CN110919813B - 一种螺旋-半球分支组合式智能氮化硅干法制粒一体化装置 - Google Patents

一种螺旋-半球分支组合式智能氮化硅干法制粒一体化装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种螺旋‑半球分支组合式智能氮化硅干法制粒一体化装置，包括支承***、搅拌制粒***、进料***、雾化***、智能控制***，通过采用螺旋‑圆环组合制粒结构、半球形分支组合制粒结构的双制粒结构，扩大了粉体的运动路径，避免了粉体运动路径单一的缺陷，从而显著提高了制粒效果。

Description

一种螺旋-半球分支组合式智能氮化硅干法制粒一体化装置
技术领域
本发明涉及粉体制粒技术领域，尤其涉及一种氮化硅粉体制粒装置。
背景技术
氮化硅陶瓷由于其耐腐蚀、耐高温、耐冲击性较好等优良性能，广泛应用于航空航天及军工领域。氮化硅制粒装置是将超细氮化硅粉体通过制粒技术，将氮化硅粉体制备成有一定颗粒级配的氮化硅颗粒，令其在成型时，能够制备性能更佳的坯体，从而满足氮化硅制品的生产要求，使其拥有更加的机械性能。
现有的氮化硅陶瓷制粒装置主要分为湿法制粒装置和干法制粒装置。湿法制粒装置中，制粒流程主要分为料浆研磨、料浆雾化、雾料干燥成球、颗粒雾料卸出。整个制备工艺流程复杂，机器设备规模大，尤其在料浆进入喷雾干燥塔后，料浆在里面受高温作用使水分蒸发而干燥成球的过程中，由于内部设备众多、机构复杂，致使热量传递效率较低，热效率在30～40%左右。而干法制备装置，其将制备流程简化，主要有进料、混料、制粒、出料等工艺，整个工艺流程在制粒室内完成，主要依靠制粒结构高速运转，对粉体反复作用，使其在制粒室内不断上下翻转、碰撞，最后完成制粒过程。相对于湿法制备工艺，干法制备技术提高了生产效率，能耗较低，且占地面积小，可实现小规模制备，因此干法制粒装置相对于湿法制粒装置有着较大的优势。
目前采用的氮化硅陶瓷干法制粒装置中，制粒结构的几何参数和空间参数是影响制粒设备制粒效果的重要因素，现有的氮化硅陶瓷干法制粒装置中主要是振动搅拌式制粒装置和强逆流混合式制备装置，采用的多是单一的立式搅拌制粒结构，制粒空间结构单一，该制粒结构在制粒过程中，粉体的三维运动路径单一，主要带动氮化硅粉体做径向运动，而粉体的轴向运动较小，导致制粒装置制粒效果不佳。此外，现有的氮化硅陶瓷干法制粒装置，驱动电机多为固定转速，装置的制粒效果单一，不能应制备要求的改变而改变。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种螺旋-半球分支组合式智能氮化硅干法制粒一体化装置，采用多结构组合式制粒结构，以扩大粉体的运动路径，增强制粒效果。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种螺旋-半球分支组合式智能氮化硅干法制粒一体化装置，包括支承***、搅拌制粒***、进料***、雾化***、智能控制***；
所述支承***包括制粒室固定架、进料仓固定架；
所述搅拌制粒***包括制粒室、回转结构、皮带、制粒室驱动电机、搅拌制粒机构；所述制粒室为卧式圆筒形，其两端通过回转结构设置在制粒室固定架上；所述制粒室驱动电机通过皮带连接在制粒室的中部而驱动制粒室转动；所述搅拌制粒机构包括第一传动轴、第一螺旋-圆环组合制粒结构、第一半球-螺旋分支组合制粒结构、以及第二传动轴、第二螺旋-圆环组合制粒结构、第二半球-螺旋分支组合制粒结构；所述第一传动轴、第二传动轴呈水平设置，所述第一螺旋-圆环组合制粒结构和第一半球-螺旋分支组合制粒结构、第二螺旋-圆环组合制粒结构和第二半球-螺旋分支组合制粒结构分别设置在第一传动轴、第二传动轴的内端，且对称位于制粒室内，所述第一半球-螺旋分支组合制粒结构的半球形支架边沿、以及第二半球-螺旋分支组合制粒结构的半球形支架边沿套设在环形套筒内；所述第一传动轴、第二传动轴的外端均分别穿设于回转结构上，其端头分别由第一驱动电机、第二驱动电机联接驱动；
所述进料***包括进料口、出料口、进料输送管，储料仓；所述进料口、出料口以斜对称方式分别设置在制粒室的两个侧面上；所述储料仓通过进料仓固定架设置在制粒室的上方，所述储料仓的出口经进料输送管连接到进料口；
