CN101367060A - 超细空化靶式水射流磨 - Google Patents

Abstract

本发明涉及固体物料粉碎装置。超细空化靶式水射流磨，其特征在于它包括料斗、磨机腔体、粒度调节板、喷射混合加速部、调节冲击靶体、机座；料斗固定在磨机腔体的上端，并且料斗与磨机腔体的引射腔相通；磨机腔体的底部固定在机座上；喷射混合加速部的扩散混合管固定在磨机腔体的扩散混合管定位座腔内，空化喷嘴的喷嘴口位于扩散混合孔道的输入口内；调节冲击靶体的靶体位于喷射混合加速部的扩散混合管的输出口的左侧；磨机腔体的圆弧形截面渐变流道的输出端、分级排料口处设有粒度调节板；磨机腔体的分级排料口与圆弧形截面渐变流道的输出端相通。本发明具有粉碎能量利用率高、粒度控制易于调整的特点。

Description

超细空化靶式水射流磨

技术领域

本发明属于粉体工程领域，具体涉及固体物料粉碎装置。

背景技术

水射流技术是20世纪60年代逐渐发展起来的一项新技术，由起初的水射流开采，逐步发展到水射流清洗、切割等领域，到80年代中期，美国密苏里—罗拉(Missour—Rilla)大学岩石力学及爆破技术研究中心，首先利用高压水射流进行了木材、废纸制浆、城市固体垃圾处理，以及煤和矿物的粉碎试验，从而开始了高压水射流粉碎技术的研究，并日益引起人们的重视。高压水射流粉碎这一新技术正日益引起人们的重视，有观点认为，高压水射流粉碎与超声波粉碎和热粉碎技术，可能是21世纪粉碎工程中的一场革新性技术。

虽然水射流粉碎技术已展示了良好的应用前景，该技术的研究也从实验逐步转向工业开发应用。但是，目前国内外能应用于工业生产的水射流粉碎装置却屈指可数，使水射流粉碎技术的发展受到制约，其主要原因是已有的水射流粉碎装置在技术上还不成熟，以及水射流粉碎的粒度控制和新型高效水射流粉碎装置的开发相对滞后。

国内外现有水射流粉碎装置分为三种形式：直接水射流水流磨(Straight Water Jet)；前混合物料射流水流磨(DIA Jet)；后混合物料射流水流磨(Abrasive Entrained WaterJet)。其中：

①美国Missouri-Rilla大学研制的水射流双圆盘式粉碎机(直接水射流水流磨)，用于煤的粉碎。其工作原理为：上、下圆盘分别由电机驱动，并可独立调整圆盘的相对速度。当煤通过一个和顶部圆盘同轴安装的进料管给入两圆盘构成的破碎腔时，离心力将煤块朝外甩向旋转的圆盘表面，由电机驱动的旋转头上的喷嘴喷出的水射流直接射入两圆盘间的间隙，冲击两圆盘间受到机械破碎的煤。粉碎后小于粒度要求的煤颗粒通过起分级作用的缝隙射出，大颗粒则在粉碎腔内进一步粉碎。

②意大利卡利亚里大学DIMM实验室研制的旋转射流磨机(直接水射流水流磨)，用于煤的粉碎。其工作原理为：在破碎腔的环形壁和锥形中心形成的圆形漏孔上方有一套有两个喷嘴的喷枪在旋转。加入的物料落到锥形体下部进入破碎腔并迫使破碎后的物料通过漏孔，再与位于下面的冲击板进行再一次冲击粉碎。与此类似的另一种直接水射流磨煤装置是：水射流经旋转接头由喷嘴射向容器内的煤粒，容器为封闭式，煤粒在极短的时间内被水射流不断冲击，并在湍流和空化冲蚀效应作用下，煤粒得以粉碎。

上述①和②两种水射流粉碎装置，由于不同程度采用了电机驱动的旋转结构，使得粉碎装置过于复杂，以及带来磨损和高压水密封等问题，其水射流冲击强度有限，用于易于解理的煤的粉碎，也是水射流磨的初期结构。

