變的(有時也會突變)，外在表現并不明顯，因而是不易及時察覺的。在冷卻性能逐漸降低的生產過程中，就有可能會產生不良品。這種不良品可能在平時的抽檢過程中難以發現，可能要在相當長的時間后，待冷卻特性有足夠的劣化現象時才能被發現。待到此時，產生的不良品可能已經相當多，可能已經構成了重大的經濟損失。可以設想，對于批量很大的小型精密零件的熱處理，一旦確定了所用的工裝及裝爐模式后，通過測量每一次的冷卻模式，就可以得到該批次零件的冷卻特性，并與數據庫中的(或預設的)冷卻模式做對比，以判斷該冷卻過程是否符合要求，而通過對一定時期的數據統計，還可以得出真空爐的冷卻特性變化數據，以作為設備繼續使用的判定，或在其特性進一步劣化之前采取措施，避免生產中出現品質事故。從質量管理的角度來看，對于冷卻過程的在線監測是非常必要的。

【發明內容】

[0006]本發明要解決的技術問題是提供一種聯合測溫計、流量計和充氣壓力計進行精密檢測控制、精確評估冷卻系統效能的淬火冷卻監控系統。本發明采用如下技術方案:
一種淬火冷卻監控系統，包括水冷系統、熱交換系統和控制系統，及設置在水冷系統和熱交換系統之間的順時針布局的冷輸送管和熱輸送管，及設置在冷輸送管上用于檢測冷卻液溫度的冷端測溫計，及設置在熱輸送管上順時針布局的流量計、熱端測溫計和水泵；所述熱交換系統內設置有充氣壓力計、對流風葉和熱交換器，對流風葉扇動氣流把工件上的熱量吹送到熱交換器上，冷卻液把熱交換器上的熱量吸收帶走；所述熱交換系統外設置有對流風葉電機，對流風葉電機與對流風葉驅動連接，對流風葉電機與控制系統電性連接，控制系統實時控制對流風葉電機的轉速進而控制對流風葉對工件的散熱；所述充氣壓力計與控制系統電性連接，控制系統實時測量熱交換系統內的實時壓力，以實現對冷卻速度的控制。
[0007]進一步地， 所述流量計也可以設置在冷輸送管上，實時反饋冷輸送管內冷卻液的流量至控制系統。
[0008]進一步地，所述冷端測溫計與控制系統電性連接，實時反饋冷輸送管輸送的冷卻液的溫度至控制系統。
[0009]進一步地，所述流量計與控制系統電性連接，實時反饋熱輸送管輸送的冷卻液的流量至控制系統。
[0010]進一步地，所述熱端測溫計與控制系統電性連接，實時反饋熱輸送管輸送的冷卻液的溫度到控制系統。
[0011]進一步地，所述水泵與控制系統電性連接，控制系統根據冷端測溫計、流量計、熱端測溫計和充氣壓力計反饋回來的實時測量信息進行計算和記錄，并發出對應的實時控制信號，控制對流風葉電機、水泵電機和水冷系統電機的實時轉速和熱交換系統內氣體壓力；所述控制系統收集的實時測量信息顯示給操控者，方便操控者了解冷端測溫計、流量計、熱端測溫計和充氣壓力計實時工作狀態及本淬火冷卻系統的效能。
[0012]進一步地，設熱交換器冷端溫度為T，熱端溫度為τ ；
水的比熱容為C水，鋼的比熱容為Cih ；
在單位時間(如I秒)里，流出或流入熱交換器的水質量為δ #(可在流量計測出);被加熱的鋼鐵零件的質量為M ；
那么，在h時刻，熱電偶測得熱交換器的冷端溫度為T1，熱端溫度為τ i ；
在t2時刻，熱電偶測得熱交換器的冷端溫度為T2，熱端溫度為τ 2 ；在tn時刻，熱電偶測得熱交換器的冷端溫度為Tn，熱端溫度為τ η ；
則在h時刻單位時間里，通過熱交換器帶走的熱量Q1為:
Ql=C** δ 水* ( τ「T1)
在t2時刻單位時間里，通過熱交換器帶走的熱量Q2為:
Q2=C**5 水* (τ2_ T2)