所述雾化***包括至少二个雾化液储存室、以及与之相连的超声波雾化喷嘴，所述雾化液储存室设置在制粒室的侧面，所述超声波雾化喷嘴位于制粒室内以斜对称方式对应于搅拌制粒机构；
所述智能控制***包括可视化控制面板、单片机；所述可视化控制面板设置在制粒室固定架上，所述单片机连接驱动控制第一驱动电机、第二驱动电机 、制粒室驱动电机、超声波雾化喷嘴。
进一步地，本发明所述第一螺旋-圆环组合制粒结构和第二螺旋-圆环组合制粒结构，均由呈对称设置的双螺旋面、以及位于螺距上的相互垂直的双圆环构成。
进一步地，本发明所述第一半球-螺旋分支组合制粒结构、第二半球-螺旋分支组合制粒结构，其半球形支架上均设有以径向均布的螺旋分支，所述螺旋分支由螺旋面以及均布在螺旋面边沿的圆柱棒构成。
进一步地，本发明所述进料***还包括高度调节器、螺旋进料装置、螺旋进料装置驱动电机；所述高度调节器连接调节进料输送管的位置；所述螺旋进料装置设置在储料仓的出口与进料输送管的进口之间，并由螺旋进料装置驱动电机驱动控制；所述单片机连接驱动螺旋进料装置驱动电机。
进一步地，本发明所述制粒室的两端为弧形，以避免制粒室底部角落粉体的堆积。
本发明具有以下有益效果：
(1) 现有技术的氮化硅陶瓷干法制粒装置，制粒结构多为单一的、立式的立柱搅拌结构，粉体三维运动路径单一，主要做径向运动，轴向运动较小，制粒效果不佳。本申请采用多结构组合式制粒结构，在相互配合、反复作用下，氮化硅粉体不断地做水平移动、回转上升、上下翻转等无规律的运动，实现无死角立体制粒过程，避免了粉体运动路径单一的缺陷；因其空间结构复杂性与独特性，氮化硅粉体在制粒室内在径向运动不减的条件下，增强了粉体的轴向运动，从而提高了制粒效果。
(2) 本发明采用双制粒结构的搅拌制粒机构，分别为螺旋-圆环组合制粒结构、半球形分支组合制粒结构，两种制粒结构在制粒室内对称分布，在制粒室内形成一排制粒屏障，在制粒过程中，对粉体不断的作用，使粉体在制粒室内做无规律的运动，避免了粉体运动路径单一的缺陷，增强制粒效果。并且，两个半球形分支组合制粒结构组合成一球形制粒结构，在空间上形成了全角度立体造粒效果。
(3) 本发明采用卧式结构，采用圆柱形制粒室，通过电机将动能传递给皮带，由皮带带动制粒室旋转，粉体由制粒室的带动完成上下运动，在下落时，搅拌制粒机构对粉体作用，使其在制粒室内做无规律运动。
(4) 本发明通过智能控制***，针对不同的制粒需求，调节相应电机的转速可达到不同的制粒效果，极大地提高了适用性，能够更好地满足不同的应用需求。
附图说明
下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述。
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是图1所示实施例中螺旋-圆环组合制粒结构的示意图（a：主视图；b：俯视图）；
图3图1所示实施例中半球-螺旋分支组合制粒结构的半球形支架结构示意图（a：主视图；b：A-A剖视图）；
图4是图1所示实施例中半球-螺旋分支组合制粒结构的螺旋分支结构示意图（a：主视图；b：俯视图）；
图5是图1所示实施例中进料***的螺旋进料装置的结构示意图；
图6是图1所示实施例中智能控制***的原理框图。
图中：第一驱动电机固定架1，第一驱动电机2，第一联轴器3，第一开式圆锥齿轮4，制粒室固定架5，第一传动轴6，回转结构7，制粒室8，第一螺旋-圆环组合制粒结构9，双螺旋面9/22a，双圆环9/22b，进料仓固定架10，进料口11，第一半球-螺旋分支组合制粒结构12，高度调节器13，进料输送管14，螺旋进料装置驱动电机15，储料仓16，螺旋进料装置17，环形套筒18，雾化液储存室19，第二半球-螺旋分支组合制粒结构20，半球形支架12/20a，螺旋面12/20b，圆柱棒12/20c，超声波雾化喷嘴21，第二螺旋-圆环组合制粒结构22，皮带23，第二传动轴24，第二开式圆锥齿轮25，出料口26，制粒室驱动电机27，第二联轴器28，第二驱动电机29，第二驱动电机固定架30，可视化控制面板31
具体实施方式
图1～图6所示为本发明一种螺旋-球形分支组合式智能氮化硅干法制粒一体化装置，包括支承***、搅拌制粒***、进料***、雾化***、智能控制***；
