CN1146466C - 内间歇式混合机及转子 - Google Patents

Abstract

一种内间歇式混合机(20)，包括一个混合室，反向驱动的第一转子和第二转子(22，24)。第一转子的第一和第三象限(96，98，100′，102′)分别有一对叶片位于其中，而第二转子的第二和第四象限(120，122，124′，126′)分别有一对叶片位于其中。每对叶片中的一个叶片(96，98)长于另一个叶片，并以一个螺旋锐角向下游伸向另一个叶片(96，116′)。长叶片的引导端在转子一个轴端附近，而短叶片的引导端在另一端。临近长叶片的物料从它的一端被推开，并推向该转子的另一端。此外，每对叶片的尾端形成一个空间，它使汇流的物料在尾端之间被挤压，因此附加的湍流以进一步混合物料。

Description

内间歇式混合机及转子

发明的背景

本发明涉及内间歇式混合机，它有混合室和驱动一对转子相反方向转动以混合物料的驱动机构，本发明还涉及用于这种机器的转子的结构。

在内间歇式混合机中，要被混合成质量均匀的一批物料通过一个垂直料斗送入混合室，并且是被位于料斗中的一个活塞向下推进混合室。该活塞用液压、气动或其他任何合适类型的机构驱动。当该活塞向下移动到其运行位置时，在一批配料混合期间，活塞的下面形成混合室向上的封闭。被混合好的混合配料可以从开在混合室底部的门排放。在下一批物料进入混合室之前，此门被关闭。

内间歇示混合机用一对转子混合物料，当一批物混合时，该对转子相互以相反的方向转动。驱动转子的驱动机构包括一个马达、将马达连接于转子的齿轮机构和控制马达停止、起动和速度的控制机构。每个转子有一个连接于驱动机构的驱动端和一个冷却液端或水端，冷却液，如水，通过冷却液端在转子内循环。每个转子有多个用以混合物料的叶片，即伸出转子最小或较小直径之外的伸展或凸出。叶片可以是翼片，即通常沿其长度方向有窄顶表面的细长的伸展，或是凸棱，即有平的顶表面的细长伸展。

本发明涉及包括有啮合式或非啮合式转子的内间歇示混合机。啮合式转子构造和安装在这种机器内，使一个转子的叶片安装在另一个转子叶片之间或之内的空间。非啮合式转子被构造和安装，使一个转子叶片的顶端或主直径不在另一个转子叶片之间或之内的空间旋转。在一种内间歇式混合机中，啮合式转子相互必须总是以同样的速度以同步关系被驱动。非啮合式转子每个可以以相同的速度驱动，或者以不同的速度驱动，这有时称作磨擦率运行模式，为的是对一批配料获得不同的效果。

用来混合聚合物材料如橡胶的内间歇式混合机是公知的。早期的这种机器之一于1916年公告发布的在美国1,200,070号专利上。基于不同的转子设计现在已经有许多不同的内间歇式混合机，但仍然需要提供内间歇式混合机和用于这种机器的转子，以便更彻底地混合其中的物料，更快地达到质量均匀，并因此而提高这种机器的生产率。

发明概要

本发明的内间歇式混合机包括一个壳体，有一个混合室位于壳体内，混合室的形状适合于第一转子和第二转子的水平轴平行地安装。壳体包括一个接收要在混合室内混合的物料的入口和一个从混合室排放已混合好的物料的出口。该混合机还包括一个驱动机构，它能在混合室内驱动两个转子以相反的方向转动。

每个转子有一个旋转轴、一个第一轴端和一个第二轴端。两轴端之一连接驱动装置，称作驱动端，另一端接收用于转子的冷却液，有时称作冷却端。当转子安装在混合机内，两个转子的第一轴端相互靠近，而两个转子的第二轴端相互靠近。每个转子的圆周被分成第一、第二、第三和第四象限，它们在与转子的计划旋转方向相反的方向依次设置。在本发明的最佳实施例中，这四个象限中的每个象限在转子的圆周上占有90°。然而，对于本发明的特殊应用，该象限可以是任何希望的大小。

按照本发明的一个方面，每个转子在转子的每隔一个的象限里可以有一对分离的叶片位于其中。每个叶片有一个引导端和一个尾端。在本发明的这一结构中，第一转子在其第一和第三象限分别有一对叶片，而第二转子在其第二和第四象限分别有一对叶片在其中。每对叶片中的一个长于另一个。按照本发明的另一种结构，第一转子有一对叶片在第一和第三象限中的一个，并且至少还有一个较长叶片在两者中的另一个象限，而第二转子有一对叶片在它的第二和第四象限中的一个，并且至少还有一个较长叶片在两者中的另一个象限。在本发明的最佳实施例中每对叶片中有一个叶片其引导端在它所在的该转子的一个轴端，另一个其引导端在该转子的另一个轴端。最好是，在第一转子的第一和第三象限的长叶片位于第一转子的相对的两端。长叶片始于第一转子的驱动端还是起始于冷却端则没有关系。但是，按照本发明的最佳实施例，即使两个较长叶片起始于第一转子的同一端，在混合时也将获得明显的益处。

但是，不管那种叶片结构用在本发明最佳实施例的第一转子上，在第二转子的第二和第四象限的的长叶片可以使其引导端分别位于第二转子的轴端，该轴端与第一转子的第一和第三象限长叶片的引导端所在的轴端相对。在两个转子上的每个叶片向着与转子旋转方向相反的方向伸展，在该转子上，叶片与过其引导端的连线成一锐角，该连线与转子的旋转轴平行。

进一步按照本发明，每对叶片有其各自的长度、所在转子象限内的初始位置和螺旋锐角，叶片以该螺旋角延伸，使临近每对叶片的较长叶片的物料被从转子较长叶片引导端所在的的轴端推开，并推向该转子的另一轴端，并在每对叶片的尾端之间形成一个空间，在这里，临近每对叶片的物料成为汇流。由于尾端之间的空间有一定大小，它使汇流汇物料在每对叶片的两个叶片尾端之间被挤压，并流出两个叶片尾端之间的空间。结果，由于有一对叶片位于其内的每个转子的每个象限旋转，当物料从转子的一个轴端流向另一个轴端时，被混合的物料在经过挤压之后通过每对叶片尾端之间的空间被释放，同时附加一个湍流使物料进一步混合。

