一種氣霧化工藝模擬與測試平臺的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種氣霧化工藝模擬與測試平臺，該平臺包括透明腔室、設在透明腔室后面的自動升降機安裝托架、設在透明腔室上方的多種用于霧化工藝過程測試的拓展接口及與上述拓展接口相匹配的模塊。與現有技術相比，本發明由于采用透明腔室，該測試平臺可使用高速攝影機及精密光學監控儀器監控霧化過程；接入多種模塊后可以使霧化過程更接近實際生產效果及實現精確調整，并可以實現一些低熔點材料的氣霧化(沉積)工藝過程測試。且該平臺體積較為小巧，又結合模塊化思想，把原本龐大而復雜的一體化霧化裝置轉變一個平臺多個拓展接口的方式，使得該裝置易于操作和搬運，并可以靈活改變其模擬測試的工作方式，這是霧化(沉積)成套設備所不能實現的。
【專利說明】一種氣霧化工藝模擬與測試平臺
【技術領域】
[0001]本發明屬于氣霧化工藝領域，尤其是涉及一種氣霧化工藝模擬與測試平臺。
【背景技術】
[0002]氣霧化的沉積或制粉工藝已經成為重要的先進材料制備工藝。如今，高強度金屬型材、先進的粉末冶金以及日漸成熟和風行的3D打印技術需要更致密的沉積坯產品或者更細小、尺寸均一、圓形度更好的粉末產品，即向該工藝提出了更為苛刻的要求。
[0003]為了滿足要求，需要對氣霧化的沉積或制粉工藝的重要環節進行改進和調整。如霧化器的改進或新型霧化器的使用、導液管與霧化器的配合(特別是限制性噴嘴中，導液管的配合對霧化效果的好壞十分敏感)、氣壓控制對于霧化液滴和顆粒的影響、收粉方案的改進及沉積方式的優化等。
[0004]如果在生廣設備中直接試驗，存在以下缺陷:
[0005]一、如果發生問題，可能會嚴重影響原來的生產或材料試制工作；
[0006]二、生產的成套設備構成復雜，一次工藝過程會有多種效應疊加，難以分析改進效果;
[0007]三、設備為保證生產量和穩定性，所以設備規模大，安裝復雜，不宜用于部件更換平凡的試驗工作；
[0008]四、設備的結構不適宜多種傳感器的數據采集，難以綜合監控霧化(沉積)過程。
[0009]鑒于上述調整改進要求及問題，亟需一種體積較小、便于靈活拆裝調整的小型測試平臺，可供大量優化方案的早期論證試驗，避免很多潛在的創意想法因為保守的論證而被丟棄，以方便我方氣霧化(沉積)工藝過程能更好更快地發展。并且，該測試平臺可為開發小型氣霧化(沉積)工藝設備提供重要參考。
【發明內容】
[0010]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種氣霧化工藝模擬與測試平臺，以更便捷、更靈活地實現更接近實際生產的方式論證方案。
[0011]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0012]一種氣霧化工藝模擬與測試平臺，該平臺包括透明腔室、設在透明腔室后面的自動升降機安裝托架、設在透明腔室上方的多種用于霧化工藝過程測試的拓展接口及與上述拓展接口相匹配的模塊。自動升降機安裝托架在加載自動升降機后，便于平臺外接拓展時精確定位安裝。多種用于霧化工藝過程測試的拓展接口可以加載多種外接模塊，實現更接近具體工藝生產的過程測試。由于把原本多種同類的復雜成套設備拆解成多種模塊，通過核心測試平臺的模塊接口接入，使得該測試平臺便捷、靈活地實現多種氣霧化工藝局部或整體的模擬測試工作。
[0013]所述的透明腔室包括頂部的鋼制爐頂板、側面玻璃板以及方形法蘭連接底座，所述的側面玻璃板由鋼制骨架密封鑲嵌透明高強度玻璃或亞克力有機玻璃構成。[0014]所述的用于霧化工藝過程測試的拓展接口包括螺旋微調型導液管測試模塊接口或加熱熔煉模擬模塊接口、真空熔煉模擬模塊接口、真空抽氣和充保護氣模塊接口、單路霧化氣體輸入模塊接口及單路循環冷卻水模塊接口。
