專利名稱:內(nèi)分批攪拌機(jī)的雙葉片非嚙合轉(zhuǎn)子的制作方法
本發(fā)明與高強(qiáng)度內(nèi)分批式攪拌機(jī)有關(guān)，這種攪拌機(jī)具有一個混合室，該混合室能制成容納二個反向旋轉(zhuǎn)的非嚙合的帶葉片的轉(zhuǎn)子，將打算拌和成均勻物質(zhì)的配料組分通過一個豎直的滑槽、在裝在滑槽中的推料桿的壓力作用下將其向下推移。這個推料桿是液壓或氣壓驅(qū)動的。在攪拌配料過程中，當(dāng)推料桿向下推進(jìn)至其工作位置時，推料桿的下表面組成了混合室的上部。所生產(chǎn)出的均勻的混合料從混合室通過位于混合室底部的出料孔排出，隨后，與該出料口相連的艙門關(guān)閉，為通過滑槽向下輸入的下一次配料作好準(zhǔn)備。
某些內(nèi)分批攪拌機(jī)設(shè)計成帶有非嚙合的轉(zhuǎn)子，另一些則設(shè)計成具有嚙合的轉(zhuǎn)子。相互嚙合的轉(zhuǎn)子必須始終以同一轉(zhuǎn)速同步驅(qū)動，而非嚙合的轉(zhuǎn)子即可以以同一轉(zhuǎn)速驅(qū)動又可以以不同轉(zhuǎn)速驅(qū)動，以達(dá)到不同的攪拌和搓揉效果。本發(fā)明涉及非嚙合式轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的葉片具有一般的螺旋形結(jié)構(gòu)，如下文所述，依靠它們不同的強(qiáng)有力的動力效應(yīng)的配合作用，產(chǎn)生高強(qiáng)度的攪拌和均化作用。關(guān)于這種具有非嚙合轉(zhuǎn)子的內(nèi)分批攪拌機(jī)更詳細(xì)的資料可參閱美國專利1，200，700號和3，610，585號，本受讓人的原權(quán)利人已公開的這些專利，本文已結(jié)合作為背景資料。
本發(fā)明通過裝設(shè)一對雙葉片非嚙合的新型轉(zhuǎn)子改善了這種高強(qiáng)度內(nèi)分批式攪拌機(jī)的攪拌性能和生產(chǎn)率。除了它們提高效率的優(yōu)點(diǎn)之外，這些雙葉片轉(zhuǎn)子還可用于大扭矩負(fù)載的條件下工作，這種大扭矩負(fù)載將會在提高了性能的高強(qiáng)度內(nèi)分批攪拌機(jī)中遇到，這種攪拌機(jī)可用于攪拌更粘稠的橡膠和可塑性材料。
本發(fā)明總的目的是依靠反向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子之間的動力相互作用的新的順序和新的特性，提高這種攪拌機(jī)中的一對雙葉片非嚙合轉(zhuǎn)子的輸出效率、性能、生產(chǎn)率和均勻性，并且與二個轉(zhuǎn)子是否以下列轉(zhuǎn)速無關(guān)(a)同步旋轉(zhuǎn)，即以一速度(等速)或(b)非同步，即以略有不同的轉(zhuǎn)速(不等速)常稱之謂“摩擦比”速度。
此外，本發(fā)明總的目的還包括不顯著增大新轉(zhuǎn)子的體積和外殼的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)點(diǎn)，以便(1)不需要改裝就能將這些新型雙葉片轉(zhuǎn)子裝入現(xiàn)有的內(nèi)分批攪拌機(jī)的混合室中。用一對新的雙葉片轉(zhuǎn)子裝入現(xiàn)有的攪拌機(jī)中能夠改善性能并提高生產(chǎn)率;(2)這些新的轉(zhuǎn)子與現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子相比不占用更大的容積，以便使攪拌機(jī)中現(xiàn)有的有用的空間(“自由容積”)真正地可用于上述同樣的配料容積中;(3)將這些轉(zhuǎn)子用于新的內(nèi)分批攪拌機(jī)中，其混合室的容積與現(xiàn)用的各種尺寸的攪拌機(jī)的混合室的容積相似，但明顯地增加了輸送給新轉(zhuǎn)子的動力，以克服將被混合均勻的粘稠橡膠和塑性材料所產(chǎn)生的較大的力。
根據(jù)本發(fā)明的目的提供一對用于內(nèi)分批攪拌機(jī)的雙葉片非嚙合轉(zhuǎn)子，這種轉(zhuǎn)子與Inoue等人的4，456，381號美國專利所公開的一對轉(zhuǎn)子相比改善了攪拌性能、均勻性和生產(chǎn)率。Inoue等人的專利公開了一對轉(zhuǎn)子，每一個轉(zhuǎn)子都有一個起始于轉(zhuǎn)子相對一端的長葉片。每個轉(zhuǎn)子上的長葉片上具有相同的螺旋角，這二個長葉片的螺旋角的范圍是10°至40°，這些葉片的軸向長度與轉(zhuǎn)子總軸向長度的比值是0.6至0.9。這個比值范圍意味著葉片在每個轉(zhuǎn)子上的重疊量是0.2至0.8倍的轉(zhuǎn)子總長度。從Inoue等人的書中圖10可見每個葉片的扭轉(zhuǎn)角(包角)是14°至90.6°。因?yàn)槿咳~片的螺旋角在該專利中全都相同，所以在混合室的中心的二個反向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子之間相互作用時，一個轉(zhuǎn)子的葉尖經(jīng)過另一個轉(zhuǎn)子的葉尖的“擦掃”能力較小。因此，不希望有的相等的角度關(guān)系妨礙子在所述的轉(zhuǎn)子間相互作用的中心處橫向攪拌作用，必須導(dǎo)致攪拌的不均勻性。
