粉体粒度测试用循环进样系统

粉体粒度测试用循环进样系统

陈权威

丹东百特仪器有限公司辽宁丹东118009

摘要：采用激光粒度分布仪器对粉体进行粒度测量时，为得到准确稳定的结果，需将样品放与介质中进行搅拌与超声分散形成悬浊液，通过匀速流动的介质将悬浊状态的样品输送到测试区，使测试时经过测试区的样品均匀稳定，以便后续得到准确稳定结果。该文设计一体式送样搅拌机构，保证样品与介质混合均匀稳定输送，满足测试对样品状态的需求。

关键词：搅拌；输送；超声

在粉体粒度测试中，需要对粉体悬浊液进行测试，通常的方法是将试样制成悬浊液，使用超声波分散后，装入测试容器中，放入测试仪内进行测试。

由于测试容器的容积只有几毫升，而粒度测试样品悬浊液的浓度又不能过高，所以每次取样的粉体量非常少，代表性差，由取样带来的测试误差就比较大；使用外置超声分散装置，开始测试时超声功能己经停止，许多容易团聚的样品在测试过程中又会重新团聚，测试结果就会出现误差。可见，这种测试方法不能正确反映粉体粒度分布。针对现有粉体粒度分布测试取样存在的取样量少、代表性差、分散效果不好的问题，提出一种能实时分散样品并具有循环功能的进样系统

1本设计的机械结构

粉体粒度测试用循环进样系统，包括电机1、泵轴2、叶轮6、搅拌叶片3、泵体5、循环池4、回水管8、排水管10、超声波发生器7、样品池9。

如图所示，叶轮6由四片弯曲的叶片组成，将叶轮6紧固在泵轴2上，叶轮6转动时，弯曲面为前向，以便对液体产生更大的搅拌力。叶轮6安装在泵体5内，泵体5与叶轮6间的间隙适合，既要避免叶轮6与泵壳摩擦，又要尽量减小间隙，使泵体5内的液体尽可能多地被叶轮6推动，而不会绕开叶轮6。循环池4上方是开放的，底部作为泵体5的顶部，中心有一圆孔，泵体5底部密封。泵轴2穿过中心圆孔，圆孔同时作为泵体5的入水口。超声波发生器装于泵体5下侧。

2本设计的原理及实现

叶轮安装在泵体内，并紧固在泵轴上，泵轴上电机带动旋转。循环池与泵体通过中心圆孔相通，泵轴由中心圆孔穿过，圆孔同时作为泵体的入水口。样品悬浊液注入循环池后，经入水口进入泵体内并充满泵体。电机启动后，泵轴带动叶轮转动，叶片间的液体也随着转动。在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘，使得泵体缘行程高压区，通过泵体上的排水管以较高的压力离开泵体，送至测试样品池，再通过进水管回到循环池中。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于循环池液面上方的压力大于泵体入水口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。超声波发生器置于泵体下侧持续对泵体内部的液体进行超声，使得其中的样品能够持续的超声分散使样品处于单体状态。通过充分的搅拌稳定的输送充分的分散使得运送到样品池时处于均匀的分散状态、稳定的速度、单体状态来保证粒度测试的稳定性。

3各部件的参数确定

电机选用直流无刷电机通过电路控制使得转速从500转到2500转可调来满足不同粒径与比重的样品需求。比重大的样品可以通过设置将电机转速增大从而提高搅拌力与输送力。搅拌叶片通过计算与实践选用合适的大小使得满足当前比重输送力的电机转速时可以使得样品得到充分的搅拌不产生堆积与沉淀现象，并在高转速运行时不能形成过大的漩涡产生过多的气泡进入测试区从而影响测试的准确性。离心叶轮在需满足测试上限2mm的要求，保证叶轮与泵体四周的间隙为2.5mm，并且叶片的面积尽可能大，使得相同转速下输送力达到最大。同时满足输送力与测试上限的要求。超声波选用50W的功率既可以满足分散的要求又不会使样品颗粒由于超声波的冲击破碎。

4性能验证

将循环进样系统接入激光粒度仪。通过开启超声波将气泡击碎，启停搅拌器排出液体内的气泡，加入适量样品，对样品进行5分钟左右的超声及搅拌分散，样品会呈现持续变小的状态，这种现象为团聚样品被超声波与搅拌力分散后形成单体状态。待样品不再变小时即为分散完成，样品稳定后通过激光粒度分布仪进行连续5次测试，将采集的结果进行对比。样品中位径在5次测试重复性为0.44%，这个结果就证明在5次测试的时间段里通过测试区的粉体颗粒处于一个均匀、稳定、单体的状态，可以满足粒度测试对进样系统的要求。

结论：

由于设计采用漏斗状循环池，利用离心泵原理，在对样品循环的同时能够进行充分搅拌，同时具有超声分散功能。本设计具有分散效果好、样品代表性好、结构简单等特点。

该设计采用大容积样品杯设计解决了传统测试时取样代表性不好的问题，通过内置实时超声装置解决了外置超声的再团聚的现象，通过离心泵稳定的输送与搅拌叶片充分的搅拌使得通过样品窗的样品处于一个稳定、均匀的单体状态，提高了测试的重复性。

参考文献：

[1]孙志礼，冷兴聚，魏严刚等主编. 机械设计. 沈阳：东北大学出版社 2000

[2]孙 桓，陈作模主编. 机械原理. 北京：高等教育出版社 2000

[3] 机械零件设计手册（第二版）/中册，东北工学院《机械零件设计手册》编写组编，冶金

[4]白丹。机电一体化在工程机械中的应用研究[J].科技展望，2017，27（04）：43+45.[2017-08-30].