[0015]所述的螺旋微調型導液管測試模塊接口用于連接螺旋微調型導液管測試模塊，所述的加熱熔煉模擬模塊接口用于連接加熱熔煉模擬模塊，所述的真空熔煉模擬模塊接口用于連接真空熔煉模擬模塊，所述的真空抽氣和充保護氣模塊接口用于連接真空抽氣和充保護氣模塊，所述的單路霧化氣體輸入模塊接口用于連接單路霧化氣體輸入模塊，所述的單路循環冷卻水模塊接口用于連接單路循環冷卻水模塊。
[0016]所述的螺旋微調型導液管測試模塊接口或加熱熔煉模擬模塊接口為四個圓周等分的螺紋孔，用于固定螺旋微調型導液管測試模塊或加熱熔煉模擬模塊的裝配法蘭。
[0017]所述的真空熔煉模擬模塊接口包括一個O型密封圈槽，布設在O型密封圈槽圓周的八個定位螺紋孔以及兩個固定于爐頂板上的定位銷，用于真空熔煉模擬模塊的準確定位和安裝。
[0018]所述的真空抽氣和充保護氣模塊接口為預留在爐頂板頂角處的一個KF型高真空密封活接接口，用于高真空卡箍活動連接真空抽氣和充保護氣模塊。
[0019]所述的單路霧化氣體輸入模塊接口與單路循環冷卻水模塊接口均為開設在爐頂板側面的與透明腔室連通的埋入式密封軟管，用于加載真空熔煉模擬模塊時進行通氣通水操作；所述的埋入式密封軟管與爐頂板側面之間通過密封固定的KF型高真空活接接口連接。
[0020]所述的方形法蘭連接底座作為收粉或沉積模擬模塊接口用，用以密封連接收粉或沉積模擬模塊。
[0021]所述的透明腔室的外部搭載高速攝像機，以及多種精密光學監控儀器，以完成對霧化液體及凝固顆粒的跟蹤測量。
[0022]所述的自動升降機安裝托架為工字形的懸臂梁。采用了工字形的懸臂梁以保證強度和安裝固定結構，而具體的安裝固定結構根據定制的自動升降機要求而定。
[0023]本發明的平臺適用于3Mpa氣壓以內的低壓氣霧化(沉積)工藝過程測試。
[0024]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
[0025]本發明采用透明腔室，該測試平臺可使用高速攝影機及精密光學監控儀器監控霧化過程；接入多種模塊后可以使霧化過程更接近實際生產效果及實現精確調整，并可以實現一些低熔點材料的氣霧化(沉積)工藝過程測試。該測試平臺對于深入研究并優化氣霧化(沉積)工藝過程具有重要價值。且該平臺體積較為小巧，又結合模塊化思想，把原本龐大而復雜的一體化霧化裝置轉變一個平臺多個拓展接口的方式，使得該裝置易于操作和搬運，并可以靈活改變其模擬測試的工作方式，這是霧化(沉積)成套設備所不能實現的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明的氣霧化工藝模擬與測試平臺的結構示意圖；
[0027]圖2為實施例2中高速攝影機監測噴嘴處氣霧化過程穩定后的瞬間；
[0028]圖3為實施例2中LDA對于霧化溶滴及析出顆粒的檢測結果；
[0029]圖4為實施例2中PSI對于霧化溶滴及析出顆粒的檢測結果；[0030]圖5為實施例3中粉末粒徑的分布結果。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0032]實施例1
[0033]一種氣霧化工藝模擬與測試平臺，如圖1所示，該平臺包括透明腔室、設在透明腔室后面的自動升降機安裝托架2、設在透明腔室上方的多種用于霧化工藝過程測試的拓展接口及與上述拓展接口相匹配的模塊。自動升降機安裝托架2在加載自動升降機后，便于平臺外接拓展時精確定位安裝。多種用于霧化工藝過程測試的拓展接口可以加載多種外接模塊，實現更接近具體工藝生產的過程測試。由于把原本多種同類的復雜成套設備拆解成多種模塊，通過核心測試平臺的模塊接口接入，使得該測試平臺便捷、靈活地實現多種氣霧化沉積工藝局部或整體的模擬測試工作。