因?yàn)镮noue等人的轉(zhuǎn)子葉片葉尖的扭轉(zhuǎn)角(包角)僅有90.6°或低于90.6°，所以葉尖在混合室中心處停留的時間較短，因此使較大體積的物料有可能在攪拌機(jī)的中心附近一攪拌循環(huán)的主要部分停滯不動。在攪拌機(jī)中心附近停滯不動的許多物料與其它部分被攪拌的配料相比傳熱不良，并明顯降低了有效的攪拌作用。
依照本發(fā)明的某些方面，如本發(fā)明說明書所述，提供了一對供高強(qiáng)度內(nèi)分批式攪拌機(jī)使用的非嚙合雙葉片轉(zhuǎn)子，每一個轉(zhuǎn)子都具有一個被驅(qū)動端和冷卻液端以及二個具有普通螺旋形狀葉尖的長葉片，這二個長葉片起始于每個轉(zhuǎn)子的相對的端部，也就是這二個長葉片葉尖的引導(dǎo)端位于該轉(zhuǎn)子的相對的端部，并繞該轉(zhuǎn)子的軸線以彼此成176°至184°的角度位置取向。每一個轉(zhuǎn)子上的第一個長葉片的葉尖具有一個介于25°至40°之間的較小的螺旋角(A1)，這第一個葉片的葉尖具有一個介于80°至110°之間的扭轉(zhuǎn)角(包角)。葉片軸向長度比值，即葉片軸向長度與轉(zhuǎn)子軸向長度的比值是在0.6至0.85之間。這第一個葉片軸向長度比下文將要闡述的第二個葉片長。
第二個葉片具有一個介于35°至55°之間的較大的螺旋角(A2)，該葉片的扭轉(zhuǎn)角(包角)介于90°至120°之間，該葉片的軸向長度比值介于0.35至0.75之間。
這二個葉片的螺旋角的差值介于5°至15°之間。在混合室的中心二個葉片彼此接近的地方，螺旋角的這一差值有效地使一個轉(zhuǎn)子上的葉片能夠“擦掃”另一個轉(zhuǎn)子上的葉片。因此，與上述Inoue等人的4，456，381號專利的顯著區(qū)別是本發(fā)明的每一個轉(zhuǎn)子都有二個長葉片，為得到更多的優(yōu)點(diǎn)，其葉尖以不同的螺旋角取向，這一點(diǎn)將在下文參閱附圖加以解釋。
本發(fā)明的特點(diǎn)、目的、涉及的各個方面和優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合相應(yīng)的附圖閱讀下文的詳細(xì)說明及其權(quán)利要求
就會更清楚明了。這些附圖表示本發(fā)明的一個最佳實(shí)施例與已有技術(shù)中的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的比較，各個附圖中的同一參考數(shù)字和字母用于指示相同的部件或特性。
圖1是本發(fā)明采用的非嚙合轉(zhuǎn)子內(nèi)分批式攪拌機(jī)的端視圖，圖1中的攪拌機(jī)部分是剖視圖;
圖2是沿圖1中2-2線通過混合室所取的放大剖視圖，但圖2所示出的是已有技術(shù)中的一對非嚙合的雙葉片轉(zhuǎn)子，其中二個長葉片都具有相同的螺旋角;
圖3是示于圖2中的雙葉片轉(zhuǎn)子的二個已有技術(shù)的放大圖;
圖4是圖3的兩個雙葉片轉(zhuǎn)子的外形展開圖，表示展開的轉(zhuǎn)子葉片的螺旋形葉尖。當(dāng)轉(zhuǎn)子外形展開時，螺旋形葉尖表現(xiàn)為直的并按對角線方向取向。
圖5是類似于圖3的示意圖，但圖5表示的是本發(fā)明所使用的一對雙葉片;
圖6是圖5轉(zhuǎn)子外形展開圖;
圖7A和7C是通過混合室沿圖1的2-2平面所取的剖面圖，表示本發(fā)明的二個轉(zhuǎn)子在攪拌物料時相互配合的優(yōu)點(diǎn);
圖7B和7D是分別通過圖7A和7C沿B-B和D-D平面所取的剖視圖;
圖7B-1、7B-2、7B-3和圖7D-1、7D-2和7D-3是分別沿圖7A的B-1、B-2和B-3及圖7C中的D-1、D-2和D-3平面截取的、類似于圖7B和7D的作為說明用的簡化剖視圖;
圖8A表示如圖3和圖4所示的一對已有技術(shù)的轉(zhuǎn)子葉片在混合室中心29處的“停滯時間”(DL);
圖8B表示本發(fā)明所采用的、如圖5和圖6所示的在混合室中心處的一對轉(zhuǎn)子葉片的更長的“停滯”時間(“DL”);
圖9A-1、9B-1、9C-1和9D-1表示本發(fā)明所采用的一對轉(zhuǎn)子之間的相互關(guān)系，它是以轉(zhuǎn)子葉片接近混合室的中心時剖開轉(zhuǎn)子的外形來表示的;
圖9A-2、9B-2、9C-2和9D-2是通過攪拌機(jī)中心沿垂直平面截取的簡化剖面圖。換言之，這四個剖面圖是類似于圖7B和7D的平面圖。圖9A-2、9B-2、9C-2和9D-2表示分別對應(yīng)于圖9A-1、9B-1、9C-1和9D-1的轉(zhuǎn)子依次行進(jìn)的位置;
圖9A-1至9D-2表示等速轉(zhuǎn)動的二個轉(zhuǎn)子及一個轉(zhuǎn)子相對另一個轉(zhuǎn)子在最佳相位關(guān)系時的取向方向;
