CN113000173B

CN113000173B - 超硬纳米粉碎卧式液力双向对冲高速湍流磨

Info

Publication number: CN113000173B
Application number: CN202110331598.2A
Authority: CN
Inventors: 杨小兰; 叶文旭; 刘极峰; 陈杨; 何雪峰; 贾天乐
Original assignee: Nanjing Institute of Technology
Current assignee: Nanjing Institute of Technology
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2022-08-05
Anticipated expiration: 2041-03-29
Also published as: CN113000173A

Abstract

本发明提供一种超硬纳米粉碎卧式液力双向对冲高速湍流磨，包括底座、卧式筒体和两个高速电机，卧式筒体和高速电机设置在底座上；两个高速电机分别设置在卧式筒体的两侧，卧式筒体内设置有两组叶片组件，叶片组件包括轴心盘和空间曲面涡轮，空间曲面涡轮固定在轴心盘上；两个高速电机分别通过主轴驱动连接两个轴心盘，卧式筒体两侧的高速电机驱动两侧主轴转动，带动轴心盘转动，进而带动两侧空间曲面涡轮以相反的方向高速旋转，可以在研磨过程中扰乱卧式筒体内涡流场，大大提高了磨介与物料的碰撞概率，物料受快速打击、碰撞而粉碎，进而通过颗粒相互碰撞、剪切、摩擦达到超微化的目的，由此获得的粉体具有纯度高、粒度细的优点。

Description

超硬纳米粉碎卧式液力双向对冲高速湍流磨

技术领域

本发明属于粉体研磨设备技术领域，具体涉及一种超硬纳米粉碎卧式液力双向对冲高速湍流磨。

背景技术

本世纪以来，随着航空航天、国防及其他工业技术的飞速发展，超硬纳米粉体需求量异常迅猛，其制备业发展迅速。目前机械制备超硬、超微粉体材料的设备主要有滚筒式球磨机、振动磨机、行星球磨机、砂磨机以及气流粉碎机。受原理所限，这些传统设备要想达到超硬超微材料的工业化生产尚存在有一定的技术难度，且普遍存在产量低、能耗高等问题，尤其是纳米状态存在颗粒粉体团聚及不细化的技术瓶颈，对超硬粉体尤为突出。

本发明利用双空间曲面涡轮在电动轴的驱动下在磨腔内高速旋转时，在磨腔内部会产生高强涡流和湍流，从而形成液固两相流，物料在高度湍流的作用下，相互发生强烈自磨，同时产生强烈的对撞和剪切作用力，从而将物料粉碎，提高研磨效率。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种超硬纳米粉碎卧式液力双向对冲高速湍流磨，通过设置双空间曲面涡轮式研磨机构，可产生强湍流，强化了磨介与物料撞击能量，同时通过在卧式筒体内部两侧均设置空间曲面涡轮，两个空间曲面涡轮转向相反，可在研磨过程中扰乱筒内涡流，提高磨介与物料的碰撞概率，进而大大提高了研磨效率。

为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

超硬纳米粉碎卧式液力双向对冲高速湍流磨，包括底座、卧式筒体和两个高速电机，卧式筒体和高速电机设置在底座上；两个高速电机分别设置在卧式筒体的两侧，卧式筒体内设置有两组叶片组件，所述叶片组件包括轴心盘和空间曲面涡轮，空间曲面涡轮固定在轴心盘上；两个高速电机分别通过主轴驱动连接两个轴心盘，卧式筒体的两侧的高速电机分别驱动两侧主轴转动，带动轴心盘转动，进而带动两组空间曲面涡轮旋转，实现研磨的作用。

进一步的，两组叶片组件的转动方向相反。

进一步的，所述空间曲面涡轮由内叶片和外叶片组成，所述内叶片为扭转状，所述外叶片为平面状，所述内叶片的内侧与轴心盘相连接，内叶片的外侧与外叶片的内侧相连接，使空间曲面涡轮具有空间曲面特性；所述空间曲面涡轮的内叶片与轴心盘呈10～30°倾角。当主轴转动时，内叶片与外叶片将卧式筒体内部的颗粒旋转研磨，由于内叶片和外叶片的叶片形状不同，因此，内叶片和外叶片将颗粒从不同的方位研磨，使颗粒在研磨内腔内受强大的湍流，使颗粒充分研磨。

进一步的，所述轴心盘为圆形盘，轴心盘的外侧均匀分布4-8个空间曲面涡轮。

进一步的，本装置还设置有电机固定座，所述电机固定座固定在底座上，高速电机固定安装在电机固定座上；所述高速电机与电机固定座之间设置有电机减震垫片，以减弱工作过程中的高速电机的振动。

