專利名稱：超聲波脈沖射流超細(xì)粉碎裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用超聲波射流技術(shù)進(jìn)行物料粉碎的高效超細(xì)粉碎裝置,適用 于粉體,漿體的制備與分選領(lǐng)域.特別涉及一種利用超聲波噴射粉碎原理，結(jié)合超音 速氣流噴射粉碎和高壓水射流噴射粉碎原理形成的超聲波脈沖射流高效超細(xì)粉碎 裝置.
背景技術(shù)：
現(xiàn)有用于各工業(yè)領(lǐng)域的物料粉碎的超細(xì)粉碎裝置主要有機(jī)械式粉碎磨機(jī),氣流 噴射磨機(jī)和水流噴射磨機(jī)三大類.其中氣流噴射粉碎方法是目前一種常用的顆粒制 備方法,廣泛應(yīng)用于化工,制藥，建材等工業(yè)領(lǐng)域,在其制備顆粒的過程中，由于沒有 其他介質(zhì)存在，只是利用物料之間的相互碰撞而使物料破碎，因此，這種方法也是一 種無污染的高純度顆粒的制備方法， 一般均為干式超細(xì)粉體制備和分選裝置，如日 本工程株式會(huì)社的"噴射粉碎機(jī)"CN1589972A ，昆山密友實(shí)業(yè)有限公司的"深冷中 藥超微粉碎裝置"CN1559377A,以及北京航空航天大學(xué)的"采用氣流粉碎方法制備 高純納米顆粒的工藝和裝置"CN101049580A,但由于目前一般的氣流粉碎裝備多是 采用較單一的粉碎原理，且存在效率低，能耗大,研磨介質(zhì)污染等問題.盡管近年來 出現(xiàn)的超音速氣流噴射磨具有可最小限度地混入雜質(zhì)，得到高純度產(chǎn)品且保持顆粒 的粒形以及設(shè)備簡(jiǎn)單可靠等特點(diǎn)。且也存在效率低，能耗大等不足.
最近幾年，隨著粉碎機(jī)理研究與高壓水射流技術(shù)的進(jìn)展，粉碎技術(shù)又出現(xiàn)了一 個(gè)新的分支，即高壓水射流粉碎技術(shù)，從而噴射磨也相應(yīng)出現(xiàn)了一個(gè)新的家族水流 噴射磨(簡(jiǎn)稱水流磨)， 一般也稱作高壓水射流(超細(xì))粉碎機(jī)。就己出現(xiàn)的水流噴射 磨來看，主要有以下幾個(gè)類型即利用前混合磨料射流開發(fā)出來的水流磨(以下稱作 前混合磨料射流磨)以及利用后混合磨料射流開發(fā)出來的水流磨(以下稱作后混合磨
料射流磨).濕式的高壓水射流粉碎技術(shù)與裝置近幾年已開始用f少數(shù):::i:業(yè)領(lǐng)域中的 超細(xì)粉體的制備與分選，例如水煤漿,原鹽，云母的制備與分選.
水流噴射磨除了具備氣流噴射磨的大多數(shù)優(yōu)點(diǎn)外，其獨(dú)特之處在于，其效率高， 對(duì)環(huán)境無污染，符合節(jié)能環(huán)保的要求，采用水做介質(zhì)，濕法生產(chǎn)，可更好地保護(hù)粉體粒子的形狀與表面光澤，由于具有一定的粉碎壓力(一般為30 70 MPa)，因此其粉 碎效率與產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氣流噴射，因此被認(rèn)為是21 l.ll:紀(jì)粉碎工程新的革命.
