一种组合式料液分离的变速气流涡旋动能制浆设备.pdf

本发明提供了一种组合式料液分离的变速气流涡旋动能制浆设备，主要包括进气装置、气流涡旋破碎装置和液浆生成装置。其特点是双料锥筒的组合式料液分离，先采用变速气流涡旋动能碎料，后与液态水混合生成浆液。本发明通过关键横截面为大椭圆、小椭圆、大圆和小圆来实现变加速旋流破碎、防止“旋饼”现象、提高破碎效率、碎料匀速过渡、滤料提速、无堵塞输送和碎料的快速混合搅拌，通过进气装置的光顺、圆角过渡减小气流运动阻力、降低能耗以及直径差值设计实现气流加压提速，通过碎料过滤装置实现碎料筛选及防止碎料堵塞，通过含有长方形孔的网格形进水口实现加水、排气和防止落入较大异物。

权利要求书
1.  一种组合式料液分离的变速气流涡旋动能制浆设备，主要包括进气装置、气流涡旋破碎装置和液浆生成装置，其特征在于：所述进气装置主要由进气输送主管、大料锥筒进气管道、进气输送支管和小料锥筒进气管道组成，进气输送主管的末端连接有大料锥筒进气管道和进气输送支管，大料锥筒进气管道和小料锥筒进气管道分别安装在大料锥筒和小料锥筒的上端外侧边缘处，进气输送支管的末端连接有小料锥筒进气管道；所述气流涡旋破碎装置主要由大料锥筒和小料锥筒组成，大料锥筒和小料锥筒分别由料锥筒壁围成，并在各自上端安装有料锥筒盖，大料锥筒和小料锥筒内分别安装有碎料过滤装置，碎料过滤装置上设有若干过滤内锥孔，料锥筒壁外侧安装有料锥筒卡板，大料锥筒和小料锥筒由上到下的工作区域的关键横截面为大椭圆截面、小椭圆截面、大圆截面和小圆截面，大椭圆截面和小椭圆截面间的区域为碎料破碎区，小椭圆截面和大圆截面间的区域为碎料过滤缓冲区，大圆截面和小圆截面间的区域为滤料加速区，小圆截面以下区域为滤料输送区；所述液浆生成装置液浆箱和液浆箱盖组成，液浆箱内装有液态水和滤料的混合液，液浆箱下底面安装有支柱，液浆箱下端侧面安装有出料口，液浆箱盖上开有两个圆孔，用于安装大料锥筒和小料锥筒，液浆箱盖上有2组液浆箱盖卡槽，分布在两个圆孔的周边，液浆箱盖卡槽用于配合料锥筒卡板，并固定大料锥筒和小料锥筒，此外，液浆箱盖上开有3组等距并排的进水口。

2.  如权利要求1所述的一种组合式料液分离的变速气流涡旋动能制浆设备，其特征在于：所述大料锥筒和小料锥筒为上大、下小的椭圆台形结构，其大椭圆截面的长轴为a1、短轴为b1，小椭圆截面的长轴为a2、短轴为b2且a2= 2a1/3、b2= 2b1/3，大圆截面的直径为d1且d1=b2，小圆截面的直径为d2且d2=d1/3，碎料破碎区的高度为h1，碎料过滤缓冲区的高度为h2且h2=h1/5，滤料加速区的高度为h3且h3=h1/3，滤料输送区的高度为h4且h4=h1；所述料锥筒卡板为4个，沿圆周均匀分布。

3.  如权利要求1所述的一种组合式料液分离的变速气流涡旋动能制浆设备，其特征在于：所述大料锥筒进气管道、小料锥筒进气管道分别与大料锥筒、小料锥筒上端外侧边缘相切，料锥筒盖为椭圆形结构；所述进气输送主管到进气输送支管为光顺过渡，进气输送主管的直径为d3且d3=d1/2，进气输送支管的直径为d4且d4=d1/4，进气输送主管和大料锥筒进气管道连接处有圆角r1过渡，进气输送支管和小料锥筒进气管道连接处有圆角r2过渡且r2=r1/2。

