CN1015156B - 气体射流加工散粒材料的方法及实现该方法的气体射流设备 - Google Patents

Abstract

采用本发明的气体射流设备所实现的方法在于：将材料及气体提供给工作室(1，2)，以稳定加速到超声速的方式将所得到的气悬浮体提供给辅助设备(11，12)中的拉瓦尔喷嘴(13)，同时沿着具有长方形截面的扩散喷嘴(17，18，19，20，21，22)提供速度超过气悬浮体的附加气体射流，截面的长轴与拉瓦尔喷嘴(13)的纵轴线(34)相交，在超声速条件下使气悬浮体与附加气流混合，同时在工作室(25)中使获得的混合物磨碎及均质化，在分粒器(30)中将混合物分成粒级。

Description

本发明属于材料加工领域，更确切地说属于气体射流加工散粒材料的方法及实现该方法的气体射流设备。

本发明能够卓有成效地应用在建筑领域、化工、煤炭工业及制药等方面。

下面在说明书中将使用“气悬浮体”这一专用名词，应将其理解为“悬浮在气体中的散粒材料”。

国民经济的现代化发展，其中包括建筑业的发展，对散粒材料提出愈来愈高的而同时又更经济的要求，这种要求可以通过有效地制备散粒材料得到满足，而其制备阶段之一就是将其高质量地磨碎。

目前最有前途的方法是用气体射流使散粒材料磨碎。

已知的气体射流加工散粒材料的方法（参见苏联专利1，074，596A）是：彼此相向地提供两股散粒材料流，再提供两股基本气流，使散粒材料流中的每一股都与同方向提供的相应的基本气流混合，从而得到两股气悬浮体流;提供两股气悬浮体流，再以超过基本气流的速度提供两股被分开为多束射流、而每束射流均与相应的气悬浮体流成一定倾角的附加气流，使两股气悬浮体流中的每一股都与同方向上提供的相应的附加气流混合，与此同时就使所得到的混合物实现了磨碎和均质化;通过重力的作用将这种均质化了的混合物按重粒级及轻粒级分开，然后将重粒级的均质混合物再与散粒材料混在一起反复进行气体射流加工，而轻粒级的均质混合物则被提取。

在此方法中，是按固定的速度提供每一股气悬浮体流的，而每一 股气悬浮体流与相应的附加气流的混合是在形成气悬浮体的瞬间实现的。

实现散粒材料气体射流加工方法的气体射流设备同样是已知的（参见同一份苏联专利1，074，596A）。它包括两个同轴设置的为形成气悬浮体用的工作室，其中每一个工作室都配有供导入散粒材料用的连接管、供导入基本气流用的连接管、供导入重粒级均质混合物用的连接管以及供引出气悬浮体用的连接管;它包括两个与上述形成气悬浮体的工作室同轴设置的使气悬浮体加速用的辅助设备，其中每个辅助设备都配有主喷嘴（沿该辅助设备的纵轴线制成，其入孔与形成气悬浮体对应工作室的引出气悬浮体用的连接管相通），环形空腔（绕在主喷嘴的周围，并与导入附加气流用的接管相通）以及一些围绕主喷嘴并与其纵轴线按相同角度倾斜布置的附加喷嘴（其中每个附加喷嘴的入孔均与环形空腔相通），此射流设备还包括一个用以使气悬浮体磨碎及均质化的工作室，工作室相对的两个壁上各有一孔，其中安装有气悬浮体加速用的辅助设备，以致使该设备主喷嘴的输出孔能通向此工作室中。在此射流设备中，还有同轴设置的一根主导管（它与供气悬浮体磨碎及均质化的工作室相通）和两根附加导管（其中每根附加导管均和形成气悬浮体的对应工作室上供导入重粒级均质混合物用的连接管相通）以及跟这些主导管和附加导管相通的分粒器。在这个射流设备中，使气悬浮体加速用的两个辅助设备的每一个附加喷嘴都和主喷嘴成切向，其输出孔与主喷嘴相通。

