CN103384633A

CN103384633A - 用于颗粒递送的喂料机

Info

Publication number: CN103384633A
Application number: CN2012800099779A
Authority: CN
Inventors: V·S·莫西; J·P·赫克特; C·G·斯托尔茨; C·M·诺维克基
Original assignee: Procter and Gamble Ltd
Current assignee: Procter and Gamble Ltd; Procter and Gamble Co
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2032-02-16
Also published as: US20120217269A1; EP2678253A1; EP2678253B1; CN103384633B; US8727182B2; WO2012115849A1

Abstract

本发明公开了一种喂料机设备（100），其包括具有纵向轴线（1）和壁（112）的料斗（110），所述壁具有在它们之间限定厚度的外表面（112a）和内表面（112b）。该壁限定用于接纳颗粒材料的进料端以及用于从料斗传输颗粒材料的出料端（116）。出料端在其中限定或具有出料孔（118）。基座（120）被设置成使得基座的至少一部分基本上与出料孔共延。基座具有至少一个穿过其中的基座孔（122），以有利于从料斗传输颗粒材料。基座孔可相对于所述料斗的纵向轴线同心地或偏心地设置。基座和料斗中的至少一个能够相对于基座和料斗中的另一个旋转，使得基座孔与出料孔保持至少间歇的颗粒流动连通。

Description

用于颗粒递送的喂料机

技术领域

本公开涉及一种用于在工业过程中控制粉状材料和粒状材料流动的设备。更具体地，本公开涉及利用旋转运动来可预测地影响颗粒材料从料斗的流动。

背景技术

颗粒材料、粉末和散装固体（下文统称为“粉碎材料”或“散装材料”）广泛用于加工多种颗粒、粉末和颗粒固体，包括但不限于用于食品和食品添加剂、药品、化学品、矿物、洗涤剂、漆、粘固剂、粉末金属、塑料和化妆品的那些（术语“颗粒”、“粉末”、“颗粒固体”和“颗粒材料”在本文中互换使用）。在涉及颗粒材料的生产操作中，此类材料的成功处理、储存和流动是总体工厂设计的重要部分。人们寻求在各加工阶段之间确保颗粒材料的均匀流动，同时最小程度地改变所储存产品的质量。由于储存的和/或以批量运动的颗粒固体的情况取决于各颗粒和颗粒间的相互作用，因此希望工厂设计提供粉末和其它散装材料的可靠流动。

在整个加工工业中，料斗和储槽广泛用于散装固体的储存和转移。然而，材料的流动性可根据所储存材料的状况和料斗结构的类型（包括料斗的材料组成）而改变。所述流动可为漏斗流动（被定义为从料斗的流动，其中所有颗粒运动均通过料斗出料孔上方的中心核发生而沿料斗壁的全部或一部分不发生运动，如图1所示）或批量流动（被定义为以某种方式从料斗中流动使得所有材料均处在运动中并且运动是沿料斗壁的全部发生的，如图2所示）。如图1所示，当料斗10具有太浅或太粗糙的内壁表面12而不能够让顶靠它的散装材料平滑地通过时，则实现了漏斗流动。因此，材料优先地穿过位于料斗出料孔16正上方的漏斗形通道14下落，同时该流动之外的材料为停滞的，从而产生先入后出的流动行为。

与料斗中的漏斗流动相关联的共同缺点包括在出料孔附近形成小径分支孔、离析、停滞、崩落和起拱。该行为导致颗粒损坏、产品劣化、安全风险、卫生问题和设备损害。已提出过多种解决方案来克服漏斗流动行为所固有的缺陷，包括锤击或振动料斗和储存在其中的材料或作为另外一种选择通过使用流动校正插件。然而，此类校正方法对于对过度压实敏感的粘性材料来讲是无效的。此外，还可采用设置在料斗内的叶轮来刮擦内料斗壁以用于处理外部的颗粒材料。然而，此类叶轮需要广泛的设计、构造和维护以便确保不间断的颗粒流动。

