CN107138070B - 一种用于固液混合相的双转子均质化分散设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于固液混合相的双转子均质化分散设备，包括传动装置、双转子结构、双行星分散结构、上部架体、支撑板、搅拌罐和冷却装置；所述传动装置包括输入轴、主动圆柱齿轮、主动锥齿轮、第一从动锥齿轮、中心轴、第二从动锥齿轮、内层空心轴、第三从动锥齿轮、外层空心轴、锥齿轮、二级减速轴和从动圆柱齿轮；所述双转子结构包括反转子和正转子；所述双行星分散结构包括行星架、行星架密封盖、搅拌轴、太阳轮和行星轮。由于正转子和反转子的转动方向相反，导致正转子和反转子之间的相对转速很高，降低了对动力源输入转速的要求。三个驱动轴通过一个电机带动，实现了一个动力源输入，多个不同转速和方向的输出，减少了输入动力源个数。

Description

一种用于固液混合相的双转子均质化分散设备

技术领域

本发明涉及高剪切分散设备领域，具体是一种用于固液混合相的双转子均质化分散设备。

背景技术

随着锂离子电池电极材料的发展，对锂离子电池电极材料的搅拌均质化程度要求越来越高。现有的电极浆料搅拌装置是采用双行星动力混合装置，研究者们也尝试其他形式设备(例如：乳化泵、胶体磨、分散抣质机等)来提高均匀化效果。现有的设备存在着不足之处，如：制浆时间过长，生产效率低；对细粉体在制浆过程易形成团聚物，传统的行星式混合机无法将其完全分解；传统分散设备运动过程中转子转速越高越好，但是，转子转速的提高是有限制的，过高的转速不仅需要更大功率的电机提供动力，导致成本过高，而且明显带来一系列诸如转齿变形等应力应变问题，严重时会引起定转子之间出现卡死现象，使得设备无法正常工作。申请号201520332344.2公开了一种新型锂电池电极浆料的分散设备，该设备中使用的带齿圈的转子、定子的分散结构，该结构只能实现转子的单一旋转，由于转子的刚度问题，故其转速不能过大，因此使得定转子之间剪切应变率的增加受到限制，因而使用范围也有所约束，一般只适用于微观分散的场合，一旦被分散物料颗粒较大，就会受损；除此之外，设备的利用率较低，成本较高。因此，亟需设计一种分散效率高、均质效果好的物料的分散设备。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种用于固液混合相的双转子均质化分散设备。传动装置的三个驱动轴通过一个电机带动，三根轴之间层层嵌套，通过齿轮逐级传动，实现了一个动力源输入，多个不同转速和方向的输出，减少了输入动力源个数，结构简单，节约了成本，减少能源的耗散。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种用于固液混合相的双转子均质化分散设备，其特征在于该设备包括传动装置、双转子结构、双行星分散结构、上部架体、支撑板、搅拌罐和冷却装置；所述传动装置包括输入轴、主动圆柱齿轮、主动锥齿轮、第一从动锥齿轮、中心轴、第二从动锥齿轮、内层空心轴、第三从动锥齿轮、外层空心轴、锥齿轮、二级减速轴和从动圆柱齿轮；所述双转子结构包括反转子和正转子；所述双行星分散结构包括行星架、行星架密封盖、搅拌轴、太阳轮和行星轮；

所述输入轴和二级减速轴通过轴承安装在上部架体上；输入轴上安装有主动圆柱齿轮和主动锥齿轮；所述二级减速轴上安装有从动圆柱齿轮和锥齿轮；主动圆柱齿轮与从动圆柱齿轮啮合；所述中心轴的一端安装在上部架体的一端面上，其上安装有第一从动锥齿轮；所述内层空心轴嵌套在中心轴外表面，内层空心轴一端安装有第二从动锥齿轮；所述主动锥齿轮分别与第一从动锥齿轮和第二从动锥齿轮啮合；所述外层空心轴嵌套在内层空心轴外表面，外层空心轴一端安装有第三从动锥齿轮；所述第三从动锥齿轮与锥齿轮啮合；上部架体的另一端面分别与支撑板和搅拌罐的一端面连接，支撑板位于上部架体与搅拌罐中间；中心轴、内层空心轴和外层空心轴穿过支撑板，外层空心轴的另一端固定连接有行星架，内层空心轴的另一端安装有反转子，中心轴的另一端安装有正转子；外层空心轴中部通过深沟球轴承和推力轴承与支撑板连接；行星架通过深沟球轴承与搅拌罐连接；行星架密封盖中部具有通孔，嵌套在中心轴和内层空心轴外，行星架密封盖外缘与行星架固定连接；两根搅拌轴对称安装在行星架密封盖上，连接处通过搅拌轴密封盖密封；搅拌轴端部安装有行星轮；所述太阳轮固定在内层空心轴中部，位于搅拌罐内；行星轮与太阳轮啮合传动；搅拌罐的另一端面上开有进料口；搅拌罐上开有出料口；搅拌罐外部嵌套有冷却装置，所述冷却装置上开有冷却液入口和冷却液出口。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

