CN102112278A - 用于水下造粒系统的能定位的气体注射喷嘴组件 - Google Patents

Abstract

一种具有喷管(110)的能定位的气体喷嘴组件(100)，其用于将加压空气或其它惰性气体注射和引导到颗粒浆料中，以便增加浆料从造粒机到达并通过干燥器的速度。能变化地定位的喷管(110)可以手动地或利用自动控制系统地插入、缩回和/或定位在中间位置。所述自动控制系统优选地包括与托架(160)能移动地接合的气压缸(154)，所述托架(160)牢固地联接到所述喷管。所述气压缸包含活塞(172)，所述活塞与所述托架磁力接合，使得所述活塞响应所述加压空气的注射的移动还能使所述托架和所述喷管移动，以获得可变的位置。

Description

用于水下造粒系统的能定位的气体注射喷嘴组件

本申请是2008年6月16日提交的、序列号为12/213,204的共同待审的美国申请的部分继续申请，并且在此要求该美国申请的优先权。

技术领域

本发明主要涉及水下造粒系统，更具体地涉及用于这种系统的气体注射喷嘴。

背景技术

本领域技术人员已经发现制造部分或全部结晶的颗粒的好处以及某些必要性。为了帮助实现结晶，本发明的受让人已经在美国专利No.7,157,032、公开号为Nos.2005/0110182和2007/0132134的美国专利申请、公开号为Nos.WO2005/051623和WO2006/127698的国际专利申请中公开了利用喷嘴，加压空气或其它气体可以经由所述喷嘴被注射进颗粒浆料中，以便帮助减少颗粒在上游造粒处理和下游干燥处理以及随后的处理之间停留在输送液体中的时间，所有上述专利以及专利申请由本发明的当前受让人所有，并且所有上述专利以及专利申请的内容通过引用结合在本申请中，就像在此充分说明所有上述专利以及专利申请的全部内容一样。

类似地，WO2007/027877公开了利用喷嘴，加压空气或其它气体可以经由所述喷嘴注射进颗粒浆料中，以便从颗粒浆料中的颗粒中吸出液体。通过减少颗粒在上游造粒处理和下游干燥以及随后的处理之间停留在输送液体中的时间，颗粒的水分含量得以降低。停留时间的减少还使得能够留住所形成的颗粒的更多内热，因而减少了可由颗粒吸收的水分。该申请也由本发明的当前受让人所有，该申请的全部内容也通过引用结合在本申请中。

在某些情况下，颗粒在造粒处理过程中可能结团或结块。颗粒结块的形成可能有很多原因，其中粘性颗粒是常见的和频繁的原因。当这些结块形成时，这些结块趋于卡在所谓的“悬挂点(hang-up points)”中，此处使用的术语用于描述整个处理中颗粒和/或颗粒结块趋于变成悬挂和保持的位置，这些位置通常形成阻塞积聚。作为实例，颗粒结块可能在“滴淌(drooling)”时形成，通过模具孔的过多的熔融材料流出现在模具板处，因而形成不希望有的大颗粒。大颗粒不是唯一的问题。预定大小的颗粒也会引起问题。与喷嘴发生接触的粘性颗粒或柔软颗粒可能被“粉碎”，并由于它们的粘性以及它们的行进速度而粘附到喷嘴。最后，越来越多的颗粒与那些粘附到喷嘴的颗粒发生接触，从而颗粒开始彼此粘附以形成颗粒块，也可称为结块。最后，颗粒块可能变得足够大以至于干扰输送液体和颗粒流过输送管。这种干扰会迫使造粒处理停止。

已经发现利用前面提及的专利和申请中描述的加入加压空气的设备和方法，在造粒管线中存在上述悬挂点，即气体注射喷嘴布置在颗粒输送管内的点。根据这些现有的实施例，用于注射空气的喷嘴如图1所示并且整体由附图标记200表示。现有技术的固定喷管210优选地通过焊接在接合部214处附连到弯管202中。该固定喷嘴组件200不能被移除以促进启动。所述固定喷嘴组件也可能成为由颗粒结块阻塞的潜在原因，这是因为所述固定喷嘴组件不能被灵活地定位以允许颗粒浆料围绕固定喷管210的周缘自由地流动。类似地，上述固定的定位限制了空气或其它气体的注射程度，所述注射程度可以通过阀的调节而得以控制。

因此，需要一种能定位的喷嘴，这种喷嘴能被调节以便优化水下造粒系统制造的颗粒的结晶和/或干燥。

发明内容

鉴于前述内容，本发明的一个目的在于提供一种能定位的喷嘴，经由所述能定位的喷嘴将加压气体引入水下造粒机的输送设备中，以便增加颗粒浆料从造粒处理到达并通过干燥处理的输送速度，同时控制浆料流过喷嘴位置的动态变化。

本发明的另一个目的在于提供一种能定位的喷嘴，所述能定位的喷嘴具有喷管和轴环，所述轴环在外壳内滑动，所述外壳附连到密封过渡轴环并附连到输送通路内的弯管，所述输送通路位于造粒设备和干燥设备之间。

本发明的又一个目的在于提供一种根据前述目的的能定位的喷嘴，所述能定位的喷嘴能在至少完全插入或前方位置以及完全缩回位置之间进行调节，所述喷嘴的定位使得上述调节可以通过手动或借助于自动控制系统得以实现，所述自动控制系统单独地或组合地利用可以适于特定应用的机械、气压、液压、电气、电子或其它方法。

本发明的再一个目的在于提供一种根据前述目的的能定位的喷嘴，所述能定位的喷嘴能使用就在前面描述的方法中的任意一种方法手动地或自动地进行调节，以便将加压气体注射进一个或多个中间的或部分插入的位置中。