在tn時刻單位時間里，通過熱交換器帶走的熱量Qn為:
Qn=C** δ 水* ( τη - Tn)
那么，在h至tn時間里，被熱交換器帶走的總熱量為:
Q(ti, tn)= Qi+Q2+*** + Qn
=C水* δ 水〔(τ ^ τ 2+...+ τ n) - (T1+ T2+...+ Tn))
Q(t1； tn)即是真空爐系統的總熱量在冷卻過程中隨時間的變化，可以定義為Q (t)，
即 Q (O=QU1, tn)= Σ Qi (i=l, η)
熱量Q (t)來自于真空爐中被加熱材料的熱量轉移，可以轉換為被加熱的鋼鐵零件的溫度降低AT..在h時刻，鋼鐵零件的溫度為Ttl 在tn時刻，鋼鐵零件的溫度為Tn 則有 Q (t) (t0，tn)= C鋼*M* (T0-Tn)
可以進一步表達為在t時刻的熱量轉移Q (t)與零件溫度T的關系:
Q (t)= C鋼*M* (T0-T)
鋼鐵零件冷卻到t時刻的溫度T的關系表達為:
T= V Q (t) / CiH*M，在時刻t的鋼鐵零件的溫度(見圖1) Cl)
對(I)取一次導數，即可得到真空爐中鋼鐵零件的冷卻速度:
dT / dt=-d Q (t) / (C鋼*M) dt(2)
即:AT = -AQ / (C鋼*M)(3)
公式(3)物理意義是:單位時間的爐中零件溫度變化量ΛΤ與可測的熱量轉移變化量AQ呈線性關系，并與零件材料的物性系數C鋼以及零件的質量M相關，等式右邊的負號表示放熱過程(Q〈0);其中，對所使用的真空爐冷卻裝置與爐內工件溫度之間的定量關系要進行一次標定，獲得校正系數k，即得到式(4):
ΔΤ = - k AQ / (C鋼*M)(4)
在實際應用中，對時刻t所對應的q(t)的監測，可推算出零件在該時刻的溫度及其組織形態(其關系如圖1和圖2所示)；在鋼鐵零件的淬火冷卻過程中，通常在高溫階段(如500°C以上，依材料而異)需要較高的冷卻速度，以滿足相變的動力學要求；但在較低的溫度段，則需要較慢的冷卻速度，其主要原因是減少變形并緩和內部應力，避免因組織劇烈轉變造成應力開裂。
[0013]圖1與圖2即是生產過程中經常用到的曲線形式，它們反映的是材料的連續冷卻曲線與材料熱處理品質的相關性，即對材料的組織與性能控制具有決定性的作用。
[0014]通過由冷端測溫計、熱端測溫計、流量計、充氣壓力計、計算機及相關軟件組成的監控儀器，對真空爐的淬火冷卻過程進行圖1或圖2的函數數據進行在線測量與對照，實現零件熱處理過程的質量監測與控制；根據所測定的函數數據的變化趨勢，通過PID調節器對冷卻過程進行干預，以期達到(符合)所要求的組織形態或品質。
[0015]進一步地，其工作原理為:1)、加熱完成的工件放置于熱交換系統中，啟動控制系統、對流風葉電機、水泵電機和水冷系統電機，水泵驅動冷卻液流動；2)、冷卻液輸送到冷端測溫計，冷端測溫計測量冷卻液的實時溫度并反饋至控制系統；3)、冷卻液輸送到熱交換器，對流風葉扇動氣流把工件上的熱量吹送到熱交換器上，冷卻液把熱交換器上的熱量吸收隨冷卻液的輸送而被帶走；4)、冷卻液輸送到流量計和熱端測溫計，流量計與熱端測溫計分別測量吸收熱量后冷卻液的實時流量和實時溫度并反饋至控制系統；5)、充氣壓力計實時測量熱交換系統內的充氣壓力，并實時反饋熱交換系統內的實時充氣壓力至控制系統；6)、控制系統根據冷端測溫計、流量計、熱端測溫計和充氣壓力計分別反饋的測量值向操控者顯示或供控制系統進行計算并記錄，控制系統根據計算結果發出控制信號控制對流風葉電機、水泵電機和水冷系統電機的實時轉速和熱交換系統內氣體壓力或者按控制系統預先設定的參數(或函數關系)對流風葉電機、水泵電機和水冷系統電機的實時轉速和熱交換系統內氣體壓力進行調節；7)、冷卻液輸送到水泵，水泵驅動冷卻液向水冷系統輸送；8)、冷卻液輸送到水冷系統后，水冷系統對吸收熱量后的冷卻液進行降溫處理；往復至步驟2)。
