对撞式气流粉碎机构及粉碎机

摘要

本发明提供了一种对撞式气流粉碎机构，包括可绕轴旋转的旋转件，其特征在于：在旋转件上设有至少4个沿周向布置的磨区，磨区的外边缘与旋转件的内壁间形成有通径，在每个磨区内均设有负压叶片、正压叶片及物料导向部。本发明还提供了一种对撞式气流粉碎机，包括电机，其特征在于：在电机的输出轴上同轴安装有上述的粉碎机构，粉碎机构位于壳体内，在壳体上分别开有进料口及出料口，进料口经由进料通道与所述粉碎机构的物料进口相通，出料口经由出料通道与所述粉碎机构的物料出口相通。本发明具有如下优点：能耗低；符合环保要求；适合大工业生产；能生产各种要求的细粉直至超微粉体；不需分节器及引风机。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速、高频、高效的对撞式气流粉碎机构及采用该机构的粉 碎机。本发明采用超高速气流、高频对撞、渐进式工艺完成物料的粉碎。

背景技术

随着科学技术的迅速发展，超微材料和纳米材料的研究应用，具有广阔的应 用前景，对推动工业技术进步有着极其重要的作用。一般将粒度为1～10微米的 粉体称为超细粉体，粒度为0.1～1微米的粉体称为超微粉体，粒度不大于0.1微 米的粉体称为纳米粉体。

超细粉体的生产设备及技术目前主要有：机械冲击式粉碎机、气流粉碎机和 振动研磨机等。这些技术设备的共性是，极限粒度只能达到5微米左右，要达到 超细材料的工业化生产还有一定的技术及工艺难度，普遍存在产量低、能耗高、 环保性能差、粉体纯度较低等问题。

机械冲击式粉碎机和振动介质研磨机是一种较传统的机械粉磨设备，机械种 类比较多。其原理是利用机械能直接驱动介质运动来粉碎物料，粉碎效果也低， 且难达到粉体纯度要求，粉体细度相比气流磨要差。例如：振动介质研磨机有效 粉碎功率约为0.3％，而约为98％的能量转化为热量而逸散。

气流粉碎机是目前世界上比较先进的超细设备，主要有如下几种类型：扁平 式气流粉碎机、循环式气流粉碎机、对喷式气流粉碎机、靶式气流粉碎机、流化 床式气流粉碎机等。据《超细粉碎分级技术》(中国轻工业出版社，2001年出版) 文献报道：气流粉碎机存在如下问题：1、能耗大，生产效率低；2、产量较少， 一般不超过100kg/h，大部分小于50kg/h；3、制备超细粉还比较困难；4、结构 复杂，价格昂贵。

为了解决现有气流粉碎机存在的问题，本领域技术人员尝试着提出了不少解 决方案。

公告为CN204724286的中国实用新型专利，公开了一种固体物料研磨机， 包括由上至下依次设置的研磨室、工作仓和分级器，所述研磨室中部设有研磨体， 与研磨体对应的研磨室侧壁上设衬板；研磨体中为中空结构，上部接料口与工作 仓下料口连接，周向设有多个物料甩出口及锤击板；研磨室和工作仓通过多个导 管连接，工作仓设有环形进风口；分级器依次连接螺旋收料器和布袋除尘器，螺 旋收料器和布袋除尘器的出料口分别连接成品出料器；工作仓的进料口另外通过 物料输送装置连接原料仓。

上述固体物料研磨机虽然对现有气流粉碎机的研磨体稍加改进，但与现有的 气流粉碎机差别不大，依然存在：1、能耗大，生产效率低；2、产量较少；3、 结构复杂，价格昂贵的问题。

申请人也提出过两项发明专利申请。一项公开号为CN103752388的发明专 利申请，公开了一种环保节能型涡流粉碎机，包括由外筒体所围成的磨腔和布置 在磨腔内的转动体以及驱动转动体转动的电机，还包括周向均布在转动体轴向两 侧的若干内磨块、外磨块和设置在内磨块、外磨块之间的内筒体，内、外磨块沿 旋转方向的一面为正压面，另一面为负压面，其中，从旋转方向看，内、外磨块 的负压面上设置有一负压板，负压板相对内、外磨块的负压面的那一面与磨块的 负压面之间具有一定间隔，外筒体前端和后端分别设置有前密度盖板和后密度盖 板，前密度盖板和后密度盖板上设置有与所述磨腔连通的出料口，磨腔内设置有 进料口。另一项公开号为CN103752387的发明专利申请则公开了一种环保节能 型涡流粉碎机的磨粉结构。