但是，根据这种已知的方法和实现这种方法的气体射流设备进行工作时，气悬浮体流与相应的附加气流的混合是在这些射流的切线方向上进行的。所以在形成气悬浮体的起始阶段会导致气悬浮体流的涡 动及其速度的降低，从而就使相遇的气悬浮体流颗粒的碰撞力减小，因而会降低磨碎散粒材料的效率。

作为本发明基础而提出的任务是：拟定一种气体射流加工散粒材料的方法，按照此方法提供每股气悬浮体流，以及完成每股气悬浮体流与相应附加气流的混合，都要以这样的速度进行，即，能使相遇的气悬浮体流中颗粒的碰撞力增大;同时本发明还要创造一种实现上述方法的气体射流设备，其中使气悬浮体加速用的主喷嘴及附加喷嘴的制做以及相互之间的配置，能够增加相遇的气悬浮体中颗粒的碰撞力。

上述任务可通过以下方法来达到。在气体射流加工散粒材料的方法中，彼此相向地提供两股散粒材料流，再提供两股基本气流，使散粒材料流中的每一股都与同方向提供的相应的基本气流混合，从而得到两股气悬浮体流;再以超过基本气流的速度提供两股被分开为多束射流，而每束射流均与相应的气悬浮体流成一定倾角的附加气流。使每股气悬浮体流中的每一股都与同方向提供的相应的附加气流混合，与此同时就使所得到的混合物实现了磨碎和均质化;通过重力作用将这种均质化了的混合物按重粒级和轻粒级分开，然后将重粒级的均质混合物再与散粒材料混在一起重复进行气体射流加工，而轻粒级的均质混合物则被提取。按照本发明所述的方法，每一股气悬浮体流都是以稳定加速到超声速的方式实现的;而气悬浮体流中的每一股与相应的附加气流的混合，是在气悬浮体流达到超声速的时刻实现的。

上述任务同时还要通过以下手段来达到。在实现气体射流加工散粒材料的气体射流设备中，包括两个同轴设置的为形成气悬浮体用的工作室，其中每个工作室都配有供导入散粒材料用的连接管、供导入基本气流用的连接管、供导入重粒级均质混合物用的连接管以及供引 出气悬浮体用的连接管;包括两个与上述形成气悬浮体的工作室同轴设置的使气悬浮体加速用的辅助设备，其中每个辅助设备都配有主喷咀（沿辅助设备的纵轴线制成，其入孔与形成气悬浮体对应工作室的引出气悬浮体用的连接管相通）、环形空腔（围绕主喷咀的周围，与导入附加气流用的连接管相通）以及一些围绕主喷嘴并与其纵轴线按相同角度倾斜布置的附加喷嘴（其中每个附加喷嘴的入孔均与环形空腔相通）;还包括一个用以使气悬浮体磨碎及均质化的工作室，工作室相对的两个壁上各有一个孔，其中安装有气悬浮体加速用的辅助设备，因此该辅助设备主喷嘴的输出孔能通入此工作室中。在此射流设备中，还有同轴设置的一根主导管（与供气悬浮体磨碎及均质化的的工作室相通）和两根附加导管（其中每根附加导管均和形成气悬浮体的对应工作室上供导入重粒级均质混合物用的连接管相通）以及跟这些主导管和附加导管相通的分粒器。按照本发明所述的气体射流设备，其中每个使气悬浮体加速用的辅助设备的主喷嘴做成拉瓦尔喷嘴的形式，而每个附加喷嘴做成扩散喷嘴的形式，具有长方形截面，其长轴与拉瓦尔喷嘴的纵轴相交，且每个扩散喷嘴的输出口均伸进供气悬浮体磨碎及均质化的工作室内。

气体射流设备每个供气悬浮体加速用的辅助设备中的每个扩散喷嘴，其与拉瓦尔喷嘴纵轴线之间的倾角为5-16°比较合适。

在气体射流设备每个供气悬浮体加速用的辅助设备中，最好让每个扩散喷嘴的输出口平面能以2-7°的倾角斜向其拉瓦尔喷嘴的输出口平面。

在气体射流设备每个供气悬体加速用的辅助设备中，比较合理的做法是使每个扩散喷嘴横截面上的长轴与短轴之比为7.5∶2～ 7.0∶2。

在同其它气悬浮体流及与之相应的附加气流的射流碰撞之前，本发明能够实现让气悬浮体流及相应附加气流的射流之一分开提供或同时提供，从而就能保证碰撞力的增加，因而使磨碎的效率提高，进而保证节约散粒材料。