4.  如权利要求1所述的一种组合式料液分离的变速气流涡旋动能制浆设备，其特征在于：所述碎料过滤装置为含有若干过滤内锥孔的圆盘形结构；所述过滤内锥孔为上大、下小的圆台形结构，上孔直径为Φd5且Φd5=Φd1/8，下孔直径为Φd6且Φd6=Φd1/24。

5.  如权利要求1所述的一种组合式料液分离的变速气流涡旋动能制浆设备，其特征在于：所示液浆箱为长方体槽结构，液浆箱盖为长方形结构，液浆箱盖上的进水口为网格形结构，并由8个长方形孔组成，液浆箱盖上的液浆箱盖卡槽每组为4个且均匀周向圆周分布；所述支柱为6个，分布在长方体槽底面四角及中间部位。

说明书一种组合式料液分离的变速气流涡旋动能制浆设备
技术领域
本发明涉及一种组合式料液分离的变速气流涡旋动能制浆设备，尤其涉及一种通过关键横截面为大椭圆、小椭圆、大圆和小圆来实现变加速旋流破碎、防止“旋饼”现象、提高破碎效率、碎料匀速过渡、滤料提速、无堵塞输送和碎料的快速混合搅拌，通过与大料锥筒、小料锥筒上端外侧边缘相切的大料锥筒进气管道、小料锥筒进气管道生成低能损环流，通过进气装置的光顺、圆角过渡减小气流运动阻力、降低能耗以及直径差值设计实现气流加压提速，通过碎料过滤装置实现碎料筛选及防止碎料堵塞，通过含有长方形孔的网格形进水口实现加水、排气和防止落入较大异物，属于造纸业制浆设备的技术研发领域。
背景技术
在造纸行业中，纸浆的生成需要将浆板、废旧书本、废旧纸箱等放入水力碎浆机中，并通过转子的转动进行碎解，以制成均匀悬浮液。但是由于目前碎浆机工作方式及结构的单一性，造成以下问题：一是效率低，现有碎浆机主要是通过搅拌碎料和水的混合液来加速碎料的分解，碎料的分解速度往往取决于转子的搅拌速度，并且在碎浆过程中，有一部分能量消耗在机械的无功损耗上，因此造成机械制浆的效率很低；二是能耗大，碎浆机在工作时因依靠液态水的搅动来分解，使得碎浆机转子在运动过程中不仅要带动流体转动，而且还要克服流体的阻力，这在一定程度上消耗大量的机械能；三是易形成“旋饼”，现有碎浆机尤其是圆桶形结构，当处于匀速搅拌时，因碎料及水的相对速度为静止状态，易形成“旋饼”，从而使得碎浆机失去碎浆功能。
因此，针对现有制浆设备中普遍存在的效率低、能耗大且易形成“旋饼”等问题，应从碎浆机工作方式及结构上进行综合考虑，设计出碎浆效率高、能耗低且无“旋饼”的一种制浆设备。
发明内容
本发明针对现有制浆设备存在的效率低、能耗大且易形成“旋饼”等问题，提供了一种可有效解决上述问题的一种组合式料液分离的变速气流涡旋动能制浆设备。
本发明的一种组合式料液分离的变速气流涡旋动能制浆设备采用以下技术方案：
