CN109351491A - 一种涡轮分离收集纳米粉末的装置及由其组成制粉设备 - Google Patents

Abstract

一种涡轮分离收集纳米粉末的装置，包括至少一组涡轮分离组件，涡轮分离组件包括分离筒体、转速≥20000r/min的涡轮分离器、集料罐；分离筒体侧壁设有切向连接的进料管，进料管与雾化室的排料口或前一级涡轮分离组件中的排气孔连通；涡轮分离器安装在分离筒体的顶部；涡轮分离器的侧壁上端设有排气孔，排气孔与引风装置或后一级涡轮分离装置中分离筒体的进料管连通；集料罐安装在分离筒体下方。该涡轮分离收集纳米粉末的装置，结构更简单，且转速≥20000r/min的高速涡轮分离器对粉末的分级分离效果更好，更能高效分离粒径小的粉末，尤其是纳米级粉末的分离收集。

Description

一种涡轮分离收集纳米粉末的装置及由其组成制粉设备

技术领域

本发明涉及一种金属粉末分离收集装置，尤其是涉及一种涡轮分离收集纳米粉末的装置及由其组成制粉设备。

背景技术

金属雾化制粉的原理是用于高速气流将从导液管流出的液态金属流粉碎成小液滴并在随后的飞行中凝固成粉末的过程。气雾化粉末具有球形度高、粉末粒度可控等优点，己成为高性能及特种合金粉末制备的主要方向。然而，现有技术对雾化粉末进行分离收集时存在粉末易成团或分级效果欠佳的现象。

CN 206631923U公开了一种金属雾化粉末分级收集装置，包括一级粉末分离筛网、一级粉末收集器、粉末分离吸取机构、旋风分离器、二级粉末收集器、脉冲除尘器和三级粉末收集器；一级粉末分离筛网安装在冷却塔室下椎体内，一级粉末收集器与冷却塔室下椎体的排粉管连接;粉末分离吸取机构的进料端与冷却塔室中下部连通，其出料端与旋风分离器的进料口连通；粉末分离吸取机构进料端朝向冷却塔室下椎体顶端，且与冷却塔室侧壁呈60~75°夹角固定连接；二级粉末收集器与旋风分离器下方的旋风料包连通，旋风分离器的出风口通过管道与脉冲除尘器连接，脉冲除尘器下方设有三级二粉末收集器。该金属雾化粉末分级收集装置仍采用传统的旋风分离器，对于纳米粉末的分级收集效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种分离粉末效率高且分级收粉末、结构简单、设备成本低的涡轮分离收集纳米粉末的装置及由其组成制粉设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种涡轮分离收集纳米粉末的装置，包括至少一组涡轮分离组件，所述涡轮分离组件包括分离筒体、转速≥20000r/min的涡轮分离器、集料罐；所述分离筒体侧壁设有切向连接的进料管，所述进料管与雾化室的排料口或前一级涡轮分离组件中的排气孔连通；所述涡轮分离器安装在分离筒体的顶部；所述涡轮分离器的侧壁上端设有排气孔，所述排气孔与引风装置或后一级涡轮分离装置中分离筒体的进料管连通；所述集料罐安装在分离筒体下方。

优选，所述涡轮分离组件的数量为2~4组，一级涡轮分离组件的分离筒体与雾化室的排料口连通，前一级的分离筒体的排气孔与后一级的分离筒体的进料管连接，末级涡轮分离组件的分离筒体的排气孔与引风装置连接，后一级涡轮分离组件中的涡轮分离器的转速比前一级涡轮分离组件中的涡轮分离器的转速高。

在某一示范实施例中，涡轮分离器的外壳上设有弧形挡板，弧形挡板位于进料管的出料端顶部；优选，弧形挡板呈螺旋形安装在涡轮分离器外壳上，防止经进料管进入分离筒体内的纳米粉末随气流进入涡轮分离器内。

