CN104923352A - 一种气密式粉碎机及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气密式粉碎机及其应用，所述粉碎机包括样品粉碎罐及非接触式扭矩传动系统，非接触式扭矩传动系统包括电机、磁力转轴及磁力传动联轴器，电机通过磁力传动联轴器连接并驱动磁力转轴转动，磁力转轴外部设有壳体，磁力转轴下端伸出壳体底部并伸入样品粉碎罐内，样品粉碎罐内设有搅拌件，磁力转轴连接并带动搅拌件动作，样品粉碎罐与磁力转轴的壳体之间密封连接。本发明的粉碎机利用磁力传递技术保持外来扭矩的传递效率，试样粉碎时密封好、动力足、效率高、效果好，且操作简单方便、适于实用。应用该粉碎机可进行岩样含气量测定。

Description

一种气密式粉碎机及其应用

技术领域

本发明涉及一种气密式粉碎机及其应用，特别是在测量岩样含气量中的应用。

背景技术

在地质、能源、矿山、交通、冶金、电子、建材、陶瓷、化工、轻工、医药、美容、环保等诸多领域中，精细碎样方式多种多样。许多领域中，均需要精细、快速、高效、环保的条件下进行试样粉碎，特殊情况下还需要在碎样的同时或碎样后进行样品的各种处置和处理，精细化的密闭碎样在质量保持、绿色粉碎、无尘化处理、菌群培养、无菌操作、气样采集、气体计量、成分检测等科学研究及工业评价方面具有及其广泛的应用价值和推广意义。

目前市场上主要的碎样有球磨式、行星式、滚筒式、刀片式、碾压式或震筛式等多种方式。球磨式粉碎方法利用球粒之间、球粒与岩样之间的反复碰撞，达到碎样目的，碎样效率较高，所用时间较短，但存在噪音大、粉碎有残留、要求投料直径小等不足，主要适用于脆性较大的研磨对象。行星式粉碎方法是在球磨式基础上为提高碎样量而派生的方法，具有载样总量大，但耗时较长、碎样效果一般等不足。滚筒式碎样方法主要依靠重力原理实现岩样粉碎，噪音较低，但要求投料颗粒细小、粉碎耗时较长等弊端。刀片式碎样方法主要采用削切原理对试样进行粉碎，尽管速度较快、粉碎效果较好，但主要适用于较软的试样，工作噪音大、使用寿命短。碾压式碎样主要通过机械碾压的方式对岩样进行破碎，粉碎效率低、效果差。震筛式碎样主要通过震动碰撞的方式对试样进行粉碎，具有噪音大、震动强、效果差、粉碎时间长等不足。上述各种方法对于含气样品(尤其是含痕量气体、有毒有害气体样品)的粉碎很难实现气体密封。

目前的密闭碎样主要集中在被动和主动动力传递两大功能领域。在被动粉碎方面，主要采用无动力传递(研磨罐内没有主动力)方式对独立密闭的研磨罐进行施力，由于动力不足，在很多方面限制了该方法的推广和使用；在主动粉碎方面，主要采用机械方式将外动力直接传递至研磨罐内，尽管采用了多种弹性压缩方式进行密封，但受机械传递原理所限，迄今为止均无法做到气密程度，对研磨后的试样也无法在密闭的条件下进行试样再处理。

尽管密闭粉碎技术方式多样、类型繁多，但目前还普遍存在以下没有很好解决的问题：

(1)采用机械密封无法满足气密性：在粉碎过程中，虽然试样是在密闭环境中进行粉碎，但实际上并未达到气密的效果，即使实现了气密效果，但也无法实现粉碎后的连续气密再作业，造成了粉碎过程中空气对气样的污染、气体的逃逸，甚或无法收集并计量气体的组分，造成了巨大的实验误差。

(2)无法将粉碎罐外的动力直接传递至罐内：在大部分的密闭粉碎过程中，普遍采用被动式单罐独立碎样，粉碎罐外的动力无法直接传递至罐内，导致粉碎动力不足，粉碎时间长、效率低、效果差，进而限定了试样颗粒的入料质量和入料直径。

