CN1944021B - 用于颗粒状材料的流体化设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于颗粒状材料的流体化设备，该流体化设备包括用于颗粒状材料的加料斗(10)，该加料斗(10)设置有下部排放口(40)和用于该排放口(40)的开闭设备(50)，其中所述加料斗(10)的壁具有用于各个喷射装置(70a-70f)的孔，这些喷射装置设计成将加压流体的喷射流(g)导向到加料斗(10)内，这些加压流体通过与每个喷射装置(70a-70f)流体连通的间歇加压流体供应装置而输送。

Description

用于颗粒状材料的流体化设备
技术领域
本发明涉及一种用于颗粒状材料的流体化设备，该设备对于容纳于加料斗内的颗粒状塑料的流体化特别有用。
背景技术
在塑料材料加工领域，原材料是松散的材料，即呈颗粒状，并且存储在大尺寸存储容器内用于通过供应器输送。颗粒状材料然后被传送到例如加料斗等的中小尺寸容器内，用于向设置在工厂内的成型机或加工机连续供给，以通过多种转换阶段将颗粒状塑料材料加工或转换。
在多种工作阶段，事实上，要满足多种需求，例如经过几个小时对颗粒除湿，同时工作阶段暂停，将颗粒与添加剂和/或染料混合，以及将颗粒传送到加工机的进料嘴。在所有这些阶段中，必须使用中小容器(料斗或传送器)，用于容纳等待经历转换过程的颗粒状材料。在一些工作方法中，这种中小容器的数量必须大于一个，这在除湿步骤中是必需的，针对该除湿步骤提供了料斗——其中使得热且干燥的空气流动——和设计为保持料斗总是充满的进给器(传送器)。
更具体地，加料斗通常是这样，为了便于退出容纳于其中的颗粒状材料，在其下部提供了锥形，该锥形的尺寸从较大的截面到下部排放口逐渐变小。换言之，在同一料斗内提供了带有渐缩的倾斜壁的传送系统，该传送系统强迫颗粒状材料向排放口移动。
一些松散的材料——在这些情况下其颗粒具有均匀的尺寸且它们之间具有低粘附力和/或摩擦——可毫无问题地从料斗的顶部前进到料斗的排放口或吸嘴。
然而，松散材料的颗粒可具有不规则的形状，例如扁平形状，具有高摩擦和/或大体积/表面积比率，即具有使得在加料斗内流动困难且有时不能流动的构造特征。
在塑料材料的颗粒具有高体积/表面积比率——例如颗粒具有延伸的或薄片状的形状——的特定情况下，作为一个整体的材料流动起来更加困难，因为各种颗粒当前比具有较低体积/表面积比率的颗粒——例如具有球形、圆柱形、方形或略微呈平行六面体形的颗粒——更受制于彼此之间的静电粘附作用。
另外，在存储的颗粒状材料和加料斗的壁之间存在高摩擦的情况下，产生了实质的壁效应，结果在靠近料斗壁的颗粒和相对远离壁的颗粒之间增加了下落速率的差异，特别是当壁是收缩的情况下更是如此。
在下面的描述中，具有上述问题的材料将称为流动性差的材料。
为了协助容纳于加料斗中的流动性差的材料的下落或向下移动，在现有技术状态中已经提出了所谓的“桥打断器(bridge breaker system)”系统。最普通的“桥打断器”系统包括安装在存储料斗内的电振动器或空气振动器，每当发生颗粒状材料的退回时该振动器通常激活一次。
另外，传统的“桥打断器”系统有很多不受欢迎的缺点，其中它们导致从加料斗的排放口不规则地传送颗粒状材料，即流动速率随时间高度变化。此外，由“桥打断器”系统产生的振动不仅传递到加料斗，而且传递到工作设备的其余部分，因此，如果该设备例如包括称重系统，测量值变化，因此无法获得可靠的值。
已经提出通过激活一个或多个连续叶片或压缩空气喷射流解决上述壁效应问题，从而通过供应作为流体化介质的压缩空气以协助颗粒状材料的流体化。空气的供应恰好在传送颗粒状材料起始和直到传送停止的时刻启动。
然而还存在对传统的“桥打断器”系统不敏感的材料，由此使得该材料无法通过加料斗的排放口传送。这种材料通常包括塑料材料的薄壁层片或者粗地膜。另一方面，无法使这些材料经受产生更细颗粒尺寸的研磨操作，因为这会导致聚合体材料的过分降解。
