CN101790327B - 用于经预处理的低粘性物料的加工的单螺杆挤压机 - Google Patents

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Abstract

提供改进的单螺杆挤压机系统(40)，其包括单螺杆挤压机(42、92)和在其上游的预处理机(44)。挤压机(42、92)包括单个细长的、制有螺旋齿的、可绕轴线转动的、有一个或多个改进的螺杆段(74、74a、76)的螺杆组件(52)。各螺杆段(74、74a、76)包括特殊构形的螺旋齿部分(86)，其中，相邻的螺旋齿部分(86a、86b)有延伸于各自的螺旋齿部分外圆周(90a、90b)之间的平滑的弧形表面。这种螺旋齿设计可提供平稳的、基本上不会产生喘振的运行，同时可提高SME值和烹制值。优选的预处理机(44)有两个独力控制的混合轴(106、108)，控制装置可使两个混合轴(106、108)以不同的转速和/或转向转动。

Description

用于经预处理的低粘性物料的加工的单螺杆挤压机
技术领域
本发明概括地涉及其中包括改进的、甚至对高度预处理的低粘性物料也能给出正向输送的几个螺杆段的单螺杆挤压机，以及涉及提高的单位机械能(SME)值。本发明的各改进的螺杆段实质上包括在各相邻的螺旋齿部分之间的平滑的弧形表面，而没有任何实质性的角度不连续处或称“角部”。采用新的双轴且各轴有独立的驱动装置以及能够独立地控制各轴的转速和/或转动方向的预处理机可增强这种单螺杆挤压机的性能。
背景技术
挤压系统通常用于生产人类的食物和动物的饲料。概括地说，有两种型式的挤压系统，即单螺杆系统和双螺杆系统。顾名思义，单螺杆挤压机包括细长的挤压筒和在其内的单个细长的、制有螺旋齿的、可绕轴线转动的螺杆组件。而双螺杆挤压机有特殊构形的挤压筒和在其内的一对并排的、制有螺旋齿的、可绕轴线转动的且互相介入的螺杆组件。在单螺杆或双螺杆挤压机的上游采用预处理装置也是很常见的，其用于至少部分地烹制原物料和使其中承载淀粉的成分糊化。通常，希望达到较高的烹制和糊化程度，因为这可降低对下游的挤压机里的烹制要求，从而生产出质量较高的产品，并且也可增加产量。
与双螺杆挤压机相比，单螺杆挤压机不那么复杂也比较便宜。因此，诸如某些种类的宠物和水生动物饲料的商品的生产商都倾向于采用单螺杆挤压机系统。但单螺杆挤压机系统一直存在的一个问题是，由于饲料物料的粘稠性质和低的粘性，进来的高度糊化的饲料物料容易使挤压机不均匀地运行而频繁地发送喘振。高度糊化的饲料的粘性相当低，这会使饲料堵塞在螺杆组件的根部而降低通过挤压筒向前的输送量。这种现象会因进来的饲料中含有肉类、鱼粉、以及其它高脂肪的成分、或高淀粉含量的宠物食物而加重。对这个问题的一个答案是降低在上游的预处理机里达到的糊化程度，但这将导致最终产品质量下降以及生产系统产量下降。
常规的单螺杆挤压机的各个螺杆段如图9和10所示。先看图9，螺杆段20包括中央的管状螺杆本体22和向外延伸的螺旋齿24。螺杆段20有纵向轴线A和根圆直径RD。向外延伸的螺旋齿24有外圆周P，这样就建立了螺杆本体22的根圆直径和外圆周P之间的螺旋齿深度FD。此外，螺旋齿24和螺杆本体22共同限定螺旋齿24的各相邻部分之间的各表面26。各表面26包括从外圆周P向内向本体22延伸的大体上平坦的表面部分28和30以及把表面部分18和30连接起来的大体上平坦的中间部分32。应能看出，平坦的表面28、30和32之间的相交处有相当尖锐的角度不连续处34和36以及第一和第二角度α和β。在这一情况中，角度α和β是不同的，即从垂向算起，α角是30°，而β角是15°。
图10表示出常规的单螺杆挤压机螺杆元件的另一种型式38，其类似于螺杆段20，所以采用相同的标引数字和字符。螺杆段20和38之间的主要不同是，在后者上，角度α和角度β是相同的，即都是从垂向算起15°。
从这两个现有技术的单螺杆挤压机的螺杆元件的构形可以看出，具有在各螺旋齿部分之间的明显平面表面的相当深的螺旋齿和这些表面之间的不连续处或称“角部”很容易形成物料窝藏处或称“死区”。照此，物料很容易堵塞在各螺旋齿部分之间的区域，直至达到足以使挤压机出现“喘气”现象或称喘振的状态。这种不稳定性是一个不可小视的问题，因为它会造成不能令人满意的最终产品。
因此，本技术领域需要有改进的单螺杆挤压机螺杆段和螺杆组件，它们应能处理经高度预处理的粘性相当低的进料，能够均匀地正向输送物料通过挤压筒而不会引起喘振。
发明内容
本发明可克服上述问题并提供改进的单螺杆挤压机，其包括细长的挤压筒，挤压筒有进口和与进口间隔的限制孔径的口模出口。这种挤压机还包括单个细长的、可绕轴线转动的、制有螺旋齿的螺杆组件，螺杆组件有一纵向轴线并安装在挤压筒内并且可工作而能使物料从进口经过挤压筒而后从口模出口出去。螺杆组件包括至少一个细长的螺杆段，螺杆段有限定根圆直径的中央本体和从中央本体向外延伸并有外圆周的螺旋齿，螺旋齿的各相邻部分之间有间隔。每个间隔由从螺旋齿部分之一的第一外圆周向相邻螺旋齿部分的第二外圆周延伸的表面所限定；每个限定间隔的表面包括分别从第一和第二外圆周向内延伸而向中央本体延伸的第一和第二表面片、以及把第一和第二表面片连接起来的第三表面片。第一和第二表面片和最接近的第一和第二螺旋齿外圆周分别限定相对于纵向轴线约为75°到90°的角度，并且第一和第二表面片的连接处大体上是平滑的弧形的而没有任何实质性的角度不连续处或称“角部”。