(3)球磨粉碎对入料的要求比较高，要求入料质量小、入料颗粒直径细，从而使其在实际的应用中受到很大的限制。

由此可见，上述现有的试样粉碎设备及实验方法，在结构与使用上显然仍存在有不便与缺陷，需亟待加以进一步改进。如何能创设一种气密性好，碎样动力足、效率高、效果好，对试样要求低的气密式粉碎机及碎样方法，实属当前本领域的重要研究课题之一。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种气密式粉碎机，使其气密性好，碎样动力足、效率高、效果好，对试样要求低，从而克服现有的粉碎机机械密封无法满足气密性，密闭粉碎常动力不足、效率低、效果差，样品粉碎对入料质量和直径限制多的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种气密式粉碎机，包括样品粉碎罐及非接触式扭矩传动系统，所述非接触式扭矩传动系统包括电机、磁力转轴及磁力传动联轴器，所述电机通过磁力传动联轴器连接并驱动磁力转轴转动，所述磁力转轴外部设有壳体，所述磁力转轴下端伸出所述壳体底部并伸入所述样品粉碎罐内，所述样品粉碎罐内设有搅拌件，所述磁力转轴连接并带动所述搅拌件动作，所述样品粉碎罐与所述磁力转轴的壳体之间密封连接。

进一步地，所述样品粉碎罐具有顶部开口，所述开口处设有顶盖，所述磁力转轴的壳体底部与所述顶盖密封连接。

进一步地，所述磁力转轴的壳体底部与所述顶盖为一体化制成。

进一步地，所述顶盖通过卡箍密封所述样品粉碎罐的顶部开口。

进一步地，所述磁力转轴的壳体内部设有用于冷却所述磁力转轴的冷却循环水腔，所述壳体上开设有与冷却循环水腔连通的进水口与出水口。

进一步地，所述样品粉碎罐为球磨罐，所述球磨罐上设有用于放入磨球及样品的可开闭的入料口。

进一步地，所述非接触式扭矩传动系统还包括连接并控制所述电机的矢量智能变频器。

进一步地，所述样品粉碎罐上设有用于连接集气装置的出气口。

进一步地，所述出气口处设有单向阀。

本发明的另一个目的是提供所述的气密式粉碎机在测量岩样含气量中的应用，采用如下技术方案：

所述的气密式粉碎机的应用，将所述气密式粉碎机应用于岩样含气量测量时的样品密闭粉碎，并通过加热所述样品粉碎罐收集并测量从所述出气口输出的气体计算岩样含气量。

由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：

(1)采用非接触式扭矩传递原理，将样品粉碎罐外的扭矩动力以非钻孔直接接触方式传递至罐内，磁力转轴与样品粉碎罐之间不必采用机械传动所需的动密封，提供了全程气密的实施基础，实现了试样的粉碎及粉碎后操作过程的气密性，从根本上提高了实验测试精度。同时，动力直接传递至样品粉碎罐内，碎样动力足、效率高、效果好。

(2)磁力转轴的壳体底部与样品粉碎罐的顶盖为一体化结构，减少了在两者之间设置静密封，保证更好的气密性；密封卡箍对样品粉碎罐和动力源实施楔紧式密封，实现了良好的气密性，最大限度地保证了实验精度。

(3)采用球磨罐进行球磨碎样,通过磁力密封将动力传递给搅拌桨，搅拌桨的旋转带动磨球无规则的撞击运动，对样品进行粉碎，实现了搅拌浆和磨球运动的同步性，该同步式粉碎的工作原理使得碎样时间短、效率高、效果好，在充分满足了密闭粉碎的基础上提高了岩样粉碎效率。

(4)根据试样硬度、大小等特征，可以通过矢量智能变频器进行不同的变频设置，以及通过配置不同材质和规格的研磨球，达到不同实验需要的研磨要求。

(5)突破了一般球磨罐对入料的严格要求，该仪器可以满足的入料质量大(≤1kg)、颗粒直径大(小于等于3cm)，在此基础上还能满足碎样效率高、效果好(达到200目)等要求。

(6)顶盖的出气口上可进一步连接集气量筒，在对页岩气、煤层气样品进行气密粉碎时，可通过对球磨罐加热，进行含气量测量，测量误差小、计量精度高，还可以获取总含气量、游吸比、可采率及扩散系数等参数，满足不同的实验要求。出气口处设有单向阀，保证输气稳定性。

(7)本发明可用于地矿能源技术领域中的岩矿粉碎，尤其是页岩气、煤层气样品的气密粉碎，此外还可以用于环境监测及污染防治技术领域进行有毒有害物品检测、气体含量测量时的样品密闭粉碎等。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的气密式粉碎机的整体结构示意图。