支承***包括第一驱动电机固定架1、第二驱动电机固定架30、制粒室固定架5、进料仓固定架10；
如图1所示，搅拌制粒***包括制粒室8、回转结构7、皮带23、制粒室驱动电机27、搅拌制粒机构。制粒室8为卧式圆筒形，其两端为弧形且通过回转结构7设置在制粒室固定架5上；制粒室驱动电机27通过皮带23连接在制粒室8的中部而驱动制粒室8转动。
如图1所示，搅拌制粒机构包括第一传动轴6、第一螺旋-圆环组合制粒结构9、第一半球-螺旋分支组合制粒结构12、以及第二传动轴24、第二螺旋-圆环组合制粒结构22、第二半球-螺旋分支组合制粒结构20。第一传动轴6、第二传动轴24呈水平设置。第一螺旋-圆环组合制粒结构9和第一半球-螺旋分支组合制粒结构12、第二螺旋-圆环组合制粒结构22和第二半球-螺旋分支组合制粒结构20分别设置在第一传动轴6、第二传动轴24的内端，且对称位于制粒室8内。第一半球-螺旋分支组合制粒结构12的半球形支架边沿、以及第二半球-螺旋分支组合制粒结构20的半球形支架边沿套设在环形套筒18内。第一传动轴6、第二传动轴24的外端均分别穿设于回转结构7上，其端头分别由第一驱动电机2、第二驱动电机29，分别通过第一联轴器3和第一开式圆锥齿轮4、第二联轴器28和第二开式圆锥齿轮25连接驱动。第一驱动电机2、第二驱动电机29分别由第一驱动电机固定架1、第二驱动电机固定架30支承。
如图2所示，第一螺旋-圆环组合制粒结构9和第二螺旋-圆环组合制粒结构22，均由呈对称设置的双螺旋面9/22a、以及位于螺距上的相互垂直的双圆环9/22b构成。
如图1所示，第一半球-螺旋分支组合制粒结构12、第二半球-螺旋分支组合制粒结构20，其半球形支架12/20a（见图3）上均设有以径向均布的螺旋分支。如图4所示，螺旋分支由螺旋面12/20b以及均布在螺旋面12/20b边沿的圆柱棒12/20c构成。
如图1所示，进料***包括进料口11、出料口26、进料输送管14，储料仓16、高度调节装置13、螺旋进料装置17、螺旋进料装置驱动电机15。进料口11、出料口26以斜对称方式分别设置在制粒室8的两个侧面上。储料仓16通过进料仓固定架10设置在制粒室8的上方。储料仓16的出口经进料输送管14连接到进料口11；如图5所示，螺旋进料装置17设置在储料仓16的出口与进料输送管14的进口之间，并由螺旋进料装置驱动电机15驱动控制。高度调节器13连接调节进料输送管14的位置。
如图1所示，雾化***包括至少二个雾化液储存室19、以及与之相连的超声波雾化喷嘴21。雾化液储存室19设置在制粒室8的侧面，超声波雾化喷嘴21位于制粒室8内以斜对称方式对应于搅拌制粒机构。
如图6所示，智能控制***包括可视化控制面板31、单片机、转速传感器、第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、第四驱动器、计时器。可视化控制面板31设置在制粒室固定架5上（见图1）。转速传感器用于采集各电机转速数据，并将数据传送给单片机，单片机根据传感器提供的数据，对各电机进行控制。第一驱动器用于接收单片机控制指令，控制第一驱动电机2转动；第二驱动器接收单片机指令，控制第二驱动电机29转动；第三驱动器接收单片机传递的指令，用于控制进料仓螺旋进料装置驱动电机15的转动状态；第四驱动器接收单片机指令，用于调控制粒室驱动电机27的转速；计时器用于存储装置运转时间，当设备开始运转后，计时器启动，开始计时，当计时器为120s时，给单片机信号，控制超声波雾化喷嘴开始工作，将雾化液均匀的喷洒至制粒内，持续时间为30s，当计时器时间为150s，关闭超声波雾化喷嘴。
本实施例工作流程如下：
将氮化硅粉体投放到储料仓16内，螺旋进料装置驱动电机15带动螺旋进料装置17运转，将氮化硅粉体送入进料输送管14中，通过高度调节器13将进料输送管14与制粒室进料口11对齐，将氮化硅粉体输送进制粒室8内。
