气动声学式材料处理设备和处理方法与流程

1.本发明涉及气动声学式材料处理设备以及使用该设备来对各种材料进行粉碎的方法。


背景技术：

2.wo 98/35756公开了以下发现：在穿过导管、优选为圆形横截面的导管的气流中产生有旋风，由气流的运动产生的向心力将夹带在气流中的任何颗粒材料拉动远离导管的壁并且朝向导管的中央区域拉动。如果在导管内产生范围广泛的声波频率，则在气流中会产生强大的涡流模式。由于旋风内所产生的引起微小型爆炸的应力，通过将势能转换为动能来释放能量。旋风的涡流采取内爆的形式，内爆能够将材料进一步破碎成更小的颗粒。
3.还发现的是，旋风式气流中所产生的涡流还携带有由专门设计的设备生成的谐波频率，这会从系统内的驻波配置中建立脉冲，并且这会导致驻波内的气穴达到超过音速范围的速度。这可以针对特定类型的材料进行调整，从而增强所产生的涡流的能力，以对非常硬和非常软的材料、比如石头进行破碎并且对所述材料进行干燥。
4.在us 2011/0114766a1中，hazarika等提供了一种用于使材料的尺寸减小的方法和一种用于执行该方法的设备，该方法包括下述步骤：将材料通过给送组件给送到旋风室内，该旋风室具有长形的筒状导管，该导管具有截头锥形的截面；将至少一种黏度调节剂添加到旋风室中；以及在旋风室内提供旋风式流体流。
5.在wo 2018/187848中，发明人——也是本发明的发明人——公开了已经开发出一种形式的气动声学式研磨机器，为方便起见，该气动声学式研磨机器在该文献中被称为“涡流机器”。涡流机器是可以用于对范围广泛的材料进行磨碎、研磨、混合和干燥的极端的气动声学式装置。该机器的性质使得该机器会产生可以超过140db的显著噪音。
6.为了使这种机器能够在一般商业应用中使用，应当将噪音降低至85db以下，这是公认的国际标准。为了达到符合漩涡机器可能实现应用的工作场所的法律要求的噪音水平，需要特定的噪音衰减。例如，在澳大利亚，职业环境中暴露于噪声的国家标准是8小时等效连续a加权声压级、laeq，8小时为85db(a)。
7.因此，wo 2018/187848中的发明提供了用于涡流机器的壳体。该壳体包括围封件，该围封件结合有围绕气动声学式处理机器的至少一层噪音衰减材料，该围封件具有材料进口端口、空气进口端口和用于将经处理的产品与空气一起输出的排放端口。涡流机器的操作所需的气流路径被设置成在使噪音排放显著降低的同时使气流能够进入壳体中。
8.以上专利申请没有解决设备(涡流机器)的部件的过度磨损问题，也没有解决对无论是软还是硬的潮湿材料和干燥材料进行粉碎的复杂性。
9.因此，发明人提出了解决这些和其他问题的改进方案。


技术实现要素：

10.本发明的气动声学式材料处理设施在形式和总体构型方面类似于wo2018/187848
中所示的气动声学式材料处理设施，wo 2018/187848提供了用于涡流机器的壳体，该壳体包括围封件，该围封件结合有围绕气动声学式处理机器的至少一层噪音衰减材料，该围封件具有材料进口端口、空气进口端口和用于将经处理的产品与空气一起输出的排放端口。涡流机器进行操作所需的气流路径被设置成在使噪音排放显著降低的同时使气流能够进入壳体中。
11.为了简洁起见，在此将不在任何细节方面对该壳体和围封件的一般方面进行描述，并且读者可以参考wo 2018/187848，wo 2018/187848的图1至图9以及其描述以背景技术的方式通过参引并入本文。
12.根据本发明的第一方面，提供了气动声学式粉碎机器，该机器具有联接的旋风室和旋转驱动设备，该旋风室具有用于待粉碎材料的进口和用于夹带空气的进口，该旋转驱动设备被联接以使叶轮旋转，该叶轮在叶轮壳体内旋转，以将夹带气体和待粉碎材料吸入到旋风室中并且通过轴向进口系统吸入到叶轮和叶轮壳体中，以及使经粉碎的材料径向地穿过横向出口径向而通过叶轮壳体排出，该设施还包括围绕该气动声学式处理机器的围封件，该围封件被构造成包括用于降低噪音的声音衰减面板，其中，声音衰减面板包括4层或更多层，所述声音衰减面板的4层或更多层共同作用，以使在从围封件的外部倾听时该机器的操作噪音降低。