一种组合式料液分离的变速气流涡旋动能制浆设备，主要包括进气装置、气流涡旋破碎装置和液浆生成装置，所述进气装置主要由进气输送主管、大料锥筒进气管道、进气输送支管和小料锥筒进气管道组成，进气输送主管的末端连接有大料锥筒进气管道和进气输送支管，大料锥筒进气管道和小料锥筒进气管道分别安装在大料锥筒和小料锥筒的上端外侧边缘处，进气输送支管的末端连接有小料锥筒进气管道；所述气流涡旋破碎装置主要由大料锥筒和小料锥筒组成，大料锥筒和小料锥筒分别由料锥筒壁围成，并在各自上端安装有料锥筒盖，大料锥筒和小料锥筒内分别安装有碎料过滤装置，碎料过滤装置上设有若干过滤内锥孔，料锥筒壁外侧安装有料锥筒卡板，大料锥筒和小料锥筒由上到下的工作区域的关键横截面为大椭圆截面、小椭圆截面、大圆截面和小圆截面，大椭圆截面和小椭圆截面间的区域为碎料破碎区，小椭圆截面和大圆截面间的区域为碎料过滤缓冲区，大圆截面和小圆截面间的区域为滤料加速区，小圆截面以下区域为滤料输送区；所述液浆生成装置液浆箱和液浆箱盖组成，液浆箱内装有液态水和滤料的混合液，液浆箱下底面安装有支柱，液浆箱下端侧面安装有出料口，液浆箱盖上开有两个圆孔，用于安装大料锥筒和小料锥筒，液浆箱盖上有2组液浆箱盖卡槽，分布在两个圆孔的周边，液浆箱盖卡槽用于配合料锥筒卡板，并固定大料锥筒和小料锥筒，此外，液浆箱盖上开有3组等距并排的进水口。
所述大料锥筒和小料锥筒为上大、下小的椭圆台形结构，其大椭圆截面的长轴为a1、短轴为b1，小椭圆截面的长轴为a2、短轴为b2且a2= 2a1/3、b2= 2b1/3，大圆截面的直径为d1且d1=b2，小圆截面的直径为d2且d2=d1/3，碎料破碎区的高度为h1，碎料过滤缓冲区的高度为h2且h2=h1/5，滤料加速区的高度为h3且h3=h1/3，滤料输送区的高度为h4且h4=h1；所述料锥筒卡板为4个，沿圆周均匀分布。
所述大料锥筒进气管道、小料锥筒进气管道分别与大料锥筒、小料锥筒上端外侧边缘相切，料锥筒盖为椭圆形结构；所述进气输送主管到进气输送支管为光顺过渡，进气输送主管的直径为d3且d3=d1/2，进气输送支管的直径为d4且d4=d1/4，进气输送主管和大料锥筒进气管道连接处有圆角r1过渡，进气输送支管和小料锥筒进气管道连接处有圆角r2过渡且r2=r1/2。
所述碎料过滤装置为含有若干过滤内锥孔的圆盘形结构；所述过滤内锥孔为上大、下小的圆台形结构，上孔直径为Φd5且Φd5=Φd1/8，下孔直径为Φd6且Φd6=Φd1/24。
所示液浆箱为长方体槽结构，液浆箱盖为长方形结构，液浆箱盖上的进水口为网格形结构，并由8个长方形孔组成，液浆箱盖上的液浆箱盖卡槽每组为4个且均匀周向圆周分布；所述支柱为6个，分布在长方体槽底面四角及中间部位。
本发明将大料锥筒和小料锥筒设计为上大、下小的椭圆台形结构，并且其关键横截面为大椭圆截面、小椭圆截面、大圆截面和小圆截面，通过这种设计实现气体在料锥筒内产生变加速旋流，从而增加气流涡旋对碎料的破碎力以及实现同截面内的变速运动，即压缩空气进入料锥筒后，既可随着横截面积逐渐减小，促使旋流不断加速，气流涡旋的动能逐渐增大，从而使涡旋带动碎料相互碰撞、破碎时拥有更大的冲量，又能在椭圆运动轨迹内实现气流的加速、减速运动，防止气流因匀速而产生“旋饼”现象，以及通过气流的变速冲击来提高碎料效率；将碎料破碎区的上、下截面设计为大椭圆截面、小椭圆截面，通过这种设计产生碎料的变加速破碎，并且通过较大的高度h1增加碎料的碰撞频率；将碎料过滤缓冲区的上、下截面设计为小椭圆截面、大圆截面，通过这种设计实现气流及碎料由变速到匀速的过渡，并且使碎料在匀速的状态下均匀通过碎料过滤装置，防止变速的碎浆只在碎料过滤装置的某一区域通过；将滤料加速区的上、下截面设计为大圆截面、小圆截面，通过这种设计实现滤料的加速，从而以较大的冲量进入液浆箱，并且起到搅拌液浆的作用，从而生成均匀液浆；将滤料输送区设计为等截面的圆形，以此保持滤料及气流的速度，以及滤料的输送量，并且防止滤料在输送过程中堵塞。