按照本发明的另一个实施例，每个转子较长叶片的引导端可以位于转子靠近的而不是相对的轴端处。在本发明的这个实施例中，每个短叶片的轴向长度应当长于每个长叶片引导端和转子上该引导端靠近的转子轴端之间的空间长度。每个短叶片将通过长叶片引导端和转子上该引导端靠近的转子轴端之间的物料偏移到物料被挤压并释放的空间。

虽然本发明的最佳实施例利用了上面描述的每隔一个象限有一对分离叶片的啮合式转子，本发明也可使用其他的转子结构。例如，从一个或两个转子的一个象限中去掉一个短叶也可以构造按照本发明的原理的内间歇式混合机。此时转子中一个或两个仅有三个叶片位于其上。这三个叶片中的两个是位于转子的一个象限中的一对叶片，该对叶片是按照本发明的原理构造的叶片。而且，按照本发明原理构造的任何转子结构也可以被用作非啮合式的转子，如同用在啮合装置中一样。

因此，本发明既不与在上述内间歇式混合机和转子中所公开的任何一个单个特征有关，也不与在下述实施例和权利要求中所述的内间歇式混合机和转子中的任何一个单个特征有关特征，本发明区别于现有技术的是，所公开的内间歇式混合机和转子之特征的具体组合。在下面的图示和描述中，本发明的重要特征已经公开在本发明的最佳实施例的详细描述中，这种公开是为了给出实现本发明的最好方式。

本领域的普通技术人员将认识到，本发明能够有不同于那些示出的实施例，且内间歇式混合机和转子的的结构的细节可以以许多不同的方式加以改变而不超出本发明的范围。因此，附图和描述应看作是对性质的解释，而不是对本发明的限制。因此，权利要求应当看作包括不超出本发明原理和范围的内间歇式混合机和转子。

附图说明

图1是按照本发明构造的内间歇式混合机示意图的部分截面图；

图2是图1的内间歇式混合机沿2-2线的水平截面图；

图3A-3C是图2所示的包含转子翼片的圆周包络面展开后，叶片在转子上的定位示意图；

图4A-4C是图3所示的展开的转子叶片的圆周包络面，包括示意性地表示转子产生的混合形式；

图5是一混合机的水平截面图，展示了按照本发明构造的转子；

图6A-6C是图5所示的包含转子翼片的圆周包络面展开后，叶片在转子上的定位的示意图；

图7A-7C是图6所示的展开的圆周包络面，并示意性地表示通过使用转子产生的混合的形式；

图8是按照本发明构造并安装在混合机内的一对转子的水平截面图；

图9是按照本发明构造并安装在混合机内的一对转子的水平截面图；

图10A-10B是包含转子翼片的圆周包络面展开后，按照本发明构造的转子叶片的定位示意图；

图11A-11B是包含转子翼片的圆周包络面展开后，按照本发明构造的转子叶片的定位示意图

图12所示是现有技术的一对转子上的翼片的布置；

图13A-13B是图12所示的包含转子叶片的圆周包络面展开后，叶片在转子上的的定位示意图；

图14所示是现有技术的一对转子上的翼片的布置；

图15A-15B是图14所示的包含转子叶片的圆周包络面展开后，叶片在转子上的的定位示意图；

图16A-16C是与现有技术比较示意地示出本发明的两种转子排列在混合机中产生的混合形式；

图17是一个转子的圆周包络面展开后的示意图，示出叶片的锐角和长度变化的大致范围；

图18是混合机的水平截面图，示出按照本发明另一种方案构造并安装在混合机内的一对转子；

图19A-19C是包含转子叶片的圆周包络面展开后，图18所示的转子叶片的定位示意图；

图20A-20C是图19所示的展开的圆周包络面，并示意性地表示通过使用转子产生的混合的形式。

最佳实施例的描述

参考附图，在附图的若干个图中，同一个参考数字和字母赋予相同的或相应的零部件。

图1示出一种上面描述的那种类型的内间歇式混合机20。该混合机20包括一对按照本发明的原理构造的转子22和24。该混合机20还包括一个活塞26，活塞26可以在虚线所示的上升位置26′和转子22和24混合物料时所要求的所示低位置之间做垂直往复运动。活塞26将要求混合的物料从混合机20入口处的料斗28向下移动到混合室30。该混合室的形状可以使转子22和24分别围绕水平平行的轴线32和34旋转。当活塞26处于将混合室关闭的运行位置，物料被转子22和24彻底地和强有力地混合时，它抵抗混合室内的物料产生的力。

转子22和24，由于他们分别绕其水平轴32和34相互以相反的方向旋转，往往被称作反向旋转转子。这一旋转由箭头36和38表示。箭头36表示图1所示的右转子22，以反时针方向旋转，箭头38表示以顺时针方向旋转的左转子24。

混合室30安装在一个壳体40内，并有一个右转子22安装在其内的右空腔42和一个左转子24安装在其内的左空腔44。空腔42和44通常是圆柱形的，相互靠近水平伸展。一个中心区位于空腔42和44相交的部位。中心区在转子22和24靠紧并旋转的平面里形成一个相互作用的窗口。该相互作用的窗口通常在旋转轴32和34之间，由活塞26的底部和混合室30的门48的顶部之间的空间组成，使物料在混合期间能在左右空腔之间传输。

图1所示的转子22和24是啮合式的安装，即每个转子的叶片安装在另一个转子叶片之间的空间。按照本发明的混合机和转子的结构最好是安装成啮合式的，但按照本发明的原理构造的转子安装成非啮合式也可以获得本发明的许多益处。在这种形式的安装中，每个非啮合式转子叶片的顶部将不在另一个转子叶片旋转的空间内旋转。作为一个例子，按照本发明构造的转子的非啮合式结构示于图8和9。用一对按照本发明原理构造的非啮合转子代替一对现有技术的非啮合转子来重造和改进已有的内间歇式混合机将会特别有利。

混合机20的壳体40包括一个位于混合室30底部的门48。门48在混合过程中由一个包括插销52的锁紧机构50保持在图1所示的关闭位置。门48安装在铰链轴54上。门可以由本领域技术人员已知的任何便利机构绕铰链轴54旋转，分别安装在铰链轴两端的液压力矩马达是其中的一个例子。当锁紧机构50将连接于排放门48的插销52抽出时，排放门48可以从混合室30的底部转开，使已混合的物料掉出混合室30。