在存储容器内的流动问题还会在加工与塑料的性质不同的颗粒状材料的设备中产生。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种新型流体化设备，用于使流动性差的颗粒状材料流体化，该设备适于消除或显著减少上面参考现有技术状态描述的缺点。
本发明的另一目的是提供一种安装在用于颗粒状材料的容器或加料斗内的流体化设备，该设备允许料斗内的颗粒均匀下落或下降，由此保证了颗粒状材料从下部排放口均匀和连续地排出，而不会产生损害与加料斗关联或邻接的任何处理或测量系统的振动。
本发明最起码的目的是提供这样一种流体化设备，该设备可靠性高、容易在加料斗内安装且能够以有竞争力的制造和维护成本获得。
这些和其它将在下文中更清楚的目的通过一种用于颗粒状材料的流体化设备获得，该设备具有一个用于所述颗粒状材料的加料斗，该加料斗设置有至少一个下部排放口和一个用于所述至少一个排放口的开闭设备，其特征在于：所述流体化设备包括：多个管嘴，所述管嘴设计成将加压流体的喷射流直接导向到所述加料斗用于断开颗粒状材料的任意桥或有抵抗力的区域；和与所述管嘴流体连通的间歇加压流体供应装置，该间歇加压流体供应装置用以产生加压流体的间歇喷射流，并且其中所述多个管嘴安装在合适的支座上，所述支座形成在所述加料斗的至少两个邻接侧壁上，并且所述多个管嘴沿所述加料斗的所述至少两个邻接侧壁的全长分布从而将在一定程度上相对的喷射流分配到所述加料斗中，所述间歇加压流体供应装置包括：至少一个加压流体源，向所述多个管嘴供给加压流体的至少一个供给管道，以及至少一个阀装置，所述阀装置设计成中断所述加压流体的流体流，用于产生所述间歇喷射流，并且所述多个管嘴由所述至少一个阀装置以交替的和非对称的方式供给。
有利地，根据本发明的流体化设备包括电子控制单元，用以控制和所述用于加料斗的排放口的开闭设备和加压流体的间歇供应装置，并且使它们同步。
附图说明
从以下对用于颗粒状材料的流体化设备的一些当前优选的实施方式的详细描述并参考附图，本发明的其它特征和优点将更清楚，附图中：
图1是一个主视图，示出了不带有桥打断器系统的传统加料斗，该加料斗容纳有颗粒状材料，其下部排放口关闭；
图2是一个主视图，示出了图1中的加料斗，其排放口打开，并且带有流动性差的颗粒状材料，这些颗粒状材料形成了阻碍颗粒状材料从排放口排出的阻塞桥或障碍物；
图3是类似于图2的主视图，但是示出了根据本发明的第一实施方式用于颗粒状材料的流体化设备处于其第一操作步骤；
图4是一个主视图，示出了图3中的流体化设备处于随后的操作步骤中；
图5是一个主视图，示出了根据本发明的另一实施方式的用于颗粒状材料的流体化设备，该设备处于打断形成于颗粒状材料中的阻塞桥的步骤中；
图6是一个主视图，示出了图5中的流体化设备处于随后的操作步骤中；
图7是一个主视图，示出了根据本发明的又一实施方式的用于颗粒状材料的流体化设备的操作；
图8是一个俯视立体图，示出了根据本发明的用于颗粒状材料的流体化设备处于一个操作步骤中的加料斗的一部分；
图9是一个俯视立体图，示出了图8中加料斗的一部分，其处于用于颗粒状材料的流体化设备的一个随后操作步骤中；
图10是图8和9中加料斗的一部分的侧视截面图，示出了容纳于其中的颗粒状材料的移动方式；以及
图11是图8，9和10中加料斗的俯视图。
具体实施方式
首先参考图1和2，其中示出了不带有“桥打断器”系统的加料斗1，该加料斗1具有用于添加颗粒状材料3的相对较大的上部开口2、用于传送载入其中的材料的相当较窄的下部排放口4和用于排放口4的开闭装置5——即阀门，该开闭装置优选由任意合适类型的致动器驱动，例如通过由电动马达(图未示)驱动的齿轮齿条机构驱动。