[0016]本發明的淬火冷卻監控系統，包括水冷系統、熱交換系統和控制系統，及設置在水冷系統和熱交換系統之間的順時針布局的冷輸送管和熱輸送管，及設置在冷輸送管上用于檢測冷卻液溫度的冷端測溫計，及設置在熱輸送管上順時針布局的流量計、熱端測溫計和水泵。冷端測溫計，流量計、熱端測溫計和水泵電機和對流風葉電機與控制系統電性連接，控制系統根據冷端測溫計、流量計、熱端測溫計和充氣壓力計反饋回來的實時測量信息進行計算和記錄，并發出對應的實時控制信號，控制流風葉電機、水泵電機、水冷系統電機的實時轉速和熱交換系統內氣體壓力，實現對冷卻能力的調節；所述控制系統收集的實時測量信息顯示給操控者，方便操控者了解冷端測溫計、流量計、熱端測溫計和充氣壓力計實時工作狀態及本淬火冷卻系統的效能并作出相應的控制或處理，使冷卻過程得以檢測和調控，改進了冷卻監控能力，解決了不能安裝溫度計的問題。本發明即可以實施冷卻過程的在線監測功能，其監測數據可以作為熱處理加工后品質判斷的依據；當然，它也可以作為真空爐定期檢測冷卻能力的設備。本發明還可以作為真空爐研究設計的有效工具，達到高效節能的目的，都是符合當今技術發展潮流的。此外，本發明進一步的功能提升是實現對真空爐冷卻過程中的實時監控。監測是指對淬火冷卻過程的冷卻速度進行測量和記錄；控制是指根據冷卻速度的測量，將測量結果與預設的結果或函數作比較，在有偏差時自動調整冷卻速度，實現預設的冷卻特性，以保證熱處理加工后得到合格品質的產品。具有此功能的真空爐具有了信息化與智能化的特征，對于保證產品的熱處理質量具有重大工程意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為真空爐中鋼鐵零件溫度T與冷卻時間t的關系示意圖。
[0018]圖2為真空爐中鋼鐵零件溫度T與冷卻速度的關系示意圖。[0019]圖3為本發明淬火冷卻監控系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]本實施例中，參照圖3所示，淬火冷卻監控系統，包括水冷系統2、熱交換系統I和控制系統3，及設置在水冷系統2和熱交換系統I之間的順時針布局的冷輸送管4和熱輸送管5，及設置在冷輸送管4上用于檢測冷卻液溫度的冷端測溫計41，及設置在熱輸送管5上順時針布局的流量計51、熱端測溫計52和水泵53 ;所述熱交換系統I內設置有充氣壓力計14、對流風葉12和熱交換器13，對流風葉12扇動氣流把工件11上的熱量吹送到熱交換器13上，冷卻液把熱交換器13上的熱量吸收帶走；所述熱交換系統I外設置有對流風葉電機54，對流風葉電機54與對流風葉12驅動連接，對流風葉電機54與控制系統3電性連接，控制系統3實時控制對流風葉電機54的轉速進而控制對流風葉12對工件11的散熱；所述充氣壓力計14與控制系統3電性連接，控制系統3實時測量熱交換系統I內的實時壓力，可以通過調節壓力以實現對冷卻速度的控制。
[0021]其中，所述流量計51也可以設置在冷輸送管4上，實時反饋冷輸送管4內冷卻液的流量至控制系統3。
