CN102511906A - 小型试验用调质器 - Google Patents

Abstract

本发明属于食品饲料机械技术领域，涉及一种小型试验用调质器，由调质器壳体和调质器转子组成，调质器转子置于调质器壳体内。本发明中进料腔直径小于调质腔直径，进料段采用螺旋叶片推进方式，蒸汽添加采用轴向多点添加方式，蒸汽进入蒸汽腔后，从添加蒸汽法兰上环形分布的蒸汽添加孔添加进调质腔的物料中，蒸汽添加方向与物料前进的方向一致，在蒸汽添加孔处形成料封，防止蒸汽的返流，蒸汽在蒸汽腔中对于物料有预热作用，比现有技术的调质器有更多蒸汽能够与物料进行热量和水分的传递，减少蒸汽的耗损，提高了调质效率和质量；桨叶角度可调，可优化饲料或食品调质工艺相关参数。本发明适用于饲料或食品行业科学试验与研究。

Description

小型试验用调质器

技术领域

本发明属于食品饲料机械技术领域，特别涉及一种小型试验用调质器。

背景技术

调质器是食品饲料调质工艺中的主要设备，其主要功能是对制粒前的物料进行水热调质，使物料充分吸收热量、水分及液体，达到或接近制粒工艺所需的要求，同时完成从供料器到制粒机的物料输送。调质器的主要考核指标是调质时间、水分和液体的吸收量、淀粉的糊化度以及所需附加动力大小等。

调质器按调质时间可分为长时间调质器和短时间调质器；按蒸汽的作用强度可分为高温调质器、高压和低温调质器、低压调质器；按调质器机械结构可分为强烈机械搅拌输送调质器和大容量、长时间连续调质器；从饲料加工对象来分，又可分为水产饲料调质器、畜禽饲料调质器和粗纤维饲料调质器；从配用机型又可分为颗粒机用调质器、膨化机用调质器和两者通用调质器。其中比较有代表性的调质器有：1)由CPM公司和正昌公司生产的带蒸汽夹套单轴调质器，其设计目的是改善调质器的外部环境，使调质器内的物料充分调质；2)Buhler公司发明的带热甲式单轴调质器(双级或三级)，在调试器和颗粒剂进料口表面，附有置于玻璃纤维强化硅胶绝缘层内的热甲，绝缘层的厚度为8mm，热甲的主要作用是通过加热调质器的外壁的温度，使调至温度从常规调质的80～90℃上升到95℃，热甲温度可达到110℃；3)美国Scott公司生产的单轴螺带式桨叶调质器，采用螺带和内置可调位置、角度桨叶组合结构，在调质器的出口装有满面螺旋叶片，确保物料的充满系数达到80％以上；4)Sprount-Waldron公司开发的供料、调质一体的同轴调质器，其螺旋供料器和调质器共用一根主轴，供料器通过轴承和主轴可以作相对或不同速转动。

目前，应用于饲料加工行业的调质器产量都比较大，蒸汽添加多采用沿调质器主轴的径向单点、多点添加或轴向单点添加。蒸汽以垂直于调质器主轴的方向添加到调质腔内，这种蒸汽添加方式使得物料不能和蒸汽充分接触，混合不均匀，进而导致产品质量不一致。适用于饲料或食品加工试验用的调质器较少，饲料或食品加工试验用调质器呈现如下特点：1)加工样品尽量少，相对于企业规模化的连续生产，在饲料或食品加工试验中，每一次加工试验要求生产的样品量尽量少；2)调质效果要求高，现有的调质器一般在10至20分钟之后才能得到比较好的调质物料，但是饲料或食品加工试验所需要的样品相对少，那就要求试验用调质器在短时间内达到较好的调质效果；3)可调参数尽可能多，如桨叶角度设计成可以任意调节，这有助于试验中桨叶的优化排列；4)试验用调质器的调质腔相比一般调质器的调质腔小，一般调质器长度1.5m至3m，少数加长型调质器长度可达5m，直径350mm至600mm，调质器动力一般为7.5kw至11kw，以产量为100kg/h的试验用调质器为例，根据计算其调质腔长度小于1.2m，直径150mm左右，动力3kw。

