一種將固體粉末送入高速氣流的裝置的製作方法

2023-05-28 19:09:17

本專利涉及一種裝置，具體涉及一種將固體粉末送入高速氣流的裝置。

背景技術：

低熱固相反應合成技術是近年來快速發展的材料製備新技術，其本質特徵在於室溫或低溫下的能量傳遞，即通過機械研磨等方式，向粉末反應劑體系中引入機械能，並使之轉變為反應體系的化學能，從而實現室溫下的固相合成。從材料製備技術的角度看，實現低熱固相合成反應的必要條件是向體系引入機械能以誘發反應。研究發現：利用高速氣流加速技術同樣能向反應體系饋入機械能，且可饋入的機械能能量密度有可能提高一個量級(從傳統裝備的小於等於3W/g～10W/g提高到100W/g以上)。該方法的基本原理為：由超聲速噴管產生高速氣流(氣流馬赫數1.5～4.5，可根據需要採用不同馬赫數的噴管)，參與反應的物料被送入氣流加速流道，經過氣流加速後與對撞靶發生碰撞。

然而要實現氣體加速物料，需要考慮的一個問題是如何進氣與進料。因為進氣與進料方式將極大影響物料輸送效率、氣流加速效果以及合成反應的產能。目前，現有的進氣、進料方式為軸向進氣側向進料(如圖1所示)，參與反應的物料2』經側向物料入口5』送入氣流加速流道3』，超聲速噴管1』產生高速氣流攜帶物料2』加速後與對撞靶4』發生碰撞。這種方式採用標準的收縮擴張噴管獲得超聲速氣流，並在噴管出口管壁上開饋料口進行加料，其出發點是利用噴管出口處比較低的靜壓，實現顆粒加入。但在實際應用中，當超聲速噴管1』的入口氣流壓力較高時，物料入口5』壓力會超過大氣壓，導致物料無法進入氣流加速通道3』。但是，如果降低超聲速噴管入口氣流壓力，則噴管下遊的高速氣流難以維持。此外，從外側壁加料，由於邊界層內氣流速度較低，核心流速度較高，且顆粒進入時有一定的徑向速度，使得顆粒軌跡很難估計，物料受重力作用往往跟隨氣流運動在流道壁面的邊界層內較為集中，因此碰撞效率較低，難以實現引入機械能以誘發反應的目的。

技術實現要素：

針對上述進氣進料方式存在的問題，本發明提出了一種將固體粉末送入高速氣流的裝置，以解決粉狀物中心進料與進氣的矛盾。

本發明的基本思路是反應物料經加料倉、進料管送入氣流加速通道，氣流從側向進氣接頭進入超聲速噴管，經噴管加速後攜帶物料高速撞擊對撞靶。雖然物料在進料管出口處受低壓作用能夠被吸入氣流加速通道，但為使進料更為通暢，本發明設計了進料結構，外接一路氣源將經由加料倉落下的物料推入進料管。

一種將固體粉末送入高速氣流的裝置，採用載氣將固體粉末送入高速氣流中，沿氣流方向依次設置進料管、氣流穩定外罩和高速氣流加速管，該進料管為三段式結構，前段為進料細長管，中段為法蘭盤結構，後段為輸送管；進料管的進料細長管插入並貫穿氣流穩定外罩內腔，由超聲速噴管分別將進料管進料細長管出口、氣流穩定外罩與高速氣流加速管的高速氣流通道連通。

所述氣流穩定外罩一端與進料管中段的法蘭盤通過第一組螺釘連接，氣流穩定外罩另一端與高速氣流加速管通過第二組螺釘連接。

所述氣流穩定外罩外部徑向方面設置一連通內腔的側向進氣接頭。

所述進料管的輸送管段軸向連接輔助進料噴嘴，輔助進料噴嘴一端設置接頭連接載氣源；進料管輸送管段徑向設置一加料倉。

進料管的輸送段內外徑均大於進料細長管的內外徑，內腔通過圓錐形過渡實現連通。

所述的氣流穩定外罩的內腔前段為圓錐形收縮段，後段為圓柱形。在氣流穩定外罩內腔前段設置進氣筒，所述的進料管的進料細長管貫穿進氣筒，進氣筒與氣流穩定外罩的內腔之間形成進氣腔。

所述進氣筒為一端開口的圓筒結構，圓筒沿圓周均布進氣孔，另一端筒底面上均布出氣孔。在所述進氣筒徑向每間隔30°設置一個進氣孔，形成沿圓筒徑向軸心均勻分布的一組進氣孔，軸向均布至少4組進氣孔。在所述進氣筒的底板上布置多個出氣孔，這些出氣孔用於向收縮段供氣，出氣孔以底板圓點為中心呈正六邊形分布，形成一組出氣孔，沿底板圓心由內向外均布至少3組出氣孔。

當高速氣流碰撞系統運行時，由加料倉添加物料，接頭外接輔助進料氣路，輔助進料氣路內氣流經輔助進料噴嘴噴出，將由加料倉落下的物料推入進料管，物料經進料管不斷送至超聲速噴管出口，由於該處氣流速度高、壓力低，物料被吸入加速段氣流通道。進氣筒從軸向套入氣流穩定外罩。超聲速噴管的氣流從側向進氣接頭進入，經過進氣腔進入進氣筒，然後依次進入超聲速噴管收縮段、超聲速噴管，此時氣流被加速至超聲速並攜帶由進料管送至超聲速噴管出口處的物料進入加速段氣流通道，從而最終實現撞靶。