13.材料处理可以是对被给送到所述机器内的材料进行粉碎。
14.声音衰减面板可以是复合面板，该复合面板由包括以下各者的4层或更多层来构造：
15.塑化膜；
16.致密岩棉；
17.防水石膏岩；以及
18.橡胶膜。
19.该面板可以被悬置成与围封件的内部壁的内表面相距10mm至40mm，以进一步使噪音的传播减少。该面板可以被悬置成与所述内表面相距20mm。
20.该面板可以包括在下述侧部上穿孔的壳体：该侧部在使用时面向围封件的内部壁的内表面。
21.该面板可以包括约4mm厚度的穿孔的钢片材，该穿孔的钢片材在使用时面向围封件的内部，并且该穿孔的钢片材具有35％的总开孔率，该穿孔的钢片材具有通常为4mm的等效直径的开孔。
22.该壳体可以是由金属制成的。
23.该壳体可以是100mm深的。
24.该面板可以包括穿孔的片材，该穿孔的片材在使用时面向围封件的内部。
25.穿孔的片材可以是由例如镀锌钢、不锈钢、铝等的金属制成的。
26.穿孔的片材可以是1mm至4mm厚，通常为3mm厚。
27.穿孔的片材可以具有35％的总开孔率。
28.开孔尺寸可以为2mm至5mm，通常为4mm。
29.开孔可以是任何形状。
30.围封件具有空气进口和出口，当围封件被封闭时，该空气进口和出口允许空气被
自由地吸入到围封件内。通常，空气进口具有0.5平方米至2平方米的组合的总横截面面积。
31.旋转驱动设备包括电动马达。
32.围封件的空气进口被定位和定向成使得被吸入到围封件内的空气流动经过电动马达的冷却翅片，从而将电动马达保持在操作温度范围内。
33.在本发明的实施方式中，声音衰减面板是复合面板，该复合面板由包括以下各者的4层构造：
34.1mm厚度的塑化膜层；
35.70mm厚度的致密岩棉层；
36.20mm厚度的防水石膏岩层；以及
37.4mm厚度的橡胶膜层。
38.根据本发明的第二方面，提供了气动声学式粉碎设备，该设备包括气动声学式粉碎机器，该机器具有联接的旋风室和旋转驱动设备，该旋风室具有用于待粉碎材料的进口和用于夹带空气的进口，该旋转驱动设备被联接以使叶轮旋转，该叶轮在叶轮壳体内旋转，以将夹带气体和待粉碎的材料吸入到旋风室中并且通过轴向进口系统吸入到叶轮和叶轮壳体中，以及使经粉碎的材料径向地穿过横向出口而通过叶轮壳体排出。
39.夹带气体可以从环境中被直接吸入到进口中，或者夹带气体可以在被吸入旋风室内之前由调节装置进行预处理或调节。
40.旋风室的长度可以通过将喇叭状部分相对于旋风室的管状部分以滑动的方式移位来进行可变地调节。
41.夹带气体的进口可以是旋风室的端部开口，并且夹带气体进口可以被扩张成具有0.5米至1.5米、通常为1米的外径。
42.待粉碎的材料进入到旋风室中的进口可以在夹带气体相对于旋风室的纵向轴线的流动方向上成锐角，其中，该锐角在相对于水平面的15度与18度之间，通常，该锐角为相对于水平面的16度(相对于旋风室的轴线进行测量)。所述进口在所述进口的对待粉碎材料进行添加的开口处具有介于300mm与400mm之间、通常为356mm的内径。所述进口在材料进入旋风室处的内径可以是从325mm至375mm、通常为336mm。
43.气体进口和材料进口是由具有5mm至15mm、通常10mm的壁厚的钢制成的。进口通常为管道。
44.当在轴向上观察时，材料进口可以在9点钟位置与12点钟位置之间进入到旋风室中。
45.旋风室在材料进口之后具有300mm至400mm的内径，并且旋风室扩张至叶轮壳体处的从500mm至700mm的直径，通常，旋风室就直径而言从在材料进口的端部处的336mm增大至叶轮壳体的端部处的640mm。扩张区域可以是从1500mm至2500mm，通常为2000mm。