在現(xiàn)有的兩種基本形式的高壓水射流(超細(xì))粉碎裝置的中，前混合磨料射流是 將磨料先和水在高壓輸水管路中均勻混合成磨料漿水，然后經(jīng)磨料噴距噴射形成的 磨料射流。前混合磨料射流水流磨的典型產(chǎn)品是德國(guó)AKW公司，丹麥APVRASNNIEA/S 公司和中國(guó)礦業(yè)大學(xué)生產(chǎn)的高壓均化器，中國(guó)實(shí)用新型專利，CN 2132562， Zl 92218302.3。 AKW公司和APVRASNNIEA/S公司的高壓均化器的共同特點(diǎn)是利用前混 合原理首先將被處理的料漿加壓，然后以很高的速度通過具有細(xì)小間隙的勻化閥， 由此而產(chǎn)生的摩擦剪切作用使物料勻化粉碎。該裝置的優(yōu)點(diǎn)在于待粉碎的物料與高 壓水流充分的混合，加速效果好沖擊作用明顯.缺點(diǎn)是需要經(jīng)常定期的停機(jī),將待粉 碎的物料添加到高壓罐中，因此不能連續(xù)生產(chǎn),且結(jié)構(gòu)復(fù)雜,操作與維修困難.
與前混合磨料射流相比，后混合磨料射流設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能連續(xù)作業(yè)、生產(chǎn)操 作簡(jiǎn)便,缺點(diǎn)就是磨料與水射流的混合效果不如前者.其原理是待粉碎的物料存在 一常壓的料倉(cāng)中，其下端接混合腔,高壓水通過噴嘴射入混合腔,靠真空引射作用將 物料顆粒吸入射流并使之加速，經(jīng)加速管加速后打擊靶體,導(dǎo)至顆粒粉碎。北京科技 大學(xué)新近開發(fā)出來的高壓水射流超細(xì)粉碎機(jī)(專利號(hào)ZL96 2 00441.3)，和自振式 水射流超細(xì)粉碎機(jī)(CN2345284),以及中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所的一種脈沖空化 水射流超細(xì)粉碎裝置(CN2510162,和CN1416959A)屬于這種裝置.
現(xiàn)有的超音速氣流超細(xì)粉碎裝置和高壓水射流超細(xì)粉碎裝置，與傳統(tǒng)的沖擊式 磨機(jī)，球磨機(jī),輥磨機(jī)，振動(dòng)磨機(jī)等超細(xì)粉碎裝置相比,在效率和粉體的生產(chǎn)率等方面 有較大的優(yōu)勢(shì)，但目前這些公開的技術(shù)裝置由于原理和結(jié)構(gòu)的原因.各自還存在以下 各種問題和缺點(diǎn)，粉碎原理單一，待粉碎的顆粒不能抵達(dá)射流的中心，加速效果差， 水射流沖擊靶體后的剩余能量幾乎全部浪費(fèi)，磨料噴嘴容易堵塞或磨損嚴(yán)重，粉碎 效果較差，無法形成穩(wěn)定的脈沖振蕩等.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有氣流噴射粉碎和高壓水射流粉碎裝置的上述不足 之處，提出了一種基于超聲波技術(shù)的，將超聲波發(fā)生器的超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成強(qiáng)力超高頻 機(jī)械振動(dòng)，當(dāng)該強(qiáng)力超高頻機(jī)械振動(dòng)脈沖引入高壓水射流或超音速氣射流中,它能夠 給予水射流或氣射流每秒數(shù)千次到上萬次的振蕩脈沖(15KH到20KH)，以提供一種非連續(xù),或"子彈束"式的超高頻射流束.充分利用高壓水射流和超音速氣射流的能 量及其超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的強(qiáng)力超高頻機(jī)械振動(dòng)脈沖的能量，在振蕩室內(nèi)形成穩(wěn)定 的強(qiáng)力脈沖射流.該強(qiáng)力射流脈沖給予待粉碎的物料顆粒超高頻水錘打擊力，強(qiáng)迫 待粉碎的顆粒迅速抵達(dá)射流的中心,顯著地提高了射流交換給顆粒的能量效率，，強(qiáng)化 了脈沖射流對(duì)物料顆粒的粉碎作用，提高了物料顆粒的粉碎效率的超聲波脈沖射流 高效超細(xì)粉碎裝置.
