CN105251592B - 一种用于植物超细粉碎的水射流磨 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于植物超细粉碎的水射流磨，包括上部进料分级结构和下部喷嘴粉碎结构，所述上部进料分级结构与所述下部喷嘴粉碎结构密封连接，上部进料分级结构与下部喷嘴粉碎结构之间设有扁平环管形粉碎腔和叶片分级冲击环。本发明强化了高压水射流的冲击压缩粉碎和壁面摩擦粉碎及湍流空化剥蚀粉碎作用，并利用植物的纤维结构及水的溶胀和松解作用，使高压水射流的压缩和拉伸应力得到充分的发挥，同时还利用了叶片流道和涡旋流场的惯性力对粒度进行分级控制。本发明被专门设计用于天然植物有效成分的浸提和精油及香气浸提过程中对植物纤维颗粒的超细粉碎，也可用于新鲜植物叶、花、果的直接碎解。

Description

一种用于植物超细粉碎的水射流磨

技术领域

本发明涉及超细粉碎技术领域，更具体地说，涉及用于植物类中药材和精油等原料的超细水射流磨。

背景技术

随着现代社会健康水平的提高，以及人们对“回归自然”理念的认同，以天然植物为原材料的药物、食品、保健及护肤品等越来越得到重视，其中，植物类中草药有效成分的浸提和植物性香料的精油和香气浸提，是通过对植物的根、根茎、皮、叶、花、果、种子进行所谓“细胞壁破碎”后，再采用传统的浸提方法，如煎煮法、浸渍法、渗漉法、回流提取法、水蒸气蒸馏法等，或较为新颖的浸提方法，如半仿生提取法、超声提取法、超临界流体萃取法、旋流提取法、加压逆流提取法、酶法提取法等。

天然植物的生物活性成分通常是以初级代谢产物如纤维素、淀粉、蛋白质、树胶等为基体，分布于细胞内和细胞间质中。在溶出时，必须先透过细胞壁和细胞膜才能释放。但通常植物的细胞组织紧密，细胞壁也很厚，使溶剂不易渗透和扩散，有效成分或可溶物很难被浸提出来。

若将植物超细粉碎至平均粒径约＜5～l0μm，使其粒度小于一般植物细胞的直径10～100μm，可使大部分细胞壁打破，达到细胞破壁率≥95％的效果，实现所谓“细胞壁破碎”。由于超细粉碎使植物的颗粒尺寸大大减小，比表面积增加，植物生物活性成分溶出度和提取率显著提高，同时也提高了植物的有效利用率。

现有将植物进行超细粉碎的方法包括，介质磨剥类粉磨设备，如振动磨和搅拌磨，这类超细粉碎方法存在着摩擦发热，使植物的生物活性成分受热劣化和所含芳香性及挥发性成分易挥发损失等问题，还存在着研磨介质磨损参杂污染的问题。

现有将植物进行超细粉碎的方法还包括，干法机械冲击粉碎和气流粉碎，由于植物纤维的韧性，使得冲击粉碎效率难以提高，同时，由于植物纤维的可燃性，粉碎过程中存在着粉尘爆炸的可能，使粉碎系统须采用较复杂的防暴工艺，并配置成本较高的防暴装置。深冷粉碎可解决韧性植物纤维的粉碎问题，但生产成本较高。

水射流技术是20世纪60年代逐渐发展起来的，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，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，从而开始了水射流粉碎技术的研究，并日益引起人们的重视。

水射流粉碎利用高压水(通常压力为5～80MPa)，经喷嘴加速所形成的高聚能水射流冲击物料，使物料在冲击压缩、水楔张力、空化剥蚀等压缩和拉伸应力的复合作用下粉碎。其粉碎机理包括：高压水射流冲击的压缩粉碎作用；高压水射流冲击的水楔—拉伸粉碎作用；湍流一空化剥蚀粉碎作用；脉冲射流的水锤粉碎作用；物料与靶体的冲击粉碎作用；物料与腔体壁面的摩擦粉碎作用。根据水射流磨不同的设计结构，除了脉冲射流的水锤粉碎作用或物料与靶体的冲击粉碎作用有可能不存在外，其它作用形成了对物料的复合粉碎效果。