对于公开号为CN103752388及公开号为CN103752387的专利而言，在转 子轴旋转过程中，由于其筒体内壁上的齿形结构，会产生涡流，从而产生热量， 使得整个粉碎机能耗增大。同时，受制于磨块的结构，其筒体内磨块的数量少， 因此，对研磨效率的提升也不显著。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速、高频、高效的对撞式气流粉碎机构及采用该 机构的粉碎机。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种对撞式气流粉碎机 构，包括外壳，在外壳内设有可绕轴旋转的旋转件，外壳上设有物料进口及物料 出口，其特征在于：在旋转件内设有至少4个沿周向布置的磨区，每个磨区的外 边缘与外壳的内壁间形成有通道，每个通道两端形成有通径，携带有物料的气流， 定义为二相流，经由通径喷射入相应磨区的负压区，在每个磨区内均设有负压叶 片、正压叶片及二相流导向部，正压叶片受力面截面积是通径截面积的N倍， N＞1，相邻负压叶片间以及负压叶片与磨区的壁之间形成有负压区，相邻正压叶 片间以及正压叶片与磨区的壁之间形成有正压区，在任一负压区的左右两边是正 压区，在任一正压区的左右两边是负压区，其中，将旋转件的轴向定义为前后， 将垂直于前后的水平方向定义为左右；

在旋转件旋转过程中，负压叶片旋转使得负压区产生负压，与此同时，正压 叶片旋转使得正压区产生正压，从而产生气流；气流携带物料形成二相流至少从 左右方向流出当前磨区的正压区；向右流出当前磨区的正压区的二相流经由通道 及通径喷射入位于该正压区右侧且与其相邻的负压区内，该负压区位于当前磨区 内；向左流出当前磨区的正压区的二相流经由通道及通径喷射入位于该正压区左 侧且与其相邻的负压区内，该负压区位于与当前磨区左侧相邻的下一个磨区内； 进入负压区的二相流被二相流导向部导向至同一磨区的正压区内，从而形成循 环；

对于同一负压区而言，两股二相流分别经由左、右两侧的通径喷射入该负压 区，自通径喷射出的二相流速度是正压叶片产生气流总和后的速度的N倍，两 股二相流分别自左、右两侧的通径喷射出后在该负压区的入口处形成对冲，从而 使得两股二相流中的物料碰撞粉碎。

优选地，在所述负压区内还设有二相流分流导向部，同一所述负压区的二相 流被二相流分流导向部分流导向至同一所述磨区的多个所述正压区。

优选地，在每个所述磨区设有前后布置的多组叶片组，每组叶片组包括沿周 向左右布置的所述负压叶片及所述正压叶片，还包括前后布置的两组用于实现分 节和/或出料的分节引风叶片组，所有叶片组位于两组分节引风叶片组之间。

优选地，所述分节引风叶片组包括多片分节引风叶片，分节引风或为临界叶 片、或为用于产生负压的负压叶片、或为用于产出正压气流的正压叶片。

本发明的另一个技术方案是提供了一种对撞式气流粉碎机，包括电机，其特 征在于：在电机的输出轴上同轴安装有上述的粉碎机构，粉碎机构位于壳体内， 在壳体上分别开有进料口及出料口，进料口经由进料通道与所述粉碎机构的物料 进口相通，出料口经由出料通道与所述粉碎机构的物料出口相通。

本发明的另一个技术方案是提供了一种对撞式气流粉碎机，包括电机，其特 征在于：在电机的输出轴上安装有内外两层上述的粉碎机构，分别为外圈粉碎机 构及内圈粉碎机构，内圈粉碎机构的物料出口与外圈粉碎机构的物料进口相通， 内圈粉碎机构的物料进口经由所述进料通道与所述进料口相通，外圈粉碎机构的 物料出口经由所述出料通道与所述出料口相通。

优选地，在所述壳体上开有进气孔，外部气流经由进气孔被导入所述外圈粉 碎机构内；所述内圈粉碎机构的外部气流则由所述进料口进入。

优选地，在所述壳体上开有回料口及回料进口，回料口一方面与所述粉碎机 构的通径相通，回料口另一方面经由封闭管路与封闭的回料进口相通，回料进口 与所述内圈粉碎机构的物料进口相通。