[0034]透明腔室包括頂部的鋼制爐頂板1、側面玻璃板9以及方形法蘭連接底座8，側面玻璃板由鋼制骨架密封鑲嵌透明高強度玻璃或亞克力有機玻璃構成。
[0035]用于霧化工藝過程測試的拓展接口包括螺旋微調型導液管測試模塊接口或加熱熔煉模擬模塊接口 4、真空熔煉模擬模塊接口 5、真空抽氣和充保護氣模塊接口 7、單路霧化氣體輸入模塊接口 6及單路循環冷卻水模塊接口 3。
[0036]螺旋微調型導液管測試模塊接口用于連接螺旋微調型導液管測試模塊，加熱熔煉模擬模塊接口 4用于連接加熱熔煉模擬模塊，真空熔煉模擬模塊接口 5用于連接真空熔煉模擬模塊，真空抽氣和充保護氣模塊7接口用于連接真空抽氣和充保護氣模塊，單路霧化氣體輸入模塊接口 6用于連接單路霧化氣體輸入模塊，單路循環冷卻水模塊接口 3用于連接單路循環冷卻水模塊。
[0037]螺旋微調型導液管測試模塊接口或加熱熔煉模擬模塊接口 4為四個圓周等分的螺紋孔，用于固定螺旋微調型導液管測試模塊或加熱熔煉模擬模塊的裝配法蘭。
[0038]真空熔煉模擬模塊接口 5包括一個O型密封圈槽，布設在O型密封圈槽圓周的八個定位螺紋孔以及兩個固定于爐頂板I上的定位銷，用于真空熔煉模擬模塊的準確定位和安裝。
[0039]真空抽氣和充保護氣模塊接口 7為預留在爐頂板I頂角處的一個KF型高真空密封活接接口，用于高真空卡箍活動連接真空抽氣和充保護氣模塊。
[0040]單路霧化氣體輸入模塊接口 6與單路循環冷卻水模塊接口 3均為開設在爐頂板I側面的與透明腔室連通的埋入式密封軟管，用于加載真空熔煉模擬模塊時進行通氣通水操作；埋入式密封軟管與爐頂板I側面之間通過密封固定的KF型高真空活接接口連接。
[0041]方形法蘭連接底座8作為收粉或沉積模擬模塊接口 9用，用以密封連接收粉或沉積模擬模塊。
[0042]透明腔室的外部搭載高速攝像機，以及多種精密光學監控儀器，以完成對霧化液體及凝固顆粒的跟蹤測量。
[0043]自動升降機安裝托架2為工字形的懸臂梁。采用了工字形的懸臂梁以保證強度和安裝固定結構，而具體的安裝固定結構根據定制的自動升降機要求而定。
[0044]實施例2[0045]對該測試平臺僅接入螺旋微調型導液管測試模塊、使用同濟大學自研USGA霧化噴嘴，在透明腔室周圍布置了每秒4000幀的高速攝影機、LDA及PSI光學監控設備檢測100°C下飽和氯化銨溶液霧化析出過程，模擬某些金屬高溫熔體的析出過程。圖2所示瞬間及數據是指在加載霧化氣壓大小0.5Mpa的工業氮氣，導液管調至與噴嘴配合最佳位置的結果。
[0046]LDA對于霧化溶滴及析出顆粒的檢測結果如圖3所示，這是通過LDA系統中的傳感器測量得到的粒子速度和流量，經過其數據處理系統，可以得到的速度分布(Distribution of velocities)、停留時間(Dwell time)、等風速線(isotaches)、流動跡線(Trajectories)的關鍵數據，由此可以分析出完整的流場，橫縱坐標的具體意義用于針對該設備的后續專業分析。
[0047]PSI對于霧化溶滴及析出顆粒的檢測結果如圖4所示，該圖的上半部分即某次試驗的粒徑分布，下半部分為形狀處理結果。這些圖是用于后續的專業分析，但最終可以得到近噴嘴處粉末的粒徑分布和形狀。
[0048]實施例3