在更优选的形状中，各个角度是相等的，并且这样的角度是由相关螺旋齿深度的从各相邻的螺旋齿部分的外圆周算起的20％所限定。在某些情况中，在外圆周处，相对于螺杆组件的纵向轴线，各角度大致是90°。
在特别优选的形状中，螺杆组件包括至少一对本发明的改进的螺杆段，且这种改进的螺杆段中的一个的螺距大于其中另一个的螺距。通过采用沿着挤压筒的长度设置的且优选地设置得比(各)改进的螺杆段更接近孔径严格的口模出口的可调整限流阀门，本发明的挤压机还可得以进一步改进。
在其它实施例中，本发明的挤压机可包括起破碎作用/起均质化作用的螺杆段，这个螺杆段包括多个相当短的、制有螺旋齿的螺杆零件，且这些螺杆零件中每两个相邻的螺杆零件有相反的螺距。
本发明的单螺杆挤压机可有利地与2007.10.19提交的、题目为“ImprovedPreconditioner Having Independently Driven High-Speed Mixer Shafts”的美国专利申请S/N11/875,033中公开的那种型式的优选的预处理机联合使用，其被以引用方式采用于此。概括地说，这样的预处理机包括细长的有进口和出口的混合容器，该容器的出口构造成能够可工作地连接于挤压筒的进口。这种预处理机还有一对细长的各有多个混合元件的混合轴，两个混合轴以互相之间有侧向间隔的关系安装在混合容器内。一对可变速驱动机构分别可工作地连接于两个轴，用于使两个轴选择性地以各自的转速互相独立地转动。控制装置可工作地连接于驱动机构，用于独立地控制两个轴的转速。
优选的是，每个驱动机构包括各自的可工作地连接于对应的混合轴的可变频率驱动装置，这些装置设计成可使它们所驱动的混合轴沿相反方向转动。
附图说明
图1是本发明的一种预处理机和单螺杆挤压机联合装置的侧视图；
图2是图1所示的单螺杆挤压机的一个大段的垂向剖视图；
图3是图1和2所示的挤压机的第三螺杆段的局部放大垂向剖视图；
图4是图1和2所示的挤压机的第四螺杆段的局部放大垂向剖视图；
图5是图1和2所示的挤压机的第五螺杆段的局部放大垂向剖视图；
图6是类似于图2的大段垂向剖视图，表示出另一个单螺杆挤压机实施例，它在它的第三螺杆段里配备有螺距交变的螺杆元件；
图7是图6所示的挤压机的第三螺杆段的垂向剖视图；
图8是描绘图6的挤压机的第三螺杆段的螺距交变螺杆元件的结构的分解立体图；
图9是现有技术的一个单螺杆挤压机螺杆段的垂向剖视图；
图10是现有技术的另一个单螺杆挤压机螺杆段的垂向剖视图；
图11是本发明的一个优选的预处理机的立体图；
图12是图11所示的预处理机的侧视图；
图13是沿着图12中的线13-13的剖视图；以及
图14是沿着图12中的线14-14的剖视图。
具体实施方式
现在来看各图，挤压机系统40图示于图1并概括地包括多螺杆段的单螺杆挤压机42和其上游的预处理机44。挤压机42包括细长的多段挤压筒46，其有进口48和最端部的孔径严格的口模出口50。挤压机42的内部有细长的、制有螺旋齿的、可绕轴线转动的螺杆组件52(图2)，其安装在可工作地连接于驱动马达和齿轮减速组件(未示)的中心轴54上。
单螺杆挤压机42由包括进口48的进口段56和四个中间段58、60、62和64以及出口段66构成。各段56-66依次首尾连接而共同限定从进口48延伸到口模出口50的中央区域68。此外，应能看出，各段58-62和66设有制有螺旋肋的内套筒58a、60a、62a和66a，而段64设有管状的没有肋的内套筒64a。可选择性地调整的挤压筒中间阀门(MBV)组件65设置在段64和段66之间，当然也可将其设置在任意两个相邻的段之间，不过进口段56除外。这一组件65是2007.10.11的美国专利公报No.US2007/0237850所图示的那种型式的，这里以引用方式采用之。
螺杆组件52包括一对第一和第二进口段70和72、改进的第三和第四螺杆段74和76、起挤压作用的第五段78、以及最后的制有螺旋齿的圆锥形末端段或称第六段80。如图所示，每两个相邻的螺杆段72、74、76和78之间设有常规的蒸汽锁元件81。