圖10A-1、10B-1和10C-1表示上文參照的Inoue等人專利中所述的二個轉(zhuǎn)子間的相互作用，該專利中所述的二個轉(zhuǎn)子是以不同的速度旋轉(zhuǎn)的;
圖10A-2、10B-2和10C-2是分別對應(yīng)于圖10A-1、10B-1和10C-1所示的轉(zhuǎn)子的各個位置的垂直剖視圖;
圖11、12、13、14和15是一組各種不同的攪拌性能標(biāo)準(zhǔn)曲線圖，鮮明地表示轉(zhuǎn)子以等速(同步)旋轉(zhuǎn)時兩個轉(zhuǎn)子之間的不同相位角的關(guān)系，并表示為什么相位角關(guān)系大約為180°時是最佳的(下文將加以解釋)。
如圖1所示，數(shù)字20表示總的分批式高強(qiáng)度內(nèi)攪拌機(jī)。其中使用一對體現(xiàn)本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)的一對非嚙合的轉(zhuǎn)子81和82，該攪拌機(jī)包括一個垂直往復(fù)運(yùn)動的推料桿24，該推料桿在圖1中所示的上升的位置和用點(diǎn)劃線表示的下降的工作位置24′之間移動。該推料桿24用于把待徹底混合的物料推入混合室26。在其工作位置24′，推料桿要克服混合室26中的物料所施加的作用力，以便用下文將要闡述的、裝在二個反向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子81和82上的葉片使物料徹底混合，轉(zhuǎn)子81和82圍繞有一定間距的二個水平平行軸線旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)向如箭頭23和25所示。圖1所示的左面轉(zhuǎn)子81按順時針方向繞自身軸線轉(zhuǎn)動;右面的轉(zhuǎn)子82則按逆時針方向旋轉(zhuǎn)?；旌鲜?6加工成能容納這二個轉(zhuǎn)子并包括左、右二個空腔27和28，每個空腔均為圓柱形。這二個空腔水平相對設(shè)置，一個開口對著另一個開口?；旌鲜?6中心區(qū)29的位置一般設(shè)定在二個轉(zhuǎn)子81和82之間。
待攪拌的成分開始裝入裝料斗30。當(dāng)推料桿24提起時，物料就能進(jìn)入與裝料斗30相連的滑槽32，并向下導(dǎo)入至混合室26的中心區(qū)29。然后推料桿下降將物料向下推入混合室并將其保持在該處。圖示的推料桿24是用一個安裝在攪拌機(jī)20的機(jī)殼35頂部的流體驅(qū)動的氣缸34來帶動。流體氣缸34可以是液壓的或氣動的，它包括一個帶活塞桿38的雙向作用的活塞36，活塞桿38與推料桿24相連，用于提起和放下推料桿。推料桿被固定到位于氣缸34底部39下面的活塞桿38的下端。所需壓力的工作流體通過供流管40輸送至氣缸34的上部，推動活塞36向下使推料桿移至下部工作位置24′。攪拌工作完成后，推料桿依靠經(jīng)供流管(圖1中未示出)輸入活塞36下面的氣缸34下部的驅(qū)動流體的作用縮回至提起位置。
已攪拌均勻的物料從混合室26的底部經(jīng)出料口送出，出料口通常用艙門42封閉。在攪拌工作期間，艙門42用鎖閉機(jī)構(gòu)44使其保持在關(guān)閉位置。解脫鎖閉機(jī)構(gòu)44時，艙門42就繞鉸接軸46向下回轉(zhuǎn)。例如可以使用安裝在鉸接軸46兩端上的一對液壓力矩馬達(dá)(圖中未示)使艙門繞軸回轉(zhuǎn)。
圖2是沿圖1中2-2線所取的攪拌機(jī)20的剖視圖，但所示的雙葉片轉(zhuǎn)子51和52是已有技術(shù)中的轉(zhuǎn)子，其中二個相對長葉片的葉尖都具有上面援引的Inoue等人專利中詳細(xì)說明過的同樣的螺旋角。圖2突出表現(xiàn)新型轉(zhuǎn)子81和82能夠安裝在現(xiàn)有的攪拌機(jī)20中，用來取代傳統(tǒng)的已有技術(shù)中的轉(zhuǎn)子51和52。這些新的轉(zhuǎn)子81和82也能夠有利地安裝在類似于所述的攪拌機(jī)20的新型攪拌機(jī)中。
如圖2所示，轉(zhuǎn)子51和52或81和82根據(jù)具體情況可以用普通的齒輪傳動裝置48使其沿相反的方向23、25旋轉(zhuǎn)，齒輪傳動裝置可以用驅(qū)動馬達(dá)50來帶動。該齒輪傳動裝置48可包括同樣的嚙合齒輪，用于以相同的速度，即同步驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。另一方面，這個齒輪傳動裝置也可以包括節(jié)圓直徑略有不同的嚙合齒輪，用于驅(qū)動轉(zhuǎn)子以不同的速度旋轉(zhuǎn)，例如以速比9∶8，即1.25∶1旋轉(zhuǎn)，上述速比稱之謂摩擦齒輪比。驅(qū)動馬達(dá)可以是普通結(jié)構(gòu)，最好帶有速度控制裝置，必要時，可以根據(jù)混合室26中的特定的物料、物料的溫度、粘稠狀態(tài)、所要求的由馬達(dá)輸入的攪拌動力的速率來改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
