CN102847479A - 一种大容量超声破碎分散装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种大容量超声破碎装置，主要由超声波装置、物料容器、磁力搅拌装置、自动升降装置、机架组成。所述超声波装置由超声换能器、超声变幅杆和换能器冷却套筒组成，超声变幅杆与超声换能器同轴并安装于超声换能器的下端，换能器冷却套筒为空腔的环形筒，超声换能器安装于换能器冷却套筒上且震动件穿过换能器冷却套筒的内腔，多个超声换能器安装于换能器冷却套筒上且均匀分布，超声换能器震动件与换能器冷却套筒间有微小间隙避免了换能器冷却套筒与超声换能器震动件接触对超声效果产生影响，也可以在超声换能器震动件与换能器冷却套筒间填充软质材料，在不影响超声换能器震动频率前提下实现换能器冷却套筒的密封，避免冷却液泄漏污染物料。

Description

一种大容量超声破碎分散装置

技术领域

本发明涉及一种破碎分散装置，特别是涉及一种超声破碎分散装置。

背景技术

超声波是频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等，在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。理论研究表明，在振幅相同的条件下，一个物体振动的能量与振动频率成正比，超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大。产生超声波的装置有机械型超声发生器（例如气哨、汽笛和液哨等）、利用电磁感应和电磁作用原理制成的电动超声发生器、以及利用压电晶体的电致伸缩效应和铁磁物质的磁致伸缩效应制成的电声换能器等。

超声效应广泛应用于实际，主要包括以下几方面：超声检验，超声波的波长比一般声波要短，具有较好的方向性，而且能透过不透明物质，这一特性已被广泛用于超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像技术。超声处理，利用超声的机械作用、空化作用、热效应和化学效应，可进行超声焊接、钻孔、固体的粉碎、乳化 、脱气、除尘、去锅垢、清洗、灭菌、促进化学反应和进行生物学研究等。医疗，超声波在诊断学方面的应用有A型、B型、M型、D型、双功及彩超等。在治疗学方面的应用有理疗、治癌、外科、体外碎石、牙科等。超声波在工矿业、农业、医疗等各个部门获得了广泛应用。

在液体中进行超声处理的技术大多与空化作用有关，超声清洗、破碎、分散就是充分利用了超声波的空化作用。当超声波在液体中传播时，由于液体微粒的剧烈振动，会在液体内部产生小空洞。这些小空洞迅速胀大和闭合，会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用，从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用，会使液体的温度骤然升高，起到了很好的搅拌作用，从而使两种不相溶的液体（如水和油）发生乳化，且加速溶质的溶解，加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。但在实际的应用中，超声空化效果的利用也受到了诸多限制，主要是受到了超声功率密度的影响，超声功率密度为发射功率与发射面积的比，超声清洗时较低的功率密度低即可，当进行超声破碎和分散时则需要较高的功率密度，这样就限制了发射面积不能太大，超声波变幅杆的直径也就不能太大，进而影响了超声波的作用范围。同时，由于超声破碎分散装置的超声波发生装置主要为电、磁致伸缩效应制成的换能器，超声换能器为易损部件，温度过高会降低超声空化效果，甚至使换能器损坏，在使用时当设定功率高、超声时间长时换能器生热量很大，很容易超过换能器允许的温度上限。所以常规的超声破碎分散装置受换能器生热和变幅杆直径的限制而很难进行大批量物料长时间的超声处理，解决这两个问题就能制备一种能够用于大容量超声破碎分散装置，对超声空化效果的工业应用具有深远的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声破碎分散装置，该装置通过添加高效便捷的搅拌装置实现对大容量物料的超声分散，同时解决超声波发生器发热问题，可实现利用超声波对大容量物料的长时间高效超声处理，装置结构简单、容易清理及操作便捷。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种大容量超声破碎装置，主要由超声波装置、物料容器、磁力搅拌装置、自动升降装置、机架组成。其中，超声波装置由超声换能器、超声变幅杆和换能器冷却套筒组成，超声变幅杆与超声换能器同轴并安装于超声换能器的下端，换能器冷却套筒为空腔的环形筒，超声换能器安装于换能器冷却套筒上且震动件穿过换能器冷却套筒的内腔，多个超声换能器安装于换能器冷却套筒上且均匀分布，超声换能器震动件与换能器冷却套筒间有微小间隙避免了换能器冷却套筒与超声换能器震动件接触对超声效果产生影响，也可以在超声换能器震动件与换能器冷却套筒间填充软质材料，在不影响超声换能器震动频率前提下实现换能器冷却套筒的密封，避免冷却液泄漏污染物料。装置的超声波系统采用液氮对超声换能器进行冷却，工作时向换能器冷却套筒内持续地加入液氮并排出气化的氮气及时带走了超声换能器产生的热量，通过控制换能器冷却套筒内的气压避免氮气通过间隙向外泄露污染物料，实现了对换能器的冷却目的又不会对超声波换能器的震动频率和振幅产生影响，保证了超声波长时间大功率条件下的应用。

