超声波聚能破碎装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及微细化加工技术领域，特别涉及超声波聚能破碎装置。该装置包括超声波换能器(1)、耦合液腔体(2)、聚能破碎腔体(3)、隔膜(4)以及隔膜凹槽(7)。该装置利用具有凹球状换能面的超声波换能器产生能量聚焦，并利用圆柱破碎腔进行次级能的导引回收、反射聚集，控制载有颗粒的料液流经各级能量富集区域。本实用新型专利技术的超声波聚能破碎装置，其能量汇聚有利于能量密度提高，为破碎提供高量级能量供给。该装置能够提升能量量级和能量利用效率，改善颗粒微细化过程的可控性和产品粒度的一致性。

Ultrasonic energy crushing device

The utility model relates to the field of microfabrication technology, in particular to an ultrasonic shaped energy crushing device. The device comprises an ultrasonic transducer (1), a coupled liquid chamber (2), a concentrating energy crushing chamber (3), a diaphragm (4) and a diaphragm groove (7). The device uses an ultrasonic transducer with concave spherical transducer to generate energy focusing, and uses a cylindrical crushing chamber to conduct secondary energy recovery, reflection and aggregation, so as to control the flow of liquid containing particles through all levels of energy enrichment areas. The ultrasonic energy-gathering crushing device of the utility model has the advantages that the energy concentration is beneficial to the improvement of the energy density and provides a high-level energy supply for crushing. The device can increase energy level and energy utilization efficiency, improve the controllability of particle micronization process and the consistency of product size.

【技术实现步骤摘要】
超声波聚能破碎装置
本技术涉及微细化加工
，特别涉及超声波聚能破碎装置。
技术介绍
超声破碎是利用液体介质中的超声场，对其中的固体颗粒或生物组织等实施破碎的过程。超声波在液体中传播时，会形成较为稳定的正负交替变化的声压场，液体介质的某一区域形成局部的暂态负压区。一方面，正负交替变化的声压场可对该区域内的颗粒交变施压，在施压频率与颗粒共振频率一致时，可引发颗粒进入共振状态从而崩溃；另一方面，对颗粒正负交替施压还可产生疲劳应力导致颗粒破裂；再一方面，在正负交替变化的声压场内，低压时液体可形成空穴(非稳态微气泡)，高压时又可引发空穴溃灭，空穴溃灭所产生的穴壁冲击压力可达百兆帕，这种高能冲击力的单次或累积作用可对其邻域内的物料颗粒产生巨大压缩冲击，使物料颗粒被直接破碎或在疲劳应力作用下被疲劳破碎。超声破碎对小颗粒硬质物料的进一步破碎有独特的效果，在食品、生物、医药等领域的微细化和超微细化加工中有广泛的应用。小颗粒硬质物料的超声破碎，不仅对能量量级要求高，且要求能量能够产生累积作用。因此，造就密度大、量级级别高的超声波能量场能，是实现高能效破碎的重要前提。现有的超声波破碎装置的能量输入形式多采用浸入式变幅杆结构；料腔以定体积槽式或柱状容器为主；通常是通过提高输入功率或采用大振幅变幅杆来改变破碎能，且采用批量处理的方式。