由于水射流的高聚能冲击，在物料内部晶粒界面处产生应力波反射所形成的张力，致使物料卸载破坏。高度的能量聚集和接近音速或超音速的射流速度，使被粉碎物料的加载时间极短，且能量高度集中，物料以解理的方式被粉碎，因此，高压水射流磨具有的特点包括：张力作用的解理粉碎方式显著降低粉碎能耗，提高粉碎效率；剧烈的湍流作用可以避免细颗粒的团聚，有利于粉碎和分级；可以很好地保持颗粒的原始结晶形态和表面光洁度；因良好的解离性与分离特性，可使物料内部的不同成分更好地分开，因而，在粉碎的同时具有提纯作用。通常水射流粉碎适合于解理发育充分的晶体，如层状结构、链状结构和菱面体结构等。

虽然水射流粉碎技术已展示了良好的应用前景，但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，其主要原因一方面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。另一方面，可适用的、解理发育充分的晶体物料有限，也影响到其应用。

但对于天然植物，其纤维组成结构，特别适合于水射流粉碎在水楔—拉伸张力作用下，进行纤维溶胀下的松解式粉碎。同时，由于粉碎采用水作为能量传递介质，有助于水溶性或脂溶性植物基体细胞内的生物活性成分，在高速射流冲击粉碎的微细化过程中，细胞破壁溶出，以及在剧烈的空化减压和湍流乳化作用下的快速溶出，使粉碎产物以湿溶胶的形式，直接作为蒸馏法提取生物活性成分的前驱体。而且，水射流在较低的低温下粉碎，可以保留植物的活性成分。此外，水射流也可以对新鲜植物的叶、花、果直接进行碎解。因此，水射流粉碎在天然植物有效成分的浸提和精油及香气浸提中的应用，拓展了水射流粉碎技术应用的新领域。

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

美国Missouri-Rilla大学研制的水射流双圆盘式粉碎机，为直接水射流水流磨，用于煤的粉碎。其结构与原理为：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形成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。

意大利卡利亚里大学DIMM实验室研制的旋转射流磨机，为直接水射流水流磨，用于煤的粉碎。其结构与原理为：在破碎腔的环形壁和锥形中心形成的圆形漏孔上方有两个旋转的喷嘴喷枪；物料落到锥形体下部进入破碎腔并迫使粉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，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，煤粒得以细化。

上述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，使得粉碎装置有些复杂，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。

德国AKW公司和丹麦朗尼公司(APVRASNNIEA/S)的超细剥片水射流粉碎装置，为前混合物料射流水流磨。其结构与原理为：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。

另一种超细均化器，也属于前混合物料射流水流磨，其结构与原理为：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，当浆料经由喷嘴时以每秒数百米的速度喷射在靶体上，由于颗粒浆料在通过孔隙时的互相摩擦剪切，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。

上述两种前混合物料射流水流磨，虽然获得较高的能量效率，但结构较复杂、不能连续作业，每次装料有限、生产效率低，以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。

后混合物料水射流磨，其结构与原理为：高压水经喷嘴加速为高速水射流，并在混合室中产生高真空，颗粒物料吸入混合室并混入水射流中；在混合管中，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。

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。

以下引述的专利是水射流粉碎技术在国内发展的某些结构形式，但这不能必然地解释为，既有的这些技术对植物的超细粉碎是合格的或适宜的，因为对植物的水射流粉碎研究或装置，尚未见公开报道。

方湄等人的中国实用新型专利CN 96200441.3，公开了一种水射流超细粉碎机，由水箱、高压水泵、高压管、接头、水射流喷嘴、进料装置、混合室、加速管以及粉碎室组成，进料装置安装在水射流喷嘴的出口处，加速管为一圆柱形管，加速管一端安装在连接座的出口端，另一端与粉碎室连接，粉碎室和靶固定连接。主要用于非金属矿物、医药、化工原料、化妆品以及食品的超细粉碎、剥片和均浆等领域。

方湄等人的中国实用新型专利CN 98248771.1，公开了一种自振式水射流超细粉碎机，由两个在同一轴线上相对放置的自振射流喷头、加料装置、粉碎室、出料装置、以及泵装里等组成。由于引人了自激振荡原理，在提高了水介质对于物料顺粒的能量传输效率的同时，也带来了导致物料粉碎的新方式，即物料是在自激振荡所产生的水锤效应、气蚀效应、以及卸载破坏等因素的综合作用下被粉碎，粉碎效率高，适用于各种硬度物料的超细粉碎与剥片。