因此期望提供一种如下喂料机，其以可预测且可控制的方式产生颗粒材料的批量流动，以便提供可控制的流量。这种喂料机构型对于一系列广泛的颗粒实现了先入先出的流动行为。

发明内容

根据本公开的一个方面，喂料机设备产生颗粒材料从料斗的流动传输。颗粒材料可被传输至储槽诸如导管或容器。喂料机设备包括有利于接纳和储存颗粒材料的料斗。料斗具有沿预定高度的壁限定的纵向轴线（或垂直轴线），其中壁具有在它们之间限定预定厚度的外表面和内表面。壁限定（或共存于）用于将颗粒材料接纳在料斗中的进料端和用于将颗粒材料从料斗传输至储槽的出料端。出料端在其中限定或具有出料孔。基座邻近出料孔设置并且设置在其下面，使得基座的至少一部分基本上与出料孔共延。即，基座基本上覆盖并阻挡颗粒材料从出料孔流出（除了穿过基座孔）。基座具有上表面、下表面和由此限定预定厚度的边缘。基座可以呈任何合适的构型，包括但不限于呈盘构型。基座具有至少一个被限定成穿过其中的基座孔以有利于将颗粒材料从料斗传输至储槽。基座孔可相对于所述料斗的纵向轴线偏心地设置或相对于基座同心地设置。基座和料斗中的至少一个能够相对于基座和料斗中的另一个旋转经过多个转圈。旋转可为连续的，直到希望停止该旋转。旋转相对于可与料斗的纵向轴线平行和/或重合的旋转轴线而产生，使得基座孔至少与出料孔保持间歇的颗粒流动连通。在一些实施例中，基座孔可与更大尺寸的出料孔的一部分保持连续的配准。

料斗壁可包括多种几何形状中的一种，包括圆柱形和圆锥形几何形状。作为另外一种选择，料斗的出料端可包括终止于出料孔中的截头圆锥形部分和圆锥形部分中的一种。

由喂料机设备料斗实现的所述连续的旋转可以由致动装置诸如伺服马达来产生。致动器可以为与驱动轴联接的马达，所述驱动轴向基座赋予旋转运动。作为另外一种选择，马达能够操作地与料斗联接，使得料斗壁相对于静态基座旋转，并且颗粒材料通过其基座孔逸出至储槽。

基座孔可包括多种几何形状中的一种，包括圆柱形镗孔、椭圆形孔和多个孔。作为另外一种选择，基座孔可为基本上扇形的，在或靠近基座的边缘具有弧。

本发明所公开的喂料机设备被设计成提供可预测且可重复的粉末流动控制。在本发明所公开的构型中，能够通过以各种速度旋转基座或料斗壁来控制并可预测地增加/减小颗粒流量。在许多情况下可实现批量流动。