以水射流為例，理論上，打擊目標(biāo)表面的打擊壓力為滯止壓力,或表示為
式中，Ps為水射流的停滯壓力，Pa; P為水射流密度，N/ni; u為水射流速度，m/s。 停滯壓力作用在顆粒上時(shí)會(huì)導(dǎo)致顆粒的"壓縮粉碎"和"水楔粉碎"。通過對(duì)照， 由于水錘現(xiàn)象引起的壓力為pCu (其中C表示聲音在水中的傳播速度，其近似為 1524m/s),所以，通過水射流的高頻振動(dòng)得到的打擊力的理論放大倍率為2C/u,如果 忽略氣阻，在70MPA壓力下的水射流，其射流打擊速度為375m/s,則打擊壓力的放大 倍率約為7到8倍.
本發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的.所設(shè)計(jì)的超聲波脈沖射流高效超 細(xì)粉碎裝置主要由產(chǎn)生和傳輸高頻電脈沖的超聲波發(fā)生裝置，超聲波換能器，超聲波 探頭，射流發(fā)生裝置,(高壓水泵或高壓氣泵)、超聲射流噴嘴、進(jìn)料裝置、超聲波強(qiáng) 力脈沖振蕩室、混合腔及加速管,粉碎室及基座等組成。來自射流發(fā)生裝置(高壓水 泵或高壓氣泵)的高壓水或高壓氣通過噴嘴轉(zhuǎn)化為高速水射流或超音速氣流，與超聲 波能量轉(zhuǎn)換裝置和探頭產(chǎn)生的超聲波在混合及振蕩室進(jìn)行能量交換形成強(qiáng)力超高頻 機(jī)械振動(dòng)脈沖射流，并在混合室產(chǎn)生高真空，將進(jìn)料裝置的顆粒物料吸入混合室并在 超聲波脈沖振蕩射流中進(jìn)行充分的超高頻強(qiáng)力振蕩碰撞，在此碰撞過程中，由于超高 頻振蕩水錘作用(振蕩頻率一般為15到20KH)，水楔或氣楔作用，以及摩擦剪切作用 會(huì)導(dǎo)致顆粒的強(qiáng)力粉碎.混合加速管將形成的物料顆粒脈沖振蕩射流再次加速，然 后該高速?gòu)?qiáng)力脈沖振蕩顆粒射流再次以形成多股攜帶物料顆粒的超高頻機(jī)械振動(dòng)脈 沖射流相對(duì)強(qiáng)烈沖擊碰撞進(jìn)行第二次粉碎。
其特征在于所說的射流，優(yōu)選地,可以是高壓水射流,也可以是超音速氣射流， 所說的超聲波換能器是由一壓電陶瓷或磁至伸縮(GMM)材料制成的超聲波
換能器，并加工成管狀芯型，該換能器將超高頻電脈沖轉(zhuǎn)換成超高頻機(jī)械振動(dòng)脈沖，并
強(qiáng)制與射流共生成"子彈束"的超高頻脈沖射流.超聲波換能器具有用于冷卻換能器的壓縮空氣和壓縮空氣軟管，以及超聲波 信號(hào)電纜以連接超聲波發(fā)生裝置和超聲波換能器，
所說的超聲波探頭是由高強(qiáng)度不銹鋼或鈦合金制成的階梯圓柱形， 所說的超聲波強(qiáng)力脈沖振蕩室是由,射流進(jìn)口(19)，超聲波探頭(12)，調(diào)節(jié)定位
器(17)，穩(wěn)流器(18)，混合振蕩腔(20)，射流噴嘴(13)等構(gòu)成，在此振蕩室，完成能量交換以
形成強(qiáng)力超高頻機(jī)械振動(dòng)脈沖射流.