目前已有的超声波破碎设备存在以下缺点：超声能的利用未考虑声源与料液腔体声场的耦合作用，能量利用形式粗放、效率较低；浸入式变幅杆结构的超声辐射形式单一，能量集中于端部附近，呈倒锥形减弱，很难聚集定向利用；能量耗散生热较为严重；空穴溃灭点集中于变幅杆端部附近，分布具有显著的局部区域性，破碎均匀性较差，导致处理后的粒径的分布范围较为宽泛；冲击破碎能未充分实现能量汇聚和靶向定位施加；超声破碎过程中料液流动、能量分布和引导缺乏主动、有效控制。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种超声波聚能破碎装置，该装置能够提升能量量级和能量利用效率，改善颗粒微细化过程的可控性和产品粒度的一致性。该装置利用具有凹球状换能面的超声波换能器产生能量聚焦，并利用圆柱破碎腔进行次级能的导引回收、反射聚集，控制载有颗粒的料液流经各级能量富集区域。本技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种超声波聚能破碎装置，包括超声波换能器1、耦合液腔体2、聚能破碎腔体3、隔膜4以及隔膜凹槽7。其中：超声波换能器1包括凹球换能面；所述凹球换能面的球心为凹球心12；凹球心12位于破碎腔9的入口，且位于超声波聚能破碎装置的轴线上。耦合液腔体2为中空的圆柱形结构，中空部分为耦合液腔5，所述耦合液腔5为圆台形；所述耦合液腔5圆台周面的延伸顶点为凹球心12；所述耦合液腔5的底端连通固定孔6，顶端连通隔膜凹槽7；所述耦合液腔体2上径向开有贯穿耦合液腔体2并与耦合液腔5连通的耦合液平衡孔13；所述固定孔6内安装超声波换能器1。聚能破碎腔体3为圆柱形中空结构，中空部分为聚能腔8、破碎腔9以及出液管11；所述聚能腔8为圆锥形结构，其圆锥顶点为凹球心12，所述圆锥形结构的顶角与所述耦合液腔5圆台周面延伸所成的顶角为同一顶角；所述破碎腔9和出液管11均为圆柱形；破碎腔9的入口连通聚能腔8的顶点，破碎腔9的出口连接出液管11的入口；聚能腔8、破碎腔9以及出液管11以超声波聚能破碎装置轴线共轴线连通；所述聚能破碎腔体3上径向设有贯穿聚能破碎腔体3并与聚能腔8连通的进液口10。所述出液管11的横截面直径小于破碎腔9的横截面直径；两者的连接处形成突变截面。所述聚能腔8的底端横截面直径与耦合液腔5的顶端横截面直径相等；圆锥形聚能腔8底端外部设有定位凸台14；聚能破碎腔体3通过定位凸台14和隔膜凹槽7的同轴配合实现与耦合液腔体2连接；所述隔膜凹槽7内设有隔膜4。当聚能破碎腔体3与耦合液腔体2连接时，定位凸台14能将隔膜4固定于隔膜凹槽7内；所述聚能腔8与耦合液腔5的内周面位于同一锥面上。所述破碎腔9为硬壁面或软壁面。所述破碎腔9的出口与出液管11的入口连通处的突变截面为硬壁面或软壁面。当进入破碎腔9的超声波汇集级数大于等于三级时，突变截面为软壁面结构。当进入破碎腔9的超声波汇集级数小于三级时，突变截面为硬壁面结构。所述出液管11的横截面直径与破碎腔9的横截面直径之比为1:5～1:10。所述破碎腔9的直径为超声波换能器1发出的超声波波长的1.0～1.2倍。所述破碎腔9的长度为超声波换能器1发出的超声波半波长的整数倍。本技术的有益效果在于：1)本技术的超声波聚能破碎装置，其能量汇聚有利于能量密度提高，为破碎提供高量级能量供给；2)本技术的超声波聚能破碎装置，其能量汇聚有利于在聚焦区内的峰谷压差扩大和空穴的形成和溃灭，产生高强度衍生冲击能；3)本技术的超声波聚能破碎装置，通过匹配频率与破碎腔直径，可使料流全部、均匀、受控流经各级能量富集区域，形成均衡的能量交换和能量接收条件，提高破碎过程的可控性和产品粒度的均匀性；4)本技术的超声波聚能破碎装置，可通过能量(功率)和处理时间(流速)调整，实现对破碎效果的控制；5)本技术的超声波聚能破碎装置，能够实现次级能的回收、提质、再利用，带动能量效率的提高。附图说明图1是本技术超声波聚能破碎装置的剖面图；图2是本技术超声波聚能破碎装置的耦合液腔体结构示意图；图3是本技术超声波聚能破碎装置的聚能破碎腔体结构示意图。附图标记为：1超声波换能器2耦合液腔体3聚能破碎腔体4隔膜5耦合液腔6固定孔7隔膜凹槽8聚能腔9破碎腔10进液口11出液管12凹球心13耦合液平衡孔14定位凸台具体实施方式下面结合附图和实施例，对本技术的具体实施方式作进一步说明。一种超声波聚能破碎装置，包括超声波换能器1、耦合液腔体2、聚能破碎腔体3、隔膜4以及隔膜凹槽7。其中，超声波换能器1为圆盘结构，包括凹球换能面；所述凹球换能面的球心为凹球心12。凹球心12位于破碎腔9的入口，且位于超声波聚能破碎装置的轴线上。耦合液腔体2为中空的圆柱形结构，中空部分为耦合液腔5，所述耦合液腔5为圆台形；所述耦合液腔5圆台周面的延伸顶点为凹球心12。所述耦合液腔5的大端连通固定孔6，小端连通隔膜凹槽7。所述耦合液腔体2上径向开有贯穿耦合液腔体2并与耦合液腔5连通的耦合液平衡孔13。