物料容器位于超声波变幅杆下方，是一个环形槽，尺寸与换能器冷却套筒对应，换能器冷却套筒能插入物料容器内且能够使物料容器封闭，物料容器侧壁内有加热棒和冷却液管道，能够对容器内物料加热和冷却，实现物料的精确温度控制使其粘度降低。超声处理前物料容器将物料加热到适当的温度使物料粘度降低。开始超声处理后物料生热温度升高，物料容器外冷却液管道对物料进行冷却保持其温度恒定。

超声处理时为保证物料的均匀性使用磁力搅拌装置对物料进行搅拌，磁力搅拌装置采用行星搅拌原理，由驱动部件、行星机构、驱动转子、搅拌转子、转子支架组成，驱动转子和搅拌转子内有磁铁，其中行星机构位于驱动部件上方与驱动部件的输出轴连接，驱动转子位于行星机构上方与行星机构输出轴连接，驱动部件、行星机构、驱动转子位于物料容器正下方，搅拌转子安装于转子支架上，搅拌转子与转子支架置于物料容器槽内。驱动部件通过行星机构带动驱动转子转动，搅拌转子与驱动转子的磁力吸引作用带动搅拌转子随驱动转子同步行星转动，实现对物料的搅拌。搅拌转子有上下两组搅拌桨叶，上搅拌桨叶和下搅拌桨叶分别采用旋桨桨叶和平桨桨叶，旋桨桨叶使物料轴向流动，平桨桨叶使物料周向流动，实现了搅拌桨叶周围物料的全方位物料交换。同时，搅拌转子的行星转动时多个搅拌转子与转子支架组合为一个搅拌桨对物料容器内的物料整体有搅拌作用，使整个物料容器范围内有物料交换作用，进而使得物料混合更加均匀。同时搅拌转子的旋桨桨叶转动时会受到物料的轴向作用力，通过控制桨叶的转向和转速可以控制轴向作用力方向和大小，当搅拌转子和转子支架总体所受合力向上时搅拌转子和转子支架上升，当合力向下时搅拌转子和转子支架下降，搅拌时能够实现搅拌桨叶的上下浮动，对物料容器内的物料均匀性有了更好的改善效果。行星磁力搅拌装置对物料容器内的物料达到了四种搅拌作用的结合，即不同搅拌桨叶的两种搅拌作用、搅拌转子上下浮动的搅拌作用、行星搅拌作用四种搅拌作用的结合，能够实现更加均匀的混合搅拌，使物料容器内的物料均匀地受到超声作用。

自动升降装置采用螺母丝杠传动方式，自动升降装置安装于机架上，超声波系统和磁力搅拌装置安装于自动升降装置上，通过控制自动升降装置能够自由调节超声波系统和磁力搅拌装置的高度位置，物料容器安装于机架上且高度位置固定，各高度可调部件在调节时显示高度位置及相互间距。通过高度调节使装置清洗、加料、排料等操作更加便捷。机架用于支撑各个部件，超声时机架外壳封闭，内壁有隔音材料，避免超声噪音对周围产生影响。

