CN107000252B - 生产高达100％沥青路面回料再生混料的热(或温)拌装置 - Google Patents

生产高达100％沥青路面回料再生混料的热(或温)拌装置 Download PDF

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Abstract

一种热拌或温拌沥青生产器(28)具有以下特征：材料通过在搅拌筒(30)中分段螺杆(31)和定向条(32)制造的切变应力，从入口(36)到出口(37)进行传输；表面燃烧器(11)对物料进行间接对流加热；物料通过摩擦切变应力进行混合。在这套装置中，物料的混合、加热、融化以及均匀涂层，都合并在单一的工艺流程中同时进行。

Description

生产高达100％沥青路面回料再生混料的热(或温)拌装置
技术领域
本发明涉及沥青拌合生产领域，具体为可以生产高达100％沥青路面回料(RAP)与沥青屋面瓦(ARS)回收混料，或100％沥青原生料作为最终产品的装置。
背景技术
本发明是新一代热拌沥青(HMA)生产器。作为新一代沥青热拌生产线的主要装置，该发明的加工机制优于其他现有的沥青热拌装置。此外，该发明的的原理同样可以用于温拌沥青生产线(WMA)。因此，在本申请中，除非另有说明，则术语HMA也将包括WMA的概念。
现有的沥青热拌生产线具有以下共同的装置。冷箱和带式输送机为搅拌筒(或生产器)的料斗输送原生骨料。搅拌筒是热拌沥青生产的主要装置。常规燃烧器消耗燃油，沿搅拌筒产生水平热气流。水平热气流穿过从顶部垂直向底部下落的冷骨料，并对冷骨料进行加热。在这个过程中，水平的热风气流会带走大量与骨料一起掉落的灰尘。位于搅拌筒尾部的集尘器可以在热气流到达空气中之前消除大部分灰尘。加热区内倾斜搅拌筒进行旋转，翻滚在搅拌筒的内部的螺旋条，从而将冷骨料传输到热气流中准备加热，然后加热过的骨料被传送到搅拌区。靠近搅拌筒尾部的沥青路面回料送料机将回料送入搅拌区，同时，旁边的沥青储罐也向搅拌区添加沥青结合料。加热过的原生骨料、冷沥青路面回料以及热沥青结合料一起在搅拌区混合，并在一定的高温下生产出热拌沥青(通常是160℃)。存储筒仓将热拌沥青从滚筒式搅拌器的出口转到传送带上，装进倾卸卡车，然后卡车将热拌沥青运送到施工现场。需要注意的是，在混合区，冷沥青路面回料在与加热的原生骨料和热沥青粘合料的结合时开始交换并吸收热量，并逐渐达到均匀的混合温度(160℃)。因此，由于热交换要求，冷沥青路面回料的送料量不能超过总混合量的50％。当前在回料处理行业中一般30％的回料用量比较常见，而不是50％。这是在现有的热拌沥青装置中需要被立即解决的主要问题之一。
现有沥青搅拌装置还有许多需要解决的技术问题。以下为这些具体的技术限制问题。(1)一般的燃油燃烧器燃烧不完全，会产生污染气体。(2)简单的材料翻滚混合法导致热拌沥青成品的质量低劣。(3)添加沥青路面回料中要求更多的热能与融合时间，通常导致热拌沥青成品质量低劣，从而使得沥青路面过早损坏(凹陷、磨损开裂、锅穴等)。(4)在这个工艺系统下，防止灰尘产生是不可能的，因此除尘器是去除废气中灰尘的关键。(5)一些细小的灰尘和蓝色烟雾仍然会从吸尘器中逸出，污染周围的空气。(6)最大再生沥青路面回收比率是50％，但通常在实践中不足30％。
根据美国专利5,520,342，以及7,669,792的表述，研究人员已经试图取消目前最大沥青再生路面回收率为50％的限制，并将提高至100％。在美国和欧洲，许多公司已经投入大量资金来建设新的可以百分之百回收再生沥青路面的热拌沥青装置。M.Zaumanis，R.B.Mallick&R.Frank在著作“100％回收热拌沥青:综述和分析”中(Elsvier，资源，保护和回收，92(2014年)，第230-245页，评论了这些热拌沥青装置。这些装置大部分都面临以下的局限性。
(1)传统的燃油炉或油管热能不足，无法保证热拌沥青的质量。尽管100％再生沥青路面加热需要的热量是加热普通原生骨料的大约三倍，如表1所示，但由于材料处理过程的平行加热以及对多个粒子的间接加热(相对于在现有工艺中直接加热单个粒子)导致加热能源不充足。需要注意的是，图表1下面的参考文献里对不同材料中加热能量的比较，是比较图表1中所示材料的热扩散系数，因为热扩散性代表热导率和热容的组合效应。由于花岗岩的平均热扩散率是沥青混合料(或沥青路面回料)的3.28倍，因此要达到同样温度，则相比于加热原生骨料，加热沥青路面回料需要多3.28倍的热量。100％再生沥青路面回收装置中使用的燃油燃烧器的热量应该比常规骨料加热高3.28倍。同时，与垂直加热相比，所有100％再生沥青路面回收装置采用的平行加热方法产生的热效更低。并且，与现有装置中单个粒子的直接加热相比，在这些回收装置中间接加热多个再生沥青路面粒子需要更多的能量。所有这些因素都对现有新开发100％再生沥青路面回收装置的成功产生了负面影响。使用具有更高加热能量的燃烧器和拥有高效加热系统的设计是成功开100％再生沥青路面回收工艺的先决条件。
表1
Figure GDA0002155589970000031