进一步的，所述高速电机的输出端通过联轴器与主轴的一端连接，主轴的另一端穿过卧式筒体延伸至卧式筒体内部，与轴心盘驱动连接。

进一步的，所述主轴与卧式筒体相交处设置有轴承，轴承的一侧设置有轴承端盖。

进一步的，所述卧式筒体的上方设置有进料口，下方设置有出料口。

进一步的，所述卧式筒体与底座之间设置有筒体减震垫片，以减弱工作过程中的卧式筒体的振动。

进一步的，所述空间曲面涡轮为钢材质叶片，表面设有立方氮化硼耐磨涂层。使空间曲面涡轮不易受局部受热致温差而造成变形，使其拥有更高的力学性能和表面稳定性，并且在空间曲面涡轮的高速运转下，使其保持良好的耐磨性。

本发明的有益效果：

1）本发明采用空间曲面涡轮在高速旋转下产生液固湍流场，使颗粒在湍流场中具有湍流的特性，产生强湍动能，空间曲面涡轮采用离心式导流，可以避免卧式筒体底部乏能，强化了磨介与物料撞击能量；同时通过在卧式筒体的两侧均设置空间曲面涡轮，两侧空间曲面涡轮转动方向相反，可在研磨过程中扰乱筒内涡流场，大大提高了磨介与物料的碰撞概率，物料受快速打击、碰撞、受湍流场而粉碎，进而通过颗粒相互碰撞、剪切、摩擦达到超微化的目的，由此获得的粉体具有纯度高、粒度细的优点；

2）本发明空间曲面涡轮的内叶片与轴心盘呈10～30°倾角，涡流扩散能力强。湍流的基本机理是涡流扩散，即漩涡带动流体质点随机运动导致强烈的动量传递速率，湍流粘性是流体流动状态的反映，空间曲面涡轮与旋转面的倾角对于涡流扩散能力有影响，当超出最佳倾角范围后，其涡流扩散能力会较差，本发明通过仿真软件获取筒内的湍流粘性来反映涡流扩散能力，经大量仿真试验确定，当研磨物料为超硬超微粉体时，空间曲面涡轮的内叶片与轴心盘呈10～30°倾角，涡流扩散能力较强，超出该倾角范围，涡流扩散能力会显著降低；

3）空间曲面涡轮的扭曲叶片数量影响研磨效率，而研磨效率并不是随着叶片数的增加而无限增大，因此，本申请通过大量优化试验确定对于直径D尺寸的轴心盘，六片扭曲叶片产生的湍流效果最佳；

4）本发明的空间曲面涡轮由一体成型的轴心盘和扭曲叶片组成，扭曲叶片均布在轴心盘侧面，扭曲叶片由扭转状的内叶片和平面状的外叶片首尾衔接而成，当主轴转动时，内叶片与外叶片将颗粒旋转研磨，由于内叶片和外叶片的叶片形状不同，内叶片和外叶片将颗粒从不同的方位研磨，使颗粒在研磨内腔中受强大的湍流，使颗粒充分研磨；

5）在主轴高速旋转的情况下，空间曲面涡轮与颗粒发生撞击，当物料与空间曲面涡轮以相对高速运动而撞击，受到时间极短的变载荷，物料被击碎。撞击粉碎的粉碎程度范围较大，从大块的物料达到纳米粉碎均可以实现。

附图说明：

图1为本发明实施例结构示意图；

附图标记为：1、高速电机；2、联轴器；3、轴承端盖；4、轴承；5、密封垫圈；6、套筒；7、卧式筒体；8、进料口；9、出料口；10、减震垫片；11、空间曲面涡轮；12、底座；13、主轴；14、电机固定座；15、减震垫片；16、轴心盘。

具体实施方式：

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做出创造性劳动的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。

参照图1，本发明实施例提供一种超硬纳米粉碎卧式液力双向对冲高速湍流磨，包括底座12、卧式筒体7和两个高速电机1，卧式筒体7和高速电机1设置在底座12上；两个高速电机分别设置在卧式筒体7的两侧，卧式筒体7内设置有两组叶片组件，所述叶片组件包括轴心盘16和空间曲面涡轮11，空间曲面涡轮11固定在轴心盘16上；两个高速电机1分别通过主轴13驱动连接两个轴心盘16，卧式筒体7两侧的高速电机1驱动两侧主轴13转动，带动轴心盘16转动，进而带动两侧空间曲面涡轮11以相反的方向高速旋转，实现研磨作用。本发明中，两组叶片组件的转动方向相反，此设计的目的在于，可以在研磨过程中扰乱卧式筒体7内涡流场，大大提高了磨介与物料的碰撞概率，物料受快速打击、碰撞而粉碎，进而通过颗粒相互碰撞、剪切、摩擦达到超微化的目的，由此获得的粉体具有纯度高、粒度细的优点；本发明实施例中，高速电机1转速为10000rpm～30000rpm。

本发明实施例中，所述空间曲面涡轮11由内叶片和外叶片组成，所述内叶片为扭转状，所述外叶片为平面状，所述内叶片的内侧与轴心盘16相连接，内叶片的外侧与外叶片的内侧相连接，使空间曲面涡轮11具有空间曲面特性；本实施例中，所述空间曲面涡轮11的内叶片与轴心盘16呈10°倾角。当主轴13转动时，内叶片与外叶片将卧式筒体7内部的颗粒旋转研磨，由于内叶片和外叶片的叶片形状不同，因此，内叶片和外叶片将颗粒从不同的方位研磨，使颗粒在研磨内腔内受强大的湍流，使颗粒充分研磨。

