CN101544300B - 料斗结构 - Google Patents

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Abstract

一种用于处理颗粒材料的料斗结构，该料斗结构包括在使用中设置为上管状侧壁的内侧壁部、具有输送口的渐缩下部和长形插入体，其中插入体包括上部和下部，该下部设置在料斗的渐缩下部处且其锥尖面向远离所述上部的方向，所述上部以相对于竖直线的λ≥0的角度从所述下部的基部向上轴向地延伸至上管状部的至少一半处。

Description

料斗结构
技术领域
本发明涉及一种用于容置和处理疏松材料-尤其是颗粒材料的料斗结构，该料斗结构装配有插入体，该插入体设计为能够影响容置在料斗结构中的颗粒材料的形态，尤其是排出步骤中的形态。
背景技术
本说明书和权利要求中的术语“料斗”指的是任何型式的下述容器，敞口的或者顶部封闭的(在这种情况下有时称为筒仓)，横截面可以是各种形状，比如圆形、方形或矩形截面，而且在其底部终止于设有适当输送口的渐缩排放部，该输送口通常由适合的排放阀控制。众所周知，料斗通常在其顶部装载疏松材料，并且装载于其中的材料通过其渐缩部底部处的输送口输送出来。
在装载于料斗中的材料的排出步骤中，疏松材料的向下流动大体上可以是两种类型：“块状”流或“漏斗状”流。
当形成“块状流”时，料斗内的全部材料会发生均匀下漏，而不会形成优先通道。换句话说，料斗中的各种颗粒在料斗正截面处的速度矢量的模数即使不完全相同，也是彼此非常相似的。
相反地，当形成“漏斗状流”时，各种颗粒沿着料斗正截面的速度矢量的模数值是非均匀的。更具体地说，在同一横截面处料斗居中部分的速度矢量的模明显大于靠近料斗侧壁的颗粒的速度矢量的模。这种现象表现为至少在料斗的居中部分形成材料的至少一条优选下漏通道。
在许多应用中，料斗用作颗粒材料的处理室，比如在将塑性材料减小为颗粒的过程中(这里“颗粒”也包括薄片、鳞状物等)，必须保证装载于其中的材料是以“块状流”下漏的。
众所周知，在加工许多塑性材料时，非常重要的处理是对塑性材料颗粒进行除湿，即将称为“易湿材料”的聚合材料颗粒中的水分除去。将易湿颗粒中的湿气除去是必要的，因为在颗粒材料被高温处理而融化期间颗粒内可能残留的任何水分都会插入聚合体分子链，从而破坏该分子链。破坏分子链将导致最终产品的品质很差，而且在任何情况下都比最佳机械属性特征差得多，因为经常出现水泡、气孔、颜色不均和其它不理想的现象。
待除湿的颗粒塑性材料通常储存在设置为与热干燥气体发生装置流体连通的料斗或筒仓中，该热干燥气体发生装置统称为“干燥机”，其设计为能够将热干燥气体(加工空气)吹入料斗中。一旦进入料斗，加工空气流过整体或部分待处理的颗粒塑性材料，除去其中的湿气并通过适当的出口导管导出料斗。
使其后将在加工机(压力机)中进行融化的给定颗粒塑性材料达到理想的除湿程度取决于许多因素。最重要的一个因素无疑是颗粒材料在除湿料斗中的停留时间。依据待处理的给定颗粒材料所需要的除湿程度，颗粒塑性材料必须在料斗中储存确定且特定的时间间隔(停留时间)。
为了使装载于料斗中的给定塑性颗粒材料能够被均匀地干燥，假如气体是以均匀方式散布在料斗内的，那么颗粒材料必须在料斗中停留一段时间，该停留时间通常对于每种塑性材料而言都是特有且典型的。
对于所有颗粒材料而言，确保在料斗内停留同样的停留时间意味着当颗粒材料在除湿料斗中下漏时，颗粒速度场的竖直分量在料斗的整个正截面处都是恒定的。如上所述，这种流动就是技术文献中所谓的“块状流”。
相反，那些用于使靠近料斗侧壁的颗粒材料流动减缓或形成累积的流动形态(漏斗状流)以及在料斗的其它更居中的区域形成累积的流动形态都是要避免的。这种类型的流动形态将导致塑性颗粒的湿度值彼此各不相同，一旦将这些颗粒供给加工机(压力机)，会导致产品的品质很差。
为了尽可能确保以“块状流”型式进行下漏流动，曾有人建议在料斗中的渐缩下部的上部处设置一种居中的锥形插入构件(锥尖面向上)或长形的管状插入体，如专利US6405454中(Kramer等人)所公开及描述的那样。该有孔的插入体在底部处封闭并在顶部处供给热干燥气体，所以气体不会散布到装载于料斗中的全部颗粒材料。而且，在这种插入体之下及料斗输送口上方会形成热加工空气无法到达的“死”区，由于温度下降，所以在该处颗粒会吸收湿气，因而会影响颗粒经加工(模制)所得产品的物理化学特性。另外，在排放步骤中死区内会产生不期望的“漏斗状流”，这将导致颗粒再次混合。
