CN106743674A - 一种将固体粉末送入高速气流的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了将固体粉末送入高速气流的装置，主要包括超声速喷管、侧向环状孔板进气筒、辅助进料喷嘴、加料仓、进料管等。气体经侧向环状孔板进气筒进入，由超声速喷管加速后携带加料仓、进料管送入的物料高速撞靶，辅助进料喷嘴可辅助进料，从而解决粉状物进料易堵塞问题。

Description

一种将固体粉末送入高速气流的装置
技术领域
本专利涉及一种装置，具体涉及一种将固体粉末送入高速气流的装置。
背景技术
低热固相反应合成技术是近年来快速发展的材料制备新技术，其本质特征在于室温或低温下的能量传递，即通过机械研磨等方式，向粉末反应剂体系中引入机械能，并使之转变为反应体系的化学能，从而实现室温下的固相合成。从材料制备技术的角度看，实现低热固相合成反应的必要条件是向体系引入机械能以诱发反应。研究发现：利用高速气流加速技术同样能向反应体系馈入机械能，且可馈入的机械能能量密度有可能提高一个量级(从传统装备的小于等于3W/g～10W/g提高到100W/g以上)。该方法的基本原理为：由超声速喷管产生高速气流(气流马赫数1.5～4.5，可根据需要采用不同马赫数的喷管)，参与反应的物料被送入气流加速流道，经过气流加速后与对撞靶发生碰撞。
然而要实现气体加速物料，需要考虑的一个问题是如何进气与进料。因为进气与进料方式将极大影响物料输送效率、气流加速效果以及合成反应的产能。目前，现有的进气、进料方式为轴向进气侧向进料(如图1所示)，参与反应的物料2’经侧向物料入口5’送入气流加速流道3’，超声速喷管1’产生高速气流携带物料2’加速后与对撞靶4’发生碰撞。这种方式采用标准的收缩扩张喷管获得超声速气流，并在喷管出口管壁上开馈料口进行加料，其出发点是利用喷管出口处比较低的静压，实现颗粒加入。但在实际应用中，当超声速喷管1’的入口气流压力较高时，物料入口5’压力会超过大气压，导致物料无法进入气流加速通道3’。但是，如果降低超声速喷管入口气流压力，则喷管下游的高速气流难以维持。此外，从外侧壁加料，由于边界层内气流速度较低，核心流速度较高，且颗粒进入时有一定的径向速度，使得颗粒轨迹很难估计，物料受重力作用往往跟随气流运动在流道壁面的边界层内较为集中，因此碰撞效率较低，难以实现引入机械能以诱发反应的目的。
发明内容
针对上述进气进料方式存在的问题，本发明提出了一种将固体粉末送入高速气流的装置，以解决粉状物中心进料与进气的矛盾。
本发明的基本思路是反应物料经加料仓、进料管送入气流加速通道，气流从侧向进气接头进入超声速喷管，经喷管加速后携带物料高速撞击对撞靶。虽然物料在进料管出口处受低压作用能够被吸入气流加速通道，但为使进料更为通畅，本发明设计了进料结构，外接一路气源将经由加料仓落下的物料推入进料管。
一种将固体粉末送入高速气流的装置，采用载气将固体粉末送入高速气流中，沿气流方向依次设置进料管、气流稳定外罩和高速气流加速管，该进料管为三段式结构，前段为进料细长管，中段为法兰盘结构，后段为输送管；进料管的进料细长管插入并贯穿气流稳定外罩内腔，由超声速喷管分别将进料管进料细长管出口、气流稳定外罩与高速气流加速管的高速气流通道连通。
所述气流稳定外罩一端与进料管中段的法兰盘通过第一组螺钉连接，气流稳定外罩另一端与高速气流加速管通过第二组螺钉连接。
所述气流稳定外罩外部径向方面设置一连通内腔的侧向进气接头。
所述进料管的输送管段轴向连接辅助进料喷嘴，辅助进料喷嘴一端设置接头连接载气源；进料管输送管段径向设置一加料仓。
进料管的输送段内外径均大于进料细长管的内外径，内腔通过圆锥形过渡实现连通。
所述的气流稳定外罩的内腔前段为圆锥形收缩段，后段为圆柱形。在气流稳定外罩内腔前段设置进气筒，所述的进料管的进料细长管贯穿进气筒，进气筒与气流稳定外罩的内腔之间形成进气腔。