1.传动装置的三个驱动轴通过一个电机带动，三根轴之间层层嵌套，通过齿轮逐级传动，实现了一个动力源输入，多个不同转速和方向的输出，减少了输入动力源个数，结构简单，节约了成本，减少能源的耗散。传动装置将电机输入的动力分成三个部分，分别带动不同的执行机构(正转子、反转子和太阳轮、行星架)，实现对物料搅拌的一致性和均匀性。

2.双转子结构由于正转子和反转子的转动方向相反，导致正转子和反转子之间的相对转速很高，降低了对动力源输入转速的要求。通过较小的输入转速改变，能得到较大的转子速度差梯度，使得腔体内分散流场更强烈，提高了对物料的剪切作用力。物料受到强烈的层流和湍流剪切作用而分散，从而使其达到更小尺度的混合分散。实现对物料快速高效的搅拌，提高了物料的均质性和分散效率，达到物料均质化的标准，提高锂离子电池的质量和使用寿命。

3.双行星分散结构将宏观混合分散(搅拌轴对物料的搅拌)与微观混合分散(正转子与反转子对物料的剪切分散)共同应用于设备结构设计中，使得设备能够处理各种不同粒径的物料，应用范围更加广泛。双行星分散结构整体上是一个增速机构，既能公转也能自转，因此，物料的循环也随之加快，混合分散过程更充分。

4.与传统的行星式分散设备相比，双转子结构的剪切速率是现有行星混合分散的1000倍。与现有的核心部件为定转子的RS剪切式分散设备相比，双转子结构的剪切应力以及剪切应变率均为定转子结构的2倍。

附图说明

图1是本发明用于固液混合相的双转子均质化分散设备一种实施例的整体结构主视示意图；

图2是本发明用于固液混合相的双转子均质化分散设备一种实施例的双行星分散结构的俯视示意图；

图3是本发明用于固液混合相的双转子均质化分散设备一种实施例的双转子结构示意图；

图4是本发明用于固液混合相的双转子均质化分散设备一种实施例的正转子轴测示意图；

图5是本发明用于固液混合相的双转子均质化分散设备一种实施例的反转子轴测示意图；

图6是本发明用于固液混合相的双转子均质化分散设备图1中A部分的放大示意图；(图中：1、输入轴；2、主动圆柱齿轮；3、主动锥齿轮；4、第一从动锥齿轮；5、中心轴；6、上部架体；7、第二从动锥齿轮；8、内层空心轴；9、第三从动锥齿轮；10、外层空心轴；11、支撑板；12、行星架；13、行星架密封盖；14、搅拌轴；15、反转子；16、正转子；17、搅拌罐；18、进料口；19、出料口；20、太阳轮；21、行星轮；22、冷却装置；23、锥齿轮；24、二级减速轴；25、从动圆柱齿轮；26、冷却液入口；27、冷却液出口)

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种用于固液混合相的双转子均质化分散设备(参见图1-6，简称设备)，其特征在于该设备包括传动装置、双转子结构、双行星分散结构、上部架体6、支撑板11、搅拌罐17和冷却装置22；所述传动装置包括输入轴1、主动圆柱齿轮2、主动锥齿轮3、第一从动锥齿轮4、中心轴5、第二从动锥齿轮7、内层空心轴8、第三从动锥齿轮9、外层空心轴10、锥齿轮23、二级减速轴24和从动圆柱齿轮25；所述双转子结构包括反转子15和正转子16；所述双行星分散结构包括行星架12、行星架密封盖13、搅拌轴14、太阳轮20和行星轮21；