本发明的主要目的是提供一种对装载于其中的颗粒材料进行干燥的料斗或筒仓结构，该料斗或筒仓结构适于对料斗中-尤其是料斗的底部排放部处的下漏流动进行控制。
本发明的另一个目的是提供一种对装载于其中的颗粒材料进行除湿或干燥的料斗结构，该料斗结构设计为使下漏时间等于或接近于料斗中的特定材料的理论最佳停留时间。
发明内容
通过用于加工颗粒材料的料斗结构可以达到下文中将变得更清楚的这些以及其它目的，该料斗结构包括在使用中设置为上管状侧壁的内侧壁部、具有输送口的渐缩下部和长形插入体，其特征在于，所述插入体包括上部和下部，该下部设置在所述料斗的所述渐缩下部处且其锥尖面向远离所述上部的方向，所述上部以相对于竖直线的λ≥0的角度从所述下部的基部向上轴向地延伸至上管状部的至少一半处。
附图说明
通过下文中对本发明的某些当前优选的实施方式的详细描述，本发明进一步的特征和优点将变得更明显，该详细描述是参照附图以非限制性示例的方式给出的，附图中：
图1a和1b示意性地示出了在料斗或筒仓中下漏时颗粒材料流的两种类型(漏斗状流和块状流)；
图2示意性地示出了在料斗中下漏时颗粒材料流的形态，该料斗中以公知方式设置有插入体，该插入体构形为位于料斗渐缩下部处的轴向锥形构件；
图3a、3b和3c示意性地示出了根据本发明的料斗结构，该料斗结构包括大体上贯穿整个料斗高度延伸且具有各种尺寸的轴向插入体；
图4示出了装配有除湿料斗的示意性除湿设备，该除湿料斗具有端部为锥形且大体上贯穿整个料斗高度延伸的轴向插入体；
图5a、5b和5c示意性地示出了不同类型的插入体，这些插入体具有锥形端部且位于根据本发明的除湿料斗内；
图5d和5e示意性地示出了与图5c中的插入体相似的插入体，图5d和5e中的插入体具有内拱面朝料斗的渐缩下部的拱形上部；
图6示意性地示出了根据本发明的料斗结构，其设有两个轴向插入体；
图7a示意性地示出了根据本发明的料斗的另一种实施方式，该料斗具有中空的轴向插入体，该插入体具有位于其中间部分的一组截锥形侧翼；
图7b示意性地示出了根据本发明的料斗的另一种实施方式，该料斗具有中空的轴向插入体，该插入体具有位于其渐缩下部的一组截锥形侧翼；
图8示意性地图示了根据本发明的料斗的一种特别有利的实施方式，该料斗设有双锥形插入体；
图9是图8中的料斗结构的有利变型的示意图；
图10是带有中空插入体的料斗结构的轴侧投影图，该料斗的横截面为方形，该插入体的横截面也是方形；
图11a至11e示意性地示出了五种不同类型的料斗，这些料斗装配有不同类型的插入体并装载有颗粒材料，对这些料斗进行对比以评估颗粒材料的下漏流的形态；和
图12示出了从图11a至11e的料斗的试验分析中获得的相关数据的图表。
在附图中，相同或相似的零件或部件由相同的附图标记表示。
具体实施方式
首先参照附图1a、1b和2，应当指出，颗粒材料1在除湿或干燥料斗或筒仓2、4和6中下漏时的形态基本上为两种类型，即所谓的“漏斗状流”，或“块状流”。根据在剑桥大学出版社出版的R.M.Nedderman的文章《颗粒材料的静力学与动力学》中Jenike公开的理论模型，颗粒材料在料斗或筒仓内下漏时的形态主要取决于料斗中的颗粒的流动能力。影响流动能力的(流变学的)参数基本上有两种，即内摩擦角以及与料斗侧壁的摩擦角，对于给定的颗粒材料而言该内摩擦角是特定的，而对于特定的颗粒材料而言该摩擦角也是特定的。与料斗侧壁的摩擦角是颗粒材料因其自身重量而在料斗内开始向下流动时的倾斜角。
这两个参数首先又休戚相关地取决于塑性颗粒材料的性质、颗粒的形状(结构)、制成料斗或筒仓的材料的类型以及其它多种无法估计的因素。
从Jenike的已知理论可知，即取决于料斗下部的倾斜的(渐缩的)侧壁或侧壁之一与竖直线形成的角度α，以及取决于上述流变参数，可以高的近似度评估出给定材料在料斗中是以“块状”流还是“漏斗状”流的形态下漏。
根据Jenike的理论，如果料斗2的渐缩下部的侧壁的角度α太大，那么在颗粒材料1中会形成优选的居中下落通道(图1a)。靠近竖直侧壁3的颗粒材料，甚至在料斗2的渐缩下部的上方有相当多的颗粒材料，是以明显低于居中通道中的颗粒材料的速度下漏(漏斗状流)。滞流区甚至能环绕居中通道而形成，在该滞流区内颗粒材料根本没有向下移动，即永久性地停滞在该处。