通过以下详细说明，本发明的各种其它优点和特征将变得显而易见。

附图说明

虽然本说明书通过特别指出并清楚地要求保护本发明的权利书要求作出结论，但应该相信由下列说明并结合附图可更好地理解这些实施例，其中：

图1示出了料斗中漏斗流动的示意图，所述料斗具有储存在其中的颗粒材料。

图2示出了料斗中批量流动的示意图，所述料斗具有储存在其中的颗粒材料。

图3为示例性喂料机的透视图。

图3A为图3所示喂料机的示意性前视图。

图3B为图3所示喂料机的示意性俯视图。

图4为另一个示例性喂料机的透视图。

图4A为图4所示喂料机的示意性前视图。

图4B为图4所示喂料机的示意性俯视图。

图5为另一个示例性喂料机的透视图。

图5A为图5所示喂料机的示意性前视图。

图5B为图5所示喂料机的示意性俯视图。

图6为另一个示例性喂料机的透视图。

图6A为图6所示喂料机的示意性前视图。

图6B为图6所示喂料机的示意性俯视图。

图7为具有马达驱动的轴的图4的示例性喂料机的示意性前视图。

图7A为图4所示喂料机的示意性俯视图。

图8为在颗粒材料的流动开始之前的图3所示类型的具有旋转基座的喂料机中的颗粒材料的示意图。

图8A为示意图，示出了图8所示喂料机中的颗粒材料在开始流动之后10秒之后的批量流动。

图8B为示意图，示出了图8所示喂料机中的颗粒材料在开始流动之后20秒之后的批量流动。

图8C为示意图，示出了图8所示喂料机中的颗粒材料在开始流动之后35秒之后的批量流动。

图8D为示意图，示出了图8所示喂料机中的颗粒材料在开始流动之后50秒之后的批量流动。

图9为在颗粒材料的流动开始之前的图3所示类型的具有静态基座的喂料机中的颗粒材料的示意图。

图9A为示意图，示出了图9所示的喂料机中的颗粒材料在开始流动之后10秒之后的漏斗流动。

图9B为示意图，示出了图9所示的喂料机中的颗粒材料在开始流动之后20秒之后的漏斗流动。

图9C为示意图，示出了图9所示的喂料机中的颗粒材料在开始流动之后35秒之后的漏斗流动。

图9D为示意图，示出了图9所示的喂料机中的颗粒材料在开始流动之后50秒之后的漏斗流动。

图10为示出了喂料机中黄原胶流量的图，所述流量作为基座的每分钟转数的函数。

图11为示出了喂料机中面粉流量的图，所述流量作为基座的每分钟转数的函数。

图12为示出了喂料机中

盘碟洗涤剂颗粒流量的图，所述流量作为基座的每分钟转数的函数。

图13为示出了喂料机中吸收胶凝材料颗粒流量的图，所述流量作为基座的每分钟转数的函数。

图14为示出了喂料机中塑料小珠流量的图，所述流量作为基座的每分钟转数的函数。

图15为示出了喂料机中各种颗粒材料流量的图，所述流量作为基座的每分钟转数的函数。

图16为具有马达的另一个示例性喂料机的透视图。

图16A为不具有马达的图16所示喂料机的另一个透视图，示出了基座被旋转成使得基座孔与料斗的出料孔对齐。

具体实施方式

现在参见这些图，其中类似的数字标识类似的元件，图3,3A和3B分别示出了根据本发明所公开的喂料机的实施例的喂料机100的透视图、前视图和俯视图。喂料机100包括料斗110，颗粒材料被接纳和储存在所述料斗中，直到将所述材料后续地传输至储槽（未示出）以便进行进一步加工。料斗110具有壁112，其中壁112包括在它们之间限定预定厚度的外表面112a和内表面112b。厚度取决于对料斗几何形状的选择（如下文所详述）和料斗110的材料组成。料斗壁112与具有进料孔114a的开放式进料端114和具有出料孔118的开放式出料端116共延，颗粒材料通过所述进料孔被沉积到料斗中，并且所述材料通过所述出料孔经由基座孔排出料斗。

料斗壁112在本文中被示出为大致圆柱形的构件，其具有纵向轴线l以及预定内径D₁和预定高度H。此类构型允许具有增加的料斗储存体积，这与需要陡峭的圆锥形截面以使得能够可靠地排放颗粒的商业料斗形成对比。因而当使用该构型时获得了截头形状和圆柱体之间的额外的体积，从而优化了对生产工厂内可用空间的使用。然而，应当理解，料斗壁可采用各种几何形状以便成功地运用喂料机，如下文所详述。

喂料机100还包括邻近出料孔118可旋转地设置的基座120。基座120可具有任何合适的尺寸和构型。例如，基座120的尺寸可被设定成且其可被配置成定位在以下两种位置中的任一种中：圆形的且尺寸被设定成完全贴合在由出料孔118所限定的圆柱形开口内；或位于出料孔118下面且尺寸大于出料孔118。如本文的图所示，基座120包括紧邻出料孔118设置的上表面120a、相对的下表面120b和由此限定预定厚度的边缘120c。边缘120c绘出了基座120的周向范围，并且有利地邻近料斗110的出料孔118定位，使得基座120基本上阻碍颗粒材料从料斗的流动。当料斗壁112采用如图所示的圆柱形构型时，基座120具有预定直径D₂，使得边缘120c可旋转地邻近料斗壁112的内表面112b设置。基座120一般可围绕与料斗壁112的纵向轴线l重合的轴线旋转，使得基座边缘120c在出料端116相对于内表面112b运动。在基座120相对于料斗壁112旋转时，正在排出的粉末表现出了流动排放图案，所述图案避免了在所述粉末的上表面处形成斜坡。该排放行为减小了渗滤离析的倾向。

基座120具有至少一个被限定成穿过其中的基座孔122并且邻近边缘120c偏心地设置。基座孔122被示出为大致圆柱形的孔，所述孔具有由直壁表面限定的预定直径d₁（即，壁表面不是倾斜的、斜面的或换句话讲被成形为包括一个或多个孔壁角度）。然而，应当理解，基座孔122可采用适于成功地运用喂料机的任何几何形状，并且可相对于基座120同心地设置。作为另外一种选择，基座孔122可被取代为两个或更多个具有各种几何形状的孔。

料斗110和基座120能够由任何合适的材料制成，包括但不限于金属和/或塑料。料斗110和基座120可由相同的材料或不同的材料制成。例如，料斗110可由塑料制成，并且基座120可由钢制成。基座120设有合适的供其围绕而旋转的轴和轴承系统，所述轴承系统可为本领域已知的类型以确保基座在其旋转时具有尽可能小的摇摆倾向。此外，料斗110还可在其底部设有垫圈以减小颗粒材料的任何积聚在料斗110的底部和基座120之间的倾向。垫圈可例如包括添加到料斗110的壁的底部上的箍样材料环。垫圈可由任何合适的材料制成，包括但不限于：毡、耐用塑料（例如，

）、或黄铜。垫圈可与座120直接接触。通常，垫圈将由与基座120相比更柔软的材料制成，使得使用期间的任何磨损将针对垫圈发生，而不是针对基座120发生。

在基座120的旋转运动期间，基座孔122保持与出料孔118颗粒流动连通（例如，与所述出料孔的一部分配准）以提供颗粒材料从料斗的受控释放。如本文所用，短语“颗粒流动连通”只是指颗粒能够诸如借助于重力从料斗的出料端流过基座孔122。颗粒材料可被传输至某个储槽诸如导管或容器。随着基座120相对于料斗110旋转，流过基座孔122的颗粒呈现先入先出的流动行为诸如图2所示的流动行为。虽然基座120被示出为如图3中的箭头所示可在逆时针方向上旋转，但应当理解，基座120也可在顺时针方向上旋转。