[0022]其中，所述冷端測溫計41與控制系統3電性連接，實時反饋冷輸送管4輸送的冷卻液的溫度至控制系統3。
[0023]其中，所述流量計51與控制系統3電性連接，實時反饋熱輸送管5輸送的冷卻液的流量至控制系統3。
[0024]其中，所述熱端測溫計52與控制系統3電性連接，實時反饋熱輸送管5輸送的冷卻液的溫度到控制系統3。
[0025]其中，所述水泵53與控制系統3電性連接，控制系統3根據冷端測溫計41、流量計51、熱端測溫計52和充氣壓力計14反饋回來的實時測量信息進行計算和記錄，并發出對應的實時控制信號，控制對流風葉電機54、水泵電機和水冷系統電機的實時轉速和熱交換系統I內氣體壓力；所述控制系統3收集的實時測量信息顯示給操控者，方便操控者了解冷端測溫計41、流量計51、熱端測溫計52和充氣壓力計14實時工作狀態及本淬火冷卻系統的效能。
[0026]其中，設熱交換器13冷端溫度為T，熱端溫度為τ ；
水的比熱容為C水，鋼的比熱容為C鋼；
在單位時間(如I秒)里，流出或流入熱交換器13的水質量為δ #(可在流量計51測
出)；
被加熱的鋼鐵零件的質量為M ；
那么，在h時刻，熱電偶測得熱交換器13的冷端溫度為T1，熱端溫度為τ i ；
在t2時刻，熱電偶測得熱交換器13的冷端溫度為T2，熱端溫度為τ 2 ；
在tn時刻，熱電偶測得熱交換器13的冷端溫度為Tn，熱端溫度為τ η ；
則在h時刻單位時間里，通過熱交換器13帶走的熱量Q1為:
Q1=^K* S 水 * ( τ「T1)
在t2時刻單位時間里，通過熱交換器13帶走的熱量Q2為:Q2=C**5 水* (τ2~ τ2)
在tn時刻單位時間里，通過熱交換器13帶走的熱量Qn為:
Qn=C** δ 水* ( τη - Tn)
那么，在至tn時間里，被熱交換器13帶走的總熱量為:
Q(ti, tn)= Qi+Q2+*** + Qn
=C水* δ 水〔(τ ^ τ 2+…+ τ n) - (T1+ T2+...+ Tn))
Q(t1； tn)即是真空爐系統的總熱量在冷卻過程中隨時間的變化，可以定義為Q (t)，
即 Q (O=QU1, tn)= Σ Qi (i=l, η)
熱量Q (t)來自于真空爐中被加熱材料的熱量轉移，可以轉換為被加熱的鋼鐵零件的溫度降低AT..在h時刻，鋼鐵零件的溫度為Ttl 在tn時刻，鋼鐵零件的溫度為Tn 則有 Q (t) (t0，tn)= C鋼*M* (T0-Tn)
可以進一步表達為在t時刻的熱量轉移Q (t)與零件溫度T的關系:
Q (t)= C鋼*M* (T0-T)
鋼鐵零件冷卻到t時刻的溫度T的關系表達為:
T= V Q (t) / CiH*M，在時刻t的鋼鐵零件的溫度(見圖1) Cl)
對(I)取一次導數，即可得到真空爐中鋼鐵零件的冷卻速度:
dT / dt=-d Q (t) / (C鋼*M) dt(2)
即:AT = -AQ / (C鋼*M)(3)
公式(3)物理意義是:單位時間的爐中零件溫度變化量ΛΤ與可測的熱量轉移變化量AQ呈線性關系，并與零件材料的物性系數C鋼以及零件的質量M相關，等式右邊的負號表示放熱過程(Q〈0);其中，對所使用的真空爐冷卻裝置與爐內工件11溫度之間的定量關系要進行一次標定，獲得校正系數k，即得到式(4):
ΔΤ = - k AQ / (C鋼*M)(4)