本发明的另一个目的在于提供一种根据前述目的的能定位的喷嘴，所述能定位的喷嘴成角度地定位在弯管的内腔内，所述能定位的喷嘴在所述弯管上附连成使得角度在从下游组件的中心线的大约0度到由喷管外部与所述下游组件的内表面接触部所限定的最大角度的范围内。

本发明的还一个目的在于提供一种能定位的喷嘴，所述能定位的喷嘴同心地围绕下游设备的中心线。

本发明的另一个目的在于提供一种能定位的喷嘴，经由所述能定位的喷嘴引入加压气体，以便增加颗粒浆料从造粒设备到达并通过干燥设备的输送速度，从而留住颗粒的内热，以促进颗粒的干燥，使得离开干燥设备的颗粒的水分含量小于大约1.0％的重量百分比，更优选地小于0.5％的重量百分比，并且最优选地小于0.25％的重量百分比。

本发明的另一个目的在于提供一种能定位的喷嘴，经由所述能定位的喷嘴引入加压气体，以便增加颗粒浆料从造粒设备到达并通过干燥设备的输送速度，从而保留颗粒的内热，以促进颗粒的干燥和结晶。

本发明的又一个目的在于提供一种根据前述目的的能定位的喷嘴，经由所述能定位的喷嘴引入加压气体，以便增加颗粒浆料从造粒设备到达并通过干燥设备的输送速度，使得离开干燥设备的颗粒结晶至少20％的重量百分比，更优选地至少30％的重量百分比，并且最优选地至少40％的重量百分比。

本发明的还一个目的在于提供一种能定位的喷嘴，所述能定位的喷嘴可以至少部分地缩回，以便在造粒处理的开始阶段期间防止颗粒悬挂，并且所述能定位的喷嘴能向前移动以便使颗粒浆料加速流进并通过输送管，并在所述颗粒移动通过输送管时促进输送液体被吸出而远离所述颗粒。

本发明的再一个目的在于提供一种能定位的喷嘴，所述能定位的喷嘴具有任意数目的横截面形状、内表面型式或内部结构，以便在颗粒浆料的流动中产生特定的期望的效果。

鉴于这些以及其它目的，本发明旨在提供一种用于水下造粒设备的注射装置，所述设备挤出聚合物线材并将聚合物线材切割成颗粒，这些颗粒作为水和颗粒浆料被传送通过输送管路而到达离心干燥器。所述注射装置包括能定位的喷嘴组件，所述能定位的喷嘴组件具有能调节的注射位置，以将颗粒速度加速剂引入水和颗粒浆料中，从而增加颗粒浆料到达并通过干燥器的速度，使得留住颗粒的更多内热。所述喷嘴组件能在完全插入位置和完全缩回位置之间进行调节，在所述完全插入位置，所述组件的喷管定位在输送管路内的前方，而在所述完全缩回位置，所述喷管从输送管路撤回，从而对浆料通过管路完全没有阻碍。优选地，所述能定位的喷嘴组件构造成能手动地或通过利用自动控制系统将喷管不仅定位在完全插入位置和完全缩回位置处，而且定位在所述完全插入的前方位置和完全缩回位置之间的各个中间位置处。

这些益处连同后面将变得明了的其它目的和优点属于参考形成本发明的一部分的附图后面更详细地示出并写入权利要求的结构和操作的细节，其中全文中相同的标记指代相同的部件。

附图说明

图1是现有技术的固定的喷嘴构造的剖切横截面视图。

图2是根据本发明的水下造粒系统的示意性视图，所述水下造粒系统包括水下造粒机和输送管路，所述输送管路带有连接到离心干燥机的能定位的喷嘴。

图2a是图2的能定位的喷嘴的放大视图。

图3是喷管处于缩回位置时的图2a的能定位的喷嘴和输送管路的一部分的剖切横截面视图。

图4是喷管处于插入的前方位置时的图2a的能定位的喷嘴和输送管路的一部分的剖切横截面视图。

图5是喷管处于插入的前方位置时的图2a的能定位的喷嘴和输送管路的一部分的示意性俯视图。

图6a是利用自动控制系统且喷管被示出处于缩回位置时的图2a的能定位的喷嘴和输送管路的一部分的剖切横截面视图。

图6b是沿图6a的线6b-6b截取的喷管外壳的视图。

图6c是喷管被示出处于插入的前方位置时的图6a的自动控制系统实施例的剖切横截面视图。

图6d是沿图6c的线6d-6d截取的喷管外壳的视图。

图7是用于图6a-6d的自动控制系统的磁耦式无杆缸的部分剖视图。

图8是示出用于图6a-6d的自动控制系统的控制回路的视图。

图9a是根据本发明的喷管的前向孔的视图，所述喷管包含垂直定向的直肋片。

图9b是根据本发明的喷管的前向孔的视图，所述喷管包含垂直定向的波形肋片。

图9c是根据本发明的喷管的半圆形前向孔的视图。

图9d是根据本发明的用于喷管的贝壳形C形前向孔的视图。

图9e是根据本发明的具有渐缩形末端的喷管的视图。

图9f是根据本发明的具有逐渐减小地锥形渐缩孔的喷管的视图。

具体实施方式

虽然详细描述了本发明的各优选实施例，但是应理解的是其它实施例也是可以的。因此，本发明的范围限于随后说明书中所描述的或附图中说明的那些构造、组件布置的细节。本发明能够以其它实施例或各种方式实践或实施。再者，优选实施例的描述中的特定术语是为了澄清的目的。应当理解的是，每个特定术语包括以相似方式工作来实现相似目的的所有技术等价物。只要可能，相似的附图组件由相同的附图标记来表示。

