CN107971224B - 用于颗粒分级的流场构建方法和分级装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及粉体制备与加工技术领域，公开了一种用于颗粒分级的流场构建方法和分级装置。该方法包括在颗粒分级腔室内分别形成均匀的旋转气流和位于旋转气流下方的扰动气流，从而使进入颗粒分级腔室内的颗粒首先在旋转气流的作用下被分级，随后在扰动气流的作用下再次进入旋转分级气流中被分级。本发明的用于颗粒分级的流场构建方法能够对颗粒进行更充分的分级，从而使应用该方法的分级装置具有更高的分级精度。

Description

用于颗粒分级的流场构建方法和分级装置

技术领域

本发明涉及粉体制备与加工技术领域，具体地，涉及一种用于颗粒分级的流场构建方法和分级装置。

背景技术

气流分级技术广泛应用于化工、矿物、冶金、磨料、陶瓷等颗粒制备与加工环节。离心气流分级原理因其较高的分级效率而被广泛采用，尤其以第三代涡轮分级机应用最为普遍。涡轮分级机主要包括立式分级机和卧式分级机，立式分级机的分级轮的轮轴相对于水平面垂直安装，而卧式分级机的分级轮的轮轴相对于水平面水平安装，涡轮分级机在设计时需要综合考虑多个技术环节，其中最主要的三个环节为：颗粒分散性、分级气流场的分布以及对粗粉中夹带细粉的“扬析”。良好的分散性可以减少颗粒团聚、夹带的可能性；均匀、稳定的离心力场可以将颗粒在某一粒径处精确分级；通过引入二次气流对粗粉中夹带细粉进行“扬析”，可以将细粉返回到分级区进行再次分级，从而提高分级精度。

然而，目前现有的卧式分级机内分级气流场混乱、气流分配不太合理，从而造成分级精度不高，分选效率低等问题。例如，如图8所示，Alpine公司的ATP型空气分级机，空气经切向进气口21’及323’产生沿竖直方向旋转的气流场，而卧置的分级轮1’在转轴9’的带动下旋转而诱导其周围的气流形成沿水平方向旋转的气流场，这两种旋向相异的气流在分级机内部相互干扰并造成分级流场紊乱，从而使得卧式分级机的分级精度不高。

针对现有技术所存在的问题，本发明希望提供一种用于颗粒分级的流场构建方法和分级装置，该流场构建方法能够对颗粒进行更充分地分级，从而使分级装置具有更高的分级精度，以弥补现有技术的不足之处。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于颗粒分级的流场构建方法和基于该方法构建的分级装置，该流场构建方法能够对颗粒进行更充分地分级，从而使分级装置具有更高的分级精度。

为了实现上述目的，本发明提出了一种用于颗粒分级的流场构建方法，所述方法包括：

在颗粒分级腔室内分别形成均匀的旋转气流和位于所述旋转气流下方的曲折上升的扰动气流，从而使进入颗粒分级腔室内的颗粒首先在所述旋转气流的作用下被分级，随后在所述扰动气流的作用下再次进入所述旋转气流中被分级。

优选地，所述方法还包括在所述颗粒分级腔室内靠近所述旋转气流的附近形成用于冲击颗粒的分散气流，以使得当所述颗粒进入所述旋转气流之前预先经所述分散气流打散，其中，所述分散气流至少包括流速不同的两股。

基于上述用于颗粒分级的流场构建方法，本发明还提出了一种分级装置。该分级装置包括：壳体，位于壳体内的分级轮，壳体包括彼此连通的第一壳体和第二壳体，分级轮位于第一壳体内，第二壳体形成内径逐渐减小的锥台状，锥台状的第二壳体的大口端与第一壳体相连，第一壳体包括与大口端闭合连接的弧形板，以及由弧形板与大口端的连接处分别延伸出的导流板。

优选地，导流板为凹面朝向第一壳体内部的弧形且与弧形板同心。

优选地，锥台状的第二壳体的小口端设置有粗粉出料口，并且靠近小口端的第二壳体的侧壁上设置有第二进风通道。

优选地，第二壳体内设置有用于打散颗粒的扰流组件。

优选地，扰流组件包括设置在邻近两个导流板之间的位置处的第一扰流件，以及沿周向设置在第二壳体的内壁并位于第一扰流件的下游的第二扰流件，其中，第一扰流件包括分别与导流板相对的第一引导面，第二扰流件包括第二引导面，第二引导面与第一引导面相互配合使得颗粒在上升或下降的过程中至少能够经第一引导面和/或第二引导面后被打散。