本发明一种大容量超声破碎分散装置的换能器冷却套筒可以为直径较大的圆柱筒，超声换能器在截面上均匀分布，换能器个数根据需要确定，对应的物料容器也可采用圆柱筒形状，换能器冷却套筒能够对物料容器起到封闭作用，液氮也可以更换为干冰等类似的无毒材料。

本发明一种大容量超声破碎分散装置的物料容器可以采用油浴法加热冷却或热电阻加热循环水冷却等方式，只要能够实现对物料温度的精确控制，同时冷却方式不影响磁力搅拌的正常使用和便于加料、卸料即可。

本发明一种大容量超声破碎分散装置的自动升降部件也可以采用齿轮齿条等传动方式，只要能满足对各部件的高度调节及位置锁定即可。

本发明一种大容量超声破碎分散装置的磁力搅拌部件的行星机构可以使用一个驱动动力元件，也可以使用多个，当使用一个驱动动力元件时实现驱动转子同向同速转动，且搅拌转子公转和自转转速比不变；当使用多个驱动动力元件时容易实现不同转速和不同转向的转动，通过控制电路可以实现多种不同的搅拌方式，同时搅拌转子的分布也可以采用对称分布和非对称分布等，非对称分布能够增大搅拌时桨叶对物料的作用范围，对物料的分散具有更好的效果，驱动动力原件的个数和搅拌转子的分散方式可以根据装置的使用需求确定。

由以上技术方案可知，本发明与现有技术相比，通过对超声换能器的冷却和对物料的搅拌，实现了将超声破碎分散应用于大容量物料长时间的处理，避免了超声换能器生热和超声功率密度的限制对超声技术应用范围的限制。装置采用对物料进行温度控制进而改善物料的粘度等参数使其容易产生超声空化效果。磁力搅拌装置的应用使得物料均匀性大大增加，同时又使得设备安装、清理、密封、加料和排料等操作更加便捷。本发明实现了超声空化效果的工业化应用，拓展了超声波的使用范围。

附图说明

图1是本发明一种大容量超声破碎分散装置的主视图示意图。

图2是本发明一种大容量超声破碎分散装置的超声波装置主视图示意图。

图3是图2的俯视图示意图。

图4是本发明一种大容量超声破碎分散装置的超声波装置的轮廓图示意图。

图5是本发明一种大容量超声破碎分散装置的物料容器的剖视图示意图。

图6是图5的俯视图示意图。

图7是本发明一种大容量超声破碎分散装置的搅拌部件主视图示意图。

图8是本发明一种大容量超声破碎分散装置的搅拌部件剖视图示意图。

图9是本发明一种大容量超声破碎分散装置的搅拌转子组合轮廓图示意图。

图10是本发明一种大容量超声破碎分散装置的驱动转子俯视图示意图。

图11是本发明一种大容量超声破碎分散装置的搅拌转子轮廓图示意图。

图12是本发明一种大容量超声破碎分散装置的搅拌装置与物料容器装置装配图的主视图示意图

图13是图12的俯视图示意图。

图中：1-超声换能器，2-超声波变幅杆，3-换能器冷却套筒，4-物料容器，5-加热棒，6-冷却液管道，7-驱动部件，8-行星机构，9-驱动转子，10-搅拌转子，11-转子支架，12-机架，13-超声波装置，14-磁力搅拌装置，15-自动升降装置，16-环形磁铁，17-条形磁铁。