当活塞26在其上升位置时26′时，要被混合的物料起初被送入料斗28。要被混合的物料然后可以通过料斗28进入混合室30的入口并进入混合室30的中心区46。活塞26然后被降低到图1所示的位置，将要混合的物料向下推入混合室30并将其留在那个混合室内。

活塞26可以由能控制它在上升位置26′和下降位置之间做往复运动的任何便利的机械操作。所示的活塞26由安装在混合机20的壳体40之上的液力致动的驱动气缸56操作是其中的一个例子。驱动气缸56例如，可以是液压的或气动的。它具有一个双作用的活塞58，在它和活塞26之间它有一个用来提升和降低活塞26的活塞杆60。加压的致动流体如油或空气经过供给管(图中未示)输入驱动气缸56的上部，迫使活塞58向下，以便将活塞26降低到图1所示的运行位置。在混合运行完成之后，活塞26被通过位于活塞58下面的供给管(未示)而输入驱动气缸56下端的流体返回到其提升位置26′。

图2除了转子22和24被整个示出之外，是图1所示的混合机沿2-2线的一个截面图。转子22和24由包括驱动马达、控制机构64和齿轮机构66的驱动装置以相反的方向转动。最好是，齿轮装置66是以同样的速度(即同步速度)驱动转子22和24的同样的啮合齿轮组成。作为一种替代，当使用非啮合转子时，齿轮装置66可以由某种程度上节圆直径不同的的啮合齿轮组成，用来以不同的速度驱动转子。驱动马达的控制机构能够根据需要停止和起动马达，并且能够根据被混合物料的种类、温度、和粘滞状态以及由转子所提供的所需混合的功率，改变马达的转动速度，因此也就改变转子的转动速度。这种类型的驱动装置对于从事内间歇式混合机设计和制造的技术人员是已知的。

从冷却端看混合机，转子22被驱动装置62反时针方向转动，左转子24顺时针方向转动。这些转动方向使被混合的物料通过图1所示活塞26的中心区46向下移动，并移向混合机20底部的门48。被混合的物料被转子22和24从混合机的底部沿右空腔42和左空腔44的内侧表面移动到混合室的顶部。这些物料然后通过活塞26底部和门48顶表面之间的相互作用窗口。

本发明的转子的结构和运行参考图2和图3可以得到更好的理解。转子22有一个有时叫做转子驱动端的第一轴端72，和经常称做转子冷却端的第二轴端74。转子24有一个第一轴端或驱动端76，位于靠近转子22的驱动端72，转子24也有第二轴端或冷却端78，它安装在靠近转子22的冷却端74。

转子22的圆周可以被划分成顺序相连的四个90°的象限，它们在与转子计划转动相反的方向被划分开。图3表示具有展开的圆周包络面并水平布置的转子22和24。为了图解的目的，每个转子上的叶片用表示转子主直径的矩形描述。图3A表示左转子24，图3B表示右转子22，图3C表示当转子22和24绕其旋转轴旋转时右转子和左转子叶片的端部在相互作用的窗口内的相互作用。如此，左转子24有第一象限80，第二象限82，第三象限84和第四象限86，在反时针方向顺序地展开。类似地，右转子22有第一象限88，第二象限90，第三象限92和第四象限94在顺时针方向顺序地展开。

图3C表示当转子22和24的各象限转动经过相互作用的窗口时每个象限的左右转子的叶片的相互作用。示于图3C的第一象限80/88是两个转子的第一象限80和88的组合，该组合发生在当这些转子的这些象限处在活塞26的底部和门48的顶部之间并且当转子22的第一象限88接近转子24的第一象限80时。这是图1示意地所示的转子22和24所在的位置。参考图3C，第二象限82/90是第二象限82和90的组合，第三象限84/92是第三象限84和92的组合，而第四象限84/92是转子第四象限84和92的组合。

按照本发明的一个方面，每个转子22和24有分离的叶片对位于该转子的其他每个象限。如此，图3B所示的右转子22有一个长叶片96和一个短叶片98位于它的第一象限并且有一个长叶片100和一个短叶片102位于它的第三象限。叶片96有一个引导端104和一个尾端106，叶片98有一个引导端108和一个尾端110，叶片100有一个引导端112和一个尾端114，并且叶片102有一个引导端116和一个尾端118。类似地，图3A所示的左转子24有一个长叶片120和一个短叶片122位于它的第二象限并且有一个长叶片124和一个短叶片126位于它的第四象限86。长叶片120有一个引导端128和一个尾端130，短叶片122有一个引导端132和一个尾端134，长叶片124有一个引导端136和一个尾端138，而短叶片126有一个引导端140和一个尾端142。各叶片的一般形状示于图2，用叶片的顶部表示叶片本身。示于最佳实施例的叶片是有窄顶部的翼片。所示的叶片或翼片由于是绕转子22和24的每个圆周形成的，所以通常具有螺状形或螺旋形。当转子的圆周被展平时，各叶片的顶部基本上成为直线，如图3所示。能够用于本发明的叶片的形式究竟是翼片还是凸棱，对于设计和制造内间歇式混合机的本领域的人员是公知的。

转子22和24的每个叶片的引导端在它所在转子的一个轴端。参考图2和3B并且用在转子22第一象限88中的叶片96和98作为引导的一对叶片，叶片96的引导端104位于转子22的冷却端74，而叶片98的引导端108位于转子22的驱动端72。如果希望的话，引导端104和108和它们各自的长叶片96和100的位置，与短叶片98和102的引导端108和116一道，可以相反。但是，长叶片96和100的引导端104和112最好是位于转子22的相对的轴端。

无论引导端104和112实际上位于哪个轴端，位于左转子24第二象限82和第四象限86中的长叶片必须使其引导端分别位于左转子24的与第一和第三象限的长叶片的引导端相对的轴端。这样，在右转子22第一象限88内的长叶片96的引导端104在该转子的冷却端74。在左转子24第二象限82内的长叶片120必须使其引导端128位于转子的驱动端76。类似地，位于右转子22第三象限92内的长叶片100使其引导端112在转子22的驱动端72。这样，位于左转子24第四象限86内的长叶片124，其引导端136在该转子的冷却端78。