在某一示范实施例中，所述涡轮分离器的下边沿低于进料管的底部。

优选，所述涡轮分离器的转速为20000r/min~80000r/min。

在某一示范实施例中，所述分离筒体包括上圆柱筒体和下圆锥体，所述上圆柱筒体与下圆锥体通过法兰连接，所述上圆柱筒体顶部设有用于固定涡轮分离器的安装板；所述下圆锥体通过变径连接管与集料罐连通，所述变径连接管上设有气动阀。

在某一示范实施例中，所述变径连接管呈喇叭形。

一种纳米粉末制备设备，包括上述的涡轮分离收集纳米粉末的装置。

本发明一种涡轮分离收集纳米粉末的装置的有益效果：相对现有的脉冲分离器、布袋除尘器或旋风分离器等气粉分离装置，其结构更简单，且转速≥20000r/min的高速涡轮分离器对粉末的分级分离效果更好，更能高效分离粒径小的粉末，尤其是纳米级粉末的分离收集。

多组涡轮分离组件，通过调节不同涡轮分离组件中涡轮分离器的转速，可以实现对气粉流体中的粉末进行分级分离，提高了纳米粉末产品的质量稳定性。

分离筒体内切向连接的进料管，便于进入分离筒体内的气粉流体随分离筒体侧壁做螺旋向下的运动，有利于涡轮分离器对气粉流体中粉末的分离，进而提高粉末分离收集的效率，且减小了气粉流体对分离筒体本身的冲击力，延长了设备的使用寿命。

进料管的出料端顶部设有弧形挡板，改变了经进料管进入分离筒体内的气粉流体进入分离筒体的流向，有效避免了气粉流体直接进入涡轮分离器内的现象，减小了气粉流体对涡轮分离器运行的干扰作用，同时加快了气粉流体中粉末的沉降，提高了分离效率。

附图说明

图1—为实施例1中一种涡轮分离收集纳米粉末的装置的立体结构图；

图2—为实施例1中一种涡轮分离收集纳米粉末的装置的俯视图；

图3—为图2中A-A截面示意图；

图4—为实施例1中一种涡轮分离收集纳米粉末的装置的使用示意图；

图5—为实施例2中一种含实施例1涡轮分离收集纳米粉末的装置的制粉设备结构示意图。

图中：A1—一级涡轮分离组件，A2—二级涡轮分离组件，1—集料罐， 2—变径连接管，3—气动阀， 4—下圆锥体，5—上圆柱筒体，6—进料管， 7—涡轮分离器，71—弧形挡板，8—排气孔， 9—雾化室，10—引风装置， 11—等离子炬体，12—导流管，13—预热装置，14—升降驱动装置，15—塞杆， 16—熔炼炉，17—连杆，18—熔炼立式筒体， 19—送料机构，20—抽真空系统。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

参照图1~4，一种涡轮分离收集纳米粉末的装置，包括一级涡轮分离组件A1和二级涡轮分离组件A2，所述一级、二级涡轮分离组件均包括分离筒体、转速≥20000r/min的涡轮分离器7、集料罐1；所述分离筒体侧壁设有切向连接的进料管6，所述涡轮分离器7安装在分离筒体的顶部；所述涡轮分离器7的侧壁上端设有排气孔8，所述集料罐1安装在分离筒体下方；所述一级涡轮分离组件的分离筒体的进料管6与雾化室9的排料口连通，一级涡轮分离组件的分离筒体的排气孔8与二级涡轮分离组件的分离筒体的进料管6连接，末级涡轮分离组件的分离筒体的排气孔8与引风装置10（如负压风机）连接。

涡轮分离器7的外壳上设有弧形挡板71，弧形挡板71位于进料管6的出料端顶部，且弧形挡板71呈螺旋形安装在涡轮分离器7的外壳上，防止经进料管6进入分离筒体内的纳米粉末随气流进入涡轮分离器7内。