除此而外，本发明还能提高气悬浮体流的流动速度，由此而降低能耗。

接下去本发明将通过具体的实施例加以说明。其中：

图1为表示本发明实现散粒材料气体射流加工方法的气体射流设备的总图（局部纵向剖视）;

图2为图1中根据Ⅱ-Ⅱ截线剖视图;

图3为图1按箭头A所示方向的视图。

气体射流加工散粒材料的方法在于：彼此相向地提供两股散粒材料流，再提供两股基本气流，使散粒材料流中的每一股都与在同样方向上提供的相应的基本气流混合，从而得到两股气悬浮体流，随后以稳定加速到超声速的方式提供两股气悬浮体流。然后再以超过基本气流速度的速度提供两股被分开为多束射流而每股射流均与相应的气悬体流成一定角度的附加气流，并在每股气悬浮体流达到超声速的瞬间将其与提供的附加气流在同样方向上混合。与此同时，使获得的混合物磨碎和均质，并用重力方法实现将其分开为重粒级和轻粒级。在此之后将重粒级的均质混合物再与散粒材料混在一起，重复提供给气体射流加工，而且轻粒级的均质混合物被提取出来。

实现气体射流加工散粒材料专利方法的气体射流设备，它包括两个同轴设置为形成气悬浮体用的工作室1和2（图1），其中每个工 作室都相应地配有为导入散粒材料用的连接管3，4、为导入基本气流用的连接管5，6、为导入重粒级均质混合物用的连接管7、8以及供输出气悬浮体用的连接管9，10。与工作室1、2同轴设置的有使气悬浮体加速用的辅助设备11和12，其中每个辅助设备都配有拉瓦尔喷嘴13，它沿辅助设备的纵轴线制成，其入孔分别与工作室1、2的相应连接管9、10相通。每一个辅助设备11、12都有一个绕在拉瓦尔喷嘴周围的环形空腔14。每个辅助设备11、12的环形空腔14，都和导入附加气流用的相应连接管15、16相通。围绕拉瓦尔喷嘴13并与其纵轴线成相同的倾角（可选在5-16°范围内），均匀地配置有六个扩散喷嘴17、18、19、20、21、22（图2及图3），其中每个喷嘴的入口都与环形空腔14相通（图1）。在使气悬浮体磨碎及均质化的工作室25相对的两个壁23，24上制做的孔中，同轴安装着辅助设备11，12，以使其喷嘴13、17、18、19、20、21、22的出口能伸进工作室25内，这时拉瓦尔喷嘴13的出口是同轴线设置的。每个扩散喷嘴17、18、19、20、21、22、（图2及图3）都有一个长方形的截面，其长轴与拉瓦尔喷嘴13的纵轴线相交。在每个扩散喷嘴17、18、19、20、21、22的横截面上，长轴与短轴之比为7.5∶2～7.0∶2。与图1中的喷嘴17、20类似，每个喷嘴17、18、19、20、21、22的出口平面均以2-7°的倾角斜向拉瓦尔喷嘴13的出口平面。

主导管27的一端28经过工作室25（图1）壁26上制做的孔与工作室25相通，而其另一端29与分粒器30相通。相应工作室1、2上供导入重粒级均质混合物用的连接管7和8，借助相应的 附加导管31和32与分粒器30相通。分粒器30上装有一个供导出轻粒级均质混合物用的连接管33。

图1中示出的气体射流设备的纵轴线34，是和工作室1、2的纵轴线34、辅助设备11，12的纵轴线34重合在一起，而拉瓦尔喷嘴13是与工作室25的纵轴线34重合在一起的。

