一種氣體壓力驅動式均勻供粉裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體壓力驅動式均勻供粉裝置和方法，屬于流體機械技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著現(xiàn)代制造工藝的發(fā)展以及新型材料的涌現(xiàn)，微納米級別的粉體逐漸成為了重要的原材料，如微細加工技術、3D打印以及顆粒增強金屬基復合材料制備技術等。在上述技術中粉體的輸送成為重要的工藝過程，決定了成形產(chǎn)品的性能，如在顆粒增強金屬基復合材料的制備工藝中，粉體增強相的含量和分布規(guī)律對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鍵技術。
[0003]氣力輸送是粉體材料最常用的輸送方式，文獻1(陳剛.液體金屬與合金的固體霧化原理及工藝的研究[D].長沙:湖南大學，2005.)提出了一種可調節(jié)式流態(tài)化床供粉裝置，其結構如圖1所示，由螺旋桿2，粉倉3，流態(tài)化床5，調節(jié)手柄6等組成。該裝置通過調節(jié)手柄6旋轉螺旋桿2，相應地會提升流態(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。由于粉倉中兩相氣流特性復雜，通過氣流帶走的粉末量很難精確算計，因此通過調節(jié)流態(tài)化高度可以一定程度上緩解傳統(tǒng)裝置的缺陷，但很難實現(xiàn)精確控制和實時調節(jié)。粉體材料氣力輸送的優(yōu)點主要體現(xiàn)在輸送設備簡單，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現(xiàn)粉末的精確供給和實時控制。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種氣體壓力驅動式均勻供粉裝置和方法，通過本發(fā)明提供的裝置和方法能夠實現(xiàn)粉末材料的精確供給和實時調節(jié)，并且產(chǎn)生的兩相流中氣-固兩相混合均勻無分層和顆粒團聚現(xiàn)象，特別適合對粉末材料加入量和分布均勻性有較高要求的成形方法。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明的技術方案如下:
[0006]—種氣體壓力驅動式均勻供粉裝置，包括補壓氣體管路、粉倉、球閥、隔板、混粉器及輸送氣體管路;粉倉與補壓氣體管路相連;粉倉下端連接球閥；混粉器位于球閥下方，隔板設置于混粉器與球閥之間，且隔板中心處設有過粉孔;混粉器由殼體、收縮擴張管、及噴嘴構成，噴嘴和收縮擴張管共軸設置于殼體內，噴嘴與收縮擴張管之間形成空腔作為混粉室，噴嘴的進氣口與輸送氣體管路相連;所述噴嘴為收縮形，所述收縮擴張管的收縮段和擴張段之間有一個等徑段。
[0007]進一步地，本發(fā)明所述隔板中心處的過粉孔直徑d在0.1?2.0mm之間，通過改變過粉孔的直徑也可以調節(jié)供粉速。
[0008]進一步地，本發(fā)明輸送氣體管路中輸送氣體的壓力為0.2?1.0MPa;補壓氣體管路中補壓氣體壓力為0.4?1.2MPa。
[0009]—種氣體壓力驅動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中；
[0011]步驟2:補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:分別開啟補壓氣體管路和輸送氣體管路連接的球閥調節(jié)至所需氣體壓力后開啟球閥，粉末在粉倉和混粉室之間的氣體壓力差值驅動下經(jīng)隔板中心的過粉孔進入混粉室與輸送氣體混合，氣-固兩相流流經(jīng)收縮擴張管時進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和混粉室之間的氣體壓力差值和過粉孔直徑?jīng)Q定，在單次供粉過程中通過調節(jié)補壓氣體壓力對供粉量進行實時控制；
[0013]步驟4:供粉完成后關閉球閥和氣體減速器。
[0014]本發(fā)明提出的氣體壓力驅動式均勻供粉裝置和方法，通過提高粉倉和混粉室之間的壓力差值使之成為粉末運動的主要驅動力，有效的避免了粉末自重和粉倉中粉末量變化對供粉速度的影響，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中粉末逐漸減小帶的供粉速度波動，有效實現(xiàn)了粉體材料的氣動力精確供給。