具体实施方式

本发明一种大容量超声破碎分散装置，如图1所示，主要由超声波装置13、物料容器4、磁力搅拌装置14、自动升降装置15、机架12组成。其中，如图4所示，超声波装置13包括超声换能器1、超声变幅杆2和换能器冷却套筒3，超声变幅杆2与超声换能器1同轴并安装于超声换能器1的下端，换能器冷却套筒3为空心环形筒，超声换能器1安装于换能器冷却套筒3上且其震动件贯穿换能器冷却套筒3的内腔，多个超声换能器1安装于换能器冷却套筒3上且均匀分布，如图2所示，震动件与换能器冷却套筒3间有微小间隙避免了换能器冷却套筒3与超声换能器1的震动件接触对超声效果产生影响。超声波装置13采用液氮对超声换能器1进行冷却，工作时向换能器冷却套筒3内持续的加入液氮并排出气化的氮气及时带走了超声换能器1产生的热量，通过控制换能器冷却套筒3内的气压避免氮气通过间隙向外泄露污染物料，实现了超声对换能器1的冷却目的又不会对超声波换能器1的震动频率和振幅产生影响，保证了超声波长时间大功率条件下的应用。

物料容器4位于超声波变幅杆2下方，是一个环形槽，如图5所示，物料容器4的尺寸与换能器冷却套筒3对应使换能器冷却套筒3能插入物料容器4内且能够使物料容器4封闭，同时超声变幅杆2与搅拌转子10件不互相干扰，物料容器4侧壁内有加热棒5和冷却液管道6，能够对容器4内物料加热和冷却，实现物料的精确温度控制使其粘度降低，超声处理前物料容器4对物料进行加热，开始超声处理后物料生热温度升高，物料容器4对物料进行冷却保持其温度恒定。

超声处理时为保证物料的均匀性使用磁力搅拌装置14对物料进行搅拌，如图7、图8、图12、图13所示，磁力搅拌装置14为行星搅拌原理，由驱动部件7、行星机构8、驱动转子9、搅拌转子10、转子支架11组成，驱动转子9上有一环形磁铁16，搅拌转子10内有条形磁铁17，其中行星机构8位于驱动部件7上方与驱动部件7的输出轴联接，驱动转子9位于行星机构8上方与行星机构8输出轴联接，驱动部件7、行星机构8、驱动转子9位于物料容器4正下方，搅拌转子10安装于转子支架11上，搅拌转子10与转子支架11置于物料容器4槽内。驱动部件7通过行星机构8带动驱动转子9转动，搅拌转子10与驱动转子9的磁力吸引作用带动搅拌转子10随驱动转子9同步行星转动，搅拌转子10有上下两组搅拌桨叶，上搅拌桨叶和下搅拌桨叶分别采用旋桨桨叶和平桨桨叶，旋桨桨叶使物料轴向流动，平桨桨叶使物料周向流动，实现了桨叶周围物料的全方位物料交换，搅拌转子10的行星转动对物料容器4内的物料整体有搅拌作用，使整个物料容器4范围内有物料交换作用，进而使得物料混合更加均匀。同时搅拌转子10的旋将桨叶转动时会受到物料的轴向作用力，通过控制桨叶的转向和转速可以控制轴向作用力方向和大小，当搅拌转子10和转子支架11总体所受合力向上时搅拌转子10和转子支架11上升，当合力向下时搅拌转子10和转子支架11下降，搅拌时能够实现桨叶的上下浮动，对物料容器4内的物料均匀性有了更好的改善效果。磁力搅拌装置14对物料容器4内的物料达到了四种搅拌作用的结合，能够实现更加均匀的混合搅拌，使物料容器4内的物料均匀的受到超声作用。

自动升降装置15采用螺母丝杠传动方式，自动升降装置15安装于机架12上，超声波装置13和磁力搅拌装置14安装于自动升降装置15上，通过控制自动升降装置15能够自由调节超声波装置13和磁力搅拌装置14的高度位置，物料容器4安装于机架12上且高度位置固定，各高度可调部件在调节时显示高度位置及相互间距。通过高度调节使装置清洗、加料、排料等操作更加便捷。机架12用于支撑各个部件，超声时机架12外壳封闭，内壁有隔音材料，避免超声噪音对周围产生影响。