在图1b的料斗4中，渐缩角β相反地小于料斗2的角α。这导致颗粒材料以“块状流”型式下漏，也就是说所有材料以大致不变的速度相对于料斗4的任一正截面向下流动。
根据Jenike的经典理论，为了使颗粒材料均匀地下漏流动，就有必要根据颗粒材料的流变性能来选择料斗下部的渐缩角。实际上，Jenike的理论对于预先估计滞流区3是有用的，在该滞流区3中材料在向下流动中面临非常大的困难。然而，在除湿设备的情况下，必须考虑的是料斗或筒仓是用于对流变性各不相同的各种颗粒材料进行除湿的。
某种解决方案包括基于待处理的颗粒材料的流变性能来设计料斗渐缩角的尺寸，从而确保材料流为“块状流”型式，所以至少从实践角度来看该解决方案是不可行的。
在现有技术中，还提出过其它解决方案，这些方案旨在影响颗粒材料在料斗中的流动形态，以及可能旨在将“漏斗状”流变为“块状”流。比如，在料斗6的渐缩下部使用锥形偏转插入体5，使该插入体5的锥尖向上且轴向布置在料斗内(图2)。偏转插入体5的作用在于减缓中央位置的颗粒材料1的下漏流动。然而，该解决方案不能充分确保颗粒材料1真正均匀的下漏流动。在料斗6的渐缩侧壁或侧壁与竖直侧壁或侧壁之间的区域中的环形周边部分的颗粒材料以明显低于居中部分的颗粒材料的速度向下流动。在除湿料斗中这种现象会导致湿度不同的颗粒不期望的混合，这是非常不理想的，因为如已经描述的，再次混合会对通过这样除湿的颗粒材料而得到的制品的品质造成影响。
在图3a、3b和3c中所图示的本发明的实施方式中，横截面为圆形的三个料斗或筒仓7a、7b和7c分别配置有优选为中空的插入体8、9和10，这些插入体8、9和10位于料斗中并优选地从相应料斗的顶部贯穿横截面均匀(圆筒形)的整个上部轴向地延伸，而且在底部这些插入体8、9和10分别终止于锥形(向下)渐缩部11、12和13，渐缩部11、12和13分别通向紧靠着相应料斗的下输送口15a、15b和15c上方的区域。插入体8至10中的每一个都分别具有带基部16、17和18的锥形或渐缩下部11、12和13，这些基部16、17和18的外径与相应的圆筒形上部的外径相同。
采用这种结构，在料斗7a、7b和7c中，便会在料斗的内侧壁与插入体的外侧壁之间限定出环形(圆筒形)间隙20，该间隙与料斗的圆筒形上部大体上共同地延伸，并且向下终止于锥形间隙，该锥形间隙具有通向紧靠着输送口15a、15b和15c上方位置的渐缩光口21。
从结构的角度看，每个中空的插入体8、9和10都接合在其相应的料斗顶部(盖)19处并能够分别被一个或多个隔离件或支承件14保持为轴向地定位，该隔离件或支承件14一般位于料斗与插入体的两个渐缩部之间。如需要的话，在盖19处插入体8、9和10可分别具有用作来自干燥机的热干燥气体进口的开口8a、9a和10a，对此将参照图4作进一步描述。
在颗粒材料的除湿过程中，通过设置在每个料斗7a、7b和7c顶部的一个或多个进口(图中未示出)将待除湿的颗粒材料装载到环形间隙20处，直至达到料斗内的预定高度，同时相应的输送口15a、15b和15c关闭，其中所述进口既可以设置在盖19中，也可以设置在紧邻盖19下方的位置。通常，在使用过程中输送口与任一合适类型的下方螺旋输送机连通，该螺旋输送机设计为能够连续送走定量的颗粒材料，该定量是料斗中待处理的特定颗粒材料的停留时间tr的函数。在其它应用中，输送口在相继的步骤中打开和关闭，从而每次排出一定量的除湿过的材料，该排出的材料量相当于颗粒材料加工机(压力机)每批补给的材料量。因此对加工机而言可以确保适当地补给除湿过的颗粒材料。输送口周期性打开-关闭的频率与停留时间有关，该停留时间对于每种待除湿的塑性颗粒材料而言都是特定的。待处理的颗粒材料的各个批次同时在料斗顶部加入。
在根据本发明的料斗结构中设置中空的插入体8、9和10使得控制料斗中的颗粒材料的下漏流动成为可能，从而能够使全部颗粒在料斗同一正截面处以大体均匀的速度下漏，而不会在料斗中形成颗粒材料的优先路径或静止区域。
本领域中迄今为止所提出的插入体使得仅在料斗的渐缩下部控制下漏流动成为可能，这不足以获得大体上沿着料斗或筒仓的整个长度的均匀下漏流动，或者允许在料斗上部控制流动，但同时在输送口上方会如上所述地形成死区。