根据本发明的能定位的喷嘴组件有利于增强各种聚合材料的结晶，还有利于这些及其它材料的干燥，此时消除了对于现有设计遭遇结块的可能悬挂点。在将加压空气或其它气体注射进颗粒输送管中时，颗粒浆料的速度得以增加。结果是在颗粒遭遇输送液体时及时减少，这是由于速度增加以及将输送液体从这些颗粒的表面吸出。由于速度增加，颗粒在输送液体中的停留时间减少，使得相比于遭受输送液体较长时间的颗粒，颗粒保留更多的内热。实际上，保留的内热得以增加，所述内热有助于颗粒的结晶。这种效果通过将输送液体从颗粒的表面上吸出而得到进一步增强，这是由于输送液体损耗的热量被减少。

为了得到最大产量的颗粒，本发明允许调节喷嘴的几何结构和位置。从造粒机输送到干燥机的浆料经过所述造粒机和干燥机的速度是很重要的，依次，实现系统在将颗粒从输送液体上吸出分离以及增加由颗粒保持的内热总量的效率。改变喷嘴的几何构造和位置还能用于改变浆料通过输送管的流动型态，形成更多或更少的湍流以满足与所加工的材料有关的特定需求。

现在转向图2，根据本发明的能定位的喷嘴(整体由附图标记100表示)组装到输送管路(整体由附图标记15表示)中，所述输送管路将造粒设备10连接到干燥设备20以及随后的任意后处理设备。熔融混合设备(未示出)连接到造粒机10，入口管12附连到造粒机。输送液体经由入口管12被引入造粒机10的切割腔中，在该切割腔中，输送液体与颗粒混合以便形成颗粒浆料(pellet slurry)。颗粒浆料经由出口管14排入并通过观察孔16，然后经过输送管路15中的能定位的喷嘴组件100。颗粒速度加速剂(expediter)通过能定位的喷嘴组件100被注射和引入输送管路中，以便减少颗粒遭遇输送液体的时间。颗粒速度加速剂优选为空气，这是鉴于空气的惰性属性以及现成可用性。然而，也可以使用具有惰性特性的其它气体，诸如氮气或类似气体。经加速的颗粒和输送液体通过输送管18进入并通过干燥器组件20，在所述干燥器组件中对颗粒进行脱水和干燥。接下来对经加速的颗粒和输送液体的细节进行描述。

熔融混合设备(未示出)可以是现有技术中已知的任意设备或这些已知设备的组合，熔融混合设备可以包括但不限于：熔融釜、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、静态混合器、连续混合器、班伯里式混合器以及本领域技术人员已知的类似设备。

造粒机10可以是水环造粒机、水下造粒机等，并且优选为本领域技术人员公知的装配有挤出模具的水下造粒机。输送液体可以是任意液体，优选为水。除了水，根据本发明的用于造粒的其它液体包括乙醇、水-乙醇混合物、矿物油、植物油、乙二醇混合物等。可选择地，水或其它输送液体可以包含添加剂，所述添加剂包括但不限于：流动改性剂、涂料、消泡剂、助溶剂等。如本文所使用的，当提及与输送液体相关的“液体”或“水”时，这种提及是指适于用作输送液体的包含或不含添加剂的任意液体，而不仅仅是指水。

根据本发明的被造粒和输送的材料可以是聚合物、蜡以及通过常规造粒处理的其它挤出材料。例如，所述材料可以包括聚烯烃、聚酯、聚醚、聚硫醚、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚砜、聚碳酸酯、聚氨酯、含氟聚合物、乙烯基聚合物、可生物降解的聚合物以及它们的共聚物。在进一步处理之前通常结晶的材料尤其适合根据本发明的处理，并且优选地，所述材料可以被干燥成水分含量低于1％重量百分比，并且结晶成至少20％的水平。甚至更优选地，所述材料可以被干燥成水分含量低于0.50％重量百分比，并且被结晶成至少30％重量百分比的水平，并且最优选地，所述材料可以被干燥成水分含量低于0.25％重量百分比，并且被结晶成至少40％重量百分比的水平。

可供选择地及可选择地，根据本发明的用于造粒的材料可以包含任意常规的填充剂以及各填充剂的组合和/或本领域技术人员已知的其它添加剂。填充剂可以包括纤维素粉末和/或纤维、包括粉末和纤维的生物材料等。

图2中的干燥器20可以是脱水装置、过滤装置、振动脱水装置、流化床、转筒式干燥机、离心机、干燥器、离心干燥机中的至少一种，优选地为自洁式离心干燥机。然而，用于将液体与液体中的颗粒以及颗粒浆料进行分离的任意分离设备可以用于本发明。后处理可以包括但不限于：冷却、加强结晶、加热、额外干燥、筛分、固态缩聚或固态聚合、封装以及本领域技术人员已知的类似处理中的至少一种。

在图2a的放大视图中更详细地示出根据本发明的能定位的喷嘴组件100的一个实施例。所述组件包括阀104、管106、止回阀108以及喷管110，所述喷管部分地插入弯管102中并且不可见，如虚线所示。喷管110在插入点112处插入弯管102中，并延伸进入弯管102的内腔中到达弯管102的接合部(juncture)114以及排出管116。进气管线(未示出)附连到阀104，所述阀104优选为球阀。