本发明将大料锥筒进气管道、小料锥筒进气管道分别与大料锥筒、小料锥筒上端外侧边缘相切，通过这种设计可形成切向入口环流、减小气流动能损耗，即高压空气输入到大料锥筒进气管道、小料锥筒进气管道时，因大料锥筒进气管道、小料锥筒进气管道分别与大料锥筒、小料锥筒上端外侧边缘相切且无结构突变，可使高压空气在进入大料锥筒、小料锥筒时，仍能保持高速的运动，并以最小动能损耗的状态在大料锥筒、小料锥筒中做切向旋转运动；将进气输送主管光顺过渡到进气输送支管，进气输送主管和大料锥筒进气管道连接处、以及进气输送支管和小料锥筒进气管道连接处采用圆角过渡，通过这种结构设计可减小气流运动阻力、降低能耗；将进气输送支管的直径设计为进气输送主管的一半，通过这种设计可使气流在进气输送支管和小料锥筒进气管道中仍能保持较大的动能，即通过减小流体运动的截面积来加压提速，保证为小料锥筒中气流涡旋动能碎料提供所需的高速气体。
本发明将碎料过滤装置设计为含有若干上大、下小过滤内锥孔的圆盘形结构，通过这种设计具有以下作用：一是筛选碎料，只有较小颗粒的碎料能够进入碎料过滤缓冲区，保证液浆的颗粒大小均匀，二是防止堵塞，如果较大的碎料颗粒进入到过滤内锥孔，当旋流在过滤内锥孔上表面经过后将形成一定的背压，背压将产生吸力，而上大、下小的圆台形结构将使碎料颗粒轻易吸出。
本发明将液浆箱盖上的进水口设计为含有8个长方形孔的网格形结构，通过这种设计即可实现液态水的添加、液浆箱中气体的排出，又可防止较大的异物进入液浆箱，污染液浆；在液浆箱盖上开有4个均匀分布的液浆箱盖卡槽，通过这种设计可使料锥筒卡板卡到槽内，起到固定大料锥筒、小料锥筒的作用；在长方体槽底面四角及中间部位共设计6个支柱，通过这种设计可为整个制浆设备提供支撑及保持设备运行的稳定性，消除设备运行中产生的晃动。
本发明的有益效果是：通过大料锥筒、小料锥筒中关键横截面为大椭圆截面、小椭圆截面、大圆截面和小圆截面的设计产生变加速旋流破碎、防止“旋转”现象、提高破碎效率，以及形成变加速破碎的碎料破碎区、匀速过渡的碎料过滤缓冲区、滤料提速的滤料加速区、无堵塞的滤料输送区和碎料的快速混合搅拌并生成均匀液浆；通过与大料锥筒、小料锥筒上端外侧边缘相切的大料锥筒进气管道、小料锥筒进气管道实现最小能损的气体环流；进气输送主管、进气输送支管的光顺过渡，进气输送主管和大料锥筒进气管道连接处、进气输送支管和小料锥筒进气管道连接处的圆角过渡减小气流运动阻力、降低能耗；通过进气输送支管的直径为进气输送主管的一半设计实现加压提速；通过含有过滤内锥孔的碎料过滤装置实现筛选碎料及防止碎料堵塞；通过含有长方形孔的网格形进水口实现添加液态水、排气和防止进入较大异物；通过4个圆周均布的料锥筒卡板和液浆箱盖卡槽实现固定大料锥筒、小料锥筒。