图2是非接触式扭矩传动系统的部分剖视图。

图3是球磨罐的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种气密式粉碎机，包括样品粉碎罐和非接触式扭矩传动系统。所述非接触式扭矩传动系统作为粉碎机的动力源，采用非接触式扭矩传递原理，将样品粉碎罐外的扭矩动力以非钻孔直接接触方式传递至样品粉碎罐内，从而提供了全程气密的实施基础。

请参阅图2所示，所述非接触式扭矩传动系统包括电机5、磁力转轴6及磁力传动联轴器1，所述电机5通过所述磁力传动联轴器1连接并驱动所述磁力转轴6转动。其中，磁力传动联轴器1作为非接触式扭矩传动系统的传动组件，采用磁耦合原理，实现电机主轴51和磁力转轴6之间传递扭矩和运动，使两根轴一同旋转。具体而言，磁力传动联轴器1包括内磁钢条71和外磁钢条72，内磁钢条71固定在内转子73上，外磁钢条72固定在外转子74上，中间由隔离罩75将2个磁体分开。在转动中，电机主轴51作为主动轴，通过内、外磁钢条71、72之间的磁耦合作用将动力传递给磁力转轴6，实现电机主轴51和磁力转轴6之间一同旋转。

请配合参阅图1、3所示，所述样品粉碎罐优选设置为球磨罐4，所述电机5、磁力转轴6及磁力传动联轴器1外部分别罩有互相密封连接的壳体，所述磁力转轴6下端伸出其壳体61底部并伸入所述球磨罐4内，所述球磨罐4内设有搅拌件，所述搅拌件可设置为图3中连接在磁力转轴6底端的搅拌桨46。所述磁力转轴6连接并带动所述搅拌件动作，从而实现将动力非接触式传递到粉碎罐内。

所述球磨罐4包括顶部开口的罐体43及开口处设置的顶盖44，顶盖44上设有用于放入磨球45及样品的可开闭的入料口41，所述磁力转轴6的壳体61底部与所述顶盖密封连接。优选地，磁力转轴6的壳体61底部与所述球磨罐4的顶盖44设为一体结构，可简化密封连接，增加密封性能。此外，顶盖44可通过卡箍8密封盖合在球磨罐4的罐体开口上，通过卡箍8对球磨罐4和动力源实施楔紧式密封，实现了样品破碎过程的气密性，最大限度地保证了实验精度。

为及时带走所述非接触式扭矩传动系统尤其是所述磁力转轴6工作时所产生的热量，可对磁力转轴6设置冷却装置。如图1、2中所示，所述磁力转轴6的壳体61内部设有用于冷却所述磁力转轴6的冷却循环水腔，所述壳体61上开设有与冷却循环水腔连通的进水口9与出水口10，进水口9和出水口10上分别连接有冷却管道2，冷却循环水通过冷却管道2进出冷却循环水腔实现对磁力转轴6的冷却。

进一步，电机5还可连接矢量智能变频器，所述矢量智能变频器具有可调节所述电机5转速及时间的控制面板。所述电机5优选为三相异步电机，通过三项异步电机的无级调速电机可实现不同转速，通过矢量智能变频器可采用变频技术对驱动过程实施智能控制，因此可根据进料粒度和体积设定转速和时间，满足不同试样的粉碎要求。

使用上述气密式粉碎机进行碎样时，可采用如下步骤：A.密封：用所述顶盖44密封所述球磨罐4的罐体开口；如采用卡箍8密封则扳动卡箍8即可；B.加样：打开入料口41，取适量待粉碎样品，并选择合适的磨球45一起加入球磨罐4，并密闭所述顶盖44；C.碎样：在所述矢量智能变频器的控制面板上设定需要的转速及时间，按下启动按钮，启动所述三相异步电机对样品进行破碎。作为优选的实施例，选择三相异步电机的转速可调节范围为0～1500rpm，所述的搅拌桨46采用一字型的钢制材料，选择多个不同直径的不锈钢光滑磨球对岩样进行同步式粉碎。