优选地，驱动器可由电子控制单元CU控制，该电子控制单元通常是可编程电路板。
更具体地，如图1所示，下部排放口4由阀门5关闭并且将颗粒状材料3保持在加料斗1内。当如图2所示打开加料斗1的排放口4的阀门5时，颗粒状材料3可从排放口通过，但是特别由于颗粒之间的粘附、压实、静电等现象以及由于如上所述的颗粒粘附到料斗1的壁上的现象，在料斗1内的颗粒状材料3经常形成一个或多个桥或者有抵抗力或刚性的区域6，该区域6在排放口4之上在料斗1的横向上延伸，由此阻止了或基本上减少了从料斗1的传送流。
为了排除这些严重的缺点，根据图3和4所示的本发明的第一实施方式，提供了一个流体化设备，该设备包括一个朝向排放口4之上的区域产生加压流体——例如4-8bar的压缩空气——的喷射流g的管嘴7。
压缩空气可由任意合适的压缩空气源(图未示)——例如任意合适类型的压缩机——通过合适的供应管道8输送，该供应管道8可例如以合适的方式通过下部排放口4。优选地，管嘴7安装在合适的支座上或者穿过形成在加料斗1的侧壁14的开口(孔)9中，优选靠近或处于排放口4。
供应管道8可由阀装置中断，该阀装置优选是由计时器12控制的双路双位的电磁阀11，该计时器12在输入时由用于阀门5的打开状态探测器——例如限位开关13或任何其它类型的位置传感器——控制。
在图3所示的流体化设备的操作过程中，加料斗1的阀门5通过其各自的驱动器打开，由此允许颗粒状材料3从料斗的排放口4排出。
由于颗粒状材料3通过下排放口4输送，主要由于朝向排放口4的下降运动，在料斗1的上部内的剩余颗粒状材料3在不同的水平上产生了一系列桥或有抵抗力的区域，例如图3中所示的桥6a和6e，它们导致积聚材料形成了实体区域，从而实际上在颗粒状材料中产生了分层结构，其中每层通过适于抵抗、或至少显著地放慢颗粒状材料3在加料斗内下降的桥或者密度较大的层与相邻层分离。大体上说，在加料斗1的倾斜的下壁1a、1b处形成的下部的桥6a、6b和6c的抵抗力从料斗上部到下部逐渐增加。由此，将会形成这种情况，桥6a，即最接近加料斗1的下部排放口4的桥，将形成一个障碍，该障碍阻止了其上方的任何颗粒状材料朝向排放口4下落，由此中断了来自料斗的颗粒状材料的传送。
阀门5的打开由限位开关13探测，该限位开关13将输入信号传输到计时器12，该计时器12又产生了输出控制信号以使得电磁阀11间歇操作。电磁阀11的间歇操作使得压缩空气通过管道8间歇供应到管嘴7，这导致在预定范围内产生了一系列喷射流g1-gn，其适于移动和晃动在排放口上方的内部区域的颗粒状材料3。这一系列喷射流适于打断任何如此产生的桥或者材料3的抵抗区域，即不但受到喷射流g1-gn的打断作用的材料而且在桥或者抵抗区域6a——当它们被破坏时——上方的材料也因此朝向排放口4自由下落并且毫无问题地通过该排放口。
显然，在管嘴7输出部的一系列喷射流g1-gn中的每个喷射流的作用范围取决于下列因素：供给到管嘴的压缩空气的压力，颗粒状材料3的特征、存在于料斗1内的颗粒状材料3的载荷以及其它因素。
当期望或预定数量的颗粒状材料3从加料口1的下部排放口4被传送时，阀门5被其驱动器关闭，由此限位开关13被打开，这还导致计时器12断开及供应到管嘴7的压缩空气中断。
实践中发现，通过合适地选择由计时器12控制的电磁阀11的开闭时间，能够在整个排放口4获得颗粒状材料3的几乎连续的和规则的输送，其中计时器12的控制基于针对可存储在加料斗1中的各种类型的材料依赖于喷射流g1-gn的功率而在试验性测试中测得的参数，这些材料包括“流动性能差的颗粒状”材料(上面已经指明其意义)。已经发现电磁阀11打开和关闭时间的特别优选值为大约0.3秒。
图5和6示出了根据本发明另一实施方式的用于颗粒状材料的流体化设备，其中加料斗10优选在其倾斜的下壁14a和14b上存在有多个孔90a-90f，例如六个孔，以容纳分别的管嘴70a-70f，用于供给例如4-8bar的压缩空气的加压流体喷射流ga-gf。
