一種氣體壓力驅(qū)動(dòng)式均勻供粉裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體壓力驅(qū)動(dòng)式均勻供粉裝置和方法，屬于流體機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代制造工藝的發(fā)展以及新型材料的涌現(xiàn)，微納米級(jí)別的粉體逐漸成為了重要的原材料，如微細(xì)加工技術(shù)、3D打印以及顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料制備技術(shù)等。在上述技術(shù)中粉體的輸送成為重要的工藝過(guò)程，決定了成形產(chǎn)品的性能，如在顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝中，粉體增強(qiáng)相的含量和分布規(guī)律對(duì)材料性能有極大影響，因此粉體材料的均勻供給成為了采用粉體原材料的成形工藝中的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]氣力輸送是粉體材料最常用的輸送方式，文獻(xiàn)1(陳剛.液體金屬與合金的固體霧化原理及工藝的研究[D].長(zhǎng)沙:湖南大學(xué)，2005.)提出了一種可調(diào)節(jié)式流態(tài)化床供粉裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，由螺旋桿2，粉倉(cāng)3，流態(tài)化床5，調(diào)節(jié)手柄6等組成。該裝置通過(guò)調(diào)節(jié)手柄6旋轉(zhuǎn)螺旋桿2，相應(yīng)地會(huì)提升流態(tài)化床5的高度。能在一定程度上解決傳統(tǒng)流態(tài)化床中，由于粉倉(cāng)中粉體材料減少引起的兩相流中固相濃度逐漸降低的缺陷。由于粉倉(cāng)中兩相氣流特性復(fù)雜，通過(guò)氣流帶走的粉末量很難精確算計(jì)，因此通過(guò)調(diào)節(jié)流態(tài)化高度可以一定程度上緩解傳統(tǒng)裝置的缺陷，但很難實(shí)現(xiàn)精確控制和實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。粉體材料氣力輸送的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在輸送設(shè)備簡(jiǎn)單，受空間和環(huán)境影響小且成本較低，根據(jù)上述分析也可以看出其缺陷主要在于很難實(shí)現(xiàn)粉末的精確供給和實(shí)時(shí)控制。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種氣體壓力驅(qū)動(dòng)式均勻供粉裝置和方法，通過(guò)本發(fā)明提供的裝置和方法能夠?qū)崿F(xiàn)粉末材料的精確供給和實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，并且產(chǎn)生的兩相流中氣-固兩相混合均勻無(wú)分層和顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象，特別適合對(duì)粉末材料加入量和分布均勻性有較高要求的成形方法。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]—種氣體壓力驅(qū)動(dòng)式均勻供粉裝置，包括補(bǔ)壓氣體管路、粉倉(cāng)、球閥、隔板、混粉器及輸送氣體管路;粉倉(cāng)與補(bǔ)壓氣體管路相連;粉倉(cāng)下端連接球閥；混粉器位于球閥下方，隔板設(shè)置于混粉器與球閥之間，且隔板中心處設(shè)有過(guò)粉孔;混粉器由殼體、收縮擴(kuò)張管、及噴嘴構(gòu)成，噴嘴和收縮擴(kuò)張管共軸設(shè)置于殼體內(nèi)，噴嘴與收縮擴(kuò)張管之間形成空腔作為混粉室，噴嘴的進(jìn)氣口與輸送氣體管路相連;所述噴嘴為收縮形，所述收縮擴(kuò)張管的收縮段和擴(kuò)張段之間有一個(gè)等徑段。
[0007]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述隔板中心處的過(guò)粉孔直徑d在0.1?2.0mm之間，通過(guò)改變過(guò)粉孔的直徑也可以調(diào)節(jié)供粉速。