本发明一种大容量超声破碎分散装置的换能器冷却套筒3可以为直径高度较大的圆柱筒，超声换能器1在其上均匀分布，超声换能器1个数根据需要确定，对应的物料容器4采用圆柱筒形状，换能器冷却套筒3能够对物料容器4起到封闭作用，液氮也可以更换为干冰等类似的无毒材料。

本发明一种大容量超声破碎分散装置的物料容器4可以采用油浴法加热冷却或热电阻加热循环水冷却等方式，只要能够实现对物料温度的精确控制，同时不影响磁力搅拌装置14的正常使用并便于加料、卸料即可。

本发明一种大容量超声破碎分散装置的自动升降装置15也可以采用齿轮齿条等传动方式，只要能满足对各部件的高度调节及位置锁定即可。

本发明一种大容量超声破碎分散装置的磁力搅拌装置的行星机构2可以使用一个驱动动力元件，也可以使用多个，当使用一个驱动动力元件时实现驱动转子9同向同速转动，且搅拌转子10公转和自转转速比不变；当使用多个驱动动力元件时容易实现不同转速和不同转向的转动，通过控制电路可以实现多种不同的搅拌方式，同时搅拌转子10的分布也可以采用对称分布和非对称分布，非对称分布能够增大搅拌时桨叶对物料的作用范围，对物料的分散具有更好的效果，驱动动力原件的个数和搅拌转子的分散方式可以根据装置的使用需求确定。

Claims (5)

1.一种大容量超声破碎装置，其特征在于：主要由超声波装置、物料容器、磁力搅拌装置、自动升降装置、机架组成，所述超声波装置由超声换能器、超声变幅杆和换能器冷却套筒组成，超声变幅杆与超声换能器同轴并安装于超声换能器的下端，换能器冷却套筒为空腔的环形筒，超声换能器安装于换能器冷却套筒上且震动件穿过换能器冷却套筒的内腔，多个超声换能器安装于换能器冷却套筒上且均匀分布，超声换能器震动件与换能器冷却套筒间有微小间隙，或在超声换能器震动件与换能器冷却套筒间填充软质材料，采用液氮对超声换能器进行冷却；物料容器位于超声波变幅杆下方，是一个环形槽，尺寸与换能器冷却套筒对应，物料容器侧壁内有加热棒和冷却液管道；自动升降装置采用螺母丝杠传动方式，自动升降装置安装于机架上，超声波系统和磁力搅拌装置安装于自动升降装置上，通过控制自动升降装置能够自由调节超声波系统和磁力搅拌装置的高度位置，物料容器安装于机架上且高度位置固定，各高度可调部件在调节时显示高度位置及相互间距。

2.根据权利要求1所述的一种大容量超声破碎装置，其特征在于：磁力搅拌装置采用行星搅拌原理，由驱动部件、行星机构、驱动转子、搅拌转子、转子支架组成，驱动转子和搅拌转子内有磁铁，其中行星机构位于驱动部件上方与驱动部件的输出轴连接，驱动转子位于行星机构上方与行星机构输出轴连接，驱动部件、行星机构、驱动转子位于物料容器正下方，搅拌转子安装于转子支架上，搅拌转子与转子支架置于物料容器槽内；驱动部件通过行星机构带动驱动转子转动，搅拌转子与驱动转子的磁力吸引作用带动搅拌转子随驱动转子同步行星转动；搅拌转子有上下两组搅拌桨叶，上搅拌桨叶和下搅拌桨叶分别采用旋桨桨叶和平桨桨叶；多个搅拌转子与转子支架组合为一个搅拌桨对物料容器内的物料整体有搅拌作用。

3.根据权利要求1所述的一种大容量超声破碎装置，其特征在于：换能器冷却套筒为空腔的环形筒或圆柱筒，工作时向换能器冷却套筒内持续地加入的液氮可用干冰代替。

4.根据权利要求1所述的一种大容量超声破碎装置，其特征在于：自动升降装置采用齿轮齿条传动方式。

5.根据权利要求1所述的一种大容量超声破碎装置，其特征在于：机架外壳能够封闭，机架内壁有隔音材料。

Images