参照图4，其表示出第四段76的详细结构。与图9和10所示的常规螺杆段的情况一样，螺杆段76包括管状的中央本体82，其带有用于安装在轴54上的内孔花键84和从中央本体82向外延伸的双头螺旋齿86。考虑图4中相邻的两个螺旋齿部分86a和86b，可以看出，表面88从螺旋齿部分86a、86b的外圆周延伸出来并把它们互相连接起来。整个表面88大体上是平滑的弧形的，完全没有任何的角度不连续处或称“角部”。而且，应能注意到，随着表面88接近螺旋齿部分86a和86b的外圆周90a和90b，表面88和这样的外圆周90a和90b之间限定的角度非常陡，对螺杆组件的纵向轴线约为75-90°。换言之，表面88包括第一和第二表面片88a和88b，它们分别从螺旋齿部分的外圆周90a和90b向内向中央本体82延伸。第三表面片88c把向内延伸的表面片88a和88b连接起来而形成平滑的弧形表面88。表面片88a和表面片88b与相邻的螺旋齿部分外圆周90a和90b之间的两个陡的角度正常地是由表面片88a和88b的外20％，即限定在外圆周90a、90b和中央本体82的根圆直径之间的螺旋齿深度的外20％，的角度取向来限定。
图3类同地描绘出第三螺杆段74的详细结构，其在大多数方面类似于螺杆段76，所以用相同的标引数字。但是应能看出，在图3所示的螺杆段74上，螺旋齿86的螺距明显地小于螺杆段76的螺距。这又意味着，与螺杆段76相比，螺杆段74上的表面片88c的长度较小。可是，螺杆段74上的总表面88是平滑的弧形的而没有任何实质性的角度不连续处，并且表面片88a和88b与对应的外圆周90a和90b之间的角度关系是相同的。
图5图示出第五螺杆段78的详细结构。这个螺杆段的特点在于，螺旋齿部分的外圆周和中央本体之间的螺旋齿深度从右到左逐渐减小。这用于在这一螺杆段输送物料时挤压物料。
第二个挤压机实施例92表示于图6。挤压机92在许多方面与挤压机42相同，因此在可行时采用类似的标引数字。挤压机42和92之间的唯一不同在于命名为螺杆段74a的第三螺杆段的构成，其详细地表示于图7和8。
具体地说，螺杆段74a包括内花键进口段94和下游的制有类似花键的起破碎作用/起均质化作用段96。进口段94就是前面描述的螺杆段76的短段，而段96包括多个制有螺旋齿的螺杆零件96a、96b、96c和96d，它们以头尾相接的关系安装在轴54上。从图8可清楚地看出，相邻的各零件96a-96d有交替的螺距，例如零件96a有右旋的螺距，而零件96b有左旋的螺距。这个破碎/均质化段96的目的是切断并破碎通过挤压机92的物料流，从而得到更均匀的终端挤出物。
图示于图11-13的预处理机44包括细长的双级混合容器98，其带有沿着其长度的一对平行的、细长的、轴向延伸的并可转动的混合轴100和102。轴100、102连接于各自的可变速驱动装置104、106，两个驱动装置又连接于控制装置108(见图13)。在实际应用中，驱动装置104、106各自连接于对应的马达和齿轮减速器(未示)。
在优选的实际应用中，驱动装置104、106是可变速型式的驱动装置。控制装置108可以是控制器、微处理机、特定用途集成电路(ASIC)、或能够执行逻辑指令的任何其它型式的数字或模拟装置。该装置甚至可以是个人计算机或服务器计算机，诸如由Dell、Compaq、Gateway、或任何其它计算机制造商制造和销售的那些计算机，还可以是运行Windows NT、Novel Netware、Unix、或其它任何操作系统的网络计算机。可以根据需要，给驱动装置104和106进行编程，以达到本发明的目的，例如可将它们配置为有不同的转速范围、转动方向和功率额定值。
容器98有细长的横向地弧形的侧壁110、以及物料进口116和物料出口118，而侧壁110有一对细长的、并排的互相连接的腔室112和114。腔室114的横断面面积比毗邻的腔室112的大，这是很重要的，其理由下文将予以说明。每个腔室112、114沿着其长度设置有互相间隔的一系列进口120、122，并且中间的一组口123位于腔室112和114的接合处。这些口120、122构造成可把水和/或蒸气喷射器连接到腔室的内部。整个容器98还有前端板124和后端板126以及中间板128。
如图所示，轴100、102基本上对中地定位在各自对应的腔室114、112内。为此，安装在前端板124上的前轴承130支承着轴100、102的前端，类似地，固定于后端板126的后轴承支承着这两个轴的后端。轴100、102有从轴承132伸出而向后延伸的延伸段100a、102a，用以建立对上述可变频率驱动装置的连接。
轴100设有多个径向地向外延伸的混合元件134，它们沿着该轴的长度以交错的关系布置。这些元件134中的每一个(见图14)包括安装在轴100上的对应螺纹孔138内的伸进轴内的螺纹段136，还有伸出于轴外的段140，而段140有大体上平的桨板形构件142。从图13可清楚地看出，混合元件134的桨板形构件142是定向为与物料从进口116到出口118的行进方向相反。就是说，这些构件用于使通过预处理机44的物料流减速。
同样，安装在较小的腔室112里的轴102有沿着其长度以交替即交错的关系布置的一系列混合元件144。混合元件144与混合元件134完全相同，只是混合元件144的尺寸较小。每个元件144有向外伸的桨板形构件146。在这一情况中，各构件146定向为与各构件142相反，即它们定向于朝前的方向而能促使物料流从进口116向出口118更正向地前进。