本发明具有如下优点：

1、能耗低，比挤压式的粉碎机能耗低50％，比一般气流粉碎机能耗低50％～ 70％。

2、符合环保要求，容器为负压，无泄漏，转速低，噪音小。

3、适合大工业生产，产量高。

4、制粉工艺采用的高速气流，高频对撞，渐进式的粉碎技术，能生产各种 要求的细粉直至超微粉体。

5、集粉碎、分节、引风、出料于一体，不需分节器及引风机。

附图说明

图1为本发明提供的对撞式气流粉碎机的结构示意图；

图2为本发明中的对撞式气流粉碎机构的局部示意图；

图3为本发明中单个旋转件的示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图1所示，本发明公开了一种对撞式气流粉碎机，其包括电机9，在电机 9的输出轴上固定有内圈粉碎机构17及套在内圈粉碎机构17外的外圈粉碎机构 18。内圈粉碎机构17与外圈粉碎机构18均位于壳体10内。

内圈粉碎机构17与外圈粉碎机构18的结构相类似。在本实施例中，将内圈 粉碎机构17与外圈粉碎机构18的轴向方向设定为前后方向，将垂直于前后方向 的水平方向设定为左右方向。结合图2，本实施例中的粉碎机构包括外壳1，外 壳1的位置固定，外壳1的外圈为耐磨圈。外壳1上设有物料进口及物料出口。 在外壳1内设有可绕轴旋转的旋转件8，在本实施例中，采用多个前后布置的旋 转件8(对于图1中的内圈粉碎机构17而言，图1示意性地画出了9个旋转件8)。 旋转件8固定在叶轮21上。结合图3，在旋转件8上设有多个沿周向布置的磨 区2-1、2-2、2-3。每个磨区2-1、2-2、2-3的外边缘与外壳1的内壁间形成有通 道23，每个通道23两端形成有通径3，携带有物料的气流，定义为二相流，经 由通径3喷射入相应磨区2-1、2-2、2-3的负压区6。在每个磨区2-1、2-2、2-3 内，沿周向左右布置有由多片负压叶片4-1、4-2、4-3、4-4及多片正压叶片5-1、 5-2、5-3、5-4、5-5、5-6、5-7。结合图1，负压叶片及正压叶片的前后两侧均固 定有筋板20。外圈粉碎机构18的筋板20通过键及螺钉固定在电机9输出轴上 的叶轮21上；内圈粉碎机构17的筋板20通过螺钉、螺母与固定在电机9输出 轴上的叶轮21连接固定。因注意的是，本实施例仅为一个示意，本领域技术人 员可根据需要调整叶片组的数量以及调整叶片组内负压叶片及正压叶片的数量。 正压叶片5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6、5-7的受力面截面积是通径3截面积的 数倍至数十倍。相邻负压叶片4-1、4-2、4-3、4-4间以及负压叶片4-1、4-2、4-3、 4-4与磨区2-1、2-2、2-3的壁之间形成有负压区6。相邻正压叶片5-1、5-2、5-3、 5-4、5-5、5-6、5-7间以及正压叶片5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6、5-7与磨区 2-1、2-2、2-3的壁之间形成有正压区7。在磨区2-1中，发明人用虚线示意性地 将负压区6与正压区7加以划分，正压叶片5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6、5-7 所在的虚线一侧为正压区7，负压叶片4-1、4-2、4-3、4-4所在的虚线一侧为负 压区6。

正压叶片5-1、5-2、5-5、5-6、5-7的端部形成有弧形，该弧形的作用在于 将二相流由负压区6导向至正压区7。正压叶片5-3、5-4的端部弧形与负压叶片 4-2、4-3的端部弧形相接，也同样起到了二相流导向的作用。同时，负压叶片 4-2、4-3、4-4还起到了二相流分流的作用，其将位于负压区的二相流分散后， 使其更为均匀地流向相应的正压区，提高研磨效率。

图2中的箭头示意出了在旋转件8旋转过程中，二相流的行进方向。在旋转 件8旋转过程中，负压叶片4-1、4-2、4-3、4-4旋转使得负压区6产生负压。与 此同时，正压叶片5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6、5-7旋转使得正压区7产生正 压，从而产生气流。此时，携带有物料的气流变形成了气固两相流，即二相流。 二相流分前、后、左、右四个方向流出。流向后方的二相流被设置于粉碎机内的 气封封住，所以流量为零。向前流出的二相流，经轴向从外圈粉碎机构18的物 料出口流出。由于从物料出口流出的二相流是沿前、后方向流出二相流的总和， 对这一截面流出的二相流量很小，在这里可以忽略不计，所以二相流主要从左、 右两个方向流出。