所述输入轴1和二级减速轴24通过轴承安装在上部架体6上；外部动力装置与输入轴1连接，输入轴1上安装有主动圆柱齿轮2和主动锥齿轮3；所述二级减速轴24上安装有从动圆柱齿轮25和锥齿轮23；主动圆柱齿轮2与从动圆柱齿轮25相互啮合，传递力和速度；所述中心轴5的一端安装在上部架体6的一端面上，其上安装有第一从动锥齿轮4；所述内层空心轴8嵌套在中心轴5外表面，内层空心轴8一端安装有第二从动锥齿轮7；所述主动锥齿轮3分别与第一从动锥齿轮4和第二从动锥齿轮7相互啮合；所述外层空心轴10嵌套在内层空心轴8外表面，外层空心轴10一端安装有第三从动锥齿轮9；所述第三从动锥齿轮9与锥齿轮23啮合；第一从动锥齿轮4与第二从动锥齿轮7的转向相反，第一从动锥齿轮4带动中心轴5正向转动，第二从动锥齿轮7带动内层空心轴8反向转动；第三从动锥齿轮9带动外层空心轴10正向转动；上部架体6的另一端面通过螺栓分别与支撑板11和搅拌罐17的一端面连接，支撑板11位于上部架体6与搅拌罐17中间；中心轴5、内层空心轴8和外层空心轴10穿过支撑板11，外层空心轴10的另一端固定连接有行星架12，内层空心轴8的另一端安装有反转子15，中心轴5的另一端安装有正转子16；正转子16与反转子15的转动方向相反；外层空心轴10中部通过深沟球轴承和推力轴承与支撑板11连接，深沟球轴承和推力轴承用来承受轴向与径向力，确保外层空心轴10在旋转过程中的稳定性；行星架12通过深沟球轴承与搅拌罐17连接，深沟球轴承自带密封装置，可以提高设备的稳定性，减少震动；行星架密封盖13中部具有通孔，嵌套在中心轴5和内层空心轴8外，行星架密封盖13外缘与行星架12固定连接；两根搅拌轴14对称安装在行星架密封盖13上，连接处通过搅拌轴密封盖密封；搅拌轴14一端安装有行星轮21，另一端用于搅拌；所述太阳轮20固定在内层空心轴8中部，位于搅拌罐17内；行星轮21与太阳轮20啮合传动；搅拌罐17的另一端面上开有进料口18，用于作为待搅拌物料的输送口；搅拌罐17上开有出料口19；搅拌罐17外部嵌套有冷却装置22，工作时位于搅拌轴14、反转子15、正转子16与工作腔内壁之间受到由强大的剪切力引起的搅拌作用的物料，由于摩擦产生的热而升温，故应设置冷却水循环适度冷却，防止溶剂的过渡蒸发及物料的变质；所述冷却装置22上开有冷却液入口26和冷却液出口27；

所述中心轴5和内层空心轴8中部均通过深沟球轴承和推力轴承与连接板连接，连接板固定在上部架体6上；深沟球轴承和推力轴承用来承受轴向与径向力，确保外层空心轴10在旋转过程中的稳定性。

正转子16和反转子15上有很多细小径向槽，物料在这狭小的间隙内形成极大的速度梯度，物料受到强烈的层流和湍流剪切作用而分散，从而使其达到更小尺度的混合分散，实现物料的细小化，提高物料的均匀性和一致性。

所述搅拌轴14上安装有温度传感器，实时监控物料的温度，更好的保护原物料性质。

本发明用于固液混合相的双转子均质化分散设备的工作原理和工作流程是：外部动力装置与输入轴1连接，外部动力装置以电机为例，物料以锂离子电池浆料为例。电机转动带动输入轴1转动，通过主动圆柱齿轮2与从动圆柱齿轮25相互啮合，将运动分散传递到二级减速轴24上。同时通过主动锥齿轮3将输入轴1的动力分别传递给第一从动锥齿轮4和第二从动锥齿轮7。第一从动锥齿轮4带动中心轴5转动，中心轴5带动正转子16顺时针转动。第二从动锥齿轮7将带动内层空心轴8转动。内层空心轴8带动太阳轮20以及反转子15逆时针转动，太阳轮20驱动行星轮21转动，行星轮21驱动搅拌轴14，实现了搅拌轴14的自转，对锂离子电池浆料进行搅拌。二级减速轴24驱动外层空心轴10转动，外层空心轴10驱动行星架12转动，实现了搅拌轴14的公转，即搅拌轴14围绕中心轴5转动。中心轴5驱动正转子16顺时针转动，内层空心轴8驱动反转子15逆时针转动，实现了正转子16与反转子15的共轴反向转动，从而使得腔体内分散流场更强烈，剪切作用更加剧烈。