管嘴70a-70f被设计成向着存储于加料斗10内的颗粒状材料30产生间歇的喷射流，由此产生了压力波(在图5和6中以传播的虚线概略示出)。压力波在在所有的颗粒状材料30内冲击和传播，由此导致颗粒状材料如上述那样流体化。换言之，阻碍桥被打断或者有抵抗力的厚实的区域或层成为碎片。有抵抗力的区域的形成特别是由于：随着料斗的侧壁朝向加料斗10的排放口40倾斜和收缩，材料的向下流动变得更加困难。由于喷射流的流体化作用，颗粒状材料30以大体均匀和规则的方式通过下部排放口40。
图中示出了六个管嘴70a-70f，每个管嘴在被设计成在壁内发挥作用，其中一个壁上的管嘴不与另一个壁上的管嘴对称，并且同一壁上的管嘴相互交错。
具体地，如图5和6所示，可在加料斗10的侧壁140a上设置一组三个管嘴70a、70b、70c，且在对侧壁上可设置一组三个管嘴70d、70e、70f。管嘴70a-70f设置成借助于两个供给管道80a、80b与加压流体供应源——例如任何合适类型的压缩空气供给压缩机——流体连通。如图所示，管道80a使得压缩空气供给到与管嘴70b、70d和70f交错的管嘴70a、70c、70e上，且使得两个管嘴放置在壁10a上而另一个管嘴放置在料斗10的相对的壁10b上，而管道80b使得压缩空气供给到与管嘴70a、70c和70e交错的管嘴70b、70d、70f上，且使得一个管嘴放置在壁10a上而另外两个管嘴放置在料斗10的相对的壁10b上。
供给管道80a和80b可由合适的阀装置中断，该阀装置优选是一个五路双位的电磁阀110，该电磁阀110由计时器120控制。该计时器120在输入时由阀门50的打开状态探测器控制——例如为限位开关130或其它合适的位置探测器，该阀门50设计成开闭加料斗10的排放口40。
当使用该流体化设备时，阀门50的打开由限位开关130探测到，该限位开关130向计时器120发送一个控制信号，该计时器120又交替在第一和第二操作状态下开启电磁阀110。更具体地，在第一操作状态下(图5)，电磁阀110打开，从而允许压缩空气通过管道80a供应到管嘴70a、70c和70e，这些管嘴分别产生压缩空气喷射流ga、gc、ge，而在图6所示的第二操作状态下，电磁阀110允许压缩空气通过供给管道80b供应到管嘴70b、70d和70f，这些管嘴分别产生压缩空气喷射流gb、gd、gf。
交替的、非对称的并且在一定程度上相对的喷射流ga、gc、ge和gb、gd、gf——其例如沿着加料斗10的倾斜侧壁140a、140b的全长合适地分布——在预定的作用范围内在不同的水平上作用，并且这种作用在每个管嘴的周围和上方的整个特定区域内发生，由此实现了其在邻接倾斜壁140a和140b的部分颗粒状材料30上的晃动和/或脉冲作用。由于这种晃动作用，单个的颗粒110被松开，即各个颗粒彼此释放并且由此被流体化，即它们朝向排放口40自由下落。
实践中发现，对于多数颗粒状材料，电磁阀110借助于计时器120以产生喷射流ga-gf的最优打开时间对于每组管嘴优选为大约0.3秒。该最优时间允许由每组管嘴产生的压缩空气的喷射流具有非常高的流率，即具有有效的喷射能量。
此外，电磁阀110产生了具有相对较小振幅的脉冲，由此不会向任何传感器——例如安装在加料斗10上的重量传感器——或任何机械连接到其上的结构传递不期望的振动。
若喷射流ga-gf没有中断，即为连续的而不是间歇的和交替的，颗粒物质的状态将很快成为静止的，即在接近管嘴70a-70f的区域，颗粒将以降低的和几乎无效的方式受到冲击，因为将无法保证朝向排放口40的规则的流动。
