CN110385431A - 一种金属粉末离散流化试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种金属粉末离散流化试验装置，该装置包括本体和驱动装置，所述本体内设有能够容纳金属粉末的粉末填充腔以及能够通过气流的气流通道，所述气流通道与所述粉末填充腔通过流化气微孔连通，所述粉末填充腔底部设有能够安置金属粉末的振动组件；所述本体上还设有流化气入口，所述流化气入口的进气端与外界连通，出气端与所述气流通道连通；所述本体上还设有粉末出口，所述粉末出口的出气端与外界连通，进气端与所述粉末填充腔连通；所述驱动装置与振动组件相连以用于给所述振动组件提供振动源。本发明提供的装置其对金属粉末供应速率不独立依赖于气体流量，对小粒径的粉末离散效果好，且装置结构简单。

Description

一种金属粉末离散流化试验装置

技术领域

本发明涉及金属粉末离散技术领域，尤其是一种金属粉末离散流化试验装置。

背景技术

以镁、铝、硼及其合金为代表的金属添加剂在高能固体推进剂中有着十分广泛的应用，同时也是粉末燃料冲压发动机首选的金属燃料。这些金属粉末的点火燃烧特性直接决定了固体推进剂的点火燃烧特性和粉末燃料冲压发动机的工作特性。因此，研究金属粉末颗粒群的点火燃烧特性可以为预估固体推进剂的点火燃烧特性和粉末燃烧冲压发动机的工作特性提供基础数据。为保证金属颗粒在有限的时空范围内充分燃烧，在固体推进剂和粉末燃料冲压发动机中使用最普遍的金属粉末尺寸为几微米到几十微米。对于此粒径范围内的金属粉末，实现颗粒群的稳定可靠流化是组织金属粉末点火燃烧试验的难点。

目前，金属粉末离散流化的主要手段有气流剪切流化、螺杆供给流化和电场离散流化等。气流剪切流化是利用流化气对金属粉末的剪切作用将原本聚集在一起的粉末离散并携带出去，这种流化方式需要大量的流化气，粉末的流量高度依赖于流化气的流量，不能实现独立调节。螺杆供给流化是采用螺杆空隙将粉末按照一定的供应速率供入到流化气中，再依托流化气将粉末流化。这种方式可以精确控制粉末的供应速率，不受流化气的影响，但是供应系统复杂。电场离散流化方式是采用高强度的电场将带电金属颗粒充分弥散在电极板之间，在采用流化气将颗粒携带到指定区域。这种离散流化方式需要高压电源，对金属颗粒尺寸具有一定的选择性，对小粒径(<10μm)的粉末离散困难。

发明内容

本发明提供一种金属粉末离散流化试验装置，用于克服现有技术中粉末的流量高度依赖于流化气的流量、系统复杂和对小粒径的粉末离散困难等缺陷，实现金属粉末供应速率不独立依赖于气体流量，对小粒径的粉末离散效果好，且装置结构简单。

为实现上述目的，本发明提出一种金属粉末离散流化试验装置，包括本体和驱动装置：

所述本体内设有能够容纳金属粉末的粉末填充腔以及能够通过气流的气流通道，所述气流通道与所述粉末填充腔通过若干流化气微孔连通，所述粉末填充腔底部设有能够安置金属粉末的振动组件；

所述本体上还设有流化气入口，所述流化气入口的进气端与外界连通，出气端与所述气流通道连通；

所述本体上还设有粉末出口，所述粉末出口的出气端与外界连通，进气端与所述粉末填充腔连通；

所述驱动装置与振动组件相连以用于给所述振动组件提供振动源。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

