CN113751161B - 一种基于超声波的油页岩颗粒破碎装置 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种基于超声波的油页岩颗粒破碎装置，包括超声波发生器集合仓，超声波联合高频切削齿破碎仓，油页岩颗粒储料仓及油页岩颗粒“V”形出料区，破碎仓内振协板背板接受超声波发生器、位移放大器高频电信号的驱动，压电陶瓷换能器从而产生高频震动，六组振协板齿槽配合破碎仓内切削轮与切削叶片，块状油页岩同时受到超声波能量冲击与叶片切削强应力，油页岩颗粒疲劳损伤积累，可实现块状油页岩粒径逐级减小，油页岩颗粒储料仓下端配合重力感受器，“V”形出料仓实现不间断出料，本发明优化油页岩破碎效果、提升油页岩破碎效率。

Description

一种基于超声波的油页岩颗粒破碎装置

技术领域

本发明涉及油页岩热解领域，具体涉及基于超声波的油页岩热解前颗粒破碎入料技术方法。

背景技术

油页岩是我国重要的非常规油气资源，其开发利用对缓解我国能源短缺问题具有重大意义。油页岩颗粒热解过程中，气体产物在颗粒内部扩散并发生二次反应，且该过程受到颗粒粒径的影响。优化油页岩原料的裂解装置，改善油页岩裂解反应条件，对提高产品的收率和质量具有重要意义，颗粒粒径是影响热解过程的重要参数之一，粒径的大小会影响颗粒的升温速率甚至影响其挥发分析出速率，进而影响整个热解过程。一般来讲，样品的粒径越小，传热系数就越大，越有利于热解。

超声波破碎技术，具有振动频率高（高达20kHz）的特点，当激励频率接近油页岩固有频率并达到相同时会产生共振，在超声波振动载荷作用下，油页岩强度急剧降低，油页岩原始裂纹的扩展效率变大，损伤增大；利用压电陶瓷材料能有效带动振协板在轴向上进行高频振动，极大地提高了油页岩破碎能量。传统的机械破碎装置有速度慢、磨损大破碎不彻底等突出的缺陷，所以提供一种联合超声波冲击破碎装装置，超声波破碎对切削的要求比常规技术低，超声波振动切削的平均切削力较常规切削小20 .5%，能实现油页岩颗粒破碎更 彻底，在提高破碎效率、减轻机械切削叶片的磨损的同时实现装置的保护。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于超声波的油页岩颗粒破碎装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:

这种基于超声波的油页岩颗粒破碎装置包括块状油页岩入料区、破碎仓固定保护壳、超声波发生器集合仓、超声波联合高频切削破碎仓、粉状颗粒储料仓、油页岩颗粒“V”形出料区；块状油页岩入料通道下端径直部分放置开合防尘挡板，入料过程受颗粒重力作用向下开合，结束静置时自动闭合，防止破碎仓中颗粒细粉溢出；破碎仓保护壳下板固定六组超声波发生器，每组超声波发生器沿换能器外壳竖直向下与超声波激励器通过电缆线相连，破碎仓固定保护壳内的数控电源电经超声波发生器生成高频交流电信号驱动超声波换能器产生高频震动；破碎仓设置切削轮、切削叶片、超声波激励器、环形导线通道、位移放大器、压电陶瓷换能器，切削轮沿轴向转动带动切削叶片高速旋转，配合携带齿槽的振协板与仓内块状颗粒非线性接触，利用合理共振破碎内部油页岩颗粒。

根据上述技术方案，换能器内壁排布六块振协板，振协板第一齿槽端固定在换能器外壳内壁上，第二齿槽端可做自由圆弧运动，做离心运动的块状油页岩作用在振协板内槽面，振协板齿槽面受到不均匀向外推靠力，会不同程度沿压力向外做圆弧运动，振协板背部受到超声波激励器与位移放大器支撑，3/4球体配合振针进行原位小幅度倾斜，给予振协板接触大块油页岩垂直于轴向的位移退让，使大块油页岩可通过第一齿槽的激励破碎，经旋转带动到第二齿槽，继而旋转转动到下一块振协板上，防止切削叶片与振协板的颗粒堵塞，损坏装置。

根据上述技术方案，大块油页岩从第一齿槽到第二齿槽移动过程中受到来自振协板的高频超声震动，大块油页岩承受高频周期性动力载荷的作用，此时疲劳破碎发挥作用，大块油页岩内部薄弱区域在应变力的作用下，逐渐发生损伤积累，进一步产生微小裂纹，此损伤积累过程在六块振协板循环运动时不断累计，当裂纹扩展达到一定程度后发生断裂，从局部区域开始损伤积累，到最终整体破碎。