喂料机100实现了优于传统粉末储存容器的时间固结有益效果，在所述传统粉末储存容器中，对粉末的最大应力发生在垂直截面和会聚的料斗截面之间的接合部。当旋转基座120与圆柱形料斗110一起使用时，不存在此类接合部，从而减小了对应的应力。

为了使颗粒材料在某个表面上滑动，必须克服颗粒和该表面之间的摩擦。因此，对于一些储存在料斗中的颗粒材料，可能有必要将料斗壁几何形状改变成足够陡峭且光滑的以便迫使材料沿其滑动。对于给定颗粒材料，壁摩擦可受到如下因素的影响，包括但不限于壁材料、壁和散装材料的温度、散装材料的水分变化、料斗材料的腐蚀、料斗的磨蚀和材料在从料斗中分散之前保持在料斗中的持续时间（因为一些散装材料在壁表面保持静止期间附着到壁表面上）。因而本公开的喂料机通过利用多种料斗几何形状来适应于多种颗粒材料的分散性的方式以适应于所述多种颗粒材料。

在一个图4,4A和4B所示的实施例中，喂料机200具有包括壁212的料斗210，所述壁包括在它们之间限定预定厚度的外表面212a和内表面212b。料斗壁212在开放式进料端214和相对的开放式出料端216之间共延，所述进料端具有进料孔214a，颗粒通过所述进料孔被喂送到料斗中，并且所述相对的开放式出料端具有限定于此的出料孔218以便从料斗传输颗粒材料。紧邻进料端214的料斗壁212的一部分采用具有预定高度H的大致圆柱形构型，其中内表面212b绘出了内径D₃。紧邻出料端216的料斗壁212的一部分采用具有预定高度h的大致截头圆锥形构型，所述高度终止于具有预定直径D₄的出料孔218。纵向轴线l’是沿壁212的整个长度（沿高度H’和h）限定的。

邻近出料孔218可旋转地设置的基座220包括紧邻出料孔218设置的上表面220a、相对的下表面220b和由此限定预定厚度的边缘220c。边缘220c绘出了基座220的预定直径d₂并且有利地邻近料斗210的出料孔218定位以便与其直径D₄共延。基座220可围绕与料斗壁212的纵向轴线l’重合的轴线旋转，使得基座边缘220c在出料端216相对于内表面212b运动。基座220具有至少一个被限定成穿过其中的基座孔222并且邻近边缘220c偏心地设置。基座孔222一般为具有预定直径的圆柱形镗孔，虽然基座孔222可采用适于运用本发明所公开的喂料机的任何其它几何形状，或可作为另外一种选择包括相似地设置的两个或更多个孔。基座孔222可作为另外一种选择相对于基座220同心地设置。基座220可沿旋转轴线相对于料斗出料端218旋转，所述旋转轴线大致重合于纵向轴线l’使得基座边缘220c在出料端216相对于内表面212b运动。基座孔222因此保持与出料孔218配准以提供颗粒材料向储槽（未示出）的受控释放。

在图5,5A和5B所示的实施例中，喂料机300具有料斗310，所述料斗设有具有预定高度H”的大致圆锥形壁312。料斗壁312包括在它们之间限定预定厚度的外表面312a和内表面312b。与开放式进料端314和开放式出料端316共延的料斗壁312包括具有预定料斗角度θ的倾斜壁部分313，所述倾斜壁部分终止于具有预定直径D₅的出料孔318。纵向轴线l”是沿壁312的整个长度（沿高度H”）限定的。具有上表面320a、相对的下表面320b和由此限定预定厚度的边缘320c的基座320为可旋转地设置的，使得基座上表面320a邻近出料孔318定位。基座320可围绕与纵向轴线l”重合的旋转轴线旋转。被限定成穿过基座320的基座孔322相对于旋转轴线偏心地设置，并且作为另外一种选择可包括保持与出料孔318配准的单一孔或多个孔。作为另外一种选择，基座孔322可相对于基座320同心地设置。这两种构型中的任一种均将提供颗粒材料向储槽的受控释放。

本发明所公开的喂料机构型设想到了等同构型诸如实施了邻近可旋转料斗的出料端设置的静态基座的那些。在任一构型（具有旋转基座的静态料斗或具有静态基座的旋转料斗）中，基座孔可保持相对于旋转轴线偏心地设置但与出料孔配准以确保颗粒材料从料斗的批量流动。此类流动行为赋予加工操作可预测性和可靠性。在一些实施例中，观察到了增加的流动，即使基座孔与料斗的纵向轴线对齐（使得大致圆柱形孔将相对于环形基座同心地设置）也是如此。基座的运动向颗粒材料提供足够的搅拌以导致其以更高流量穿过运动的基座孔。

