CN101631622B - 用于射流微粉磨机的改进射流喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改进的喷嘴，其用于微粉射流磨机或者现有的射流磨机的改造。该改进的喷嘴结合了柯恩达效应诱导元件以便增强要在微粉射流磨机产生的涡流内磨碎的颗粒的夹带能力。当射流磨机利用气流产生射流时，利用改进的喷嘴可以通过提高射流磨机的效率而降低能量消耗。

Description

用于射流微粉磨机的改进射流喷嘴

背景技术

射流微粉磨机通常用于将易碎材料的颗粒粉碎降低到微米级。典型的射流微粉磨机将易碎材料供入由例如压缩空气、气体或者蒸汽之类的流体通过喷嘴进入微粉机的喷射形成的涡流内。涡流夹带易碎颗粒并将其加速至高速度。随后，微粉机内的颗粒互相碰撞产生更多更小的颗粒，理想尺寸的颗粒最终移动至微粉机的中心，在那里它们通过涡流探测器排出。 

微粉机的效率由喷射气体产生的气流内完全地夹带易碎材料的能力确定。多年来，业界一直尝试通过改变喷嘴设计以及通过将再循环设备并入微粉机来提高颗粒的夹带能力。然而这样的努力带来的成功是有限的，它们经常依赖的复杂设计易于磨损并且增加了维护。 

有人试图提高微粉机的效率从而导致开发和使用了现在标准的缩放喷嘴。缩放喷嘴产生极高速度的气流，通常可以达到超声速。然而，由于气流在喷嘴内膨胀，在最终气流内夹带颗粒是困难的。因此，超声速的益处通常不能赋予易碎颗粒。 

当研磨二氧化钛颗粒到色素大小时，高压气流通常用于产生微粉射流。由于考虑到与气流产生有关的能量消耗，改善的夹带效率能够在TiO₂色素生产加工过程中带来显著的成本节省。例如，在TiO₂微粉加工过程中，使用的气量通常相当大，大致在每吨颜料约0.5至大于两吨之间变化。 

由于射流磨机带来的能量节省是显著的，因此，希望能够提供一种改进的射流喷嘴，其增强了待研磨颗粒的夹带。优选地，这种改进不会对微粉机带来显著的设计变化。此外，如果这种变化使得微粉机的改进操作能被容易地改装于现有单元，将是更有益的。如此处所述，本发明通过一种改进的微粉射流喷嘴来满足上述各需求。 

发明内容

本发明提供一种用于微粉射流磨机的改进射流喷嘴。本发明的喷嘴包 括喷嘴本体，其具有从第一开口端部延伸至第二开口端部适用于形成气态射流的通道。柯恩达效应诱导元件位于通道内。优选地，柯恩达效应诱导元件从通道的出口(第二端部)向外延伸。 

在另一实施例中，本发明提供一种用于微粉射流磨机的改进射流喷嘴。该射流喷嘴具有喷嘴本体，该喷嘴本体具有通过喷嘴本体的长度的管道，提供用于产生气态射流的通道。形成气态射流的喷嘴的出口点优选具有槽状设计。柯恩达效应诱导元件定位在通道内，并且优选地从通道的出口点向外延伸。优选地，柯恩达效应诱导元件具有相应于通道的槽状出口的构造。因此，通道的槽状出口以及柯恩达效应诱导元件限定出用于产生气射流的大致一致的间隙。 

此外，本发明提供一种用于微粉射流磨机的改进射流喷嘴。改进的喷嘴包括喷嘴本体，该喷嘴本体包括具有通过射流喷嘴本体的长度的用于产生气态射流的通道。喷嘴的出口点具有槽状设计，其由两个较长的、实质上向内的双曲线侧边以及两个相对的大致圆形端部来限定。柯恩达效应诱导元件可移除地定位在通道内并且优选地从通道出口点向外延伸。优选地，可移除的柯恩达效应诱导元件具有相应于通道的槽状出口的构造。因此，通道的槽状出口和柯恩达效应诱导元件限定了大致一致的间隙，气流流过该间隙形成射流。而其它的装置可以用于将柯恩达效应诱导元件固定在喷嘴内的合适位置上，优选实施例利用中空定位螺杆，其具有延伸过螺杆的长度的通道。在柯恩达效应诱导元件在射流喷嘴内的布置后，螺杆被插到射流喷嘴的第一端部内，由此将柯恩达效应诱导元件固定在喷嘴内的合适位置。 

附图说明

图1示出了一种典型的微粉射流磨机。 

图2示出了一种改进射流喷嘴的优选实施例的透视图，包括定位于射流喷嘴内的柯恩达效应诱导元件。 

图3是图2的改进射流喷嘴的分解视图。 

图4示出了柯恩达效应超出射流喷嘴的出口点的延伸部分以及表示了气态射流的速度。 

图5示出了当使用现有技术的喷嘴时，围绕着气态射流的颗粒的偏转。 

图6示出了当使用本发明的射流喷嘴时改善的颗粒夹带能力。 

具体实施方式

1910年，亨利·柯恩达首先观察到一种现象，其中从喷嘴射出的自由射流会将其自身附着到附近的表面。已知为柯恩达效应，该现象是自由流动的气流和壁之间形成低压力的结果。在液态和气态流体中都能观察到柯恩达效应。 