启动第一驱动电机2、第二驱动电机29、制粒室驱动电机27，对氮化硅粉体进行混料；其中，第一螺旋-圆环组合制粒结构9和第一半球-螺旋分支组合制粒结构12高速顺时针转动，第二螺旋-圆环组合制粒结构22和第二半球-螺旋分支组合制粒结构20高速逆时针转动，使粉体在制粒室8内运动无规律性、多向性。制粒室8低速逆时针转动，以带动氮化硅粉体运转后粉体做抛物线运动，抛落的粉体掉落至搅拌制粒机构上。混料2min后，开启超声波雾化喷嘴21将雾化液雾化，均匀的喷洒至制粒室8内，参与制粒过程。雾化液与正在高速运动的氮化硅粉体混合接触，粉体在搅拌制粒机构的反复作用下，在制粒室8内水平移动、回转上升、上下翻转，最后完成制粒过程，制粒结束后，将制备好的氮化硅颗粒从出料口排出。在制粒过程中，智能控制***根据传感器搜集的数据，针对不同的制粒需求，做出相应的反应，调节相应电机的转速可达到不同的制粒效果。

Claims (5)

1.一种螺旋-半球分支组合式智能氮化硅干法制粒一体化装置，其特征在于：包括支承***、搅拌制粒***、进料***、雾化***、智能控制***；
所述支承***包括制粒室固定架(5)、进料仓固定架(10)；
所述搅拌制粒***包括制粒室(8)、回转结构(7)、皮带(23)、制粒室驱动电机(27)、搅拌制粒机构；所述制粒室(8)为卧式圆筒形，其两端通过回转结构(7)设置在制粒室固定架(5)上；所述制粒室驱动电机(27)通过皮带(23)连接在制粒室(8)的中部而驱动制粒室(8)转动；所述搅拌制粒机构包括第一传动轴(6)、第一螺旋-圆环组合制粒结构(9)、第一半球-螺旋分支组合制粒结构(12)、以及第二传动轴(24)、第二螺旋-圆环组合制粒结构(22)、第二半球-螺旋分支组合制粒结构(20)；所述第一传动轴(6)、第二传动轴(24)呈水平设置，所述第一螺旋-圆环组合制粒结构(9)和第一半球-螺旋分支组合制粒结构(12)、第二螺旋-圆环组合制粒结构(22)和第二半球-螺旋分支组合制粒结构(20)分别设置在第一传动轴(6)、第二传动轴(24)的内端，且对称位于制粒室(8)内，所述第一半球-螺旋分支组合制粒结构(12)的半球形支架边沿、以及第二半球-螺旋分支组合制粒结构(20)的半球形支架边沿套设在环形套筒(18)内；所述第一传动轴(6)、第二传动轴(24)的外端均分别穿设于回转结构(7)上，其端头分别由第一驱动电机(2)、第二驱动电机(29)联接驱动；
所述进料***包括进料口(11)、出料口(26)、进料输送管(14)，储料仓(16)；所述进料口(11)、出料口(26)以斜对称方式分别设置在制粒室(8)的两个侧面上；所述储料仓(16)通过进料仓固定架(10)设置在制粒室(8)的上方，所述储料仓(16)的出口经进料输送管(14)连接到进料口(11)；
所述雾化***包括至少二个雾化液储存室(19)、以及与之相连的超声波雾化喷嘴(21)，所述雾化液储存室(19)设置在制粒室(8)的侧面，所述超声波雾化喷嘴(21)位于制粒室(8)内以斜对称方式对应于搅拌制粒机构；
所述智能控制***包括可视化控制面板(31)、单片机；所述可视化控制面板(31)设置在制粒室固定架(5)上，所述单片机连接驱动控制第一驱动电机(2)、第二驱动电机(29)、制粒室驱动电机(27)、超声波雾化喷嘴(21)。
2.根据权利要求1所述的螺旋-半球分支组合式智能氮化硅干法制粒一体化装置，其特征在于：所述第一螺旋-圆环组合制粒结构(9)和第二螺旋-圆环组合制粒结构(22)，均由呈对称设置的双螺旋面(9/22a)、以及位于螺距上的相互垂直的双圆环(9/22b)构成。
3.根据权利要求1所述的螺旋-半球分支组合式智能氮化硅干法制粒一体化装置，其特征在于：所述第一半球-螺旋分支组合制粒结构(12)、第二半球-螺旋分支组合制粒结构(20)，其半球形支架(12/20a)上均设有以径向均布的螺旋分支，所述螺旋分支由螺旋面(12/20b)以及均布在螺旋面(12/20b)边沿的圆柱棒(12/20c)构成。
4.根据权利要求1所述的螺旋-半球分支组合式智能氮化硅干法制粒一体化装置，其特征在于：所述进料***还包括高度调节器(13)、螺旋进料装置(17)、螺旋进料装置驱动电机(15)；所述高度调节器(13)连接调节进料输送管(14)的位置；所述螺旋进料装置(17)设置在储料仓(16)的出口与进料输送管(14)的进口之间，并由螺旋进料装置驱动电机(15)驱动控制；所述单片机连接驱动螺旋进料装置驱动电机(15)。
5.根据权利要求1所述的螺旋-半球分支组合式智能氮化硅干法制粒一体化装置，其特征在于：所述制粒室(8)的两端为弧形。
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