通过观察孔16(参见图2)的颗粒浆料通过进入管118进入并通过弯管102，在这里，颗粒浆料在进入排出管116并通过阀120之前与加压气体(优选为空气)接触。进入管118、弯管102以及排出管116可以是一件式管，该一件式管通过弯曲成形弯管并允许喷管110插入而修改形成。然而，优选地，进入管118、弯管102以及排出管116是诸如通过螺纹接合或焊接而附连在一起的独立部件。进入管118和排出管116可以与弯管102具有相同的直径，或者它们可以与弯管102具有不同的直径，在这种情况下，它们优选地逐渐减小到弯管102的直径。根据一个优选实施例，进入管118和弯管102具有相同的直径，而排出管116的直径从与弯管102的接合部114到与管延伸部122的附连处逐渐减小，所述管延伸部122通向阀120并与阀120相连接。优选地，阀120通过螺纹接合或焊接连接到输送管18。

可选择地，排出管116和管延伸部122可以通过快断连接件125能断开地相附连，如图2a所示。快断连接件125可以是任意合适的快断管组件。这种连接使得为检查、清洗、保养以及修理而接近弯管和喷嘴组件变得容易。

进入管118、弯管102、排出管116以及喷管110优选地由金属制成，但是也可以由耐磨的工业级塑料制成，所述金属包括工具钢、钒钢、碳钢、硬化钢、不锈钢、镍钢等。这些部件更优选地由不锈钢制成，并且最优选地由低碳不锈钢制成。

止回阀108优选地置于接收箱(未示出)和弯管102之间，并且防止水和颗粒回流到接收箱中。止回阀108允许加压空气或其它气体流过其中，但是当空气或其它气体不经过所述止回阀时，来自于输送液体的压力将使得止回阀108关闭，从而防止输送液体和颗粒回流。可供选择地，自动阀，优选地为带有致动器的机电阀可以代替止回阀108。

阀104允许操作者控制加压空气或其它气体的流率。优选地为球阀的阀104诸如通过螺栓连接、焊接或螺纹连接附连到喷管110。阀104最优选地依次附连到管106、止回阀108以及喷管110。可选择地及可供选择地，机电阀可以代替阀104和止回阀108这两者。

阀120可以进一步调节加压空气或其它气体的速度。阀104可以被关闭以允许常规的造粒处理，而无需注射加压气体。阀104和阀120这两者都是可选择的，并且可以单独使用其中任意一个而不用另一个。优选地，阀104设置用于调节加压气体，更优选地，阀104和阀120协同组合地用于对加压空气或其它气体最大程度地进行控制和调节。

能定位的喷嘴组件优选地如图2所示地、并且如图2a、3、4和5中详细所示地布置。参见图2，实施为输送管18的输送管道优选地是直的，并将空气或其它气体注射进弯管102中。图2a、3和4，优选地与输送管18的轴线成一条直线，以便最佳化颗粒浆料的注射效果并均匀地吸出颗粒浆料。在颗粒浆料离开造粒机10之后，弯管102或等同结构(诸如“Y”形构造)的位置优选地在第一弯管中。然而，弯管102可以布置在远离造粒机10的一个可选的弯管(未示出)中，并且在干燥器20之前。可选择地，多个喷管可以插入至少一个弯管中，以便协同地促进到达并通过至少一个输送管18的输送。

图3示出相对于弯管102处于完全缩回位置的能定位的喷嘴组件100的一部分。如图所示，喷管110的后端由轴环122包围，当喷管在圆柱形的外壳128内滑动时所述轴环引导所述后端。喷管110和轴环122可以是一体结构，但是优选地，喷管110和轴环122是诸如通过焊接附连在一起的独立部件。优选地，喷管110和轴环122在焊接点124和焊接点126处焊接在轴环的各端部。

喷管110和轴环122能被变化地定位，并且能自由地滑动通过外壳128。外壳128的前端130螺纹附连到密封过渡轴环132，所述密封过渡轴环在接合部112处附连到弯管102。喷管110的前端被滑动地支撑在轴环132的中心孔133内。拉伸弹簧134在外壳128内沿周向围绕喷管110定位。至少一个引导销136附连到轴环122。引导销136与外壳128中的至少一个凹槽138对准并且能定位在所述至少一个凹槽中，如图5中详细示示出的。对于较大的输送管和喷嘴组件，优选地具有至少两个引导销136，以便提供更大的调节能力，所述至少两个引导销136与外壳128中的至少两个相应的凹槽138对准并能定位在所述至少两个相应的凹槽138内。凹槽138在外壳128的长度上线性延伸，并且形成有至少一个成角度的槽口(angular recess)140(如图3所示)，或者形成有多个槽口140、141(如图5所示)。

再回到图3，拉伸弹簧134优选地为螺旋弹簧，并安放在轴环122的前表面和密封过渡轴环132的后表面上。在图3中，拉伸弹簧134是伸展的，以用于喷管组件的缩回位置。图4示出被压缩在能定位的喷嘴组件100的最前方位置处的拉伸弹簧134，其中喷管110完全插入弯管102的内腔中。如图所示，当完全插入时，轴环122被接纳在外壳128中，并且引导销136被锁定在成角度的槽口140中，如图5中更清楚地示出的。另一方面，当喷管仅部分地插入时，引导销136被锁定在成角度的槽口141中。

优选地，喷管110被密封地定位在密封过渡轴环132中，如图3和4所示。密封可以通过本领域技术人员已知的任意的机械装置来实现，所述机械装置包括但不限于：O型环、“四角形”环、机械密封件等。优选地，使用被保持在密封过渡轴环132中的周向凹槽144中的至少一个O型环142来实现密封。O型环142密封地装配在喷管110的直径周围，使得喷管110能够通过所述至少一个O型环142被密封地和能滑动地定位。优选地，至少两个O型环142被密封地定位在至少两个相应的周向凹槽144中。更优选地，多个O型环142被密封地定位在等量的多个周向凹槽144中。