优选地，扰流组件为沿第二壳体的长度方向上设置的多组，且所述扰流组件的横截面形状为三角形和/或弧形和/或多边形。

优选地，第一壳体的侧壁上还对称式设置有与分级轮同轴设置的细粉出料器。

优选地，分级轮的轴向长度与分级轮的直径的比值为0.5至4。

优选地，分级装置还包括进料装置，进料装置包括进料口和进风单元，进风单元包括第一进风管道和位于第一进风管道内的分流构件，第一进风管道上设置有与第一进风管道相连通的进料口，分流构件设置在第一进风管道与进料口相连通的通口处，分流构件将由第一进风管道进入的风至少分为流速不同的两股，以使得由进料口进入的颗粒在至少两股流速不同的风的共同作用下流出。

优选地，分流构件具有分别与第一进风管道的内壁相对的第一进风面和第二进风面，其中，第一进风面与第二进风面相交，并且第一进风面和第二进风面分别沿进风方向与邻近的第一进风管道的内壁之间的距离逐渐减小。

优选地，第一进风面延伸至通口的上游，第二进风面延伸至完全通过第一进风管道。

优选地，分流构件还包括连接第一进风面与第二进风面的接料面，接料面至少部分与通口相对。

优选地，所述分流构件为沿所述第一进风管道的长度方向上设置的一个或多个。

与现有技术相比，应用本发明的流场构建方法制成的分级装置具备以下优点：

1)颗粒首先在进料装置内进行充分分散及一次分级，从而减轻了分级轮的分级负担，大大提高了工作效率；

2)由于第一壳体的结构约束，切向进入的气流在第一壳体内形成均匀的旋转分级流场，水平旋转的分级轮进一步强化了该分级流场，这与现有分级装置在分级流场的构建机理上有所不同；

3)第一壳体的侧壁上对称设置两个细粉出料器，从而消除了现有的分级装置由于单侧排气在分级区引起的流场偏移和气体速度梯度，使得分级轮轴向气流分布更均匀合理；

4)第二壳体内设置扰流组件，通过增加气流扰动来打散团聚的细颗粒及粘附在粗颗粒上的细颗粒，从而强化气流对颗粒的“扬析”作用，减少粗粉中的细粉夹带量，进一步提高分级精度。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的分级装置的结构的主视图；

图2是根据本发明的分级装置的结构的右视图；

图3是图2所示的细粉出料器的结构示意图；

图4是根据本发明的进料装置的结构示意图；

图5是图4所示的分流构件的第一实施例的结构的主视图；

图6是图4所示的分流构件的第一实施例的结构的俯视图；

图7是分流构件的第二施例的结构的示意图；

图8是现有技术中卧式分级装置的结构示意图。

附图标记说明

1 分级轮 21 第一进风管道

22 分流构件 23 进料口

221 第一进风面 222 第二进风面

223 接料面 31 第一壳体

32 第二壳体 311 弧形板

312 导流板 322 粗粉出料口

323 第二进风通道 321 第一扰流件

324 第二扰流件 4 细粉出料器

5 第一引导面 6 第二引导面

7 皮带轮 8 轴承

9 转轴

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提出了一种用于颗粒分级的流场构建方法，该方法包括在颗粒分级腔室内分别形成均匀的旋转气流和位于旋转气流下方的曲折上升的扰动气流，从而使进入颗粒分级腔室内的颗粒首先在旋转气流的作用下被分级，随后在扰动气流的作用下再次进入旋转气流中被分级。

优选地，该方法还包括在颗粒分级腔室内靠近旋转气流的附近形成用于冲击颗粒的分散气流，以使得当颗粒进入旋转气流之前预先经分散气流打散。

根据本发明的用于颗粒分级的流场构建方法，通过在颗粒分级腔室内分别形成的均匀的旋转气流和位于旋转气流下方的曲折上升的扰动气流的共同作用下，可对颗粒进行充分的分级。具体地，当颗粒经过均匀的旋转气流处时，由于不同粒径的颗粒所受离心力的不同，颗粒首先在该处被分级，其中符合要求的细颗粒被分离出来并通过后续的收集装置进行收集；而其余部分的颗粒(包括符合要求的细颗粒及粒径较大的粗颗粒)则在重力的作用下进入位于旋转气流下方的扰动气流处，在扰动气流的作用下，团聚在一起的细颗粒及粘附在粗颗粒上的符合要求的细颗粒被进一步打散，打散后的细颗粒随上升的扰动气流再次进入到上方的旋转气流中进行分级。值得注意的是，扰动气流相对于旋转气流曲折上升，可延长颗粒的扰动路径，即延长了对符合要求的细颗粒的“扬析”时间，因此可实现对颗粒更充分地分级。根据本发明，上述方法还包括在颗粒分级腔室内靠近旋转气流的附近形成用于冲击颗粒的分散气流，以使得当颗粒进入旋转气流之前预先经分散气流打散，其中，分散气流至少包括流速不同的两股。