照發(fā)明人的看法，本發(fā)明的最佳實(shí)施例是以相同的速度、以特定的相位關(guān)系驅(qū)動一對新型雙葉片轉(zhuǎn)子，這將在下文詳加闡述。
普通的密封環(huán)54(圖2)設(shè)置在靠近每個轉(zhuǎn)子的一端，用來密封混合室26。靠近密封環(huán)54的轉(zhuǎn)子的端部常稱作“套環(huán)端”，如圖3和圖5所示。與這種高強(qiáng)度分批式攪拌機(jī)20結(jié)構(gòu)有關(guān)的更詳細(xì)的資料在上文所提及的美國專利3，610，585號已有說明，本文結(jié)合參考。
在圖3中所示的左、右二個屬已有技術(shù)的轉(zhuǎn)子51和52每個都具有一段長度“L”，“L”是在各自相應(yīng)的套環(huán)端57和58之間量得的長度值。與驅(qū)動軸55或56相連的套環(huán)端57是“驅(qū)動端”或“給水端”。轉(zhuǎn)子含有冷卻液通道，將冷卻液(通常是水)在與驅(qū)動軸55和56的位置相對的一端輸入這些通道。轉(zhuǎn)子外形直徑為“D”，因此，每個轉(zhuǎn)子外形的展開長度為“πD”，如圖4所示。
屬于已有技術(shù)的轉(zhuǎn)子51和52，其位于每個轉(zhuǎn)子上的兩個較長的葉片61和62的葉尖起始于對面的套環(huán)端。術(shù)語“起始于”或者類似的語言意味著各螺旋形葉尖61或62的引導(dǎo)端是位于標(biāo)示的套環(huán)端。轉(zhuǎn)子軸線用60表示，轉(zhuǎn)子展開包絡(luò)面的角度位置0°、90°、180°、270°、和360°是繞轉(zhuǎn)子軸線的角度位置。定義角度0°或360°是為了便于解釋圖3和圖4，即這些角度是靠近中心區(qū)29在含有二個轉(zhuǎn)子軸線60的水平面上的轉(zhuǎn)子包絡(luò)面的位置上。
Inoue等人給定的雙葉片轉(zhuǎn)子51和52的參數(shù)一覽表如表1所示表Ⅰ(已有技術(shù)，圖3和圖4)起始角度 螺旋角 扭轉(zhuǎn)角 比值位置 A T＊l/L長葉片610° 10°至40° 14°至90.6° 0.6至0.9長葉片62 180° 10°至40° 14°至90.6° 0.6至0.9＊扭轉(zhuǎn)角(包角)數(shù)值的范圍是從Inoue等人的圖10中得到的，在該專利的正文中未出現(xiàn)。應(yīng)記住“扭轉(zhuǎn)角”是用于Inoue等人的文本中，而本說明書中使用的是同意語“螺旋角”。Inoue等人沒有從本質(zhì)上論及扭轉(zhuǎn)角(包角)和為什么必須圖10中取值。例如，認(rèn)為扭轉(zhuǎn)角40°的值為0，即圖10中的40°螺旋角對應(yīng)于軸向葉片長度為1同轉(zhuǎn)子總長度“L”之比值的定量為0.6，扭轉(zhuǎn)角(包角)的計算結(jié)果如下從欄5，26～27行查得公式(9)中的C2值近似為0.5，從公式(9)中得出L＝0.5πD＝1.57D，因而，其軸向葉片長度用D表示為0.6×0.5πD，即等于0.3πD。螺旋角為40°、軸向長度為0.3πD的螺旋葉片的扭轉(zhuǎn)角(包角)T計算結(jié)果如下T＝(軸向葉片長度“l(fā)”的tanθ/轉(zhuǎn)子周長)×360°＝(0.3πDtan40°/πD)×360°＝0.3tan40°×360°＝0.3×0.839×360°＝90.6°。
注雙葉片的螺旋角相同的。l/L的比值在0.6～0.9的范圍內(nèi)會引起葉片在0.2和0.8的轉(zhuǎn)子總長度L值之間的重疊。
應(yīng)當(dāng)指出的是每個轉(zhuǎn)子51和52都具有總的軸向長度L，其值從欄5、26～27行和公式(9)求得近似等于1.57倍轉(zhuǎn)子包絡(luò)直徑D。
注意圖3、4、5和6中所使用的轉(zhuǎn)子直徑“D”是從葉尖到葉尖測得的轉(zhuǎn)子的較大直徑。
本發(fā)明的任務(wù)在于克服或者從根本上削弱已有技術(shù)中的非嚙合的雙葉片轉(zhuǎn)子的缺點(diǎn)，提高效率，攪拌性能、產(chǎn)品混合的均勻性和雙葉片轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)率。圖5和圖6所示的是本發(fā)明采用的雙葉片轉(zhuǎn)子81和82。每個轉(zhuǎn)子上的較長的葉片91和92起始于相對的套環(huán)端57和58，其起始端相隔角度位置定成176°至184°范圍之間。第一個葉片的葉尖91以25°至40°螺旋角A1取向，扭轉(zhuǎn)角T1在80°至110°之間。其軸向長度的量值，即軸向長度“l(fā)”對轉(zhuǎn)子的軸向長度“L”的比值是0.6～0.85。第二個葉片的葉尖92以35°至55°的較大的螺旋角A2取向，扭轉(zhuǎn)角T2在90°至120°之間。二個螺旋角A1和A2的差值為5°至15°，因此，當(dāng)相對轉(zhuǎn)子葉片彼此接近混合室的中心時，會有效地產(chǎn)生一種“擦掃”(Wiping)效應(yīng)。H1和H2是各轉(zhuǎn)子葉片91和92的螺旋線長度，H1＝l1/CosA1;H2＝l2/CosA2。
