CN109909038A - 无机微细颗粒空化粉碎装置 - Google Patents
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Abstract
无机微细颗粒空化粉碎装置，旋转流场驱动系统包括变频器、变频电动机、带传动、减速箱、控制柜；转轴系统包括联轴器、转动轴、转动叶片、滚动轴承，转动轴上装有转动叶片，转动叶片的厚度沿其一条直径线性变化，呈一端厚一端薄，相邻的转动叶片的厚度变化趋势相反；固定筒体系统包括圆柱形筒体、固定叶片、支撑机架，圆柱形筒体的内壁上装有固定叶片，固定叶片的中心留有避让转动轴的孔，固定叶片沿轴向均匀分布，相邻的固定叶片的间隙相等；转动叶片位于相邻的固定叶片的间隙中，转动叶片沿径向的通孔自圆心到圆周逐渐变大，固定叶片端面均布大小相同的小孔。圆柱形筒体固定于支撑机架上。本发明利用空化粉碎效应制备无机微米级和亚微米级粉体。
Description
技术领域
本发明涉及粉体加工中无机微细颗粒粉碎装置，尤其涉及一种无机微米级和亚微米级粉体颗粒的机械制备装置。
背景技术
无机微米级和亚微米级粉体的机械法制备通常采用气流磨、搅拌磨等装置。气流磨以高速气体为介质，通过颗粒与颗粒间、颗粒与壁面间的冲击、碰撞和摩擦实现粉碎，该粉碎方式对粉碎内壁磨损较大，成本高、产量低。搅拌磨以硬质小球作为介质，通过搅拌器驱动筒体内介质球做公转和自转，利用介质球对颗粒碰撞、挤压和摩擦实现颗粒的粉碎，该粉碎方式对搅拌器和介质球的磨损较大，存在介质球耗大、干法粉碎有颗粒团聚、亚微米级产品含量低等不足。
空化是在液体内局部压力变化作用下，气体的空穴(空泡)的产生、发展和溃灭的过程。在空泡瞬时溃灭时会在局部产生极高的瞬时压强和流速，形成微射流。大量空泡溃灭形成的微射流作用于壁面时会出现空蚀现象，使螺旋桨、舵、永翼、水中兵器、水泵、水轮等零部件的材料剥蚀，造成不利的影响。但在水力钻孔、工业清洗、污水处理中，空化是有促进作用，如利用高压水射流及其空化作用可切割、破碎矿石形成泥浆输送到地面，降低了采矿钻孔的成本；在清洗作业时，利用空化喷嘴产生的空化射流冲击污染的壁面，可提高清洗效率；通过超声空化可以降解水中有机物，为污水处理提供了一种绿色处理方法。
当前将空化应用于微细颗粒粉碎的装置较少，现有的装置需通过高压水射流并借助喷嘴以对喷或作用于靶板的方式实现颗粒的粉碎，已有学者在制备云母粉、水煤浆等方面做了相关尝试，但是存在装置产量低、对水压要求高、喷嘴易磨损的问题，工业化生产本高。
发明内容
本发明要克服现有气流磨、搅拌磨的不足，提供一种在液相介质下借助旋转流场产生强烈空化的装置用于微细颗粒粉碎，以降低微细颗粒的团聚，提高微细颗粒的粉碎效率，便于工业化生产。
为实现上述目标，本发明的技术方案是：通过变频器调高输入电源频率，提升变频电动机的转速，加快转动轴和转动叶片的转动，增大旋转流场的转速，从能量输入的角度增强流场空化的强度；通过转动叶片和固定叶片的交错排列，增强流场的湍流强度，为大范围的空化创造条件；通过转动叶片上的轴向密排孔洞，引起孔洞周围的空化。通过转动叶片的厚薄不一，使转动叶片和固定叶片间的间隙不断改变，从而引起间隙内流体压力的变化，使流体在固定叶片的小孔间穿流，利于转动叶片和固定叶片间形成大范围的空化。通过增大圆柱形筒体、转动叶片和固定叶片的径向尺寸，增加转动叶片和固定叶片的轴向排布数量，可提高装置的产率，利于实现规模化生产。