附图说明
图1是本发明整体结构的主视示意图。
图2是本发明整体结构的俯视示意图。
图3是本发明气流涡旋破碎装置的三维示意图。
图4是本发明气流涡旋破碎装置的结构尺寸示意图。
图5是本发明局部进气装置的结构尺寸示意图。
图6是本发明碎料过滤装置中过滤内锥孔的分布示意图。
图7是本发明局部碎料过滤装置及料锥筒卡板的连接示意图。
其中：1、支柱，2、液浆箱，3、液态水，4、液浆箱盖卡槽，5、液浆箱盖，6、进水口，7、碎料过滤装置，8、料锥筒壁，9、料锥筒盖，10、料锥筒卡板，11、出料口，12、大料锥筒，13、小料锥筒，14、小料锥筒进气管道，15、进气输送支管，16、大料锥筒进气管道，17、进气输送主管，18、小圆截面，19、大圆截面，20、小椭圆截面，21、大椭圆截面，22、碎料破碎区，23、碎料过滤缓冲区，24、滤料加速区，25、滤料输送区，26、过滤内锥孔。
具体实施方式
实施例：
如图1、图2所示，本发明的一种组合式料液分离的变速气流涡旋动能制浆设备，主要包括进气装置、气流涡旋破碎装置和液浆生成装置。进气装置主要由进气输送主管17、大料锥筒进气管道16、进气输送支管15和小料锥筒进气管道14组成，进气输送主管17的末端连接有大料锥筒进气管道16和进气输送支管15，大料锥筒进气管道16和小料锥筒进气管道14分别安装在大料锥筒12和小料锥筒13的上端外侧边缘处，进气输送支管15的末端连接有小料锥筒进气管道14。大料锥筒进气管道16、小料锥筒进气管道14分别与大料锥筒12、小料锥筒13上端外侧边缘相切，这种设计可形成切向入口环流、减小气流动能损耗，即工作时，当高压空气输入到大料锥筒进气管道16、小料锥筒进气管道14，因大料锥筒进气管道16、小料锥筒进气管道14分别与大料锥筒12、小料锥筒13上端外侧边缘相切且无结构突变，可使高压空气在进入大料锥筒12、小料锥筒13时，仍能保持高速的运动，并以最小动能损耗的状态在大料锥筒12、小料锥筒13中做切向旋转运动；
气流涡旋破碎装置主要由大料锥筒12和小料锥筒13组成，大料锥筒12和小料锥筒13分别由料锥筒壁8围成，并在各自上端安装有料锥筒盖9，料锥筒盖9为椭圆形结构，大料锥筒12和小料锥筒13内分别安装有碎料过滤装置7，碎料过滤装置7上设有若干过滤内锥孔26，料锥筒壁8外侧安装有料锥筒卡板10，料锥筒卡板10为4个，沿圆周均匀分布。
液浆生成装置液浆箱2和液浆箱盖5组成。液浆箱2为长方体槽结构，液浆箱2内装有液态水3和滤料的混合液。液浆箱盖5为长方形结构，液浆箱盖5上开有3组等距并排的进水口6，进水口6为网格形结构，并由8个长方形孔组成，这种设计即可实现液态水3的添加、液浆箱2中气体的排出，又可防止较大的异物进入液浆箱2，污染液浆；液浆箱盖5上还开有两个圆孔，用于安装大料锥筒12和小料锥筒13，液浆箱盖5上有2组液浆箱盖卡槽4，其分布在均匀两个圆孔的周边，液浆箱盖卡槽4用于配合料锥筒卡板10，并固定大料锥筒12和小料锥筒13。液浆箱2下底面安装有支柱1，支柱1为6个，分布在长方体槽底面四角及中间部位，这种设计可为整个制浆设备提供支撑及保持设备运行的稳定性，消除设备运行中产生的晃动。液浆箱2下端侧面安装有出料口11。