1.www.engineeringtoolbox.com，“一些常见的材料和气体的热导率”。
2.MS Mamlouk，MW Witczak,KE Kaloush，&N Hasan，“混合沥青热特性的测定”，ASTM(国际)，第33卷，第2期，2005年3月。
3.PG Jordan&ME Thomas，“通过计算机程序对热混路面材料冷却曲线的预测”，《运输与道路研究实验室报告》729，1976年。
4.JS Corlew&PF Dickson，“与沥青路面施工有关的热拌沥青混凝土温度剖面的计算方法”，沥青路面技术1968年，沥青路面技术协会技术会议录，第37页，第101-140页。
5.PA Tegeler&BJ Dempsey，“一种预测热混合沥青混凝土压缩时间的方法”，沥青路面技术1973年，沥青路面技术专家协会技术会议录，第42卷,第499-523页。
6.J Kim,Y Lee&M Koo,“韩国花岗岩的热性能”,美国地球物理联合会，秋季会议2007,摘要#T11B-0576。
7.M.Sedighi&B.N.Dardashti，“单层板和双层板的热与力学分析综述”，《材料物理与力学》，第14卷，第37-46页，2012年。
(2)较差的搅拌效果可能是现有100％再生沥青路面回收装置的一个问题，因为混合只依赖于倾斜搅拌筒产生的材料翻滚混合，没有任何摩擦切变。摩擦切变混合可导致对材料的对流加热，而不是传统滚转混合的传导加热。低质的搅拌需要另一种混合工具，例如在100％再生沥青路面回收装置中的混合工具，但是这种混合通常是在不加热的常温下进行的。供热不足是大规模生产热拌沥青生产的一大障碍。
(3)现有100％再生沥青路面回收装置使用的是常规燃油燃烧器或油管，只能燃烧80％的燃油，因此会产生更多的空气污染物，如氮氧化物、硫氧化物、一氧化碳、二氧化碳等。
(4)现有100％再生沥青路面回收装置的制造及安装成本通常过高，因设备复杂而难以实用。
(5)这些装置只能产出少量的优质100％再生混合料，无法在现实中应用。
(6)现有的热拌沥青厂所做的唯一的创新是完全分离来自热源的材料流，从而提供100％再生沥青路面回收利用需要的的间接加热。间接加热法系统中不再需要除尘器。遗憾的是，由于上述限制，这些装置大部分都是闲置的，或者几乎没有被使用过。
发明内容
为了解决现有和正在发展的热拌沥青装置的局限性，本发明提供了以下的创新。
(1)本发明的主要生产装置包括一个旋转的内筒和一个围绕该内筒的用于间接加热系统的固定外壳。
(2)螺旋形对齐的分段螺旋条和定向条都固定在旋转内筒的外表面，在旋转中对材料产生摩擦切变力，从而在内筒和外壳之间的空间中进行材料螺旋转移、摩擦切变混合以及材料对流加热。本发明的摩擦切变搅拌远比现有和开发中工艺的简单翻滚混合有效。当摩擦切变使材料螺旋向前传递时，在两个相邻的分段螺旋条之间、分段螺旋条相互之间以及和定向条之间的空间有助于材料的混合。
(3)由于物料加热与物料输送完全分离，不再产生粉尘，从而可以除去现有直接加热装置中必不可少的除尘装置。
(4)通过将表面燃烧器布置在内筒内部，材料流布置在内筒外部，从而可以得到间接加热系统。内筒内部的表面燃烧器产生的热量到达内壁，然后热量通过热传导穿过墙壁到达外部表面。热量到达外部表面后进一步加热位于内筒外表面的分节螺旋条和定向条。因此，通过旋转内筒外表面、分段螺旋条和定向条，材料进行充分接触，进行对流加热，就像在热交换器中循环空气(材料)通过接触热鳍来加热一样。以这种方式，旋转内筒的外表面，螺旋排列的分段螺旋条和定向条可以同时实现材料的螺旋传输、摩擦切变搅拌和对流加热。这是一项创新的技术突破，在热拌沥青工艺的历史上从未有过。此外，材料传递工具(分段螺杆和定向条)和传输材料之间的切变摩擦力也产生了另一种称为摩擦切变加热的热能，从而进行更有效地加热。本发明的加热系统远比现有的所有加热方法更有效。
(5)在新的热拌沥青装置中，表面燃烧燃烧器首次实现了100％的燃油消耗，以垂直方向为导向的加热方向，从而节省了燃料，同时大大减少了空气污染，并在各种几何加热表面，包括一个圆柱形上，产生了高能量密度。在表面燃烧燃烧器中，常规和蓝色火焰模式的加热能量非常巨大，能满足各种加热要求。
(6)由于可以在材料进口开始处添加沥青路面回料，运用巨大热量，摩擦切变混合力度大，以及材料可以得到全部转移，因此这套使用100％沥青路面回料进行大量生产热拌沥青的装置非常有实用价值。
独特的间接加热系统、表面燃烧器、无需尘埃收集器、使用分段螺旋条和定向条来产生摩擦切变力、100％沥青路面回料热拌沥青生产、材料传输加热与混合三合一处理，这些创新概念都首次在这项发明中出现。
本发明的许多技术细节将会在后续的描述与参考内容中详细解释，并在作为方案一部分的图纸中列出详细规格。
在详细解释该发明的具体应用之前，需要提出的是，该发明不仅仅局限于在下列描述或图纸中展示的施工应用或组件安装，而且可以以多种方式应用于各类实践操作。更重要的是，在此声明这里所使用的措辞和术语仅在此作为描述，而不应视为限制性语句。
因此应认为本次公开的概念也可以作为为实现本发明目的而设计其他结构、方法和系统的基础。作为标准，类似的结构也应包含在本发明声明的宗旨与范围内。