徐晓东等人的中国专利CN 01129872.3，公开了一种利用高压水射流技术进行物料粉碎的脉冲空化水射流超细粉碎装置。其结构由加料装置、振荡室、加速管、粉碎室、支撑座和底座等部件组成。振荡室具有一个由定位环和其前端的水喷嘴构件以及其后端的挡块构件构成的振荡腔，利用高压水射流发生设备的能量及其原始的脉冲激励，在振荡室内形成稳定脉冲，强化空化侵蚀对物料颗粒的粉碎作用，能通过调整靶距等参数，扩大粉碎物料的范围，提高物料颗粒的粉碎效率。

刘晓星等人的中国实用新型专利CN 201220220597.7，公开了一种高压水射流粉碎装置，由高压水射流一次粉碎装置和旋流器分级装置组成，旋流器分级装置的旋流器的入口与高压水射流一次粉碎装置的出口连通，旋流器通过底流管连通混合腔，混合腔的一端通过节流阀与高压水射流一次粉碎装置的高压泵连通，混合腔的另一端连通喷嘴并对准靶体。利用水射流冲击靶体后流体的剩余能量而进入旋流器分级，未能达到成品要求的原料经过二次或多次粉碎，提高了效率及成品质量。

朱瀛波等人的中国专利CN 200810197131.8，公开了一种超细空化靶式水射流磨，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。具有粉碎能量利用率高、粒度控制易于调整的特点。

叶菁等人的中国专利CN 200810197132.2，公开了一种内聚靶式水射流磨，包括物料分级部、物料粉碎部、机座；物料分级部包括中心加料管、溢流式悬浮分级筒、溢流槽、环形水流均布器、水激式锥形振动筛；溢流式悬浮分级筒的上部与溢流槽连接，溢流槽上设有排料口；溢流式悬浮分级筒下端与物料粉碎部的粉碎部筒体的上端通过法兰连接；中心加料管的加料口高于溢流槽上的排料口；物料粉碎部包括导料锥、粉碎部筒体、环形喷嘴座、喷嘴、内聚式靶体、锥形水流喷射器、分选料斗、分离篦筛；粉碎部筒体与机座固定连接。具有能量利用率高、解理粉碎效果好的特点。

高惠民等人的中国专利CN 200810197130.3，公开了一种超细盘式涡流水射流磨，包括磨机粉碎部、磨机分级部、机座；磨机粉碎部包括排料管、中心排料管、料斗、机盖、布料腔体、粉碎机体、喷嘴，中心排料管的下端部穿过料斗、机盖与布料腔体的中心内圆座套上部固定连接；机盖的下端与布料腔体一起与粉碎机体的上端固定连接，布料腔体位于机盖与粉碎机体之间；粉碎机体的底部固定连接在机座上；喷嘴沿圆环形粉碎室外圆切向均布嵌套在粉碎机体上，喷嘴分别与圆环形粉碎室、高压水环形流道相通；所述的磨机分级部包括旋流器中心管、旋流器，旋流器中心管的上端与磨机粉碎部的布料腔体的中心内圆座套下部固定连接，且旋流器中心管与中心排料管相通。具有粉碎能量利用率高的特点。

值得注意的是，CN 200810197130.3的多个喷嘴沿圆环形粉碎室外圆切向均布设置，喷嘴轴线共切一位于圆环形粉碎室中部的圆，物料经由布料腔体沿整个圆环形粉碎室均匀给入，粒度控制由喷射涡流和旋流器实现。该水射流磨适用于颗粒密度较大的物料，在圆环形粉碎室的追赶型自碰撞粉碎，以及物料对圆环形粉碎室外圆侧壁的碰撞粉碎，分级粒度对颗粒密度较敏感。但对密度较小、韧性较好的植物纤维，其自碰撞粉碎作用和离心分级作用减弱。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种针对韧性大、密度小的物料特征，通过多喷嘴汇聚冲击和大角度受阻冲击作用，以及高强度湍流空化作用进行超细粉碎，同时，利用叶片流道和涡旋流场的惯性力分级作用进行粒度控制的水射流磨。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于植物超细粉碎的水射流磨，包括上部进料分级结构和下部喷嘴粉碎结构，所述上部进料分级结构与所述下部喷嘴粉碎结构密封连接，上部进料分级结构与下部喷嘴粉碎结构之间设有扁平环管形粉碎腔和叶片分级冲击环。所述扁平环管形粉碎腔包括多喷嘴汇聚粉碎区，和均布喷嘴多点切向冲击粉碎区。