每个叶片96、98、100、102、120、122、124和126在与其所在的转子计划旋转相对的方向伸展。每个叶片的延伸部分与通过该叶片引导端的连线成一锐角，该连线与该转子的旋转轴平行。如图3B所示，长叶片96的锐角L₁小于短叶片98的锐角S₁。在图3B所示最佳实施例中，在转子22上的长叶片96和100在顺时针方向以锐角L₁伸展，而短叶片98和102在顺时针方向以锐角S₁伸展。在图3A所示的转子24上，每个长叶片120和124在反时针方向以锐角L₁伸展，而每个短叶片122和126在反时针方向以锐角S₁伸展。

每对叶片中的每个叶片在它所在的转子的该象限内必须有其各自的长度、起始位置和伸展螺旋锐角，它们将临近每对叶片的长叶片引导端的物料从长叶片所在轴端推向该转子的另一轴端。每对叶片各自的长度、起始位置和伸展螺旋锐角也形成这些叶片尾端之间的一个适当大小的空间，使临近这些叶片引导端两侧的物料在它们之间被挤压和压缩。物料然后流出这些叶片尾端之间的空间，并释放所说的压缩，引起一个增强物料混合的湍流。

使用按照本发明原理构造的转子而产生的混合类型参考图4A-4C和这些图下面的注释可以得到很好理解。除了表示在混合机内在按照本发明原理构造的转子运行中物料流动类型的箭号之外，图4A-4C与图3A-3C是一致的。首先参照考图4B的转子22的第一象限88，沿着长叶片96的引导面的箭号，该面是该叶片面向旋转方向的一面，表示通过产生一个从转子22的冷却端74到该转子驱动端72的物料的滚动堆使该叶片产生的分布式混合，它使物料从转子22冷却74端移动到该转子的驱动端72。由于物料堆到达长叶片和短叶片之间的空间，该物料被沿着短叶片98的引导面的物料加入。在这一区域，物料被挤压和压缩。物料然后流经叶片96和98尾端之间的空间，在此由于挤压产生的物料压缩被释放，对物料产生一个附加的湍流，增强配料的混合。示于每个叶片顶部的环形箭号，表示在叶片96和98的引导面的物料的某些部分，当它在叶片的顶表面和混合室30的内表面之间通过时，经受强剪切。

从叶片96和98之间伸展的长箭号表示经过这些叶片之间的物料流向靠近驱动端72的叶片100的引导面，这些物料然后成为滚动堆的一部分，当它沿着长叶片100被驱动到转子22的冷却端时被进一步混合或掺在一起。当它经过叶片100的引导面和混合室30的空腔42的内表面之间时，某些物料也经受强剪切。在长叶片100和短叶片102之间滚动堆的物料达到平衡。在这个区域，这些物料被沿着短叶片102的引导面流动的物料加入，在这里，物料被挤压和压缩。然后物料流过叶片100和102尾端之间的空间。在此由于挤压产生的物料压缩被释放。从而又一次产生增强物料混合的附加湍流。当它转动到靠近混合室30的内表面时，类似的作用也发生在左转子24表面上的叶片之间，如图4A所示。

在右转子22的叶片和左转子24的叶片之间的相互作用的窗口内的物料流示于图4C。物料滚动堆以类似于图4B所示的方式沿长叶片96的引导面流动。然而，在相互作用的窗口内这些叶片不靠近混合室30的空腔的内表面，因此当某些物料流经叶片顶部之上时，也不产生图4B所示的高强度剪切。然而，在相互作用的窗口内，临近叶片96引导端的物料滚动堆加入来自临近叶片98的物料滚动堆，产生上面描述的物料的挤压和压缩，当物料经过叶片96和98之间的空间时，这种挤压和压缩被释放。当每个转子的第二象限进入相互作用的窗口时，这些物料受长叶片120的作用。它成为沿着叶片120的引导面流向这一叶片和短叶片122之间的空间的物料滚动堆。在这个区域内，来自沿叶片120和122的滚动堆的物料经受挤压流并且当经过这些叶片之间的空间时被释放。然后在到达叶片100和102之间的空间的区域，它加入第三象限的物料滚动堆。这物料也经受挤压流并当它通过这些叶片之间的空间时被释放。

此后，转子22和24的第四象限进入相互作用窗口。通过叶片100和102之间的空间经受了湍流混合的物料成为物料滚动堆的一部分，它沿着叶片124的引导面移向叶片124和126之间的空间。它通过该空间并经受挤压流和积累的压力释放之后，第一象限再一次进入相互作用的窗口。当每个转子上的这些叶片转过相互作用的窗口时，在相互作用的窗口内的高强度混合导致物料完全横过叶片，这些叶片使物料有效地从一个转子传输到另一个转子。

物料从转子22和24的一个轴端到另一个轴端来回流动以及当它通过长叶片和短叶片之间的空间时经受挤压和释放，可以用图17描述的大致长度范围的叶片和在图17所示的螺旋θ₁和θ₂角的大致范围内定位来实现。正如在图17可见，长叶片的轴向长度L₁不应小于转子体总长度L的0.6倍，不大于转子体总长度L的0.95倍。同样地，短叶片的轴向长度L₂不应小于转子体总长度L的0.05倍，不大于转子体总长度L的0.4倍。

因此，如图3B可见，右转子22的短叶片98和102，和如图3A可见，左转子24的短叶片122和126，与旋转轴的平行线保持螺旋锐角S₁。螺旋锐角S₁应当等于图17所示的θ₂，并且不应小于10°也不大于60°。还是如图3B可见，右转子22的长叶片96和100，和如图3A可见，左转子24的长叶片120和124，保持螺旋锐角L₁。螺旋锐角L₁应当等于图17所示的θ₁，而且不应小于10°也不大于40°。

