[發明專利]一種控制不同粉末混合比例的噴涂送粉系統和控制方法

有效

• 申請號: 202110262107.3
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113019733B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 張學清;劉娟芳;宋俊;唐文勇;陳子云
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: B05B7/04
• 分類號: B05B7/04;B05B15/25;B05B12/14
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 姬莉

1.一種控制不同粉末混合比例的噴涂送粉系統，其特征在于，包括：

倉體，其通過水平設置的隔板I分為上腔體和下腔體；

上腔體內設置有環形的隔板II，所述隔板II的中心線與所述隔板I垂直，所述隔板II的上頂面與所述倉體內壁固定，所述隔板II的下頂面與所述隔板I固定，隔板II將上腔體分隔成為填充倉(3)和環形腔，所述環形腔內均布設置有多個隔板Ⅲ，所述隔板Ⅲ將所述環形腔分隔為多個用于存放不同粉末的粉倉(4)，所述粉倉(4)內設置有第一攪拌結構，所述第一攪拌結構包括：設置在粉倉(4)頂部的第一動力箱(8)，所述第一動力箱(8)內設有第一電機(43)；

下腔體設置有用于多個不同粉末混合的混合倉(5)，所述填充倉(3)內設置有延伸至混合倉(5)的第二攪拌結構，所述第二攪拌結構包括：設置在填充倉(3)頂部的第二動力箱(9)，所述第二動力箱(9)內設有第二電機(53)，所述混合倉(5)的下端依次可拆卸式連接套管(7)和拉瓦爾噴管(32)，所述套管(7)內套設粉末注射管(57)，所述粉末注射管(57)與所述混合倉(5)連通；

多個篩分結構，分別設置在所述隔板I上，用于將粉倉(4)內的粉末篩分下放到所述混合倉(5)內；

供氣系統(6)，分別與所述粉倉(4)和混合倉(5)連通，用于調節所述粉倉(4)和混合倉(5)內的供氣壓力；

供氣系統(6)包括：

壓氣機(1)，所述壓氣機(1)的出口依次連接有第一壓力表(2)和總控制閥(15)，所述總控制閥(15)的出口連接有主供氣管，所述主供氣管上連接有多個支供氣管，所述支供氣管包括第一支路(41)、第二支路(11)和第三支路(51)：

所述第一支路(41)上設置有第一控制閥(40)，第一支路(41)的一端和所述主供氣管連通，另一端和所述第一動力箱(8)連通，所述第一動力箱(8)的底面設置有用于將所述第一動力箱(8)和粉倉(4)單向連通的單向閥(42)；

所述第二支路(11)上設置有第二控制閥(12)，第二支路(11)的一端和所述主供氣管連通，另一端和套管(7)連通；

所述第三支路(51)上設置有第三控制閥(50)，第三支路(51)的一端和所述主供氣管連通，另一端和所述第二動力箱(9)連通；

還包括粉末干燥系統，所述粉末干燥系統包括：

電加熱器(13)，所述電加熱器(13)的進口與第二控制閥(12)的出口連通，所述電加熱器(13)的出口通過第一連接管(25)和套管(7)連通，所述電加熱器(13)的出口通過第二連接管(26)和粉倉(4)連通，所述第二連接管(26)上設置有第三控制閥(27)。

2.如權利要求1所述的一種控制不同粉末混合比例的噴涂送粉系統，其特征在于，所述第一攪拌結構還包括：

所述第一電機(43)的輸出軸延伸至粉倉(4)內后和豎直設置的第一轉軸(44)連接，所述第一轉軸(44)的周向設置有至少一個攪拌用第一葉片(46)。

3.如權利要求2所述的一種控制不同粉末混合比例的噴涂送粉系統，其特征在于，所述第一轉軸(44)的下端還設置有防止粉末團簇板結在隔板I上的刮板(48)。

4.如權利要求3所述的一種控制不同粉末混合比例的噴涂送粉系統，其特征在于，所述篩分結構包括開設在所述隔板I上的安裝孔，所述安裝孔上卡裝固定有篩分板(49)。

5.如權利要求1所述的一種控制不同粉末混合比例的噴涂送粉系統，其特征在于，所述第二攪拌結構還包括：

所述第二電機(53)的輸出軸依次延伸至填充倉(3)、混合倉(5)內后和豎直設置的第二轉軸(55)連接，所述第二轉軸(55)的周向設置有至少一個攪拌用第二葉片(56)。

6.如權利要求5所述的一種控制不同粉末混合比例的噴涂送粉系統，其特征在于，所述填充倉(3)內填充有密封填料石棉(31)。

7.一種使用如權利要求4所述的一種控制不同粉末混合比例的噴涂送粉系統的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、根據噴涂需要確定多種單質粉末的混合比例，獲取各自粉末的質量流量M；

S2、按照式(1)和式(2)計算每種單質粉末對應的粉倉內刮板的計算轉速N；

m＝aρ_PπD_s²h/4 (1)

N＝M/bm (2)

其中，m為單一刮板轉動一圈進入混合倉的粉末質量，a為篩分板上的篩分孔數目，D_s為篩分孔直徑，h為篩分板厚度，b為刮板數目，ρ_P為粉末密度，N為刮板的計算轉速，即步進電機轉速，M是粉末的質量流量；

S3、利用計算流體力學方法的氣固兩相流模型，計算多種單質粉末同步降落到粉末注射管時所需要的篩分孔出口處的氣體壓力一P₁，同時，粉末注射管處的氣體壓力二P₂為主氣流壓力，則仿真送粉壓差△P＝P₁-P₂；

S4、根據每種單質粉末對應的仿真送粉壓差△P和對應的刮板的計算轉速N，通過控制送粉氣流的控制閥來調節氣體壓力一P₁，使混合倉的實際送粉壓差△P_實＝仿真送粉壓差△P，并且通過調節步進電機轉速，使得對應粉倉(4)內的刮板實際轉速N_實＝刮板的計算轉速N；

S3中利用計算流體力學方法的氣固兩相流模型，計算△P的方法包括以下步驟：

S31、聯立式(3)到式(10)進行求解，求取氣體的溫度分布，氣體的速度分布，氣體壓力分布以及顆粒的速度分布：

式(3)為質量方程：

式(4)為動量方程：

式(5)為能量方程

其中，δ_ij為單位張量，τ_ij為粘性應力張量，對于牛頓流體：

式(7)為氣體狀態方程：

其中，ρ為氣體密度，u為氣體速度，P為氣體壓力，T為氣體溫度，e為氣體內能，τ為氣體粘性剪切應力，q為氣體熱通量，R為氣體的氣體常數；

式(8)為顆粒作用力平衡方程：

其中，F_D(u-u_p)為單位質量粒子所受的拽力，g_x為粒子重力加速度，F_x為單位質量粒子所受其他作用力如浮升力等，且

其中，C_D為拽力系數，在冷噴涂氣固兩相流動中，氣體的密度遠遠小于粒子的密度，相對與粒子自身慣性，浮升力、虛擬質量力及壓力梯度力均忽略；上式中，u和u_p分別為氣體速度和粒子速度，μ為氣體動力粘度，ρ和ρ_p分別為氣體密度和粒子密度，D_P是粒子直徑，R_e是相對雷諾數，

S32、根據氣體壓力分布得出篩分孔出口處的壓力P₁，從而求得△P。