本发明的无机微细颗粒空化粉碎装置，包括旋转流场驱动系统、转轴系统、固定筒体系统，其中旋转流场驱动系统包括变频器2、变频电动机3、带传动4、减速箱5、控制柜1；转轴系统包括联轴器6、转动轴7、转动叶片9、滚动轴承8，转动轴7上装有转动叶片9，转动叶片9的厚度沿其一条直径线性变化，呈一端厚一端薄，相邻的转动叶片9的厚度变化趋势相反；固定筒体系统包括圆柱形筒体10、固定叶片11、支撑机架12，圆柱形筒体10的内壁上装有固定叶片11，固定叶片11的中心留有避让转动轴7的孔，固定叶片11沿轴向均匀分布，相邻的固定叶片11的间隙相等；减速箱5通过联轴器6连接转动轴7，转动轴7与圆柱形筒体10同轴安装，转动叶片9位于相邻的固定叶片11的间隙中，转动叶片9与固定叶片11在轴向交错排列，转动叶片9沿径向均布通孔串，每条通孔串上的通孔自圆心到圆周逐渐变大，固定叶片11端面均布大小相同的小孔。转动轴两端安装有滚动轴承8。圆柱形筒体10固定于支撑机架12上。
本发明所述的轴向是指转动轴7与圆柱形筒体10的共同轴心线的方向。
转动轴的转速不能小于圆柱形筒体内流体空化的最低转速要求，转动轴的最佳转速需要根据微细颗粒物料特性、圆柱形筒体内流体的空化特性、圆柱形筒体直径、转动叶片和固定叶片的形状综合确定。
圆柱形筒体上方开设入料口、下方开设出料口、中间开设检验和观察口，入料口用于混合液的输入，出料口用于完成粉碎后混合液的排出，检验和观察口用于取样检测混合液中微细颗粒的粉碎状态和观察内部工作状态。
转动叶片和固定叶片交错排布，转动叶片驱动流场高速的旋转，固定叶片阻碍流场的旋转，这种动静交错排布使流场产生强烈的湍流特性，大大增强了流体与转动叶片、固定叶片间的剪切特性，使流场内各处压差变化剧烈，空化效应显著，利于微细颗粒的空化粉碎。
转动叶片的轴向密排了很多孔洞，孔洞边缘可显著增强旋转流体的空化效应。因流体在筒体中心与边缘速度差异较大，故将孔洞大小从中心到边缘呈由小到大排布，以适应流场速度分布特征。
固定叶片端面均布很多小孔，当固定叶片两边的压力不同时，流体会在小孔中穿流，形成孔板空化。
转动叶片的轴向厚度并不相同，而固定叶片的轴向厚度是相同的，在转动叶片转动时会引起转动叶片和固定叶片之间间隙的变化，使间隙内流体压力不断波动，可增强流体的空化强度，通过相邻两个转动叶片之间的错位排布，使固定叶片与转动叶片两侧间歇不同，这也会使流体在固定叶片的小孔中快速穿流，引起孔板空化，进一步增强空化强度。
作为优选：所述转动轴的转速不低于2000r/min。
作为优选：所述入料微细颗粒的粒径小于0.07mm。
作为优选：所述转动叶片的孔洞直径处于5～20mm的范围。
作为优选：所述固定叶片上小孔直径在1～5mm的范围，呈均匀分布，开孔率在0.03～0.05的范围。
作为优选：所述转动叶片与转动轴之间采用花键连接。
作为优选：所述转动叶片与固定叶片的数量可以根据产量需要确定。
作为优选：所述固定叶片与圆柱形筒体之间采用间隙配合，并在圆柱形筒体外面用螺钉限制固定叶片的转动。
本发明装置通过变频电动机驱动转动叶片高速旋转，结合转动叶片和固定叶片的形体结构，使转动叶片和固定叶片间的流场产生强烈的剪切空化和孔板空化，以空化射流的形式作用于流体中和壁面附近的微细颗粒，使之产生空化粉碎，为微细颗粒的粉碎提供了一种新的粉碎方式。通过增加转动叶片和固定叶片的轴向排布数量，增大装置的轴向与径向尺寸和变频电动机的功率，可以以较低的成本实现微细颗粒的规模化制备，解决了气流磨成本高能耗大、水力空化射流作用区域小、超声空化成本高的问题。本发明装置以水为介质，对转动叶片和固定叶片的磨损较小，不存在介质磨损的问题，而且空化作用下颗粒可以被粉碎得更细，解决了搅拌磨介质球耗大，搅拌器磨损严重和粉碎极限等问题。
本发明的优点是：结构新颖、运行成本低、能耗低、易于实现无机微米级和亚微米级粉体的大规模制备。
附图说明：
图1是本发明装置结构示意图
图2是转动叶片结构示意图
图3是转动叶片孔洞示意图
图4是固定叶片结构示意图
图5是固定叶片孔洞示意图
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