附图说明
图1是使用本发明的生产装置示意图。
图2是使用本发明的移动式生产装置示意图。
图3是螺旋输送机式热拌沥青生产器示意图。
图4是三种螺旋输送机外壳的不同角度示意图。
图5是各种轴螺钉的侧视图合集。
图6是使用本发明的热拌沥青装置示意图。
图7是通过旋转轴与螺旋杆进行摩擦切变的材料传输侧视图与模拟图。
图(8A)是带额外定向条的内筒侧视图。
图(8B)是带两个定向条的内筒侧视图。
图9是带定向条但不带螺旋条的内筒侧视图。
图10是带分段螺杆和板型定向条的内筒侧视图。
图11是带分段螺杆和多个板型定向条的内筒在单螺距中的多角度示意图。
图12是带分段螺杆和多个倾斜板型定向条的内筒在单螺距的多角度示意图。
图13是内筒内部及相关部件示意图
图(14A是转动内筒的电机、链条和链轮齿的示意图。
图(14B是内筒使用的张紧轮总成示意图。
表1：沥青路面回料、花岗岩骨料和碳钢的热性能。
表2：表面燃烧器和常规气体燃烧器比较。
具体实施方式
根据图纸，下文将阐述本新一代热拌沥青装置发明的首要具体应用。需要指出的是，除非特殊说明，则本文话术中所有的单数名词代词，也应包括复数的含义。本发明指可以使用原生骨料或高达100％沥青路面回料作为再生骨料来进行生产的新一代热拌沥青装置，成品的热拌沥青可以用于各类新建筑与包括高速路在内的沥青路面维护。
一条使用本发明的创新沥青生产线可以包含一台作为主要设施的热拌沥青生产器(称为搅拌筒)，多个用于储存原生或路面回料骨料的冷料仓，一个热沥青粘合料储罐，以及一个用于储存热拌沥青成品的储料仓。
图1代表这样一种创新的大型沥青装置。这个新的大型装置与目前现有的大型连续热拌沥青装置相似：都有沥青储罐(1)，储存原生和路面回料的冷料仓(2)，带式传送机(3)，储料仓(4)，以及热拌沥青混料器(5)。但不同的是，如上所述,现有的大型连续沥青生产线还需要吸尘器和回料送料设施。单元(1)到(4)是辅助主热拌沥青混料器(5)的单元，并且在现有装置和本发明中，它们具有相同的功能。然而，本发明中的创新沥青热拌器(5)具有完全不同的机械结构和处理机制，因为它可以去掉所有现有热拌沥青装置中的除尘器和回料送料设施。
图2代表一种创新的移动式热拌沥青生产装置。这一新的移动式热拌沥青装置与现有的热回收装置(比如二次混合和生产路面材料装置)不同，因为前者通过冷磨得到的冷回料，而后者使用通过热磨得到的热回料。需要指出的是冷磨得到回料比热磨更容易而且更快。因此，前者的产能比现有的热回收装置要高出很多。该移动式热拌沥青装置与图1中所示的大型热拌沥青装置相似，除了一些额外的单元，如便于移动装置的移动架(6)和轮胎(7)。也就是说，在图1和2中显示的具有创新性的热拌沥青生产器(5)相对于大型或移动式的生产线都是独立的。本发明中这个独特的创新热拌沥青生产器(5)在热拌沥青生产装置中有着关键作用，下文将会有更详细的描述。
图3为这个创新的热拌沥青装置的一个具体应用。该装置的主要单元是螺旋输送机式生产器(8)，是由螺旋输送机(10)运行的多个螺旋驱动装置(9)的独特组合。表面燃烧器(11)加热螺旋输送器的外底部，并且进料(或皮带)输送机(12)将原料(13)送到生产器的入口。气体净化器(14)净化生产器(8)中的气体(15)。下面的段落解释每个单元的操作。
原材料(13)到达进料螺旋输送机料斗(或带)(12)并控制进入生产入口的原材料(13)的数量，然后材料进入热拌沥青生产器(16)。材料(13)进入进料斗，然后通过安装在螺旋轴(18)上的转动螺杆(17)产生的切变力到达第二输送机。螺旋轴绕着螺杆驱动装置(10)旋转。螺杆驱动装置由电机(19)和减速器(20)组成。材料(13)通过第二输送机进入第三输送机和最后达到出口，然后生产出搅拌均匀的热拌沥青混合料产品(16)。
在通过多个螺旋输送器(9)时，材料(13)通过全螺杆(17)和螺旋轴(18)旋转而进行摩擦切变搅拌。材料受到摩擦剪切加热以及来自表面燃烧器(11)的间接加热。表面燃烧器位于螺旋输送机(9)和送料机(12)的外部下方。足够的加热和搅拌保证加入材料(13)中的沥青结合料和有机添加剂在得到熔化，并包覆在骨料表面，然后在搅拌器(8)最后的螺旋输送机(9)出口生产出均匀混合的热沥青混合料产品(16)。沥青混合料的成品(16)可以储存在仓库(4)或装入卡车运输到施工现场。
构成螺旋输送机式生产器(8)所要求的螺旋输送机(9)数量取决于表面燃烧器(11)或摩擦剪切加热是否能为材料提供足够的热量，以便材料到达最后螺旋输送机(9)出口时能达到所需的温度。
螺旋输送机型生产器(8)中螺旋输送器(9)也可以进行多项修改、组合和布置。例如，图3中生产器(8)的螺旋输送机(9)可以在同一方向上倾斜布置，也可以更换方向，可以采用不同的数量，或采用不同的传送带尺寸。所有修改过的生产器仍然包含在本发明的范围内。