③前混合物料射流水流磨，有德国AKW公司和丹麦朗尼公司(APVRASNNIEA/S)超细剥片水射流粉碎装置，其工作原理为：高压水分为二路，其中一路经节流阀进入高压储料罐底部的流态化室，使罐内物料局部流态化，同时获得流动初速度。另一路高压水进入混合室，并与来自流态化室的物料浆液充分混合，混合后的浆液被输送到喷嘴被加速，料液中的物料受到喷嘴壁的摩擦作用而部分地被剪切粉碎，并向靶体撞击进一步粉碎。

④超细均化器(前混合物料射流水流磨)，其工作原理为：通过高压装置加压使超细或剥片的颗粒浆料在流化床内处于高压之中并产生均匀化，当浆料到达细小的喷嘴时以每秒数百米的速度挤出，喷射在靶体上。由于颗粒浆料在挤出时的互相摩擦剪切，加之浆体挤出后压力突然降低所产生的空化冲蚀效应，以及颗粒浆料喷射在靶体所产生的强大冲击力，使得被超细剥片的颗粒沿晶层间解理或缺陷处爆裂，从而实现超细剥片的目的。

上述③和④两种超细剥片水射流粉碎装置(前混合物料射流水流磨)，虽然获得较高的能量效率，但结构复杂、造价高、不能连续作业，每次装料有限、生产率低，及喷嘴容易堵塞和磨损，故适用于粉碎低硬度，且原料粒度较小的物料。

⑤后混合物料水射流磨，其工作原理为：高压水经喷嘴转化为高速水射流，并在混合室中产生高真空，将进料装置中的颗粒物料吸入混合室并混入水射流中。在所谓准直管中，水射流破碎成大量水滴，形成平行流动段，不断与颗粒发生碰撞，使颗粒物料的速度充分提高，然后高速运动的颗粒与靶体碰撞导致粉碎。

⑥自振式水射流磨(后混合物料射流水流磨)，其工作原理为：将连续射流改变为压力脉动的冲击式射流，高压水经上喷嘴形成的高速水射流射入振荡腔，并将物料吸入。由于自振形成的涡环流，加剧了空化作用。在颗粒被吸进振荡腔的同时，也将空气带入了振荡腔促进空化。射流与物料混合后经下喷嘴进入放大器，形成了气、固、液二相的脉冲空化射流。从放大器喷出的物料颗粒在粉碎室中相互撞击，并在脉冲射流的水锤效应、空化作用的冲蚀效应和水楔效应的联合作用下，物料得以被粉碎。

上述⑤和⑥两种后混合式射流粉碎机结构较简单、操作放便、可以连续作业、处理量大，但也不同程度地存在着物料颗粒与高速水射流混合不充分，能量效率不高和分级与粒度控制等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能量利用率高的超细空化靶式水射流磨。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：超细空化靶式水射流磨，其特征在于它包括料斗、磨机腔体、粒度调节板、喷射混合加速部、调节冲击靶体、机座；料斗固定在磨机腔体的上端，并且料斗与磨机腔体的引射腔相通；磨机腔体的底部固定在机座上；

喷射混合加速部的扩散混合管固定在磨机腔体的扩散混合管定位座腔内，扩散混合管内设有扩散混合孔道，扩散混合孔道的输入口与引射腔相通，扩散混合孔道的输出口与磨机腔体的圆弧形截面渐变流道的输入端相通；空化喷嘴的喷嘴口位于扩散混合孔道的输入口内；调节冲击靶体的靶体位于喷射混合加速部的扩散混合管的输出口的左侧；磨机腔体的圆弧形截面渐变流道的输出端、分级排料口处设有粒度调节板，粒度调节板位于引射腔内，粒度调节板与粒度调节器的调节杆铰接；磨机腔体的分级排料口与圆弧形截面渐变流道的输出端相通。

本发明的有益效果是(与现有的水射流粉碎装置相比)：

1、将水射流空化剥蚀、水楔拉伸和扩散混合的碰撞摩擦粉碎作用，及靶体受阻冲击摩擦粉碎作用复合用于固体物料的湿法超细粉碎，能量利用率高。

2、将涡流离心分级和惯性冲击分级有效用于湿法粉碎过程中的粒度控制，便于粒度控制。

3、更有效地实现在湿法粉碎过程中，以冲击、拉伸及剥蚀作用对固体物料的粉碎施力方式，使水射流磨解理粉碎效率得到显著提高。

4、可连续控制粉碎产品的粒度，且十分便捷地实现对产品粒度的级配调整。

5、可在粉碎过程中及时将物料所含杂质进行分离，实现粉碎与分选的同步作业。

6、适用于解理性较强的非金属矿物，如云母、高岭土、石墨、滑石等物料的湿法超细粉碎，尤其适用于珠光云母原料的超细粉碎。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的左视图(外部结构)；