表Ⅱ-圖5和圖6(L＝1.58D)起始角度 螺旋角 扭轉(zhuǎn)角 比值位置 A T l/L長葉片91 0° 25°至40° 80°至110° 0.6至0.85長葉片92 176°至184° 35°至55° 90°至120° 0.35至0.75注螺旋角A2和A1的差值在5°至15之間。
下表表示用于如圖5和圖6所示的一對轉(zhuǎn)子81和82的一組設(shè)計參數(shù)的最佳實(shí)施例表Ⅲ-圖5和圖6的例子(L＝1.58D)起始角度 螺旋角 扭轉(zhuǎn)角 比值位置 A T l/L長葉片91 0° A1＝39° T1＝106° 0.71長葉片92 180° A2＝46° T2＝120° 0.63注A2-A1＝7°由裝在混合室26的空腔27和28中的轉(zhuǎn)子葉片91和92所產(chǎn)生的有效協(xié)同攪拌效果表示在圖7A、7B、7C、7D、7B-1、7B-2、7B-3、7D-1、7D-2和7D-3中。這些圖中所示的轉(zhuǎn)子之間的相位關(guān)系最佳值約為180°。相位關(guān)系由該領(lǐng)域的技術(shù)人員在選定二個轉(zhuǎn)子的方向時按實(shí)際條件來確定，這二個轉(zhuǎn)子在起始于轉(zhuǎn)子冷卻液一端58上的葉片起始端上標(biāo)有符號“E”(圖4和圖6)。
因此，圖3和圖4表示的是轉(zhuǎn)子51和52之間是零相位角關(guān)系;而圖5和圖6表示的是轉(zhuǎn)子81和82之間成180°相位角關(guān)系。在圖6中，若轉(zhuǎn)子82在其現(xiàn)在的位置上保持不動，如果使轉(zhuǎn)子81沿逆時針方向轉(zhuǎn)動，使葉片92的標(biāo)記“E”定位在90°線上，那么該相位角關(guān)系就將是90°圖7A和7B表示當(dāng)每個轉(zhuǎn)子上的第一個葉片91以180°的相位關(guān)系接近混合室26的中心區(qū)29時出現(xiàn)的動力作用。箭頭指示被攪拌物料的流動方向。在從點(diǎn)劃線Y一直到點(diǎn)劃線W的區(qū)域內(nèi)，物料受到一種擠壓流動式的攪拌作用。這種擠壓流動作用從圖7B所示的二個轉(zhuǎn)子上的正接近的第一個葉尖91的情況可以清楚理解。同樣，圖7B-2類似于圖7B，表示在兩個反向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子之間轉(zhuǎn)子葉片接觸混合室中的物料時的擠壓流動的動力作用。
在圖7A中的虛線W和V之間的區(qū)域中，當(dāng)?shù)谝粋€轉(zhuǎn)子81的第一個葉片91的被驅(qū)動套環(huán)端部向下向中心推動物料時(請參閱圖7B-1，7B-1表示圖7A中的WV區(qū)域)有一種橫向擴(kuò)展攪拌作用出現(xiàn)。因此，能從左腔室27將物料送至右腔室28，與此同時還交叉地在軸線方向上推擠和翻滾物料。第一個轉(zhuǎn)子81的葉片91的這一被驅(qū)動的套環(huán)端在WV區(qū)沒有受到較大的阻抗，因?yàn)榈诙D(zhuǎn)子82的葉片91的后端部瞬間位于第二轉(zhuǎn)子的頂部。
在圖7A的點(diǎn)劃Z和Y之間的區(qū)域中，像在WV區(qū)一樣，也有同種形式的橫向擴(kuò)展攪拌作用出現(xiàn)，但它們是出現(xiàn)在相對的方向，如圖7B-3所示，圖7B-3表示的是圖7A的ZY區(qū)。
同樣，應(yīng)當(dāng)指出的是在點(diǎn)劃線Y和X之間的區(qū)域也出現(xiàn)某些橫向擴(kuò)展攪拌作用;在點(diǎn)劃線X和W之間的區(qū)域，在與YX區(qū)域所產(chǎn)生的攪拌方向相反的方向上也產(chǎn)生某些橫向擴(kuò)展的攪拌作用。
從圖7B-1、7B-2和7B-3三個圖中可以理解一種有力的“壓下”作用施加在物料上，將其向下推擠離開推料桿并從中心區(qū)29向下推壓，在混合室的中心區(qū)29物料很少可能停滯不動。
圖7C和7D表示成180°相位關(guān)系的每個轉(zhuǎn)子上的第二葉片92接近混合室的中心區(qū)29時所產(chǎn)生的動力作用。箭頭指示正進(jìn)行攪拌的物料的流動方向。從點(diǎn)劃線Y′一直到點(diǎn)劃線W′的區(qū)域內(nèi)，在與圖7A所示的動作相反的方向上物料受到擠壓流動式的攪拌作用。圖7D表示兩轉(zhuǎn)子上正接近的第二葉尖92。圖7D-2類似于圖7D，表示在混合室中心區(qū)29作用在物料上的二個正接近的第二轉(zhuǎn)子葉片92的擠壓流動動力作用。由于第二葉片92的螺旋角A2比第一葉片91的螺旋角A1大得多，所以有一個較大的軸向力分量施加在物料上，使其比圖7A中的第一葉片91所形成的流動方向更斜，因而同使用螺旋角A1和A2相等的已有技術(shù)的轉(zhuǎn)子51、52相比，能產(chǎn)生更徹底地不規(guī)則地攪拌作用。