图3中的螺旋输送带式的热拌沥青生产器实现了这项发明的技术目标。第一是间接加热系统，将材料和热量转移通道分隔开来。第二是路面回料进入生产器的入口，而不需要额外的回料送料设施。第三是移除除尘器，因为没有灰尘产生。第四是使用表面燃烧器，通过垂直加热在圆柱形表面上产生高热能。第五是100％再生沥青路面的回收能力。第六是材料输送、加热和混合的合并单一工艺。第七是环境污染物的显著减少。第八是在表面燃烧器能燃烧率达到100％，从而节省燃料。第九是螺杆及螺轴对材料产生有效的切变搅拌和加热。任何现有的热拌沥青生产器都从来没具有过这些特性。该搅拌器的独特之处在于使用螺旋杆制造摩擦切变力，从而对材料进行输送和混合，并且首次引入的表面燃烧器可以适合于任何几何形状上，减少污染气体，产生巨大热量，并由于100％的燃烧率而节约燃料。
一个典型的单螺旋输送机(9)通常用于在不加热的环境下将物料从一个给定的入口输送到指定的出口。需要注意的是，这些螺旋输送机(9)的组合首次应用于螺旋输送机型热拌沥青生产器(8)，并提供了一个由表面燃烧器(11)组成的加热系统。
螺旋输送机(9)在螺丝(17)和轴(18)外部有一个传送壳。图4显示了常用的三种输送机外壳。用于构造螺旋输送机式热拌沥青搅拌器(8)的螺旋输送机也可以选择其中之一。对于给定的材料，在传递材料时，给定的螺杆与固定的输送带外壳之间的摩擦剪切力，在v型(27)、u形(26)和管状槽(25)的次序中增加。同样，驱动设备的所需功率也遵循相同的顺序。v型槽(27)或u型槽(26)是解决由于摩擦接触面积减少导致摩擦减少，使材料难以移动问题的更好选择。
转动图3中旋转螺旋轴的驱动装置(10)通常由一个单一电机(19)组成，但有时减速器(20)必须克服材料的强旋转阻力，这种情况就需要电机(19)和减速器(20)作为驱动装置(10)一起组合。
进入螺旋输送机式生产器(8)的原料数量决定出口的热拌沥青的生产量。图3中的螺旋输送机(12)是确定进料量的解决方案。有时，大量的材料供给需要皮带输送机而不是螺旋输送器(12)。但是，为了准确控制进料速度和材料预热，使用料螺旋输送机还是有利的。
在螺旋输送机的混合和加热过程中，清洗污染气体(15)需要图3中的气体净化器(14)。气体的变化主要是挥发性的有机气体，气体含有低分子重量以及从材料蒸发出来的蒸汽。净化器(14)中的热交换器(21)使这些气体(15)大部分液化，并收集在液体容器中(24)。净化器(14)中的DOC(柴油氧化催化剂)装置(22)，相比于一般的燃油燃烧器,会除去从表面燃烧器(11)产出的相对较少的氧化物、氮化物和硫化物。值得指出的是，相比普通燃油燃烧器未调整的燃料燃烧，表面燃烧器(11)通过调整空气与燃油比例，从而达到100％的燃烧率，因此会消耗更少的燃料，并产生更少的污染。吹风机(23)将生产装置(15)产生的所有气体吹过气体净化器(14)，然后排放到大气中。
螺旋输送机(9)的螺丝(17)有两种不同的类型：有轴和无轴的。在螺旋输送机(9)中可以使用任意一种。根据图5所示，根据不同的螺距和条纹设计，轴系螺丝有许多不同的设计。轴系螺杆(17)具有良好的材料传输性能。
在本发明中，材料加热源是一种表面燃烧器(11)，首次在热拌沥青装置历史中使用。图3和图4展示了它的使用方法。燃烧器(如普通油、微波、加热油和红外线)常在现有热拌沥青生产或路面维修中用于加热材料(如原生骨料、沥青路面回料、热拌沥青料以及沥青路面料)。然而，本发明首次使用表面燃烧器(或金属纤维燃烧器)(11)来加热。
螺旋输送机的热拌沥青生产器(8)需要高能量密度的良好加热源，以便在螺旋输送机内部加热冷沥青路面回料或原生骨料。螺旋输送机式热拌沥青生产器(8)的成功主要依赖于混合过程中足够的材料加热。由于相对于骨料，沥青路面回料导热性较差(大约是3.3倍的差距)，所以应该在排出出口前进行加热、融化和混合。因此，加热过程是螺旋输送式生产器(8)的关键步骤，因为加热的材料接触面积限制在输送机外壳的下半部分。螺杆(17)和远离加热表面的螺轴(18)完全不参与材料加热。螺旋输送机唯一可能的受热表面为半圆柱形外壳的下半部。以上两个因素是螺旋输送式搅拌器(8)的关键限制因素。
为了解决这两个问题，表面燃烧(或金属纤维)燃烧器(11)可能最合适。这是新一代的加热方法，使垂直火焰从燃烧器表面到达加热对象。与其他燃烧器相比，表面燃烧器有几个优点，即燃烧均匀、同步且具有较高调制速率、效率高且排放率低、压力损失少、回火安全、可控制热膨胀、耐热冲击性能好、对于快速升温与降温环境反应快。
表面燃烧(或金属纤维)燃烧器的加热性能非常好。根据燃烧强度的不同，表面燃烧器(11)可以在两种不同的模式中使用。一个是辐射模式，其红外加热范围为100到500kW/m2。火焰的颜色是红色或橙色。另一个是蓝色火焰模式。它是由500到10,000千瓦/m2的对流加热。蓝色的火焰悬浮在表面上，通过对流释放大部分的能量。火焰的颜色是蓝色的。
表面燃烧(或金属纤维)燃烧器的外观具有不同的形状，适合于不同的加热表面。在这里，加热形状是螺旋输送机的圆柱形下半部分，其他燃烧器则很难适用。换句话说，表面燃烧器(11)可以同时满足高能量密度和弯曲加热面的要求。这就是为什么在本次发明中，螺旋输送式生产器(8)首次选择表面燃烧器(11)作为加热系统。表面燃烧器的燃料可以是LNG(液化天然气)，LPG(液化石油气)，或者是与空气混合的废油。液化天然气是常用的能源，因为它比液化石油气更经济。表面燃烧(或金属纤维)燃烧器(11)有其他几种优良的加热性能。表2将表面燃烧器与现有的通用燃油燃烧器进行了比较。前者比后者具有更多的优势。