例如，分散气流包括流速不同的两股，第一股形成为用于对颗粒进行冲击分散的射流，另一股形成为用于对第一股气流进行托举的气流，该气流优选与形成的均匀的旋转气流相切，以实现对颗粒更好地分级作用。当然，该分散气流还可包括流速不同的多股，结合图7所示，多股气流的速度自上而下逐渐增加，以利于粉料更充分地被分散的同时进行多次预分级。

基于上述用于颗粒分级的流场构建方法，本发明提出了一种分级装置。图1显示了根据本发明的分级装置的结构示意图。图中实线箭头为气流A的运动方向，虚线箭头为颗粒B的运动方向。该分级装置包括：壳体，位于壳体内的分级轮1，壳体包括彼此连通的第一壳体31和第二壳体32，分级轮1位于第一壳体31内，第二壳体32形成内径逐渐减小的锥台状，锥台状的第二壳体32的大口端与第一壳体31相连，第一壳体31包括与大口端闭合连接的弧形板311，以及由弧形板311与大口端的连接处分别延伸出的导流板312。

根据本发明，通过上述设置，可使由弧形板311与导流板312形成的第一壳体31的腔室内形成更均匀的旋转分离流场，当颗粒B进入第一壳体31时，重量较小的颗粒在弧形板311与导流板312的配合下更好地进入第一壳体31内，重量较大的颗粒会在自身重力的作用下沿导流板312滑入第二壳体32内，通过设定分级轮1的旋转速度可控制壳体内的分级流场的强度，因此可实现对颗粒更精确地分级。

如图1所示的实施方式中，优选地，导流板312为凹面朝向第一壳体31内部的弧形且与弧形板311同心。该弧形与弧形板311的弧度相匹配，用于提高第一壳体32的腔室内形成的旋转分离流场的均匀性，以便更好地对颗粒B进行分级。还优选地，弧形板311与分级轮1为同轴设置，并且如图1所示二者的横截面形状形成同心圆。

在一个优选地实施方式中，导流板312的延伸长度大于所述导流板321的延伸长度。该设置可增加导流板312对颗粒的托举作用，在提高第一壳体1内的流场的均匀性的同时，使得颗粒的分级更充分。

如图1所示，锥台状的第二壳体32的小口端设置有粗粉出料口322，并且靠近小口端的第二壳体32的侧壁上设置有第二进风通道323。第二进风通道323用于对进入第二壳体32的颗粒B进行进一步分级。由第二进风通道323进入的风C将落入第二壳体32内的颗粒再次吹散，其中重量较小的颗粒进入第一壳体31内继续通过分级轮1进行分级，而重量较大的颗粒则通过粗粉出料口322流出。该设置通过第二进风通道323进入的风C可实现对颗粒的进一步分级，从而进一步提供了分级装置的分级精确度。

根据本发明，在如图1所示的实施方式中，第二壳体32内设置有用于打散颗粒的扰流组件。该扰流组件优选包括设置在邻近两个导流板312之间的位置处的第一扰流件321，以及沿周向设置在第二壳体32的内壁并位于第一扰流件321的下游的第二扰流件324，其中，第一扰流件321包括分别与导流板312相对的第一引导面5，第二扰流件324包括第二引导面6，第二引导面6与第一引导面5相互配合使得颗粒在上升或下降的过程中至少能够经第一引导面和/或第二引导面后被打散。通过设置扰流组件，进入第二壳体32内的粗粉夹带的细粉被重新分散并随气流进入第一壳体31内进行再次分级，粗粉则继续下落进入粗粉出料口322，因此进一步提供了分级装置的分级精确度。

进一步优选地，扰流组件可设置为沿第二壳体的长度方向上的多组，该设置用于对上升的颗粒进行充分地打散，以实现更精确地分级。

还优选地，上述扰流组件和分流构件22均可通过焊接的方式固定在相应的内壁上。并且扰流组件和分流构件22在保证自身功能的基础上，其各自的横截面形状可以是三角形和/或弧形和/或多边形。

根据本发明，如图2所示，第一壳体31的侧壁上还对称式设置有与分级轮1同轴的细粉出料器4。结合图5和图6所示，细粉出料器4通过轴承8和转轴9与分级轮1连接，转轴9的一端连接皮带轮7。细粉出料器4的侧壁上设有出气口41以及用于穿过转轴9的通孔61。通过细粉出料器4的对称式设置可消除分级装置由于单侧排气在第一壳体31内引起的流场偏移和气体速度梯度，使得分级轮1的轴向气流分布更合理，从而有利于提高分级精度。