实现气体射流加工散粒材料专利方法的这种气体射流设备，其工作方式如下：

先经过供导入散粒材料用的相应连接管3、4以及供导入基本气流的连接管5、6，将散粒材料流和基本气体流（例如空气流）送入图1中为形成气悬浮体用的每个工作室1、2。在工作室1、2中散粒材料流与空气流进行混合，形成气悬浮体。经过供引出气悬浮体用的连接管9、10，将气悬浮体从工作室1、2送入相应辅助设备11、12的拉瓦尔喷嘴13中。使气悬浮体加速。

每一股气悬浮体流沿着拉瓦尔喷嘴13，稳定加速到超声速。与此同时，沿着连接管15、16，将附加气流（例如空气流）提供给每个辅助设备11，12的环形空腔14中。由环形空腔14中出来的附加空气流分别通过扩散喷嘴17、18、19、20、21、22，（图2及图3），从而被分成单个的空气射流。在这种情况下，长方形的射流横截面能保证这些射流最大限度地渗透到气悬浮体流中，并作用在运动颗粒上。（使这些颗粒加速到很高的速度，并且将它们吸引到射流中同时使其凝集）。

在这种情况下，最好是使喷嘴17、18、19、20、21、22（图1）相对与其相应的拉瓦尔喷嘴13的纵轴线34的倾角为5-16°。

当倾角小于5°时，气悬浮体流与喷嘴17、18、19、20、21、22中的空气射流实际上是彼此平行地向前移动的，就会造成这些射流对气悬浮体流的渗透不足，而且也不能使气悬浮体流加速到足够的速度。

当倾角大于16°时，由于产生过高的涡流而可能使气悬浮体流出现减速。

以超声速移动的气悬浮体流，彼此相向地从加速用的辅助设备11、12的拉瓦尔喷嘴13送进供气悬浮体磨碎及均质化的工作室25中。而与此同时，又从辅助设备11、12的附加喷嘴17、18、19、20、21、22中将附加空气流的射流送进同一个工作室25，其速度超过气悬浮体流的速度。

比较适当的做法是让附加空气流的射流速度超过气悬浮体流速度至少两倍。否则就可能无法保证附加空气射流对气悬浮体流足够深的渗透，因而就不能达到在工作室25中使其碰撞所需要的加速度。

当每个扩散喷嘴17、18、19、20、21、22的出口平面与相应的拉瓦尔喷嘴13的出口平面的倾角为2-7°时，附加空气流的射流与相应气悬浮体流的相互作用，能够达到最大的有效系数。

当倾角小于2°时，射流与气悬浮体流的相互作用有效系数会小到这样的程度，以致于无法达到使一股气悬体流与另一股气悬体流碰撞所足够的加速度。

当倾角大于7°时，气悬浮体流进入工作室25，立刻就在该气悬浮体流中产生涡流干扰，从而造成其由连续运动改变为脉动，同时会使附加空气射流与相应气悬浮体相互作用的有效系数下降。它同样也会导致工作室25中的气悬浮体流不能达到碰撞所足够的加速度。

为了降低附加空气射流的能量损耗，比较适当的做法是使每个喷嘴17、18、19、20、21、22横截面上长轴与短轴之比为7.5∶2～7.0∶2。

当比值大于7.5∶2时，由于气流分子之间的摩擦力太大，所产生的附加空气射流的能耗会增加。

当比值小于7.0∶2时，相邻的附加空气射流有可能重迭，从而浪费空气。

与相应的附加空气射流相互作用后的两股气悬浮体流，彼此冲向一起产生碰撞，其结果是使所获得的混合物磨碎和均质化。将所获得的这种混合物连同作完功的空气一起，沿着主导管27送进分粒器30。在分粒器30中，此混合物被分开为重粒级和轻粒级两种。轻粒级的混合物，沿着为导出轻粒级均质混合物用的连接管33被送出该射流设备。重粒级的混合物，将沿着附加导管31，32和连接管7和8将重粒级均质混合物送入相应的工作室1、2。在工作室1、2中，重粒级的均质混合物将与散粒材料混合，重新进行上述加工。