在圖7C點(diǎn)劃線W′和V′之間的區(qū)域內(nèi)，由第二轉(zhuǎn)子82的第二葉片92的被驅(qū)動套環(huán)端部產(chǎn)生的橫向擴(kuò)展攪拌作用向下向中心方向推動物料，并將物料從右腔28送至左腔27。與此同時，以推力的軸向分量交叉地推擠并翻滾物料。圖7D-1表示圖7C中的M′V′區(qū)域，用來清楚地表示所發(fā)生的動力作用。第二轉(zhuǎn)子82的第二葉片92的被驅(qū)動套環(huán)端部在W′V′區(qū)域中沒受到較大的阻抗，因?yàn)榈谝晦D(zhuǎn)子81的第二葉片92的后端部只是短暫地處于第一轉(zhuǎn)子的頂部位置。
在圖7C中的點(diǎn)劃線Z′和Y′之間的區(qū)域內(nèi)，像在W′V′區(qū)域內(nèi)一樣也產(chǎn)生同樣形式的橫向擴(kuò)展攪拌作用，但方向相反，如圖7D-3所清楚表示的那樣。圖7D-3表示圖7C中的Z′Y′區(qū)。
同樣，應(yīng)當(dāng)指出的是在點(diǎn)劃線Y′和X′之間的半個區(qū)域中也產(chǎn)生某些橫向擴(kuò)展攪拌作用;同時在點(diǎn)劃線X′和W′之間的另一半?yún)^(qū)域中，沿與半?yún)^(qū)Y′X′作用相反的方向也產(chǎn)生某些橫向擴(kuò)展的攪拌作用。
另一方面，從圖7D-1、7D-2和7D-3中可以清楚地看到另一種有力的“壓下”作用施加在推料桿24下面和靠近混合室中心位置29的物料上。所以既不允許物料停滯在靠近中心的區(qū)域29，也不允許停滯在推料桿24下面。
因此，這些圖7表示相位成180°的二個新型轉(zhuǎn)子每次同步轉(zhuǎn)動過程中，產(chǎn)生二次強(qiáng)有力的擠壓流動作用和二次有力的“壓下”作用。也就是每同步回轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生二次所希望的有效且有力的攪拌工序。
請讀者考慮這樣一個事實(shí)因?yàn)槌３Ｓ泄袒瘎┗蛄蚧瘎┐嬖?，所以要求在攪拌機(jī)20中在45秒的周期內(nèi)拌制完畢物料。由于在攪拌工序中有熱量產(chǎn)生，所以在出現(xiàn)任何明顯地固化或硬化之前，要求把物料全部從混合室排出。使設(shè)二個轉(zhuǎn)子約以每分鐘32轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)，那么每個轉(zhuǎn)子總計只能轉(zhuǎn)24圈。正如上文所論述的那樣，最佳的180°的相位關(guān)系使上述有效且有力的攪拌工序每轉(zhuǎn)一周出現(xiàn)二次，因此獲得了24轉(zhuǎn)乘以二次有力的攪拌工序，即總計為48次這種工序的累積效果。
如上文所述，Inoue等人對交互作用沒引起任何注意，假設(shè)它們的轉(zhuǎn)子以8至9的摩擦轉(zhuǎn)動速度旋轉(zhuǎn)，那么低速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子在每轉(zhuǎn)完8圈，相對的二個葉片彼此只接近一次或二次。
圖8B表示對置的兩個轉(zhuǎn)子的葉尖在中心區(qū)29所具有的總的停滯時間“DL”，這個停滯時間“DL”比Inoue等人的葉片的停滯時間“DL”要長得多(圖8A)。因此再一次看到當(dāng)使用本發(fā)明的轉(zhuǎn)子時，由于葉尖推動、壓下并擦掃在攪拌過程中任何時侯到達(dá)中心區(qū)中心29的物料，所以物料不能在中心區(qū)29停滯不動。
圖9A-1、9B-1、9C-1和9D-1表示二個轉(zhuǎn)子81、82約成180°最佳相位關(guān)系同步旋轉(zhuǎn)時的展開轉(zhuǎn)子外形的位置順序圖。圖9A-2、9B-2、9C-2和9D-2是與上面各轉(zhuǎn)子展開位置相對應(yīng)的簡化剖面圖。正如有關(guān)圖7的說明一樣，這些順序圖是用于進(jìn)一步突出每轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生二次有效且強(qiáng)有力的攪拌作用。
圖10A-1、10B-1和10C-1表示Inoue等人的相位關(guān)系不確定的轉(zhuǎn)子的展開位置順序。圖10A-2、10B-2和10C-2相當(dāng)于各轉(zhuǎn)子的展開位置，表示希望有的各轉(zhuǎn)子葉片61和62的方向，它們每轉(zhuǎn)一圈只能出現(xiàn)一次。
為了強(qiáng)調(diào)說明最佳相位關(guān)系對性能影響的重要性，請注意下表Ⅳ，表Ⅳ以相位角關(guān)系的函數(shù)形式列出了用于評價攪拌機(jī)性能的七種標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。使用的參數(shù)等級是1～4，其中4是最優(yōu)的。
表Ⅳ以圖5和圖6轉(zhuǎn)子相位角關(guān)系函數(shù)表示的七種不同性能的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)＊。