有研究表明，蒸汽垂直接触调质器轴，使得蒸汽对调质器轴产生“汽蚀”作用，严重腐蚀安装桨叶的调质器主轴甚至割断主轴。对于试验用小型调质器来说，其调质腔内径较小，蒸汽添加口与调质器主轴的距离更近，“汽蚀”作用更强，另外调质器主轴直径相对较小，更容易被腐蚀失效，严重减少了调质器主轴的使用寿命，降低了设备工作的稳定性和实验的可靠性。

现有技术的调质器中的蒸汽添加方式，在饲料加工过程中，蒸汽容易回返至喂料器和调质器的连接管道处，堵塞进料口。在调质腔直径较小的调质器，蒸汽回返现象会严重影响设备的正常运转。

因此，垂直于调质器主轴的蒸汽添加方式不适用于试验用小型调质器，要求设计一种更适用于饲料或食品小型试验用的调质器是合乎我国饲料或食品行业科学研究试验之急的。

发明内容

本发明的目的为，解决背景技术所述问题，提供一种小型试验用调质器，其特征在于，小型试验用调质器由调质器壳体和调质器转子组成，所述调质器壳体分为调质单元和进料单元两部分，调质单元中，圆筒形的调质腔3左右两端分别固接1个调质腔法兰15，带法兰的出料口14在调质腔3左端向下与调质腔3连通并固接，堵料板2上带有中心圆孔，一个堵料板2与调质腔3左端的调质腔法兰15之间加法兰垫后用螺栓连接，一个带座轴承1与调质腔3同轴固接在所述一个堵料板2外侧，进料单元中，圆筒形的进料腔10的左端固接添加蒸汽法兰7，进料腔10的右端固接进料腔法兰16，带法兰的进料口11在进料腔10中部向上与进料腔10连通并固接，圆筒形的蒸汽腔8同轴套在进料腔10外，蒸汽腔8左端与添加蒸汽法兰7固接并将添加蒸汽法兰7上的蒸汽添加孔702全部包围在蒸汽腔8内，蒸汽腔8的右端由圆环形的蒸汽堵板12与进料腔10的外壁密封固接，蒸汽进口13在蒸汽腔8中部与蒸汽腔8连通并固接，另一个堵料板2与进料腔法兰16之间加法兰垫后用螺栓连接，另一个带座轴承1与进料腔10同轴固接在所述另一个堵料板2外侧，调质器壳体的调质单元和进料单元通过调质腔3右端的调质腔法兰15与添加蒸汽法兰7的法兰连接组成调质器壳体，进料腔10的直径小于调质腔3的直径，蒸汽腔8通过添加蒸汽法兰7上的蒸汽添加孔702与调质腔3连通；

所述调质器转子由空心主轴4、扇状桨叶5、桨叶紧固螺母6和螺旋叶片9构成，调质器转子置于调质器壳体内，调质器转子在调质单元区域的部分为调质段，在进料单元区域的部分为进料段，空心主轴4同轴置于调质器壳体内，空心主轴4左右两端分别与调质器壳体左右两端的带座轴承1的转动连接构成空心主轴4与调质器壳体转动连接，空心主轴4在调质腔3区域的部分和安装在该部分的扇形桨叶5构成调质器转子的调质段，从出料口14的右侧至调质腔3右端的调质腔法兰15区域，8～11组扇形桨叶固接在空心主轴4上，每组扇形桨叶的4个扇形桨叶5按轴向等间隔分布，相邻的扇形桨叶5径向间隔90°用桨叶紧固螺母6与空心主轴4垂直固接，构成调质段中扇状桨叶5在空心主轴4上呈螺旋方式均匀布置，在进料腔10区域中，一组螺旋叶片9固接在空心主轴4上，空心主轴4在进料腔10内的部分和螺旋叶片9构成调质器转子的进料段；

为了达到良好的更好的搅拌效果，所述扇形桨叶5的扇形弧线的曲率半径和调质腔的内径相同，扇形桨叶5的顶角θ的范围为20°～35°，宽度S与长度L比的范围为1∶1～1∶1.5

为了按照试验需要调整扇形桨叶5桨叶平面与空心主轴4轴线的空间角，所述扇形桨叶5与空心主轴4的固接为，扇形桨叶5上带螺纹的杆垂直穿过空心主轴4并与空心主轴4螺纹连接，再在空心主轴4的两侧由桨叶紧固螺母6将扇形桨5的杆与空心主轴4锁紧，扇形桨叶5桨叶平面与空心主轴4轴线空间角的调节范围为-90°～+90°，扇形桨叶5的扇形弧线与调质腔3内壁的间隙为1～2mm；