另外，为提高分级装置对粉料的处理量，可通过加长分级轮1的轴向长度来实现，优选地，分级轮1的轴向长度与分级轮1的直径的比值为0.5至4。

根据本发明，结合图1和图4所示，分级装置还包括进料装置，该进料装置包括进料口23和进风单元，进风单元包括第一进风管道21和位于第一进风管道21内的分流构件22，第一进风管道21上设置有与第一进风管道21相连通的进料口23，分流构件22设置在第一进风管道21与进料口23相连通的通口处，分流构件22将由第一进风管道21进入的风至少分为流速不同的两股，以使得由进料口23进入的颗粒在至少两股流速不同的风的共同作用下流出。

结合图1和图4所示，根据本发明，通过在第一进风管道21与进料口23相连通的通口处设置分流构件22，且分流构件22可将由第一进风管道21进入的风A至少分为流速不同的两股a1和a2，当颗粒B由进料口23进入时，颗粒B在风a1和a2的共同作用下被分散和分离，例如，当风a1的流速大于风a2的流速时，风a1可对颗粒B起到一定的托举作用，此时风a2可对颗粒B进行更充分地分散，颗粒B中重量较小的颗粒可随风飘起，而颗粒B中重量较大的颗粒可随自身重力下落，从而使得颗粒B中的颗粒在该进料装置中能够进行进一步分级。值得注意的是，本发明中的分流构件22也可将由第一进风管道21进入的风A分为流速不同的多股，其具体的结构设置可根据实际需要，例如颗粒的种类、施工工况等进行具体地选择。

在如图7所示的实施方式中，上述的导流构件22可设置为多个，从而在第一进风管道21内形成多股速度不同的气流。优选地，该多股气流的速度自上而下逐渐增加，以利于粉料更充分地被分散的同时能够更多地进入第一腔室的分级轮1处进行分级。

结合图1、图5和图6所示，在一个优选地实施方式中，分流构件22具有分别与第一进风管道21的内壁相对的第一进风面221和第二进风面222，其中，第一进风面221与第二进风面222相交，并且第一进风面221和第二进风面222分别沿进风方向与邻近的第一进风管道21的内壁之间的距离逐渐减小。通过设置第一进风面221和第二进风面222分别沿进风方向与邻近的第一进风管道21的内壁之间的距离来控制风a1和a2的流速的大小。优选地，在第一进风管道21的同一横截面，第一进风面221与邻近的第一进风管道21的内壁之间的距离大于第二进风面222与邻近的第一进风管道21的内壁之间的距离，该设置使风a1的流速大于风a2的流速，从而实现对颗粒B更好地分级作用。进一步优选地，第一进风面221与邻近的第一进风管道21的内壁之间的距离为第二进风面222与邻近的第一进风管道21的内壁之间的距离的2至3倍。

还优选地，第一进风面221延伸至通口的上游，第二进风面222延伸至完全通过第一进风管道21。该设置中第二进风面222将风a1与由进料口23进入的颗粒B在通口处进行隔离，可防止颗粒B在风a1的作用下由通口吹出。

在另一个优选地实施方式中，分流构件22还包括连接第一进风面221与第二进风面222的接料面223，接料面233至少部分与通口相对。该接料面223一方面用于承接由进料口23进入的颗粒B，为颗粒B的进入提供引导面，另一方面当颗粒B落到该接料面223上时，颗粒B进一步地被打散，从而有利于风a1和风a2对颗粒B的分级作用。优选地，接料面233与通口完全相对。

在如图1所示的优选地实施方式中，第一进风管道21的轴线方向与水平方向呈30°至75°，进料口23的轴线方向与竖直方向呈-20°至20°。该设置有利于风A和颗粒B能够更顺畅地进入，从而有利于颗粒的分级。

与现有技术相比，本发明的分级装置具备以下优点：

1)颗粒B首先在进料装置内进行充分分散及一次分级从而减轻了分级轮1的分级负担，大大提高了工作效率；

2)由于第一壳体31的结构约束，气体可通过分级轮1在第一壳体31内形成均匀的旋转分级流场，这与现有分级装置在分级流场的构建机理上有所不同；

3)第一壳体31的侧壁上对称设置两个细粉出料器4，从而可以消除现有的分级装置由于单侧排气在分级区引起的流场偏移和气体速度梯度，使得分级轮轴向气流分布更合理；

4)第二壳体32内设置扰流组件，通过增加气流扰动来打散团聚的细粉及粘附在粗颗粒上的细粉，从而强化风C对颗粒的“扬析”作用，减少粗粉中的细粉夹带量，进一步提高分级精度。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.一种用于颗粒分级的流场构建方法，所述方法包括：