本发明提供的金属粉末离散流化试验装置通过驱动装置和振动组件的设计，使得置于振动组件上的大部分金属粉末会随着振动组件的振动而弥散在粉末填充腔内部；再通过流化气入口、气流通道和流化气微孔来实现向粉末填充腔内部提供一定流量的流化气，所述流化气能将位于振动组件边缘的金属粉末吹向振幅较大的中心区域，同时将沉积在振动组件上的少部分尤其是小粒径(<10μm)的金属粉末带着随气流运动，且流化气向粉末出口流动的过程中还会将黏附在粉末填充腔的壁面上的金属粉末带着随气流运动；通过调节驱动装置提供振动源的大小控制振动组件的振幅，通过调节从流化气入口进入的流化气气流大小和流化气微孔的数量来控制进入粉末填充腔内部的流化气气流大小，以便于根据具体的金属粉末的量、颗粒大小和所需含金属粉末流化气的气流大小等实际情况进行调节，以最终实现金属粉末的稳定可靠的流化；本发明的装置对金属粉末供应速率不独立依赖于气体流量，对小粒径(<10μm)的粉末离散效果好；此外，本发明提供的装置结构简单，易于实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为实施例中金属粉末离散流化试验装置三维外观图；

图2为实施例中金属粉末离散流化试验装置纵截面结构图；

图3为实施例中金属粉末离散流化试验装置工作原理图；

图4为实施例中金属粉末离散流化试验装置工作示意图。

附图标号说明：1：上封板；2：下封板；3：粉末出口；4：振动组件；5：粉末填充腔；6：驱动装置；7：气流通道；8：流化气入口；9：流化气微孔；10：密封圈；11：第一隔板；12：第二隔板；13：底部封板；14：金属粉末；15：金属片第一形变位置；16：金属片第二形变位置；17：固定板；18：驱动电源。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本实施例提出一种金属粉末离散流化试验装置，该试验装置的纵截面结构如图2所示，包括本体和驱动装置：

所述本体内设有能够容纳金属粉末14的粉末填充腔5以及能够通过气流的气流通道7，所述气流通道7与所述粉末填充腔5通过流化气微孔9连通，所述粉末填充腔5底部设有能够安置金属粉末14的振动组件4；

所述本体上还设有流化气入口8，所述流化气入口8的进气端与外界连通，出气端与所述气流通道7连通；

所述本体上还设有粉末出口3，所述粉末出口3的出气端与外界连通，进气端与所述粉末填充腔5连通；

所述驱动装置6与振动组件4相连以用于给所述振动组件4提供振动源。

所述金属粉末离散流化试验装置的横截面可以为任意的几何图形，如圆形、方形等。本实施例提供的试验装置的三维外观如图1所示，本实施例提供的试验装置的横截面为圆形，该装置直径为80mm，高度32mm。

优选地，所述本体包括固定相连的上封板1和下封板2，所述上封板1与下封板2之间设有间隙，所述间隙内设有纵截面为凹形结构的环形槽，所述粉末填充腔5位于环形槽的环形口内，所述气流通道7位于环形槽的槽内。

所述环形槽由共圆心轴的、环形结构的第一隔板11、第二隔板12以及底部封板13固定连接组成，第一隔板11位于第二隔板12的环内，第一隔板11、第二隔板12与底部封板13固定连接形成纵截面为凹形结构的环形槽；粉末填充腔5位于第一隔板11的环内(即所述环形槽的环形口内)，第一隔板11、第二隔板12、底部封板13共同围成的凹槽与所述上封板1形成以封闭的环形通道，即为所述气流通道7。

所述本体的分开设计利于内部结构的安装与更换。

将气流通道7为环形设计，便于给粉末填充腔5的各个方向提供流化气，使得该装置对金属粉末14的离散流化效果更佳。

本实施例中上封板1和下封板2通过均匀分布的6个螺钉实现固定连接。

优选地，所述上封板1与环形槽的环形口对应的位置处开设有呈收口结构的空腔，所述空腔的大端与环形槽的环形口连通，所述空腔的小端与粉末出口3连通，所述空腔与环形槽的环形口共同组成所述粉末填充腔5。

