專(zhuān)利名稱(chēng)：提高微細(xì)粒料密度的設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通常稱(chēng)為“加料器”的設(shè)備，所述設(shè)備用于分配可流動(dòng)的微細(xì)粒料。特別地，本發(fā)明涉及一種在所述微細(xì)粒料通過(guò)一加料器分配時(shí)排出所述微細(xì)粒料的顆粒間空氣的設(shè)備及方法。
背景技術(shù)：
在很多包含有添加微細(xì)粒料如硅土、碳黑和其它填料的連續(xù)性加工工藝中，由于這些材料的添加容量，加工速度通常受到限制。其中部分原因是因?yàn)樵S多微細(xì)粒料之間存在間隙，而且間隙中夾帶空氣，因而它們的體積的大部分含有空氣。為此采用抽真空的方法排除空氣，和/或通過(guò)震動(dòng)或壓實(shí)等機(jī)械方法來(lái)提高微細(xì)粒料的密度。
授予CARTER的美國(guó)專(zhuān)利NO.3,664,385教導(dǎo)一種能夠壓實(shí)微細(xì)粒料的設(shè)備及方法，它采用了一級(jí)旋轉(zhuǎn)螺桿式加料器，用于使粒料在一料筒內(nèi)向前輸送，所述料筒具有一裝配在所述料筒內(nèi)的管狀襯套。所述襯套和料筒形成一個(gè)密閉的空艙，所述空艙繞所述襯套延伸，并且在所述襯套上有大量的穿孔。因此對(duì)空艙部分抽真空時(shí)，空氣就能從襯套流向空艙。給空艙提供間歇的空氣壓力以使微細(xì)粒料由穿孔回流。這樣經(jīng)一級(jí)螺桿壓實(shí)的粒料，再通過(guò)二級(jí)管道輸送至一容器添充工位中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種加料器，通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)與物料輸送方向相反的壓縮力、在微細(xì)粒料沿著料筒向前輸送時(shí)可建立壓力、然后將空氣從料筒中排出，所述加料器排出微細(xì)粒料間隙內(nèi)的空氣，。


圖1為本發(fā)明的設(shè)備簡(jiǎn)圖，所述設(shè)備包括1.一圓柱料筒；
2.一料筒進(jìn)料口；3.一料斗，微細(xì)粒料由此加入進(jìn)料口；4.一螺旋體，由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，所述螺旋體安裝成可在料筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)；5.一出料口；6.一尾板，垂直安裝在距出料口一定距離的位置，以便微細(xì)粒料抵抗著尾板從出料口輸出并從所述圓柱形料筒的軸處徑向地輸出；7.一壓緊螺釘，用于保持壓力，壓緊尾板；8.一排氣口，設(shè)于料筒上，通過(guò)開(kāi)口——所述開(kāi)口的直徑小于微細(xì)粒料的直徑，所述排氣口提供料筒的內(nèi)部和外部之間的流體連通；9.一節(jié)流板，安裝在出料口處。
圖2為采用本發(fā)明的設(shè)備的分離硅土中空氣的工藝過(guò)程實(shí)例。
圖3為減小的密度變化曲線，及使用本發(fā)明的設(shè)備后硅土密度的增加情況；圖4為密度隨流量、壓縮力變化的曲線。
圖5為在兩種大小的排氣口下，空氣的排出量隨壓縮力變化的曲線。
圖6為通過(guò)使用本發(fā)明的設(shè)備，硅土的密度隨流量變化的曲線。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的加料器適用于排出各類(lèi)微細(xì)粒料中顆粒間的空氣，例如橡膠工業(yè)及涂層工業(yè)中使用的松散粉料或礦物添加劑。微細(xì)粒料通過(guò)設(shè)于料筒(1)一端的進(jìn)料口(2)進(jìn)入料筒。在一優(yōu)選實(shí)施例中，從料斗(3)中填加微細(xì)粒料進(jìn)入進(jìn)料口(2)，而且在料斗上裝有稱(chēng)重裝置，或在料斗與進(jìn)料口之間裝有流量計(jì)，用于測(cè)量進(jìn)料口(2)的加料速度。一稱(chēng)重裝置或流量計(jì)的使用使得所述加料器可用于一連續(xù)加工工藝中，在所述工藝中，大量的微細(xì)粒料須按恒速或一定的速度要求輸送。
