[發明專利]超聲波諧振破碎裝置與方法

在審

• 申請號: 201810294943.8
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108722621A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 吳雪;馮濤;劉斌;張紹英;郭華
• 申請（專利權）人: 北京工商大學
• 主分類號: B02C19/18
• 分類號: B02C19/18;B06B3/02
• 代理公司: 北京中安信知識產權代理事務所(普通合伙) 11248
• 代理人: 徐林

本發明屬于濕法微粉加工技術領域，具體涉及一種超聲波諧振破碎裝置與方法。超聲波諧振破碎裝置包括變幅桿(1)、料液套筒(2)、諧振管(5)以及端堵。該裝置將能源輸出的能量在有限空域集中，提升聲能流密度和能量品質，為破碎提供高量級能量來源。該方法其諧振管(5)的中空腔體的本征工作頻率與超聲波聲源相匹配，其聲壓可形成均勻穩定的駐波分布形式，為空化效應的形成提供穩定的正、負壓工作條件。該方法可實現對物料破碎效果的控制和能量利用效率的提高。使用該方法進行破碎時，物料降溫可減少聲場低壓時液體氣化和不穩定氣泡的生成，降低空化沖擊能的無效轉換和吸收。

技術領域

本發明屬于濕法微粉加工技術領域，具體涉及一種超聲波諧振破碎裝置與方法。

背景技術

微粉碎和超微粉碎時一般需對原料進行初級破碎。初級破碎后的原料具有較小的尺寸，傳統的機械破碎方法很難直接將機械力施加到物料顆粒上，形成有效的微粉級破碎。

超聲波破碎是利用超聲能實施物料破碎的過程。破碎原理包括：超聲在介質中傳播形成的正負交變聲壓場對介質中的物料顆粒施加拉壓作用力，頻繁的交變應力可導致顆粒疲勞破碎；當超聲頻率與物料顆粒共振頻率一致時，可激發顆粒共振，使能量產生激蕩，致使物料顆粒共振破碎；超聲空化作用使得聲場低壓處空穴(非穩態微氣泡)形成、高壓處空穴潰滅，空穴潰滅時產生的高強穴壁沖擊力使得物料顆粒破碎或疲勞破碎。該原理作為一種重要的聲能轉化和利用方法廣泛應用于微粉碎加工中。

超聲破碎通常采用單一頻率處理方式，當頻率確定時，提升破碎場內聲壓幅值的峰谷壓差對可強化上述三種破碎能量，有效提高聲能利用率。

現有超聲破碎中提升聲壓幅值峰谷壓差常用的技術方法為增加超聲聲源的振動幅值。具體措施包括：增大變幅桿輸入功率或配置大振幅變幅桿。

上述技術措施的不足之處如下：1)能量提升措施簡單粗放。提高輸入電源的電功率和配置大振幅變幅桿可增加總能量供給，但能效比的提高代價大幅增加，且聲能幅值的提升有限。2)能量分布控制措施欠缺。現有超聲能導入的液腔常為開放或封閉、形狀隨意的空間，缺少聲能密度的空間分布規劃，聲能分散，破碎品質較差。3)能量傳遞及有效轉化效率較低，空化能利用率不高。超聲源能量強度大于某一閾值范圍時，空化場會集中在變幅桿端部附近，形成“空化屏蔽”現象，阻礙了聲波向遠場傳播；穩定氣泡的生成導致料液升溫，造成了能量的近場空耗。4)料液在能量場中的運動缺少主動、有效的控制。批式處理方式缺少有效能量吸收、利用和控制，物料中的聲能隨機積累，導致破碎過程及產品粒徑可控性差。

發明內容

本發明的目的是提供一種超聲波諧振破碎方法，該方法利用超聲波的空化效應，提供高強沖擊能，能量效率和破碎效率均大幅度提高。

本發明的另一目的是提供一種采用上述方法進行超聲波諧振破碎的裝置。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

超聲波諧振破碎裝置，包括變幅桿1、料液套筒2、諧振管5以及端堵。

所述變幅桿1由上而下包括頂部101、桿體102以及端頭103；所述頂部101連接超聲換能器，所述端頭103的下端橫截面為變幅桿端面4。

所述料液套筒2為具有中空腔體的圓柱體，料液套筒2的下端側壁設有出料口11，所述出料口11與料液套筒2的中空腔體連通。

所述諧振管5為中部具有中空腔體的圓柱體。

所述變幅桿1穿過料液套筒2的中空腔體，且其端頭103伸入諧振管5的中空腔體內；變幅桿1的端頭103與諧振管5的中空腔體內壁間留有出料環隙10；安裝時，變幅桿1、料液套筒2以及諧振管5的中空腔體共軸。

所述端堵安裝于諧振管5的下端；端堵設有進料口，使料液進入諧振管5的中空腔體內。

所述端堵為中心微孔端堵7，進料口為進料孔9。