在實際應用中，對時刻t所對應的q(t)的監測，可推算出零件在該時刻的溫度及其組織形態(其關系如圖1和圖2所示)；在鋼鐵零件的淬火冷卻過程中，通常在高溫階段(如500°C以上，依材料而異)需要較高的冷卻速度，以滿足相變的動力學要求；但在較低的溫度段，則需要較慢的冷卻速度，其主要原因是減少變形并緩和內部應力，避免因組織劇烈轉變造成應力開裂。
[0027]圖1與圖2即是生產過程中經常用到的曲線形式，它們反映的是材料的連續冷卻曲線與材料熱處理品質的相關性，即對材料的組織與性能控制具有決定性的作用。
`[0028]通過由冷端測溫計41、熱端測溫計52、流量計51、充氣壓力計14、計算機及相關軟件組成的監控儀器，對真空爐的淬火冷卻過程進行圖1或圖2的函數數據進行在線測量與對照，實現零件熱處理過程的質量監測與控制；根據所測定的函數數據的變化趨勢，通過PID調節器對冷卻過程進行干預，以期達到(符合)所要求的組織形態或品質。
[0029]其工作原理為:1)、加熱完成的工件11放置于熱交換系統I中，啟動控制系統3、對流風葉電機54、水泵53和水冷系統2，水泵53驅動冷卻液流動；2)、冷卻液輸送到冷端測溫計41，冷端測溫計41測量冷卻液的實時溫度并反饋至控制系統3 ；3)、冷卻液輸送到熱交換器13，對流風葉12扇動氣流把工件11上的熱量吹送到熱交換器13上，冷卻液把熱交換器13上的熱量吸收隨冷卻液的輸送而被帶走；4)、冷卻液輸送到流量計51和熱端測溫計52，流量計51與熱端測溫計52分別測量吸收熱量后冷卻液的實時流量和實時溫度并反饋至控制系統3 ;5)、充氣壓力計14實時測量熱交換系統I內的充氣壓力，并實時反饋熱交換系統I內的實時充氣壓力至控制系統3 ;6)、控制系統3根據冷端測溫計41、流量計51、熱端測溫計52和充氣壓力計14分別反饋的測量值向操控者顯示或供控制系統3進行計算并記錄，控制系統3根據計算結果發出控制信號控制對流風葉電機54、水泵電機和水冷系統電機的實時轉速和熱交換系統I內氣體壓力或者按控制系統3預先設定的參數(或函數關系)對對流風葉電機54、水泵電機和水冷系統電機的實時轉速和熱交換系統I內氣體壓力進行調節；7)、冷卻液輸送到水泵53，水泵53驅動冷卻液向水冷系統2輸送；8)、冷卻液輸送到水冷系統2后，水冷系統2對吸收熱量后的冷卻液進行降溫處理；往復至步驟2)。
[0030]本發明的淬火冷卻監控系統，包括水冷系統、熱交換系統和控制系統，及設置在水冷系統和熱交換系統之間的順時針布局的冷輸送管和熱輸送管，及設置在冷輸送管上用于檢測冷卻液溫度的冷端測溫計，及設置在熱輸送管上順時針布局的流量計、熱端測溫計和水泵。冷端測溫計，流量計、熱端測溫計和水泵電機和對流風葉電機與控制系統電性連接，控制系統根據冷端測溫計、流量計、熱端測溫計和充氣壓力計反饋回來的實時測量信息進行計算和記錄，并發出對應的實時控制信號，控制對流風葉電機、水泵電機、水冷系統電機的實時轉速和熱交換系統內氣體壓力，實現對冷卻能力的調節；所述控制系統收集的實時測量信息顯示給操控者，方便操控者了解冷端測溫計、流量計、熱端測溫計和充氣壓力計實時工作狀態及本淬火冷卻系統的效能并作出相應的控制或處理，使冷卻過程得以檢測和調控，改進了冷卻監控能力，解決了不能安裝溫度計的問題。本發明即可以實施冷卻過程的在線監測功能，其監測數據可以作為熱處理加工后品質判斷的依據；當然，它也可以作為真空爐定期檢測冷卻能力的設備。本發明還可以作為真空爐研究設計的有效工具，達到高效節能的目的，都是符合當今技術發展潮流的。此外，本發明進一步的功能提升是實現對真空爐冷卻過程中的實時監測與控制。監測是指對淬火冷卻過程的冷卻速度進行測量和記錄；控制是指根據冷卻速度`的測量，將測量結果與預設的結果或函數作比較，在有偏差時自動調整冷卻速度，實現預設的冷卻特性，以保證熱處理加工后得到合格品質的產品。具有此功能的真空爐具有了信息化與智能化的特征，對于保證產品的熱處理質量具有重大工程意義。