与前面描述的实施例的情况相同，各毗邻的成对的混合元件134和144是轴向地互相错开的并且是互相交错插入的，因此这些元件不是自揩净设计的。这允许两个轴以大为不同的转速转动，同时能够避免可能由混合元件134和144之间的机械干涉引起的任何潜在的闭锁危险。
本发明的预处理机设计允许把物料处理到比此前可能达到的更大的程度。例如，美国专利号4,752,139中描述的那种型式的现有技术的预处理机不能进行现场调整来达到其两个轴之间的不同的相对转速。就是说，在那个现有技术的预处理机中，在装置的制造过程中一旦确定了转速差，其后就不可能改变它，除非对装置进行全面改造。通常，这种型式的预处理机的分别在小的腔室内的和大的腔室内的两个轴之间有2∶1的转速差。但是本发明中，可以容易地做到更大的且可无限调整的转速差。因此，就优选的形式来说，轴100和102之间的转速差至少是5∶1，典型的是在3∶1到18∶1的范围内，且直径较小的轴102能够以高于直径较大的轴100的转速正常地运转。后一个转速差对应于轴102的900rpm的转速和轴100的50rpm的转速。
这个增强的设计具有许多加工处理上的优点。举一个例子来说，在美国专利号4,752,139的现有技术的预处理机设计中，可达到的烹制程度一般是约30％，最大值是约43％(按照Mason等.，A New Method for Determining Degree ofCook，67th Annual Meeting，American Association of Cereal Chemists(1982年10月26日)中所述的方法用淀粉成分的糊化程度进行衡量，这里以引用方式采用之)。但是，采用本发明，可达到大得多的烹制百分比，至少是50％，更优选的是至少55％，最优选的是至少约75％。同时，这些提高的烹制值是用与现有技术的预处理机相同甚至更短的机内停留时间得到的。具体地说，那些现有技术的设计需要约160-185秒的停留时间来得到最大烹制值，而在本发明的预处理机中，机内停留时间短得多，用120-150秒就可达到相同的烹制值。还有，如果采用更长的典型的预处理机内停留时间，则烹制程度的数值通常可明显增大。
在本发明的一种形式中，在本发明的预处理机内处理含有一定量蛋白质和淀粉(通常还有诸如脂肪和糖的其它成分)的人类食物或动物饲料，基于淀粉糊化程度衡量的烹制值可达到至少约50％，优选的是至少约75％。这样的混合物的代表性例子是宠物饲料和鱼饲料。本发明还能给出提高的单位机械能(SME)值。现有技术的预处理机典型地表现出相当低的SME值，而本发明的预处理机已将SME值从约1.7增大到约5.0，更优选的是从约1.9到约4.5kW-Hr/吨被处理原物料。
本技术领域很能理解，增大预处理机内的烹制程度是有利的，因为在下游的处理过程中需要较少的能量和较短的停留时间就可达到符合需要的、烹制充分的产品诸如宠物食品。这样，本发明的预处理机的应用可增加产品产量并可大大降低加工成本。
与上述改进的单螺杆挤压机联合使用，本发明的预处理机的优点还会增强。这种联合可给出非常高的烹制值(在90-100％的量级)，伴之以高的SME值和平稳的、基本上无喘振的挤压机性能。本发明的有改进的弧形螺杆段的单螺杆挤压机能够以自揩净的双螺杆挤压机的方式运行，这可增大在那种挤压机上能够得到的有利效果。此外，用本发明的系统还可成功地加工处理水份较高的初始产品。
下面的各例子将展示用本发明的单螺杆挤压机和预处理机得到的结果。但是应能理解，给出这些例子是为了以例证进行说明，不应把其中的任何东西认为是对本发明的整个范围的限制。
例子1
进行了一系列的挤压机比较运行，用以确定在如图2所示的本发明的优选的挤压机装置中得到的高脂肪幼狗食物产品的SME值和容积密度，并将其与在常规的单螺杆宠物食品加工装置中得到的进行对比。这种挤压机装置包括美国专利号4,752,139中图示并描述的那种型式的标准的Wenger(温吉尔)DDC预处理机。配方是商业的幼狗饲料配方，包括31％重量的淀粉、1.5％重量的纤维素、11％重量的脂肪、以及35％重量的蛋白质。
在这些次挤压运行中，先在预处理机中用喷入预处理机容器的蒸汽、水和油对配方的各种成分进行预处理。这用于至少部分地烹制这个配方并使其中承载淀粉的成分糊化。预处理后的物料被送到挤压筒的进口，一进入挤压筒，物料就被输送通过挤压筒而从孔径严格的口模出来。在这一处理过程中，在沿着挤压机长度的多个位置把水和蒸汽喷入挤压筒。在各次运行过程中，把背压阀打开到各个不同的程度。在产品挤压成形后，将其在常规的多次通过式烘干机内烘干。
以下的表1给出这些试验的结果，其中运行R1和R5可直接比较，R2/R6、R3/R7、以及R4/R8也同样可直接比较。奇数的运行是用现有技术的标准单螺杆挤压装置加工宠物食品，而偶数的运行是用图2所示的挤压机装置。进行这些比较性的运行是为了尽可能达到相同的加工条件，以便把SME值和产品密度的不同都归因于作比较的挤压机装置。