现在参见图6,6A和6B，提供了另一个喂料机实施例。喂料机400包括具有壁412的料斗410，所述壁具有在它们之间限定预定厚度的外表面412a和内表面412b。料斗壁412与开放式进料端414和开放式出料端416共延。紧邻进料端414的料斗壁412的一部分采用具有预定高度H’”的大致圆柱形构型，其中内表面412b绘出了内径D₆。紧邻出料端416的料斗壁412的一部分采用具有预定高度h’和倾斜壁部分413的大致圆锥形构型，所述倾斜壁部分终止于具有预定直径D₇的出料孔418。纵向轴线l’”是沿壁412的整个长度（沿高度H’”和h’）限定的。

可旋转地设置在料斗壁412内的基座420包括面向进料端414的上表面420a、面向出料端416的相对的下表面420b和由此限定预定厚度的边缘420c。基座420可围绕与料斗壁412的纵向轴线l’”重合的轴线旋转，使得基座边缘420c相对于内表面412b运动。基座420具有至少一个被限定成穿过其中的基座孔422并且邻近边缘420c偏心地设置。基座孔422一般为具有预定直径的圆柱形镗孔（虽然基座孔422可采用适于运用本发明所公开的喂料机的任何其它几何形状，或可作为另外一种选择包括相似地设置的两个或更多个孔）。在该构型中，基座孔422相对于旋转轴线保持偏心地设置，虽然基座孔422无需保持与出料孔418配准。当颗粒以批量流动行为横贯孔418时，这些颗粒随着基座420完成一圈完整的旋转而沿倾斜壁部分413的某个表面区域均匀地分散。这些颗粒从而以受控流动方式被传输至储槽（未示出）使得对出料孔418的阻碍被消除。

现在参见图7和7A，喂料机诸如图4所示的类型可由支撑件1000支撑，所述支撑件可为用于从出料端216接纳颗粒材料的容器。在备选方案中，支撑件1000可为斜槽或等同的导管，所述斜槽或等同的导管将颗粒材料从料斗210的出料端216引导至适当的储槽以便进行进一步加工。如图7所示，致动器装置诸如马达1010产生基座220相对于料斗210的旋转。具体地参见图7A，马达1010产生基座220（和同样地基座孔222）在箭头A的方向上旋转（虽然旋转被示出为是在顺时针方向上产生的，但应当理解，也可产生逆时针旋转而不脱离本公开的范围）。马达1010经由与其连通的驱动轴1015向基座220传送旋转运动。马达1010可包括一个或多个电动伺服马达或至少一个电池或燃料动力发生器，如已知的那样。如图所示，驱动轴1015能够拆卸地附连到基座220以便重合于基座的旋转轴线，从而减小振动干扰。虽然马达1010被示出为直接从其底部表面驱动基座220的马达，但应当理解，用来产生旋转的致动器装置可包括向料斗壁传送旋转运动的一个或多个马达或传动装置（例如，在其中进料壁部分可与出料壁部分分离的情况下，一个壁部分可相对于另一个壁部分和/或相对于基座旋转）。还应当理解，旋转能够经由致动器部件而产生，所述致动器部件沿其任何表面与该可旋转基座保持可致动的连通（例如，经由可附接到该可旋转基座的顶部表面的驱动轴）。本发明所公开的喂料机预见到了并入许多类型的驱动部件以产生可旋转的运动，如本领域已知的那样。

图16和16A示出了喂料机500的另一个实施例。图16和16A所示的设备可具有以上附图所示喂料机的所有相同的组件。因此，喂料机500具有料斗510，所述料斗设有壁512、进料端514、具有出料孔218的出料端516、以及其中具有基座孔522的基座520。喂料机500可还包括致动器装置诸如马达1010，所述马达经由驱动轴1015产生基座520的旋转。

然而，在该实施例中，基座大于料斗的出料端516。基座520为足够大的使得其旋转中心不与料斗510的纵向轴线重合。更具体地，在所示的实施例中，基座520的旋转中心位于料斗510的侧向外侧。在该实施例中，基座520的旋转是围绕平行于料斗510的纵向轴线的轴线而发生的。在本文所述实施例的变型中，基座的尺寸和基座520的旋转轴线可位于基座520的平面中的任何位置，所述任何位置在重合于料斗510的纵向轴线的位置和位于料斗510的侧向外侧的位置之间，如图16和16A所示。

一个或多个基座孔522可处在这种基座520上的任何合适的位置。在图16和16A所示的实施例中，基座孔522围绕基座520的旋转中心旋转，使得其在基座520的某个完整旋转期间的部分时间从出料孔118下方经过，并且在其它时间位于出料孔118之外。因此，尽管在一些实施例中，基座孔保持与出料孔颗粒流动连通，但在该实施例中，基座孔522与出料孔518保持间歇的颗粒流动连通。在图16和16A所示的具体实施例中，基座孔522被定位成使得在基座的回转期间其将与料斗510的纵向轴线对齐。在其它实施例中，基座孔无需与料斗510的纵向轴线对齐，只要其在基座520旋转期间的某个时刻与出料孔518颗粒流动连通即可。图16中的基座520下面的箭头示出了这种喂料机的颗粒轨线的一个例子。