相应螺旋角的同样大致范围和相应长、短叶片相对于转子总长度的比例的同样大致范围用于下面描述的本发明的其他实施例的叶片。

示于图2-4的每个象限的长叶片和短叶片的引导端在转子圆周上具有同样位置，并且它们的引导端都在转子的一个轴端。但是，本发明的转子和内间歇式混合机准备用于混合各种不同类型的材料。这样，本领域的普通技术人员将会发现，使短叶片和长叶片的引导端相互圆周地偏离是非常有利的。此外，每个长叶片的引导端不是必需在该叶片所安装的转子的一个轴端。作为一个例子，参见图19A-19C和20A-20C，在这些图上，长叶片的引导端不在安装这些叶片的转子的轴端。这样，按照本发明构造的转子，其每对叶片长叶片的引导端位于该叶片所在象限的两个轴向一半之一内。该转子每对叶片的短叶片，其引导端在短叶片所在的象限的两个轴向一半的第二个内。每对叶片中的每个叶片以螺旋锐角向下游朝该对叶片的另一个叶片伸展。叶片各自的长度、叶片引导端的位置和叶片伸展的螺旋锐角将物料从转子的一个轴端推向另一个轴端并使靠近每对叶片的每个叶片的物料流汇合。每对叶片尾部之间的空间是汇流的物料在这些尾端之间被挤压。这使压力增大，当物料从该空间流过后压力减小，产生一个增强物料混合的湍流。

图5示出了用于内间歇式混合机20′的本发明的另一个实施例的部分水平截面示意图，内间歇式混合机20′有一对转子22′和24′。转子22′和24′展开的圆周包络面示于图6A-6C和图7A-7C中，在这些图中也示出了当转子22′和24′转动时产生的流动及混合的类型。

内间歇式混合机20′的右转子22′和左转子24′，除了右转子22′第三象限和左转子24′第四象限的一对叶片的位置之外，和图2-4所示的转子22和24是同样的。如此，除了位于右转子22′第三象限和左转子24′第四象限的一对叶片之外，示于图5的内间歇式混合机20′所有的零部件用图2所示的内间歇式混合机20同样的数字标记。

按照本发明的这个实施例，每个转子的两个长叶片，其引导端在该转子的同一轴端。结果，位于每个转子上的两个短叶片，其引导端也在该转子的同一轴端。如是，长叶片96和100′，其相应的引导端104和112′在右转子22′的冷却端74，短叶片98和102′，其相应的引导端108和116′位于右转子22′的驱动端72。类似地，长叶片120和124′，其各自的引导端128和136′位于左转子24′的驱动端76，而短叶片122和126′，其相应的引导端132和140′位于左转子24′的冷却端78。

如图6A和6B所示，在一个转子上的所有长叶片发端于该转子的一个轴端，所有的短叶片作用于该转子的另一个轴端，结果是，单个地相对于每个转子22′和24′是非对称的流动形式。例如，图7B示出流过长叶片96和短叶片98之间的空间的物料流，在该空间的物料流由于挤压流和压力释放而经受增强的混合。物料几乎是直接流向长叶片100′和短叶片102′之间的空间。与图2-4所示的转子22和24完成的混合相比，这个流动路径减小了发生的混合程度。

但是，图7C示出，在相互作用的窗口内，发生的混合成为比较对称。在叶片96和98之间的相互作用的窗口内流动的物料然后沿叶片120的引导端向下流向转子的冷却端。然后流经叶片120和122之间的空间。此后，沿着叶片102′的引导端流动，并经过叶片100和102′流向叶片124′的引导端。物料然后流向并经过叶片124′和126′的尾端之间的开口。在这个移动过程中，每次物料通过一对叶片时，物料经受挤压流并释放，形成一个增强物料混合的湍流。

图8是图2所示的那种类型的内间歇式混合机的示意的水平截面图，转子22和24以非啮合形式安装。除了当转子切向地转过相互作用的窗口时，和在中心区46只有部分物料从一个转子到一个转子被传输之外，这些转子产生图2所示啮合式转子同样类型的混合。然而，与现有技术相比，在中心区46经受了增强的混合。这是由于在转子之间的相互作用的窗口内和在靠近混合室的空腔42和44的内表面时这些转子转动平衡过程期间，由非啮合式转子带来的挤压流和释放的结果。

图9是一种内间歇式混合机的示意的水平截面图，它有一对非啮合式的转子，它们是按照图5所示的叶片结构所构造的。关于图8所示的非啮合式的转子的叙述同样适用于图9所示的非啮合式的转子。

本发明可用于构造在一个或两个转子上有三个叶片的内间歇式混合机。如图10和11所示，这是从一个或两个转子22和24上去掉一个短叶片而实现的。在图10，短叶片102已经从右转子22的第三象限被去掉。在图11，转子24第四象限的短叶片102和短叶片122已经被去掉。结果，按照本发明在长叶片和短叶片尾端之间发生的挤压流和释放只发生在有三个叶片的转子的一个象限里。然而，由至少在转子的一个象限里由一对长短叶片引起的挤压流和释放的存在，与现有技术的转子相比，增强了该转子的运行。

美国4,284,358号专利公开了一种现有技术的采用一对反向转动转子的内间歇式混合机，它有图12描述的翼片结构，该翼片结构展开的圆周包络面示于图13A和13B。，由于示于转子上的翼片的布置和结构，这些现有技术的转子200和202仅仅能用于非啮合式的或相切的装置。转子200有驱动端204和冷却端206。在该转子的第一象限里，一个长叶片208开始于第一象限的冷却端206。一个短翼片210开始于第二象限的驱动端204，其起始点位于在沿该转子圆周大约115°处。一个长翼片212开始于右转子200冷却端206的第三象限，而短翼片214开始于该转子200驱动端的第四象限。短翼片214如同从第二象限起始点偏置的短翼片210，从第四象限的起始点偏置同样大约25°。

转子202上的翼片相对于该转子旋转方向定位的方式与转子200上的翼片相同。但是，长翼片212和214开始于转子202的驱动端216，而短翼片218和220开始于冷却端222。长叶片212位于转子202的第一象限，而短翼片218位于该转子的第二象限，长翼片214位于第三象限而短翼片220位于该转子的第四象限。短翼片218和220，如同图13B所示的短翼片210和214，分别相对于第二和第四象限的起点同样偏离约25°