如图3、图4所示，大料锥筒12和小料锥筒13为上大、下小的椭圆台形结构，大料锥筒12和小料锥筒13由上到下的工作区域的关键横截面为大椭圆截面21、小椭圆截面20、大圆截面19和18小圆截面，大椭圆截面21的长轴为a1、短轴为b1，小椭圆截面20的长轴为a2、短轴为b2且a2= 2a1/3、b2= 2b1/3，大圆截面19的直径为d1且d1=b2，小圆截面18的直径为d2且d2=d1/3。在工作时，这种设计实现气体在料锥筒内产生变加速旋流，从而增加气流涡旋对碎料的破碎力以及实现同截面内的气体的变速运动，即压缩空气进入料锥筒后，既可随着横截面积逐渐减小，促使旋流不断加速，气流涡旋的动能逐渐增大，从而使涡旋带动碎料相互碰撞、破碎时拥有更大的冲量，又能在椭圆运动轨迹内实现气流的加速、减速运动，防止气流因匀速而产生“旋饼”现象，以及通过气流的变速冲击来提高碎料效率。
大椭圆截面21和小椭圆截面20间的区域为碎料破碎区22，碎料破碎区22的高度为h1，该区实现碎料的变加速破碎，并且通过较大的高度h1增加碎料的碰撞频率；小椭圆截面20和大圆截面19间的区域为碎料过滤缓冲区23，碎料过滤缓冲区23的高度为h2且h2=h1/5，该区实现气流及碎料由变速到匀速的过渡，并且使碎料在匀速的状态下均匀通过碎料过滤装置7，防止变速的碎浆只在碎料过滤装置7的某一区域通过；大圆截面19和小圆截面18间的区域为滤料加速区24，滤料加速区24的高度为h3且h3=h1/3，该区实现滤料的加速，从而以较大的冲量进入液浆箱2，并且起到搅拌液浆的作用，从而生成均匀液浆；小圆截面18以下区域为滤料输送区25，滤料输送区25的高度为h4且h4=h1，该区实现保持滤料及气流的速度，以及滤料的输送量，并且防止滤料在输送过程中堵塞。
如图5所示，进气输送主管17到进气输送支管15为光顺过渡，进气输送主管17和大料锥筒进气管道16连接处有圆角r1过渡，进气输送支管15和小料锥筒进气管道14连接处有圆角r2过渡且r2=r1/2，这种结构设计可减小气流运动阻力、降低能耗；进气输送主管17的直径为d3且d3=d1/2，进气输送支管15的直径为d4且d4=d1/4，将进气输送支管15的直径设计为进气输送主管17的一半，通过这种设计可使气流在进气输送支管15和小料锥筒进气管道14中仍能保持较大的动能，即通过减小流体运动的截面积来加压提速，保证为小料锥筒13中气流涡旋动能碎料提供所需的高速气体。
如图6、图7所示，碎料过滤装置7为含有若干过滤内锥孔16的圆盘形结构，,过滤内锥孔26为上大、下小的圆台形结构，上孔直径为Φd5且Φd5=Φd1/8，下孔直径为Φd6且Φd6=Φd1/24，在工作时，这种设计具有以下作用：一是筛选碎料，只有较小颗粒的碎料能够进入碎料过滤缓冲区22，保证液浆的颗粒大小均匀；二是防止堵塞，如果较大的碎料颗粒进入到过滤内锥孔26，当旋流在过滤内锥孔26上表面经过后将形成一定的背压，背压将产生吸力，而上大、下小的圆台形结构将使碎料颗粒轻易吸出。