微細(xì)粒料通過(guò)一在料筒(1)內(nèi)旋轉(zhuǎn)的螺旋體(4)沿著圓柱料筒(1)長(zhǎng)度向前輸送，所述螺旋體(4)由一馬達(dá)驅(qū)動(dòng)以便與所述圓柱料筒同軸地旋轉(zhuǎn)。所述螺旋體可以是一螺旋管(coil)，也可以是一帶螺紋的螺桿。當(dāng)一螺旋管用于輸送材料時(shí)，它常稱(chēng)為辮子管(pigtail)。當(dāng)使用一帶螺紋的螺桿時(shí)，所述帶螺紋的螺桿的螺紋可為外凸螺旋(類(lèi)似于螺旋鉆)或內(nèi)凹螺旋。一些加料器采用一根螺桿，另一些加料器采用兩根螺桿，后者的兩根螺桿交錯(cuò)并嚙合。這種類(lèi)型的加料器稱(chēng)為“雙螺桿”加料器。雙螺桿擠出機(jī)的兩根螺桿能按相同的方向旋轉(zhuǎn)(同向)、或按相反的方向旋轉(zhuǎn)(異向)。而本發(fā)明中的加料器，推薦采用具有內(nèi)凹螺紋的同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿。在采用雙螺桿時(shí)，微細(xì)粒料得到多次翻轉(zhuǎn)，更多的粒料表面和隙間空氣處于壓力差中，本發(fā)明推薦采用內(nèi)凹形螺紋的原因是，相對(duì)于外凸形螺桿而言，內(nèi)凹形螺桿內(nèi)的粒料受到的圓柱料筒壁法線方向的推力更大。加料器的大小、螺桿的尺寸以及螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)功率，都由所輸送的粒料和所需的輸送速度決定。
本發(fā)明提供的加料器利用在加料器上施加壓縮力來(lái)產(chǎn)生壓力迫使料間空氣從微細(xì)粒料排出。當(dāng)微細(xì)粒料在料筒(1)中沿螺旋體(4)向前輸送、并通過(guò)一出料口(5)——所述出料口抵靠著一逆著微細(xì)粒料流保持就位的帶壓緊螺柱(7)的尾板(6)——排出的過(guò)程中，就產(chǎn)生了壓縮力。
該壓縮力使料筒內(nèi)部與加料器外部壓力——通常為大氣壓力之間形成一壓差。它迫使料間的空氣通過(guò)一排氣口(8)從微細(xì)粒料中排出。由此提高了微細(xì)粒料的密度。在沒(méi)有被任何原理束縛的情況下，發(fā)明人相信密度的增加隨壓縮力、排氣面積和微細(xì)粒料通過(guò)加料器的流量而變化。因此應(yīng)對(duì)壓縮力的大小進(jìn)行優(yōu)化。壓縮力過(guò)大會(huì)造成堵塞、潛在的硅土損傷，以及因排氣能力不合適造成的加料不穩(wěn)定性。壓縮力過(guò)小又將造成壓差不夠。排氣面積最大時(shí)，排氣能力也最大，壓縮力相應(yīng)降低。較高流量因增加的空氣含量而導(dǎo)致較小的密度改善。欲提高流量，須提高螺桿轉(zhuǎn)速，結(jié)果粒料在排氣區(qū)停留的時(shí)間就會(huì)縮短，因而較少的空氣被排出。為了達(dá)到最佳效果，加料器須配備較大直徑的螺桿。使用大直徑的螺桿可以增加每次旋轉(zhuǎn)輸送的添加劑量，導(dǎo)致較低的螺桿轉(zhuǎn)速，并增加了粒料在排氣區(qū)停留的時(shí)間。
在本發(fā)明推薦的裝置中，出料口(5)位于料筒(1)和尾板(6)之間，微細(xì)粒料得以相對(duì)螺旋體的軸按徑向排出。因此當(dāng)微細(xì)粒料通過(guò)出料口后，粒料的流向也可通過(guò)任一常規(guī)裝置進(jìn)行引導(dǎo)。
尾板(6)由一或多個(gè)壓縮彈簧固定就位。可通過(guò)調(diào)整彈簧的壓縮量來(lái)調(diào)整微細(xì)粒料的料流阻力。當(dāng)尾板受到的力增大時(shí)，彈簧可以允許尾板作輕微的移動(dòng)。彈簧的使用可以減少或防止該加料器由于粒料壓縮過(guò)度造成的停機(jī)。其他的增加尾板壓力的方法同樣適用于本發(fā)明，例如凸輪，彈性帶，懸重等。
優(yōu)選的是，在出料口(5)與尾板(6)之間裝有節(jié)流板(9)。節(jié)流板引導(dǎo)從具有螺桿的空腔中出來(lái)的微細(xì)粒料流，在所述微細(xì)粒料從圓柱料筒、通過(guò)一錐面例如一部分圓錐、流向所述尾板(6)中心時(shí)，減小流動(dòng)橫截面面積。錐面能使壓力相對(duì)尾板中心分配，在尾板面上產(chǎn)生各向相同的壓力梯度。而錐面的角度從料筒(1)的內(nèi)徑到尾板(6)可以是從5°(幾乎與料筒的軸線平行)到約85°(幾乎與料筒的軸線垂直)。如果采用的角度不夠大，微細(xì)粒料有壓實(shí)的趨勢(shì)。如果角度太窄，(比如太接近90°)，會(huì)對(duì)出料口造成過(guò)大的反向壓力，造成出料口堵塞。優(yōu)選地，錐面是一正確對(duì)中的圓錐，具有一從平行于軸線來(lái)看角度在5°～60°、優(yōu)選角度30°～45°的錐面，用于每臺(tái)機(jī)器的最佳角度可以通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。