根据上述技术方案，振协板配合切削叶片实现机械破碎，高频冲击切削叶与振协板同时接触油页岩时，刀刃面作用非常小区域，产生强大的瞬时冲击应力；第一齿槽与第二齿槽设置不用规格牙齿，在旋转作用下冲击接触区产生不同大小的拉应力和剪切力，同时超声波震动作用带动振协板做轴向振动，同步旋转切削和高频超声波能量冲击，使得不同大小粒度油页岩颗粒达到破碎效果，也实现油页岩颗粒粒径的逐渐减小。

根据上述技术方案，破碎仓底部设置滤筛板，被粉碎的油页岩颗粒分筛进入颗粒储料仓，所述储料仓下端安装重力感受器，收集定量颗粒油页岩重力感受器向下打开，开合频率与后续油页岩热解速率相匹配。

根据上述技术方案，油页岩颗粒破碎仓连接“V”形出料仓，出料仓内部空间从上向下口径逐渐减小，仓内颗粒缓速渗流，有效控制出料仓内油页岩颗粒出料流动速度，实现在上部装置间歇破碎的同时下部装置的持续不间断出料，给后续油页岩持续热解提供条件。

本发明具有以下有益效果：

1 .本发明设计的六组超声波装置、高频交流脉冲集成装置、切削齿等为油页岩破碎提供条件，六组超声波装置协同配合，加快油页岩颗粒疲劳损伤，减小破碎输出时长，优化颗粒破碎效果，提升油页岩破碎效率。

2 .本发明破碎仓中轴部分设置切削轮和切削叶片，环六边形放置六组振协板，振协板的推靠作用联合切削轮的旋转切力，确保分散块状页岩在高速旋转破碎过程装置的振协平衡性能。

3 .本发明下部“V”形出料仓口径由上到下逐渐减小，颗粒缓慢渗流，实现上部间歇 破碎的同时出料口持续出料，确保后续油页岩不间断热解。

4 .本发明采用超声波高频破碎油页岩颗粒技术，超声波作用在振协板容易实现，利用合理共振能量来提升破碎颗粒效率，降低切削轮机械能耗，一定程度上减少叶片磨损，降低能耗。

附图说明

图1为基于超声波的油页岩颗粒破碎装置整体结构示意图

图2为块状油页岩入料结构示意图

图3为超声波作用块状油页岩高频破碎主体破碎仓的剖面示意图

图4为破碎主体顶部超声波发生器集合仓剖面示意图

图5为通过实现超声波破碎油页岩颗粒装置的超声波换能器外壳示意图

图6为通过实现超声波破碎油页岩颗粒的破碎分支结构示意图

图7为通过超声波作用的破碎主体装置中切削齿与振协板结构示意图

图8为油页岩颗粒破碎仓底部滤板示意图

图9为油页岩颗粒储料仓结构示意图

图10为油页岩颗粒“V”形出料区示意图

图11为油页岩颗粒“V”形出料仓侧面剖面图

图中：1.块状油页岩入料区；2 .破碎仓固定保护壳；3 .超声波发生器集合仓；4 .超声波联合高频切削齿破碎仓；5 .油页岩颗粒储料仓；6 .油页岩颗粒“V”形出料区；7 .防尘挡板；8 .换能器外壳；9 .供电导线；10 .振协板；11 .破碎切削轮；12 .切削叶片；13 .超声波发生器；14 .入料通道；15 .环形导线通道；16 .超声波激励器；17 .位移放大器；18.压电陶瓷换能器；19 .第一齿槽；20 .第二齿槽；21 .滤筛板；22 .储料仓外壳；23 .重力感受器；24 .“V”形出料仓。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