[0008]進(jìn)一步地，本發(fā)明輸送氣體管路中輸送氣體的壓力為0.2?1.0MPa;補(bǔ)壓氣體管路中補(bǔ)壓氣體壓力為0.4?1.2MPa。
[0009]—種氣體壓力驅(qū)動(dòng)式均勻供粉裝置的供粉方法，步驟如下:
[0010]步驟1:將粉體材料置于粉倉(cāng)中；
[0011]步驟2:補(bǔ)壓氣體管路和輸送氣體管路分別與帶有減速器的氣瓶連接，檢查管路氣密性保證不漏氣；
[0012]步驟3:分別開(kāi)啟補(bǔ)壓氣體管路和輸送氣體管路連接的球閥調(diào)節(jié)至所需氣體壓力后開(kāi)啟球閥，粉末在粉倉(cāng)和混粉室之間的氣體壓力差值驅(qū)動(dòng)下經(jīng)隔板中心的過(guò)粉孔進(jìn)入混粉室與輸送氣體混合，氣-固兩相流流經(jīng)收縮擴(kuò)張管時(shí)進(jìn)一步混合均勻形成具有一定速度的氣-固均勻兩相流，粉末的供給速度由粉倉(cāng)和混粉室之間的氣體壓力差值和過(guò)粉孔直徑?jīng)Q定，在單次供粉過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)補(bǔ)壓氣體壓力對(duì)供粉量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制；
[0013]步驟4:供粉完成后關(guān)閉球閥和氣體減速器。
[0014]本發(fā)明提出的氣體壓力驅(qū)動(dòng)式均勻供粉裝置和方法，通過(guò)提高粉倉(cāng)和混粉室之間的壓力差值使之成為粉末運(yùn)動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力，有效的避免了粉末自重和粉倉(cāng)中粉末量變化對(duì)供粉速度的影響，具有如下的有益效果:
[0015](I)本發(fā)明避免了傳統(tǒng)流態(tài)化床供粉裝置中由于粉倉(cāng)中粉末逐漸減小帶的供粉速度波動(dòng)，有效實(shí)現(xiàn)了粉體材料的氣動(dòng)力精確供給。
[0016](2)本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)過(guò)粉孔直徑和補(bǔ)壓氣體壓力可以獲得不同的粉末供給速度，在單次供粉過(guò)程中可以通過(guò)改變補(bǔ)壓氣體壓力對(duì)供粉速度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)并且不會(huì)改變輸送氣體壓力和氣體消耗量。
[0017](3)本發(fā)明氣-固兩相流經(jīng)過(guò)了兩次混合過(guò)程且最終在收縮擴(kuò)張管中進(jìn)行了加速，粉體材料與輸送氣體混合均勻且具有一定速度，具有一定速度的氣-固兩相均勻流在管路輸送過(guò)程中能夠避免粉末的團(tuán)聚、分層和沉積等現(xiàn)象。
[0018](4)本發(fā)明收縮擴(kuò)張管中間具有一等徑段，在該處粉末能與輸送氣體進(jìn)一步形成均勻的兩相流，混合均勻后兩相流在擴(kuò)張段會(huì)有一定加速。
[0019](5)本發(fā)明技術(shù)路線先進(jìn)可靠、所需設(shè)備簡(jiǎn)單易于控制且成本較低。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是改進(jìn)型流態(tài)化床供粉裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明提供的氣體壓力驅(qū)動(dòng)式均勻供粉裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明提供氣體壓力驅(qū)動(dòng)式均勻供粉裝置對(duì)SiC和Al2O3兩種粉末在輸送氣壓為0.2和0.4MPa時(shí)的供粉曲線圖。
[0023]圖中:I為輸送氣體管路，2為螺旋桿，3為粉倉(cāng)，4為氣-固兩相流管路，5為流態(tài)化床，6為調(diào)節(jié)手柄，7為補(bǔ)壓氣體管路，8為粉倉(cāng)，9為需要輸送的粉末顆粒，10為球閥，11為隔板，12為混粉器，13為殼體，14為擴(kuò)張收縮管，15為混粉室，16為噴嘴，17為輸送氣體管路，18為輸送氣壓0.4MPa時(shí)Al2O3粉末供粉曲線，19為輸送氣壓0.410^時(shí)31(:粉末供粉曲線，20為輸送氣壓0.2MPa時(shí)Al2O3粉末供粉曲線，21為輸送氣壓0.210^時(shí)31(:粉末供粉曲線。
具體實(shí)施例