图13A和13B示出的混合类型是当转子200和202转动时发生在美国4,284,358号专利所示出的现有技术的混合机内的混合类型。参考图13B，相对于右转子200物料滚动堆沿翼片208流向该转子的驱动端204。环形箭号表示当某些物料通过转子翼片顶部的上方时发生高剪切混合。然而当物料滚动堆到达驱动端204时，它从驱动端204返回并流向短翼片210，在此它加入沿短翼片210引导面形成的物料滚动堆。然而，当物料从长叶片208的引导面通过并流向短叶片210的引导面时不发生挤压流和释放。短叶片被偏置以减小或消除流动的堵塞或阻塞，已经知道，这种堵塞或阻塞发生在现有技术转子的大翼片和短翼片如翼片208和210之间的区域。本发明的现有技术认为，如果长叶片和短叶片置于转子相对的两轴端并且在转子的同一个象限内或非常靠近，物料流将会被阻塞。转子200和202就是基于这种概念而开发的。

继续参考图13B，离开短翼片210引导面的滚动堆的物料流向长叶片212，在这里它成为靠近该叶片引导面的物料滚动堆的一部分。然后，如同靠近长叶片208引导面的滚动堆中的物料流过驱动端204和短叶片210，这些物料以同样的方式流过驱动端204和短叶片214。

图13A示出，关于左转子202的物料的流动和上面关于右面转子200的描述是同样的。结果，过去令人满意的混合程度，不如按照本发明产生的混合强有力和有效。图12和13所示的现有技术的转子，不产生由于使用按照本发明原理设计的一对转子由挤压流和释放引起的增强湍流。此外，由于这些转子是非啮合的，因此在转子200和202之间的中心区物料的传输效率不高。

美国4,834,543号专利公开了另一种现有技术的内间歇式混合机。图14示出一对具有该专利所示翼片结构的反向旋转转子。图13A和13B是描述示于该专利上的叶片的展开的圆周包络面。这些转子224和226仅仅能安装于非啮合式的装置中。转子224有一个驱动端228和一个冷却端230。在它的第一象限它有一个长翼片232起始于冷却端230。一个短翼片234起始于冷却端的第二象限大约中点处，一个长翼片236起始于驱动端的第三象限，和一个短叶片238起始与转子224驱动端的第四象限大约中点处。

左转子226的翼片相对于该转子旋转方向的定位，与右转子224翼片的定位是同样的。然而，位于左转子各象限的翼片的起始位置在与转子224相应各象限翼片的起始位置相对的一端。如是，长翼片240起始于转子226第一象限中的驱动端241，而短翼片242起始于该转子的同一端，在该转子第二象限大约中点处。长翼片244起始于左转子226的冷却端245，而短翼片246起始于冷却端245，在该象限的大约中点处。

由于转子224和226的旋转而产于在美国4,834,543号专利公开的现有技术的混合机中的混合见图15A和15B。混合开始于图15B所示的右转子224的第一象限，物料滚动堆沿长翼片232的引导面流动并流向该转子的驱动端228。环形箭号表示由于某些物料通过转子翼片末端的上方时产生的高剪切混合。在驱动端228的滚动堆使它加入靠近长翼片236的滚动堆。物料滚动堆沿短翼片234引导面流动并流向长翼片236尾端。然而，短翼片234离长翼片236太远，不能在它们之间产生挤压流。短翼片234有意地置于第二象限，因为，如果短翼片234置于长翼片所在的第三象限的话，所关心的阻塞可能发生。

物料在左转子246的翼片之间的流动方式，与上面刚刚描述的关于右转子224的流动方式一样。右转子224和左转子226提供的混合过去在一定程度上能够满足要求。但是这种混合没有达到强力和有效的混合程度，这种强力和有效的混合程度是由按照本发明的一对转子产生的挤压流和释放引起的增强湍流而产生的。由于转子224和226是不啮合的，因此在这些转子之间的中心区物料传输的效率不如本发明的啮合式转子之间的效率高。

图16A-16C示出在混合机中三种转子装置产生的混合类型的比较。图16A示出在混合机中安装成啮合转子的本发明的转子22和24，图16B示出用作非啮和转子的本发明的转子22和24，图16C示出美国4,834,543号专利的转子224和226，它们必须用作非啮合结构。图16A示出包括物料掺合(blending)的高强力混合，它是由于滚动堆加更强力的混合，该更强力的混合由在转子22和混合空腔之间具有释放的挤压流产生的。图16A还表明，高强力混合是由叶片主直径末端和混合空腔内表面之间的高剪切产生的。在这个区域，被混合的物料在转子之间从一个旋转的转子到另一个旋转的转子高效地传输而没有滞流。

参考图16B，将本发明的转子22和24用作非啮合的或相切的装置，结果产生一个高度有效的物料混合。然而，这种混合效果不如图16A所示的同样的转子用作啮合装置时产生的混合效果。这是由于物料的部分横穿在相互作用的窗口产生了滞流。与使用图16C所示的现有转子相比，在这个区域产生的具有释放的挤压流增强了在这里产生的混合。性能上的降低不仅存在于相互作用的窗口，由于没有产生增强混合的具有释放的挤压流，也存在于发生掺合的区域，这个掺合的区域是指现有技术的转子和混合空腔内表面之间。

在上面描述的本发明的实施例中，转子22和24的每个叶片的引导端在它所安装的转子轴端。在示于图19和20的本发明的另一个实施例中，长叶片的引导端不在转子的轴端。将图19和20与图3和4相比较，除了图19和20所示的转子的引导端不在转子的轴端之外，图19和20所示的转子与图3和4所示的转子基本上是一样的。例如在图3B，在右转子22第一象限88中的长叶片96的引导端104位于右转子22的冷却端74。然而在示于图19B的本发明的实施例中，在转子22第一象限88中的长叶片96的引导端104不在右转子22的冷却端74，而是位于右转子22的冷却端74的附近。引导端104和冷却端74之间空间的长度根据希望通过该空间被混合物料的数量而定。

类似地。根据本发明的实施例，在图19B和20所示转子24的第二象限82中的长叶片120具有引导端128，该引导端128位于左转子24的驱动端76的附近，而不在左转子的驱动端76；位于右转子22第三象限92中的长叶片100的引导端112位于右转子22的驱动端72的附近，而不在右转子的驱动端72；长叶片124位于左转子24的第四象限86中，且其引导端136位于左转子24的冷却端78附近，而不在左转子的冷却端78。