本发明利用柯恩达效应将薄层超声波区域31从射流喷嘴10向外延伸。如图4所示，本发明将超声波区域31从喷嘴10的出口点26向外延伸至少一英寸。当用在二氧化钛微粉化处理时，本发明提供了有效的磨碎区域，该区域等于当前可用的完整锥形射流喷嘴。本发明的喷嘴提供了该等效的磨碎区域，而降低了一半气流需求。因此，本发明满足业界的上述需求。 

本发明的优选实施例将通过参考图1-3尤其是图2和图3加以说明。图1示出了一种典型的微粉射流磨机5，其可以被改造使用本发明的改进的射流喷嘴10。 

图2和3示出了本发明的改进射流喷嘴10的细节。参考图3，喷嘴10包括喷嘴本体14，该喷嘴本体具有贯穿其中的通道18。通道18具有第一开口端部22和第二开口端部26，该第二开口端部此处也指出口点26或者射流形成出口26。柯恩达效应诱导元件30位于通道18内并且优选地从出口点26向外延伸。柯恩达效应诱导元件30从出口点26向外延伸足够的距离以便确保发生柯恩达效应。典型地，该距离在大约2.5mm(0.1英寸)和大约38.1mm(1.5英寸)之间。 

如图2所示，柯恩达效应诱导元件30优选具有与出口点26的构造一致的构造。最后，在优选实施例中，柯恩达效应诱导元件30优选通过例如定位螺杆34的保持件被可移除地固定在通道18内。定位螺杆34也具有延伸通过螺杆34的管道或通道38。因此，当安装在微粉机5内时，处于适于形成希望的射流的压力的压缩气体或者气流初始地进入喷嘴10，通过穿过螺杆34进入喷嘴本体14，并且在出口点26处排出。如上所述，可用于将元件30可拆除地固定在通道18内的合适位置上的选择包括使用元件30在通道18内的卡扣环连接、分度摩擦配合或者甚至是定位焊。

由于柯恩达效应，当气射流喷出喷嘴本体14时，将会被吸引并保持于紧邻柯恩达效应诱导元件30。由于诱导的柯恩达效应，最终射流的超声波区域31将比同样压力和温度条件下不使用柯恩达效应诱导元件30情况下的纯粹射流从喷嘴10向外延伸更大的距离。 

如图4所示，超声波区域31被延伸超出出口点26至少一英寸。图4进一步通过灰度等级描绘了最终射流速度。如图所示，甚至超声波区域31的下边缘39也保持显著的射流速度。典型地，在超声波区域31的下边缘39处的射流速度将在大约1.8马赫至大约1.9马赫。相反，缺少柯恩达效应诱导元件30的现有技术设备会在邻近喷嘴10的区域中出现射流的快速消散。一般而言，不使用元件30的相应区域中的射流速度会通常为大约1马赫，并且需要大约2倍的气流来获得少于相等长度的区域。整个超声波区域31的改进速度在射流区域35中产生了增强的颗粒夹带能力。 

从图5与图6的对比可以明显看出超声波区域31内颗粒的改进夹带能力。图5和图6示出了射流区域35对代表性的颗粒跟踪线33和37的影响。图6中，颗粒跟踪线显示出四个代表性的颗粒轨迹37被带入超声波区域31而只有两个颗粒轨迹33没有进入超声波区域31。相反地，图5示出了运行没有柯恩达效应诱导元件30的射流。如图5所示，四个颗粒轨迹33没有进入射流区域35，只有两个颗粒轨迹37被射流区域35夹带。因此，如图4和6所示，在喷嘴10内使用柯恩达效应诱导元件30增加了超声波区域31的效率，从而对于所希望程度的磨碎能够相应降低气流用量。 

在优选实施例中，出口点26优选具有改进的槽状构造，其中相对的壁44和46被彼此朝向挤压，每个表示大致向内的双曲线形状，相对的较短端48和50大致为圆形构造。为了获得喷嘴10的最大效率，柯恩达效应诱导元件30优选具有与出口点26的构造一致的构造。典型地，一致的构造从出口点26延伸进入通道18大约十(10)倍到大约二十(20)倍于空气通道或者间隙52的宽度，该空气通道或者间隙在柯恩达效应诱导元件30的外表面和出口点26的内表面之间限定。因此，如果间隙52为大约0.254mm(约0.01英寸)宽，那么一致的构造将延伸进入通道18大约2.54mm至大约10.16mm(约0.1英寸至约0.2英寸)。可选择地，一致的构造可以成 为柯恩达效应诱导元件30从端部36到凸缘54的整个长度或者一些中间距离的特征。 

