CN1045900C - 混合方法及混合装置 - Google Patents

Abstract

本发明通过旋转内侧搅拌器将混合容器中的材料推向上方及外侧的同时，使外侧搅拌器与上述内侧搅拌器呈相反方向地旋转以将该容器内的混合材料推向下方及内侧。由于内外侧搅拌器对材料的上升和下降作用可以将容器内的混合材料均匀地对流的同时，通过外侧及内侧的推进流动使其以高压碰撞促进了混合材料粒子的结合，而且防止混合材料粘着在内外侧搅拌器上，并可以进行圆滑的混合。

Description

混合方法及混合装置

本发明涉及各种材料的搅拌和混合(Mixing)，例如对象生混凝土那样的不同原料进行有效的搅拌、混合的混合方法及混合装置。

在以往技术中，将水泥、粒料、水制成作为混凝土材料的水泥浆的混凝土搅拌机等的混合装置有以下三种。

容器旋转型(可倾斜型混合机)，是在一个立方形状容器内部的壁面上固定数枚挡板，旋转容器，用挡板将原料举高，通过重力的自由落体的剪切力进行混合。由于是重力依存型，效率不高，所以最近容器固定形混合机的使用已成为主流。

容器固定型(面包型混合机)，在一个皿型容器的中心部，在垂直轴上固定着为了混合原材料的多根搅拌叶片，通过旋转轴进行混合。

另一种容器固定型被称作水平1轴及2轴型的混合机，在一个卧式圆筒形容器的中心轴线上有一个水平轴，在这个水平轴上安装着用于混合原材料的多根搅拌十片，通过旋转轴进行混合。

上述的容器固定型混合机是现在的主流，但是它是通过搅拌叶片的剪切力进行混合的，所以只能在搅拌叶片附近处进行混合，因而循环效果差，混合时间长。

上述三种混合机若提高转速时，会引起共转和飞散现象，使得混合能力降低，所以在结构、混合力和混合速度上有一定的限制。

进而，对于上述的单螺旋形混合机，为了将投入容器内的材料混合均匀，还必须采取各种其他措旋。其中之一是如图1所示的混合装置。这种装置中，为了使要搅拌混合的材料能在整个容器内有效地对流，在混合容器4的内部垂直设置的搅拌用螺旋状螺杆2的周围，同轴方向安装着导管6。在此混合装置中，旋转螺杆2时，如图中箭头所示那样，投入到容器4内的混合物料M，由于螺杆2的推进力作用流向下方，从导管6的下端移向外侧，这样就升高了导管6外侧的物料，使这些物料又从导管6的上端进入导管6的内侧，达到了对流循环的目的。

可是当混合粘性高的材料时，与容器4的内面和导管6的外面相接触的材料由于接触阻力而妨碍了流动。也就是说，在图1的T1、T2区域中的混合材料易于滞留，往往产生混合不充分现象。

可是，比上述更加严重的问题是导管6内部的混练材料粘着在旋转螺杆2上并一同旋转。当发生这种称为空转现象的共同转动时，就会陷入混合材料不流动、不能混合的状态。尤其是混合的材料粘度很高时，这种现象更为显著。

上述的混合材料与螺旋共转现象，对于多个螺旋型的混合机也会发生。

例如，对于由2根螺旋杆相邻平行安装的复数型混合机，不管平行安装的2根螺旋杆的旋转方向是相同，还是相反，与混合容器内壁面相接触的材料，均由于与壁面的摩擦接触而失去流动性而滞留下来。有时，也会产生混合材料粘着在螺旋叶片间与螺旋杆共同旋转陷于不能混合的地步。

如以上所述，以往混合装置存在着不仅不能有效地、均匀地搅拌混合要混合的材料，而且混合材料会滞留在混合容器内、粘着在旋转螺旋杆上与其共转等问题。

例如，当制备轻量混凝土原料水泥浆时，如果混合不好时，存有空气的砂浆内的水泥粒子易于凝聚成块状，发生所谓的“球块”。这种“球块”在硬化了的混凝土内部会成为精密级缺陷的发生源，造成混凝土强度下降。为了克服这些不足，有必要对原材料进行确实的混合，但是要与生产性兼顾，所以希望能在短时间内，尽可能作到高效的混合处理。

本发明的目的在于提供一种混合方法及混合装置，使其能迅速、高效地且不会发生混合不良、并能够均质地搅拌混合材料。

本发明的又一目的在于提供一种混合方法及混合装置，使其在混合容器内不会出现滞留混合材料或者粘着螺旋杆共转动的现象，并能有效地进行搅拌、混合。

本发明的另一个目的在于提供一种混合方法及混练装置，使其在混合时，混合容器的结构使其内部不会引起混合材料的滞留或者粘着螺旋杆共转动并配置有搅拌装置。

本发明的其他目的在于，为了能够迅速、且均质地搅拌混合材料，提供了在混合容器内具有在同轴上安装的内侧搅拌器和外侧搅拌器并具有使其有效地驱动旋转的驱动系统的混合装置。

为了达到上述目的，本发明的混合方法的特征是在将混合材料投入到具有内侧搅拌器和外侧搅拌器的混合容器中，驱动内侧搅拌器和外侧搅拌器，使得混练材料在混合容器中心部和圆周部以不同的方向流动的同时，在内侧搅拌器和外侧搅拌器之间形成混合材料以高压状态碰撞的高压部。

为完成上述本发明的混合方法和混合装置，其是由通过在混合容器中心垂直设置的内侧搅拌器、沿混合容器内壁旋转的外侧搅拌器、和单独地驱动旋转内侧搅拌器和外侧搅拌器的驱动系统所构成。

内侧搅拌器是由具有朝同一个方向角度倾斜的叶片形成的螺旋状的螺旋构成的，将其旋转时，可将混合容器内中心部的混合材料推向上方及外侧。

外侧搅拌器是由一个相对容器的放射方向有一个角度的调流板和至少有一部分与上述螺旋杆的叶片角度反方向的倾斜叶片的搅拌部件而构成的，通过旋转，用调流板将混合容器内的混合材料推向内侧，而且用搅拌部件使内壁周围的混合材料流向下方及内侧。

通过内侧搅拌器所具有的将混料推向上方及外侧的作用，及通过外侧搅拌器所具有的将混料推向下方及内侧的作用，在混合容器内混合材料中心的上方及圆周部的下方引起移动的循环对流的同时，在中心部和圆周部间的中间部的混合材料以高压状态碰撞。

混合材料以高压状态碰撞，在打碎由于材料粒子间剪切摩擦产生的气泡粒子的同时，在材料粒子间作用一个强制的结合力，所以可有效地进行材料的混合，同时，由于反弹力的作用，对于易于粘着在内侧搅拌器上的螺旋叶片上的物料给予波动式的冲击，这样可以防止物料的滞留。因此，通过在高压部对物料的混合促进作用，可以消除混合不良。在高效率地提高混合效果的同时，由于在螺旋内不滞留粘着的物料，所以可以防止旋转螺旋杆和物料一同共旋转的不良现象。

本发明的混合方法可以适用从不同的固体材料搅拌到包括液体的多种材料的搅拌混合，通过控制内侧搅拌器和外侧搅拌器的不同驱动能量，根据材料种类的条件，可以得到最佳混合状态和最好的混合效果。

图1是以往的混合装置的概略侧面图。

图2是本发明的混合装置一部分的概略斜视图。

图3是表示图2装置概略的侧面剖面图。

图4是表示图2装置概略的平面剖面图。

图5是表示混合材料流动状态的本发明混合装置的概略图。

图6是表示本发明的混合装置的其他实施例的概略侧面图。

本发明是涉及为了能有效地搅拌混合不同材料，高效地生产高质量的混合物的混合方法及混合装置，这里为方便起见，以制造混凝土材料的水泥砂浆(生混凝土)所必须的水泥、粒料、水等为混合材料进行说明，当然这不是限定混合的材料，本发明可以适用于各种材料的搅拌、混合、分散、搅碎等。

在图2-图4中表示本发明一个实施例的混合装置是由混合容器10和在混合容器10中心部垂直设置的并可旋转的内侧搅拌器20及设置在内侧搅拌器20的外侧、并可旋转的外侧搅拌器30而组成的。

混合容器10是由上端具有开口略为圆筒状的上半部10a和呈倒圆台形或半纺锤形带底筒的下半部10b组成，整体来看呈圆筒状，用一个在中央具有轴孔12a的盖12盖住上端开口。

在盖12上有一个开口，用料斗12b围住开口，形成加料口。另一方面，从容器10的下部或底部设置可任意开闭的排出口14，围住该口，在容器外侧上装有排出沟板16。从盖12上的料斗12b向容器内部投入混合材料，混合处理后，从排出口14取出混合了的材料，在图中表示了从立式设置的容器10的内部装卸混合材料的情况，但是本发明对这些混合材料的投入排出结构并没有特殊的限制。

内侧搅拌器20是由穿过上述盖12的轴孔12a的旋转轴22a和在旋转轴22a的周围具有按一个方向的角度倾斜的螺旋状的叶片22b形成的螺旋22构成的。在图示的实施例中，螺旋叶片22b的螺旋方向是左绕上升，也就是右螺纹方向，如果向右方向(图3中箭头R1方向)旋转螺旋22时，就会将与其接触的流体(投入容器10内的混合材料M)推向上方。由此，在容器中的混合材料M中就会产生如图5中箭头f1所示的沿轴的上升流和如箭头f2所示向外侧的放射流。

这里是采用了右螺纹结构，当然不用说也可以采用与该螺旋方向相反的左螺纹结构。

内侧搅拌器20是通过包括了连接旋转轴22a上端的电动马达等的驱动装置26来进行驱动旋转的。

外侧搅拌器30是由沿着容器10的内圆周面旋转的旋转部件32和在上述内侧搅拌器20的外侧旋转、给予流体向内侧推进流动压的调流板34而构成的。

旋转部件32的结构起到以下的作用：可以对投入容器10的混合材料M给予与内侧搅拌器20流动方向相反的流动作用力。也就是说，对于内侧搅拌器20将混合材料M沿搅拌器20向上(f1)和向外的放射方向(f2)推进的同时，旋转部件32产生与搅拌器20的推进作用相反地将混合材料M推压到下方(图2中箭头f3方向)和向内的向心方向(箭头f4方向)的作用(图5)。

此实施例中的旋转部件32是由以下构成的：即由在上述螺旋杆22的旋转轴22a的外侧上同轴配置的筒状旋转轴321、从该旋转轴321放射状地设置的一对臂部件322、从各臂件322的外端垂向下方的支承部件323和固定在支承部件323上的搅拌部件324。

搅拌部件324由板材构成，对于上部的旋转方向(图3中，用箭头R2表示左旋转方向)，朝旋转前方突出弯曲形成叶片部3.24a，用中间部件324b固定在支承部件324c上，其下部的外侧对旋转方向向前、内侧对旋转方向而后地相对于旋转轴心的法线呈倾斜状。

调流板34是利用内侧搅拌器20和旋转部件32之间的空间，为了补充旋转部件32产生的向心方向f4推进力的目的而设置的。但是，当内侧及外侧搅拌器20和旋转部件32之间没有空间时，也可以省去调流板。

外侧搅拌器30通过包括电动马达等的驱动机构36的动力传动部件37a、37b而被驱动旋转。

这里，内侧搅拌器20的驱动机构26和外侧搅拌器30的驱动机构36是分别以独立的马达构成的，但这些驱动机构并不限于图2的结构。即，可将1台电动马达的旋转驱动力，通过各个旋转轴22a、321上的各动力传递机构及减速机构进行了适当调节后再加在内外搅拌器20、30上。总之，只要能保证内侧搅拌器20和外侧搅拌器30相互间以相反方向，分别以适宜设定的转速旋转，任何的驱动系统都可以。

对一上述结构的混合装置的作用加以说明。通过内侧搅拌器20的旋转，投入到混合容器10内的混练材料M，在内侧搅拌器20的螺旋杆22的周围，由于螺旋杆22的旋转而产生的推进力而被推向上方(f1)及外方向(f2)，另一方面，在外侧搅拌器30的旋转部件32的周围，由于旋转部件32的旋转而产生的推进力，使混合材料向下方(f3)及内方向(f4)流动。作用在混合材料M上的向心方向(f4)的推进力，通过调流板而加倍。

因此，混合材料M由于上方f1及下方f3的推进力沿筒状容器的轴心上升，到容器的圆周边下降，再次回流到轴心引起循环对流的同时，由于放射方向f2和向心方向f4的推进压力，在螺旋杆22的外侧周围产生碰撞，使混合材料M成为高压状态(图5区域T为高压部)。在此高压部T，混合材料M由于一边接受强的压缩力，一边在瞬间、且反复连续地产生其反作用力(膨胀力)，使得材料粒子反复冲突摩擦，这样即使混合材料的基质不同的粒子也能强制地结合，并紧密地混合。

进而，由于高压部T的材料的压缩-膨胀力的反复进行也波动地涉及到充填在螺旋杆22的叶片22b间的材料M，所以混合材料不会粘着在叶片22b上，这样，可以促进物料的向上推进流动。因此，即使混合粘性高的材料也不会引起与螺旋杆22共转的不良现象。

另外，旋转部件32的搅拌部件324由于与容器内周面及底面很接近地旋转，这样可使得由摩擦接触易于滞留在容器内圆周面上的混合材料从容器的圆周面上剥离下来，将其推向容器的内侧，所以不会妨碍流动地、使混合材料在容器整体内圆滑地对流循环，有效地接受均等的混合作用。

这样一来，使用本发明的混合装置，由于可以大幅度地提高混合效率，所以可以缩短混合时间以及提高混合制品的质量。进而，由于内侧搅拌器20和外侧搅拌器30分别以不同的转速旋转，所以可以根据混合材料的种类调节出最佳的混合状态。

发明人根据本发明的构思试作了几个混合装置，确认其优良的效果。其中之一是由直径650mm、高度750mm的混合容器10和外径240mm、叶片22b的宽度140mm、直径/螺距比1∶1的螺旋杆22构成的混合装置。使用此混合装置与以往的混合装置进行比较实验。

用于实验的以往混合装置是使用在与本发明的装置相等容积的混合容器内，平行地并列二根搅拌螺旋杆的强制双轴型装置。

分别向各容器中投入表1所示的3种混凝土材料。即向以往的双轴型混合机中加入由表1所示配比材料的比较试样#CS1～#CS3，在本发明的混合机中，加入由表1所示的试样#ES1～#ES3。使用的水泥均是普通的波兰特水泥。

                          表1

混合机	试样号	设定坍落度(cm)	水/水泥比％	材料[单位量(kg/m)]
								水泥	水	细粒料	粗粒料
				以往	#CS1#CS2#CS3	18128	585858					314300279	182174162	823820826	9549881034
本发明	#ES1#ES2#ES3	18128	585858					309297276	179172160	828823823	9599941036

在实验中，本发明混合机的螺旋杆22以300rpm旋转，同时使外侧搅拌器的旋转部件32以30rpm旋转，对水泥材料进行混合，另一方面，以往的混合机的螺旋杆以45rpm速度旋转，开动各搅拌器，直到各个混凝土原材料达到设定的坍落度值为止。

实验是在子先通过反复试验求出设定坍落度值的最小时间，以往的混合机为60秒，本发明的混合机为15秒的条件下，只用这些混合时间来考察得到的水泥浆的特性的(特定时间后的混凝土的压缩强度)。此实验结果表示在表2中。

               表2

混合机	试样号	混合时间(sec)	坍落度(cm)	压缩强度(Kgf/cm)
						7日	28日
				以往	#CS1#CS2#CS3			60	17.513.08.0	250242253	370377385
本发明	#ES1#ES2#ES3	15	17.511.58.0			251255258	386389399

从表2可以明显地看出，将各种不同试样材料混合规定时间后，比较大致接近设定的坍落度值的水泥，用本发明的混合装置仅用15秒钟混合的制品与以往装置用60秒钟混合的制品具有同等以上的特性。

进而，为了得到可以证明本发明混合装置效果的数据，向水泥等的混凝土材料中加入起泡剂进行混合时，可在混合制品的水泥浆中短时间内得到均质分散的独立微细气泡。将该制品成形熟化时，其保持着均匀分散的独立气泡，故可以得到显示优良非透水性的、轻量而优质的发泡混凝土构件。

另外，与起泡剂一起加入高性能减水剂时，独立气泡可更加微细化到十几个μmm地进行分散，更加均匀化，使得强度提高。

作为其他的试验，使用本发明的混合装置混合水泥时，加入增强短纤维(直径约14μm、约6mm长)，可以使增强短纤维均匀地分散在混合了的水泥浆中。尽管增强短纤维的纵横比约428，也可以检查出在1升中是以1％以上的比例混合的。将其成形熟化后，可以得到增强短纤维均匀分散的、强度极高的纤维增强混凝土。

进而，向混凝土材料中加入所有的上述的起泡剂、高性能减水剂、和增强短纤维时，可得到具有上述优良强度及特性的高质量水泥浆。这样一来，对于以往混合装置混合困难或者不可能混合的材料，用本发明的装置也可以简单、且高效率地进行混合，并能有效地生产出优质的混合制品。

上述实施例中，外侧搅拌器是由从旋转轴321的两侧向相反方向延伸而设置的一对旋转部件32而构成的，但只要采用基本上以旋转轴321为中心保持平衡的结构的话，也可以设置三个以上的旋转部件。例如，使用三个旋转部件时，可以用120度的角度间隔配置在旋转轴321的周围，但是对于此点，只要能综合地保持平衡，也可不必设置成等角度的间隔。

另外，上述实施例中，在内侧搅拌器的螺旋杆22和外侧搅拌器的旋转部件32之间设置着调流板34，但也可以如图6所示那样设置与旋转部件32大致相同结构的辅助旋转部件432代替调流板。通过旋转部件32和辅助旋转部件432一同按与螺旋杆22的旋转方向(R1)相反的旋转(R2)，使得外侧搅拌器加在内侧的推进压力增强，提高了高压部的混合材料的剪切摩擦力作用。

顺便说一下，用于本发明混合装置的混合容器、螺旋杆等的主要材料，可根据混合对象的材料加以适当选择，不仅是金属。如果混合对象是化学药品等时，上述的结构材料可以用耐药品材料，例如使用陶瓷或塑料材料等进行成形。

如以上所述，按照本发明的混合方法及混合装置，由于使内侧搅拌器和外侧搅拌器独立地驱动旋转，在混合材料中能圆滑地发生对流，在互相逆转的两个搅拌器之间混合材料以高压进行碰撞，提高了混合材料粒子的结合作用，而且作到均匀高效地搅拌混合，所以无论混合材料是何等种类，都可以迅速且均质地搅拌混合，而且在混合时，混合容器内不会发生混合材料滞留、或者粘着在混合螺旋杆上的共旋转之类的不良现象。

特别是按照本发明通过内侧搅拌器将混合材料推向上方及外侧的作用和外侧搅拌器将混合材料推向下方及内侧的作用，使得在混合材料中心的上方、圆周部的下方引起移动的循环对流的同时，在中心部和圆周部之间的中间部混合材料以高压状态碰撞，所以可以打碎在混合材料粒子间由于剪切摩擦而产生的气泡状粒子，同时在材料粒子间给与强制性的结合力，更进一步促进了材料的混合。由高压状态的碰撞产生的全段摩擦会磨碎制造水泥浆时产生的气泡状粒子，特别是可以防止轻量混凝土内部缺陷，即所谓的“球块”的产生。

另外，由于内侧搅拌器和外侧搅拌器是分别以不同的转速旋转，所以可根据混合对象的材料种类选择最佳的混合状态。

Claims (12)

1、一种混合装置，其是由接受混合材料的混合容器、设置在该混合容器中心沿第一方向旋转的内侧搅拌器、沿与内侧搅拌器的旋转方向相反的第二方向并沿该混合容器的内壁与该内侧搅拌器同轴地旋转的外侧搅拌器，和分别独立地驱动内侧搅拌器和外侧搅拌器的至少一种驱动系统构成；其特征在于：

所述内侧搅拌器，为将该混合容器中的材料推向上方及外侧的螺杆，所述螺杆是由位于中心的旋转轴和在旋转轴的周围、与旋转轴一体的倾斜的螺旋状的叶片构成的；

所述外侧搅拌器，为将该混合容器中的材料推向下方及内侧的旋转部件，所述旋转部件包括与所述内侧搅拌器的旋转轴同轴的筒状旋转轴，从所述筒状旋转轴放射性地设置的一对臂部件、从所述臂部件垂下的支承部件和分别固定在所述支承部件上的搅拌部件，每一个搅拌部件包括一个相对于所述外侧搅拌器的转动方向向前突出弯曲形成的上面部分、固定到所述支承部件上的中间部分和径向向内倾斜的下面部分。

2、按权利要求1所述的混合装置，其特征在于，所述容器由圆筒状的上部和倒园台形的下部构成。

3、按权利要求2的混合装置，其特征在于，所述下面部分的外侧对所述第二旋转方向向前、内侧对旋转方向向后地相对于旋转轴心的径向呈倾斜状。

4、按权利要求1所述的混合装置，其特征在于，还包括固定在所述外侧搅拌器的臂部件上的调流板，该调流板在内侧搅拌器和外侧搅拌器之间与外侧搅拌器一同旋转，将该容器内的混合材料推向内侧。

5、按权利要求4的混合装置，其特征在于，在外侧搅拌器上固定与该旋转部件结构相同的辅助旋转部件，该辅助旋转部件在内侧搅拌器和外侧搅拌器之间与外侧搅拌器一同旋转将该混合容器内的混合材料推向内侧。

6、一种混合方法，其特征在于，将混合材料投入到具有内侧搅拌器和外侧搅拌器的混合容器中，所述内侧搅拌器，位于所述混合容器的中部并且是由位于中心的旋转轴和在旋转轴的周围、与旋转轴一体的倾斜的螺旋状的叶片构成的螺杆，所述螺杆旋转时，可将混合容器内中心部的混合材料推向上方及外侧；所述外侧搅拌器，沿着所述混合容器的内圆周、与所述内侧搅拌器同轴转动并且包括沿容器中材料的整个纵向设置的搅拌部件；

所述内侧搅拌器和外侧搅拌器在所述混合容器中以相反的方向旋转，其中内侧搅拌器将混合材料从容器的中心向上推动，所述外侧搅拌器将混合材料从容器的圆周部向下推动，从而在所述容器的内部构成一个混合材料流，同时所述内侧搅拌器将混合材料从容器的中心向外推动，所述外侧搅拌器将混合材料从容器的圆周部向内推动，从而使径向向外运动的材料和径向向内运动的材料在内侧和外侧搅拌器之间发生碰撞，形成环形高压部。

7、按权利要求6的混合方法，其特征在于，使内侧搅拌器和外侧搅拌器以不同的旋转速度旋转、搅拌混合材料。

8、按权利要求6的混合方法，其特征在于，混合材料是水泥、水、细粒料和粗粒料。

9、按权利要求6的混合方法，其特征在于，混合材料是水泥、水、细粒料、粗粒料和起泡剂。

10、按权利要求6的混合方法，其特征在于，混合材料是水泥、水、细粒料、粗粒料和减水剂。

11、按权利要求6的混合方法，其特征在于，混合材料是水泥、水、细粒料、粗粒料和增强短纤维。

12、按权利要求6的混合方法，其特征在于，混合材料是水泥、水、细粒料、粗粒料和发泡剂、减水剂和增强短纤维中的至少一种。

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