本發明的優點在於，採用側向進氣可以保證進料管不彎曲，解決粉狀物進料易堵塞的問題。採用側向環狀孔板方式進氣，使進料管四周受力均勻，減小對進料管的衝擊，大幅降低對進料管強度、剛度的要求，且不易損壞。整流孔板既可以起氣流導向、破渦的作用，提高進入噴管氣流的均勻性，又可以起到對進料管的支撐、保護作用，大幅縮短進料管的懸臂長度，延長其使用壽命。軸向輔助進氣可以防止物料結塊。這種方式一方面可以有效利用噴管出口處高速氣流產生的引射作用，另一方面，在加料管中由於存在Saffaman力使得物料顆粒向中心聚攏後直接加入流場中心的自由流中，而且顆粒的徑向速度很小，使得顆粒運動沿著中心軸線運動，到下遊可以直接碰撞到靶頭，提高顆粒碰撞概率。

附圖說明

圖1軸向進氣、側向進料裝置示意圖；其中，1』為超聲速噴管，2』為物料，3』為氣流加速流道，4』為對撞靶，5』為側向物料入口。

圖2低溫固相反應進氣進料裝置剖視圖；其中，1—加料倉，2—接頭，3—輔助進料噴嘴，4—進料管，5—第一組螺釘，6—進氣筒，7—進氣腔，8—超聲速噴管，9—高速氣流加速段，10—加速段氣流通道，11—第二組螺釘，12—收縮段，13—氣流穩定外罩，14—側向進氣接頭。

圖3低溫固相反應進氣進料裝置俯視圖。

圖4側向環狀孔板進氣結構件示意圖；其中，15為進氣孔，16為整流孔板。

圖5整流底板通氣孔分布示意圖。

具體實施方式

本發明設計的低溫固相反應側向進氣軸向進料裝置，結構如圖2、圖3所示。一種將固體粉末送入高速氣流的裝置，採用載氣將固體粉末送入高速氣流中，沿氣流方向依次設置進料管4、氣流穩定外罩13和高速氣流加速管9，該進料管4為三段式結構，前段為進料細長管，中段為法蘭盤結構，後段為輸送管；進料管4的進料細長管插入並貫穿氣流穩定外罩13內腔，由超聲速噴管8分別將進料管4進料細長管出口、氣流穩定外罩13與高速氣流加速管9的高速氣流通道10連通。氣流穩定外罩13一端與進料管4中段的法蘭盤通過第一組螺釘5連接，氣流穩定外罩13另一端與高速氣流加速管9通過第二組螺釘11連接。氣流穩定外罩13外部徑向方面設置一連通內腔的側向進氣接頭14。進料管4的輸送管段軸向連接輔助進料噴嘴3，輔助進料噴嘴3的作用有兩個，一是打散物料中的結塊，二是通入壓力可調的乾燥氣流使物料更容易從進料管進入加速段。輔助進料噴嘴3一端設置接頭2連接載氣源；進料管4輸送管段徑向設置一加料倉1。進料管4的輸送段內外徑均大於進料細長管的內外徑，內腔通過圓錐形過渡實現連通。所述的氣流穩定外罩13的內腔後段為圓柱形，前段為圓錐形收縮段12。在氣流穩定外罩13內腔前段設置進氣筒6，所述的進料管4的進料細長管貫穿進氣筒6，進氣筒6與氣流穩定外罩13的內腔之間形成進氣腔7。進氣筒6為一端開口的圓筒結構，圓筒沿圓周均布進氣孔，另一端筒底面上均布出氣孔。

如圖4所示，進氣筒6結構包括：進氣孔，進氣腔，運作原理為氣體經側向進氣接頭14進入進氣腔7，而該進氣腔7是由氣流穩定外罩13與側向環狀孔板進氣筒裝配之後的間隙形成，氣體從進氣腔7經進氣孔15進入側向環狀孔板進氣筒體內，由底部整流孔板上的氣孔進入收縮段12。

進氣筒6套入氣流穩定外罩13，進氣筒徑向及底部開有成一定規律分布的小孔，以改善氣流流動的均勻性。左側採用2個直徑5mm的銷釘與進料管連接，防止受氣流擾動轉動。環狀孔板上布置4圈進氣孔，各圈上任意相鄰的兩個進氣孔的中心間隔為30°，能夠實現均勻進氣，防止氣流對進料管造成強烈衝擊。底板布置了36個出氣孔，用於向收縮段12供氣，這些通氣孔用於向收縮段12供氣，出氣孔以底板圓點為中心呈正六邊形分布，形成一組出氣孔，沿底板圓心由內向外均布3組出氣孔，如圖5所示，這36個通氣孔的分布具有兩個特點，一是呈3圈分布，各圈呈正六邊形，二是這些點的分布能構成6個等邊三角形，這樣的分布特徵能夠保證向收縮段均勻供氣。進料管4出口與超聲速噴管出口平齊。