所述上部进料分级结构包括：进料接管、排料接管、上基体和所述叶片分级冲击环；所述叶片分级冲击环与所述上基体为整体结构，由一定数量和分布规律的切向叶片，以及相应的冲击壁面构成；所述进料接管位于所述扁平环管形粉碎腔一定的直径位置处，并与所述上基体通过螺栓密封连接；所述排料接管位于所述上基体圆的中心，并与上基体通过焊接连接。

所述下部喷嘴粉碎结构包括：多个汇聚喷嘴、多个均布喷嘴、所述扁平环管形粉碎腔、环形高压水分布室、高压水接入管、喷嘴堵头和下基体，所述多个汇聚喷嘴为3～7个按一定的切向角布置的喷嘴，通过螺纹密封连接在所述下基体中，喷嘴进口端与所述环形高压水分布室连通，喷嘴出口端与所述扁平环管形粉碎腔连通，喷嘴轴线汇聚于所述进料管的管壁在所述扁平环管形粉碎腔对应投射圆区域内；所述多个均布喷嘴为4～9个由所述汇聚喷嘴中切向角第二小的喷嘴沿全圆周方向均布后，再去除最后一个分布喷嘴构成。

上述方案中，所述均布喷嘴轴线与所述叶片分级冲击环相应的冲击壁面相切；所述汇聚喷嘴的轴线，根据切向角的不同，分别与所述叶片分级冲击环相应的冲击壁面，以大角度接触到小角度的相切，构成高压水射流的冲击压缩粉碎和与壁面的摩擦粉碎结构。

上述方案中，所述排料接管与抽吸泵连接，抽吸压力由抽吸泵伺服电机控制，使扁平环管形粉碎腔的背压在0.01～0.04MPa范围内。

上述方案中，位于最上端的汇聚喷嘴与水平轴线夹角为10°～20°，下方的汇聚喷嘴之间的比邻夹角为17°～25°，所述均布喷嘴的切向角β为50°～75°。

上述方案中，所述进料接管直径Din＝(0.2～0.4)×(D0-D1)，其中D0为扁平环管形粉碎腔的外壁直径，D1为所述扁平环管形粉碎腔的内壁直径，D1＝(0.55～0.75)×D0，所述进料接管与所述上基体通过螺栓密封连接。

上述方案中，所述下料口中心圆直径D2＝(0.80～0.87)×D0，其中D0为扁平环管形粉碎腔的外壁直径，D0取值范围300～1160mm。

上述方案中，所述排料接管直径Dout＝(0.12～0.16)×D0，其中D0为扁平环管形粉碎腔的外壁直径，所述排料接管位于所述上基体圆的中心，并与所述上基体通过焊接连接。

上述方案中，所述叶片分级冲击环包括汇聚喷嘴冲击壁面、均布喷嘴冲击壁面和切向叶片。

上述方案中，所述叶片分级冲击环内径D4＝(0.45～0.65)×D0，所述汇聚喷嘴冲击壁面的弧长夹角为40～54°，并与具有不同切向角的所述汇聚喷嘴的轴线，以大角度接触到小角度的相切。

上述方案中，所述均布喷嘴冲击壁面与均布喷嘴轴线对应相切，所述均布喷嘴冲击壁面弧长夹角为16°～20°。

上述方案中，所述切向叶片的切向角为25°～50°，所述切向叶片设置区弧长夹角42°，紧邻下料口的所述切向叶片设置区弧长夹角72°，所述切向叶片高度h＝(2.8～3.5)×(D0-D1)，两个所述切向叶片相间构成的叶片流道缝隙宽度为3～6mm，所述叶片分级冲击环与所述上基体为整体结构。