图3是图1的俯视图(外部结构)；

图4是图1中沿E-E线的剖视图；

图5是本发明磨机腔体A的结构示意图；

图6是图5的左视图(外部结构)；

图7是图5中沿FF线的剖视图；

图8是本发明喷射混合加速部B的结构示意图；

图9是本发明空化喷嘴8的结构示意图；

图10是图9的左视图；

图11是图9的右视图；

图12是本发明空化喷嘴8的自激芯柱25的结构示意图；

图13是图12的左视图(外部结构)；

图14是本发明调节冲击靶体C的结构示意图；

图中：A—磨机腔体；B—喷射混合加速部；C—调节冲击靶体；D—机座；1—料斗；2—圆弧形截面渐变流道；3—溢流口；4—分级排料口；5—粒度调节板；6—粒度调节器；7—扩散混合管；8—空化喷嘴；9—引射腔；10—杂质—次分离接管；11—杂质二次分离接管；12—粒度调节器接口；13—喷嘴座套接口；14—扩散混合管定位座腔；15—调节冲击靶体座套接口；16—磨门；17—磨门铰链；18—门把手；19—杂质二次分离缝隙；20—杂质一次分离缝隙；21—喷嘴座环；22—压盖；23—喷嘴引射距离调节螺母；24—喷嘴调节接管；25—喷嘴自激芯柱；26—调节冲击靶体压盖；27—靶体调节杆；28—靶体座套；29—靶体。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4所示，超细空化靶式水射流磨，它包括料斗1、磨机腔体A、粒度调节板5、粒度调节器6、杂质一次分离接管10、杂质二次分离接管11、磨门16、磨门铰链17、门把手18、喷射混合加速部B、调节冲击靶体C、机座D；料斗1固定在磨机腔体A的上端(通过螺栓固定)，并且料斗1与磨机腔体A的引射腔9相通；磨机腔体A的底部固定在机座D上(通过螺栓固定)；杂质一次分离接管10、杂质二次分离接管11分别焊接在磨门16上；

磨机腔体A的圆弧形截面渐变流道2的输出端、分级排料口4处设有粒度调节板5，粒度调节板5位于引射腔9内，粒度调节板5与粒度调节器6的调节杆铰接；粒度调节器6包括器体、调节杆、手柄，调节杆上设有外螺纹，器体上设有螺孔，器体的左端部固定在磨机腔体A的粒度调节器接口12内，调节杆的左端旋过器体上的螺孔并穿过磨机腔体A的调节杆孔与粒度调节板5铰接，调节杆的右端设有手柄。旋转手柄，调节杆左右移动，粒度调节板5与圆弧形截面渐变流道2的输出端的缝隙缩小与变大，从而可连续控制粉碎产品的粒度。