因此，例如通过设置根据传统结构的锥尖向上的锥形插入体5(图2)，在料斗中会产生“漏斗状流”的状态-如上所述。因此，换句话说，在料斗中位于同一高度的全部颗粒无法获得恒定的下漏速度。如前所述，颗粒材料的流动能力主要取决于其流变特性，诸如其内摩擦角和与料斗侧壁的摩擦角。同时应当理解，在插入体没有上部管状(圆筒形)恒定截面侧壁的情况下，停留在料斗居中上部中的材料仅受到内摩擦的影响。下漏颗粒在料斗正截面处的速度矢量无法保持恒定，而且料斗居中部处的颗粒与位于靠近料斗侧壁处的颗粒之间的速度矢量的模数值会产生大的变化。
相反地，通过使用根据本发明的内容构形而成的中空的插入体8、9和10，在料斗的不同正截面处的下漏颗粒的速度矢量在料斗的每个正截面处保持大体恒定。
根据本发明的插入体的尺寸显然取决于料斗的尺寸和待处理颗粒材料的类型。
假设料斗的尺寸相同，根据本发明的插入体可具有各种尺寸。根据本发明的插入体8、9和10必须定位成使得所述料斗7a、7b和7c的内部斜侧壁与根据本发明的插入体的锥形表面11、12和13之间的最小距离d1、d2和d3大于“临界距离”，该临界距离会导致产生弓形或多个弓形，该弓形阻止位于弓形上方的面向颗粒材料输送口的下漏。经验关系表明临界距离等于设计为在料斗7a、7b和7c内流动的颗粒的最大平均尺寸的大约7倍。
在图3a、3b和3c中所示的本发明的实施方式中，各个距离d1、d2、d3保持恒定，然而在顶点面向输送口15a、15b、15c的相应锥体11、12、13的表面与竖直线-或更好地说与相应插入体8、9、10的圆筒形上部的假想延伸部之间限定出的相应角α1、α2、α3则被改变。
对根据本发明的位于颗粒材料处理料斗中的插入体的有利尺寸的选择取决于多种因素。根据角度和最小距离d1、d2、d3，在料斗的内部尺寸保持恒定的情况下，可以获得具有相应环形距离L1、L2、L3的不同工作容积。
将在下面进行论述的测试表明，料斗中的颗粒材料的均匀下漏流动能够在角α1、α2、α3的最大值时获得。然而，在图3c的最大角α3时能够得到最佳结果，该最大角α3小于料斗7a、7b和7c的下部侧壁的渐缩角α7。
另一方面，在尺寸相同的情况下，角α3越大，环形距离L3越小，因此料斗7c与根据本发明的插入体10之间环形间隙的工作容积将小于具有比角α3小的角α1、α2的实施方式中的工作容积。为此，必须在考虑待处理颗粒材料类型的特殊要求的情况下对根据本发明的插入体8、9和10的尺寸进行选择，从而达到颗粒材料沿其中流动的工作容积与料斗中这些颗粒材料的期望的均匀下漏程度之间的恰当折衷。
图4示出了根据本发明的料斗的实施方式，该料斗适于对颗粒材料进行除湿和/或干燥处理。在对塑性颗粒材料进行除湿和/或干燥的设备中，将料斗7放置在加工机器(压力机)60的上方。通过料斗7的输送口15排出的除湿过的和/或干燥过的颗粒材料1被供给加工机器60，该加工机器60将颗粒材料转变为期望的产品。
料斗7包括中空的插入体10，该插入体10由倒置的锥形下部13-顶点面向料斗的下输送口15的锥形下部、中间圆筒部和锥形上部23形成，下部、中间部和上部流体密封地彼此连接。锥形下部13是有孔的、即其上形成有大量小孔30，这些小孔30的设计目的是在料斗中散布来自干燥机50的干燥的热加工空气。干燥机50通过输送管40连接至进口80，该进口80例如在锥形上部23处通过输送管26通向插入体10的上部。
来自干燥机50的压力加工空气进入进口80，沿着插入体并穿过下锥体13的小孔30流动，从而散布到装载于插入体与料斗内表面之间的间隙中的颗粒材料中，然后上升至料斗顶部-即从所述料斗7的下部上升至上部。
如果需要的话，可以通过截平锥体13的顶点(顶部)而使气体从锥体13的下部出来。在从底部向上穿过颗粒材料并到达料斗顶部之后，废气向前通过适合的气体出口70到达导回干燥机50的输送管30。
为了得到最佳的插入体10尺寸，除了已经提及的变量以外，还须考虑上锥体23的表面与其轴线之间的渐缩角α10。
角α10将通过考虑待处理的颗粒材料的流变特性来选择。如果角α10的值太大，则料斗侧壁附近的颗粒材料的下漏速度相对于靠近上锥体23的表面的材料的下漏速度而言将变得太快。