所述进气筒为一端开口的圆筒结构，圆筒沿圆周均布进气孔，另一端筒底面上均布出气孔。在所述进气筒径向每间隔30°设置一个进气孔，形成沿圆筒径向轴心均匀分布的一组进气孔，轴向均布至少4组进气孔。在所述进气筒的底板上布置多个出气孔，这些出气孔用于向收缩段供气，出气孔以底板圆点为中心呈正六边形分布，形成一组出气孔，沿底板圆心由内向外均布至少3组出气孔。
当高速气流碰撞系统运行时，由加料仓添加物料，接头外接辅助进料气路，辅助进料气路内气流经辅助进料喷嘴喷出，将由加料仓落下的物料推入进料管，物料经进料管不断送至超声速喷管出口，由于该处气流速度高、压力低，物料被吸入加速段气流通道。进气筒从轴向套入气流稳定外罩。超声速喷管的气流从侧向进气接头进入，经过进气腔进入进气筒，然后依次进入超声速喷管收缩段、超声速喷管，此时气流被加速至超声速并携带由进料管送至超声速喷管出口处的物料进入加速段气流通道，从而最终实现撞靶。
本发明的优点在于，采用侧向进气可以保证进料管不弯曲，解决粉状物进料易堵塞的问题。采用侧向环状孔板方式进气，使进料管四周受力均匀，减小对进料管的冲击，大幅降低对进料管强度、刚度的要求，且不易损坏。整流孔板既可以起气流导向、破涡的作用，提高进入喷管气流的均匀性，又可以起到对进料管的支撑、保护作用，大幅缩短进料管的悬臂长度，延长其使用寿命。轴向辅助进气可以防止物料结块。这种方式一方面可以有效利用喷管出口处高速气流产生的引射作用，另一方面，在加料管中由于存在Saffaman力使得物料颗粒向中心聚拢后直接加入流场中心的自由流中，而且颗粒的径向速度很小，使得颗粒运动沿着中心轴线运动，到下游可以直接碰撞到靶头，提高颗粒碰撞概率。
附图说明
图1轴向进气、侧向进料装置示意图；其中，1’为超声速喷管，2’为物料，3’为气流加速流道，4’为对撞靶，5’为侧向物料入口。
图2低温固相反应进气进料装置剖视图；其中，1—加料仓，2—接头，3—辅助进料喷嘴，4—进料管，5—第一组螺钉，6—进气筒，7—进气腔，8—超声速喷管，9—高速气流加速段，10—加速段气流通道，11—第二组螺钉，12—收缩段，13—气流稳定外罩，14—侧向进气接头。
图3低温固相反应进气进料装置俯视图。
图4侧向环状孔板进气结构件示意图；其中，15为进气孔，16为整流孔板。
图5整流底板通气孔分布示意图。
具体实施方式
本发明设计的低温固相反应侧向进气轴向进料装置，结构如图2、图3所示。一种将固体粉末送入高速气流的装置，采用载气将固体粉末送入高速气流中，沿气流方向依次设置进料管4、气流稳定外罩13和高速气流加速管9，该进料管4为三段式结构，前段为进料细长管，中段为法兰盘结构，后段为输送管；进料管4的进料细长管插入并贯穿气流稳定外罩13内腔，由超声速喷管8分别将进料管4进料细长管出口、气流稳定外罩13与高速气流加速管9的高速气流通道10连通。气流稳定外罩13一端与进料管4中段的法兰盘通过第一组螺钉5连接，气流稳定外罩13另一端与高速气流加速管9通过第二组螺钉11连接。气流稳定外罩13外部径向方面设置一连通内腔的侧向进气接头14。进料管4的输送管段轴向连接辅助进料喷嘴3，辅助进料喷嘴3的作用有两个，一是打散物料中的结块，二是通入压力可调的干燥气流使物料更容易从进料管进入加速段。辅助进料喷嘴3一端设置接头2连接载气源；进料管4输送管段径向设置一加料仓1。进料管4的输送段内外径均大于进料细长管的内外径，内腔通过圆锥形过渡实现连通。所述的气流稳定外罩13的内腔后段为圆柱形，前段为圆锥形收缩段12。在气流稳定外罩13内腔前段设置进气筒6，所述的进料管4的进料细长管贯穿进气筒6，进气筒6与气流稳定外罩13的内腔之间形成进气腔7。进气筒6为一端开口的圆筒结构，圆筒沿圆周均布进气孔，另一端筒底面上均布出气孔。
如图4所示，进气筒6结构包括：进气孔，进气腔，运作原理为气体经侧向进气接头14进入进气腔7，而该进气腔7是由气流稳定外罩13与侧向环状孔板进气筒装配之后的间隙形成，气体从进气腔7经进气孔15进入侧向环状孔板进气筒体内，由底部整流孔板上的气孔进入收缩段12。