上述方案中，所述切向叶片高度h＝(2.8～3.5)×(D0-D1)，其中D0为扁平环管形粉碎腔的外壁直径，D1为所述扁平环管形粉碎腔的内壁直径。

上述方案中，所述扁平环管形粉碎腔的流道截面尺寸为，宽度B＝0.5×(D0-D1)，高度H＝(0.15～0.35)×(D0-D1)。

上述方案中，所述汇聚喷嘴为3～7个喉部直径为0.7～2.5mm的高压水射流喷嘴。

上述方案中，所述均布喷嘴为4～9个喉部直径为0.7～2.5mm的高压水射流喷嘴。

上述方案中，所述汇聚喷嘴和均布喷嘴的粉碎压力为5～30MPa。

本发明的多个切向角不同的汇聚喷嘴设置在扁平环管形粉碎腔外侧壁面，使这些汇聚喷嘴产生的高压水射流交汇于下料口处，高速冲击纤维状植物颗粒。其中，大角度切向喷嘴产生的高速水射流，直接冲击纤维状植物颗粒，使其加速撞击所述扁平环管形粉碎室内侧壁面。经汇聚区冲击粉碎后的纤维状植物颗粒，在所述扁平环管形粉碎室流动过程中进一步受到多个均布切向喷嘴水射流的冲击作用，使纤维状植物颗粒在受到所述粉碎室内侧壁面的摩擦冲击粉碎的同时，被加速作涡旋运动，尺寸较小的纤维状植物颗粒，随水流变向进入所述扁平环管形粉碎室内侧壁面上部的分级叶片流道，并随水流一起被泵抽吸排出水射流磨，尺寸较大的纤维状植物颗粒，因所受离心力较大，被留在所述扁平环管形粉碎室内继续粉碎，直至粒度达到分割粒径尺寸被排出水射流磨。

实施本发明的用于植物超细粉碎的水射流磨，具有以下有益效果：

本发明利用设置在扁平环管形粉碎室外侧壁面的不同切向角的喷嘴，使高压水射流交汇于进料口处，对纤维状植物颗粒进行汇聚冲击和大角度受阻冲击粉碎，强化了高压水射流的冲击压缩粉碎作用和与壁面的摩擦粉碎作用，以及湍流空化剥蚀粉碎作用。同时，由于植物的纤维结构及水的溶胀和松解作用，使高压水射流的冲击压缩、水楔张力、空化剥蚀等压缩和拉伸应力的协同效果得到了充分的发挥，此外，还利用了叶片流道和涡旋流场的惯性力对粒度进行分级控制。因此，本发明被专门设计用于天然植物有效成分的浸提和精油及香气浸提过程中对植物纤维颗粒的超细粉碎。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为用于植物超细粉碎的水射流磨主视剖面图；

图2为用于植物超细粉碎的水射流磨的俯视图；

图3为图1中的A-A剖面图；

图4为上部进料分级结构的主视剖面图；

图5为图4中的C向视图；

图6为下部喷嘴粉碎结构的主视剖面图；

图7为图6中的B向视图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明提供的一种用于植物超细粉碎的水射流磨01，其结构包括：上部进料分级结构011，和下部喷嘴粉碎结构012，上部进料分级结构011与下部喷嘴粉碎结构012通过螺栓密封连接，并形成扁平环管形粉碎腔0124和叶片分级冲击环0114结构，其中，扁平环管形粉碎腔0124包括多喷嘴汇聚粉碎区，和均布喷嘴多点切向冲击粉碎区。

如图1～图7所示，扁平环管形粉碎腔0124的外壁直径为D0，扁平环管形粉碎腔0124的内壁直径为D1，下料口0115中心圆直径为D2，下基体外圆直径为D3，叶片分级冲击环0114内径为D4，进料接管0111内径为Din，排料接管内径为Dout。

如图1～图5所示，上部进料分级结构011，由进料接管0111、排料接管0112、上基体0113、叶片分级冲击环0114和下料口0115构成，其中，叶片分级冲击环0114由汇聚喷嘴冲击壁面0114a、均布喷嘴冲击壁面0114b和切向叶片0114c构成。

如图4和图5所示，进料接管0111与上基体0113通过螺栓密封连接，进料接管0111位置由下料口0115中心圆直径D2决定，D2＝(0.80～0.87)×D0，优选地，D＝0.84D0；进料接管0111直径Din＝(0.2～0.4)×(D0-D1)，优选地，Din＝0.23×(D0-D1)，D0取值范围300～1160mm。