通过应用Jenike的理论，可以估计出适于获得特定颗粒材料的均匀下漏流动的最大角。当然，依据所选择的上锥体的角α10，如果上锥体23的顶点与颗粒材料装载口19之间的距离d23保持恒定，那么插入体的中间圆筒部的高度将改变。总而言之，当距离d23减小时，料斗内颗粒材料下漏流动的均匀程度会增大。
如果在使用中颗粒材料是分批装载-即间歇性地装载于料斗7中，那么插入体10的中间圆筒部的高度优选地是这样，即使得插入体10的锥体23与中间圆筒部之间的接合部大致位于与靠近料斗7内侧壁的颗粒材料相同的高度。
应当指出，事实上，通过装载口19分批装入料斗7中的颗粒材料落在已经装载于其中的颗粒材料上，从而形成带有倾斜角的锥体，该倾斜角取决于该颗粒材料的流变特性。
因此，为了使颗粒材料均匀地下漏流动，距离d23不得不接近于零。
可选地，出于结构上的考虑，上部23为拱形的，该拱形的内拱面朝向插入体10的中间圆筒部且其外圆边的直径等于中间圆筒部的直径。更具体地说，上部23是半球形的，或者是由对位于其顶部的半球部进行支撑的截锥部分形成的。
图5a、5b、5c、5d和5e示出了用于颗粒材料加工设备的五个料斗，每个料斗都具有位于其中的根据本发明的不同插入体。
设置在图5a的料斗7a中的插入体80在其顶部通过弯管或双弯管24保持在合适位置。弯管24的自由端被保持在合适位置并密封式装配在形成于料斗侧壁上的相应开口处，该自由端限定出用于来自干燥机(未图示)的热干燥气体的进口24a。在其下部，通过隔离件或支承件14对插入体进行固定。弯管24在顶部密封式地连接至插入体的截锥形上部22，该插入体还包括中间圆筒部TRa和倒置的截锥形下部11。中间部TRa的外径图示为等于图3a中的插入体8的圆筒部的外径，尽管两者可以不相等。
设置在料斗7b中的中空的插入体90是类似于图3b中的插入体9的完全轴向延伸的插入体，因为像插入体9一样该插入体90包括锥形下部12和中间部TRb，尽管两者在上部有所不同，因为插入体90具有截平的锥形上部22，该锥形上部22终止于与盖或罩19接合的轴向圆筒形顶部25，该轴向圆筒形顶部25限定出用于来自合适的干燥机(未图示)的热干燥气体的进口25a。
设置在图5c的料斗7c中的插入体100在其顶部通过弯管或双弯管26保持在合适位置。弯管26的自由端被保持在合适位置并密封式装配在形成于料斗7c侧壁上的相应开口处，该自由端形成用于来自干燥机(未图示)的热干燥气体的进口26a。
弯管26在顶部密封式连接至插入体100的截锥形上部23，该插入体100还包括中间圆筒部TRc和倒置的截锥形下部13。中间部TRc的外径等于图3c中的插入体10的圆筒部的外径，但是两者可以不相等。
图5d示出了与图5c中的插入体100类似的插入体，像插入体100一样其同样包括下锥形部13和中间部TRc，尽管两者有所不同，因为该插入体在其上部处终止于拱形顶部23a，该拱形顶部23a的内拱面朝向所述中间部TRc。该拱形顶部23a是半球形的。
图5e也示出了与图5c中的插入体100类似的插入体。实际上，该插入体包括下锥形部13和中间部TRc，该中间部TRc在其上部支撑内拱面朝向下的拱形顶部23b。拱形顶部23b由顶部支撑有半球部的截锥形部分形成。
图6示出了用于颗粒材料除湿和/或干燥及储存设备的料斗或筒仓的特别有利的实施方式。料斗7的整体结构类似于图5a中所图示的料斗。在料斗7中设置有形状为倒置的截锥体(即锥尖面向输送口15)的第二中空插入体91，该第二中空插入体91通过支撑插入体80的隔离件14和/或优选地通过适当的隔离件92保持在合适位置。因此插入体80局部装配至第二插入体91并与其同轴。专利申请US006102562A中公开了在输送口上方使用这种倒置的截锥形插入体91。
然后装载于料斗7中的部分颗粒材料1在根据本发明的插入体80的锥形下部11的表面与第二截锥形插入体91的内表面之间的环形空间中向下流动，而还有部分颗粒材料1在第二插入体91的外表面与所述料斗7的渐缩下部侧壁之间的环形空间中流动。
利用这种部件设置，可以使用尺寸较小的插入体80，该插入体80使得能够获得更大的容纳颗粒材料的工作容积，而且能够获得沿着图6中的料斗正截面的大体均匀的下漏速度。
有利地，插入体80和第二插入体91的下部截锥形部分都是有孔的，以允许来自干燥机(未图示)的热干燥加压气体能够散布到料斗7的渐缩下部与第二插入体91之间的环形部中，该加压气体通过口24a供给插入体80。