表2
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到目前为止，作为创新热拌沥青生产装置之一的螺旋输送型生产器(8)，已经展现了其生产100％路面回料热拌沥青的特性。需要注意的是，这个新的生产器是基于传统螺旋输送机(9)、新加热系统和表面燃烧器(11)的组合，只要生产的热拌沥青获得所需的温度，它就能良好工作。这个生产器的主要缺点是，材料的传递工具(螺杆与螺轴)不停地接触到从进口到出口的材料，然而对材料完全没有加热作用。因此，需要许多螺旋输送带(8)的组合，才能在出口达到所需的材料温度。也就是说，螺旋输送式的生产器(8)加热不充分，所以需要有许多螺旋输送带(9)。在中小型的热拌沥青生产中，过多的输送带使生产过程变得复杂而昂贵。
改造螺旋输送式生产器(8)是克服其缺点的必要措施。改造方案是通过将螺旋输送带(9)的轴(18)扩大到一个大滚筒尺寸，并在表面设置螺条，同时在筒的内部和外部配合使用表面燃烧器。
图6为新一代热拌沥青装置及其主要单元的示意图。该装置由沥青储罐(1)、冷箱(2)、皮带输送机(3)、热拌沥青筒仓(4)和新一代生产器(28)组成。其中，新一代生产器(28)是一个独特的创新单元。
新一代生产器(28)展示了技术上的突破，并拥有在沥青工艺历史上从未有过的创新机械结构。其特征结构包括固定外壳(29),旋转内筒(30),分节(或完整)螺旋条(31),定向条(32),表面燃烧器(11),链条和链轮(33),内鼓传动装置(19),惰轮(34),气体净化设备(14),轴向推力轴承总成,锥形连接器，小直径钢管，材料进口(36)和出口(37)。
如图1所示，在固定位置安装的新一代生产器构成大型生产装置的一部分，而如图2所示，在移动架(6)和轮胎(7)上装载的生产器也可以成为一个移动的装置。值得指出的是，使用冷路面回料作为处理材料的移动生产装置是在本发明中的首次应用。这个设计使移动生产器尤其适用于生产路面回料的施工现场回收工序。
图6中的新一代生产器(28)源自于图3中的螺旋输送型生产器(8)。前者(28)中相对大的带大型外壳的内筒(30)与后者(8)中的小型螺旋输送机相对应。表面燃烧器(11)只加热后者(8)中螺旋输送机(8)的外部，但它可以对前者(28)中内筒内部和外壳外部同时加热。除了分段(或整体)螺旋条(31)外，另一种定向条(32)也应用于前者(28)，以改善混合、加热和材料传输。在后者(8)中，螺旋轴(18)的一端直接连接着螺杆旋转设备(19)，另一端连接着止推轴承总成。而在前者(28)中，内筒旋转装置(19)与链和链轮(33)为环形连接，与内筒(30)外表面相连，与传统的搅拌筒一样，以此来推动内筒翻滚，而止推轴承总成位于另一端。在前者(28)中，单一的处理工艺就可以达到更好的材料混合、加热和传输效果，足以产生优质的热拌沥青产品，相比之下，后者(8)则需要多个螺旋输送机(9)的组合。
图6详细展示了的新一代装置的工艺。根据热拌沥青产品组合，冷箱中(2)的原材料(原生骨料、沥青路面回料、有机添加剂等)接收上方沥青储罐的热站合料喷雾，同时掉落到移动的带式输送机(3)上。材料通过移动的带式输送机(3)进入固定外壳(29)的入口(36)。在固定外壳(29)内部，驱动装置(19)带动链条和的链轮(33)，引动内筒(30)不断旋转。为了维持内筒(30)水平平衡，在链轮(33)的另一端配了惰轮(34)。
在固定外壳(29)和翻滚的内筒(30)之间的空间里，螺旋排列的分段(或整体)螺旋条(31)与固定在内筒外表面的定向条(32)产生摩擦切变力，使得进入入口(36)的材料成螺旋状运动。值得指出的是，与传统搅拌筒简单的搅拌相比，摩擦剪切能提高材料的混合质量。
在材料受力传输的过程中，内筒(30)本身也受到牵引力。推力轴承外壳(35)可以防止内筒(30)的反向收缩力。
在螺旋传送过程中，位于内筒(30)内部以于外壳(29)外部的固定表面燃烧器(11)对材料进行间接加热。此外，表面燃烧火焰对分段(或整体)螺旋条(31)和定向条(32)进行传导加热，螺条也进一步对滚动接触的材料进行加热。由于螺条作为金属是极好的导热材料，所以它们接收热量比不导电的材料快32倍，是在旋转内筒外表面上的有效加热工具。这些螺条在旋转过程中对接触到的材料进行了连续加热与切变混合。换句话说，它们为流动材料提供对流加热，使其对现有的热拌沥青生产器的导热性更加有效。所有这些加热和混合都有助于有机材料(原生和再生沥青粘合剂以及有机添加剂)的熔化、混合和在骨料上的均匀覆盖。
需要注意的是，融化的有机材料也在固体颗粒(原生和再生料)上扮演了润滑剂的角色，使其以更少的摩擦阻力向前移动。最后，到达出口处的经过处理的混合物就行成了混合均匀的热拌沥青产品(4)，并维持了理想的高温。注意材料的传输、混合、加热、熔化和涂层，都是在新一代的生产器(28)中通过一个单一的工艺进行的，不同于在传统的热拌沥青批量或滚筒处理中，加热和混合是分离的过程。
如果在处理区域产生任何有机气体、蒸汽和污染气体，气体净化器(14)会在在排入外部空气之前对它们进行大幅度的降低或清除。螺旋传送式生产器(8)中的除污工艺也可以用于新一代的生产器中。由于完全间接加热系统不产生任何粉尘和细尘，新一代热拌沥青工厂(28)去掉了传统沥青生产线中必不可少的除尘器装置。
新一代的生产器(28)还采用了在螺旋输送式生产器(8)中同样的表面燃烧器(11)。因为与传统的燃油炉相比,它拥有高能量密度，能在圆柱形表面加热，以及表1所示的许多其他优点。
新一代生产器(28)的主要好处在于能够将100％的沥青路面回料(或沥青屋面瓦)重新变成有价值的热拌沥青。在新一代生产器(28)中，从入口(36)到出口(37)的螺旋传送物料可以受到摩擦切变力，摩擦剪切混合效果良好，加热过的转筒和螺条形成了完全间接对流加热系统，这些特征使得创新装置可以处理100％的原生热拌沥青以及高达100％的沥青路面回料和沥青屋面瓦回料。与此相反，传统的热拌沥青生产器能处理的沥青路面回料比例小于总材料的50％。任何材料包括路面回料都通过入口进入新一代的生产器(28),但传统的生产器(圆筒混合机)受到传输工具(或袋式传送条)以及直接加热系统的限制，只能允许回料在搅拌区进入,因此需要集尘器。在常规的热拌沥青装置中，回料进入到入口时，载满融化回料粘合料的传输条会大幅降低产能，而且集尘器过滤处容易引起火花，这些限制都使得回料只能在搅拌区送入。同时，受到热交换的限制，冷沥青路面骨料只能在位于搅拌筒末端的混合区送入，这就将回料处理的比例降低到了50％以下。
100％沥青路面回收好处在于清除了土地污染物，因为生产后不会剩下回料，而且大幅降低了热拌沥青生产的成本，节省了昂贵的原生材料费用(沥青结合料与骨料等)。
在100％路面回料再生工艺中，分段螺旋条(31)与定向条(32)，以及间接加热的表面燃烧器都是新一代生产器(28)独特的特点，比传统和研发中的生产器都具有优势。
新一代生产器(28)的每一个单元都有不同的特性。下面的内容将解释这些特性。新一代生产器的外壳(29)有三种不同的形状，即管状(25)、u型(26)和v型槽(27)，这和在图4中所示的螺旋输送机类型的生产器(8)是一样的。只是大小不同。与前者(28)相比，后者(8)拥有相对较小的外壳，因为后者(8)包含小直径的螺旋轴(18)，而前者(28)包含大直径内筒(30)。如前所述，材料传送的困难决定了图4所示的三个槽中外部空间的形状。
旋转内筒(30)的特性取决于位于滚筒外部的螺旋条(31)与定向条(32)的类型。就螺旋条来说，本发明采用整体或分段螺条(31)。如果螺杆位于内筒(30)外表面而不是螺轴(18)上，则图5螺旋输送式生产器(8)中的整体螺杆(17)也可以用于新一代生产器。除整体螺条(17)外的另一种螺杆类型是分段螺条(31)。许多相邻有空隙的不同螺旋段进行螺旋排列，在内筒外表面形成了分段螺杆条。图5中所有类型的整体螺条都可以切割成段，以形成分段螺杆条(31)。一般来说，它们具有更好的混合和驱动性能，易于制造，但与整体螺旋条相比，它们的产量更少。图6是一节分段螺杆条(31)的示意图。
由分段(或整体)螺旋条摩擦剪切以及内筒外表转动引起的材料传送不能达到材料传送的最大量，因为螺条表面和转动内筒的剪切力会递减。
图7为部分材料传送的示意图。
定向条的使用可以改进材料传输性能。图6展示了位于螺旋间距垂直方向上的定向条(32)，固定间隔的螺旋间距使得材料可以向出口进行传输。需要指出的是定向条(32)创造了更多剪切表面，使材料可以更好地传输，并且可以得到更好的剪切混合效果和更高的摩擦热量，也是有效的加热工具。分段螺旋条(31)和定向条还可以用于向物料出口(37)疏导热拌沥青成品，从而防止在外壳末端开口处的成品过多溢出。
内筒(30)外表面的定向条(32)可以有许多不同的形状和安装组合，只要它们有效能促进有内筒(30)旋转时的材料输送，混合和加热。图8展示了定向条的另一种形状(图8A)，以及两种不同定向条的排列(图8B)。
至此，本发明提到分段(或整体)螺杆条(31)和定向条(32)都是滚动内筒(30)的重要单元。然而，不使用螺旋条(31)，而仅仅使用定向条(32)，如图9所示，也是可以的。所有位于内筒外表面的独立定向条(32)类型也从属于本发明。
图10展示了由带纵杆(39)的横板(38)和带横杆(41)的纵板(40)和构成的板式定向条，该类定向条拥有更好的材料混合与加热性能。如果材料传送的第一个位置在横板的上方或下方，那么在传送的下一个位置，材料将位于纵板的左方或右方。这种设计方式提供了更多的剪切面，从而获得更好的混合和加热效果。
对于大型生产，相邻螺距以及螺条与内筒和外壳之间的距离应该足够大，才能保证在转动中能输送大量的材料。在这种情况下，仅仅是增加间距和分段螺杆条和定向条的高度就不能保证充分的混合和加热。定向条(32)通常需要结构安全和更大剪切面。图11展示了这样一个示例。图中将单螺距(43)在圆柱内筒(30)平面展开以方便理解。螺距(43)展开后，分段螺条(31)有向着垂直线倾斜的角度(44)。定向条(32)显示了一个重复的单元(42)，在一个螺条高度中包含纵杆(39)的三个横板(38)，以及在一个螺距中有带横杆(41)的三个纵板(40)，而不是使用一个带纵杆(39)的大型单个横板以及一个带横杆(41)的大型单个纵板(40)。如图所示，纵杆(39)和螺距中分段螺条的两端都在结构上固定了横板(38)。同样，横杆(41)和内筒(30)的表面固定了纵板(40)。需要注意的是，小规模与大规模生产之间的区别在于方向板的数量，包括在间距和高度方向上的方向板。在每个横板(38)上下方的材料流以及在每个纵板左右方的材料流可以获得更多的切变面积，因而获得更好的材料输送、混合和加热效果。重复单元(42)从起始螺距(43)到最后螺距一直重复执行其功能。在螺杆条方向和固定间隔螺距上安装更多的板块可以提高材料产能。
为了最大化提高材料的传输、加热和混合程度，在图11中，横板(38)和纵板(40)的定向条可以改变成图12中的倾斜形式，因为与普通板相比，倾斜产生了更大的剪切面和更多的材料传输。因此，本发明包括各种形状的定向条，以及在条高和螺距方向的普通或倾斜的不同板块数量，只要它们增加热量、混合和生产能力。
到目前为止，这项发明已经提到拥有独特机械装置的新一代的热拌沥青生产器(28)，如图6所示，生产器可以用于生产各种各样的热拌沥青产品，包括100％再生沥青路面回收的产品。在此之后，新一代热拌沥青生产器的每一个单元(28)开始显示其具有创新性的功能特征。根据材料输送难度，外壳(29)可以有三种不同类型。第二个单元是内筒(30)。所有的分段(或整体)螺条(31)和在旋转内筒(30)外表面的定向条(32)在材料输送、间接加热和摩擦剪切混合上都显示了它们的特性。
现在,内部结构和其他与内筒(30)相关的单元，包括内部的表面燃烧器(11),滚筒传动装置(19)、发电机(48),链条和链轮(33),惰轮(34)和推力轴承外壳(35)都将展示它们的独特性。图13展示了这些与内筒(30)相关的单元。
内筒(30)的长度相对较长，只有两个几乎位于两端的外部支撑器(50)来支撑滚筒重量--(一边为链轮(33)另一边为惰轮(34))。筒的中间是可以弯曲的，因为中间没有支撑。这种弯曲可能会在材料处理中通过螺旋条(31)和位于旋转内筒(30)上的定向条(32)对固定外壳造成撞击力。这可能会导致螺旋条(31)和定向条(32)的接触点对外壳(29)的结构造成损坏。为了防止由于弯曲造成的损坏，内筒(30)需要安装内部支撑器(49)，如图13所示。内部支撑器(49)的形状可以是圆形的，矩形的，五边形的，六边形的，七角形和八边形的，或者简单地使用几个长方形的杆(或条)以相等间隙环形接在整个内筒(30)的内壁上。使用有厚壁的内筒(30)而不用任何内部支撑器(49)也可以是另一种选择。
表面燃烧器(11)对于将热能转化到处理材料中是很重要的。正如已经指出的那样，燃烧器最初会加热内筒(30)内壁，然后热量穿过筒壁，通过导热到达外壁上，外壁上有分段螺条(31)和定向条(32)。热量通过这些单位进一步传导，在旋转过程中对接触的材料进行有效加热。这是一个完全间接的加热系统。间接加热不会产生粉尘，即使材料处于高温下，也不会减缓材料输送，这是与现有的生产器不同的。这些特性允许它在进口处送入沥青路面回料，并使100％沥青路面回料热拌生产成为现实。
需要注意的是，这两个在内筒上的螺条在旋转过程中连续不断地接触材料，对材料进行剪切受力和加热，从而获得高效的加热和混合效果。这种材料加热和混合的创新理念从未出现在世界各地的任何热拌沥青生产线中。由于材料通常在内筒(30)和外壳(29)之间区域的圆柱体中部往下部位进行传送，因此燃烧器的几何形状应该适应半圆柱形。
唯一能适用于半缸几何形状的燃烧器是表面燃烧器(11)。图13展示了位于内筒(30)内部固定大小的多个所述燃烧器。每个燃烧器设置的温度不同，以便在出口达到所需的材料温度。使用一个覆盖整个筒长度的燃烧器也是有效的，但是使用一些具有一定长度的燃烧器在控制材料温度方面具有更大的灵活性。
固定的表面燃烧器(11)朝筒壁内部挂在燃料管下，而内筒(30)绕着燃烧器(11)旋转。这种方式确保了表面燃烧器(11)可以垂直加热旋转的内筒壁。垂直加热物料流比平行加热方法更好。如图13所示，空气-燃料混合器(47)将吹风机(45)送入的空气和燃料箱(46)送入的LNG(液化天然气)或LPG(液体丙烷气)混合，以适当的比例供应混合燃烧器(11)，从而保证100％的燃烧率。表面燃烧器(11)通过燃料管接收混合的空气和气体燃料，通过实现100％燃烧释放高温火焰。消耗过的热空气(44)转移到需要加热的其他单位。
现在介绍内筒旋转相关单元的功能。通常电机(19)和减速器(20)连接成一个单元来驱动轴做功。旋转轴转动链条，使链轮围绕着内筒圆周旋转。因此，链轮齿的旋转意味着内筒的旋转。由逆变器控制的电机转速决定内筒的转速。通常的滚筒速度大约是每分钟4到16转。速度的决定取决于生产能力和产品质量。新一代热拌沥青(温)生产器的驱动装置与现有的热拌沥青(温)搅拌筒没有什么不同。图14展示了带有链条的链轮(33)以及产生平衡旋转的惰轮(34)组装。
惰轮(34)位于链轮位置的相反方，用以实现平衡旋转。链轮(33)的支撑器和惰轮(34)的支撑器只支持前面提到的整个内筒的重量。两个或三个外壳的支持器(49)可以支撑整个固定外壳(29)的重量。电机(19)的驱动和表面燃烧器(11)的点火需要电力。发电机(48)是产生和供应所需电力的重要单元。
在内筒(30)的外表面上的分段螺条(31)和定向条(32)通过摩擦剪切力将材料向前推进，但安装着这些螺条的内筒(30)本身在受到材料推进力时也受到收缩力。这种收缩力只存在于新一代的热拌沥青装置中，这与传统的热拌沥青装置不同。为了抵消反向力，轴向推力轴承必须安装在内筒(30)的材料进口端的末端。然而很难找到能适应内筒直径尺寸的轴承。内筒的直径必须足够大，才能将热能有效地传导给材料。移动生产装置中，为了移动方便，理想的直径大约在4’和14’之间。然而，对固定生产装置来说，根据生产需求，内筒可以使用任何适合的大小。因此，内筒将缩小到更小钢管尺寸或能适合周边轴承集合的大小。锥形连接器(52)可以用于连接圆锥大的内筒和小直径的管道。另一种方法是，将内鼓的一端用厚圆板闭合，在圆形板的中央插入更小的管子。值得指出的是，新一代的生产器(28)使用的推力轴承外壳(35)的应用来自螺旋输送机(9)技术，而链轮(33)与惰轮(34)来自于搅拌筒技术。
本发明中的新一代的热拌沥青制造器(28)相比现有的装置有许多优点和优势。它显著地减少了环境污染，无粉尘产生，有极好的摩擦剪切搅拌效果，有由加热条带来的有效间接对流加热，通过表面燃烧器的使用节省了燃料，以及能用100％沥青路面回料进行生产。通过添加有机添加剂，降低了建筑成本，省去了废物处理费用、由于能使用100％路面回料而节省了原生材料，这些优点都带来了更多的额外好处。
总之,由旋转内筒(30),固定外壳(29),分段螺条(或整体螺条)(31)和定向条(32),带链条(33)和惰轮(34)的链轮,推力轴承总成和表面燃烧器(11)构成的新一代热拌沥青生产器(28)将成真正的下一代生产器。因为这套生产器在沥青混合装置历史上创造了独一无二的技术突破，并解决了现有热拌沥青生产器的局限性。
工业应用
本发明可以应用于生产普通或改良热拌(或温拌)沥青产品，以及高达100％的沥青路面回料(或沥青屋面瓦)再生料，并适用于制造上述类型产品的仪器与方法。

Claims (13)

1.一种热拌沥青生产器，包括：
a.一个外壳，其顶部有一个材料入口，底部有一个材料出口；
b.一个旋转内筒，筒身为圆柱形，靠近外壳的内筒端部材料出口处有开口，内筒位于外壳内部；
c.旋转内筒与外壳形成一个仓体；
d.—条直径比内筒小的钢管，与内筒同轴，通过位于一个内筒端部材料入口附近的圆锥形连接器与内筒相连；
e.至少一个位于内筒内部的固定加热装置；
材料通过进料口进入仓体，并在仓体内朝着材料出口移动，在此过程中，固定加热装置通过内筒对材料进行间接加热，
一个电机和一个减速器驱动位于内筒一端的一个链轮齿总成以及位于内筒另一端的一个惰轮，从而驱动内筒旋转，
内简还包含至少一个螺条和至少一个定向条，且在内筒外表面呈螺旋状排列，通过内筒旋转制造摩擦剪切力，从而使得材料螺旋输送；
其中，所述螺条是分段螺条；
其中，所述定向条由带纵杆(39)的横板(38)以及带横杆(41)的纵板(40)所构成。
2.根据权利要求1所述的热拌沥青生产器，其特征在于，根据材料传送困难程度，外壳的形状包括环形、U型槽和V型槽中之一。
3.根据权利要求1所述的热拌沥青生产器，其特征在于，还包含一个位于钢管附近的推进轴承，用于抵消由于内筒推动材料产生的收缩力。
4.根据权利要求1所述的热拌沥青生产器,其特征在于，所述横板(38)以及所述纵板(40)为倾斜形式。
5.根据权利要求1所述的热拌沥青生产器，其特征在于，至少有一个定向条在垂直于螺距内两个相邻螺条的连接线上固定在内筒上，并且在内筒上以固定的螺旋间隔做功。
6.根据权利要求1所述的热拌沥青生产器，其特征在于，至少有一个固定加热装置是表面燃烧器。
7.根据权利要求6所述的热拌沥青生产器，其特征在于，表面燃烧器为金属纤维燃烧器，其形态包括金属纤维布、编制垫、针织垫、烧结垫、穿孔垫以及浮雕垫中之一。
8.根据权利要求1所述的热拌沥青生产器，其特征在于，还包含至少一个额外固定加热装置，位于外壳外下部。
9.根据权利要求8所述的热拌沥青生产器，其特征在于，所述至少一个额外固定加热装置包含以下内容：表面燃烧器，热油循环管，位于内筒内部的表面燃烧器制造的热气尾气。
10.根据权利要求1所述的热拌沥青生产器，其特征在于，还包含一个气体净化器，位于外壳材料出口附近，气体净化器包含一个热交换器、一个柴油氧化催化器和一个鼓风机，热交换器收集并液化低波动性的有机烟雾与蒸汽，柴油氧化催化器消除有害气体，鼓风机清除外壳中气体。
11.根据权利要求1所述的热拌沥青生产器，其特征在于，还包含一个安装架以及至少一个轮子，以便能进行移动，并且在生产热拌沥青产品时能使用冷路面回料。
12.根据权利要求1所述的热拌沥青生产器，其特征在于，还包含一个发电机，用于提供使热拌沥青生产器工作所需的电力。
13.根据权利要求1所述的热拌沥青生产器，其特征在于，还包含至少一个内筒支撑器。
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