[0031]上述實施實例，只是本發明的一個實例，并不是用來限制本發明的實施與權利范圍，凡與本發明權利要求所述內容相同或等同的技術方案，均應包括在本發明保護范圍內。
【權利要求】
1.一種淬火冷卻監控系統，其特征在于:包括水冷系統、熱交換系統和控制系統，及設置在水冷系統和熱交換系統之間的順時針布局的冷輸送管和熱輸送管，及設置在冷輸送管上用于檢測冷卻液溫度的冷端測溫計，及設置在熱輸送管上順時針布局的流量計、熱端測溫計和水泵；所述熱交換系統內設置有充氣壓力計、對流風葉和熱交換器，對流風葉扇動氣流把工件上的熱量吹送到熱交換器上，冷卻液把熱交換器上的熱量吸收帶走；所述熱交換系統外設置有對流風葉電機，對流風葉電機與對流風葉驅動連接，對流風葉電機與控制系統電性連接，控制系統實時控制對流風葉電機的轉速進而控制對流風葉對工件的散熱；所述充氣壓力計與控制系統電性連接，控制系統實時測量熱交換系統內的實時壓力，以實現對冷卻速度的控制。
2.根據權利要求1所述的淬火冷卻監控系統，其特征在于:所述流量計也可以設置在冷輸送管上，實時反饋冷輸送管內冷卻液的流量至控制系統。
3.根據權利要求1所述的淬火冷卻監控系統，其特征在于:所述冷端測溫計與控制系統電性連接，實時反饋冷輸送管輸送的冷卻液的溫度至控制系統。
4.根據權利要求1所述的淬火冷卻監控系統，其特征在于:所述流量計與控制系統電性連接，實時反饋熱輸送管輸送的冷卻液的流量至控制系統。
5.根據權利要求1所述的淬火冷卻監控系統，其特征在于:所述熱端測溫計與控制系統電性連接，實時反饋熱輸送管輸送的冷卻液的溫度到控制系統。
6.根據權利要求1至5中任一權利要求所述的淬火冷卻監控系統，其特征在于:所述水泵與控制系統電性連接，控制系統根據冷端測溫計、流量計、熱端測溫計和充氣壓力計反饋回來的實時測量信息進行計算和記錄，并發出對應的實時控制信號，控制對流風葉電機、水泵電機和水冷系統電機的實時轉速和熱交換系統內氣體壓力；所述控制系統收集的實時測量信息顯示給操控者，方便操控者了解冷端測溫計、流量計、熱端測溫計和充氣壓力計實時工作狀態及本淬火冷卻系統的效能。
7.根據權利要求1至6中·任一權利要求所述的淬火冷卻監控系統，其特征在于: 設熱交換器冷端溫度為T，熱端溫度為τ ； 水的比熱容為C水，鋼的比熱容為Cih ； 在單位時間(如I秒)里，流出或流入熱交換器的水質量為δ #(可在流量計上測出)； 被加熱的鋼鐵零件的質量為M ； 那么，在h時刻，熱電偶測得熱交換器的冷端溫度為T1，熱端溫度為τ i ； 在t2時刻，熱電偶測得熱交換器的冷端溫度為T2，熱端溫度為τ 2 ； 在tn時刻，熱電偶測得熱交換器的冷端溫度為Tn，熱端溫度為τ η ； 則在h時刻單位時間里，通過熱交換器帶走的熱量Q1為:
Q1=G 水 X S 水X (T1- T1) 在t2時刻單位時間里，通過熱交換器帶走的熱量Q2為:
Q2=C水 X δ 水 X ( τ 2- T2) 在tn時刻單位時間里，通過熱交換器帶走的熱量Qn為:
On=C 水 X S 水 X ( τ n - Tn)那么，在ti至tn時間里，被熱交換器帶走的總熱量為:
Q(ti, tn)= Qi+Q2+*** + Qn
=C水 X δ 水〔(τ ^ τ 2+…+ τ n) - (T1+ T2+...+ Tn)) Q(t1； tn)即是真空爐系統的總熱量在冷卻過程中隨時間的變化，可以定義為Q (t)，
即 Q (O=QU1, tn)= Σ Qi (i=l, η) 熱量Q (t)來自于真空爐中被加熱材料的熱量轉移，可以轉換為被加熱的鋼鐵零件的溫度降低AT..在h時刻，鋼鐵零件的溫度為Ttl 在tn時刻，鋼鐵零件的溫度為Tn 則有 Q (t) (t0，tn)= C鋼 XMX (T0-Tn) 可以進一步表達為在t時刻的熱量轉移Q (t)與零件溫度T的關系: Q (t)= C鋼 XMX (T0-T) 鋼鐵零件冷卻到t時刻的溫度T的關系表達為: T= T0- Q (t) / XM，在時刻t的鋼鐵零件的溫度(見圖1) Cl) 對(I)取一次導數，即可得到真空爐中鋼鐵零件的冷卻速度: dT / dt=-d Q (t) / (CihXM) dt(2) 即:AT = -AQ / (C鋼 XM)(3) 公式(3)物理意義是:單位時間的爐中零件溫度變化量ΛΤ與可測的熱量轉移變化量AQ呈線性關系，并與零件材料的物性系數Cih以及零件的質量M相關，等式右邊的負號表示放熱過程(Q〈0);其中，對所使用的真空爐冷卻裝置與爐內工件溫度之間的定量關系要進行一次標定，獲得校正系數k，即得到式(4): ΔΤ = - k AQ / (C鋼 XM)(4) 在實際應用中，對時刻t所對應的Q(t)的監測，可推算出零件在該時刻的溫度及其組織形態(其關系如圖1和圖2所示);其實施冷卻過程的在線監測功能，其監測數據可以作為品質判斷的依據，并作為真空爐定期檢測冷卻能力的設備；將測量結果與預設的結果或函數作比較，在有偏差時自動調整冷卻速度，實現預設的冷卻特性。
8.根據權利要求1至7中任一權利要求所述的淬火冷卻監控系統，其特征在于:其工作原理為:1)、加熱完成的工件放置于熱交換系統中，啟動控制系統、對流風葉電機、水泵電機和水冷系統電機，水泵驅動冷卻液流動；2)、冷卻液輸送到冷端測溫計，冷端測溫計測量冷卻液的實時溫度并反饋至控制系統；3)、冷卻液輸送到熱交換器，對流風葉扇動氣流把工件上的熱量吹送到熱交換器上，冷卻液把熱交換器上的熱量吸收隨冷卻液的輸送而被帶走；4)、冷卻液輸送到流量計和熱端測溫計，流量計與熱端測溫計分別測量吸收熱量后冷卻液的實時流量和實時溫度并反饋至控制系統；5)、充氣壓力計實時測量熱交換系統內的充氣壓力，并實時反饋熱交換系統內的實時充氣壓力至控制系統；6)、控制系統根據冷端測溫計 、流量計、熱端測溫計和充氣壓力計分別反饋的測量值向操控者顯示或供控制系統進行計算并記錄，控制系統根據計算結果發出控制信號控制對流風葉電機、水泵電機和水冷系統電機的實時轉速和熱交換系統內氣體壓力或者按控制系統預先設定的參數(函數關系)對對流風葉電機、水泵電機和水冷系統電機的實時轉速和熱交換系統內氣體壓力進行調節；7)、冷卻液輸送到水泵，水泵驅動冷卻液向水冷系統輸送；8)、冷卻液輸送到水冷系統后，水冷系統對吸收熱`量后的冷卻液進行降溫處理；往復至步驟2)。
【文檔編號】C21D1/18GK103849758SQ201410082684
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月7日 優先權日:2014年3月7日
【發明者】劉小陽 申請人:劉小陽