每个短叶片98、102、122和126的轴向长度应当长于位于其上游的它的长叶片的引导端和转子靠近该引导端的轴端之间的空间的长度，以便将通过该空间的物料返回到转子的中部。这些物料流向该对叶片尾端之间的空间，与此同时，与流近长叶片的物料成为汇流。按照本发明，这些汇流的物料在它流经长叶片和短叶片尾部之间的空间时被挤压。当这些物料流出该空间时，在该空间在物料上积累的压力被释放，因此增强了物料的混合。

参考图18B，如是，在右转子22第三象限92中的短叶片102的轴向长度应当长于在右转子22第一象限88中长叶片96的引导端104和右转子22的冷却端74之间的空间的长度。类似地，在右转子22第一象限88中的短叶片98的轴向长度应当长于在右转子22第三象限92中长叶片100的引导端112和右转子22的驱动端72之间的空间的长度；图19A所示的在左转子24第二象限82短叶片122的轴向长度应当长于在左转子24第四象限86中长叶片124的引导端136和左转子24的冷却端78之间的空间的长度；短叶片126的轴向长度应当大于在左转子24第二象限82中长叶片120的引导端128和左转子24的驱动端76之间的空间的长度。

图19A-19C所示叶片的物料的流动被描述在图20A-20C。图20A-20C所示物料的流动和前面描述的本发明的实施例的图4所示的物料流动大体上是相同的。如同前面描述的实施例，图20呈现一个漏斗样的作用，由此物料汇集在右转子22的长叶片96和短叶片98之间，右转子22的长叶片100和短叶片102之间，左转子24的长叶片120和短叶片122之间，左转子24的长叶片124和短叶片126之间。然而，另外，物料滑过长叶片的引导端并撞击在物料流下游的短叶片。

正如在图20B所见，物料流出长叶片引导端之间的空间并在转子的同一侧撞击位于物料流下游的短叶片。物料在长叶片100的引导端112和在右转子22的第三象限92的驱动端72之间流动并撞击在右转子22第一象限88中的短叶片98。同样，在右转子22中，物料在长叶片96的引导端104和在右转子22的第一象限88的冷却端74之间流动并撞击在右转子22第三象限92中的短叶片102。类似地，在左转子24中，如图20A所示，物料在长叶片120的引导端128和左转子24的第二象限中的驱动端76之间流动，并撞击在左转子24第四象限的短叶片126。同样，在的左转子24，如图20A所示，物料在长叶片124的引导端136和左转子24的第四象限的冷却端78之间流动，并撞击在左转子24第二象限82中的短叶片122。

本领域的普通技术人员应当明白，对上面描述的本发明的最佳实施例所示的转子可以作出许多变型而不超出本发明的精神和范围。每对叶片尾端之间空间的大小可以根据处理的不同类型的聚合物而变化。一般地说，处理制造轮胎的橡胶需要一个较大的空间，而处理制造机器零件的橡胶希望一个较小的空间。此外，图3A和3B示出，所有的叶片起始于这些叶片所在的象限的开始处。如是，在图3B所示的右转子22第一象限中的叶片96和98，其引导端104和108分别位于圆周旋转的0°处。这些叶片的其中一个或两个，其引导端可以在该象限内移动到所希望的起始位置，以便当物料在内间歇式混合机内混合时获得满意的混合。类似地，长叶片和短叶片的长度也可以根据需要而变化。叶片从离开旋转方向伸展所形成的锐角也可根据提供的物料的不同类型、黏度和温度而变化。

本领域的普通技术人员应当明白，上面描述的本发明的各种特征既可用作一对替代转子来改造现有的混合机，也可以用来制造新的内间歇式混合机。虽然本发明已经针附图所示的零部件的细节和布置以及某些具体的实施例作了解释，但是本领域的普通技术人员对这些实施例仍能够作出不超出本发明之精神和范围的多种改进。因而，权利要求应当理解为覆盖了不超出本发明范围的同等转子和内间歇式混合机。

Claims (18)

1.一种用于混合物料的内间歇式混合机，包括：

一个混合机体；

一对位于所说混合机体内的空腔；

相互平行地安装在所说一对空腔内的第一转子和第二转子；

一个控制所说转子以相反方向转动，以在所说空腔内混合物料的驱动装置；

所说的第一转子有一旋转轴、第一轴端和第二轴端，所述的第一转子有一个园周面按顺序被分成第一、第二、第三和第四象限，这四个象限按照与所述的第一转子的计划旋转方向相反的方向被划分开；所述的第一转子有一对由第一象限长叶片和第一象限短叶片组成的叶片两者全部位于第一象限内，并且至少有一个第三象限长叶片全部位于第三象限内；

所说的第二转子有一旋转轴、第一轴端和第二轴端的，所述的第二转子的第一轴端和第二轴端安装成可旋转的，分别靠近所述第一转子的第一的轴端和第二轴端；所述的第二转子有一个园周面按顺序被分成第一、第二、第三和第四象限，这四个象限按照与所述的第二转子的计划旋转方向相反的方向被划分开；所述的第二转子有一对由第二象限长叶片和第二象限短叶片组成的叶片两者全部位于第二象限内，并至少有一个第四象限长叶片全部位于第四象限内；

每个叶片有一个引导端和一个尾端；所说的每对叶片中的长叶片的引导端位于所说的该对叶片所在象限中的两个轴向一半中的一个，所说的每对叶片中的短叶片的引导端位于所说的该对叶片所在象限中的两个轴向一半中的第二个，所说的每对叶片中的每个叶片以一个螺旋锐角向下游伸向该象限内与其引导端所位于的轴向一半相对的那个轴向一半；

所说的第二象限长叶片的引导端位于所说的第二转子的第二象限的轴向一半，与所说的第一象限长叶片的引导端所在的第一转子的第一象限的轴向一半相对，所说的第四象限长叶片的引导端位于所说的第二转子的第四象限的轴向一半，与所说的第三象限叶片的引导端所在的第一转子的第三象限的轴向一半相对；

所说的第一转子的四个象限和所说的第二转子的四个象限有其尺寸，并且所说的叶片被置于所说的第一转子和所说的第二转子的这些象限内，所述叶片位于这些象限内使位于所说的第一转子第一象限内的所说的叶片安装在位于所说的第二转子的第二象限内的所说的叶片之中，当所说的第一转子和第二转子相互啮合时，所说的至少一个第四象限长叶片位于所说的第二转子的第四象限内，并且位于所说的第一转子的第三象限内的至少一个第三象限长叶片被安装在位于所说的第二转子的第四象限内的至少一个第四象限长叶片之中，并且当所说的第一和第二转子相互啮合时所说的叶片位于所说的第二转子的第二象限内；

所说的每对叶片中的每个叶片有其各自的长度，它们的引导端在它们所在该转子的该象限的轴向一半内有其各自的位置，并且所说叶片有其各自伸展的螺旋锐角，使靠近每对叶片的所说长叶片的物料从该转子的一个轴端被推开，并推向该转子的另一轴端，并形成每对叶片所说尾端之间的有一定大小的一个空间，它使在该空间汇流的物料被挤压，并流出每对叶片的两个叶片的尾端。

2.根据权利要求1的内间歇式混合机，其中所说的第一转子和第二转子的每个象限在绕转子旋转的圆周上占90°。

3.根据权利要求1的内间歇式混合机，其中所说的每对叶片中的短叶片的引导端在所说转子的一个轴端，所说的每对叶片中的长叶片的引导端在所说转子的另一个轴端。

4.根据权利要求1的内间歇式混合机，其中所说的每对叶片中的短叶片的引导端在所说转子的一个轴端，所说的每对叶片中的长叶片的引导端在所说转子的另一个轴端的附近。

5.根据权利要求1的内间歇式混合机，其中每个短叶片的轴向长度在它所在转子轴向长度的0.05-0.4倍的范围内，长叶片的轴向长度在它所在转子轴向长度的0.6-0.95倍的范围内。

6.根据权利要求1的内间歇式混合机，其中每个短叶片的螺旋角在10°-60°的范围内，每个长叶片的螺旋角在10°-40°的范围内。

7.根据权利要求1的内间歇式混合机，其中每个短叶片的轴向长度在它所在转子轴向长度的0.05-0.4倍的范围内，长叶片的轴向长度在它所在转子轴向长度的0.6-0.95倍的范围内，其中每个短叶片的螺旋角在10°-60°的范围内，每个长叶片的螺旋角在10°-40°的范围内。

8.根据权利要求1的内间歇式混合机，其中每个转子上的两个长叶片中的每个，它的引导端所在的该转子的轴向一半与另一个长叶片的引导端所在的该转子的轴向一半相对。

9.根据权利要求1的内间歇式混合机，其中每个转子上的两个长叶片中的每个，它的引导端和另一个长叶片的引导端在该转子的同一个轴向一半。

10.根据权利要求1的内间歇式混合机，其中所说的每对转子的每个叶片的所说引导端在它们所在转子的大致相同的圆周位置。

11.根据权利要求1的内间歇式混合机，其中所说的每对转子的每个叶片的所说引导端在它们所在转子的不同圆周位置。

12.根据权利要求1的内间歇式混合机，其中所说的第四象限叶片是一个长叶片。

13.一种用于混合物料的内间歇式混合机，包括

一个混合机体；

一对位于所说混合机体内的空腔；

相互平行地安装在所说一对空腔内的第一转子和第二转子；

一个控制所说转子以相反方向转动，以在所说空腔内混合物料的驱动装置；

所说的第一转子有一旋转轴、第一轴端和第二轴端，所述的第一转子有一个园周面按顺序被分成90°的第一、第二、第三和第四象限，这四个象限按照与所述的第一转子的计划旋转方向相反的方向被划分开；所述的第一转子有一对叶片全部位于第一象限内，并有一对叶片全部位于第三象限内；

所说的第二转子有一旋转轴、第一轴端和第二轴端，所述的转子的第一轴端和第二轴端安装成可旋转的，并分别靠近所述第一转子的第一轴端和第二轴端；所述的第二转子有一个园周面按顺序被分成90°的第一、第二、第三和第四象限，这四个象限按照与所述的第二转子的计划旋转方向相反的方向被划分开；所述的第二转子有一对叶片全部位于第二象限内，并有一对叶片全部位于第四象限内；

每个叶片有一个引导端和一个尾端；每对叶片中的一个叶片的引导端位于它所在转子一个轴端上的一个位置，每对叶片中的另一个叶片的引导端位于它所在转子另一个轴端上的一个位置，所说每对叶片中的一个叶片长于另一叶片；所说第二转子的第二和第四象限的每个象限中，所说叶片中的每个长叶片的引导端分别在所说第二转子一个轴端的一个位置，该轴端与所说第一转子的第一和第三象限的所说叶片的长叶片的引导端所在的第一转子相应轴端相对；所说每个转子的叶片构造成当所说转子转动时，能与所说另一个转子的叶片相互啮合；

所说的每对叶片中的每个叶片有其各自的长度，所在转子的该象限内的各自的起始位置和所说叶片各自伸展的螺旋锐角，使靠近每对叶片的所说长叶片的物料从该长叶片的引导端所在的轴端被推开，并推向该转子的另一轴端，并形成所说叶片尾端之间的有足够大小的一个空间，它使靠近所说的每对叶片的两个叶片的物料被挤压，并流出所说叶片的两个叶片的尾端之间的空间。

14.根据权利要求13的内间歇式混合机，其中每对叶片中的每个短叶片的轴向长度在它所在转子轴向长度的0.05-0.4倍的范围内，长叶片的轴向长度在它所在转子轴向长度的0.6-0.95倍的范围内。

15.根据权利要求13的内间歇式混合机，其中每对叶片中的每个短叶片的螺旋角大约在10°-60°的范围内，每个长叶片的螺旋角在10°-40°的范围内。

16.根据权利要求13的内间歇式混合机，其中每个短叶片的轴向长度在它所在转子轴向长度的0.05-0.4倍的范围内，长叶片的轴向长度在它所在转子轴向长度的0.6-0.95倍的范围内，每个短叶片的螺旋角在10°-60°的范围内，每个长叶片的螺旋角在10°-40°的范围内。

17.根据权利要求13的内间歇式混合机，其中每个转子上的两个长叶片中的每个，它的引导端所在的该转子的轴向一半与另一个长叶片的引导端所在的该转子的轴向一半相对。

18.根据权利要求13的内间歇式混合机，其中每个转子上的两个长叶片中的每个，它的引导端和另一个长叶片的引导端在该转子的同一个轴向一半。

Images