该设备可以适用于锂离子电池浆料、油漆、乳液、涂料等固液混合相的均质化分散。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (4)

1.一种用于固液混合相的双转子均质化分散设备，其特征在于该设备包括传动装置、双转子结构、双行星分散结构、上部架体、支撑板、搅拌罐和冷却装置；所述传动装置包括输入轴、主动圆柱齿轮、主动锥齿轮、第一从动锥齿轮、中心轴、第二从动锥齿轮、内层空心轴、第三从动锥齿轮、外层空心轴、锥齿轮、二级减速轴和从动圆柱齿轮；所述双转子结构包括反转子和正转子；所述双行星分散结构包括行星架、行星架密封盖、搅拌轴、太阳轮和行星轮；

所述输入轴和二级减速轴通过轴承安装在上部架体上；输入轴上安装有主动圆柱齿轮和主动锥齿轮；所述二级减速轴上安装有从动圆柱齿轮和锥齿轮；主动圆柱齿轮与从动圆柱齿轮啮合；所述中心轴的一端安装在上部架体的一端面上，其上安装有第一从动锥齿轮；所述内层空心轴嵌套在中心轴外表面，内层空心轴一端安装有第二从动锥齿轮；所述主动锥齿轮分别与第一从动锥齿轮和第二从动锥齿轮啮合；所述外层空心轴嵌套在内层空心轴外表面，外层空心轴一端安装有第三从动锥齿轮；所述第三从动锥齿轮与锥齿轮啮合；上部架体的另一端面分别与支撑板和搅拌罐的一端面连接，支撑板位于上部架体与搅拌罐中间；中心轴、内层空心轴和外层空心轴穿过支撑板，外层空心轴的另一端固定连接有行星架，内层空心轴的另一端安装有反转子，中心轴的另一端安装有正转子；外层空心轴中部通过深沟球轴承和推力轴承与支撑板连接；行星架通过深沟球轴承与搅拌罐连接；行星架密封盖中部具有通孔，嵌套在中心轴和内层空心轴外，行星架密封盖外缘与行星架固定连接；两根搅拌轴对称安装在行星架密封盖上，连接处通过搅拌轴密封盖密封；搅拌轴端部安装有行星轮；所述太阳轮固定在内层空心轴中部，位于搅拌罐内；行星轮与太阳轮啮合传动；搅拌罐的另一端面上开有进料口；搅拌罐上开有出料口；搅拌罐外部嵌套有冷却装置，所述冷却装置上开有冷却液入口和冷却液出口；

外部动力装置与输入轴连接，转动带动输入轴转动，通过主动圆柱齿轮与从动圆柱齿轮相互啮合，将运动分散传递到二级减速轴上；同时通过主动锥齿轮将输入轴的动力分别传递给第一从动锥齿轮和第二从动锥齿轮；第一从动锥齿轮带动中心轴转动，中心轴带动正转子顺时针转动；第二从动锥齿轮带动内层空心轴转动；内层空心轴带动太阳轮以及反转子逆时针转动，太阳轮驱动行星轮转动，行星轮驱动搅拌轴，实现了搅拌轴的自转，对物料进行搅拌；二级减速轴驱动外层空心轴转动，外层空心轴驱动行星架转动，实现搅拌轴围绕中心轴的公转；中心轴驱动正转子顺时针转动，内层空心轴驱动反转子逆时针转动，实现了正转子与反转子的共轴反向转动。

2.根据权利要求1所述的用于固液混合相的双转子均质化分散设备，其特征在于所述中心轴和内层空心轴中部均通过深沟球轴承和推力轴承与连接板连接，连接板固定在上部架体上。

3.根据权利要求1所述的用于固液混合相的双转子均质化分散设备，其特征在于所述搅拌轴上安装有温度传感器。

4.权利要求1-3任一所述的用于固液混合相的双转子均质化分散设备用于锂离子电池浆料、油漆、乳液或涂料的均质化分散。

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