表1
  单位   运行1   运行5   运行2   运行6   运行3   运行7   运行4   运行8
  干物料流量   kg/hr   500   500   750   750   750   750   1000   1000
  喷入预处理机的蒸气流量   kg/hr   1.3   1.4   2.0   2.0   2.0   2.0   2.4   2.5
  喷入预处理机的水流量   kg/hr   6.7   7   6.7   7   7   7   8   8
  喷入预处理机的油流量   kg/hr   4   4   4   4   4   4   4   4
  预处理机的排出温度   ℃   84   81   82   80   82   80   77   77
  喷入挤压机的水流量   Kg/hr   5.6   5.9   10.2   9.9   10.2   9.9   9.6   9.5
  喷入挤压机的蒸气流量   Kg/hr   1.5   1.4   1.2   1.1   1.2   1.1   1.5   1.4
  挤压机轴转速   rpm   550   550   550   550   550   550   550   550
  挤压机马达载荷   ％   33   53   48   57   56   71   63   72
  挤压筒中间阀门   ％开   20   20   20   20   7   7   10   10
  温度，第二段挤压筒处   ℃   47   50   44   50   48   51   48   49
  温度，第三段挤压筒处   ℃   65   64   61   63   63   66   66   64
  温度，第四段挤压筒处   ℃   84   92   92   88   90   90   88   90
  温度，第五段挤压筒处   ℃   85   86   83   84   85   87   96   87
  温度，第六段挤压筒处   ℃   92   75   105   79   105   76   105   76
  压力，第六段挤压筒处   Bar   31   35   42   40   55   60   65   65
  SME   kw-hr/mt   49   79   48   47   56   71   47   54
  挤压机出口处挤出物的湿容积密度   kg/m3   510   440   500   435   390   380   510   425
  烘干机出口处的干容积密度   kg/m3   460   380   425   368   350   340   510   380
可以看出，与老的设计结构相比，本发明的螺杆构造给出了始终如一的高得多的SME值，而挤出物的湿的和干的容积密度却明显地较低。
例子2
在这一系列的试验中，将本发明的优选的单螺杆组件与常规的螺杆组件进行了比较。在所有情况中，采用不同构造的Wenger X165型7节单螺杆挤压机，其上游用Wenger预处理机，宠物食品配方是：32％重量的玉米、27.5％重量的家禽粉、18％重量的小麦、16％重量的小麦麸皮、6％重量的鱼粉、以及0.5％重量的盐。
在这些试验中，一共用了四种不同的挤压机系统构造，它们是：A＝标准的单螺杆构造，带有未经雕琢的末端圆锥形螺杆；B＝本发明的单螺杆构造，带有未经雕琢的末端圆锥形螺杆；C＝标准的单螺杆构造，带有螺旋齿经雕琢的末端圆锥形螺杆；D＝本发明的单螺杆构造，带有螺旋齿经雕琢的末端圆锥形螺杆。
下面的表2给出这些次运行的结果。一般地说，这些数据肯定地表明，本发明的新的弧形单螺杆挤压机元件可将物料更正向地输送通过挤压机，使排出口模处产生更高的压力。相应地，这些新的螺杆元件使挤压筒进口处和各蒸汽喷入点处有较低的压力，这意味着可以用较高的蒸汽喷入能级。而且，与常规的单螺杆元件相比，这些新的螺杆元件造成了相同或较高的SME值，就是在它们给出更正向的输送的同时，也是如此。可以说，本发明的这些新的螺杆元件可以改善物料输送而没有混合损失。
Figure GPA00001038591900131
Figure GPA00001038591900141
例子3
在这一例子中，准备了标准的狗食物配方并用本发明的预处理机对其进行了预处理。这个配方包含53.0％玉米、22.0％家禽粉、15％大豆粉、10％玉米麸皮粉(皆为重量百分比)。这个配方被送入预处理机并在其内经受处理，同时喷入蒸汽和水。小的腔室的轴以900rpm的转速反向转动，而大的腔室的轴以50rpm的转速正向转动。以对预处理机的不同进料速率分别进行了三个试验，这些试验的结果给出于下面的表3。用预处理机得到的烹制值百分比在47.6-50.9％范围内，而总的SME值在1.97-3.49kW·Hr/吨范围内变化。