本发明能使气体射流设备的尺寸减小，并提高生产率。

除此而外，本发明能够降低载能体的损耗，从而使气体射流设备的价格降低。

Claims (5)

1、一种气体射流加工散粒材料的方法是：彼此相向地提供两股散粒材料流，再提供两股基本气流，使每一股散粒材料流都与同方向提供的相应的基本气流混合，从而得到两股气悬浮体流，再以超过基本气流的速度提供两股被分开为多束射流、而每束射流均与相应的气悬浮体流成一定倾角的附加气流混合，与此同时就使所得到的混合物实现磨碎和均质化，通过重力作用将这种均质化了的混合物分成重粒级和轻粒级，然后将重粒级的均质混合物再与散粒材料一起进行重复气体射流加工，而轻粒级的均质混合物则被提取，此方法的特征在于：每一股气悬浮体流的提供，都是以稳定加速到超声速的方式实现的，而每一股气悬浮体与相应的附加气体的混合，是在气悬浮体流达到超声速的时刻实现的。

2、一种实现权利要求1所述气体射流加工散粒材料方法的气体射流设备，它包括两个同轴设置为形成气悬浮体用的工作室（1、2），其中每个工作室都相应地配有为导入散粒材料用的连接管（3、4）、为导入基本气流用的连接管（5、6），为导入重粒级均质混合物的连接管（7、8）以及供输出气悬浮体用的连接管（9、10），它包括与形成气悬浮体用的工作室同轴设置的两个使气悬浮体加速用的辅助设备（11、12），其中每个设备都配有沿其纵轴线（34）制成的主喷嘴，为了使气悬浮体主喷嘴的入口与相应工作室（1、2）的连接管（9、10）相通，以便形成气悬浮体，其中每个辅助设备还有一个绕在主喷嘴周围、与导入相应的附加气流用的连接管（15、16）相通的环形空腔（14），以及一些绕着主喷嘴周围均匀配置并与其轴线（34）成相同倾角的附加喷嘴，其中每个附加喷嘴的入口均与环形空腔（14）相通，此射流设备还包括一个供气悬浮体磨碎及均质化的工作室（25），工作室相对的两壁（23、24）上都有孔，在该孔中安装有使气悬体加速用的辅助设备（11、12），其主喷嘴（13）的出口伸进供气悬浮体磨碎及均质化工作室（25）内，并同轴线安置，还有与供气悬浮体磨碎及均质化的工作室（25）相通的主导管（27）和两个附加导管（31、32），其中每个附加导管均与形成气悬浮体用的相应工作室（1、2）供导入重粒级均质混合物的相应连接管（7、8）相通，以及一个跟主导管（27）和附加导管（31、32）相通的分粒器（30），此射流设备的特征在于：其中使气悬浮体加速用的每个辅助设备（11、12）的主喷嘴做成拉瓦尔（лаьалъ）喷嘴（13）的形式，而每个附加喷嘴则做成具有长方形截面的扩散喷嘴（17、18、19、20、21、22）的形式，截面的长轴与拉瓦尔喷嘴（13）的纵轴线（34）相交，而每个扩散喷嘴（17、18、19、20、21、22）的出口都伸进供气悬浮体磨碎及均质化的工作室（25）内。

3、如权利要求2所述的气体射流设备，其特征在于，使气悬浮体加速用的每个辅助设备（11、12）中，每个扩散喷嘴（17、18、19、20、21、22）与其拉瓦尔喷嘴（13）纵轴线（34）之间的倾角为5-16°。

4、如权利要求3所述的气体射流设备，其特征在于，使气悬浮体加速用的每个辅助设备（11、12）中，每个扩散喷嘴（17、18、19、20、21、22）的出口平面，均以2-7°的倾角斜向其拉瓦尔喷嘴（13）的出口平面。

5、如权利要求2-4中任一权利要求所述的气体射流设备，其特征在于，使气悬浮体加速的每个辅助设备（11、12）中，每个扩散喷嘴（17、18、19、20、21、22）横截面上的长轴与短轴之比为7.5∶2～7.0∶2。