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]本發(fā)明按照粉體材料氣力輸送的基本原理，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了創(chuàng)造性改進(jìn)，發(fā)明了一種氣體壓力驅(qū)動(dòng)式均勻供粉裝置和方法，基本原理是:通過(guò)補(bǔ)壓氣體管路對(duì)裝有一定量粉體材料的粉倉(cāng)中施加一定氣體壓力，增加粉倉(cāng)與混粉室之間的壓力差值，而兩者之間的壓力差值將成為驅(qū)動(dòng)粉末由粉倉(cāng)進(jìn)入混粉室的主要驅(qū)動(dòng)力。由于供粉過(guò)程中粉末的自重也會(huì)對(duì)供粉速度產(chǎn)生一定的影響，且隨著粉倉(cāng)中剩余粉末的數(shù)量逐漸減少對(duì)粉末供粉速度的影響也逐漸變化。而在本發(fā)明提供的壓差式供粉裝置中在實(shí)際供粉過(guò)程中當(dāng)粉倉(cāng)與混粉器之間壓力差>0.2MPa時(shí)，通過(guò)計(jì)算可以得出壓差產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力比粉末自重產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力大兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上，粉末自重和粉倉(cāng)中粉末量變化對(duì)供粉速度的影響可以忽略不計(jì)，因此保證粉倉(cāng)與混粉室之間的壓力差值恒定即可保證供粉的均勻性。
[0026]如圖2所示，一種氣體壓力驅(qū)動(dòng)式均勻供粉裝置，包括補(bǔ)壓氣體管路7、粉倉(cāng)8、球閥10、隔板11、混粉器12及輸送氣體管路17;粉倉(cāng)8與補(bǔ)壓氣體管路7相連，補(bǔ)壓氣體管路7可以對(duì)粉倉(cāng)8施加一定的氣體壓力;粉倉(cāng)8下端連接球閥10，球閥10的開(kāi)關(guān)可以控制粉體材料9是否進(jìn)入混粉室15;混粉器12位于球閥10下方，隔板11設(shè)置于混粉器12與球閥10之間，且隔板11中心處設(shè)有過(guò)粉孔;混粉器12由殼體13收縮擴(kuò)張管14及噴嘴16構(gòu)成，噴嘴16和收縮擴(kuò)張管14共軸設(shè)置于殼體13內(nèi)，噴嘴16與收縮擴(kuò)張管14之間形成空腔作為混粉室15，噴嘴16的進(jìn)氣口與輸送氣體管路17相連;所述噴嘴16為收縮形，所述收縮擴(kuò)張管14的收縮段和擴(kuò)張段之間有一等徑段。
[0027]本發(fā)明所述隔板11中心處的過(guò)粉孔直徑d在0.1?2.0mm之間，通過(guò)改變過(guò)粉孔的直徑也可以調(diào)節(jié)供粉速。
[0028]實(shí)例1:
[0029]以平均粒徑為150μπι的Al2O3和SiC粉末的輸送為例，說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，其中過(guò)粉孔直徑選擇d = 1.4mm，補(bǔ)壓氣體壓力P'選擇0.2和0.4MPa，輸送氣體壓力P選擇0.6MPaο
[0030](I)稱取2kg平均粒徑為150μπι的Al2O3粉體材料，并置于粉倉(cāng)8中；
[0031](2)按照裝配關(guān)系連接好各裝置，并對(duì)管路的氣密性進(jìn)行檢測(cè)；
[0032](3)分別設(shè)置補(bǔ)壓氣體管路7和輸送氣體管路13連接的減速器調(diào)節(jié)氣體壓力分別為0.2MPa和0.6MPa，并開(kāi)啟氣體閥門(mén)對(duì)裝置供氣。
[0033](4)開(kāi)啟球閥10，粉末在粉倉(cāng)8和混粉室15之間的氣體壓力差值驅(qū)動(dòng)下經(jīng)隔板11中心的過(guò)粉孔進(jìn)入混粉室15與輸送氣體混合，經(jīng)擴(kuò)張收縮管14混合加速后形成氣-固均勻兩相流；
[0034](5)選取不同時(shí)間點(diǎn)測(cè)量粉倉(cāng)中殘余的粉末質(zhì)量，并建立供粉量與時(shí)間之間的關(guān)系曲線，曲線斜率即為供粉速度；
[0035](6)改變實(shí)驗(yàn)條件，選用Al2O3粉體在P' =0.4]/0^，3扣粉末在?/ =0.4和0.2MPa時(shí)分別重復(fù)步驟(I)?(5)，獲得的供粉量與時(shí)間之間的關(guān)系曲線見(jiàn)圖3.