图16和16A所示的实施例据信具有提供多个优点的潜能。该实施例可具有如下有益效果：以直线轨线而非径向自旋方式从所述盘发送颗粒。也存在一种潜在的构造有益效果，因为马达1010能够直接放置在基座520的旋转轴线的中心，与料斗510偏离。

通过改变基座相对于料斗的旋转速度来实现对颗粒材料的流动控制。虽然从约0rpm至约2,000rpm的范围可为用于传输颗粒材料的典型范围，但能够获得3,000rpm或该值以上的速度以在更大程度上可预测地改变对进入容器中的粉末的流动控制。如果某种混合物包括组合在一起以便大致同时传输的两种或更多种颗粒（如本文所用，“混合物”是指释放之前的不同颗粒的组合或共混物、以及在料斗内彼此堆叠的不同颗粒），则此类流动控制可为尤其有利的。如果各层颗粒彼此堆叠以便以预定顺序传输它们，则此类流动控制也是有利的。因此，在所示的所有实施例中，本公开的喂料机不仅控制了粉末流出料斗的流量，而且也通过改变基座孔的旋转速度加速了它们的流动。该特征为具有各种组成、结晶度、形态和微观结构的颗粒提供了灵活性。

该灵活性的例子明显见于图8至9D，它们分别提供了对利用旋转基座孔时的批量流动和利用静态基座孔时的漏斗流动的时间基“快照”描绘。图8至9D示出了上文所述的图3所示类型的喂料机构型。在这两个图中，均提供了三层颗粒，其中顶层和底层包括第一颗粒2000，并且中间层包括第二且不同的颗粒3000。在图8至8D中，具有孔的基座以为或约为600rpm在顺时针或逆时针方向上旋转。在图9至9D中，基座（并因此基座孔）保持静态。如图8和9所示，对于旋转基座孔和静态基座孔这两者，在时间=0秒时，这两种材料均被储存在料斗中，所述料斗在底层和中间层之间以及在中间层和顶层之间具有可限定的边界。在时间=10秒时，图8A示出了被均匀地分配穿过旋转基座孔的底层材料2000，而图9A示出了开始流动的底层材料2000。在时间=20秒时，图8B示出了底层从料斗中耗尽以及材料3000开始均匀分配。此时，图9B示出了顶层材料2000开始流过静态基座孔。在时间=35秒时，图8C示出了材料3000几乎被耗尽，在中间层和顶层之间具有可限定的边界；而图9C示出了材料3000开始流动，在中间层和顶层之间不具有可辨别的边界。在时间=50秒时，图8D示出了材料3000的完全耗尽和顶层材料2000穿过旋转基座孔的均匀分配。此时，图9D示出了材料3000与顶层材料2000的残留部分和底层材料2000的一部分以特征性漏斗流动方式一起流动。材料2000和3000没有完全从料斗中耗尽并且现在共混成了不确定的组合。

此外，还有可能利用本发明所公开的喂料机来获得起动-停止行为，尤其是当喂料机用于传输粘性材料诸如面粉类和淀粉类时更是如此。粘性材料尤其易于产生起拱行为，其中拱以任意间歇形成并且具有各种形式和持续时间（例如，它们能够局部地形成或在基座孔的整个区域上形成）。拱的形成至少部分地中断了所述流动，因为拱承载了在拱上方流动的材料的动压力。在一些情况下，拱能够变成稳定的因而料斗被阻塞，其中拱形成的可能性随着孔直径与粒度的比率的减小以及颗粒的粘聚力和互锁力的增加而增加。在本公开中，偏心地设置的基座孔的静态布置导致粘性材料起拱，以致阻碍它们穿过基座孔的流动。在以受控速度引入了基座的旋转运动时，粘性材料表现出了穿过基座孔的批量流动行为以用于将材料受控传输至储槽。这样，就有可能当在储槽中获得了预定的材料体积时，简单地中止基座的旋转，从而中止材料流动。此类起动-停止行为有益地实现了受控材料体积的可预测的分配以致避免了加工过程中的失误并且还避免了由不准确的产品测量所引起的成本。实现了该有益效果，而无任何部件交换和附加的机器维护。因此，喂料机将起拱现象从常规上有害的性状转变成了昼夜不停的过程的优点。

本公开成功地运用于许多类别的粉碎材料，包括但不限于细小粉末、粗糙粉末和颗粒、粘性材料和长时段不动时趋于降解的材料。本公开的设备可用于将储槽填充上粉末诸如面粉、滑石、化妆底粉、糖、食盐、树脂、吸收胶凝材料（AGM）颗粒和其它类型的粉碎材料。几乎任何具有粉状和/或粒状性质的材料均可用本发明的设备来填充。

现在参见图10至15，提供了从测试设备获得的数据以确定本公开的喂料机的性能特征。在以下例子中，利用了大致圆柱形的料斗诸如图3所示的类型。在每个例子中，颗粒材料均被设置在具有约66mm内径的静态料斗中，所述料斗具有邻近料斗的出料端设置的旋转基座。与基座连通的马达驱动的驱动轴产生基座相对于料斗的旋转运动。在每个例子中，旋转基座均具有被限定成穿过其中的孔，其中基座孔相对于基座的旋转轴线偏心地设置。在每个例子中，材料流动的动态范围被容易地标识为材料的最高流量和最低流量的比率。

结合图10，使设置在料斗中的黄原胶粉末经由单一基座孔经受批量流动，所述基座孔具有约20mm（0.787″）的直径。使用了图3所示的喂料机构型。黄原胶粉末为一种用来极大地增加液体粘度的多糖。黄原胶粉末常常用作食品添加剂以获得稠度或粘性。如图所示，增加基座的旋转速度加速了黄原胶粉末的流量。在基座旋转期间始终观察到了批量流动行为，并且在基座静止期间观察到了起动/停止行为。

结合图11，面粉被沉积到了料斗中，并且基座设有具有约20mm（0.787″）直径的单一孔。使用了图3所示的喂料机构型。当涉及一致地流过料斗时，已知粉末诸如面粉和淀粉是有问题的。一旦淀粉特性的变化超出了设计窗口，甚至被正确地设计成用于具体类型的淀粉的料斗也可能变得无法使用。如图所示，粉末流动的一致程度要高得多，从而实现了允许极容易地进行流动控制的>25的动态范围。当基座为静态（rpm=0）时，容易在基座孔作旋转运动时重建流动。在该例子中，在基座运动期间始终观察到了批量流动行为。

结合图12，将具有约400-500微米基于体积的中值粒度的洗涤剂颗粒放置在料斗中。使用了图7所示的喂料机构型。可旋转的基座包括具有约25.4mm（1″）直径的单一孔。洗涤剂颗粒可包括一些细小粉末（粒度低于100微米）和因附聚而引起的粗糙粉末（粒度高于800微米）。取决于期望的流动性和期望在最终洗涤剂产品中要获得的颗粒粘性，洗涤剂颗粒能够表现出粉饼强度上的差异。如图所示，当基座处于初始静态位置时，洗涤剂颗粒不可预测地流过基座孔。随着基座速度增加至约2000rpm，粉末流量首先减小并随后增加。

结合图13，将吸收胶凝材料（AGM）颗粒沉积在料斗中。使用了图7所示的喂料机构型。AGM颗粒包括能够吸收并储存大量液体的材料，并且可用作具有不同粒度的颗粒。旋转基座包括具有约25.4mm(1″）直径的单一孔。如图所示，在材料初始时不可预测地流过基座孔（在基座为静态期间）之后，随着旋转速度接近约2000至2500rpm的范围，获得了材料的一致的体积流动。在基座旋转期间始终观察到了批量流动行为。

结合图14，将具有约6mm（0.236″）均匀直径的塑料小珠喂送到料斗中。使用了图3的喂料机构型。基座设有具有约20mm（0.787″）直径的单一孔。这些小珠向料斗的内壁上施加极小的摩擦力，从而具有初始时穿过基座孔的高流量，甚至当基座采用低旋转速度时也是如此。随着基座速度的增加，小珠穿过基座孔的流动也大致线性地增加。

结合图15，观察到了作为基座孔的旋转速度的函数的各种颗粒材料的流量。使用了图3的喂料机构型。基座包括具有约6mm（0.236″）直径的单一孔，并且速度接近约3000rpm。一次一种地将多种颗粒设置到料斗中（即，这些材料不是以任何组合方式混合的）。观察到的材料包括具有1mm中值直径的安慰剂颗粒、具有0.4mm中值直径的安慰剂颗粒、粒状添加剂诸如糖和食盐、以及以标志

命名的粘性纤维添加剂（“METAMUCIL”为本专利申请的受让人Procter&Gamble的注册商标）。材料流动的动态范围被定义为随材料变化的最高流量和最低流量的比率。例如，所述1mm的安慰剂示出了4.7的动态范围，而

粉末示出了3.3的动态范围。对于每种材料，在基座保持静态期间表现出了穿过基座孔的漏斗流动，而在基座的整个旋转运动期间观察到了批量流动。

在一些实施例中，本公开的一种意料不到的有益效果是，具有被限定成穿过其中的孔的基座的旋转运动赋予颗粒材料（且尤其是粘性粉末）足够的搅拌，从而产生了快于单独由重力产生的流动的流动。为了预测从料斗底部处的孔发生的重力驱动的排放，每单位时间排放的质量由Beverloo公式给定。

W=Cρ_bg^1/2(D–kd)^5/2

其中ρ_b为散装粒状介质的密度，g=980cm/s²，D为基座孔的直径，d为颗粒直径，并且C和k为无量纲配合参数。该数值常数的典型范围为0.5<C<0.7和1.2<k<3，这取决于颗粒形状和摩擦。Beverloo公式隐含了横跨少数颗粒的阈值孔直径kd的存在，在所述阈值孔直径以下，通量消失。刚好在该阈值以上，流动经受间歇的阻塞。即使远高于阈值，所述响应也可能不稳定，因为Beverloo形式常常是按横跨孔的拱的间歇形成和解体来解释的。

本发明所公开的喂料机，通过在料斗出料口的整个区域上实现了一致且均匀的材料递送，表现出了流动辅助装置和可靠且可预测的颗粒喂料机的有益效果。在常规喂料机中，料斗的流动轮廓使得首先进入料斗中的颗粒材料未必成为首先离开料斗的材料。在一些实施例中，本发明所公开的喂料机通过如下方式克服了该流动行为：在材料的排放期间，利用紧邻进料料斗的出料端的旋转运动来获得流动控制和批量流动方案。由于喂料机实现了先入先出图案，散装材料的结块、损坏和氧化情况得到了改善，并且离析由于相同原因而被最小化。

本发明所公开的喂料机保持了颗粒材料在料斗中的无阻碍运动，因而在分配至储槽以便进一步加工时进一步确保了颗粒的完整性。粉末穿过基座孔的流动速率可快于穿过类似尺寸的静态孔的流动速率。但材料以可预测的速率沿共同的行进路径被连续地取出。因此，料斗中的材料将保持运动直到从料斗中耗尽。此类材料运动向喂料机提供了增强的颗粒材料向储槽中分配的精度。此类特性尤其有益于投配应用，其中成分测量的精密性至关重要。

本文所公开的量纲和值不旨在被理解为严格地限于所引用的精确值。相反，除非另外指明，每个这样的量纲旨在表示所引用的值和围绕该值功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的尺寸旨在表示“约40mm”。

本文引用的每一文件，包括任何交叉引用的或相关的专利或专利申请，均据此全文以引用的方式并入本文，除非明文予以排除或以其它方式进行限制。对任何文献的引用均不是承认其为本文公开的或受权利要求书保护的任何发明的现有技术、或承认其独立地或以与任何其它一个或多个参考文献的任何组合的方式传授、提出建议或公开任何此类发明。此外，当本文献中术语的任何含义或定义与引入本文以供参考的文献中相同术语的任何含义或定义冲突时，将以赋予本文献中那个术语的含义或定义为准。

虽然已经举例说明和描述了本发明的具体实施例，但是对于本领域的技术人员而言显而易见的是，在不背离本发明实质和范围的情况下可作出许多其它的改变和变型。因此，随附权利要求书旨在涵盖本发明范围内的所有这些改变和变型。

Claims

1.一种用于产生颗粒材料从料斗的流动传输的设备，所述设备包括：

有利于接纳和储存所述颗粒材料的料斗，所述料斗具有沿具有高度的壁限定的纵向轴线，所述壁具有在它们之间限定厚度的外表面和内表面，所述壁与进料端和出料端共存，所述进料端用于将所述颗粒材料接纳在所述料斗中，并且所述出料端用于从所述料斗传输所述颗粒材料，所述出料端具有限定于此的出料孔；和

基座，所述基座紧邻所述出料端设置，以便使其至少一部分与所述出料孔共延，所述基座具有上表面、下表面和限定厚度的边缘，所述基座具有至少一个被限定成穿过其中的基座孔以有利于所述颗粒材料从所述料斗的所述传输；所述设备的特征在于：

所述基座和所述料斗中的至少一个能够相对于所述基座和所述料斗中的另一个旋转，其中所述旋转是相对于平行于所述料斗的所述纵向轴线的旋转轴线产生的，使得所述基座孔至少与所述出料孔保持间歇的颗粒流动连通。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述出料端包括具有所述出料孔的截头圆锥形部分和圆锥形部分之一，其中所述出料孔绘出了其末端。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述壁包括圆柱形几何形状和圆锥形几何形状之一。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述至少一个基座孔选自圆柱形几何形状、椭圆形几何形状、具有被定位成比所述基座的中心更靠近所述基座的边缘的弧的基本上扇形的几何形状、以及它们的任何组合。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述至少一个基座孔包括至少一对孔。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述至少一个基座孔相对于所述料斗的所述纵向轴线偏心地设置。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述至少一个基座孔紧邻所述基座的所述边缘设置。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的设备，其中所述至少一个基座孔相对于所述基座同心地设置。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述基座能够邻近所述出料端旋转。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的设备，其中所述出料端能够相对于所述壁和所述基座中的至少一个旋转。