图7中示出了本发明的另一种特别有利的实施方式，其中相同的附图标记用于表示已经参照图5a描述的部件。在设置为用于除湿或干燥设备的料斗7中，设置有根据本发明的插入体80。沿着插入体80的圆筒部TRa，在不同的高度处设置有多个(三个)中空的截锥形插入体94a、94b和94c，这些插入体94a、94b和94c彼此相同而且具有朝向料斗顶部19的锥形，每个插入体都定位在预定的高度。根据Jenike的理论，插入体80的圆筒表面TRa与每个截锥形插入体94a-94c的侧壁之间的渐缩角θ优选地必须小于临界角，从而使得料斗7的不同高度处的正截面的下漏速度是不连续的。插入体80的圆筒部TRa在插入体94a-94c下方的表面部分优选地是有孔的。通过在例如除湿设备中采用这种解决方案，经过进口24a流入的加压热干燥加工空气能够因此而沿着料斗7在不同高度处供给。
图7b中示出了本发明的又一种特别有利的实施方式，其中相同的附图标记用于表示已经参照图5a和7a描述的部件。在设置为用于除湿或干燥的设备中的料斗7中设置有根据本发明的插入体80。
沿着插入体80的锥形下部11，在不同高度处设置有多个(五个)中空的截锥形插入体95a、95b、95c、95d和95e，这些插入体95a、95b、95c、95d和95e的锥尖朝向料斗顶部19且固定至下部11，从而使得插入体80能够装配在中空的截锥形插入体95a-95e的较小的光口中(面向料斗顶部19的)。这样布置插入体95a-95e是为了使接触到和/或非常靠近插入体80的下部11侧壁的颗粒材料的下漏流动得到进一步改进。在靠近所述部分11处，事实上，颗粒材料的速度矢量的模数大体均匀，尽管稍大于没有直接接触或没有非常靠近插入体80的颗粒材料的速度。
形成在竖直线与每个截锥形插入体95a-95e的侧壁之间的渐缩角μ必须大于或等于零，从而使得待处理的颗粒材料在下漏期间减缓流动。如果所述角μ等于零，那么截锥形插入体95a-95e是圆筒形。渐缩角μ是依据待处理的颗粒材料的流变特性和颗粒材料的期望减缓程度进行选择的。
应当指出，一种使接触到或非常靠近根据本发明的插入体的下部11的颗粒材料流动得以减缓的替代方式是用一种材料来制造锥形下部11，该材料与颗粒材料的静摩擦系数和动摩擦系数都大于颗粒材料与料斗7的内侧壁之间的静摩擦系数和动摩擦系数。
图8和9中示出了根据本发明的料斗结构的进一步的实施方式。根据这些实施方式，插入体是由两个在其基部彼此连接的锥形或截锥形部分形成，即顶点面向相应的料斗顶部19的锥形或截锥形上部110和通过隔离件14设置在料斗的渐缩角为α7的渐缩下部处的截锥形下部111。截锥形上部110的高度明显大于截锥形下部111，因此两者具有不同的锥度。截锥形上部110的尺寸优选地设置成使得角度(λ)能够选择为尽可能小的，从而在颗粒材料的下漏速度上获得令人满意的均匀度，而且整个插入体的长度等于料斗下渐缩部上方的料斗高度的至少1/2。
在图10中示出的除湿料斗的实施方式中，示出的是带有中空的内部插入体的方截面料斗120，该内部插入体同样是方截面的，具有截面为方形的截平棱锥下部121的插入体通过隔离件14保持在合适位置，而且截面为方形的管状上部122向上延伸至料斗的顶部19。如果需要的话，料斗120和插入体的截面都可以是多边形的。
为了测试根据本发明的用于对颗粒材料进行除湿的料斗结构的效率而进行了试验。
参照图11a、11b、11c、11d和11e，对如上所述及位于具有给定容积的料斗中的不同形状的插入体D、E、F和G和传统的插入体H(图11d)进行比较。图12的图表中示出了比较的结果。
在测试中使用的是内部容积为100升且料斗下部处的渐缩角α7为30度的圆形截面的料斗。
一旦选择了料斗类型，就将根据本发明的插入体放置到其中。将颗粒尺寸为4mm、总重约61kg的黑色颗粒材料1装载到料斗的工作容积中。将一层颗粒尺寸与下面的黑色颗粒1大体相等的白色颗粒材料装载到已装载的黑色颗粒材料上方，直到总重为大约0.870kg。
已知黑色颗粒材料从料斗下输送口15排出的小时流量和停留在其中的黑色颗粒材料的总量P，那么白色颗粒材料开始漏出料斗所需要的“理论停留时间tr”可以运用简单的数学公式tr＝P/Q计算出。