磨机腔体A的前侧面设有磨门16，磨门16的一端由磨门铰链17与磨机腔体A铰接，磨门16上设有门把手18。

如图1、图5、图6、图7所示，所述的磨机腔体A上设有圆弧形截面渐变流道2、溢流口3、分级排料口4、引射腔9、粒度调节器接口12、喷嘴座套接口13、扩散混合管定位座腔14、调节冲击靶体座套接口15、杂质二次分离缝隙19、杂质一次分离缝隙20，引射腔9位于磨机腔体A的右部{以图1为标准，左边为左，右边为右，上方为上，下方为下，纸里为后，纸外为前(即图2中的右)}，引射腔9的上端为开口端(开口端与料斗1相通)，引射腔9的上部与溢流口3相通，溢流口3位于分级排料口4的上方；圆弧形截面渐变流道2的输入端为宽端并位于磨机腔体A的左部，圆弧形截面渐变流道2的输出端(即末端)为窄端并与引射腔9相通，圆弧形截面渐变流道2的输入端分别与扩散混合管定位座腔14、调节冲击靶体座套接口15相通，扩散混合管定位座腔14位于圆弧形截面渐变流道2的输入端的右侧，调节冲击靶体座套接口15位于圆弧形截面渐变流道2的输入端的左侧，扩散混合管定位座腔14的中心线与调节冲击靶体座套接口15的中心线同轴；扩散混合管定位座腔14与引射腔9的下部相通，引射腔9的下端由杂质一次分离缝隙20与杂质一次分离接管10相通，圆弧形截面渐变流道2的输入端的底由杂质二次分离缝隙19与杂质二次分离接管11相通；分级排料口4位于圆弧形截面渐变流道2的输出端处，分级排料口4与圆弧形截面渐变流道2的输出端相通；粒度调节器接口12、喷嘴座套接口13分别位于引射腔9的右侧，喷嘴座套接口13与引射腔9相通，粒度调节器接口12由调节杆孔与引射腔9相通，喷嘴座套接口13的中心线与扩散混合管定位座腔14的中心线同轴；所述的圆弧形截面渐变流道2的上部由半径为R1的外圆弧和半径为R2的内圆弧组成，外圆弧与内圆弧不同圆心点的，R1值为空化喷嘴8的喷嘴口直径d的50～58倍，R2值为空化喷嘴8的喷嘴口直径d的36～45倍；圆弧形截面渐变流道2的下部为输入端。

如图1、图8、图9、图10、图11所示，所述的喷射混合加速部B由扩散混合管7、空化喷嘴8、喷嘴座环21、压盖22、喷嘴引射距离调节螺母23和喷嘴调节接管24组成；扩散混合管7固定在磨机腔体A的扩散混合管定位座腔14内(由螺栓固定)，扩散混合管7内设有扩散混合孔道，扩散混合孔道的中部为喉部，扩散混合孔道的输入口直径大于输出口直径，扩散混合孔道的输出口直径大于喉部直径，扩散混合孔道的输入口与引射腔9相通，扩散混合孔道的输出口与磨机腔体A的圆弧形截面渐变流道2的输入端相通；空化喷嘴8的喷嘴口位于扩散混合孔道的输入口内，空化喷嘴8与喷嘴调节接管24的左端部螺纹连接，喷嘴调节接管24的中部螺纹连接在喷嘴座环21上，喷嘴座环21的左部位于磨机腔体A的喷嘴座套接口13内，喷嘴座环21与磨机腔体A固定连接(由螺栓固定)，喷嘴调节接管24内设有水通道，水通道与空化喷嘴8相通，散混合管7、空化喷嘴8、喷嘴座环21、喷嘴调节接管24为同轴，喷嘴调节接管24的右端部螺纹连接有喷嘴引射距离调节螺母23(扩散混合管7与空化喷嘴8的距离可通过喷嘴引射距离调节螺母23调节)，压盖22套在喷嘴调节接管24上，压盖22位于喷嘴座环21与喷嘴引射距离调节螺母23之间；所述的扩散混合管7的喉部截面直径D1为空化喷嘴8的喷嘴口直径d的2～3.5倍，扩散混合管7的输出口截面直径D2为空化喷嘴8的喷嘴口直径d的4～7.5倍，扩散混合管7的长度L为空化喷嘴8的喷嘴口直径d的55～90倍。如图12、图13所示，空化喷嘴8内部嵌套有喷嘴自激芯柱25，空化喷嘴8的喷嘴口直径d和喷嘴自激芯柱25的直径由超细空化靶式水射流磨粉碎工作压力和流量决定，粉碎工作压力12～40MPa。

如图1、图14所示，调节冲击靶体C由调节冲击靶体压盖26、靶体调节杆27、靶体座套28、靶体29组成，靶体29位于靶体座套28的靶体滑动腔内，靶体29位于喷射混合加速部B的扩散混合管7的输出口的左侧；靶体调节杆27的右端部与靶体29螺纹连接，靶体调节杆27的左端部设有径向限位块，径向限位块位于靶体座套28左端的径向限位槽内(限制靶体调节杆27径向移动，只能旋转)，靶体调节杆27的左端穿过调节冲击靶体压盖26上的靶体调节杆孔，调节冲击靶体压盖26与靶体座套28的左端固定连接(由螺栓固定)；靶体座套28的右端部位于磨机腔体A的调节冲击靶体座套接口15内，靶体座套28与磨机腔体A固定连接(由螺栓固定)。靶体29通过旋转靶体调节杆27可在靶体座套28内沿轴线移动，使靶体29冲击面与扩散混合管7的输出口截面的冲击距离J的调整范围值为空化喷嘴8的喷嘴口直径d的1.5～6倍。