本发明实施例中，所述轴心盘16为直径30mm的圆形盘，空间曲面涡轮11的设计数量为6个，均匀分布在轴心盘16的外侧。空间曲面涡轮的内叶片数量影响研磨效率，而研磨效率并不是随着叶片数的增加而无限增大，因此，本发明通过大量优化试验确定对于直径30mm尺寸的轴心盘，六片空间曲面涡轮产生的湍流效果最佳。

本发明实施例中，还设置有电机固定座14，所述电机固定座14固定在底座12上，高速电机1通过螺栓与电机固定座14连接；所述高速电机1与电机固定座14之间设置有电机减震垫片15，以减弱工作过程中的高速电机1的振动。

本发明实施例中，所述高速电机1的输出端通过联轴器2与主轴13的一端连接，主轴13的另一端穿过卧式筒体7延伸至卧式筒体7内部，与轴心盘16驱动连接；所述主轴13与卧式筒体7相交处设置有轴承4，轴承4的一侧设置有轴承端盖3，与空间曲面涡轮11的一侧设置有套筒6，对空间曲面涡轮11起轴向固定作用；在轴承4与卧式筒体7内部接触部分设置有密封垫圈5，以保证卧式筒体7与轴承4的密封良好。

本发明实施例中，所述卧式筒体7的上方设置有进料口8，下方设置有出料口9；所述卧式筒体7与底座12之间设置有筒体减震垫片10，以减弱工作过程中的卧式筒体7的振动。

本发明实施例中，所述空间曲面涡轮11为钢材质叶片，钢材质叶片的表面设有立方氮化硼耐磨涂层，使空间曲面涡轮11不易受局部受热致温差而造成变形，使其拥有更高的力学性能和表面稳定性，并且在空间曲面涡轮的高速运转下，使其保持良好的耐磨性。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims

1.超硬纳米粉碎卧式液力双向对冲高速湍流磨，其特征在于，包括底座（12）、卧式筒体（7）和两个高速电机（1），所述卧式筒体（7）和高速电机（1）设置在底座（12）上；两个高速电机分别设置在卧式筒体（7）的两侧，卧式筒体（7）内设置有两组叶片组件，所述叶片组件包括轴心盘（16）和空间曲面涡轮（11），空间曲面涡轮（11）固定在轴心盘（16）上；两个高速电机（1）分别通过主轴（13）驱动连接两个轴心盘（16），所述高速电机（1）驱动主轴（13）转动，带动轴心盘（16）转动，进而带动空间曲面涡轮（11）旋转，实现研磨作用；

所述空间曲面涡轮（11）由内叶片和外叶片组成，所述内叶片为扭转状，所述外叶片为平面状，所述内叶片的内侧与轴心盘（16）相连接，内叶片的外侧与外叶片的内侧相连接，使空间曲面涡轮（11）具有空间曲面特性；所述空间曲面涡轮（11）的内叶片与轴心盘（16）呈10～30°倾角。

2.根据权利要求1所述的超硬纳米粉碎卧式液力双向对冲高速湍流磨，其特征在于，两组叶片组件的转动方向相反。

3.根据权利要求1所述的超硬纳米粉碎卧式液力双向对冲高速湍流磨，其特征在于，所述轴心盘（16）为圆形盘，轴心盘（16）的外侧均匀分布4-8个空间曲面涡轮（11）。

4.根据权利要求1所述的超硬纳米粉碎卧式液力双向对冲高速湍流磨，其特征在于，还设置有电机固定座（14），所述电机固定座（14）固定在底座（12）上，高速电机（1）固定安装在电机固定座（14）上；所述高速电机（1）与电机固定座（14）之间设置有电机减震垫片（15），以减弱工作过程中的高速电机（1）的振动。

5.根据权利要求1所述的超硬纳米粉碎卧式液力双向对冲高速湍流磨，其特征在于，所述高速电机（1）的输出端通过联轴器（2）与主轴（13）的一端连接，主轴（13）的另一端穿过卧式筒体（7）延伸至卧式筒体（7）内部，与轴心盘（16）驱动连接。

6.根据权利要求5所述的超硬纳米粉碎卧式液力双向对冲高速湍流磨，其特征在于，所述主轴（13）与卧式筒体（7）相交处设置有轴承（4），轴承（4）的一侧设置有轴承端盖（3）；所述卧式筒体（7）的上方设置有进料口（8），下方设置有出料口（9）。

7.根据权利要求1所述的超硬纳米粉碎卧式液力双向对冲高速湍流磨，其特征在于，所述卧式筒体（7）与底座（12）之间设置有筒体减震垫片（10），以减弱工作过程中的卧式筒体（7）的振动。