所述固定孔6内安装超声波换能器1。聚能破碎腔体3为圆柱形中空结构，中空部分为聚能腔8、破碎腔9以及出液管11；所述聚能腔8为圆锥形结构，其圆锥顶点为凹球心12，所述圆锥形结构的顶角与所述耦合液腔5圆台周面延伸所成的顶角为同一顶角；所述破碎腔9和出液管11均为圆柱形。破碎腔9的入口连通聚能腔8的顶点，破碎腔9的出口连接出液管11的入口；聚能腔8、破碎腔9以及出液管11与超声波聚能破碎装置轴线共轴线连通；。所述聚能破碎腔体3上径向设有贯穿聚能破碎腔体3并与聚能腔8连通的进液口10。所述出液管11的横截面直径小于破碎腔9的横截面直径；两者的连接处形成突变截面。所述聚能腔8的底端横截面直径与耦合液腔5的顶端横截面直径相等。圆锥形聚能腔8的大端外部设有定位凸台14。聚能破碎腔体3通过定位凸台14和隔膜凹槽7的同轴配合实现与耦合液腔体2连接。所述隔膜凹槽7内设有隔膜4。当聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声波聚能破碎装置，其特征在于：包括超声波换能器(1)、耦合液腔体(2)、聚能破碎腔体(3)、隔膜(4)以及隔膜凹槽(7)；其中，超声波换能器(1)包括凹球换能面；所述凹球换能面的球心为凹球心(12)；凹球心(12)位于破碎腔(9)的入口，且位于超声波聚能破碎装置的轴线上；耦合液腔体(2)为中空的圆柱形结构，中空部分为耦合液腔(5)，所述耦合液腔(5)为圆台形；所述耦合液腔(5)圆台周面的延伸顶点为凹球心(12)；所述耦合液腔(5)的底端连通固定孔(6)，顶端连通隔膜凹槽(7)；所述耦合液腔体(2)上径向开有贯穿耦合液腔体(2)并与耦合液腔(5)连通的耦合液平衡孔(13)；所述固定孔(6)内安装超声波换能器(1)；聚能破碎腔体(3)为圆柱形中空结构，中空部分为聚能腔(8)、破碎腔(9)以及出液管(11)；所述聚能腔(8)为圆锥形结构，其圆锥顶点为凹球心(12)，所述圆锥形结构的顶角与所述耦合液腔(5)圆台周面延伸所成的顶角为同一顶角；所述破碎腔(9)和出液管(11)均为圆柱形；破碎腔(9)的入口连通聚能腔(8)的顶点，破碎腔(9)的出口连接出液管(11)的入口；聚能腔(8)、破碎腔(9)以及出液管(11)以超声波聚能破碎装置轴线共轴线连通；所述聚能破碎腔体(3)上径向设有贯穿聚能破碎腔体(3)并与聚能腔(8)连通的进液口(10)；所述出液管(11)的横截面直径小于破碎腔(9)的横截面直径；两者的连接处形成突变截面；所述聚能腔(8)的底端横截面直径与耦合液腔(5)的顶端横截面直径相等；圆锥形聚能腔(8)底端外部设有定位凸台(14)；聚能破碎腔体(3)通过定位凸台(14)和隔膜凹槽(7)的同轴配合实现与耦合液腔体(2)连接；所述隔膜凹槽(7)内设有隔膜(4)；当聚能破碎腔体(3)与耦合液腔体(2)连接时，定位凸台(14)能将隔膜(4)固定于隔膜凹槽(7)内；所述聚能腔(8)与耦合液腔(5)的内周面位于同一锥面上。...

【技术特征摘要】
1.一种超声波聚能破碎装置，其特征在于：包括超声波换能器(1)、耦合液腔体(2)、聚能破碎腔体(3)、隔膜(4)以及隔膜凹槽(7)；其中，超声波换能器(1)包括凹球换能面；所述凹球换能面的球心为凹球心(12)；凹球心(12)位于破碎腔(9)的入口，且位于超声波聚能破碎装置的轴线上；耦合液腔体(2)为中空的圆柱形结构，中空部分为耦合液腔(5)，所述耦合液腔(5)为圆台形；所述耦合液腔(5)圆台周面的延伸顶点为凹球心(12)；所述耦合液腔(5)的底端连通固定孔(6)，顶端连通隔膜凹槽(7)；所述耦合液腔体(2)上径向开有贯穿耦合液腔体(2)并与耦合液腔(5)连通的耦合液平衡孔(13)；所述固定孔(6)内安装超声波换能器(1)；聚能破碎腔体(3)为圆柱形中空结构，中空部分为聚能腔(8)、破碎腔(9)以及出液管(11)；所述聚能腔(8)为圆锥形结构，其圆锥顶点为凹球心(12)，所述圆锥形结构的顶角与所述耦合液腔(5)圆台周面延伸所成的顶角为同一顶角；所述破碎腔(9)和出液管(11)均为圆柱形；破碎腔(9)的入口连通聚能腔(8)的顶点，破碎腔(9)的出口连接出液管(11)的入口；聚能腔(8)、破碎腔(9)以及出液管(11)以超声波聚能破碎装置轴线共轴线连通；所述聚能破碎腔体(3)上径向设有贯穿聚能破碎腔体(3)并与聚能腔(8)连通的进液口(10)；所述出液管(11)的横截面直径小于破碎腔(9)的横截面直径；两者的连接处形成突变截面；所述聚能腔(8)...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴雪，冯涛，刘斌，张绍英，郭华，
申请(专利权)人：北京工商大学，
类型：新型
国别省市：北京,11