本发明的超细空化靶式水射流磨，将高速喷射水流的空化剥蚀作用和扩散混合管混合摩擦作用及靶体受阻冲击作用复合用于固体物料的湿法超细粉碎；将涡流离心分级和惯性冲击分级有效用于湿法粉碎过程中的粒度控制和杂质分离上，其强化原理和控制结构完全不同于现有的各种水射流磨。当物料从料斗给入引射腔时，空化喷嘴产生的高速水射流将物料引射吸入扩散混合管中加速，由于空化喷嘴的自激作用，在高速射流局部区域中液体压力低于液相饱和蒸气压值，产生液体气化现象，当颗粒接近或接触溃灭的气泡时，在空化冲蚀压力的剥蚀作用下，物料受拉伸和水楔张力而粉碎；同时，物料的粉碎作用在扩散混合管加速过程中因相互碰撞及与流道壁面的摩擦而得到强化；最后当物料高速冲向靶体时，因受阻冲击而进一步粉碎。经多次粉碎后的物料随水流在圆弧形截面渐变流道中被加速导入分级排料口，在惯性力作用下，较细的物料被排出磨机，而较粗的物料通过粒度调节板被抛回引射腔，继续粉碎直至粒度符合要求后作为产品排出。

Claims (9)

1.超细空化靶式水射流磨，其特征在于它包括料斗(1)、磨机腔体(A)、粒度调节板(5)、喷射混合加速部(B)、调节冲击靶体(C)、机座(D)；料斗(1)固定在磨机腔体(A)的上端，并且料斗(1)与磨机腔体(A)的引射腔(9)相通；磨机腔体(A)的底部固定在机座(D)上；

喷射混合加速部(B)的扩散混合管(7)固定在磨机腔体(A)的扩散混合管定位座腔(14)内，扩散混合管(7)内设有扩散混合孔道，扩散混合孔道的输入口与引射腔(9)相通，扩散混合孔道的输出口与磨机腔体(A)的圆弧形截面渐变流道(2)的输入端相通；空化喷嘴(8)的喷嘴口位于扩散混合孔道的输入口内；调节冲击靶体(C)的靶体(29)位于喷射混合加速部(B)的扩散混合管(7)的输出口的左侧；磨机腔体(A)的圆弧形截面渐变流道(2)的输出端、分级排料口(4)处设有粒度调节板(5)，粒度调节板(5)位于引射腔(9)内，粒度调节板(5)与粒度调节器(6)的调节杆铰接；磨机腔体(A)的分级排料口(4)与圆弧形截面渐变流道(2)的输出端相通。

2.根据权利要求1所述的超细空化靶式水射流磨，其特征在于：扩散混合管(7)的扩散混合孔道的中部为喉部，扩散混合孔道的输入口直径大于输出口直径，扩散混合孔道的输出口直径大于喉部直径。

3.根据权利要求1所述的超细空化靶式水射流磨，其特征在于：所述的磨机腔体(A)上设有圆弧形截面渐变流道(2)、溢流口(3)、分级排料口(4)、引射腔(9)、粒度调节器接口(12)、喷嘴座套接口(13)、扩散混合管定位座腔(14)、调节冲击靶体座套接口(15)、杂质二次分离缝隙(19)、杂质一次分离缝隙(20)，引射腔(9)位于磨机腔体(A)的右部，引射腔(9)的上端为开口端，引射腔(9)的上部与溢流口(3)相通，溢流口(3)位于分级排料口(4)的上方；圆弧形截面渐变流道(2)的输入端为宽端并位于磨机腔体(A)的左部，圆弧形截面渐变流道(2)的输出端为窄端并与引射腔(9)相通，圆弧形截面渐变流道(2)的输入端分别与扩散混合管定位座腔(14)、调节冲击靶体座套接口(15)相通，扩散混合管定位座腔(14)位于圆弧形截面渐变流道(2)的输入端的右侧，调节冲击靶体座套接口(15)位于圆弧形截面渐变流道(2)的输入端的左侧，扩散混合管定位座腔(14)的中心线与调节冲击靶体座套接口(15)的中心线同轴；扩散混合管定位座腔(14)与引射腔(9)的下部相通，引射腔(9)的下端由杂质一次分离缝隙(20)与杂质一次分离接管(10)相通，圆弧形截面渐变流道(2)的输入端的底由杂质二次分离缝隙(19)与杂质二次分离接管(11)相通；分级排料口(4)位于圆弧形截面渐变流道(2)的输出端处；粒度调节器接口(12)、喷嘴座套接口(13)分别位于引射腔(9)的右侧，喷嘴座套接口(13)与引射腔(9)相通，粒度调节器接口(12)由调节杆孔与引射腔(9)相通，喷嘴座套接口(13)的中心线与扩散混合管定位座腔(14)的中心线同轴。