如图1、图6和图7所示，扁平环管形粉碎腔0124的内壁直径为D1为D1＝(0.55～0.75)×D0，优选地，D1＝0.64D0。

如图4和图5所示，排料接管0112位于上基体0113圆的中心，并与上基体通过焊接连接，排料接管0112直径Dout＝(0.12～0.16)×D0，优选地，Dout＝0.13D0。

如图3、图4和图5所示，叶片分级冲击环0114与上基体0113为整体结构，叶片分级冲击环0114内径D4＝(0.45～0.65)×D0，优选地，D4＝0.54D0；叶片分级冲击环0114上的汇聚喷嘴冲击壁面0114a的弧长夹角40°～54°，优选地，48°，并与具有不同切向角的汇聚喷嘴0123a、0123b、0123c和0123d的轴线，以大角度接触到小角度的相切；叶片分级冲击环0114上的均布喷嘴冲击壁面0114b与均布喷嘴0123轴线对应相切，均布喷嘴冲击壁面0114b弧长夹角16°～20°，优选地，18°；叶片分级冲击环0114上的切向叶片0114c的切向角25°～50°，优选地，30°，切向叶片0114c设置区弧长夹角42°，紧邻下料口0115的切向叶片0114c设置区弧长夹角72°；切向叶片0114c高度h＝(2.8～3.5)×(D0-D1)，优选地，h＝3.1×(D0-D1)；两个切向叶片0114c相间构成的叶片流道缝隙宽度为3～6mm，优选地，4mm。

如图3、图6和图7所示，下部喷嘴粉碎结构012，由喷嘴堵头0121、环形高压水分布室0122、汇聚喷嘴0123a、0123b、0123c和0123d、均布喷嘴0123，以及扁平环管形粉碎腔0124、压力传感器0125、下基体0126和高压水接入管0127构成。

如图3所示，汇聚喷嘴0123a与水平轴线夹角为10°～20°，优选地，15°，汇聚喷嘴0123b、0123c和0123d之间的比邻夹角为17°～25°优选地，20°；均布喷嘴0123的切向角β为50°～75°，优选地，62°；汇聚喷嘴和均布喷嘴，通过螺纹密封连接在下基体0126中；高压水接入管0127焊接在下基体0126外圆侧壁上，并与环形高压水分布室0122相通。

如图1和图6所示，扁平环管形粉碎腔0124的流道截面尺寸：宽度B＝0.5×(D0-D1)，高度H＝(0.15～0.35)×(D0-D1)，优选地，H＝0.2(D0-D1)。

汇聚喷嘴为3～7个喉部直径为0.7～2.5mm高压水射流喷嘴，优选地，汇聚喷嘴为4个喉部直径为1mm的高压水射流喷嘴；多个均布喷嘴为4～9个喉部直径为0.7～2.5mm的高压水射流喷嘴，优选地，汇聚喷嘴为4个喉部直径为1mm高压水射流喷嘴。

高压水射流喷嘴的粉碎压力为5～30MPa，优选地，7～12MPa。

排料接管与抽吸泵连接，抽吸压力由抽吸泵伺服电机控制，使扁平环管形粉碎腔的背压在0.010～0.040MPa范围内，优选地，0.02～0.03MPa范围内。

本发明提供了一种用于植物超细粉碎的水射流磨，通过多个不同切向角喷嘴产生的高压水射流交汇于下料口处，高速冲击纤维状植物颗粒，并使其高速撞击粉碎室内侧壁面，之后进一步受到多个均布切向喷嘴水射流的冲击作用，使纤维状植物颗粒在受到粉碎室内侧壁面的摩擦冲击粉碎的同时，被加速作涡旋运动，尺寸较小的纤维状植物颗粒，随水流变向进入扁平环管形粉碎室的分级叶片流道，并随水流一起被泵抽吸排出水射流磨，尺寸较大的纤维状植物颗粒，因所受离心力较大，被留在粉碎室内继续粉碎，直至粒度达到分割粒径尺寸被排出水射流磨。本发明强化了高压水射流的冲击压缩粉碎和壁面摩擦粉碎及湍流空化剥蚀粉碎作用，并利用植物的纤维结构及水的溶胀和松解作用，使高压水射流的压缩和拉伸应力得到充分的发挥，同时还利用了叶片流道和涡旋流场的惯性力对粒度进行分级控制。本发明被专门设计用于天然植物有效成分的浸提和精油及香气浸提过程中对植物纤维颗粒的超细粉碎，也可用于新鲜植物叶、花、果的直接碎解。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种用于植物超细粉碎的水射流磨，其特征在于，包括上部进料分级结构(011)和下部喷嘴粉碎结构(012)，所述上部进料分级结构(011)与所述下部喷嘴粉碎结构(012)密封连接，上部进料分级结构(011)与下部喷嘴粉碎结构(012)之间设有扁平环管形粉碎腔(0124)和叶片分级冲击环(0114)；

