淬火冷却监控系统

摘要

本发明的淬火冷却监控系统，包括水冷系统﹑热交换系统﹑控制系统﹑冷输送管﹑热输送管﹑冷端测温计﹑流量计﹑热端测温计和水泵，热交换系统内设置有充气压力计。监控系统根据冷端测温计﹑流量计﹑热端测温计和充气压力计反馈回来的实时测量信息进行计算和记录，实现冷却过程的在线监测功能，其监测数据可以作为品质判断的依据；监控系统也可以根据预先的设定，根据冷却的实际状况而发出对应的实时控制信号，控制对流风叶电机和水冷系统电机的转速和热交换系统内气体压力以达到调节冷却速度的目的；本发明实施也可以作为真空炉定期检测冷却能力的设备，还可以作为真空炉研究设计的有效工具，达到高效节能的目的，都是符合当今技术发展潮流的。

主权项

一种淬火冷却监控系统，包括水冷系统﹑热交换系统和控制系统，及设置在水冷系统和热交换系统之间的顺时针布局的冷输送管和热输送管，及设置在冷输送管上用于检测冷却液温度的冷端测温计，及设置在热输送管上顺时针布局的流量计﹑热端测温计和水泵；所述热交换系统内设置有充气压力计﹑对流风叶和热交换器，对流风叶扇动气流把工件上的热量吹送到热交换器上，冷却液把热交换器上的热量吸收带走；所述热交换系统外设置有对流风叶电机，对流风叶电机与对流风叶驱动连接，对流风叶电机与控制系统电性连接，控制系统实时控制对流风叶电机的转速进而控制对流风叶对工件的散热；所述充气压力计与控制系统电性连接，控制系统实时测量热交换系统内的实时压力，以实现对冷却速度的控制；或者将所述流量计设置在冷输送管上，实时反馈冷输送管内冷却液的流量至控制系统；所述冷端测温计与控制系统电性连接，实时反馈冷输送管输送的冷却液的温度至控制系统，其特征在于：该淬火冷却监控系统一旦确定了所用的工装及装炉模式后，通过测量每一次的冷却模式，就可以得到所监控的零件的冷却特性，并与数据库中或按预设的函数关系的冷却模式做对比，以判断该冷却过程是否符合要求，而通过对一定时期的数据统计，其还可以得出真空炉的冷却特性变化数据，以作为设备继续使用的判定，或在其特性进一步劣化之前采取措施，避免生产中出现品质事故；         设热交换器冷端温度为T，热端温度为τ；         水的比热容为C_水，钢的比热容为C_钢；         在单位时间如1秒里，流出或流入热交换器的水质量为δ_水，该质量在流量计上测出；         被加热的钢铁零件的质量为M；         那么，在t₁时刻，热电偶测得热交换器的冷端温度为T₁，热端温度为τ₁；        在t₂时刻，热电偶测得热交换器的冷端温度为T₂，热端温度为τ₂；      …        在t_n时刻，热电偶测得热交换器的冷端温度为T_n，热端温度为τ_n；         则在t₁时刻单位时间里，通过热交换器带走的热量Q₁为：         Q₁=C_水×δ_水×（τ₁‑ T₁） 在t₂时刻单位时间里，通过热交换器带走的热量Q₂为：         Q₂=C_水×δ_水×（τ₂‑ T₂）   … 在t_n时刻单位时间里，通过热交换器带走的热量Q_n为：         Q_n=C_水×δ_水×（τ_n ‑ T_n）         那么，在t₁至t_n时间里，被热交换器带走的总热量为：         Q(t₁, t_n)= Q₁+Q₂+…+ Q_n         = C_水×δ_水 ﹝（τ₁+τ₂+…+τ_n）‑（T₁+ T₂+…+ T_n）﹞         Q(t₁, t_n)即是真空炉系统的总热量在冷却过程中随时间的变化，定义为Q（t），即    Q（t）= Q(t₁, t_n)=∑Q_i(i=1,n)         热量Q（t）来自于真空炉中被加热材料的热量转移，转换为被加热的钢铁零件的温度降低ΔT：         在t₀时刻，钢铁零件的温度为T₀         在t_n时刻，钢铁零件的温度为T_n         则有     Q（t）（t₀，t_n）= C_钢×M×（T₀‑T_n）可以进一步表达为在t时刻的热量转移Q（t）与零件温度T的关系：         Q（t）= C_钢×M×（T₀‑T）  钢铁零件冷却到t时刻的温度T的关系表达为：         T= T₀‑ Q（t）/ C_钢×M，在时刻t的钢铁零件的温度           （1）         对（1）取一次导数，即可得到真空炉中钢铁零件的冷却速度：         dT／dt=‑d Q（t）／(C_钢×M) dt                               （2）即：ΔT = ‑ΔQ ／(C_钢×M)                                  （3）        公式（3）物理意义是：单位时间的炉中零件温度变化量ΔT与可测的热量转移变化量ΔQ 呈线性关系，并与零件材料的物性系数C_钢以及零件的质量M 相关，等式右边的负号表示放热过程，其中Q＜0，对所使用的真空炉冷却装置与炉内工件温度之间的定量关系要进行一次标定，获得校正系数k ，即得到式（4）：                                                ΔT = ‑ k ΔQ ／(C_钢×M)                                 （4）        在实际应用中，对时刻t所对应的Q(t)的监测，可推算出零件在该时刻的温度及其组织形态；以实现其在实施冷却过程的在线监测功能，其满足相变的动力学要求，避免因组织剧烈转变造成应力开裂，根据所测定的函数数据的变化趋势，通过PID调节器对冷却过程进行干预，以期达到所要求的组织形态或品质。