0° 90° 135° 180°生產(chǎn)率 3 1 2 4穆尼縮減率 1 3 4 2標(biāo)準(zhǔn)偏差 3 2 1 4Rheom扭矩 3 2 1 4標(biāo)準(zhǔn)偏差 2 1 3 4配料溫度標(biāo)準(zhǔn)偏差 3 1 2 4單位能量 4 1 3 2合計 18 10 18 24＊等級1至4(4是最佳值)穆尼粘度縮減率檢測方法是用于測定物料的粘度攪拌后縮減了多少，和從攪拌過的物料不同區(qū)域取出來的樣本之間的偏差有多大，扭矩減少的越大及偏差越小，相應(yīng)的參數(shù)越好。
Rhometric扭矩測試方法是用于測定固化劑或硫化劑在拌合物料中的均勻度。進(jìn)行一種搖擺扭矩測試，用作樣本的是固化劑或硫化劑。附加劑分布越均勻，參數(shù)越好。
配料溫度標(biāo)準(zhǔn)偏差與全部已拌合的配料各個區(qū)域溫度抽樣樣本有關(guān)關(guān)。不同區(qū)域的溫度全都應(yīng)當(dāng)相同，這表明作用在全部已拌合的配料的各部分體積上的攪拌能量相同。各個不同樣本的溫度偏差越小越好。單位能量的定義是生產(chǎn)完全拌合好的配料驅(qū)動馬達(dá)50所消耗電能的千瓦小時數(shù)。由于每轉(zhuǎn)一周這種強(qiáng)有力的所需要的攪拌工序出現(xiàn)二次，所以相當(dāng)多的能量消耗在攪拌配料上。盡管如此，其單位能量額定值仍比最小有效的90°相位關(guān)系要好。
圖11以配料重量的函數(shù)關(guān)系來表示表Ⅳ中四種不同相位角關(guān)系0°、90°、135°和180°下的生產(chǎn)率和攪拌時間與配料重量之間的曲線圖。
圖12表示以配料重量的函數(shù)關(guān)系繪制的這四種相位角關(guān)系的穆尼縮減率和標(biāo)準(zhǔn)偏差之間的曲線圖。
圖13表示以配料重量的函數(shù)關(guān)系繪制的這四種相位角關(guān)系的最大Rheometer扭矩和標(biāo)準(zhǔn)偏差之間的曲線圖。
圖14表示以配料重量的函數(shù)關(guān)系繪制的這四種相位角關(guān)系的配料平均出料溫度和標(biāo)準(zhǔn)偏差之間的曲線圖。
圖15表示以配料重量的函數(shù)關(guān)系繪制的這四種不同相位角關(guān)系的單位能量每磅千瓦小時和總功率消耗千瓦小時之間的關(guān)系曲線圖。
當(dāng)這些新型轉(zhuǎn)子81和82裝入攪拌機(jī)20上時，在混合室26中剩有較小的可利用容積，然而它們比已有的雙葉片轉(zhuǎn)子更有效。因而在混合室26中能夠輸入更多的物料并進(jìn)行攪拌。換言之，可得到較高的“裝填系數(shù)”。由于這種高的裝填系數(shù)和幾乎不產(chǎn)生未拌合的配料而提高了生產(chǎn)率。
新式轉(zhuǎn)子81和82與已有技術(shù)的轉(zhuǎn)子51和52相比，優(yōu)點(diǎn)如下新型轉(zhuǎn)子81和82，圖 已有轉(zhuǎn)子51和52'圖5和圖6 3和圖41 由于二個長葉片的螺旋角 由于二個長葉片具有同樣不同，所以物料的軸向攪 的螺旋角，所以軸向攪拌拌作用或翻滾傾斜流動是 作用不是不規(guī)則的。
無規(guī)則的，這種攪拌作用將保證混合料的均勻性。
2 停滯時間“DL”(圖 停滯時間“DL”比較小8B)增加，迫使更多的 (圖8A)，造成更多的物料進(jìn)入空腔27和28， 物料在中心29停滯不動。
靠剪切作用拌合(圖8A 在攪拌機(jī)中心處的物料傳和8B)。 熱不良且很少受到攪拌。
3 經(jīng)滑槽32向下送入混合 送料不能增加，因?yàn)檗D(zhuǎn)子室26的物料增加，因?yàn)? 相互作用的中心是變化的每次轉(zhuǎn)動二個轉(zhuǎn)子相互作 (圖10A-2、10B用的中心兩次不出現(xiàn)葉 -2和10C-2)。
片。(圖9B-2和9D-2)。
4 在攪拌機(jī)的中心29，轉(zhuǎn) 在攪拌機(jī)的中心，轉(zhuǎn)子每子每轉(zhuǎn)一周出現(xiàn)二次擠壓 轉(zhuǎn)一周不能出現(xiàn)二次擠壓流流動式攪拌(圖7B和 動式攪拌，這種狀況使對攪7D、7B-2和7D- 拌機(jī)中心部位攪拌較差(圖2、9A-2和9C-2)。 10A-2、10B-2和這種形式的攪拌加強(qiáng)了橫 10D-2)。
向分布的攪拌作用，使攪拌更均勻。
5 每轉(zhuǎn)交叉對物料出現(xiàn)二次 不能實(shí)現(xiàn)對物料相等或均相等或均勻的“壓下”作 勻的“壓下”作用，因此，用。這種“壓下”的改進(jìn) 不能實(shí)現(xiàn)從批料到批料之間提高了混合料的質(zhì)量，減 的混合質(zhì)量一致性。
少了未受到攪拌的配料的數(shù)量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的從批料到批料之間混合質(zhì)量的一致性。
盡管上面已經(jīng)對本發(fā)明的最佳實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但應(yīng)當(dāng)懂得在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對該雙葉片轉(zhuǎn)子進(jìn)行各樣的改進(jìn)和變形，如權(quán)利要求