为了使蒸汽轴向多点均匀添加到调质腔3内的物料中与物料接触混合，所述添加蒸汽法兰7中，蒸汽添加孔702按环形均匀分布在法兰连接孔701与法兰中心圆孔之间；

为了形成料封，防止调质腔内蒸汽回流，所述螺旋叶片9与进料腔10内壁为松配合。

本发明从结构上将调质器壳体分为调质单元和进料单元，调质器转子分为进料段和调质段，蒸汽添加方式采用在调质单元物料进入处轴向均匀添加，物料在进料单元内由进料段的螺旋叶片推进，在调质单元物料进入处形成料封，解决了蒸汽反流的问题和避免了蒸汽对空心主轴4的“汽蚀”作用。

本发明的工作过程：

在试验用时，先将调质器转子从调质器端部取出，根据试验的需要，松开两个桨叶紧固螺母6，调整扇状桨叶5与调质器空心主轴4的空间角以满足试验需要，拧紧桨叶紧固螺母6，锁紧扇状桨叶5；

使空心主轴4按螺旋叶片9的旋向转动，物料从进料口11进入到进料腔10，通过空心主轴4上的螺旋叶片9推进至调质腔3中进行调质；同时蒸汽从蒸汽进口13进入到蒸汽腔8，蒸汽通过添加蒸汽法兰7上的蒸汽添加孔702添加进调质腔3的物料中；

由螺旋叶片9推进的物料在蒸汽添加孔702处形成料封，同时蒸汽均匀地从多点沿轴向方向加入，在调质腔3的右端物料与蒸汽同时均沿轴向进入调质腔3；

蒸汽添加时，蒸汽腔8中的高温蒸汽通过热传导作用实现对进料腔10中的物料预加热，物料经过预热可以减少在调质腔3的右端物料中蒸汽冷凝，提高蒸汽利用率；

物料和蒸汽在调质腔3内经调质器转子的调质段转动调质后，从出料口14排出调质器。

本发明的有益效果为：

本发明中进料腔直径小于调质腔直径，进料段采用螺旋叶片推进方式，蒸汽添加采用轴向多点添加方式，蒸汽进入蒸汽腔后，添加蒸汽法兰上呈环形布置的蒸汽添加孔添加进调质腔的物料中，此结构会产生如下效果：蒸汽添加孔附近蒸汽密度大，促使蒸汽向蒸汽密度小的区域扩散；蒸汽添加方向与物料前进的方向一致；在蒸汽添加孔处形成料封，防止蒸汽的返流和减少进料口堵塞现象的发生；这三个效果使本发明与现有技术的调质器相比，本发明中更多的蒸汽能够与物料进行热量和水分的传递，提高了调质效率，减少蒸汽的耗损；

蒸汽腔包覆进料腔的一部分，对于即将进入调质腔的物料有预热作用，减少蒸汽在调质腔物料内的冷凝，提高蒸汽使用效率，提高调质质量；

桨叶角度可在-90°～+90°之间调节，可优化饲料或食品调质工艺相关参数；

采用扇形桨叶，相比矩形桨叶能够更好地翻动物料，使得物料与蒸汽在调质器内充分混合和减少饲料和食品残留量。

本发明解决了现有技术的调质器不能用于饲料或食品小型试验和饲料或食品行业科学研究领域的问题，实现了调质器的小型化。

附图说明

图1为小型试验用调质器总装示意图；

图2为调质器转子结构示意图；

图3为扇状桨叶形状示意图；

图4为添加蒸汽法兰示意图；

图5为调质器进料单元结构示意图；

图6为图1中A处局部放大示意图。

图中，1--带座轴承，2--堵料板，3--调质腔，4--空心主轴，5--扇状桨叶，6--桨叶紧固螺母，7--添加蒸汽法兰，701--法兰连接孔，702--蒸汽添加孔，8--蒸汽腔，9--进料口螺旋，10--进料腔，11--进料口，12--蒸汽堵板，13--蒸汽进口，14--出料口，15--调质腔法兰，16--进料腔法兰。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细描述。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