46.叶轮壳体可以具有带有非对称构型的内表面，使得叶轮与壳体之间的间隙围绕叶轮的周向部不是恒定的。
47.叶轮与叶轮壳体的内表面之间的间隙可以随着该间隙的范围而变化。
48.旋风室中的夹带气体在旋风室的叶轮端部处的线性速度可以是从200m/s至260m/s。
49.叶轮壳体的横向出口可以是从0.4平方米至1.2平方米，通常约为0.55平方米。横
向出口可以是0.74米
×
0.74米。
50.叶轮可以是径流式风扇或鼓风机叶轮，该径流式风扇或鼓风机叶轮具有进口开口和固定在两个板之间的一组叶轮叶片，该进口开口被设置在板中的一个板的中央区域上，进口开口具有围绕中央毂分布的一系列固定叶片，该毂被定尺寸和定向成用于在气体被吸入叶轮内时引起所需的流动特性。
51.叶轮叶片可以是从该毂径向地延伸至板的周缘的勺状，从而对叶轮进行限定。
52.叶轮可以具有从0.5米至0.8米、通常为0.6096米(24英寸)的进口直径以及0.75米至1.1米、通常为0.9144米(36英寸)的外径。
53.叶轮可以是由通常具有氮化钢表面的钢制成的，以抵抗磨损。
54.叶轮可以是由在从2000rpm至5000rpm、通常为从3300rpm至3500rpm的旋转速度的电动马达驱动的。旋转速度取决于被粉碎的材料。
55.根据本发明的另外方面，提供了对矿石材料、例如铁矿石或金矿石进行粉碎的方法，其中，使用了包括上述粉碎设备的设施，该方法包括以下步骤：
[0056]-将作为夹带气体的环境空气吸入旋风室的进口开口内，以将空气从0m/s加速至260m/s；以及
[0057]-对具有10mpa至450mpa的硬度以及0mm至25mm的颗粒尺寸表征且具有0％m/m至65％m/m的水分含量的颗粒状矿石材料进行给送，将所述颗粒状矿石以0tph至25tph的速率给送到材料进口中；
[0058]
从而将该矿石粉碎成在介于0μm至500μm的颗粒表征范围内的颗粒。
[0059]
图5和图6中的曲线图中示出了颗粒分布的示例。
[0060]
根据本发明的另外方面，提供了对有机材料进行粉碎的方法，其中，使用了包括上述粉碎设备的设施，该方法包括以下步骤：
[0061]-在环境条件下将作为夹带气体的空气吸入旋风室的所述进口开口内；
[0062]-有机的颗粒材料具有从0μm至3000μm的颗粒尺寸表征颗粒尺寸且具有0％m/m至60％m/m的水分含量，将所述颗粒状材料以10tph至15tph的速率给送到材料进口中；
[0063]
从而将该材料粉碎成在介于0μm至500μm的颗粒表征范围内的颗粒。
[0064]
经粉碎的有机材料可以具有10％m/m以下的水分含量。
附图说明
[0065]
现在将参照附图以非限制性示例的方式对本发明进行描述。在附图中，
[0066]
图1示出了包括气动声学式粉碎机器的气动声学式粉碎设备；
[0067]
图2示出了旋风室的一部分的横截面，旋风室的该部分具有用于待粉碎的材料的进口和用于图1的机器的夹带气体的进口；
[0068]
图3示出了图1的机器的叶轮；
[0069]
图4示出了图1的机器的叶轮的另一变型；
[0070]
图5示出了铁矿石的颗粒尺寸数据；以及
[0071]
图6示出了褐煤的颗粒尺寸分布。
具体实施方式
[0072]
在图1至图3中，气动声学式粉碎设备包括气动声学式粉碎机器10，该机器10具有旋风室12，该旋风室12具有用于待粉碎的材料的进口14和用于空气的进口16。联接至与叶轮22联接的轴20的电动马达18使叶轮22在叶轮壳体24内旋转，以将空气和所夹带的待粉碎的材料吸入到旋风室12中并且通过轴向进口系统26吸入到叶轮22和叶轮壳体24中，以及使经粉碎的材料径向地穿过横向出口而通过叶轮壳体24排出。
[0073]