[0016](2)本發(fā)明通過調節(jié)過粉孔直徑和補壓氣體壓力可以獲得不同的粉末供給速度，在單次供粉過程中可以通過改變補壓氣體壓力對供粉速度進行實時調節(jié)并且不會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)過了兩次混合過程且最終在收縮擴張管中進行了加速，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程中能夠避免粉末的團聚、分層和沉積等現(xiàn)象。
[0018](4)本發(fā)明收縮擴張管中間具有一等徑段，在該處粉末能與輸送氣體進一步形成均勻的兩相流，混合均勻后兩相流在擴張段會有一定加速。
[0019](5)本發(fā)明技術路線先進可靠、所需設備簡單易于控制且成本較低。
【附圖說明】
[0020]圖1是改進型流態(tài)化床供粉裝置結構示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明提供的氣體壓力驅動式均勻供粉裝置結構示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明提供氣體壓力驅動式均勻供粉裝置對SiC和Al2O3兩種粉末在輸送氣壓為0.2和0.4MPa時的供粉曲線圖。
[0023]圖中:I為輸送氣體管路，2為螺旋桿，3為粉倉，4為氣-固兩相流管路，5為流態(tài)化床，6為調節(jié)手柄，7為補壓氣體管路，8為粉倉，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Al2O3粉末供粉曲線，19為輸送氣壓0.410^時31(:粉末供粉曲線，20為輸送氣壓0.2MPa時Al2O3粉末供粉曲線，21為輸送氣壓0.210^時31(:粉末供粉曲線。
具體實施例
[0024]下面結合附圖和具體實例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0025]本發(fā)明按照粉體材料氣力輸送的基本原理，對現(xiàn)有技術進行了創(chuàng)造性改進，發(fā)明了一種氣體壓力驅動式均勻供粉裝置和方法，基本原理是:通過補壓氣體管路對裝有一定量粉體材料的粉倉中施加一定氣體壓力，增加粉倉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動粉末由粉倉進入混粉室的主要驅動力。由于供粉過程中粉末的自重也會對供粉速度產(chǎn)生一定的影響，且隨著粉倉中剩余粉末的數(shù)量逐漸減少對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際供粉過程中當粉倉與混粉器之間壓力差>0.2MPa時，通過計算可以得出壓差產(chǎn)生的驅動力比粉末自重產(chǎn)生的驅動力大兩個數(shù)量級以上，粉末自重和粉倉中粉末量變化對供粉速度的影響可以忽略不計，因此保證粉倉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，一種氣體壓力驅動式均勻供粉裝置，包括補壓氣體管路7、粉倉8、球閥10、隔板11、混粉器12及輸送氣體管路17;粉倉8與補壓氣體管路7相連，補壓氣體管路7可以對粉倉8施加一定的氣體壓力;粉倉8下端連接球閥10，球閥10的開關可以控制粉體材料9是否進入混粉室15;混粉器12位于球閥10下方，隔板11設置于混粉器12與球閥10之間，且隔板11中心處設有過粉孔;混粉器12由殼體13收縮擴張管14及噴嘴16構成，噴嘴16和收縮擴張管14共軸設置于殼體13內，噴嘴16與收縮擴張管14之間形成空腔作為混粉室15，噴嘴16的進氣口與輸送氣體管路17相連;所述噴嘴16為收縮形，所述收縮擴張管14的收縮段和擴張段之間有一等徑段。
[0027]本發(fā)明所述隔板11中心處的過粉孔直徑d在0.1?2.0mm之間，通過改變過粉孔的直徑也可以調節(jié)供粉速。
[0028]實例1:
[0029]以平均粒徑為150μπι的Al2O3和SiC粉末的輸送為例，說明本發(fā)明的【具體實施方式】，其中過粉孔直徑選擇d = 1.4mm，補壓氣體壓力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8中；
[0031](2)按照裝配關系連接好各裝置，并對管路的氣密性進行檢測；