所述下部喷嘴粉碎结构(012)包括下基体(0126)、喷嘴堵头(0121)、环形高压水分布室(0122)、多个汇聚喷嘴(0123a、0123b、0123c、0123d)和多个均布喷嘴(0123)；

所述上部进料分级结构(011)包括上基体(0113)和设置在所述上基体(0113)的进料接管(0111)和排料接管(0112)，所述进料接管(0111)的下料口(0115)与所述扁平环管形粉碎腔(0124)连通；

所述汇聚喷嘴(0123a、0123b、0123c、0123d)和均布喷嘴(0123)密封连接在所述下基体(0126)中，所述汇聚喷嘴(0123a、0123b、0123c、0123d)和均布喷嘴(0123)的进口端连接环形高压水分布室(0122)，出口端与扁平环管形粉碎腔(0124)连通；所述汇聚喷嘴(0123a、0123b、0123c、0123d)的轴线汇聚于所述进料接管(0111)的管壁在所述扁平环管形粉碎腔(0124)对应投射圆区域内。

2.根据权利要求1所述的用于植物超细粉碎的水射流磨，其特征在于，位于最上端的汇聚喷嘴(0123a)与水平轴线夹角为10°～20°，下方的汇聚喷嘴(0123b、0123c、0123d)之间的比邻夹角为17°～25°，所述均布喷嘴(0123)的切向角β为50°～75°。

3.根据权利要求1所述的用于植物超细粉碎的水射流磨，其特征在于，所述进料接管(0111)直径Din＝(0.2～0.4)×(D0-D1)，其中D0为扁平环管形粉碎腔(0124)的外壁直径，D1为所述扁平环管形粉碎腔(0124)的内壁直径，D1＝(0.55～0.75)×D0。

4.根据权利要求1所述的用于植物超细粉碎的水射流磨，其特征在于，所述下料口(0115)中心圆直径D2＝(0.80～0.87)×D0，其中D0为扁平环管形粉碎腔(0124)的外壁直径。

5.根据权利要求1所述的用于植物超细粉碎的水射流磨，其特征在于，所述排料接管(0112)直径Dout＝(0.12～0.16)×D0，其中D0为扁平环管形粉碎腔(0124)的外壁直径，所述排料接管(0112)位于所述上基体(0113)圆的中心。

6.根据权利要求1所述的用于植物超细粉碎的水射流磨，其特征在于，所述叶片分级冲击环(0114)包括汇聚喷嘴冲击壁面(0114a)、均布喷嘴冲击壁面(0114b)和切向叶片(0114c)。

7.根据权利要求6所述的用于植物超细粉碎的水射流磨，其特征在于，所述汇聚喷嘴冲击壁面(0114a)的弧长夹角为40°～54°。

8.根据权利要求6所述的用于植物超细粉碎的水射流磨，其特征在于，所述均布喷嘴冲击壁面(0114b)与均布喷嘴(0123)轴线对应相切，所述均布喷嘴冲击壁面(0114b)弧长夹角为16°～20°。

9.根据权利要求6所述的用于植物超细粉碎的水射流磨，其特征在于，所述切向叶片(0114c)的切向角为25°～50°。

10.根据权利要求6所述的用于植物超细粉碎的水射流磨，其特征在于，所述切向叶片(0114c)高度h＝(2.8～3.5)×(D0-D1)，其中D0为扁平环管形粉碎腔(0124)的外壁直径，D1为所述扁平环管形粉碎腔(0124)的内壁直径。