4.根据权利要求3所述的超细空化靶式水射流磨，其特征在于：所述的圆弧形截面渐变流道(2)的上部由半径为R1的外圆弧和半径为R2的内圆弧组成，外圆弧与内圆弧不同圆心点的，R1值为空化喷嘴(8)的喷嘴口直径d的50～58倍，R2值为空化喷嘴(8)的喷嘴口直径d的36～45倍；圆弧形截面渐变流道(2)的下部为输入端。

5.根据权利要求1所述的超细空化靶式水射流磨，其特征在于：所述的喷射混合加速部(B)由扩散混合管(7)、空化喷嘴(8)、喷嘴座环(21)、压盖(22)、喷嘴引射距离调节螺母(23)和喷嘴调节接管(24)组成；空化喷嘴(8)与喷嘴调节接管(24)的左端部螺纹连接，喷嘴调节接管(24)的中部螺纹连接在喷嘴座环(21)上，喷嘴座环(21)的左部位于磨机腔体(A)的喷嘴座套接口(13)内，喷嘴座环(21)与磨机腔体(A)固定连接，喷嘴调节接管(24)内设有水通道，水通道与空化喷嘴(8)相通，散混合管(7)、空化喷嘴(8)、喷嘴座环(21)、喷嘴调节接管(24)为同轴，喷嘴调节接管(24)的右端部螺纹连接有喷嘴引射距离调节螺母(23)，压盖(22)套在喷嘴调节接管(24)上，压盖(22)位于喷嘴座环(21)与喷嘴引射距离调节螺母(23)之间。

6.根据权利要求5所述的超细空化靶式水射流磨，其特征在于：所述的扩散混合管(7)的扩散混合孔道的喉部截面直径D1为空化喷嘴(8)的喷嘴口直径d的2～3.5倍，扩散混合管(7)的输出口截面直径D2为空化喷嘴(8)的喷嘴口直径d的4～7.5倍，扩散混合管(7)的长度L为空化喷嘴(8)的喷嘴口直径d的55～90倍。

7.根据权利要求5所述的超细空化靶式水射流磨，其特征在于：所述的空化喷嘴(8)内部嵌套有喷嘴自激芯柱(25)。

8.根据权利要求1所述的超细空化靶式水射流磨，其特征在于：调节冲击靶体(C)由调节冲击靶体压盖(26)、靶体调节杆(27)、靶体座套(28)、靶体(29)组成，靶体(29)位于靶体座套(28)的靶体滑动腔内；靶体调节杆(27)的右端部与靶体(29)螺纹连接，靶体调节杆(27)的左端部设有径向限位块，径向限位块位于靶体座套(28)左端的径向限位槽内，靶体调节杆(27)的左端穿过调节冲击靶体压盖(26)上的靶体调节杆孔，调节冲击靶体压盖(26)与靶体座套(28)的左端固定连接；靶体座套(28)的右端部位于磨机腔体(A)的调节冲击靶体座套接口(15)内，靶体座套(28)与磨机腔体(A)固定连接。

9.根据权利要求1所述的超细空化靶式水射流磨，其特征在于：磨机腔体(A)的前侧面设有磨门(16)，磨门(16)的一端由磨门铰链(17)与磨机腔体(A)铰接，磨门(16)上设有门把手(18)。

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