本发明的无机微细颗粒空化粉碎装置，包括旋转流场驱动系统、转轴系统、固定筒体系统，其中旋转流场驱动系统包括变频器2、变频电动机3、带传动4、减速箱5、控制柜1；转轴系统包括联轴器6、转动轴7、转动叶片9、滚动轴承8，转动轴7上装有转动叶片9，转动叶片9的厚度沿其一条直径线性变化，呈一端厚一端薄，相邻的转动叶片9的厚度变化趋势相反；固定筒体系统包括圆柱形筒体10、固定叶片11、支撑机架12，圆柱形筒体10的内壁上装有固定叶片11，固定叶片11的中心留有避让转动轴7的孔，固定叶片11沿轴向均匀分布，相邻的固定叶片11的间隙相等；减速箱5通过联轴器6连接转动轴7，转动轴7与圆柱形筒体10同轴安装，转动叶片9位于相邻的固定叶片11的间隙中，转动叶片9与固定叶片11在轴向交错排列，转动叶片9沿径向均布通孔串，每条通孔串上的通孔自圆心到圆周逐渐变大，固定叶片11端面均布大小相同的小孔。
转动轴两端安装有滚动轴承8。圆柱形筒体10固定于支撑机架12上。
实施时，根据微细颗粒的粒度和冲击强度、微细颗粒混合液的浓度，计算转动轴适宜转速，依此确定变频电动机转速，设定变频器的频率。
粉磨前将微细颗粒混合液从圆柱形筒体10上方的入料口输入，液面高度约为筒体径向高度的80％～90％，关闭入料口。启动变频器2，设定调节频率，启动变频电动机3，将动力经过减速箱5、联轴器6，传递到转动轴7，带动转动轴上的转动叶片9旋转，驱动流场中液体的运动，进行空化作用下的无机微细颗粒的粉碎工作。在装置运行过程中，通过圆柱形筒体上的检验和观察口，可以了解装置的运行情况和微细颗粒的粉碎状态。当混合液中的粉碎颗粒的粒度达到目标粒度要求时，关闭变频电动机和变频器，将粉碎完成的混合液从圆柱形筒体下方的出料口排出。
旋转流场中转动叶片和固定叶片之间的交错配置、间隙变化，以及大量轴向孔洞的存在使本发明装置流场的空化概率、空化分布范围和空化强度显著增强，增加转动叶片和固定叶片的轴向排布数量和装置的径向尺寸可提高装置微米级和亚微米级颗粒的产率，便于实现规模化生产。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (4)
1.无机微细颗粒空化粉碎装置，其特征在于：包括旋转流场驱动系统、转轴系统、固定筒体系统，其中旋转流场驱动系统包括变频器(2)、变频电动机(3)、带传动(4)、减速箱(5)、控制柜(1)；转轴系统包括联轴器(6)、转动轴(7)、转动叶片(9)、滚动轴承(8)，转动轴(7)上装有转动叶片(9)，转动叶片(9)的厚度沿其一条直径线性变化，呈一端厚一端薄，相邻的转动叶片(9)的厚度变化趋势相反；固定筒体系统包括圆柱形筒体(10)、固定叶片(11)、支撑机架(12)，圆柱形筒体(10)的内壁上装有固定叶片(11)，固定叶片(11)的中心留有避让转动轴(7)的孔，固定叶片(11)沿轴向均匀分布，相邻的固定叶片(11)的间隙相等；减速箱(5)通过联轴器(6)连接转动轴(7)，转动轴(7)与圆柱形筒体(10)同轴安装，转动叶片(9)位于相邻的固定叶片(11)的间隙中，转动叶片(9)与固定叶片(11)在轴向交错排列，转动叶片(9)沿径向均布通孔串，每条通孔串上的通孔自圆心到圆周逐渐变大，固定叶片(11)端面均布大小相同的小孔；转动轴两端安装有滚动轴承(8)；圆柱形筒体(10)固定于支撑机架(12)上。
2.如权利要求1所述的无机微细颗粒空化粉碎装置，其特征在于：所述转动轴的转速不低于2000r/min，所述入料微细颗粒的粒径小于0.07mm，所述转动叶片的孔洞直径处于5～20mm的范围，固定叶片上小孔直径在1～5mm的范围，呈均匀分布，开孔率在0.03～0.05的范围。
3.如权利要求1所述的无机微细颗粒空化粉碎装置，其特征在于：所述转动叶片与转动轴之间采用花键连接。
4.如权利要求1所述的无机微细颗粒空化粉碎装置，其特征在于：所述固定叶片与圆柱形筒体之间采用间隙配合，并在圆柱形筒体外面用螺钉限制固定叶片的转动。
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