旋风室的长度以及因而的空气进口位置可以通过在旋风室12的开口端部处将喇叭状部分28相对于旋风室12的管状部分30以滑动的方式移位来进行可变地调节。空气进口16在喇叭状部分28的边缘32处可以具有1m的直径。
[0074]
进口管道14的平切角度a允许材料在对存在于旋风室12的中央的涡流的干扰最小的情况下进入旋风室12中的强烈的涡流式气流。进口管道14可以设置成与中心线34成17度的角度a，以允许将待处理的颗粒在仍然处于进口管道14中时加速至200mps以上，从而使对旋风室12的空气速度或涡流力的影响最小。
[0075]
待粉碎的材料进入旋风室12中的进口在夹带空气相对于旋风室12的纵向轴线的中心线34的流动方向上以17度成角度，并且当在轴向上观察时该进口在9点钟位置与12点钟位置之间处进入到旋风室12中。所述进口14在所述进口14的对待粉碎的材料进行添加的开口处的内径通常为356mm。所述进口的在材料进入旋风室12处的内径通常为336mm。
[0076]
空气进口16和材料进口14是由具有通常为10mm的壁厚的钢制成的。进口通常为管道。
[0077]
旋风室12具有下述内径：该内径在材料进口14的端部处为336mm并且在叶轮壳体24的端部处增大至640mm，即旋风室12朝向叶轮壳体24扩张。
[0078]
叶轮壳体24具有带有非对称构型的内表面(未示出)，使得叶轮22与壳体24之间的间隙围绕叶轮22的周向部不是恒定的。因此，在使用时，叶轮22与叶轮壳体24的内表面之间的间隙随着间隙的范围而变化。
[0079]
流动穿过旋风室12的空气在旋风室12的叶轮22的端部处的线性速度可以是从230m/s至260m/s。
[0080]
叶轮壳体24的横向出口通常为约0.55平方米(0.74米
×
0.74米)。
[0081]
图3中所示的叶轮22是径向风扇叶轮，该径向风扇叶轮具有进口开口44和固定在两个板42之间的成组的叶轮叶片40，该进口开口44被设置在板42中的一个板的中央区域中，进口开口44具有围绕中央毂48分布的一系列固定叶片46，该毂48被定尺寸且定向成用于在气体被吸入叶轮22中时引起所需的流动特性。在该实施方式中，叶轮叶片40是从毂48径向地延伸至板42的周缘的勺状，从而对叶轮22进行限定。
[0082]
叶轮22具有通常为0.6096米(24英寸)的进口直径和通常为0.9144米(36英寸)的外径。
[0083]
该实施方式的叶轮22是由具有氮化钢表面的钢制成的，以抵抗磨损。
[0084]
叶轮22具有从3300rpm至3500rpm的旋转速度，但是该旋转速度将取决于被粉碎的材料。
[0085]
图4中所示的叶轮50的实施方式是径向风扇叶轮，该径向风扇叶轮具有进口开口56和固定在两个板54之间的成组的叶轮叶片52，该进口开口56被设置在板54中的一个板的
中央区域上，该进口开口56具有围绕中央毂60分布的一系列的固定叶片58，该毂60被定尺寸和定向成用于在气体被吸入叶轮内时引起所需的流动特性。在该实施方式中，叶片52具有平坦轮廓并且与轴20的中心线62以15度的角度b成角度，以促使更高效且更分散的颗粒流穿过叶轮50。这还可以使金属叶片52上的应力和压力以及对叶片52的表面的磨损降低。
[0086]
图5中示出了由本发明的设备处理的铁矿石的颗粒尺寸表征数据。在如图上所示的不同的叶轮旋转速度下，颗粒尺寸在28mm以下且硬度约为320mpa的铁矿石以24tph的速率被给送到该设备内。如可以看到的，在较高的叶轮rpm下获得了较小的颗粒尺寸表征。
[0087]
在图6中，再次在不同的叶轮速度下对褐煤进行了颗粒尺寸表征。同样地，可以看到较高的叶轮速度的效果。
[0088]
从图5和图6两者中都可以看到的是，本发明的设备在对诸如矿石之类的非常硬的材料和诸如褐煤之类的更易碎的较软材料两者进行粉碎方面都是有效的。