在本發(fā)明提供的加料器中，料筒上設(shè)有排氣口(8)。當(dāng)保持微細(xì)粒料在所述加料器中時(shí)，所述排氣口可讓空氣逸出所述加料器。在一優(yōu)選實(shí)施例中，一帶有過(guò)濾網(wǎng)的常規(guī)排氣口按垂直于螺桿軸的方式連接到所述加料器的料筒上。在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述排氣口通過(guò)使用如所述料筒段用的料筒材料一樣的燒結(jié)金屬來(lái)構(gòu)成。通過(guò)使用一燒結(jié)金屬的料筒，就會(huì)減少微細(xì)粒料在排氣表面處的堆積?？諝獯┰侥承╊w粒物質(zhì)例如硅土或云母的速度會(huì)很慢。排氣面積應(yīng)根據(jù)粒料所需的流量及其壓縮性來(lái)確定。
為了最大限度地排出空氣，應(yīng)對(duì)微細(xì)粒料的流量進(jìn)行優(yōu)化，以便最大化駐留時(shí)間和在壓差下的暴露，同時(shí)維持對(duì)運(yùn)用加料器的處理過(guò)程來(lái)說(shuō)是一可接受的流量。太高的流量需要加快加料器螺桿的轉(zhuǎn)速，就會(huì)造成排氣的駐留時(shí)間較短。
當(dāng)本發(fā)明的加料器是利用壓縮力迫使料間空氣通過(guò)排氣口排出時(shí)，就有可能采用抽真空的方法來(lái)幫助空氣的流動(dòng)。在一實(shí)施例中，使用抽真空外加壓縮力，一個(gè)第二料筒要繞圓柱料筒安裝。在第二料筒上要有一抽真空口，空氣將通過(guò)所述抽真空口從所述圓柱料筒和一級(jí)料筒間形成的空間中排出。繞所述圓柱料筒安裝第二料筒的另外一個(gè)好處是經(jīng)由所述燒結(jié)金屬通過(guò)間歇的反向吹氣，使過(guò)濾的表面容易清理。
實(shí)例1 建造本發(fā)明的設(shè)備以去除體密度為35-70克/升的硅土中的空氣。該設(shè)計(jì)大約在每0.002m2(3.53in2)施加5N的壓縮力，從而形成2.5kPa(0.4psi)的排出壓力。當(dāng)粒料的流量高達(dá)45.5kg/hr(100lb/hr)時(shí)，大約為0.015m2(24in2)的排氣面積產(chǎn)生足夠的排氣能力從而有效地提高硅土的密度。排氣后硅土的密度為100克/升。本實(shí)例中的硅土被排向一硅樹(shù)酯混配機(jī)用于制造一可硫化的硅樹(shù)酯配合物。
實(shí)例1中的設(shè)備提高了硅土的密度，減小了密度變化范圍。如圖3所示，粒料經(jīng)加料器的重填充周期后，平均密度增加了17.8％，加工密度增加了28.5％。加工密度是指混合過(guò)程必須在防止所述混配機(jī)滿(mǎn)溢的條件下操作的密度?；炫錂C(jī)的滿(mǎn)溢導(dǎo)致浪費(fèi)和/或產(chǎn)品質(zhì)量差，因?yàn)檫@會(huì)造成停機(jī)或者材料的生產(chǎn)隨硅土等級(jí)而不同。
壓縮力 測(cè)出本設(shè)備中壓縮螺桿的壓縮力對(duì)粒料密度的影響。這些數(shù)據(jù)來(lái)自于根據(jù)實(shí)例1配置的設(shè)備，在實(shí)例1的情況下，最佳壓縮力是大約5N。圖4示出壓縮力過(guò)大或不足對(duì)密度的影響。
排氣面積 圖5示出，最大化排氣面積允許較小的壓縮力，并最大化排氣能力。
流量 測(cè)出M7-D硅土經(jīng)過(guò)實(shí)例1的設(shè)備的流量對(duì)最終密度的影響。其結(jié)果如圖6所示。
權(quán)利要求
1.設(shè)備，其包括a.一料筒，包括一排氣口；b.一料筒進(jìn)料口；c.一料筒出料口；d.一螺旋體，可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述料筒中，所述螺旋體適合于旋轉(zhuǎn)以便將一粒料從所述進(jìn)料口輸送至所述出料口；e.一馬達(dá)，安裝在所述螺旋體上，用于驅(qū)動(dòng)所述螺旋體轉(zhuǎn)動(dòng)；和f.一壓縮組件，安裝在所述出料口處，用于壓縮通過(guò)所述出料口的粒料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓縮組件包括a.