所述涡轮分离器7的下边沿低于进料管6的底部。

所述涡轮分离器7的转速为50000r/min~80000r/min，且后一级涡轮分离组件（即二级涡轮分离组件）中的涡轮分离器7的转速比前一级涡轮分离组件（即一级涡轮分离组件）中的涡轮分离器7的转速高，如一级涡轮分离组件的涡轮分离器7的转速为50000r/min，二级涡轮分离组件的涡轮分离器7的转速为80000r/min。

所述分离筒体包括上圆柱筒体5和下圆锥体4，所述上圆柱筒体5与下圆锥体4通过法兰连接，所述上圆柱筒体5顶部设有用于固定涡轮分离器7的安装板；所述下圆锥体4通过变径连接管2与集料罐1连通，所述变径连接管2上设有气动阀3，所述变径连接管2与下圆锥体4为一体成型结构。

所述变径连接管2呈喇叭形。

本发明一种涡轮分离收集纳米粉末的装置的工作原理及使用方法：雾化室9等离子雾化后得到的气粉混合物进入分离筒体的进料管6内，纳米粉末在涡轮分离器7的高速旋转产生的作用力下，粒径偏大的粉末在其自身的重力作用下沉积在分离筒体底部，然后下落至集料罐1中；而粒径偏小的粉末会随气流上浮进入涡轮分离器7，并在其高速旋转产生的离心作用力下再次与后续气粉混合物沉积到集料罐，只有少量的微小颗粒粉末与洁净的气体进入后一级分离筒体内，由于后一级的涡轮分离器7的转速高于前一级的涡轮分离器7的转速，因此，会进一步对气流中的粉末进一步分离收集，直到气流中纳米级的粉末均被分离收集后，气体经引风装置10外排。

实施例2

一种纳米粉末制备设备，包括上述实施例1中所述的涡轮分离收集纳米粉末的装置。

一种纳米粉末制备设备，具体结构可以参考现有的纳米粉末制备设备的结构，如等离子体制备纳米粉末的设备，其结构如图5所示，包括送料机构19、熔炼装置、雾化装置和涡轮分离收集纳米粉末的装置；

所述送料机构19按照在熔炼装置上方，并向熔炼装置供送金属丝或金属块等金属材料；

所述熔炼装置包括熔炼立式筒体18、熔炼炉16、导流管12和塞杆15，所述熔炼炉16安装在熔炼立式筒体18内，其底部设有与导流管12连通的排液孔，所述排液孔内设有可上下升降的塞杆15，通过塞杆15的上下升降运动，实现对排液孔的堵塞或打开；所述塞杆15通过连杆17与升降驱动装置14连接，并由升降驱动装置14驱动实现上下升降运动；所述熔炼装置和雾化装置均与抽真空系统20连接，并通过抽真空系统20抽排其内部的气体达到真空环境；所述雾化装置顶部与熔炼立式筒体18底部连接；所述导流管12的外侧设有预热装置13，对通过导流管12内的金属熔液进行预热保温；

所述雾化装置包括雾化室9、急冷装置和等离子炬体11，所述等离子炬体11安装在雾化室9顶部，等离子炬体11的端部位于导流管12的正下方，并与等离子发生器连接；位于等离子炬体11下方的雾化室9侧壁上设有多排急冷装置，所述急冷装置与冷却气体供送装置连接，相邻两排的急冷装置在竖直方向上交错设置在雾化室9侧壁上；雾化室9的排料口与涡轮分离收集纳米粉末的装置中分离筒体上的进料管6连通。