如果整个料斗截面的下漏速度是恒定的，那么所有白色颗粒材料都将在68分钟的理论停留时间tr内排出被测试的料斗。
于是通过测量白色颗粒材料的排出时间来进行实际的测量试验。从第一个白色颗粒排出输送口15的时刻开始每分钟都对排出输送口的黑色和白色颗粒的数量进行取样。在如上所述相同的条件下对根据本发明的其它三种类型的插入体以及传统类型的插入体H反复进行测试。
下面给出的表1中列出了各种类型的被测插入体的角度特性。
表1
Figure GSB00001004086700141
参照图12中的图表，其中示出在x坐标轴上的是从输送口15打开时以分钟计算的时间(t)，示出在y坐标轴上的是取样颗粒(黑色+白色)中白色颗粒材料的数量相对于总量的百分值。
从该图表中可以看出，在所建议的结构中根据本发明的插入体对料斗中的颗粒材料的下漏有积极影响。事实上，大多数白色颗粒是在理论时间tr内向下流动的。当使用传统类型的插入体H时，取样总量中的白色材料的百分比没有出现峰值，从而证明黑色和白色材料发生了非期望的混合。
在下面的表2中，给出了在大约理论时间内-即65分钟至70分钟内(对应于图12中的标示出的区域)下漏的白色颗粒材料的量相对于料斗内的白色材料的总量(0.870公斤)的百分比。
表2
Figure GSB00001004086700151
从测试结果中可以看出，相对于根据现有技术的插入体H而言，根据本发明的不同形状的插入体D、E、F、G显著改善了颗粒材料的下漏均匀度。
可以在所附权利要求限定的范围内对装配有根据本发明的插入体的上述料斗结构进行多种改型和变型。

Claims (22)

1.一种用于通过在其中建立质量流而处理塑料颗粒材料的料斗结构，该料斗结构包括在使用中设置为上管状侧壁的内侧壁部、具有用于所述塑料颗粒材料的输送口(15)的渐缩下部以及长形插入体(8、9、10；80、90、100；105)，其特征在于，所述插入体包括流体密封的上部和下部(11、12、13；111、121)，所述下部设置在所述料斗结构的所述渐缩下部处且其锥尖面向远离所述上部的方向，所述上部相对于竖直线以λ≥0的角度从所述下部的基部向上轴向地延伸至上管状部的至少一半处，并且其中，用于待被干燥的颗粒材料的上部间隙(20)限定于所述内部侧壁部分和所述插入体的所述上部之间，且下部圆锥形间隙(21)限定于所述渐缩下部和所述插入体(8，9，10；80，90，100；105)的所述下部(11、12、13；111、121)之间，且其中，所述料斗结构包括至少一个用于热干燥空气进入所述下部圆锥形间隙(21)的进口。
2.根据权利要求1所述的料斗结构，其特征在于，所述料斗结构的所述渐缩下部包括至少一个带有渐缩角(α7)的侧壁，且所述插入体的所述下部(11、12、13；111、121)的渐缩角(α1、α2、α3，β)等于或小于所述料斗结构的所述渐缩下部的渐缩角(α7)。
3.根据权利要求1所述的料斗结构，其特征在于，所述料斗结构的所述渐缩下部与所述插入体(8、9、10；80、90、100；105)的所述下部(11、12、13；111；121)的表面之间的最小距离(d1、d2、d3)大于“临界距离”，该“临界距离”会导致在颗粒材料中形成至少一个阻塞弓形。
4.根据权利要求2所述的料斗结构，其特征在于，所述料斗结构的所述渐缩下部与所述插入体(8、9、10；80、90、100；105)的所述下部(11、12、13；111；121)的表面之间的最小距离(d1、d2、d3)大于“临界距离”，该“临界距离”会导致在颗粒材料中形成至少一个阻塞弓形。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的料斗结构，其特征在于，所述插入体(8、9、10；80、90、100；105)的截锥形的所述下部(11、12、13；111；121)是有孔的。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的料斗结构，其特征在于，所述插入体(105)的所述上部具有顶点面向远离其下部(111)的方向的锥体或截锥体形状(110)。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的料斗结构，其特征在于，所述插入体(8、9、10；122)的所述上部为截面恒定的管状。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的料斗结构，其特征在于，所述插入体的所述上部(80，90，100)为截面恒定的管状(TRa、TRb、TRc)并终止于锥形或截锥形的顶部(22、23)。