所說的混合腔及加速管，由進(jìn)料口(14)，混合振蕩腔(20)，混合腔和加速管(15)
等構(gòu)成,待粉碎的物料顆粒經(jīng)由進(jìn)料口(14)在混合振蕩腔(20)被超高頻機(jī)械振動(dòng)脈沖
射流強(qiáng)力吸入混合腔并進(jìn)行第一次粉碎，同時(shí)經(jīng)加速管(15)加速并在超高頻脈沖振動(dòng)
的強(qiáng)制打擊下,進(jìn)入射流中心.
所說的粉碎室具有兩個(gè)或多個(gè)超聲射流噴嘴環(huán)繞構(gòu)成.噴嘴相對(duì)設(shè)置，其相對(duì) 而置的噴嘴之間具有一定的距離，該距離為2倍的靶距，以形成多股攜帶物料顆粒 的超高頻機(jī)械振動(dòng)脈沖射流相對(duì)碰撞，從而實(shí)現(xiàn)物料的高純，高效，超微粉碎.
所說的靶距,(靶距是兩個(gè)超聲射流噴嘴出口之間的距離的1/2倍)是可調(diào)的,對(duì) 于不同的射流壓力,超聲波頻率,以及不同的顆粒材料,粒度.具有不同的最佳靶距，以 使物料顆粒產(chǎn)生最佳的打擊效果，本發(fā)明所提供的靶距調(diào)節(jié)裝置是通過旋轉(zhuǎn)混合腔 和加速管(15)上的調(diào)節(jié)螺母(21)來調(diào)節(jié)最佳靶距的,并由鎖緊螺母鎖定最佳靶距.
超聲射流噴嘴,該超聲射流噴嘴包括用于將高頻電脈沖轉(zhuǎn)換成強(qiáng)制流經(jīng)噴嘴 的射流的超高頻機(jī)械振動(dòng),從而產(chǎn)生脈沖"子彈束"的水射流或氣射流，該噴嘴具有用 于高效粉碎的旋轉(zhuǎn)噴嘴或多個(gè)出口孔的噴嘴，
本發(fā)明與現(xiàn)有的水射流粉碎裝置和氣流粉碎裝置相比有如下優(yōu)點(diǎn)
1. 由于超高頻的脈沖振蕩，有效的避免了超細(xì)顆粒的團(tuán)聚。
2. 具有較高的粉碎效率,降低粉碎能耗。
3. 粉碎裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,對(duì)環(huán)境無污染,能連續(xù)生產(chǎn)，易于推廣應(yīng)用。
4. 可根據(jù)不同的待粉碎的物料特性，可通過調(diào)整振動(dòng)頻率，靶距等，從而達(dá)到 較好的粉碎效果。
5. 充分利用超聲波高頻振蕩產(chǎn)生的水錘作用和射流打擊，剪切等作用，對(duì)待粉 碎的物料顆粒進(jìn)行高效多次粉碎。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)作進(jìn)一步的詳細(xì)說明


圖1是本超聲波脈沖射流高效超細(xì)粉碎裝置的粉碎系統(tǒng)實(shí)施方案及流程示
意圖2是本超聲波脈沖射流高效超細(xì)粉碎裝置的超聲波換能器、超聲波強(qiáng)力脈 沖振蕩室、超聲波探頭、穩(wěn)流器、超聲射流噴嘴、混合腔及加速管裝置的結(jié)構(gòu)剖視 圖。
如
圖1所示，本超聲波脈沖射流高效超細(xì)粉碎裝置由高壓射流發(fā)生裝置(l) (高壓水泵或高壓氣泵)、蓄能器(2)、單向節(jié)流閥(3)、壓力調(diào)節(jié)閥(4)、高壓射流管路 (5)、冷卻氣泵(6)、超聲發(fā)生器(7)、超聲信號(hào)電纜(8)、壓縮空氣軟管(9)、超聲波換 能器(IO)、超聲波強(qiáng)力脈沖振蕩室(ll)、超聲波探頭(12)、超聲射流噴嘴(13)、進(jìn)料 裝置(14)、混合腔及加速管(15)和粉碎室(16)等組成.