小型试验用调质器实施例的总装示意图如图1所示，小型试验用调质器由调质器壳体和调质器转子组成。调质器壳体分为调质单元和进料单元两部分。调质单元中，圆筒形的调质腔3左右两端分别固接1个调质腔法兰15，带法兰的出料口14在调质腔3左端向下与调质腔3连通并固接，堵料板2上有带中心圆孔，一个堵料板2与调质腔3左端的调质腔法兰15之间加法兰垫后用螺栓连接，一个带座轴承1与调质腔3同轴固接在所述一个堵料板2外侧。进料单元中，圆筒形的进料腔10的左端固接添加蒸汽法兰7，进料腔10的右端固接进料腔法兰16，带法兰的进料口11在进料腔10中部向上与进料腔10连通并固接。圆筒形的蒸汽腔8同轴套在进料腔10外，蒸汽腔8左端与添加蒸汽法兰7固接并将添加蒸汽法兰7上的蒸汽添加孔702全部包围在蒸汽腔8内，蒸汽添加孔702按环形均匀分布在法兰连接孔701与法兰中心圆孔之间，蒸汽腔8的右端由圆环形的蒸汽堵板12与进料腔10的外壁密封固接，蒸汽进口13在蒸汽腔8中部与蒸汽腔8连通并固接。另一个堵料板2与进料腔法兰16之间加法兰垫后用螺栓连接，另一个带座轴承1与进料腔10同轴固接在所述另一个堵料板2外侧。调质器壳体的调质单元和进料单元通过调质腔3右端的调质腔法兰15与添加蒸汽法兰7的法兰连接组成调质腔壳体，进料腔10的直径小于调质腔3的直径，蒸汽腔8通过添加蒸汽法兰7上的蒸汽添加孔702与调质腔3连通。

如图2所示的调质器转子结构，调质器转子由空心主轴4、扇状桨叶5、桨叶紧固螺母6和螺旋叶片9构成。调质器转子置于调质器壳体内，调质器转子在调质单元区域的部分为调质段，在进料单元区域的部分为进料段。空心主轴4同轴置于调质器壳体内，空心主轴4左右两端分别与调质器壳体左右两端的带座轴承1的转动连接构成空心主轴4与调质器壳体转动连接。空心主轴4在调质腔3区域的部分和安装在该部分的扇形桨叶5构成调质器转子的调质段，从出料口14的右侧至调质腔3右端的调质腔法兰15区域，10组扇形桨叶固接在空心主轴4上，每组扇形桨叶的4个扇形桨叶5按轴向等间隔分布，相邻的扇形桨叶5径向间隔90°用桨叶紧固螺母6与空心主轴4垂直固接，构成调质段中扇状桨叶5在空心主轴4上呈螺旋方式均匀布置。在进料腔10区域中一组螺旋叶片9固接在空心主轴4上，空心主轴4在进料腔10内的部分和螺旋叶片9构成调质器转子的进料段。

扇形桨叶5的扇形弧线的曲率半径和调质腔的内径相同，扇形桨叶5的顶角θ为30°宽度S与长度L比为1∶1，如图3所示。

扇形桨叶5与空心主轴4的固接为，扇形桨叶5上带螺纹的杆垂直穿过空心主轴4并与空心主轴4螺纹连接，再在空心主轴4的两侧由桨叶紧固螺母6将扇形桨5的杆与空心主轴4锁紧，扇形桨叶5的桨叶平面与空心主轴4轴线空间角的调节范围为-90°～+90°，扇形桨叶5的扇形弧线与调质腔3内壁的间隙为2mm。用于试验时，根据需要，调整扇形桨叶5的桨叶平面与空心主轴4轴线的空间角。

本实施例的技术参数为，调质器总长1.6m其中调质腔长1.2m，调质腔外径165mm；调质器电机功率3千瓦，为了保证较大范围的转速调节，在空心主轴4的右端采用皮带轮传动驱动调质器转子转动，调质产量为80～100kg/h。