一尾板，在距所述出料口一定距離處安裝到所述出料口，以便讓所述粒料排出，同時(shí)對(duì)所述出料口進(jìn)行節(jié)流，使所述料筒內(nèi)的壓力升高至所述料筒外的壓力之上；和b.一壓緊裝置，安裝在所述尾板上，用于將所述尾板推向所述出料口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓緊裝置包括一壓緊螺栓。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓緊裝置包括一活塞。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓緊裝置包括一栓簧。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓縮組件包括一位于所述出料口與所述尾板之間的節(jié)流板；所述節(jié)流板具有一開(kāi)口；且所述節(jié)流板安裝在所述出料口處，垂直于來(lái)自所述出料口的粒料排出流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述開(kāi)口具有一不一致橫截面積；所述橫截面積在所述出料口處大于所述尾板處。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述開(kāi)口形成一圓錐形橫截面，并具有從所述出料口到所述尾板的斜度至少為5度左右的表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述開(kāi)口形成一圓錐形橫截面，并具有從所述出料口到所述尾板的斜度直至85度左右的表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述螺旋體包括一帶螺紋的螺桿。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述帶螺紋的螺桿的螺紋相對(duì)于粒料的流動(dòng)方向是內(nèi)凹形的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括一第二帶螺紋的螺桿，所述第二帶螺紋的螺桿安裝在所述料筒中；所述帶螺紋的螺桿的螺紋與所述第二帶螺紋的螺桿的螺紋交錯(cuò)并且嚙合。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述兩螺桿適合于按同一方向同向旋轉(zhuǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述排氣口包括在所述料筒上的多個(gè)開(kāi)口；所述開(kāi)口具有小于粒料的尺寸。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述排氣口包括燒結(jié)金屬。
16.方法，其包括a.從一料筒的一加料口向所述料筒的一出料口輸關(guān)粒料，所述粒料在在顆粒間有隙間空氣；所述料筒包括一排氣口；且所述料筒有一內(nèi)壓；b.對(duì)所述出料口施加壓力，所述壓力能夠使所述內(nèi)壓力提高至所述料筒的外壓力之上，而且c.使隙間空氣從排氣口逸出。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，步驟b)是通過(guò)對(duì)粒料流在出料口處進(jìn)行節(jié)流來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
全文摘要
一種用于排出微細(xì)粒料間空氣的設(shè)備包括一帶一排氣口(8)的料筒(1)；一料筒的進(jìn)料口(2)；一料筒的出料口(5)；一在所述料筒(1)里旋轉(zhuǎn)的螺旋體(4)；所述螺旋體適合于旋轉(zhuǎn)以將所述粒料從所述進(jìn)料口(2)輸送至所述出料口(5)；一用于驅(qū)動(dòng)所述螺旋體(4)的馬達(dá)；和一壓縮組件(6，7，9)，安裝在所述出料口(5)處，用于壓縮通過(guò)所述出料口的粒料。
文檔編號(hào)B29B15/08GK1555326SQ02818163
公開(kāi)日2004年12月15日 申請(qǐng)日期2002年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月1日
發(fā)明者史蒂文·多普, 史蒂文 多普, 戈?duì)柕虏急R姆, 蘇珊·戈?duì)柕虏急R姆, 詹森, 賈里·詹森 申請(qǐng)人:陶氏康寧公司