在可选实施例中，出口点26可以具有与图1和2示出的不同构造。例如，出口点26可以具有传统的槽状开口，其中侧壁44、46实质上与圆形或者方形端部48、50平行。优选地，与出口点26结合使用的柯恩达效应诱导元件30具有相应的构造。然而，本发明可以设想使用具有与出口点26的构造不一致的构造的柯恩达效应诱导元件30。例如，柯恩达效应诱导元件30可以具有卵形、椭圆形或者任何其它适于在排出喷嘴本体14的气流上诱导柯恩达效应的弯曲表面，而出口点26可以是标准的槽开口或者其它构造，包括但不限于卵形、圆形、多槽和多叶构造。 

在优选实施例中，柯恩达效应诱导元件30带有凸缘54，其适于通过接合唇状物或者其它类似设备(未示出)将柯恩达效应诱导元件30保持在通道18内。柯恩达效应诱导元件30在通道18内定位后，定位螺柱34被螺入喷嘴本体14内。尽管示出了喷嘴本体14内具有固定的位置，然而柯恩达效应诱导元件30可以被可调整地固定在通道18内，从而允许对于操作条件的变化对微粉机5的微调。可调整地将柯恩达效应诱导元件30固定在通道18内的方法对本领域技术人员来说是熟知的，典型地使用螺线管或者步进电机以类似于现代燃料喷射发动机内常用的怠速空气控制阀的方式来工作。 

除了图6示出的益处之外，本发明还提供了更厚的超声波区域。因此，本发明通过将超声波射流进一步延伸到进入微粉机5的颗粒层内而进一步改善了颗粒的夹带。此外，通过利用本发明，超声波区域的稳定性增强了颗粒进入最终射流的回流。 

尽管为了本发明公开的目的而示出了本发明的优选实施例，然而本领域技术人员可以从此处公开的说明书、附图或者实践的思考中容易地得到本发明的其它实施例。因此，前述公开的内容使得可以在权利要求的范围内构造各种装置。因此，前述说明书只是对本发明的示意性描述，所附的权利要求指出了本发明的真正范围和精神。 

Claims (12)

1.一种适用于微粉射流磨机的射流喷嘴，并且所述射流喷嘴被构造和布置成提供气态射流，该气态射流产生用于磨碎易碎材料的超声波区域，该射流喷嘴包括：

喷嘴本体，其具有第一开口端部和第二开口端部，有连接所述第一和第二端部的通道；和

柯恩达效应诱导元件，其定位在所述通道内并且从所述喷嘴的所述第二端部向外延伸，所述柯恩达效应诱导元件从所述喷嘴的所述第二端部向外延伸足够的距离以便确保发生柯恩达效应，并且由此将所述超声波磨碎区域从所述喷嘴本体向外延伸。

2.根据权利要求1所述的射流喷嘴，其中所述柯恩达效应诱导元件具有几何构造，该几何构造相应于所述喷嘴本体的所述第二开口端部的几何构造。

3.根据权利要求2所述的射流喷嘴，其中所述喷嘴本体的所述第二开口端部具有槽状构造。

4.根据权利要求2所述的射流喷嘴，其中所述喷嘴本体的所述第二开口端部具有槽状构造，该槽状构造由两个较长的、实质上向内的双曲线侧边以及相对的大致圆形端部来限定。

5.根据权利要求1所述的射流喷嘴，其中所述第二开口端部具有槽状构造，并且所述柯恩达效应诱导元件具有实质上类似于所述第二开口端部的槽状构造的构造并且从所述第二开口端部向外延伸2.5mm至38.1mm的距离。

6.根据权利要求3所述的射流喷嘴，其中所述柯恩达效应诱导元件的外表面和所述第二开口端部的内表面限定出间隙，并且其中与所述第二开口端部的构造一致的所述柯恩达效应诱导元件的部分延伸进入所述通道从10倍于所述间隙至20倍于所述间隙范围的距离。

7.根据权利要求3所述的射流喷嘴，其中所述喷嘴本体的所述第一开口端部带有内螺纹并且所述柯恩达效应诱导元件的外表面和所述第二开口端部的内表面限定出空气通道，并且所述射流喷嘴还包括柯恩达效应诱导元件保持器，该柯恩达效应诱导元件保持器定位在所述喷嘴的第一端部内，由此将所述柯恩达效应诱导元件固定在连接所述第一和第二端部的所述通道内。

8.根据权利要求7所述的射流喷嘴，其中所述保持器具有穿过其中的管道。

9.根据权利要求1所述的射流喷嘴，其中所述柯恩达效应诱导元件被可调整地定位在所述通道内，所述通道连接所述喷嘴本体的所述第一开口端部和第二开口端部。

10.根据权利要求5所述的射流喷嘴，其中所述柯恩达效应诱导元件具有几何构造，该几何构造相应于所述喷嘴本体的所述第二开口端部的几何构造，所述柯恩达效应诱导元件的外表面和所述第二开口端部的内表面限定出间隙，并且其中与所述第二开口端部的几何构造一致的所述柯恩达效应诱导元件的部分延伸进入所述通道从10倍于所述间隙至20倍于所述间隙范围的距离。

11.根据权利要求10所述的射流喷嘴，其中所述第二开口端部的槽状构造由两个较长的、实质上向内的双曲线侧边以及相对的大致圆形端部来限定。

12.一种微粉射流磨机，包括根据前述权利要求任何一项所述的射流喷嘴。

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