收口结构的空腔，利于流化气沿收口壁面向粉末出口3流动，同时收口结构的倾斜壁面利于流化气向粉末出口3流动的过程中将黏附在该倾斜壁面上的金属粉末14带着随气流运动，使得对金属粉末14的离散流化效果更佳。

优选地，所述振动组件4为金属片，所以金属片的周围设有环状结构的固定板17，所述固定板17的内环与金属片相连，所述固定板17的外环连接在环形槽与下封板2之间。

所述金属片与固定板17一体成型。所述金属片可以为铜片、铁片、合金片等，优选铜片，铜片质地相对柔软，振幅较大，对金属粉末14的弥散效果更佳；所述金属片厚度为0.1～0.3mm，金属片太薄，使用过程中容易损坏；太厚，振动效果不佳。本实施例中所述金属片厚度为0.2mm，直径为50mm。

优选地，所述气流通道7为环绕在粉末填充腔5周围的环形通道，所述气流通道7通过若干呈环状分布的流化气微孔9与所述粉末填充腔5连通。

流化气微孔9用于将气流通道7内的流化气通入到粉末填充腔5内；若干所述流化气微孔9呈环状分布在所述气流通道7内，使得进入粉末填充腔5内部的流化气来自各个方向，从而能够将分散在振动组件各个方向的金属粉末14尽可能的吹向振幅中心，利于增强对金属粉末14的离散效果。本实施例中流化气微孔9的个数为36个。

优选地，流化气微孔9均匀分布在所述气流通道7内，使得进入粉末填充腔5内的流化气均匀的来自各个方向，增强对金属粉末14的离散效果。

优选地，各所述流化气微孔9的一端朝向所述气流通道，另一端朝向所述金属片的边缘位置。

所述流化气微孔9与所述金属片呈0～90°倾斜，流化气微孔9的出气口朝向所述金属片的边缘位置能够将位于振动组建边缘的金属粉末14吹向振幅较大的中心区域，同时将沉积在金属片上的少部分尤其是小粒径的金属粉末14带着随气流运动，进一步增强对金属粉末14的离散效果。本实施例中流化气微孔9与所述金属片呈45°倾斜。

优选地，所述驱动装置6固定安装在所述金属片底部，所述本体在与所述粉末填充腔5底部对应的位置开设一开口使所述金属片底部与外界连通。

驱动装置6直接安装在金属片底部，驱动效果更佳，且与安装在本体上相比避免增大装置的体积；直接去掉本体的一部分使金属片底部与外界连通，便于驱动装置6与外接电源连通，同时设计简单，便于金属片的更换。

优选地，所述驱动装置6为压电陶瓷片，所述压电陶瓷片的厚度为0.1～0.5mm。压电陶瓷片会在外接电信号的作用下产生形变而促发金属片产生上、下振动；同时，若压电陶瓷片太厚，会给金属片增加太多的负重，不利于金属片的振动；若压电陶瓷片太薄，会导致金属片的振动小，不利于对金属粉末14的弥散。本实施例中所述压电陶瓷片直径为20mm，厚度0.3mm。

优选地，所述流化气微孔9的直径为0.4～1.0mm，控制该流化气微孔9的直径以控制进入粉末填充腔5内气流的大小；所述粉末出口3的直径在0.5～2.0mm范围内可调节，粉末出口3的直径太小，可能导致大粒径的金属粉末14出不去；太大，会导致粉末填充腔5内气压降低，不利于稳定可靠含金属粉末流化气的形成。本实施例中流化气微孔9的直径为0.8mm，所述粉末出口3的直径为1.0mm。

优选地，所述环形槽与上封板1的连接处设置有密封圈10；所述固定板17与环形槽、下封板2的连接处设有密封圈10；所述密封圈10为弹性材质。

设置密封圈10以防止流化气及金属粉末14的泄露；密封圈10可以为橡胶材质、硅胶材质等弹性材质，以减少连接处的磨损；固定板17与环形槽、下封板2的连接处设置弹性材质密封圈10，还利于振动组件4的振动。