[0036]由圖示可以看出圖3中的四條曲線都呈現(xiàn)出了很好的線性度，也就說(shuō)明本發(fā)明提供的供粉裝置能夠?qū)崿F(xiàn)粉末的均勻供給，且相同粒徑和種類(lèi)的粉末在不同供粉壓力下供粉速度不同，這也間接說(shuō)明了在單次供粉過(guò)程中可以通過(guò)改變補(bǔ)壓氣體壓力調(diào)節(jié)供粉速度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本發(fā)明提供氣體壓力驅(qū)動(dòng)式均勻供粉裝置和方法，技術(shù)路線先進(jìn)可靠，所需設(shè)備簡(jiǎn)單易于控制且成本較低。
[0037]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氣體壓力驅(qū)動(dòng)式均勻供粉裝置，其特征在于，包括補(bǔ)壓氣體管路(7)、粉倉(cāng)(8)、球閥(10)、隔板(11)、混粉器(12)及輸送氣體管路(17);粉倉(cāng)(8)與補(bǔ)壓氣體管路(7)相連；粉倉(cāng)(8)下端連接球閥(10);混粉器(12)位于球閥(10)下方，隔板(11)設(shè)置于混粉器(12)與球閥(10)之間，且隔板(11)中心處設(shè)有過(guò)粉孔;混粉器(12)由殼體(13)、收縮擴(kuò)張管(14)及噴嘴(16)構(gòu)成，噴嘴(16)和收縮擴(kuò)張管(14)共軸設(shè)置于殼體內(nèi)，噴嘴(16)與收縮擴(kuò)張管(14)之間形成空腔作為混粉室(15)，噴嘴(16)的進(jìn)氣口與輸送氣體管路(17)相連;所述噴嘴(16)為收縮形，所述收縮擴(kuò)張管(14)的收縮段和擴(kuò)張段之間有一個(gè)等徑段。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣體壓力驅(qū)動(dòng)式均勻供粉裝置，其特征在于，所述隔板(11)中心處的過(guò)粉孔直徑d在0.1?2.0mm之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣體壓力驅(qū)動(dòng)式均勻供粉裝置，其特征在于，輸送氣體管路(17)中輸送氣體的壓力為0.2?1.0MPa;補(bǔ)壓氣體管路(7)中補(bǔ)壓氣體壓力為0.4?1.2MPa。4.基于權(quán)利要求1所述氣體壓力驅(qū)動(dòng)式均勻供粉裝置的供粉裝置的供粉方法，其特征在于，步驟如下: 步驟1:將粉體材料(9)置于粉倉(cāng)(8)中； 步驟2:補(bǔ)壓氣體管路(7)和輸送氣體管路(17)分別與帶有減速器的氣瓶連接，檢查管路氣密性保證不漏氣； 步驟3:分別開(kāi)啟補(bǔ)壓氣體管路(7)和輸送氣體管路(17)連接的球閥調(diào)節(jié)至所需氣體壓力后開(kāi)啟球閥(10)，粉末在粉倉(cāng)(8)和混粉室(15)之間的氣體壓力差值驅(qū)動(dòng)下經(jīng)隔板(10)中心的過(guò)粉孔進(jìn)入混粉室(15)與輸送氣體混合，氣-固兩相流流經(jīng)收縮擴(kuò)張管(14)時(shí)進(jìn)一步混合均勻形成具有一定速度的氣-固均勻兩相流，在單次供粉過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)補(bǔ)壓氣體壓力對(duì)供粉量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制； 步驟4:供粉完成后關(guān)閉球閥(10)和氣體減速器。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種氣體壓力驅(qū)動(dòng)式均勻供粉裝置，包括補(bǔ)壓氣體管路、粉倉(cāng)、球閥、隔板、混粉器及輸送氣體管路；粉倉(cāng)與補(bǔ)壓氣體管路相連；粉倉(cāng)下端連接球閥；混粉器位于球閥下方，隔板設(shè)置于混粉器與球閥之間，且隔板中心處設(shè)有過(guò)粉孔；混粉器由殼體、收縮擴(kuò)張管及噴嘴構(gòu)成，噴嘴和收縮擴(kuò)張管共軸設(shè)置于殼體內(nèi)，噴嘴與收縮擴(kuò)張管之間形成空腔作為混粉室，噴嘴的進(jìn)氣口與輸送氣體管路相連；所述噴嘴為收縮形，所述收縮擴(kuò)張管的收縮段和擴(kuò)張段之間有一個(gè)等徑段。本發(fā)明提出的氣體壓力驅(qū)動(dòng)式均勻供粉裝置和方法，通過(guò)提高粉倉(cāng)和混粉室之間的壓力差值使之成為粉末運(yùn)動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力，有效的避免了粉末自重和粉倉(cāng)中粉末量變化對(duì)供粉速度的影響。
【IPC分類(lèi)】B65G53/16, B65G53/58, B65G53/52
【公開(kāi)號(hào)】CN105712084
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610068650
【發(fā)明人】司朝潤(rùn), 武偉超
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)