表3
  名称   试验1   试验2   试验3
  送料速率(磅/小时)   5,000   9,000   10,000
  向筒体供水(磅/小时)   850   1,600   1,700
  向筒体供蒸汽(磅/小时)   610   1,221   1,306
  向筒体供油(磅/小时)   0   0   0
  DDC小腔室轴的转动方向(F或R)(注1)   R   R   R
  DDC小腔室轴的转速(rpm)   900   900   900
  DDC小腔室轴的载荷(％)   51.0％   56.0％   57.0％
  DDC小腔室的功率马力   15   15   15
  DDC大腔室轴的转动方向(F或R)   F   F   F
  DDC大腔室轴的转速(rpm)   50   50   50
  DDC大腔室轴的载荷(％)   27.0％   33.0％   31.0％
  DDC大腔室的功率马力   15   15   15
  筒体重量(磅)   293   345   350
  筒体内停留时间(分钟)   2.72   1.75   1.61
  筒体排出温度(度F)   200   199   200
注1：F指正转，而R指反转。方向性是靠轴上混合桨形板的定向和/或采用相反地转动的两个轴来达到。在各优选的例子中，两个轴是向同一方向转动，所谓F方向，是把桨形板定向为使混合物向前运动，而所谓R方向，是把桨形板定向为使向前运动的混合物减速。
例子4
在这一例子中，准备了标准的猫食物配方并像例子4中所述的那样对其进行了预处理。这种猫食物配方包含32％家禽粉、28％玉米、14％大米、10％玉米麸皮粉、3％果蔬泥、2％磷酸(54％的H3PO4)、以及8％家禽脂肪(皆为重量百分比)。在三次独立的试验运行中，小腔室的轴以800rpm的转速反向转动，而大腔室的轴以50rpm的转速正向转动。这些试验的结果给出于下面的表4，其中烹制程度百分比在45.8到48.1％之间变化，以及SME值在2.9到3.9kW·Hr/吨范围内。
表4
  名称   试验4   试验5   试验6
  送料速率(磅/小时)   4,000   4,000   4,000
  向筒体供水(磅/小时)   760   760   1,140
  向筒体供蒸汽(磅/小时)   580   580   840
  向筒体供油(磅/小时)   200   280   0
  DDC小腔室轴的转动方向(F或R)   R   R   R
  DDC小腔室轴的转速(rpm)   800   800   800
  DDC小腔室轴的载荷(％)   40.0％   40.0％   42.0％
  DDC小腔室的功率马力   15   15   15
  DDC大腔室轴的转动方向(F或R)   F   F   F
  DDC大腔室轴的转速(rpm)   50   50   50
  DDC大腔室轴的载荷(％)   28.0％   29.0％   35.0％
  DDC大腔室的功率马力   15   15   15
  筒体重量(磅)   286   288   310
  筒体内停留时间(分钟)   3.21   3.24   2.33
  筒体排出温度(度F)   200   200   201
  DDC小腔室的SME(kW·Hr/吨)   2.10   2.10   1.60
  DDC大腔室的SME(kW·Hr/吨)   1.70   1.80   1.30
  总的DDC计算的SME(kW·Hr/吨)   3.80   3.90   2.90
  总的淀粉   34.61   32.77   33.83
  被糊化的淀粉   15.84   15.78   16.09
  烹制％   45.8   48.1   47.6
例子5
在这一例子中，准备了用于制造鲶鱼饲料的可浮在水上的饲料配方并像例子3中所述的那样对其进行了预处理。这种可浮在水上的饲料配方包含20％整粒玉米、20％鱼粉、20％脱脂大米糠、15％小麦麸皮、10％大豆粉、10％果蔬泥、以及5％小麦(皆为重量百分比)。在三次独立的试验运行中，小直径的轴以800rpm的转速反向转动，而大直径的轴以50rpm的转速正向转动。这些试验的结果给出于下面的表5，从其中可看出，烹制程度在78.7-84.5％之间，以及总的SME值是3.7kW·Hr/吨。
表5
  名称   试验7   试验8   试验9
  送料速率(磅/小时)   4,000   4,000   4,000
  向筒体供水(磅/小时)   1,280   1.360   1.520
  向筒体供蒸汽(磅/小时)   1,200   1,200   1.200
  向筒体供油(磅/小时)   0   0   0
  DDC小腔室轴的转动方向(F或R)   R   R   R