综上所述，由于利用了非接触式扭矩传递原理，将样品粉碎罐外的扭矩动力以非钻孔直接接触方式传递至样品粉碎罐内，利用磁力传递技术保持外来扭矩的传递效率，提供了样品粉碎罐内试样粉碎充足的动力。进一步地，通过球磨罐结合搅拌桨进行碎样，磁力密封将动力传递给搅拌桨46，搅拌桨46的旋转带动磨球45同步式运动，并且，通过多种种类和规格的磨球可以根据试样条件和碎样要求进行选择。通过矢量智能变频器根据试样硬度、大小等特征进行不同的变频设置，因此，本发明的气密式粉碎机可突破传统球磨罐对入料的严格要求，可以满足的入料质量小于等于1kg、颗粒直径小于等于3cm的试样的粉碎要求。

进一步地，在所述球磨罐4的顶盖44上可设置用于气体输出的出气口42，可用于连接集气装置如集气量筒。集气量筒可以通过连接法兰与出气口42气密连接，用于与出气口42实现无管化快速连接。出气口42处可设置单向阀3，限制气体流向。

通过进一步连接集气装置，本发明的气密式粉碎机可实现全程气密的岩样含气量的测定过程，具有测量误差小、计量精度高的效果。尤其是对页岩气、煤层气样品的含气量测定。测量时，首先将岩样密闭粉碎，然后按实验需要加热所述球磨罐，通过集气装置收集并测量从所述出气口输出的气体，计算岩样含气量。进一步地，还可以获取总含气量、游吸比、可采率及扩散系数等参数。

针对岩样进行破碎时，可以选择不锈钢磨球，进一步可以根据岩样硬度及大小，进行不同直径的研磨球比例的配置，可增大岩样与磨球和搅拌桨充分的接触面积，使得岩样粉碎程度大大加强，在岩样含气量测定时利于将里面的残余气全部排出，提升实验的精确程度。也可以结合矢量智能变频器不同的变频设置，满足不同的实验要求。

由于采用了以上技术方案，本发明利用非接触式扭矩传递原理，提供了气密式试样粉碎的设备及其实验方法。所述气密式粉碎机对试样要求低，密封性能好，粉碎动力足、效率高、效果好。并且操作简单方便、容易上手，从而更加适于实用。所述气密式粉碎机可应用于岩样含气量的测量，避免了样罐置换，减少了实验误差，具有计量准确、精度高的优点。此外，由于气密粉碎避免了试样粉碎过程中与空气的直接接触和由此所带来的污染，因此，还同样适用于有毒有害物质的破碎、有毒有害气体的测量以及无尘化破碎等。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种气密式粉碎机，其特征在于，包括样品粉粹罐及非接触式扭矩传动系统，所述非接触式扭矩传动系统包括电机、磁力转轴及磁力传动联轴器，所述电机通过磁力传动联轴器连接并驱动磁力转轴转动，所述磁力转轴外部设有壳体，所述磁力转轴下端伸出所述壳体底部并伸入所述样品粉粹罐内，所述样品粉粹罐内设有搅拌件，所述磁力转轴连接并带动所述搅拌件动作，所述样品粉粹罐与所述磁力转轴的壳体之间密封连接。

2.根据权利要求1所述的气密式粉碎机，其特征在于，所述样品粉碎罐具有顶部开口，所述开口处设有顶盖，所述磁力转轴的壳体底部与所述顶盖密封连接。

3.根据权利要求2所述的气密式粉碎机，其特征在于，所述磁力转轴的壳体底部与所述顶盖为一体化制成。

4.根据权利要求2所述的气密式粉碎机，其特征在于，所述顶盖通过卡箍密封所述样品粉碎罐的顶部开口。

5.根据权利要求1所述的气密式粉碎机，其特征在于，所述磁力转轴的壳体内部设有用于冷却所述磁力转轴的冷却循环水腔，所述壳体上开设有与冷却循环水腔连通的进水口与出水口。

6.根据权利要求1所述的气密式粉碎机，其特征在于，所述样品粉碎罐为球磨罐，所述球磨罐上设有用于放入磨球及样品的可开闭的入料口。

7.根据权利要求1所述的气密式粉碎机，其特征在于，所述非接触式扭矩传动系统还包括连接并控制所述电机的矢量智能变频器。

8.根据权利要求1-7任一项所述的气密式粉碎机，其特征在于，所述样品粉碎罐上设有用于连接集气装置的出气口。

9.根据权利要求8所述的气密式粉碎机，其特征在于，所述出气口处设有单向阀。

10.权利要求8或9所述的气密式粉碎机的应用，其特征在于，将所述气密式粉碎机应用于岩样含气量测量时的样品密闭粉碎，并通过加热所述样品粉碎罐收集并测量从所述出气口输出的气体计算岩样含气量。