書中所述的那樣。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)攪拌機(jī)(20)，包括構(gòu)成混合室(26)的殼體裝置(35)，混合室(26)加工成能容納二個裝在水平平行軸(60)上的反向旋轉(zhuǎn)的非嚙合的有葉片轉(zhuǎn)子，所述的殼體裝置包括用于帶動所述轉(zhuǎn)子繞各自軸線旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置(55、56、48、50)和將物料導(dǎo)入混合室的入口，以及一個將物料從所述混合室排出的出口，二個改進(jìn)的非嚙合的雙葉片轉(zhuǎn)子，本發(fā)明的特征在于第一和第二個非嚙合轉(zhuǎn)子(81、82)各具有第一和第二葉片，每個葉片都具有一個普通螺旋形外形的葉尖(91、92)，每個轉(zhuǎn)子上的所述的第一葉片的葉尖(91)相對于該轉(zhuǎn)子軸線以零角度位置起始于該轉(zhuǎn)子的第一端(57或58)并以約25°至40°的第一螺旋角A1取向；每個轉(zhuǎn)子上的所述的第二葉片的葉尖(92)相對于該轉(zhuǎn)子軸線以約176°至184°的角度位置起始于該轉(zhuǎn)子的第二端(58或57)并以約35°至55°的第二螺旋角A2取向，所述第一葉片的葉尖(91)的扭轉(zhuǎn)角T1大約在80°至110°之，所述第二葉片的葉尖(92)的扭轉(zhuǎn)角T2大約在90°至120°之間，所述第二螺旋角A2大于所述第一螺旋角A1，所述第一和第二轉(zhuǎn)子適于裝入上述的混合室中，在所述混合室的與第二轉(zhuǎn)子的第二端相同的一端裝入第一轉(zhuǎn)子的第一端。
2.按照權(quán)利要求
1所述的內(nèi)攪拌機(jī)中雙非嚙合轉(zhuǎn)子，其特征在于所述的第二螺旋角A2至少比所述第一螺旋角A1大5°。
3.按照權(quán)利要求
2所述的內(nèi)攪拌機(jī)中雙非嚙合轉(zhuǎn)子，其特征在于所述的第二螺旋角大于所述的第一螺旋角，其角度差約在5°至15°之間。
4.按照權(quán)利要求
1、2或3所述的內(nèi)攪拌機(jī)中雙非嚙合轉(zhuǎn)子，其特征在于所述轉(zhuǎn)子的軸向長度L與其外形直徑“D”之比值約在1.4至2.1之間。
5.按照權(quán)利要求
1、2、3或4的任意一項或多項所述的內(nèi)攪拌機(jī)中雙非嚙合轉(zhuǎn)子，其特征在于所述第一葉片的所述葉尖(91)的軸向長度“l(fā)”與該轉(zhuǎn)子的軸向長度“L”之比值約在0.6至0.85之間，所述第二葉片的所述葉尖(92)的軸向長度“l(fā)”與該轉(zhuǎn)子的軸向長度“L”之比值約在0.35至0.75之間。
6.按照上述權(quán)利要求
的一項或多項所述的內(nèi)攪拌機(jī)中雙非嚙合轉(zhuǎn)子，其特征在于所述第一和第二轉(zhuǎn)子以所述轉(zhuǎn)子之間成180°相位角關(guān)系裝入上述混合室中，所述驅(qū)動裝置(55、56、48、50)的布置適于以同步速度反向旋轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)子，借此，每轉(zhuǎn)一周，在混合室中對物料產(chǎn)生二次擠壓攪拌作用和推下作用。
7.按照權(quán)利要求
1、2、3、4、5、或6所述的裝入二個轉(zhuǎn)子的內(nèi)攪拌機(jī)的操作方法，所述的方法步驟特征在于將所述的第一和第二轉(zhuǎn)子裝入上述混合室中，在所述混合室的與第二轉(zhuǎn)子的第二端相同的一端裝入第一轉(zhuǎn)子的第一端，上述混合室中的所述第一和第二轉(zhuǎn)子以約180°相位角關(guān)系取向，布置所述的驅(qū)動裝置要適合于使所述轉(zhuǎn)子以同步速度反向旋轉(zhuǎn)，借此，每轉(zhuǎn)一周在混合室中對物料產(chǎn)生二次擠壓攪拌作用和下推作用。
專利摘要
用于高強(qiáng)度分批式攪拌機(jī)中的非嚙合雙葉片轉(zhuǎn)子提供了新的程序和新的動力相互作用的特性，這些新型轉(zhuǎn)子適合以不等速(非同步轉(zhuǎn)動)或以等速(同步轉(zhuǎn)動)驅(qū)動，因此適合于將他們改型用于現(xiàn)有的攪拌機(jī)中。以轉(zhuǎn)子之間約成180°相位角關(guān)系同步旋轉(zhuǎn)二個轉(zhuǎn)子達(dá)到最佳效果，每轉(zhuǎn)一周對物料產(chǎn)生二次強(qiáng)有力的擠壓流動攪拌作用和有效的推下作用。該攪拌機(jī)的混合室能夠以比普通使用的攪拌機(jī)高的“裝填系數(shù)”裝滿待攪拌的物料。
文檔編號B29B7/02GK87107208SQ87107208
公開日1988年6月15日 申請日期1987年10月29日
發(fā)明者納庫·O·諾蒂 申請人:法萊爾公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan