CN105939844A - 用于固体/流体分离设备的背压控制 - Google Patents

Abstract

在此披露一种用于控制一个螺杆运送机压机中的背压的装置和方法，该螺杆运送机压机包括机筒和在该壳体中的一个或多个运送机螺杆。该装置包括用于形成该机筒的一个轴向区段并且具有用于面向该运送机螺杆的一个压力表面的一个机筒块。该机筒块的至少一部分可变形用于调节该压力表面的至少一部分与该运送机螺杆之间的间隔。可以包括用于使该可变形部分变形的一个安排，例如一个液压变形安排或机械变形安排。基本上该整个机筒块可以由可变形材料，优选地弹性可变形材料制成。该装置可以进一步包括用于封闭该机筒块的一个外壳，并且用于变形的该安排可以被定位在该外壳与该机筒块之间。该装置提供不依赖于运送机螺杆rpm的背压控制。

Description

用于固体/流体分离设备的背压控制

发明领域

本发明涉及固体/流体分离，并且具体地说是在压力下的固体/流体分离。

发明背景

已知用于通过固体/液体分离的工艺原料或工艺残渣处理的不同工艺，它们要求显著的停留时间、高压力和高温。总体上，液体必须在某些条件下与经处理的固体分离。常规的液体/固体分离设备对于实现高的液体/固体分离率和对于具有低液体含量的固体的处理而言不是令人满意的。

固体/液体分离通常是通过过滤并且利用过滤压机以分批操作进行的、或者通过螺杆压机或挤压机以连续方式进行的。许多生物质制乙醇的工艺产生湿的纤维浆料，必须在不同的处理步骤中从该浆料中分离出溶解的化合物和液体以便隔离出一种固体纤维性部分。例如，木质纤维素生物质的预处理中的处理效率的关键组分是从固体生物质/纤维素成分中水洗并压榨出水解的半纤维素糖类、毒素类、抑制剂类和/或其他提取物的能力。在纤维素预处理所需的高热和高压下从液体中有效地分离出固体是困难的。

固体/液体分离在许多其他的商业过程中也是必须的，诸如在食品加工(油抽提)、减少湿法提取工艺中废物流的体积、脱水工艺、悬浮固体去除中。

可以使用商业的螺杆压机来从固体/液体浆料中去除水分。然而，剩余的去液体后的固体饼块一般包含仅40％至50％的固体。这种分离水平在过滤步骤之后跟随有另一个稀释或处理步骤时可能是令人满意的、但在希望实现浆料的最大脱水而剩余的湿气主要是水的情况下不是令人满意的。这种不令人满意的低固体含量是由于常规螺杆压机所能应付的最大压力是相对低的，这个压力一般不超过大约100-300psig的分离压力。然而，它们的缺点是其固有的成本、复杂性和具有不超过50％固体含量的连续滤饼的局限性。

在固体/流体分离的过程中，固体部分中剩余的液体的量取决于所施加的分离压力的量、固体饼块的厚度、以及过滤器的孔隙度。压力的减小、饼块厚度的增加或者过滤器孔隙度的减小都将导致液体/固体分离程度降低并且导致固体部分的最终干度降低。对于特定的固体饼块厚度和过滤器孔隙度而言，最大分离是在可能的最高分离压力下实现的。

常规的单、双或三螺杆挤出机不具有对于生物质的低能量预处理所必须的停留时间，并且也不具有用于生物质的预处理的有用且有效的固体/流体分离装置。美国专利US 3,230,865和US 7,347,140披露了具有一个穿孔外壳的螺杆压机。此类螺杆压机的操作压力低，这是由于该穿孔外壳的强度低。美国专利US 5,515,776披露了一种蜗杆压机以及在压机夹套中的多个排放穿孔，这些穿孔增大了在所排液体的流动方向上的截面积。美国专利US 7,357,074是针对一种具有锥形脱水壳体的螺杆压机，该壳体具有多个穿孔以用于使得水从在压机中被压缩的大体积固体中排出。同样，使用了一种穿孔外壳或夹套。

已公布的美国申请US 2012/0118517披露了螺杆压机类型的固体/液体分离设备，该设备包括一种螺杆组件，该螺杆组件具有容纳压机螺杆的一个机筒。该机筒可以容纳具有至少部分插入的梯级段(flighting)的两个或更多个平行或不平行螺杆。这些螺杆的梯级段可以至少沿着挤出机机筒的长度的一部分插入，以便在该对螺杆之间并且在这些螺杆与过滤器或固体机筒开口之间限定紧密的间隙。该紧密间隙减少材料在向前运送时向后的反向滑动。用于在升高压力下分离的具有高孔隙度的一个固体/液体分离模块被并入机筒中。该过滤器模块旨在用于螺杆压机类型的系统中，并且包括对应地由形成一个排水系统的一对板制成的多个过滤组合件。具有多个狭槽的一个滤板形成用于有待去除的液体的多个流动通道，并且一个衬垫板形成用于在压榨动作期间包含固体的内部压力并且用于为这些流动通道形成排水通路的支撑件。为了控制内部压榨压力，调整压机螺杆或螺杆的每分钟转数(rpm)或配置，或者使用机筒的出口端处的一个可调板牙(die)。控制这些螺杆的转速/RPM是仅有的方式，其中浆料上的内部压榨压力的连续控制可以在常规压机中实现。此外，当机筒变得堵塞时，除了拆卸螺杆压机，不存在清理该机筒的方法。板牙的有用性是有限的，因为当遇到高固含量的材料时，它将堵塞。在压力控制限制于RPM控制的情况下，产品吞吐量和干燥度的优化难以实现。并且，由于输入送料可以改变含水量，通过压机螺杆的rpm来单独地控制内部压力可能不可实现。最后，通过rpm控制来防止堵塞是不可靠的。

机筒内的内部压力或“压榨”压力的发展是通过由螺杆上的多个向前运送元件产生的固体/液体材料的向前运送并且通过对该流动的限制而完成，该限制由不具有相同的向前运送能力的其他类型的多个螺杆元件所引起。这种压力生成是随着由最向前运送梯级段抵抗这些流动限制螺杆元件的力起作用而引起的向前力而变的。除了这些螺杆元件本身，这些螺杆元件的rpm、这些螺杆元件与固体/液体材料之间的摩擦因数、固体/液体材料的流变性/黏性、以及这些螺杆元件与机筒之间的间隙也影响所产生的内部压力。

在普通螺杆类型的压机中，一旦一个内部螺杆构型已经被安装在装置中并且以恒定温度操作，可以改变内部压力的仅有项是螺杆的rpm、影响固体/液体材料的流变性/黏性的特性、以及螺杆元件与固体/液体材料之间的摩擦因数。已知对摩擦和流变性具有影响的特性是固体/液体材料中的水的百分比和固体/液体材料内的水中的溶解固含量(诸如糖、蛋白质、盐、脂肪等的溶解固体的百分比)。可以影响这些特性的其他因素，包括施加到固体/液体材料的剪切能的量更加难以量化。

在所有固体/液体分离应用中，材料中的水的量随着材料通过螺杆压机而逐渐减少。对于恒定rpm和温度下的任何给定材料进给、螺杆元件和过滤器/机筒构型，所产生的运送力受固体/液体材料特性的影响，这些特性影响材料的流动。固体/液体材料的显著影响流动的一个关键特性是该固体-液体材料的黏性，并且该固体-液体材料的黏性的关键是与固体部分相比液体部分的大小或干燥物质百分比。具有高干燥物质含量的材料具有更高的黏性和更大的流动阻力，从而产生生成高压的潜力。具有低干燥物质含量的材料具有更低的黏性和更低的流动阻力，从而产生生成压力的较少潜力。随着含水量减少，固含量增加并且摩擦因数和流变性改变。这影响螺杆生成内部压力的能力。在大多数情况下，从材料去除水导致更高的摩擦因数和更高的黏性，这意味着由特定螺杆以特定rpm在固体/液体材料上所产生的内部压力随着含水量的减少而增加。存在于固体-液体混合物中的固体的量越低(因此液体的量越高)，该混合物与螺杆具有越少的摩擦，并且该混合物可以在固体/液体材料上以特定rpm产生的力/压力越少。

为了形成内部压力，材料的由该或这些螺杆上的梯级段生成的向前运送/移动必须由对该材料的移动的一些形式的限制而抵消。对材料移动的限制可以使用不同的螺杆构型来实现，但是在所有情况下由该螺杆元件在压力测量点下游的一个点处的向前运送的能力的减小而引起。反向运送区段或较少向前的运送区段的背压生成的控制被当前限制于挤出机螺杆的转速/rpm的调节和挤出机螺杆下游的板牙的潜在使用。

发明概述

本披露的一个目标是提供一种用于控制螺杆运送机压机中的背压以便克服上文所讨论领域的这些缺点中的至少一个的装置和方法。

在一个实施例中，本披露提供一种用于控制螺杆压机或挤压机(在下文中通常称为螺杆运送机压机)中的背压的方法。背压通过修改螺杆运送机压机的机筒与压机螺杆或挤出机螺杆(在下文中通常称为运送机螺杆)之间的间隔或间隙来控制。该间隙在机筒的至少一个轴向部分(在下文中也称为机筒块)中被修改。该间隙的修改通过朝向或远离运送机螺杆移动机筒块的压力表面而实现。如果存在插入的运送机螺杆，该间隙被优选地至少在这些运送机螺杆的重叠的区域中修改。

在另一个实施例中，本披露提供一种用于控制螺杆运送机压机中的背压的装置，该螺杆运送机压机包括一个运送机螺杆和容纳该运送机螺杆的一个机筒。该装置包括形成机筒的一个轴向区段并且具有用于面向运送机螺杆的一个内壁或压力表面的一个机筒块。该机筒块的至少一部分是可变形的，以用于调节压力表面与运送机螺杆之间的一个间隔。该装置优选地进一步包括用于可控制地使可变形部分变形以便朝向或远离运送机螺杆移动压力表面的一个安排。优选地，该安排是用于使可变形部分变形的一个机构。

在一个优选实施例中，整个机筒块是可变形的，并且该装置包括用于封闭机筒块的一个外壳。在另一个优选实施例中，该安排是用于压缩机筒块的一个液压安排。可替代地，该安排可以是用于压缩机筒块的一个机构。

在另一个优选实施例中，可变形部分由弹性可变形材料制成。可替代地，整个机筒块可以由弹性可变形材料制成。

在另一个实施例中，本披露提供一种增加螺杆运送机压机中的背压的方法，该螺杆运送机压机包括一个运送机螺杆和容纳该运送机螺杆的一个机筒。在一个优选实施例中，该方法包括以下步骤：优选地通过使轴向区段的一部分变形来减小机筒的该轴向区段与运送机螺杆之间的一个间隔或间隙。该轴向区段优选地包括用于面向运送机螺杆的一个压力表面，并且该变形移动该压力表面更接近运送机螺杆。

在另一个实施例中，本披露提供一种减少螺杆运送机压机中的背压的方法，该螺杆运送机压机包括一个运送机螺杆和容纳该运送机螺杆的一个机筒。在一个优选实施例中，该方法包括以下步骤：优选地通过使轴向区段的一部分变形来增加机筒的该轴向区段与运送机螺杆之间的一个间隔或间隙。该轴向区段优选地包括用于面向运送机螺杆的一个压力表面，并且该变形移动该压力表面进一步远离该运送机螺杆。

在另一个实施例中，本披露提供一种控制螺杆运送机压机中的背压的方法，该螺杆运送机压机包括一个运送机螺杆和容纳该运送机螺杆的一个机筒，该方法包括以下步骤：提供具有面向该运送机螺杆的的一个压力表面的一个可变形的机筒部分，并且通过使机筒部分变形用于移动压力表面朝向运送机螺杆来减小机筒部分与运送机螺杆之间的一个间隙或间隔直到达到所希望的背压来增加背压。相反地，本披露提供一种当背压超过所希望背压时通过使机筒部分变形以便移动压力表面远离运送机螺杆来增加间隙或间隔而减少背压的方法。该可变形机筒部分优选地由弹性可变形材料制成，并且该区段的用于移动压力表面朝向运送螺杆的变形优选地包括使该机筒的该区段从一种松弛状态变形为一种变形、压缩状态。该区段的用于移动压力表面远离运送机螺杆的变形然后包括允许可调节机筒区段至少部分地从压缩状态放松。在使用多个插入的运送机螺杆的螺杆运送机压机中，该可调节区段优选地是可变形的，以便移动压力表面朝向和远离这些螺杆相遇或重叠的该或这些区域。

在又一个实施例中，该装置被用于控制螺杆运送机压机中的一个反向运送区段的背压生成，并且包括用于形成该机筒的围绕该反向运送区段的至少一个轴向部分的一个区段的一个机筒块。插塞主体包括一个可变形部分和用于面向运送机螺杆的一个压力表面。该装置优选地包括用于使该可变形部分变形的一个安排，该安排用于通过使机筒块变形以便移动压力表面更接近反向运送区段并且减小中间间隙或者进一步远离该反向运送区段来增加该中间间隙而调节该反向运送区段与该机筒区段之间的一个间隔。在一个变体中，基本上整个机筒块是可变形的。

在本披露的该方法的又一个实施例中，该方法被用于控制螺杆运送机压机中的一个反向运送区段的背压生成并且包括以下步骤：在机筒中并入一个可调节机筒块用于形成该机筒的围绕该反向运送区段的至少一个轴向部分的一个区段，该可调节机筒块包括至少一个可变形部分，通过使该机筒块朝向该反向运送区段变形以便减小间隔直到实现该螺杆压机中的所希望背压来使该可变形部分变形，以用于调节该反向运送区段与该机筒区段之间的一个间隔。在一个优选实施例中，基本上整个可调节机筒块是可变形的。该方法优选地包括以下另外步骤：监测该压机中的背压，并且当该背压升高到所希望背压以上时，使该可变形部分远离该反向运送区段变形来增加该间隔，以便将该机筒中的背压减少到所希望背压。在一个优选实施例中，为了防止或逆转反向运送区段中的堵塞，这种方法包括另外步骤：监测螺杆运送机压机的材料吞吐量，并且当该材料吞吐量接近指示该压机的堵塞的一个值时，使该可调节机筒块远离该反向运送区段变形以便增加该间隔，直到材料吞吐量被重建。在另一个优选实施例中，该压机中的压力的监测通过在该压机的操作期间监测变形并维持该可变形部分的变形所需的力来实现。最优选地，这是利用该机筒块上的或该机筒块中的一个压力变换器或者包括在用来使该可变形部分变形的结构中的一个压力变换器来实现。

在本披露的该方法的又一个实施例中，该方法被用于确保螺杆运送机压机的连续操作并且包括以下步骤：在机筒中并入一个可变形机筒块用于形成该机筒的围绕该反向运送区段的至少一个轴向部分的一个区段；通过使该机筒块朝向该反向运送区段变形以便减小间隔直到实现该螺杆压机中的所希望背压来使该机筒块变形，以用于调节该反向运送区段与该机筒区段之间的一个间隔；监测螺杆运送机压机的材料吞吐量，并且当该材料吞吐量接近指示该压机的即将发生的或实际堵塞的一个值时，使该机筒块远离该反向运送区段变形以便增加该间隔，直到材料吞吐量被重建。

在再一个实施例中，本披露提供一种用于控制螺杆运送机压机中的背压生成的可调节机筒区段，该螺杆运送机压机包括一个运送机螺杆和容纳该螺杆的一个机筒，该机筒包括多个区段，该可调节机筒区段包括用于并入到该机筒中并且连接到至少一个其他机筒区段上的一个外壳和用于围绕运送机螺杆的至少一个轴向部分的一个柔性机筒块，该柔性机筒块具有面向该轴向部分并且可变形用于移动该压力表面更接近或进一步远离该运送机螺杆的一个压力表面，以及用于使该柔性壁朝向或远离该运送机螺杆变形来调节该反向运送区段与该柔性内壁之间的一个间隔的装置。优选地，基本上整个柔性机筒块由弹性可变形材料制成，更优选地是由橡胶材料或聚合物弹性材料制成。最优选地，柔性机筒块的压力表面包括摩擦减少磨光和磨损减少磨光中的至少一个。该磨损减少磨光可以由至少一个磨损材料插入件提供或者由机筒块上的一个磨损材料盖件提供，该磨损材料盖件提供面向运送机螺杆的压力表面。该压力表面可以是包封在外壳中的一个柔性机筒块的一个整体部分，并且用于变形的装置可以是填充有液压液的至少一个液压室，用于使机筒块通过液压室的正加压朝向反向运送区段变形并且通过液压室的负加压远离反向运送区段变形。该外壳可以包括至少两个液压室。在另一个实施例中，用于变形的装置是用于径向地压缩机筒块以便移动压力表面更接近反向运送区段的一个轴线的一个机构。优选地，该机构将一个致动器的轴向运动转变成柔性内壁的径向压缩。在再一优选实施例中，用于变形的装置是在运送机螺杆上方和下方用于控制螺杆的这些反向运送元件与可调节机筒区段的压力表面之间的间隔的液压活塞类型的致动器。

在一个实施例中，本披露提供一种用于控制螺杆运送机压机中的一个反向运送区段的背压生成的装置，该螺杆运送机压机包括一个运送机螺杆和容纳该螺杆的一个机筒。该背压通过使用一个可调节机筒区段调节螺杆与机筒的至少一个区段中的机筒壁之间的间隔来控制。该可调节机筒区段朝向运送装置是可变形的以便减小螺杆与机筒壁之间的一个间隔，并且远离该运送装置是可变形的以便增加该螺杆与该机筒壁之间的该间隔。

在另一个实施例中，本披露提供一种用于控制螺杆运送机压机中的一个反向运送区段的背压生成的方法，该螺杆运送机压机包括一个运送机螺杆和容纳该螺杆的一个机筒。该方法包括以下步骤：在机筒中包括一个可调节机筒区段，该可调节机筒区段是可变形的；并且使该可调节机筒区段朝向运送机螺杆变形，以便减小该运送机螺杆与该机筒区段的一个内壁之间的一个间隔，直到实现该螺杆压机中的所希望背压。优选地，该方法包括以下另外步骤：监测压机中的背压，并且当该背压增加到所希望背压以上时，使该可调节机筒区段远离运送装置变形，以便增加运送螺杆与该可调节机筒区段之间的一个间隔并且将该机筒中的背压减少到所希望背压。

在另一个实施例中，该方法包括用于防止或逆转运送机螺杆中的堵塞的多个另外步骤，这些另外步骤是：监测螺杆运送机压机的材料吞吐量，并且如果该材料吞吐量接近指示该压机的即将发生的或实际堵塞的一个水平，则使该可调节机筒区段远离该运送机螺杆变形，以便增加该运送机螺杆与该可调节机筒区段之间的该间隔，直到材料吞吐量被重建。

在本披露的装置的另一个实施例中，该可调节机筒区段由具有一个柔性内壁的一个机筒区段组成，优选地由具有或不具有多个磨损材料插入件的橡胶或类似聚合物制造。该壁优选地由在运送机螺杆上方和下方的一组液压活塞类型的致动器是可移动的，用于控制螺杆的这些反向运送元件与可调节机筒的壁之间的间隔。该可调节机筒区段自身可以用作一个具有区段的液压活塞，该区段包括用于连接到多个邻近机筒区段上的一个壳体和形成柔性内壁并且将该壳体分离成至少两个腔室的一块柔性材料，每个腔室被填充有一种不可压缩液体并且该壳体具有用于将液体供应到该腔室中或者从该腔室去除液体的一个连接器，用于通过改变该腔室中的液体的压力来使该柔性内壁变形。

通过改变这些反向元件与周围的机筒区段之间的间隙，该材料对于特定流动速率的速度被操纵，从而增加或减少对针对相同流动速率的流动的限制，并且从而增加或减少所建立的总背压。通过增加这些反向元件与机筒区段之间的间隔，在反向运送区段中发生减少该反向力的另外的滑动，从而减少背压。

尽管该背压控制装置优选地包括用于主动地使机筒块的可变形部分变形的一个结构，该装置也可以以一种被动模式使用并且不具有主动变形结构，或者具有被禁用的变形结构。可变形部分的材料特性可以被选择成足够地刚性，以便在反向运送区段处抵抗机筒中的所希望的操作压力，但是在更高的操作压力下屈服。利用这种装置，压力表面与反向运送区段之间的间隔自动地增加到所希望的操作压力以上，从而显著地减少堵塞的风险，同时仍然确保维持充分的背压用于固体/流体分离过程和设备的连续操作。

利用如所描述的新的背压控制装置，螺杆类型的固体/液体分离装置的总操作被改善，因为干燥物质中的变化和其他材料特性可以被调节和管理。这种背压控制装置可以被用于干燥固体，并且形成与纯液体流上的过程控制阀相同的原理功能。

本领域的普通技术人员在结合附图审阅以下对多个特定实施例的描述后将了解本披露的其他方面和特征。

附图简要说明

为了更好地理解在此描述的这些实施例并且更清楚地显示可以如何实施这些实施例，现将仅以举例的方式对这些其中仅示出示例性实施例的附图加以参照，并且在附图中：

图1是根据本披露的一个螺杆运送机压机的示意图；

图2是图1的螺杆运送机压机的操作的示意图；

图3是本披露的背压控制装置的一个示例性实施例的透视图；

图4是图3的装置的前正视图；

图5是图4的装置的俯视平面图；

图6是图5的装置的侧面正视图；

图7是图3的装置的分解视图；

图8是图3的装置的沿着图5中的线A-A所截取的截面视图；

图9是图3的装置的沿着图6中的线C-C所截取的截面视图；

图10是图3的装置的沿着图6的线D-D所截取的截面视图；

图11是图3的装置的一个可变形机筒块的透视图，包括用于耐磨损性的一个钢衬；

图12是包括多个磨损插入件的一个可变形机筒块260的前正视图；

图13A是具有一个钢衬的一个机筒块的底部区段；

图13B是图13A的机筒块区段的截面视图；并且

图14是根据本披露的背压控制装置的另一个实施例的截面视图。

优选实施方式的详细说明

将理解的是，为了展示的简化和清楚，在认为适当时，可以在这些图中重复参考数字以指示相应的或类似的要素或步骤。此外，列出了众多的具体细节以便提供对于在此描述的这些示例性实施例的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将理解的是，可以实施在此描述的这些实施例而无需这些具体细节。在其他情况下，没有对众所周知的方法、程序和组成部分进行详细描述以便不干扰在此描述的这些实施例。此外，本说明不得理解为以任何方式限制在此描述的这些实施例的范围，而是仅描述了在此描述的这些不同实施例的实现方式。

本披露涉及螺杆运送机压机，也称为挤压机，具体地说是被用于固体/液体分离的螺杆运送机压机。此类螺杆压机通常包括并联作用并且可以被插入的一个、两个或三个运送机螺杆。具体地说，这些运送机螺杆可以包括被插入用于生成如针对不同应用所希望的运送压力和剪切力的多个梯级段。

图1是根据本披露的螺杆运送机压机的一个示例性实施例的示意图。在这个实施例中，该螺杆压机用作一个固体/流体分离设备100。容易理解的是该压机可以包括一个、两个或三个运送机螺杆。在本披露中所讨论的示例性实施例中，该设备包括具有多个机筒模块112、多个分离模块114、以及至少一个背压调节模块116的一个双螺杆挤出机110，该挤出机110由一个电动机126通过一个中间齿轮箱驱动124驱动。根据该机筒的长度，多个机筒模块112和多个分离模块114的数量可以比所示的高得多。同样，多个机筒模块112对多个分离模块114的比率可以取决于有待由该螺杆压机执行并且在其中执行的对应过程而变化。例如，机筒可以在该机筒的输入端处包括仅一个机筒模块112，在该机筒的输出端处包括背压调节模块116，并且在其间仅包括多个分离模块114。当然，如果固体/流体分离设备100有待包括多个压榨区段，两个或更多个模块116可以被并入和放置在沿着该机筒的有待控制背压的这些位置处。

运送机螺杆向前运送的能力由不同结构特征确定，诸如螺杆上的这些向前运送元件的间距、体积、形状和运送方向的改变。多个运送机螺杆可以包括多个向前运送元件以及多个反向运送元件。多个反向运送元件可以被设置在该螺杆上，这些反向运送元件呈现对向前材料流动的限制，并且在螺杆压机中生成升高的内部压力，不管所处理的固体/液体材料的成分如何。为了避免机筒的堵塞并且为了保持材料连续地从入口端流动到该机筒的排出端，由这些向前运送元件产生的向前运送力必须始终大于由这些反向(或“限制”)螺杆元件所形成的在相反方向上的力。如果任何时候在螺杆构型的任何部分中，这些向前力不超过这些反向或流动限制力，材料停止流动并且挤出机变得“堵塞”。一旦挤出机被“堵塞”，分离过程必须停止并且该挤出机必须被清理干净，这是昂贵的并且应当避免，尤其是因为清理干净仅可以通过拆卸该挤出机来实现。相反地，在该挤出机中不存在任何反向作用力的情况下，较小的内部压力生成，并且较少或没有液体将通过过滤器被压榨出，并且较少或没有固体-液体分离将发生。因此希望的是在没有堵塞该挤出机的情况下生成可能的最高内部压力，以便最大化螺杆装置的固体-液体分离作用并且维持挤出机的连续操作。

为了在所有操作条件下形成较高内部压力，多个向前作用运送元件的设计需要使得可获得的向前运送力的量始终超过高度可变的反向运送力，这可以在不同的操作条件下发生。特别注意的是材料摩擦因数和流变性的改变是作为改变的水去除和输入材料的成分的变化的结果。

在现实世界的连续操作中，所去除的水的量根据螺杆rpm、材料进给速率、以及引入口处的材料的成分而变化。越多的水被去除，材料变得越干并且影响向前力和反向力的这些特性改变越多。因此，由于摩擦因数和流变性特性通常随含水量指数地变化，螺杆构型的向前运送能力必须被保守地设计成将反向作用力中所预期的任何和所有改变考虑在内，以便防止堵塞。这些向前作用运送元件的保守设计必要地伸长该系统的长度，这对该系统带来了严重的限制，因为如果该保守设计在全部系统长度上伸长，该系统执行其他功能(诸如用于在已经压榨出水后水洗这些固体的注水)的能力被剥夺。由于干燥对摩擦因数和流变性的力效应指数地增加，向前运送保守性的量需要较大，以便显著地减少堵塞的机会。

图2是根据本披露的另一个示例性螺杆运送机压机100和操作该压机的一个示例性过程的示意图。该压机具有一个机筒130，该机筒具有一个输入端132、一个输出端134、具有多个滤板137的多个分离区段136、以及具有背压控制模块139的一个背压区段138。该压机进一步包括一个运送机螺杆140，该运送机螺杆具有带有多个向前运送元件142的一个向前运送区段141和带有多个反向运送元件144的一个反向运送区段143。包括多种固体160和多种液体162的一种固体/液体混合物在输入端132处被馈送到料斗164中。该混合物由这些向前运送元件142向前运送。自由水166在分离过程早期在第一分离区段136中过滤出。根据本披露的用于用作固体-液体分离压机中的多个分离区段136的多个分离模块，并且具体地说是可用作一个螺杆运送机压机中的过滤装置的那些装置在共同未决申请US 2012/0118517和USSN 61/909,594中描述，这些申请的披露内容都通过引用以其全部内容结合在此。然而，在本披露的这些示例性实施例中所使用的过滤装置或分离模块的类型不是关键的，并且不同过滤模块或分离模块的构造和功能在此将不再详细讨论。

由于液体是沿着螺杆挤出机100的长度被逐渐压榨出固体-液体材料的，该液体的干燥物质增加并且因此该液体的黏性增加，从而导致对流动的逐渐更高的限制和沿着挤出机100的长度产生的更高的压力。这对于这些反向运送元件144尤其真实，这些反向运送元件在螺杆装置100的该末端处形成对流动的大部分限制，因为它们被暴露至最高干燥物质材料。实质上，为了推动材料经过这些反向运送元件，包含较少黏性材料并且存在有许多的所有向前运送元件142与仅存在有很少的这些干燥材料反向运送元件144之间存在一个不均匀的“拔河”。

在所有这些运送螺杆中始终存在滑动。这些向前运送元件142中的滑动更容易发生，因为干燥物质含量比这些反向运送元件144中的干燥物质的含量更低(更多液体)。这形成对于比多个反向作用元件144大得多的数量的向前作用运送元件142的需求。如果在任何时候这些向前作用运送区段141的滑动达到这些区段无法生成足够力/压力来克服反向运送区段143的这些反向作用力的程度，材料流动将停止并且在实际意义上该挤出机被“堵塞”。

必要地，为了实现最佳固体/液体分离，该系统必须在反向运送区段143中与相对高干燥物质材料一起操作，这总是需要由向前运送区段141生成高向前力。由于对这些反向运送机144中的相对干燥材料的流动的摩擦因数或阻力以大得多的速率指数地增加，具有比较潮湿的向前运送区段141增加的干燥度，在反向区段143中的干燥物质中仅采取轻微的改变以便极大地影响固体液体分离和双螺杆挤出机100的操作。将这与反向运送区段143比向前运送区段141小得多的事实相结合，能够在螺杆挤出机中控制这个区段将是用于优化固体/液体分离的一个较大因素。

一旦在一个常规螺杆压机中设定一个内部螺杆构型，影响这些运送元件中的运送力的唯一方式是改变这些运送机螺杆的转速。速度越高，力越高，但是关于这些向前区段和这些反向区段，反向区段看到更大的效果。随着速度增加，内部压力增加、滑动增加、材料的干燥物质增加，但是由于反向运送区段143中的效果以比其在向前运送区段141中的速率更大的速率增加，可能出现流动将停止并且挤出机将被堵塞的一个点。

本披露的展示的示例性挤出机单元包括一个双螺杆组件，该双螺杆组件具有多个平行的或不平行的螺杆，其中这些螺杆的梯级段至少沿着挤出机机筒的长度的一部分插入，以便在这些螺杆之间以及这些螺杆与机筒之间限定紧密间隙。可以使用多个圆柱形的或楔形的、锥形的螺杆。优选的是楔形的锥形螺杆，最优选的是不平行的锥形螺杆。该紧密间隙形成具有增大的剪切力的多个夹挤区域。这些夹挤区域在机筒内形成多个高压区，这些高压区将材料向前推而同时该材料被揉捏和剪切。还提供了一个专门的流体分离单元，该流体分离单元允许从经挤出的混合物中有效地提取出流体。

为了允许反向运送区段143中产生的背压通过这些反向运送元件144进行调节，本披露传授利用现有技术的螺杆运送机压机不可能的一种解决方案，即机筒与运送机螺杆之间的间隔通过一个背压控制模块139进行调节。以下将参考图3至图12讨论根据本发明的一个背压控制模块的一个示例性实施例。

图3是根据本披露的一个背压控制模块139的透视图，该背压控制模块包括一个外壳200、一个可变形机筒块260、以及一对顶部液压单元250和底部液压单元252。外壳200由水平地分为一个顶部半部212和一个底部半部214的一个前壁210、水平地分为一个顶部半部222和一个底部半部224的一个后壁220、以及同样水平地分为顶部半部232、234和底部半部242、244(见图6)的外壳壁230、240(仅示出230，至于240见图5)组装而成。为了便于制造和组装，机筒块260也被水平地分为一个顶部部分262和一个底部部分264。图4是图3的背压控制模块139的前正视图，该图示出前壁210的顶部半部212和底部半部214、机筒块260的顶部部分262和底部部分264、以及顶部液压单元250和底部液压单元252。图5是图3的背压控制模块139的俯视平面图，该图示出前壁210和后壁220、顶部液压单元250、以及左外壳壁230和右外壳壁240。图6是图3的背压控制模块139的侧面正视图，该图示出右外壳壁240的顶部半部242和底部半部244(左外壳壁230和半部232、234未示出)。图6进一步示出顶部液压单元250和底部液压单元252的活塞282和284、以及对应地固定到这些活塞上的压力板292和294。

图7是图3的背压控制模块139的分解视图，该图示出模块139的一个顶部部分202和一个底部部分204。顶部部分202包括具有活塞282以及相关联的压力板292和间隔板293的顶部液压单元250，前壁210和后壁220的顶部半部212和222，左侧壁230和右侧壁240的顶部半部232、242以及机筒块260的顶部部分262。底部部分204包括具有活塞284以及相关联的压力板294和间隔板295的底部液压单元252，前壁210和后壁220的底部半部214和224，左侧壁230和右侧壁240的底部半部234、244以及机筒块260的底部部分264。在图7中所示的优选实施例中，前壁210和后壁220的顶部半部212和222以及左侧壁230和右侧壁240的顶部半部232、242全部被整合到由用于增加强度的单块材料制成的一个顶部外壳区段206中。同样地，前壁210和后壁220的底部半部214和224以及左侧壁230和右侧壁240的底部半部234、244全部被整合到一个底部外壳区段208中并且由用于增加强度的单块材料制成。顶部外壳区段206包括用于接收顶部压力板292和间隔板293的一个中心垂直孔口207，而底部外壳区段208包括用于接收底部压力板294和间隔板295的一个中心垂直孔口209。压力板292和294对应地与附接的间隔板293和295一起抵靠机筒块260的顶部部分262和底部部分264搁置，用于通过由液压单元250、252通过活塞282、284和相关联的压力板292、294所生成的推力的传输来压缩该机筒块的顶部部分262和底部部分264。间隔板293、295可以被替换以便调节在活塞282、284的最大冲程期间施加在机筒块260上的压缩度。通过使用这些间隔板，可以在不必须完全地拆卸该螺杆压机的情况下调节压缩度。仅去除顶部液压单元250和底部液压单元252，需要利用更厚或更薄的板来替换这些安装的间隔板并重新附接这些液压单元。图7还示出多个垂直对准条300，这些垂直对准条被接收在设置在这些外壳壁中的多个凹陷302中，以便对准机筒块260的顶部部分262和底部部分264，并且以便将机筒块260锁定在模块139的顶部部分202和底部部分204中。

图8是图3的背压控制模块139的沿着图5中的线A-A所截取的截面视图，并且图9是图3的背压控制模块139的沿着图6中的线C-C所截取的截面视图。如从图8和图9明显的是，液压单元250、252中的每一个包括具有一个中心圆柱形孔254的一个壳体253和通过从一个液压泵(未示出)供应到活塞255前面或后面的一个间隔的液压流体在孔254中可往复运动的一个液压活塞255，如将对液压致动器领域的技术人员来说容易明显的。该液压流体的压力与该材料中的内部压力成正比，该材料被通过机筒块260压榨。因此，该液压系统优选地包括用于监测流体压力并且因此监测螺杆压机100中的背压的一个压力传感器(未示出)。活塞255合并有一个压杆256，该压杆具有一个梯级段头插口257，相关联的压力板292或294被拧入该梯级段头插口中。顶部液压单元250被螺栓连接(未示出)到顶部外壳区段206上，用于对准压力板292与中心孔口207。相应地，底部液压单元252被螺栓连接(未示出)到底部外壳区段208上，用于对准压力板294与中心孔口209。间隔板293、295被由多个螺栓296紧固到对应地相关联的压力板292、294上。一个压力变换器(未示出)可以在压力板292、294与相关联的间隔板293、295之间或者间隔板293、295与机筒块260之间的任何地方并入，用于测量施加在机筒260上的压力，该压力如先前提及地与通过块260强加在材料中的压力成正比。这表示用于监测压机中的压力的另一种设置。产生与施加在块260上的压力成比例的一个信号的其他变换器也可以被用于监测螺杆压机100中的内部压力。机筒块260的顶部部分262和底部部分264由顶部区段206和底部区段208夹在一起，该顶部区段和该底部区段当由多个螺栓211紧固在一起时适合地围绕机筒块260。通过在外壳200中紧紧地且适合地夹住机筒块260，防止由于这些运送机螺杆(见图9)的旋转而产生机筒块260在外壳200中的移动。

在操作期间，优选地在这些反向运送元件144(见图2)的位置处安装在螺杆压机100中的背压控制模块139被用于通过这些运送机螺杆140与机筒块260的面向这些运送机螺杆140的一个压力表面261之间的间隔340的调节的背压控制。间隔340可以通过使机筒块260的可变形材料变形来调节，以便移动压力表面261更接近这些运送机螺杆140。在图9中所示的实施例中，这通过向液压单元250、252供应经加压的液压流体用于迫使这些活塞255和多个连接的压杆256朝向机筒块260向外移动来完成。这种移动对应地迫使压力板292、294朝向顶部机筒区段262和底部机筒区段264，从而将这些连接的间隔板293、295对应地压入顶部机筒区段262和底部机筒区段264的材料中。由于机筒块260被紧紧地夹在外壳200内，机筒块260的材料无法避免由间隔板293、295在(除了朝向这些运送机螺杆140的)任何方向上施加的压缩。这种变形移动压力表面261更接近这些运送机螺杆140，这使得间隔340变窄并且允许由这些反向运送元件144生成的背压的调节。如果背压变得太高，机筒块的压缩可以通过向液压单元250、252供应经加压的液压流体用于迫使这些活塞255和多个连接的压杆256向内并远离机筒块260移动来反向。

图10是图3的背压控制模块139的沿着图6中的线D-D所截取的截面视图。图10示出包括一个壳体253、活塞282、284以及相关联的压力板292和294的液压单元250、252。顶部液压单元250被螺栓连接(未示出)到顶部外壳区段206上，并且底部液压单元252被螺栓连接(未示出)到底部外壳区段上。机筒块260的顶部部分262和底部部分264由顶部区段206和底部区段208夹在一起，该顶部区段和该底部区段适合地围绕机筒块260并且在外壳200中紧紧地且适合地夹住机筒块260，通过多个间隔条300防止由于这些运送机螺杆(见图9)的旋转而产生机筒块260在外壳200中的移动。

图11是图3的装置的一个可变形机筒块260的透视图。可变形机筒块260由可变形材料制成，优选地是弹性可变形材料并且具有用于面向这些运送机螺杆140的一个压力表面261。橡胶、弹性聚合物或类似弹性可变形材料可以被用于机筒块。尽管制造相同材料的整个块代表为了制造目的的最容易方式，可变形材料，尤其是弹性材料是昂贵的并且不具有优越的耐磨性。因此，机筒块260可以由可变形和非可变形部分制成，如图12、图13A和图13B中所示。用于机筒块260的另一个替代构造将使用一个规则的机筒区段，切断位于这些间隔板293、295下方的一个中心部分(未示出)，并且利用可变形(优选地弹性)材料替换所切断的部分。如果使用橡胶材料，该材料可以被直接地硫化到切片的机筒区段(未示出)的剩余片上。其中机筒块260包括一个或多个可变形区段的其他构造也是可设想的，并且包括在本披露的传授内容中。优选地，为了便于机筒块的制造和模制，机筒块260被在一对相同的顶部区段262和底部区段264中制造。在安装的条件下，如图8-图10中所示，相同的顶部部分262和底部部分264被堆叠，其中顶部部分262被倒置放置在该底部部分的顶部上用于每个部分中的该对凹槽265，从而共同形成一对邻近的运送机螺杆机筒。多个间隔杆300被用于顶部部分262和底部部分264的横向对准。在图11中所示的机筒块的优选实施例中，这些凹槽265配备有一个磨损内衬，如将关于图13A和图13B更详细描述的。

图12是一个可变形机筒块260的前正视图，多个磨损插入件267包括在压力表面261中，这些磨损插入件由耐磨损材料制成，例如金属，优选地是钢或硬塑料，该材料优选地还提供摩擦减少磨光，诸如四氟乙烯。这些磨损插入件267可以在模制期间被并入顶部部分262和底部部分264中，或者通过在模制后对这些部分进行切片并且优选地在粘合剂的帮助下将这些切片和这些插入件夹在中间。

图13A是一个机筒部分262或264的透视图，包括一个磨损内衬作为压力表面261，在所示优选实施例中是如从图13B最佳地看到的钢的薄层，图13B是图13A的机筒部分的截面视图。机筒部分262、264包括一个钢衬269，该钢衬被模制成精确地遵循机筒部分的凹槽轮廓，并且横向延伸经过这些凹槽到机筒部分的外边缘270。当机筒部分262、264被如上文所讨论地在壳体200内夹在一起时，这锁定内衬269抵抗移动。内衬269可以被插入模具中用于在模制过程期间结合到机筒部分，或者可以在完成机筒部分的模制后被粘附地连接到机筒部分上。

图14示出本披露的背压控制装置139的一个替代实施例。为了简化该装置的构造，压力板292、294被嵌入机筒块260的顶部部分262和底部部分264中，液压单元250、252和它们的活塞被完全地省略，并且该机筒块的压缩通过对在机筒块260上方和下方设置在外壳200中的一个小腔室350进行加压而实现。经加压的流体(压缩气体或液压流体)被通过与顶部外壳206和底部外壳208成一体的一个凸缘352而供应到腔室350。通过控制腔室350中的压力，机筒块260与这些运送机螺杆140之间的间隔340可以被控制。压力的增加使机筒块260朝向这些运送机螺杆140变形从而减小间隔340，而压力的减少允许机筒块材料松弛并且从这些运送机螺杆回缩从而增加间隔340。通过减小间隔340，本披露的螺杆运送机压机(包括如图14中所示的一个背压装置)中可实现的背压增加。相反地，增加该间隔会减少背压。

如果机筒块中的意味着这些机筒块部分中的这些凹槽的深度或半径的这些孔被选择成相对于对应地使用的这些运送机螺杆是过大的，本披露的背压控制装置可以不仅仅被用于背压控制，而且被用于防止堵塞。这通过在外壳中夹住机筒块并且压缩该机筒块直到实现所希望的背压而实现。通过监测螺杆压机的材料吞吐量，可以确定该吞吐量何时减少到指示堵塞开始或发生的水平。在那时，机筒块的压缩的逐渐减少可以引起背压的充分减少，以便重建所希望的吞吐量。如果堵塞情况持续，机筒块的压缩可以被完全地释放，优选地几乎立即释放，以便允许所形成的堵塞由于背压的完全缺乏而被迫离开反向运送区段。这将实质上确保无堵塞操作或者将至少允许螺杆压机的不堵塞在没有拆卸该压机的情况下执行。

虽然本披露已经描述并展示了某些实施例，但还应当理解的是，所描述的系统、设备和方法不局限于这些具体实施例。而是，应当理解，作为已经在此描述和展示的这些具体实施例和特征的所有功能上或机械上的等效物的所有实施例都被包含在内。

应当理解的是，虽然关于这些实施例中的一个或另一个描述了多种不同的特征，但这些不同特征和实施例可以与在此描述和展示的其他特征和实施例组合或联合使用。

Claims (29)

1.一种用于控制包括运送机螺杆和容纳该运送机螺杆的机筒的一个螺杆运送机压机中的背压的装置，该装置包括用于形成该机筒的一个轴向区段并且具有用于面向该运送机螺杆的一个压力表面的一个机筒块，该机筒块的至少一部分是可变形的用于调节该压力表面的至少一部分与该运送机螺杆之间的间隔。

2.如权利要求1所述的装置，进一步包括用于使该可变形部分变形的一个安排。

3.如权利要求2所述的装置，其中该安排是用于使该可变形部分变形的一个机构。

4.如权利要求3所述的装置，其中基本上该整个机筒块由可变形材料制成。

5.如权利要求4所述的装置，其中该装置包括用于封闭该机筒块的一个外壳，并且该安排被定位在该外壳与该机筒块之间。

6.如权利要求5所述的装置，其中该安排是用于压缩该机筒块的一个液压安排。

7.如权利要求5所述的装置，其中该安排是用于压缩该机筒块的一个机构。

8.如以上权利要求中任一项所述的装置，其中该可变形部分由弹性可变形材料制成。

9.如权利要求8所述的装置，其中基本上该整个机筒块由弹性可变形材料制成。

10.一种控制包括运送机螺杆和容纳该运送机螺杆的机筒的一个螺杆运送机压机中的背压的方法，该方法包括以下步骤：使该机筒的一个区段变形用于修改该机筒的该区段与该运送机螺杆之间的间隔。

11.一种增加包括运送机螺杆和容纳该运送机螺杆的机筒的一个螺杆运送机压机中的背压的方法，该方法包括以下步骤：使该机筒的一个区段朝向该运送螺杆变形用于减小该机筒的该区段与该运送机螺杆之间的间隔。

12.一种减少包括运送机螺杆和容纳该运送机螺杆的机筒的一个螺杆运送机压机中的背压的方法，该方法包括以下步骤：使该机筒的一个区段远离该运送机螺杆变形用于增加该运送机螺杆与该机筒区段之间的间隔。

13.一种控制包括运送机螺杆和容纳该运送机螺杆的机筒的一个螺杆运送机压机中的背压的方法，该方法包括以下步骤：使该机筒的一个可调节区段朝向该运送螺杆变形用于减小该机筒的该可调节区段与该运送机螺杆之间的间隔，并且使该可调节区段远离该运送螺杆变形用于增加该间隔。

14.如权利要求13所述的方法，其中该机筒的该可调节区段由弹性可变形材料制成，并且朝向该运送螺杆的该变形包括使该机筒的该可调节区段从一种松弛状态弹性变形成一种压缩、操作状态，并且远离该运送机螺杆的该变形包括允许该可调节区段至少部分地从该压缩状态松弛。

15.一种用于控制包括运送机螺杆和容纳该螺杆的机筒的一个螺杆运送机压机中的一个反向运送区段的背压生成的装置，该装置包括用于形成该机筒的围绕该反向运送区段的至少一个轴向部分的一个区段的一个可调节机筒块，该可调节机筒块包括可使该运送机螺杆往复地变形的一个可变形部分和面向该运送机螺杆的一个压力表面、以及用于使该可变形部分变形的装置，该装置用于通过使该可变形部分变形来移动该压力表面更接近该反向运送区段以便减小该间隔或者进一步远离该反向运送区段以便增加该间隔而调节该反向运送区段与该机筒区段之间的间隔。

16.一种用于控制包括运送机螺杆和容纳该螺杆的机筒的一个螺杆运送机压机中的一个反向运送区段的该背压生成的方法，该方法包括以下步骤：在该机筒中包括用于形成该机筒的围绕该反向运送区段的至少一个轴向部分的一个区段并且具有面向该反向运送区段的一个压力表面的一个可调节机筒块，该可调节机筒块包括可使该运送机螺杆往复地变形的一个可变形部分，从而使该可变形部分变形，用于通过使该可变形部分朝向该反向运送区段变形以便减小该间隔直到实现该螺杆压机中的一个所希望的背压来调节该反向运送区段与该压力表面之间的间隔。

17.如权利要求16所述的方法，包括以下另外步骤：监测该压机中的该背压，并且当该背压升高到该所希望的背压以上时，使该可变形部分远离该反向运送区段变形，以便增加该间隔来将该机筒中的该背压减少到该所希望的背压。

18.如权利要求17所述的方法，包括：为了防止或逆转该反向运送区段中的堵塞，监测该螺杆运送机压机的材料吞吐量，并且当该材料吞吐量接近指示该压机的即将发生的或实际堵塞的一个值时，使该可变形部分远离该反向运送区段变形以便增加该间隔直到材料吞吐量被重建的这些另外步骤。

19.一种用于控制包括运送机螺杆和容纳该螺杆的机筒的一个螺杆运送机压机中的一个反向运送区段的背压生成的可调节机筒区段，该机筒包括多个区段，该可调节机筒区段包括用于并入该机筒中并且连接到至少一个其他机筒区段上的一个外壳和用于围绕该反向运送区段的至少一个轴向部分并且具有用于面向该反向运送区段的一个压力表面的一个可调节机筒块，该可调节机筒块具有可变形以便移动该压力表面更接近或进一步远离该反向运送区段来调节该压力表面与该反向运送区段之间的一个间隔的一个可变形部分，以及用于使该可变形部分变形来调节该反向运送区段与该压力表面之间的该间隔的装置。

20.如权利要求19所述的装置，其中该可变形部分由弹性可变形材料制成。

21.如权利要求20所述的装置，其中该可变形区段由橡胶材料或类似的聚合物弹性材料制成。

22.如权利要求21所述的装置，其中基本上该整个可调节机筒块是可变形的，并且该压力表面包括摩擦减少磨光和磨损减少磨光中的至少一个。

23.如权利要求22所述的装置，其中该磨损减少磨光是形成该压力表面的部分的至少一个磨损材料插入件。

24.如权利要求23所述的装置，其中该至少一个磨损材料插入件是一个金属片。

25.如权利要求19至24中任一项所述的装置，其中用于变形的该装置是在该运送机螺杆上方和下方用于控制该螺杆的这些反向运送元件与该可调节机筒块的该压力表面之间的该间隔的多个液压活塞类型的致动器。

26.如权利要求19至24中任一项所述的可调节机筒区段，其中该压力表面是包封在该外壳中的一个柔性机筒块的一个整体部分，并且用于变形的该装置是填充有液压液的至少一个液压室，用于使该机筒块通过该液压室的正加压朝向该反向运送区段变形并且通过该液压室的负加压远离该反向运送区段变形。

27.如权利要求26所述的可调节机筒区段，其中该外壳包括至少一对液压室。

28.如权利要求19至24中任一项所述的可调节机筒区段，其中用于变形的该装置是用于朝向该反向运送区段的一个轴线径向地压缩该可变形部分的一个机构。

29.如权利要求28所述的可调节机筒区段，其中该机构将一个致动器的轴向运动转变成该可变形部分的径向压缩。