[0032](3)分別設置補壓氣體管路7和輸送氣體管路13連接的減速器調節(jié)氣體壓力分別為0.2MPa和0.6MPa，并開啟氣體閥門對裝置供氣。
[0033](4)開啟球閥10，粉末在粉倉8和混粉室15之間的氣體壓力差值驅動下經(jīng)隔板11中心的過粉孔進入混粉室15與輸送氣體混合，經(jīng)擴張收縮管14混合加速后形成氣-固均勻兩相流；
[0034](5)選取不同時間點測量粉倉中殘余的粉末質量，并建立供粉量與時間之間的關系曲線，曲線斜率即為供粉速度；
[0035](6)改變實驗條件，選用Al2O3粉體在P' =0.4]/0^，3扣粉末在?/ =0.4和0.2MPa時分別重復步驟(I)?(5)，獲得的供粉量與時間之間的關系曲線見圖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，也就說明本發(fā)明提供的供粉裝置能夠實現(xiàn)粉末的均勻供給，且相同粒徑和種類的粉末在不同供粉壓力下供粉速度不同，這也間接說明了在單次供粉過程中可以通過改變補壓氣體壓力調節(jié)供粉速度。實驗結果表明本發(fā)明提供氣體壓力驅動式均勻供粉裝置和方法，技術路線先進可靠，所需設備簡單易于控制且成本較低。
[0037]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種氣體壓力驅動式均勻供粉裝置，其特征在于，包括補壓氣體管路(7)、粉倉(8)、球閥(10)、隔板(11)、混粉器(12)及輸送氣體管路(17);粉倉(8)與補壓氣體管路(7)相連；粉倉(8)下端連接球閥(10);混粉器(12)位于球閥(10)下方，隔板(11)設置于混粉器(12)與球閥(10)之間，且隔板(11)中心處設有過粉孔;混粉器(12)由殼體(13)、收縮擴張管(14)及噴嘴(16)構成，噴嘴(16)和收縮擴張管(14)共軸設置于殼體內，噴嘴(16)與收縮擴張管(14)之間形成空腔作為混粉室(15)，噴嘴(16)的進氣口與輸送氣體管路(17)相連;所述噴嘴(16)為收縮形，所述收縮擴張管(14)的收縮段和擴張段之間有一個等徑段。2.根據(jù)權利要求1所述氣體壓力驅動式均勻供粉裝置，其特征在于，所述隔板(11)中心處的過粉孔直徑d在0.1?2.0mm之間。3.根據(jù)權利要求1所述氣體壓力驅動式均勻供粉裝置，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;補壓氣體管路(7)中補壓氣體壓力為0.4?1.2MPa。4.基于權利要求1所述氣體壓力驅動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(8)中； 步驟2:補壓氣體管路(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:分別開啟補壓氣體管路(7)和輸送氣體管路(17)連接的球閥調節(jié)至所需氣體壓力后開啟球閥(10)，粉末在粉倉(8)和混粉室(15)之間的氣體壓力差值驅動下經(jīng)隔板(10)中心的過粉孔進入混粉室(15)與輸送氣體混合，氣-固兩相流流經(jīng)收縮擴張管(14)時進一步混合均勻形成具有一定速度的氣-固均勻兩相流，在單次供粉過程中通過調節(jié)補壓氣體壓力對供粉量進行實時控制； 步驟4:供粉完成后關閉球閥(10)和氣體減速器。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種氣體壓力驅動式均勻供粉裝置，包括補壓氣體管路、粉倉、球閥、隔板、混粉器及輸送氣體管路；粉倉與補壓氣體管路相連；粉倉下端連接球閥；混粉器位于球閥下方，隔板設置于混粉器與球閥之間，且隔板中心處設有過粉孔；混粉器由殼體、收縮擴張管及噴嘴構成，噴嘴和收縮擴張管共軸設置于殼體內，噴嘴與收縮擴張管之間形成空腔作為混粉室，噴嘴的進氣口與輸送氣體管路相連；所述噴嘴為收縮形，所述收縮擴張管的收縮段和擴張段之間有一個等徑段。本發(fā)明提出的氣體壓力驅動式均勻供粉裝置和方法，通過提高粉倉和混粉室之間的壓力差值使之成為粉末運動的主要驅動力，有效的避免了粉末自重和粉倉中粉末量變化對供粉速度的影響。
【IPC分類】B65G53/16, B65G53/58, B65G53/52
【公開號】CN105712084
【申請?zhí)枴緾N201610068650
【發(fā)明人】司朝潤, 武偉超
【申請人】北京理工大學