进气筒6套入气流稳定外罩13，进气筒径向及底部开有成一定规律分布的小孔，以改善气流流动的均匀性。左侧采用2个直径5mm的销钉与进料管连接，防止受气流扰动转动。环状孔板上布置4圈进气孔，各圈上任意相邻的两个进气孔的中心间隔为30°，能够实现均匀进气，防止气流对进料管造成强烈冲击。底板布置了36个出气孔，用于向收缩段12供气，这些通气孔用于向收缩段12供气，出气孔以底板圆点为中心呈正六边形分布，形成一组出气孔，沿底板圆心由内向外均布3组出气孔，如图5所示，这36个通气孔的分布具有两个特点，一是呈3圈分布，各圈呈正六边形，二是这些点的分布能构成6个等边三角形，这样的分布特征能够保证向收缩段均匀供气。进料管4出口与超声速喷管出口平齐。

Claims (10)

1.一种将固体粉末送入高速气流的装置，采用载气将固体粉末送入高速气流中，沿气流方向依次设置进料管(4)、气流稳定外罩(13)和高速气流加速管(9)，进料管(4)为三段式结构，前段为进料细长管，中段为法兰盘结构，后段为输送管；进料管(4)的进料细长管沿中轴线插入并贯穿气流稳定外罩(13)内腔，由超声速喷管(8)分别将进料管(4)进料细长管出口、气流稳定外罩(13)与高速气流加速管(9)的高速气流通道(10)连通。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进料管(4)的输送段内外径均大于进料细长管的内外径，内腔通过圆锥形过渡实现连通。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的气流稳定外罩(13)的内腔前段为圆锥形收缩段(12),后段为圆柱形。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，在气流稳定外罩(13)内腔后段设置进气筒(6)，所述的进料管(4)的进料细长管贯穿进气筒(6)，进气筒(6)与气流稳定外罩(13)的内腔之间形成进气腔(7)。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述进气筒(6)为一端开口的圆筒结构，圆筒沿圆周均布进气孔，另一端圆筒底面上均布出气孔。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述进气筒(6)径向每间隔30°设置一个进气孔，形成沿圆筒径向轴心均匀分布的一组进气孔，轴向均布至少4组进气孔。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述进气筒(6)的底板上布置多个出气孔，这些出气孔用于向收缩段(12)供气，出气孔以底板圆点为中心呈正六边形分布，形成一组出气孔，沿底板圆心由内向外均布至少3组出气孔。
8.如权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，所述气流稳定外罩(13)一端与进料管(4)中段的法兰盘通过第一组螺钉(5)连接，气流稳定外罩(13)另一端与高速气流加速管(9)通过第二组螺钉(11)连接。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述气流稳定外罩(13)外部径向方面设置连通其内腔的侧向进气接头(14)。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述进料管(4)的输送管段轴向连接辅助进料喷嘴(3)，辅助进料喷嘴(3)一端设置接头(2)用于连接载气源；进料管(4)输送管段径向设置一加料仓(1)。
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