图5示出能定位的喷嘴组件100的一部分，其中与图2a示出的和上面描述的相比，喷管110完全插入弯管102的内腔中并与接合部114大致平齐。轴环122已经插入外壳128中，并且引导销136已经移动通过凹槽138以便牢固地定位在成角度的槽口140中。

喷管110能大致定位在从位于密封过渡轴环132内腔内的弯管102的外部到至少所述接合部114(可选择地超出所述接合部114)的范围内。优选地，完全缩回位置与弯管102的外部大致平齐，而完全插入位置大致在接合部114处。

喷管110在能定位的喷嘴组件100内的移动可以通过任意合适的方法来实现，所述方法包括手动，或者优选地通过使用一种或多种自动控制系统，所述自动控制系统单独地或者以各种组合地包括气动装置、电气装置、电子装置以及液压装置和方法，并且可以可选择地包括可编程逻辑控制器、PLC。还可以将手动和自动控制性能组合在同一喷嘴组件内。手动控制需要特定设置的定位，所述定位由成角度的槽口140的位置确定。然而，如果移动是自动的，则可以实现多个位置。例如在图5中的一个或多个引导销136以及相应的凹槽138和成角度的槽口140和141的使用并非是使用自动控制系统进行控制所必需的。

在图6a-6d中示出根据本发明的具有用于定位喷嘴的自动控制系统的能定位的喷嘴的一个优选实施例。在该实施例中，用户使用气压缸气动地将喷嘴移动到预定位置。气压缸优选地为磁耦式无杆缸(magnetically coupled rodless cylinder)(整体由附图标记154表示)，其磁性地接合托架160，所述托架通过支架或销162固定地连接到喷管110和轴环122。如图所示，在图6a和6c中，销162优选地连接在托架160和轴环122之间，轴环122则焊接到喷管110。然而，销162可以直接连接到喷管110。销162可以通过本领域技术人员已知的任意合适的连接方法连接到托架160和轴环122/喷管110，但是优选地螺栓连接到托架160和轴环122。如图6b和6d所示，销162借助于外壳129中的狭槽139而经过围绕喷管110和轴环122的外壳129。

一种用于本发明的磁耦式无杆缸是由美国SMC公司制造的CY1B系列的磁耦式无杆缸。如图7所示，无杆缸154包括其中具有活塞172的缸筒170，所述无杆缸配备有第一磁体174。第二磁体175被支撑在托架160的主体176中位于缸筒170的外部。

图8中示出利用气压缸移动喷管110的控制回路(整体由附图标记190表示)。相对于喷嘴尖端155，气压缸154在其远端157具有第一空气入口156，并且在其近端159具有第二空气入口158。为了将喷管110移动到如图6c和6d所示的完全插入的前方位置，致动诸如按钮180的推入机构(jog-in mechanism)，这样改变了空气操作的隔断阀181的位置，以便将加压空气注射进第一空气入口156中。空气还被注射进位于近端159处的第二空气入口158处的止回阀184中，所述的空气打开止回阀184并释放已处于缸154近端或前端中的加压空气，从而致使活塞172连同与之磁力接合的托架160一起向前移动，并致使销162在狭槽139中移动到图6d所示的位置。

相反地，为了将喷管110从插入位置移动到如图6a和6b所示的缩回位置，致动诸如按钮182的推出机构(jog-out mechanism)，这样改变了空气操作的隔断阀181的位置，以便将加压空气注射进第二空气入口158中。空气还被注射进位于远端157处的第一空气入口156处的止回阀185中，所述空气打开止回阀185并释放已处于缸154远端或后端中的加压空气，从而致使活塞172连同与之磁力接合的托架160一起向前移动，并致使销162在狭槽139中移动到图6b所示的位置。在两个定位事件之间，位于缸154处并由控制回路190控制的止回阀184和止回阀185通过下述方式将喷管保持就位：不允许空气从空气入口156或空气入口158释放。止回阀184和止回阀185还提供速度控制，以减缓喷管的快速移动。

用于移动活塞和托架160的加压空气可以由本领域技术人员已知的各种空气源(诸如压缩空气罐)提供。在该气动实施例中，喷管的在完全插入位置(图6c和6d)和完全缩回位置(图6a和6b)之间的任意数目的中间位置是通过对注射进空气入口156、158中的加压空气的量进行控制来实现的。喷管的类似的移动和控制可以可供选择地通过使用下述装置来实现：线性气压缸、液压缸以及动力单元，或者伺服电机或步进电机连同滚珠螺杆(ball screw)或梯形螺杆(acmescrew)，以代替磁耦式无杆缸154，这是本领域技术人员已知的。然而，对于本发明而言优选磁耦式无杆缸。

根据本发明，如果需要，可以将用于移动喷嘴的优选自动控制系统与喷管的手动移动组合。

优选地，在造粒机10的“启动”过程中，喷管110可以被置于缩回位置中，以防止其出现而成为输送管路15中的阻塞物。不希望有的结块可能易于在造粒处理开始阶段的过程中形成，并且允许颗粒浆料使用由喷管110的缩回促成的输送管路15的全部内径是有利的。

能定位的喷嘴组件100设计成允许操作者将加压空气或其它气体注射进输送管18中，同时可选择地调节喷管110相对于输送管18和弯管102的位置。喷管110能缩回和插入的程度(与此同时仍能实现预定吸出)取决于但不限于：流率、颗粒与输送液体的比率、输送液体的温度、弯管102相对于输送管18的直径、弯管102和干燥器20之间的距离以及用于造粒的材料类型中的至少一种。