本发明等离子体制备纳米粉末的设备的使用方法：通过送料机构19向熔炼炉16内输送待等离子雾化的金属材料，再关闭送料机构19与熔炼立式筒体18之间的星型卸料阀，然后，开启抽真空系统20对熔炼立式筒体18和雾化室9抽真空，直到达到等离子雾化所需的真空条件，启动熔炼炉16对金属材料进行熔炼，等熔炼炉16内的金属熔炼呈熔液并达到等离子雾化所需的温度时，开启等离子发生器，使等离子炬体11的火焰喷射端喷射的火焰稳定且达到等离子雾化温度时，再启动升降驱动装置14，通过连杆17带动塞杆15向熔炼立式筒体18顶部方向移动，使熔炼炉16底部的排液孔打开，熔炼炉16内的金属熔液经导流管12流入雾化室9，并通过等离子炬体11喷射的火焰中心，经等离子炬体11喷射的高温火焰气化，并在急冷装置喷射的冷却气体作用下，气化后的金属粉末快速冷却并下降至雾化室9的排料口，雾化室9内的金属纳米粉末在引风装置10的作用下，进入分离筒体，金属纳米粉末在涡轮分离器7高速旋转产生的作用力下实现气粉分离，由于粉末粒径大小存在差异，其重力也不同，涡轮分离器7的不同转速产生的作用力也不同，进而实现对金属纳米粉末的分级分离。

本发明一种涡轮分离收集纳米粉末的装置，根据分离粉末的粒径差异范围以及粉末分离的等级多少，所述涡轮分离组件的数量还可以为3组、4组或6组甚至更多组，其中后一级涡轮分离组件中的涡轮分离器7的转速比前一级涡轮分离组件中的涡轮分离器7的转速高，相邻涡轮分离器7的转速差值可以根据粉末的密度和粒径筛分的标准进行确定，比如：相邻涡轮分离器7的转速差值均为5000r/min；或者，相邻涡轮分离器7的转速差值依次等幅度递增或依次成倍递增；进而实现纳米粉末材料的逐级分离收集，以上技术特征的改变，本领域的技术人员通过文字描述可以理解并实施，故不再另作附图加以说明。

Claims (8)

1.一种涡轮分离收集纳米粉末的装置，其特征在于，包括至少一组涡轮分离组件，所述涡轮分离组件包括分离筒体、转速≥20000r/min的涡轮分离器、集料罐；所述分离筒体侧壁设有切向连接的进料管，所述进料管与雾化室的排料口或前一级涡轮分离组件中的排气孔连通；所述涡轮分离器安装在分离筒体的顶部；所述涡轮分离器的侧壁上端设有排气孔，所述排气孔与引风装置或后一级涡轮分离装置中分离筒体的进料管连通；所述集料罐安装在分离筒体下方。

2.如权利要求1所述涡轮分离收集纳米粉末的装置，其特征在于，所述涡轮分离组件的数量为2~4组，一级涡轮分离组件的分离筒体与雾化室的排料口连通，前一级的分离筒体的排气孔与后一级的分离筒体的进料管连接，末级涡轮分离组件的分离筒体的排气孔与引风装置连接；后一级涡轮分离组件中的涡轮分离器的转速比前一级涡轮分离组件中的涡轮分离器的转速高。

3.如权利要求1或2所述涡轮分离收集纳米粉末的装置，其特征在于，所述涡轮分离器的外壳上设有弧形挡板，弧形挡板位于进料管的出料端顶部。

4.如权利要求1或2所述涡轮分离收集纳米粉末的装置，其特征在于，所述涡轮分离器的下边沿低于进料管的底部。

5.如权利要求1或2所述涡轮分离收集纳米粉末的装置，其特征在于，所述涡轮分离器的转速为20000r/min~80000r/min。

6.如权利要求1或2所述涡轮分离收集纳米粉末的装置，其特征在于，所述分离筒体包括上圆柱筒体和下圆锥体，所述上圆柱筒体与下圆锥体通过法兰连接，所述上圆柱筒体顶部设有用于固定涡轮分离器的安装板；所述下圆锥体通过变径连接管与集料罐连通，所述变径连接管上设有气动阀。

7.如权利要求6所述涡轮分离收集纳米粉末的装置，其特征在于，所述变径连接管呈喇叭形。

8.一种纳米粉末制备设备，包括如权利要求1~7任一项所述的涡轮分离收集纳米粉末的装置。