[0049]對該測試平臺接入加熱熔煉模擬模塊、真空熔煉模擬模塊、收粉模擬模塊、真空抽氣和充保護氣模塊、單路霧化氣體輸入模塊及單路循環冷卻水模塊，并使用同濟大學自研的USGA霧化噴嘴進行純錫制粉測試。所用霧化氣壓0.5MPa、熔煉溫度350°C、真空度達10_3Pa后充氮氣保護至爐內氣壓回至10Pa，此抽氣充氣過程進行多次，以除去氧氣，當爐內壓力再次達到IOPa左右，開始熔煉，然后熔煉完畢后再進行氣霧化噴粉。最終得到的粉末粒徑分布經過制粉模塊的自動篩分后得到以下結果，如圖5所示，體現了該氣霧化過程能制備出粒徑較細且均勻的錫粉。
【權利要求】
1.一種氣霧化工藝模擬與測試平臺，其特征在于，該平臺包括透明腔室、設在透明腔室后面的自動升降機安裝托架(2)、設在透明腔室上方的多種用于霧化工藝過程測試的拓展接口及與上述拓展接口相匹配的模塊。
2.根據權利要求1所述的一種氣霧化工藝模擬與測試平臺，其特征在于，所述的透明腔室包括頂部的鋼制爐頂板(I)、側面玻璃板(9)以及方形法蘭連接底座(8)，所述的側面玻璃板由鋼制骨架密封鑲嵌透明高強度玻璃或亞克力有機玻璃構成。
3.根據權利要求1所述的一種氣霧化工藝模擬與測試平臺，其特征在于，所述的用于霧化工藝過程測試的拓展接口包括螺旋微調型導液管測試模塊接口或加熱熔煉模擬模塊接口(4)、真空熔煉模擬模塊接口(5)、真空抽氣和充保護氣模塊接口(7)、單路霧化氣體輸入模塊接口(6)及單路循環冷卻水模塊接口(3)。
4.根據權利要求3所述的一種氣霧化工藝模擬與測試平臺，其特征在于，所述的螺旋微調型導液管測試模塊接口用于連接螺旋微調型導液管測試模塊，所述的加熱熔煉模擬模塊接口用于連接加熱熔煉模擬模塊，所述的真空熔煉模擬模塊接口用于連接真空熔煉模擬模塊，所述的真空抽氣和充保護氣模塊接口用于連接真空抽氣和充保護氣模塊，所述的單路霧化氣體輸入模塊接口用于連接單路霧化氣體輸入模塊，所述的單路循環冷卻水模塊接口用于連接單路循環冷卻水模塊。
5.根據權利要求3所述的一種氣霧化工藝模擬與測試平臺，其特征在于，所述的螺旋微調型導液管測試模塊接口或加熱熔煉模擬模塊接口(4)為四個圓周等分的螺紋孔，用于固定螺旋微調型導液管測試模塊或加熱熔煉模擬模塊的裝配法蘭。
6.根據權利要求3所述的一種氣霧化工藝模擬與測試平臺，其特征在于，所述的真空熔煉模擬模塊接口(5)包括一個O型密封圈槽，布設在O型密封圈槽圓周的八個定位螺紋孔以及兩個固定于爐頂板(I)上的定位銷，用于真空熔煉模擬模塊的準確定位和安裝。
7.根據權利要求3所述的一種氣霧化工藝模擬與測試平臺，其特征在于，所述的真空抽氣和充保護氣模塊接口(7)為預留在爐頂板(I)頂角處的一個KF型高真空密封活接接口，用于高真空卡箍活動連接真空抽氣和充保護氣模塊。
8.根據權利要求3所述的一種氣霧化工藝模擬與測試平臺，其特征在于，所述的單路霧化氣體輸入模塊接口(6)與單路循環冷卻水模塊接口(3)均為開設在爐頂板(I)側面的與透明腔室連通的埋入式密封軟管，用于加載真空熔煉模擬模塊時進行通氣通水操作；所述的埋入式密封軟管與爐頂板(I)側面之間通過密封固定的KF型高真空活接接口連接。
9.根據權利要求2所述的一種氣霧化工藝模擬與測試平臺，其特征在于，所述的方形法蘭連接底座(8)作為收粉或沉積模擬模塊接口(9)用，用以密封連接收粉或沉積模擬模塊。
10.根據權利要求1所述的一種氣霧化工藝模擬與測試平臺，其特征在于，所述的透明腔室的外部搭載高速攝像機，以及多種精密光學監控儀器，以完成對霧化液體及凝固顆粒的跟蹤測量。
【文檔編號】G01D21/00GK103759759SQ201410006722
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月7日 優先權日:2014年1月7日
【發明者】嚴彪, 嚴鵬飛 申請人:同濟大學