应该理解的是，如图2a、3和4所示，喷管110的外径要小于例如弯管102在接合部114处的内径。就这一点而言，内腔中的空间应该足够大，以便允许最大组合尺寸的至少两个颗粒能经过喷管110的外部和弯管102在接合部114处的内部之间，所述最大组合尺寸使用对于特定的造粒系统来说尺寸最大的颗粒测量得到。换句话说，喷管的外径和弯管内腔的内径之间的间隙区域足够大，以便允许至少两个颗粒(每个颗粒都具有对于造粒机来说的最大尺寸)并排通过而不会阻塞或堵塞在所述间隙区域中。举例地但不限制地，本发明的一个实施例是0.75英寸的标准喷管110与连接到弯管102的2英寸的标准喷嘴输送管118、2英寸的标准弯管102以及从弯管102到干燥器20的1.5英寸的输送管18组合。另一个实施例是0.75英寸的标准喷管110与3.0英寸的标准弯管102组合，而又一个实施例是0.5英寸的标准喷管110与2英寸的标准弯管组合。

在图2a中，喷管110相对于弯管102的接合部114的方向可以与接合部114的中心线同心，或者在所述中心线的上方或下方偏向所述中心线的右边或左边，或者沿周向与所述中心线成任意角度，其中喷管110的中心线与弯管102的接合部114的中心线之间形成的角度介于0度到最大偏转角的范围之间。最大偏转角定义为喷管110的外部接触弯管102的接合部114的内部和/或喷管110延伸进其中并位于弯管102的接合部114下游的任意设备时的偏转角度。优选地，喷管110与弯管102的接合部114的中心线同心地定位并与所述中心线共线。应该理解的是，弯管102的接合部114的中心线与位于接合部114下游的输送管18的中心线共线。

喷管110的前向孔146可以具有任意形状，所述形状包括圆形、正方形、矩形、椭圆形、多边形等形状，优选为圆形。前向孔146的直径可以大于、小于或等于喷管110的直径，优选等于喷管110的直径。参见图3和4，当前向孔146的直径不等于喷管110的直径时，仅对于喷管110的不与最接近的O型环142接触的那部分来说，直径相应地逐渐增加或减小。然而，远端孔146的直径不会大于密封过渡轴环132的内径。在图9e中示出逐渐减小的锥形150用于喷管110的末端。类似地，前向孔146可以是半圆形的(如图9c所示)，或者可以是贝壳状的C形(如图9d所示)。

喷嘴110的内部可以具有许多不同的型式，这些型式包括但不限于：螺旋形、波形(contoured)、来复线形(rifled)或渐缩形(tapered)内表面中的至少一种型式以及这些型式的多种组合。图9f示出成锥形渐缩的喷管110，其中渐缩体朝向前向孔146逐渐减小。

如图9a和9b所示，喷管110的内部还可以或可供选择地包含一个或多个肋片152。所述肋片可以是直的，并且与喷管110的圆周成90°角(如图9a所示)，或者成更小的角度。类似地，所述肋片可以相对于喷管110的圆周是弯曲的或波形的(如图9b所示)。所述肋片可以具有从小于喷管110的长度到等于喷管110的长度的范围内的任意长度，并且所述肋片的高度不能超过喷嘴110的半径。优选地，肋片152小于喷管110的长度，并且在高度上小于喷管110的半径。当包含多个肋片时，这些肋片相对于彼此以任意角度布置，并且可以具有相同或不同的结构。所述肋片的用途是促进在输送管18内形成更大的湍流。更特别地，所吸出的颗粒浆料流可以从层流变化成湍流。不与任何理论结合，将空气或其它气体注射进颗粒浆料中能将输送液体从颗粒中吸出，使得输送液体以层流方式沿着输送管18的内表面被输送，而雾汽和颗粒以更大的湍流被沿着输送管18的长度运送通过输送管18的中心。在一些情况下，更大的湍流可能是所期望的，在这种情况下可以有利地添加多个肋片。

根据本发明，加压空气或其它气体可以连续地或间断地流过喷管110，最优选地连续地流过喷管110。这样的加压气体可以用于以预定的高速度来运送颗粒。这样的高速度的气体流动可以通过以下实现：利用压缩气体产生例如每小时至少100立方米的流量，利用标准阀104以便将通过输送管18的压力调节到至少8巴。管18是标准管直径，优选为1.5英寸的管直径。对于本领域技术人员而言，流率和管直径可以根据产量、包含填充剂的材料组成、输送液体的温度、期望的结晶水平、期望的水分含量水平以及颗粒和粒料的大小而变化。高速度的气体有效地接触颗粒水浆料、通过吸出而产生水蒸气并且将颗粒分散在整个浆料管线中，从而以增大的速度将这些颗粒运送到干燥器20中，优选地以从造粒机10到干燥器20的出口小于1秒的速度来运送这些颗粒。高速度吸出在空气/气体混合物中产生颗粒混合物，所述空气/气体混合物可以在气态混合物中占大约98-99％的体积百分比。通过调节喷管的插入深度并在喷管内各种表面可以改变输送管路内的浆料的流动特性。

现在返回图2a，在进入管118的竖直轴线和输送管18的纵向轴线之间形成的角度可以根据如图2所示的造粒机10的高度相对于入口22到干燥器20的高度的差异的需要而从0°到90°或更大角度变化。这种高度上的不同可能是由干燥器20相对于造粒机10的物理定位引起的，或者是干燥器和造粒机尺寸的不同引起的。优选的角度范围是从大约30°到60°，更优选的角度为大约45°。在干燥器入口22中的扩大的弯管24有利于将被高速吸出的颗粒/水的浆料从进入输送管18输送到干燥器20的入口22中，并且降低了颗粒结块进入干燥器20的可能性。