高壓射流發(fā)生裝置(l)將普通水或空氣壓縮形成高壓水射流或高壓氣流，通過 高壓管路(5)引入超聲波強(qiáng)力脈沖振蕩室(11)，在高壓管路中設(shè)置了蓄能器(2)以穩(wěn)定 系統(tǒng)壓力，單向節(jié)流閥(3)以避免物料顆?；亓鞯礁邏荷淞靼l(fā)生裝置.超聲發(fā)生器(7) 通過電功率輸入供給動(dòng)力,產(chǎn)生20KHZ的高頻電脈沖,并通過超聲波換能器(10)和超 聲波探頭(12)將超高頻電脈沖轉(zhuǎn)換成超高頻機(jī)械振動(dòng)脈沖，在超聲波強(qiáng)力脈沖振蕩 室(11)中,超高頻機(jī)械振動(dòng)脈沖與高壓射流進(jìn)行能量交換后通過超聲射流噴嘴(13)形 成強(qiáng)力超高頻振蕩脈沖射流，并在混合室(20)中產(chǎn)生高真空，將進(jìn)料裝置(14)的顆粒 物料吸入混合室并在超聲波脈沖振蕩射流中進(jìn)行充分的超高頻強(qiáng)力振碰撞,在此碰 撞過程中，由于超高頻振蕩水錘作用(振蕩頻率一般為15到20KH)，水楔或氣楔作用， 以及摩擦剪切作用會(huì)導(dǎo)致顆粒的強(qiáng)力粉碎.混合腔及加速管(15)將形成的物料顆粒 脈沖振蕩射流再次加速，然后該高速?gòu)?qiáng)力脈沖振蕩顆粒射流再次與另一股攜帶物料 顆粒的超高頻機(jī)械振動(dòng)脈沖射流相對(duì)強(qiáng)烈沖擊碰撞進(jìn)行第二次粉碎。
如圖2所示,超聲波強(qiáng)力脈沖振蕩室中的穩(wěn)流器(18)為由射流進(jìn)口 (19),超聲 波探頭(12)，調(diào)節(jié)定位器(17),混合振蕩腔(20),射流噴嘴(13)等構(gòu)成,在此振蕩室，完成能 量交換通過超聲射流噴嘴(13)以形成強(qiáng)力超高頻機(jī)械振動(dòng)脈沖射流.混合腔及加速管 (15)，由進(jìn)料口(14),混合振蕩腔(20)，混合腔和加速管(15)等構(gòu)成，待粉碎的物料顆 粒經(jīng)由進(jìn)料口(14)在混合振蕩腔(20)被超高頻機(jī)械振動(dòng)脈沖射流強(qiáng)力吸入混合腔并進(jìn)行第一次粉碎，同時(shí)經(jīng)加速管(15)加速并在超高頻脈沖振動(dòng)的強(qiáng)制打擊下，進(jìn)入射 流中心.
權(quán)利要求
1、一種超聲波脈沖射流超細(xì)粉碎裝置，包括超聲波發(fā)生裝置(7)，超聲波換能器(10)，超聲波強(qiáng)力脈沖振蕩室(11)、超聲波探頭(12)，超聲射流噴嘴(13)、高壓射流發(fā)生裝置(1)(高壓水泵或高壓氣泵)、進(jìn)料裝置(14)、混合腔及加速管(15)和粉碎室(16)等.