  DDC小腔室轴的转速(rpm)   800   800   800
  DDC小腔室轴的载荷(％)   37.0％   37.0％   37.0％
  DDC小腔室的功率马力   15   15   15
  DDC大腔室轴的转动方向(F或R)   F   F   F
  DDC大腔室轴的转速(rpm)   50   50   50
  DDC大腔室轴的载荷(％)   29.0％   29.0％   29.0％
  DDC大腔室的功率马力   15   15   15
  筒体重量(磅)   284   285   286
  筒体内停留时间(分钟)   2.63   2.61   2.55
  筒体排出温度(度F)   204   204   204
  DDC小腔室的SME(kW·Hr/吨)   2.10   2.10   1.60
  DDC大腔室的SME(kW·Hr/吨)   1.60   1.60   1.60
  总的DDC计算的SME(kW·Hr/吨)   3.70   3.70   3.70
  水份(MCWB％)   36.22   35.89   35.28
  总的淀粉   27.49   26.87   28.87
  被糊化的淀粉   21.63   22.05   21.86
  烹制％   78.70   82.10   84.50
例子6
在这一例子中，准备了用于制造海鲈鱼饲料的将会沉入水中的饲料的配方并像例子3中所述的那样对其进行了预处理。这种将沉入水中的饲料的配方包含53.5％大豆粉、15％小麦、20％鱼粉、8.5％玉米麸皮、6％玉米、1％葵花籽粉、以及16％鱼油。在三个独立的试验中，小腔室的轴以800rpm反向转动，而大腔室的轴以50rpm正向转动。试验结果给出于表6，从其中可看出，烹制程度百分比是从72.5％到75.8％，以及总的SME值是从2.2到3.2kW·Hr/吨。
表6
  名称   试验10   试验11   试验12
  送料速率(磅/小时)   5,000   7,000   9,000
  向筒体供水(磅/小时)   940   1,330   1,710
  向筒体供蒸汽(磅/小时)   716   940   1,330
  向筒体供油(磅/小时)   350   490   270
  DDC小腔室轴的转动方向(F或R)   R   R   R
  DDC小腔室轴的转速(rpm)   800   800   800
  DDC小腔室轴的载荷(％)   45.0％   49.0％   54.0％
  DDC小腔室的功率马力   15   15   15
  DDC大腔室轴的转动方向(F或R)   F   F   F
  DDC大腔室轴的转速(rpm)   50   50   50
  DDC大腔室轴的载荷(％)   31.0％   36.0％   39.0％
  DDC大腔室的功率马力   15   15   15
  筒体重量(磅)   306   334   357
  筒体内停留时间(分钟)   2.62   2.05   1.74
  筒体排出温度(度F)   201   199   199
  DDC小腔室的SME(kW·Hr/吨)   1.90   1.60   1.30
  DDC大腔室的SME(kW·Hr/吨)   1.30   1.10   0.90
  总的DDC计算的SME(kW·Hr/吨)   3.20   2.70   2.20
  总的淀粉   11.74   12.05   12.52
  被糊化的淀粉   8.63   9.14   9.08
  烹制％   73.50   75.80   72.50

Claims (25)

1.一种单螺杆挤压机，包括：
细长的挤压筒，所述挤压筒有进口和间隔开的限制孔径的口模出口；以及
单个细长的、可绕轴线转动的、制有螺旋齿的螺杆组件，所述螺杆组件有一纵向轴线并安装在所述挤压筒内，并且能够工作而能使物料从所述进口经过所述挤压筒而后从所述口模出口出去，
所述螺杆组件包括至少一个细长的螺杆段，所述螺杆段有限定根圆直径的中央本体和从所述中央本体向外延伸并有外圆周的螺旋齿，所述螺旋齿的各相邻部分之间有间隔，每个所述间隔由从所述螺旋齿部分之一的第一外圆周向相邻螺旋齿部分的第二外圆周延伸的表面所限定，所述限定间隔的表面包括分别从所述第一和第二外圆周向内延伸而向所述中央本体延伸的第一和第二表面片、以及把所述第一和第二表面片连接起来的第三表面片，所述第一和第二表面片和最接近的第一和第二螺旋齿外圆周分别限定相对于所述纵向轴线为75°到90°的角度，所述第一和第二表面片的连接处大体上是平滑的弧形的而没有任何实质性的角度不连续处。
2.如权利要求1所述的单螺杆挤压机，其特征在于，所述分别限定的角度是相等的。