喷管110的外表面和进入管118、弯管102、排出管116以及输送管18的内腔都可以通过表面处理被覆盖，从而减小摩擦、腐蚀、生锈、磨损以及不期望的粘附及变窄。这些表面处理可以是氮化、碳化以及烧结处理中的至少一种。类似地，所提及的表面可以单独地以及组合地经受高速空气以及改良燃料的热处理、电镀、化学镀、火焰喷涂、热喷涂、等离子处理。这些处理是用金属处理表面，优选地将金属氮化物牢固地附连到表面，更优选地将金属碳化物和金属碳氮化物牢固地附连到表面，甚至更优选地将类似金刚石的碳牢固地附连到表面，仍然更优选地将类似金刚石的碳以耐磨金属基体的形式附连到表面，并且最优选地将类似金刚石的碳以金属碳化合物基体的形式附连到表面。通过引用而非限制的方式，可以使用其它的陶瓷材料，其它的陶瓷材料也包含于本文。覆盖料的厚度应该不超过大约0.002英寸，而无需对各部件的尺寸进行适当修改，经覆盖的表面必须能密封地通过所述各部件。

虽然已经以本发明的优选形式对本发明进行了公开，但是对于本领域技术人员而言应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围以及如在后面权利要求书中描述的本发明的等同形式的情况下可以作许多修改、添加和删除。

Claims (31)

1.一种用于水下造粒设备的注射装置，所述设备挤出聚合物线材并将聚合物线材切割成颗粒，所述设备包括管路和输送通路，所述管路用于将液体引入所述造粒机中，所述输送通路用于将液体和颗粒浆料从所述造粒机中输出并输送到用于干燥所述颗粒的离心干燥器，所述注射装置包括：

能定位的喷嘴组件，所述能定位的喷嘴组件具有能在外壳内移动的喷管，所述喷管用于将颗粒速度加速剂引入所述液体和颗粒浆料中，以便增加颗粒浆料到达和通过所述干燥器的速度，从而留住颗粒的更多内热，所述喷管能在完全插入位置和完全缩回位置之间移动。

2.根据权利要求1所述的注射装置，其中所述水下造粒设备的所述输送通路包括联接到所述造粒机的出口管，浆料通过所述出口管到达输送管，所述输送管将浆料运送到所述干燥器，所述出口管和所述输送管通过成角度的弯管接头相结合，所述能移动的喷管能够延伸到所述弯管接头中，以便与所述喷嘴组件下游的所述输送管的轴线成一直线。

3.根据权利要求2所述的注射装置，其中所述能定位的喷嘴组件还包括密封过渡轴环、外壳以及滑动轴环，所述密封过渡轴环附连到所述成角度的接头，所述外壳附连到所述密封过渡轴环，所述滑动轴环固定到所述喷管并被接纳在所述外壳内，所述滑动轴环和所述喷管能在所述外壳内自由地移动。

4.根据权利要求3所述的注射装置，其中所述外壳包括拉伸弹簧，所述拉伸弹簧沿周向围绕喷管定位并安放在滑动轴环的前表面和密封过渡轴环的后表面上，所述拉伸弹簧在所述能移动的喷管被相对于所述成角度的接头推进时被压缩。

5.根据权利要求4所述的注射装置，其中所述喷管在所述完全插入位置和完全缩回位置之间能被手动地调节，并且所述外壳具有至少一个凹槽，所述凹槽与所述能移动的喷管平行地延伸，所述凹槽具有至少一个成角度的槽口，所述滑动轴环具有附连于其上的引导销，所述引导销能定位在所述凹槽内，并且所述引导销在被接纳于所述成角度的槽口中时，在与特定插入位置相关的拉伸弹簧的设定压缩程度下锁定喷嘴组件。

6.根据权利要求5所述的注射装置，其中所述颗粒速度加速剂是加压气体，所述喷嘴组件还包括至少一个阀，所述阀构造成用于控制所述加压气体的流动。

7.根据权利要求1所述的注射装置，其中所述能定位的喷嘴组件包括自动控制系统，所述自动控制系统构造成用于自动地实现所述喷管在所述完全插入位置和完全缩回位置之间的移动，并且用于将所述喷管定位在所述完全插入位置和完全缩回位置之间的任意位置处。

8.根据权利要求7所述的注射装置，其中所述自动控制系统包括磁耦式无杆缸、线性气压缸、液压缸以及动力单元，或者伺服电机或步进电机连同滚珠螺杆或梯形螺杆。

9.根据权利要求7所述的注射装置，其中所述自动控制系统包括气压缸，所述气压缸安装到所述外壳并构造成响应加压空气注射进所述缸中而使所述喷管在所述缸的第一端和第二端之间移动。

10.根据权利要求9所述的注射装置，其中所述能定位的喷嘴组件还包括滑动轴环以及托架，所述滑动轴环固定到所述喷管并被接纳在所述外壳内，并且所述托架与所述气压缸能移动地相接合，所述气压缸包含活塞，所述活塞与所述托架磁力接合，使得由所述加压空气的注射引起的所述活塞的移动还能使所述托架和所述喷管移动。

11.根据权利要求10所述的注射装置，其中所述托架通过销与所述滑动轴环联接，所述销通过所述外壳中的狭槽。

12.一种用于将聚合物和其它可挤出材料加工为颗粒的设备，所述设备包括：

造粒机，其用于在液体中将挤出的线材切割成颗粒；

输送管路，其用于将液体和颗粒浆料从所述造粒机中输出并输送到分离设备以便将颗粒与液体分离；以及

注射装置，其用于将颗粒速度加速剂引入所述输送管路内的所述液体和颗粒浆料中，以便增加所述颗粒通过所述加工设备的速度，从而使所述颗粒留住较高程度的内热，所述注射装置包括位于外壳内的能定位的喷管，所述喷管能插入所述输送管路内并且能相对于所述管路在完全插入位置和完全缩回位置之间移动。