在颗粒分级腔室内分别形成均匀的旋转气流和位于所述旋转气流下方的曲折上升的扰动气流，从而使进入颗粒分级腔室内的颗粒首先在所述旋转气流的作用下被分级，随后在所述扰动气流的作用下再次进入所述旋转气流中被分级；

所述方法还包括在所述颗粒分级腔室内靠近所述旋转气流的附近形成用于冲击颗粒的分散气流，以使得当颗粒进入所述旋转气流之前预先经所述分散气流打散，其中，所述分散气流至少包括流速不同的两股。

2.一种分级装置，其特征在于，包括：壳体，位于所述壳体内的分级轮（1），所述壳体包括彼此连通的第一壳体（31）和第二壳体（32），所述分级轮（1）位于所述第一壳体（31）内，所述第二壳体（32）形成内径逐渐减小的锥台状，锥台状的所述第二壳体（32）的大口端与所述第一壳体（31）相连，所述第一壳体（31）包括与所述大口端闭合连接的弧形板（311），以及由所述弧形板（311）与所述大口端的连接处分别延伸出的导流板（312）；

所述分级装置还包括进料装置，所述进料装置包括进料口和进风单元，所述进风单元包括第一进风管道（21）和位于所述第一进风管道（21）内的分流构件（22），所述第一进风管道（21）上设置有与所述第一进风管道（21）相连通的进料口（23），所述分流构件（22）设置在所述第一进风管道（21）与所述进料口（23）相连通的通口处，所述分流构件（22）将由所述第一进风管道（21）进入的风至少分为流速不同的两股，以使得由所述进料口（23）进入的颗粒在至少两股流速不同的风的共同作用下流出；

所述分流构件（22）为沿所述第一进风管道（21）的长度方向上设置的一个或多个。

3.根据权利要求2所述的分级装置，其特征在于，所述导流板（312）为凹面朝向所述第一壳体（31）内部的弧形且与所述弧形板（311）同心。

4.根据权利要求2或3所述的分级装置，其特征在于，锥台状的所述第二壳体（32）的小口端设置有粗粉出料口（322），并且靠近所述小口端的第二壳体（32）的侧壁上设置有第二进风通道（323）。

5.根据权利要求4所述的分级装置，其特征在于，所述第二壳体（32）内设置有用于打散颗粒的扰流组件。

6.根据权利要求5所述的分级装置，其特征在于，所述扰流组件包括设置在邻近两个所述导流板（312）之间的位置处的第一扰流件（321），以及沿周向设置在所述第二壳体（32）的内壁并位于所述第一扰流件（321）的下游的第二扰流件（324），其中，所述第一扰流件（321）包括分别与所述导流板（312）相对的第一引导面（5），所述第二扰流件（324）包括第二引导面（6），所述第二引导面（6）与所述第一引导面（5）相互配合使得所述颗粒在上升或下降的过程中至少能够经所述第一引导面和/或所述第二引导面后被打散。

7.根据权利要求6所述的分级装置，其特征在于，所述扰流组件为沿所述第二壳体的长度方向上设置的多组，且所述扰流组件的横截面形状为三角形和/或弧形和/或多边形。

8.根据权利要求2或3所述的分级装置，其特征在于，所述第一壳体（31）的侧壁上还对称式设置有与分级轮（1）同轴的细粉出料器（4）。

9.根据权利要求2或3所述的分级装置，其特征在于，所述分级轮（1）的轴向长度与所述分级轮（1）的直径的比值为0.5至4。

10.根据权利要求2所述的分级装置，其特征在于，所述分流构件（22）具有分别与所述第一进风管道（21）的内壁相对的第一进风面（221）和第二进风面（222），其中，所述第一进风面（221）与所述第二进风面（222）相交，并且所述第一进风面（221）和所述第二进风面（222）分别沿进风方向与邻近的第一进风管道（21）的内壁之间的距离逐渐减小。

11.根据权利要求10所述的分级装置，其特征在于，所述第一进风面（221）延伸至所述通口的上游，所述第二进风面（222）延伸至完全通过所述第一进风管道（21）。

12.根据权利要求11所述的分级装置，其特征在于，所述分流构件（22）还包括连接所述第一进风面（221）与所述第二进风面（222）的接料面（223），所述接料面（223）至少部分与所述通口相对。