二相流到达正压区7与外壳1的耐磨圈之间的通道23后便从左、右两个方 向呈180°行进。对于图2中的磨区2-1而言，二相流出磨区2-1的正压区7后， 经由通到23分别形成A₁流与A₂流。A₁流往磨区2-1的负压区6流动，A₂流 往磨区2-3的负压区6流动。由于正压叶片5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6、5-7 的受力面截面积是通径3截面积的数倍至数十倍，因此，出通径3后的A₁流与 A₂流的速度是正压叶片5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6、5-7产生的正压气流的速 度的数倍至数十倍，可达音速甚至更高。对于磨区2-1而言，在其负压区6的入 口处，来自磨区2-1的A₁流与来自磨区2-2的A₂流形成对冲，物料相互激烈碰 撞，碰撞粉碎后的A₁流重新流回磨区2-1的负压区6，A₂流流入下一个磨区2-3， 形成循环。由于A₁流与A₂流的对冲处为正压区与负压区的交接处，而此使交接 处处于近似真空状态，使得A₁流与A₂流撞击时的速度大大提高，效果非常明显。 同时，在交接处，物料的碰撞过程中，由于速度、密度及负压的因素，物料质量 的均匀度将会达到动态平衡。假设旋转件8的旋转速度为3000转/分钟，并且有 6个磨区，则在一分钟内整个粉碎机构内的物料至少发生3000×6＝18000次碰撞， 效率非常可观。

对于如图1所示的粉碎机而言，在其壳体10上开有进料口11及出料口12， 进料口11采用开放式结构。内圈粉碎机构的物料出口与外圈粉碎机构的物料进 口相通，内圈粉碎机构的物料进口经由进料通道13与进料口11相通，外圈粉碎 机构的物料出口经由出料通道14与出料口12相通。

在壳体10上还开有回料口16及回料进口。回料口16一方面与外圈粉碎机 构的通道23相通；另一方面通过封闭管路与回料进口相连，使得回料进口形成 封闭式结构。回料进口再与进料通道13相连通，从而与内圈粉碎机构的物料进 口相通。

在壳体10上还开有进气孔15，进气孔15与外圈粉碎机构18相通。外圈粉 碎机构18通过进气孔15引入外部气流，内圈粉碎机构17则通过进料通道13引 入外部气流。

在外圈粉碎机构18的末端出口设有一组分节引风叶片组19。分节引风叶片 组19由多片分节引风叶片组成，其作用在于分节、出料。分节引风叶片可以根 据需要设定为临界叶片、用于产生负压的负压叶片或用于产出正压气流的正压叶 片。以下分别针对分节引风叶片的三种一一讨论。

当分节引风叶片设定为临界叶片时，其既不产生负压，也不产生正压气流， 用于对出磨区正压区后的前后方向的气流中携带的物料产生离心力。若物料的粒 度大，则在离心力作用下，物料被送入回料口16，再经由封闭管路、回料进口、 进料通道13及内圈粉碎机构的物料进口后，进入内圈粉碎机构17及外圈粉碎机 构18被重新粉碎至更小粒度。若物料的粒度小，则物料通过分节引风叶片组19、 外圈粉碎机构的物料出口、出料通道14及出料口12后出料，从而实现分节。

当分节引风叶片设定为负压叶片时，分节引风叶片产生负压，出磨区正压区 后的前后方向的气流中携带的物料被分节引风叶片产生的负压区吸引，从而通过 分节引风叶片组19、外圈粉碎机构的物料出口、出料通道14及出料口12后出 料。此种情况时，由于离心力的作用，分节效果仍然存在，但出料的物料粒度比 前一种设置要大，调节离心力的大小，以决定颗粒度。此时的出粒也随之放大。

当分节引风叶片设定为正压叶片时，分节引风叶片产生正压气流，出磨区正 压区后的前后方向的气流中携带的物料无法通过分节引风叶片，其经由回料口 16、封闭管路、回料进口、进料通道13及内圈粉碎机构的物料进口后，进入内 圈粉碎机构17及外圈粉碎机构18被重新粉碎至更小粒度。需要出料时，在出料 口12通过外加的出料装置产生负压，借助外力将物料经由分节引风叶片组19、 外圈粉碎机构的物料出口及出料通道14通过出料口12吸出。此种情况时，由于 离心力及正压的双重作用，出料的物料粒度将更细，此时的粒度大小决定于正压 的大小及出料装置负压的大小。