3.如权利要求1所述的单螺杆挤压机，其特征在于，所述相邻的各螺旋齿部分的所述第一和第二外圆周和所述中央本体之间有螺旋齿深度，所述各角度由相关的螺旋齿深度的从所述相邻的第一和第二螺旋齿部分的外圆周算起的20％所限定。
4.如权利要求3所述的单螺杆挤压机，其特征在于，所述各角度都是90°。
5.如权利要求1所述的单螺杆挤压机，其特征在于，有形成所述螺杆组件的至少一部分的一对所述螺杆段，所述螺杆段中的一个螺杆段的螺距大于所述螺杆段中的另一个螺杆段的螺距。
6.如权利要求5所述的单螺杆挤压机，其特征在于，所述一个螺杆段比所述另一个螺杆段更接近于所述口模出口。
7.如权利要求6所述的单螺杆挤压机，其特征在于，包括设在所述一个螺杆段和所述另一个螺杆段之间的蒸汽锁部件。
8.如权利要求1所述的单螺杆挤压机，其特征在于，包括可调整的流量限制阀，所述流量限制阀比所述螺杆段更接近所述口模出口。
9.如权利要求1所述的单螺杆挤压机，其特征在于，所述螺杆组件还包括起挤压作用的螺杆段，所述起挤压作用的螺杆段有沿着其长度逐渐减小的螺旋齿深度。
10.如权利要求9所述的单螺杆挤压机，其特征在于，所述起挤压作用的螺杆段安装得比所述螺杆段更接近所述口模出口。
11.如权利要求1所述的单螺杆挤压机，其特征在于，所述螺杆组件还包括起破碎作用的螺杆段，所述起破碎作用的螺杆段包括多个制有螺旋齿的螺杆零件，所述各螺杆零件中互相相邻的螺杆零件有互相相反的螺距。
12.一种联合装置，包括：
细长的挤压筒，所述挤压筒有进口和间隔开的限制孔径的口模出口；
单个细长的、可绕轴线转动的、制有螺旋齿的螺杆组件，所述螺杆组件有一纵向轴线并安装在所述挤压筒内，并且能够工作而能使物料从所述进口经过所述挤压筒而后从所述口模出口出去，
所述螺杆组件包括至少一个细长的螺杆段，所述螺杆段有限定根圆直径的中央本体和从所述中央本体向外延伸并有外圆周的螺旋齿，所述螺旋齿的各相邻部分之间有间隔，每个所述间隔由从所述螺旋齿部分之一的第一外圆周向相邻螺旋齿部分的第二外圆周延伸的表面所限定，所述限定间隔的表面包括分别从所述第一和第二外圆周向内延伸而向所述中央本体延伸的第一和第二表面片、以及把所述第一和第二表面片连接起来的第三表面片，所述第一和第二表面片和最接近的第一和第二螺旋齿外圆周分别限定相对于所述纵向轴线为75°到90°的角度，所述第一和第二表面片的连接处大体上是平滑的弧形的而没有任何实质性的角度不连续处；以及
可工作地连接于所述挤压筒进口的预处理机，用于在通过它而进入所述挤压机之前对物料预处理，所述预处理机包括：
细长的混合容器，所述容器具有进口和出口，所述容器的出口可工作地连接于所述挤压筒的进口；
一对细长的混合轴，每个所述混合轴具有多个混合元件，所述混合轴以互相之间有侧向间隔的关系安装在所述混合容器内；
一对可工作地连接于所述轴的可变速驱动机构，用于使所述轴选择性地以各自的转速互相独立地转动；以及
可工作地连接于所述驱动机构的控制装置，用于独立地控制所述轴的转速。
13.如权利要求12所述的联合装置，其特征在于，每个所述驱动机构包括可变频率驱动装置。
14.如权利要求12所述的联合装置，其特征在于，所述混合容器有细长的横向弧形壁，所述壁形成一对细长的、并排的、相通的腔室，其中一个所述腔室的横断面面积大于其中另一个所述腔室的横断面面积。
15.如权利要求12所述的联合装置，其特征在于，所述轴能沿相反方向转动。
16.如权利要求12所述的联合装置，其特征在于，所述分别限定的角度是相等的。
17.如权利要求12所述的联合装置，其特征在于，所述相邻的各螺旋齿部分的所述第一和第二外圆周和所述中央本体之间有螺旋齿深度，所述各角度由相关的螺旋齿深度的从所述相邻的第一和第二螺旋齿部分的外圆周算起的20％所限定。
18.如权利要求17所述的联合装置，其特征在于，所述各角度都是90°。
19.如权利要求12所述的单螺杆挤压机，其特征在于，有形成所述螺杆组件的至少一部分的一对所述螺杆段，其中一个所述螺杆段的螺距大于其中另一个所述螺杆段的螺距。
20.如权利要求19所述的联合装置，其特征在于，所述一个螺杆段比所述另一个螺杆段更接近于所述口模出口。
21.如权利要求19所述的联合装置，其特征在于，包括设在所述一个螺杆段和所述另一个螺杆段之间的蒸汽锁部件。
22.如权利要求12所述的联合装置，其特征在于，包括可调整的流量限制阀，所述流量限制阀比所述螺杆段更接近所述口模出口。
23.如权利要求12所述的联合装置，其特征在于，所述螺杆组件还包括起挤压作用的螺杆段，所述起挤压作用的螺杆段有沿着其长度逐渐减小的螺旋齿深度。
24.如权利要求23所述的联合装置，其特征在于，所述起挤压作用的螺杆段安装得比所述螺杆段更接近所述口模出口。
25.如权利要求12所述的联合装置，其特征在于，所述螺杆组件还包括起破碎作用的螺杆段，所述起破碎作用的螺杆段包括多个制有螺旋齿的螺杆零件，所述各螺杆零件中互相相邻的螺杆零件有互相相反的螺距。
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