本实施例提供的金属粉末离散流化试验装置工作原理如图3所示，压电陶瓷片的外接电源为可编程电源，电压和频率大小均可根据试验需要进行设置；压电陶瓷片在外接电信号的作用下会产生形变以一定频率带动金属片在金属片第一形变位置15和金属片第二形变位置16之间振动，金属粉末14会在金属片的振动作用下弥散在粉末填充腔5内；同时从流化气微孔9进入的气流会将位于金属片边缘的金属粉末14吹向振幅较大的中心区域，同时将沉积在金属片上的少部分尤其是小粒径的金属粉末14带着随气流运动，最终形成稳定可靠的含金属粉末14的流化气从粉末出口3流出。

本实施例提供的装置工作示意图如图4所示，将该装置在工作过程中与驱动电源18接通，该装置的工作参数为：压电陶瓷片电压±200V，100Hz；流化气流量100mL/min。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种金属粉末离散流化试验装置，其特征在于，包括本体和驱动装置：

所述本体内设有能够容纳金属粉末的粉末填充腔以及能够通过气流的气流通道，所述气流通道与所述粉末填充腔通过若干流化气微孔连通，所述粉末填充腔底部设有能够安置金属粉末的振动组件；

所述本体上还设有流化气入口，所述流化气入口的进气端与外界连通，出气端与所述气流通道连通；

所述本体上还设有粉末出口，所述粉末出口的出气端与外界连通，进气端与所述粉末填充腔连通；

所述驱动装置与振动组件相连以用于给所述振动组件提供振动源。

2.如权利要求1所述的一种金属粉末离散流化试验装置，其特征在于，所述本体包括固定相连的上封板和下封板，所述上封板与下封板之间设有间隙，所述间隙内设有纵截面为凹形结构的环形槽，所述粉末填充腔位于环形槽的环形口内，所述气流通道位于环形槽的槽内。

3.如权利要求2所述的一种金属粉末离散流化试验装置，其特征在于，所述上封板与环形槽的环形口对应的位置处开设有呈收口结构的空腔，所述空腔的大端与环形槽的环形口连通，所述空腔的小端与粉末出口连通，所述空腔与环形槽的环形口共同组成所述粉末填充腔。

4.如权利要求1所述的一种金属粉末离散流化试验装置，其特征在于，所述振动组件为金属片，所以金属片的周围设有环状结构的固定板，所述固定板的内环与金属片相连，所述固定板的外环连接在环形槽与下封板之间。

5.如权利要求1所述的一种金属粉末离散流化试验装置，其特征在于，所述气流通道为环绕在粉末填充腔周围的环形通道，所述气流通道通过若干呈环状分布的流化气微孔与所述粉末填充腔连通。

6.如权利要求5所述的一种金属粉末离散流化试验装置，其特征在于，各所述流化气微孔的一端朝向所述气流通道，另一端朝向所述金属片的边缘位置。

7.如权利要求1所述的一种金属粉末离散流化试验装置，其特征在于，所述驱动装置固定安装在所述金属片底部，所述本体在与所述粉末填充腔底部对应的位置开设一开口使所述金属片底部与外界连通。

8.如权利要求1所述的一种金属粉末离散流化试验装置，其特征在于，所述驱动装置为压电陶瓷片，所述压电陶瓷片的厚度为0.1～0.5mm。

9.如权利要求1所述的一种金属粉末离散流化试验装置，其特征在于，所述流化气微孔的直径为0.4～1.0mm；所述粉末出口的直径在0.5～2.0mm范围内可调节。

10.如权利要求1所述的一种金属粉末离散流化试验装置，其特征在于，所述环形槽与上封板的连接处设置有密封圈；所述固定板与环形槽、下封板的连接处设有密封圈；所述密封圈为弹性材质。