[发明专利]一种气体压力驱动式均匀供粉装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体压力驱动式均匀供粉装置和方法，属于流体机械技术 领域。

背景技术

随着现代制造工艺的发展以及新型材料的涌现，微纳米级别的粉体逐渐成 为了重要的原材料，如微细加工技术、3D打印以及颗粒增强金属基复合材料制 备技术等。在上述技术中粉体的输送成为重要的工艺过程，决定了成形产品的 性能，如在颗粒增强金属基复合材料的制备工艺中，粉体增强相的含量和分布 规律对材料性能有极大影响，因此粉体材料的均匀供给成为了采用粉体原材料 的成形工艺中的关键技术。

气力输送是粉体材料最常用的输送方式，文献1(陈刚.液体金属与合金的 固体雾化原理及工艺的研究[D].长沙:湖南大学,2005.)提出了一种可调节式流 态化床供粉装置，其结构如图1所示，由螺旋杆2，粉仓3，流态化床5，调节 手柄6等组成。该装置通过调节手柄6旋转螺旋杆2，相应地会提升流态化床5 的高度。能在一定程度上解决传统流态化床中，由于粉仓中粉体材料减少引起 的两相流中固相浓度逐渐降低的缺陷。由于粉仓中两相气流特性复杂，通过气 流带走的粉末量很难精确算计，因此通过调节流态化高度可以一定程度上缓解 传统装置的缺陷，但很难实现精确控制和实时调节。粉体材料气力输送的优点 主要体现在输送设备简单，受空间和环境影响小且成本较低，根据上述分析也 可以看出其缺陷主要在于很难实现粉末的精确供给和实时控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种气体压力驱动式均匀供粉装置和方法，通过本发 明提供的装置和方法能够实现粉末材料的精确供给和实时调节，并且产生的两 相流中气-固两相混合均匀无分层和颗粒团聚现象，特别适合对粉末材料加入量 和分布均匀性有较高要求的成形方法。

实现本发明的技术方案如下：

一种气体压力驱动式均匀供粉装置，包括补压气体管路、粉仓、球阀、隔 板、混粉器及输送气体管路；粉仓与补压气体管路相连；粉仓下端连接球阀； 混粉器位于球阀下方，隔板设置于混粉器与球阀之间，且隔板中心处设有过粉 孔；混粉器由壳体、收缩扩张管、及喷嘴构成，喷嘴和收缩扩张管共轴设置于 壳体内，喷嘴与收缩扩张管之间形成空腔作为混粉室，喷嘴的进气口与输送气 体管路相连；所述喷嘴为收缩形，所述收缩扩张管的收缩段和扩张段之间有一 个等径段。

进一步地，本发明所述隔板中心处的过粉孔直径d在0.1～2.0mm之间，通 过改变过粉孔的直径也可以调节供粉速。

进一步地，本发明输送气体管路中输送气体的压力为0.2～1.0MPa；补压气 体管路中补压气体压力为0.4～1.2MPa。

一种气体压力驱动式均匀供粉装置的供粉方法，步骤如下：

步骤1：将粉体材料置于粉仓中；

步骤2：补压气体管路和输送气体管路分别与带有减速器的气瓶连接，检查 管路气密性保证不漏气；

步骤3：分别开启补压气体管路和输送气体管路连接的球阀调节至所需气体 压力后开启球阀，粉末在粉仓和混粉室之间的气体压力差值驱动下经隔板中心 的过粉孔进入混粉室与输送气体混合，气-固两相流流经收缩扩张管时进一步混 合均匀形成具有一定速度的气-固均匀两相流，粉末的供给速度由粉仓和混粉室 之间的气体压力差值和过粉孔直径决定，在单次供粉过程中通过调节补压气体 压力对供粉量进行实时控制；

步骤4：供粉完成后关闭球阀和气体减速器。

本发明提出的气体压力驱动式均匀供粉装置和方法，通过提高粉仓和混粉 室之间的压力差值使之成为粉末运动的主要驱动力，有效的避免了粉末自重和 粉仓中粉末量变化对供粉速度的影响，具有如下的有益效果：

(1)本发明避免了传统流态化床供粉装置中由于粉仓中粉末逐渐减小带的 供粉速度波动，有效实现了粉体材料的气动力精确供给。

(2)本发明通过调节过粉孔直径和补压气体压力可以获得不同的粉末供给 速度，在单次供粉过程中可以通过改变补压气体压力对供粉速度进行实时调节 并且不会改变输送气体压力和气体消耗量。

(3)本发明气-固两相流经过了两次混合过程且最终在收缩扩张管中进行了 加速，粉体材料与输送气体混合均匀且具有一定速度，具有一定速度的气-固两 相均匀流在管路输送过程中能够避免粉末的团聚、分层和沉积等现象。