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波脈沖射流超細(xì)粉碎裝置，其特征在于所說的超聲 波換能器(10)為壓電陶瓷或磁至伸縮材料制成的超聲波換能器，
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波脈沖射流超細(xì)粉碎裝置，其特征在于所說的超聲 發(fā)生裝置(7沐超聲波換能器(10)是由超聲波信號(hào)傳輸電纜(9)和壓縮空氣軟管(8)連接，
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波脈沖射流超細(xì)粉碎裝置，其特征在于所說的超聲 波信號(hào)傳輸電纜(9)是穿行在壓縮空氣軟管(8)之內(nèi)的，以保護(hù)其不受外來雜物損傷，
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波脈沖射流超細(xì)粉碎裝置，其特征在于所說的組合 式超聲波信號(hào)傳輸電纜(9)和壓縮空氣軟管(8)中的壓縮空氣的壓力是由裝有壓力繼電 器的氣泵(6)監(jiān)控,一旦壓縮空氣軟管(8)受損而壓力下降,系統(tǒng)則自動(dòng)停機(jī),以保護(hù)超聲 波信號(hào)傳輸電纜(9)不受外來雜物損傷,以及防止超聲波換能器(10)過熱，
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波脈沖射流超細(xì)粉碎裝置，其特扯在于所說的超聲 波強(qiáng)力脈沖振蕩室(ll),由超聲波探頭(12)、聯(lián)結(jié)器(17)、穩(wěn)流器(18)、射流進(jìn)口(19)、 振蕩腔(20)等組成，
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲波脈沖射流超細(xì)粉碎裝置，其特征在于所說的超聲 波探頭(12)是由鈦合金材料制成，
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波脈沖射流超細(xì)粉碎裝置，其特征在于所說的超聲 波噴嘴(13)是由鈦合金材料制成,角度優(yōu)選為15到25度之間.
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲波脈沖射流超細(xì)粉碎裝置，其特征在于所說的超聲 射流噴嘴(13),具有兩個(gè)或多個(gè)噴嘴環(huán)繞相對(duì)設(shè)置，以形成多股攜帶物料顆粒的超高頻 機(jī)械振動(dòng)脈沖射流相對(duì)碰撞，
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波脈沖射流超細(xì)粉碎裝置，其特征在于所說的粉碎 室(16)為圓柱狀，以利于在其周邊布置兩個(gè)或多個(gè)相對(duì)設(shè)置的超聲射流噴嘴，
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的超聲波脈沖射流超細(xì)粉碎裝置，其特征在于所說的粉 碎室(16)和混合腔及加速管(15)之間設(shè)有用于調(diào)節(jié)耙距的調(diào)節(jié)螺母(21),
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波脈沖射流超細(xì)粉碎裝置，其特征在于所說的高壓 射流發(fā)生裝置(l),可以是高壓水泵、也可以是高壓氣泵，以產(chǎn)生高壓射流，水壓優(yōu)選 為35至U 70Mpa,
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用超聲波高頻脈沖射流技術(shù)(射流包括高壓水射流和超音速噴射氣流)，進(jìn)行物料超細(xì)粉碎的超聲波脈沖射流超細(xì)粉碎裝置，其結(jié)構(gòu)主要由超聲波發(fā)生裝置(7)，超聲波換能器(10)，超聲波探頭(12)，高壓射流發(fā)生裝置(1)，(高壓水泵或高壓氣泵)、超聲射流噴嘴(13)、進(jìn)料裝置(14)、超聲波強(qiáng)力脈沖振蕩室(11)、混合腔及加速管(15)和粉碎室(16)等構(gòu)成，所說的超聲波能量轉(zhuǎn)換裝置具有一個(gè)壓電陶瓷電能-機(jī)械能轉(zhuǎn)換器和探頭構(gòu)成.其功能是將電能轉(zhuǎn)換成探頭上的強(qiáng)力超高頻機(jī)械振動(dòng)脈沖.本發(fā)明有效的將超聲波技術(shù)，脈沖振蕩技術(shù)，高壓水射流粉碎，超音速氣流粉碎等粉碎技術(shù)原理綜合利用，顯著地提高了射流交換給顆粒的能量效率，強(qiáng)化了脈沖射流對(duì)物料顆粒的粉碎作用，提高了物料顆粒的粉碎效率，具有適應(yīng)面廣，能夠連續(xù)生產(chǎn)，粉碎效率高和節(jié)能的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B02C19/00GK101676036SQ200810160980
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月18日
發(fā)明者任保林, 任吉林 申請(qǐng)人:任吉林