9.根据权利要求8所述的料斗结构，其特征在于，所述锥形或截锥形的顶部(23)的顶点与所述料斗结构的装载口(19)之间的距离(d23)接近零。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的料斗结构，其特征在于，所述插入体(100)的所述上部是截面恒定的管状(TRc)并终止于内拱面朝向所述插入体的截面恒定的所述上部(TRc)的拱形顶部(23a、23b)。
11.根据权利要求9所述的料斗结构，其特征在于，所述拱形顶部(23a、23b)是半球形的，或者由在其顶部支撑半球形部分的截锥形部分形成。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的料斗结构，其特征在于，所述插入体的所述上部能够与热干燥空气源流体连通。
13.根据权利要求7所述的料斗结构，其特征在于，沿着所述插入体的截面恒定的所述上部设有至少一个截锥形突起(94a、94b、94c)，在使用中所述截锥形突起(94a、94b、94c)的锥尖面向上且所述截锥形突起定位在预定高度。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的料斗结构，其特征在于，沿着所述插入体的截锥形所述下部(11、12、13；111；121)设有至少一个中空的截锥形突起(95a、95b、95c、95d和95e)，在使用中每个突起的锥尖面向上且每个突起定位在预定高度。
15.根据权利要求14所述的料斗结构，其特征在于，每个突起(95a、95b、95c、95d和95e)的渐缩角(μ)都大于或等于零，从而使得接触到和/或靠近截锥形所述下部(11、12、13；111；121)的颗粒材料的下漏速度减缓。
16.根据权利要求1至4中任一项所述的料斗结构，其特征在于，所述插入体的所述下部(11、12、13；111；121)是由与颗粒材料之间的摩擦系数大于内侧壁与颗粒材料之间的摩擦系数的材料制成的。
17.根据权利要求16所述的料斗结构，其特征在于，所述内侧壁的摩擦系数仅在所述插入体(11、12、13；111；121)处小于所述插入体的所述下部(11、12、13；111；121)的摩擦系数。
18.根据权利要求1至4中任一项所述的料斗结构，其特征在于，所述插入体(8、9、10；80、90、100；105)在所述插入体的截锥形所述下部(11、12、13；111；121)处通过隔离件(14)支撑在所述料斗结构内。
19.根据权利要求1至4中任一项所述的料斗结构，其特征在于，所述料斗结构包括辅助的中空插入元件(91)，该辅助的中空插入元件(91)为锥尖面向所述料斗结构的所述输送口(15)的截锥形且设置在截锥形所述下部(11、12、13；111；121)与所述料斗结构的所述渐缩下部之间。
20.根据权利要求19所述的料斗结构，其特征在于，所述辅助的中空插入元件(91)通过隔离件(14；92)支撑。
21.一种对料斗中的颗粒材料的下漏流动进行控制的方法，该方法包括以下步骤：设置根据权利要求8或10所述的料斗结构，将颗粒材料装载到所述料斗结构中，其特征在于，靠近所述料斗结构的内侧壁的所述颗粒材料的量保持为能达到所述顶部(23、23a、23b)与插入体(100)的所述管状部(TRc)之间的接合部的高度。
22.一种用于利用根据权利要求1至20中任一项所述的料斗结构通过在其中建立质量流而处理颗粒材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-在所述上部间隙(20)中装载塑料颗粒材料；
-向所述圆锥形间隙(21)供应热干燥空气，从而热干燥空气升高至所述料斗结构的顶部；以及
-使得所述塑料颗粒材料在料斗结构中均匀下降。
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