本发明适用于饲料或食品小型试验和饲料或食品行业科学研究。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种小型试验用调质器，其特征在于，小型试验用调质器由调质器壳体和调质器转子组成，所述调质器壳体分为调质单元和进料单元两部分，调质单元中，圆筒形的调质腔(3)左右两端分别固接1个调质腔法兰(15)，带法兰的出料口(14)在调质腔(3)左端向下与调质腔(3)连通并固接，堵料板(2)上带有中心圆孔，一个堵料板(2)与调质腔(3)左端的调质腔法兰(15)之间加法兰垫后用螺栓连接，一个带座轴承(1)与调质腔(3)同轴固接在所述一个堵料板(2)外侧，进料单元中，圆筒形的进料腔(10)的左端固接添加蒸汽法兰(7)，进料腔(10)的右端固接进料腔法兰(16)，带法兰的进料口(11)在进料腔(10)中部向上与进料腔(10)连通并固接，圆筒形的蒸汽腔(8)同轴套在进料腔(10)外，蒸汽腔(8)左端与添加蒸汽法兰(7)固接并将添加蒸汽法兰(7)上的蒸汽添加孔(702)全部包围在蒸汽腔(8)内，蒸汽腔(8)的右端由圆环形的蒸汽堵板(12)与进料腔(10)的外壁密封固接，蒸汽进口(13)在蒸汽腔(8)中部与蒸汽腔(8)连通并固接，另一个堵料板(2)与进料腔法兰(16)之间加法兰垫后用螺栓连接，另一个带座轴承(1)与进料腔(10)同轴固接在所述另一个堵料板(2)外侧，调质器壳体的调质单元和进料单元通过调质腔(3)右端的调质腔法兰(15)与添加蒸汽法兰(7)的法兰连接组成调质器壳体，进料腔(10)的直径小于调质腔(3)的直径，蒸汽腔(8)通过添加蒸汽法兰(7)上的蒸汽添加孔(702)与调质腔(3)连通；

所述调质器转子由空心主轴(4)、扇形桨叶(5)、桨叶紧固螺母(6)和螺旋叶片(9)构成，调质器转子置于调质器壳体内，调质器转子在调质单元区域的部分为调质段，在进料单元区域的部分为进料段，空心主轴(4)同轴置于调质器壳体内，空心主轴(4)左右两端分别与调质器壳体左右两端的带座轴承(1)的转动连接构成空心主轴(4)与调质器壳体转动连接，空心主轴(4)在调质腔(3)区域的部分和安装在该部分的扇形桨叶(5)构成调质器转子的调质段，从出料口(14)的右侧至调质腔(3)右端的调质腔法兰(15)区域，8～11组扇形桨叶固接在空心主轴(4)上，每组扇形桨叶的4个扇形桨叶(5)按轴向等间隔分布，相邻的扇形桨叶(5)径向间隔90°用桨叶紧固螺母(6)与空心主轴(4)垂直固接，构成调质段中扇形桨叶(5)在空心主轴(4)上呈螺旋方式均匀布置，在进料腔(10)区域中，一组螺旋叶片(9)固接在空心主轴(4)上，空心主轴(4)在进料腔(10)内的部分和螺旋叶片(9)构成调质器转子的进料段。

2.根据权利要求1所述的小型试验用调质器，其特征在于，所述扇形桨叶(5)的扇形弧线的曲率半径和调质腔的内径相同，扇形桨叶(5)的顶角θ的范围为20°～35°，宽度S与长度L比的范围为1∶1～1∶1.5。

3.根据权利要求2所述的小型试验用调质器，其特征在于，所述扇形桨叶(5)与空心主轴(4)的固接为，扇形桨叶(5)上带螺纹的杆垂直穿过空心主轴(4)并与空心主轴(4)螺纹连接，再在空心主轴(4)的两侧由桨叶紧固螺母(6)将扇形桨叶(5)的杆与空心主轴(4)锁紧，扇形桨叶(5)桨叶平面与空心主轴(4)轴线空间角的调节范围为-90°～+90°，扇形桨叶(5)的扇形弧线与调质腔(3)内壁的间隙为1～2mm。

4.根据权利要求1所述的小型试验用调质器，其特征在于，所述添加蒸汽法兰(7)中，蒸汽添加孔(702)按环形均匀分布在法兰连接孔(701)与法兰中心圆孔之间。

5.根据权利要求1所述的小型试验用调质器，其特征在于，所述螺旋叶片(9)与进料腔(10)内壁为松配合。

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