具体的工作原理：结合图1-图11所示，这种基于超声波的油页岩颗粒破碎装置包括块状油页岩入料口1，声波发生器集合仓3，超声波联合高频切削齿破碎仓4，油页岩颗粒储料仓5，油页岩颗粒“V”形出料区6；油页岩入料口1下部连接破碎仓固定保护壳2，入料口1下端径直部分放置开合防尘挡板7，入料作业过程除尘挡板7打开，入料结束除尘挡板7自动闭合；块状油页岩通过入料区1进入超声波联合高频切削破碎仓4，破碎功能由破碎切削轮11、切削叶片12和六组振协板10共同作用实现，破碎仓保护壳2下盘固定超声波发生器集合仓3，六组超声波发生器阵列在集合仓3，经过供电导线9连接换能器外壳8内设置的六边环形导线通道15，六边环形导线通道15相切设置六组超声波激励器16发射超声波信号，超声波激励器由3/4球体组成，直角切面连接位移放大器17，沿位移放大器17将超声波逐渐放大并指向分叉方向传导超声波于振针末端连接的压电陶瓷换能器18，压电陶瓷换能器18设置在振协板10背面凹槽内；破碎过程中，破碎仓固定保护壳1内的数控电源将常规的220V（50Hz）电流转化为高频（20kHz以上）高压（1000V以上）电信号，在超声波激励器13驱动下，位移放大器17传导并放大，压电陶瓷换能器18接收到高频电压信号后，将高频高压电信号转化为高频超声震动，外部振协板10接收到高频超声震动并通过正面齿槽超声波振协作用放大，从而带动振协板10正面第二齿槽端做高频垂直轴向弧形高频震动，使振协板获得来自超声波激励器16的高频轴向冲击能量。

复合超声波联合高频切削齿破碎仓4内部破碎切削轮11带动外置切削叶片12做高速轴向旋转转动，对块状油页岩进行物理切削破碎；主体破碎仓内的块状油页岩受到来自削叶片12带动离心力，推靠在振协板10正面，同时受到振协板10超声波高频震动冲击和切削叶片12辅助外切力，使超声波联合高频切削齿破碎仓4内油页岩与振协板10到达相同共振频率，油页岩逐渐发生损伤累积致微裂缝联通并断裂，块状油页岩以此粉碎为油页岩颗粒。

破碎后的油页岩细粉小颗粒经过滤筛板21的分筛后进入油页岩颗粒储料仓5，未完全破碎的会在切削叶片带动下继续运动；储料仓底部设置重力感受器23，收集到定量的细粉颗粒油页岩，重力感受器四分向下开合，开合频率与后续油页岩热解效率达到一致；油页岩细粉颗粒储料仓5下部连接油页岩颗粒出料仓5，出料仓内部空间设置“V”形，丛上到下口径逐渐减小，减慢细粉颗粒流动速率，从而实现上部间歇破碎的同时下部连续出料。

Claims (1)

1.一种基于超声波的油页岩颗粒破碎装置，其特征在于，包括其中块状油页岩入料区（1）、破碎仓固定保护壳（2）、超声波发生器集合仓（3）、超声波联合高频切削齿破碎仓（4）、油页岩颗粒储料仓（5）、油页岩颗粒“V”形出料区（6）；其中，

所述块状油页岩入料区（1）入料通道（14）下端径直部分放置开合防尘挡板（7）；在所述入料通道（14）外壁嵌套连接在破碎仓固定保护壳（2）；所述破碎仓固定保护壳（2）上盘固定油页岩入料区（1），下盘固定超声波发生器集合仓（3）；所述超声波发生器集合仓（3）设置六组超声波发生器；

所述超声波发生器集合仓（3）下端连接超声波联合高频切削齿破碎仓（4）；所述超声波发生器集合仓（3）设置六组超声波发生器（13）对应连接供电导线（9）向下转换并传导高频电信号；换能器外壳（8）内嵌供电导线（9）联通环形导线通道（15）；所述环形导线通道（15）内切放置超声波激励器（16）电磁耦合接受高频电信号；所述超声波激励器（16）的3/4球垂直切面设置位移放大器（17）；所述位移放大器（17）一组振针末端固定连接压电陶瓷换能器（18）；所述压电陶瓷换能器（18）内嵌于振协板（10）背部；所述压电陶瓷换能器（18）接收来着位移放大器（17）高频电信号并转化为振协板（10）高频超声震动；所述振协板（10）正面设置第一齿槽（19）和第二齿槽（20）；所述振协板（10）第一齿槽（19）端固定在换能器外壳（8）壁面上，第二齿槽（20）端为自由端；

所述超声波联合高频切削齿破碎仓（4）中轴固定破碎切削轮（11）；切削叶片（12）环破碎切削轮（11）主轴固定；所述超声波联合高频切削齿破碎仓（4）底部设置滤筛板（21）；

所述超声波联合高频切削齿破碎仓（4）下端连接油页岩颗粒储料仓（5）；所述油页岩颗粒储料仓（5）配置外部储料仓外壳（22）；所述外部储料仓外壳（22）底部设置重力感受器（23）；

所述油页岩颗粒储料仓（5）下方设置油页岩颗粒“V”形出料区（6）；所述油页岩颗粒储料仓（5）底部连接“V”形出料仓（24）。

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