13.根据权利要求12所述的设备，其中所述喷管是能调节的喷嘴组件的一部分，所述喷嘴组件包括密封过渡轴环、外壳以及滑动轴环，所述密封过渡轴环附连到所述输送管路，所述外壳附连到所述密封过渡轴环，所述滑动轴环被接纳在所述外壳内，所述滑动轴环和所述喷管能在所述外壳内自由地移动。

14.根据权利要求13所述的设备，其中所述外壳包括拉伸弹簧，所述拉伸弹簧沿周向围绕喷管定位并安放在滑动轴环的前表面和密封过渡轴环的后表面上，所述拉伸弹簧在所述喷嘴组件被朝向所述完全插入位置推进时被压缩。

15.根据权利要求14所述的设备，其中所述喷管是能手动调节的，并且所述外壳具有至少一个凹槽，所述凹槽与所述喷管平行地延伸，所述凹槽具有至少一个成角度的槽口，所述滑动轴环具有附连于其上的引导销，所述引导销能定位在所述凹槽内，并且所述引导销在被接纳于所述成角度的槽口中时，在与特定插入位置相关的拉伸弹簧的设定压缩程度下锁定喷嘴组件。

16.根据权利要求12所述的设备，其中所述能调节的喷嘴组件包括自动控制系统，所述自动控制系统构造成用于自动地实现所述喷管在所述完全插入位置和完全缩回位置之间的移动，并且还用于将所述喷管定位在所述完全插入位置和完全缩回位置之间的任意位置处。

17.根据权利要求16所述的设备，其中所述自动控制系统包括磁耦式无杆气压缸、线性气压缸、液压缸以及动力单元，或者伺服电机或步进电机连同滚珠螺杆或梯形螺杆。

18.根据权利要求16所述的设备，其中所述自动控制系统包括气压缸，所述气压缸在该气压缸的第一端和第二端安装到所述外壳并构造成响应加压空气注射进所述缸中而使所述喷管在所述缸的第一端和第二端之间移动。

19.根据权利要求18所述的设备，其中所述能定位的喷嘴组件还包括滑动轴环以及托架，所述滑动轴环固定到所述喷管并被接纳在所述外壳内，并且所述托架与所述气压缸能移动地相接合，所述气压缸包含活塞，所述活塞与所述托架磁力接合，使得由所述加压空气的注射引起的所述活塞的移动还能使所述托架和所述喷管移动。

20.根据权利要求19所述的设备，其中所述托架通过销与所述滑动轴环联接，所述销通过所述外壳中的狭槽。

21.根据权利要求1所述的注射装置，其中所述喷管的几何构造可以是下述构造之一：圆形、正方形、矩形、椭圆形、多边形、半圆形、贝壳形或C形。

22.根据权利要求21所述的注射装置，其中所述喷管在排出端是渐缩的。

23.根据权利要求21所述的注射装置，其中所述喷管所具有的内表面为螺旋形、波形、来复线形、渐缩形或者这些形状的一些组合形状。

24.一种用于将可挤出材料加工成颗粒的方法，所述方法包括：

将可挤出材料挤出成线材；

在液体中将挤出的线材切割成颗粒；

经由输送管道输送所述颗粒和所述液体作为液体和颗粒浆料；

将能定位的加压气体喷嘴组件调节到插入所述输送管道内的预定插入程度；

利用所述气体喷嘴组件以高速度将加压气体注射进所述输送管道中，以便在浆料移动通过输送管道时促进液体与颗粒的分离；以及

将所述颗粒从所述液体中分离。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述气体喷嘴组件包括装配在滑动轴环内的气体喷嘴，所述滑动轴环在其上具有引导销，所述调节步骤手动执行，所述注射步骤还包括将所述气体喷嘴滑动到安装在所述输送管上的外壳中，所述外壳具有至少一个凹槽以及成角度的槽口，当所述喷嘴处于所述预定插入程度时，所述成角度的槽口能在固定位置处接纳所述引导销。

26.根据权利要求24所述的方法，其中所述调节步骤包括在自动控制系统的控制下，自动地将所述气体喷嘴组件的气体喷嘴移动到所述预定插入程度。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述的自动地将气体喷嘴移动到所述预定插入程度的步骤利用以下装置执行：磁耦式无杆气压缸、线性气压缸、液压缸以及动力单元，或者伺服电机或步进电机连同滚珠螺杆或梯形螺杆。

28.根据权利要求24所述的方法，其中所述气体喷嘴组件包括带有气压缸的自动控制系统，所述自动控制系统构造成用于自动地实现所述喷管在完全插入位置和完全缩回位置之间的移动，所述方法包括下列步骤：将加压空气注射进所述缸的一端中以便将喷管移动到所述完全插入位置，并且将加压空气注射进所述缸的相对端中以便将喷管移动到所述完全缩回位置。

29.根据权利要求28所述的方法，所述方法还包括下列步骤：将所述喷管固定地联接到托架上，并且将所述托架磁耦合到所述缸内的活塞上，这样所述注射加压空气的步骤使得所述活塞移动，并且通过所述磁耦合还使得所述托架和喷管移动。

30.根据权利要求24所述的方法，其中所述挤出材料是能结晶的聚合材料，所述能结晶的聚合材料具有足够的热以用于结晶，所述注射步骤致使所述聚合材料留住足够的热，以便促进自结晶到至少20％的水平。

31.根据权利要求24所述的方法，其中在将颗粒从液体中分离的步骤期间，所述注射步骤促进颗粒从液体中的分离和/或颗粒的干燥。

Images