图7所示的实施方式类似于图5和6所示的实施方式，其差别在于供给到管嘴70a-70f以形成喷射流ga-gf的压缩空气由两个电磁阀110a和110b控制。这些电磁阀110a和110b由各自的计时器120a和120b控制，这两个计时器由一个限位开关130控制，该如上所述的限位开关130探测阀门50的打开，其中该阀门50设计成开闭加料斗10的下部排放口40。
有利地，由各个计时器120a和120b控制的电磁阀110a和110b的打开和关闭时间——分别为ta和tb——可相同或不同。若操作时间ta和tb不同，会发生这种情况：在某些时刻，例如在时间ta，管嘴700a-700f同时工作，而在其它时刻，例如在时间tb，它们如上所述以交替的和非对称的方式工作。
可使用的电磁阀、管嘴和计时器的数量不是限制性的，可根据加料斗的尺寸和待流体化的颗粒状材料的特性改变。实践中已经证明，一个电磁阀——其来回转换以交替向位于料斗的不同(倾斜的)壁上的两组管嘴供给——对于“流动性差的”颗粒状材料在多数情况下足以产生沿着加料斗的规则的下落。
在图8至11中示出了加料斗1的一种优选构造，该加料斗设计成容纳必须在合适的称重设备(未示出)上添加剂量的材料。在此构造中，使颗粒状材料规则下落是非常重要的，同时不能有机械振动。注意，料斗1具有一个竖直壁12和两个倾斜壁13和14，这些壁朝向下部排放口4汇聚，并且其中形成了孔或开口，以允许各个管嘴7位于其中，由此产生了压缩空气的喷射流g。通常，竖直壁12不是材料自由下落的障碍，但是在为“流动性差的”的颗粒状材料的特别情况下，在上面安装管嘴是合适的。为了简化示图，包括一个或多个电磁阀和各自的计时器的压缩空气供给系统没有示出。
在图8和9中，示出的空加料斗1处于两个不同的操作步骤，即两个不同的喷射工作配置。
在图10中，示出料斗处于工作时刻下，其中一些选定的喷射流移动颗粒状材料，这些颗粒状材料可因此朝向排放口下落，如图中虚线所示。该操作类似于上述参考示于图5至7中实施方式描述的操作。
如上所述的本发明在由所附权利要求所限定的范围内易于作出多种改型和变化。
因此，例如，可提供可编程电子控制单元(CU)——通常为可编程电路板，以替代设计成调节管嘴的电磁阀的控制计时器或添加到其中。由于该可编程电子控制单元，可根据存储在加料斗中的颗粒状材料的性质改变电磁阀的开闭时间。
此外，供给到管嘴的间歇加压流体可通过遥控器——例如通过射线的红外射线的遥控器或类似的遥控器——控制，以取代阀门50的打开。

Claims (11)

1.一种用于颗粒状材料(3，30)的流体化设备，其具有用于所述颗粒状材料(3，30)的加料斗(1，10)，该加料斗(1，10)具有至少一个下部排放口(4，40)和用于所述至少一个排放口(4，40)的开闭设备(5，50)，其特征在于所述流体化设备包括：
多个管嘴(70a-70f)，所述管嘴设计成将加压流体的喷射流(g1-gn；ga-gf)直接导向到所述加料斗(1，10)用于断开颗粒状材料(3，30)的任意桥或有抵抗力的区域；和与所述管嘴(70a-70f)流体连通的间歇加压流体供应装置，该间歇加压流体供应装置用以产生加压流体的间歇喷射流，
并且其中所述多个管嘴(70a-70f)安装在合适的支座(90a-90f)上，所述支座形成在所述加料斗(1)的至少两个邻接侧壁(140a，140b)上，并且所述多个管嘴(70a-70f)沿所述加料斗的所述至少两个邻接侧壁的全长分布从而将在一定程度上相对的喷射流分配到所述加料斗中，
所述间歇加压流体供应装置包括：至少一个加压流体源，向所述多个管嘴(7；70a-70f)供给加压流体的至少一个供给管道(80a，80b)，以及至少一个阀装置(11；110；110a，110b)，所述阀装置设计成中断所述加压流体的流体流，用于产生所述间歇喷射流(g1-gn；ga-gf)，并且
所述多个管嘴(70a-70f)由所述至少一个阀装置(110；110a，110b)以交替的和非对称的方式供给。
2.如权利要求1所述的流体化设备，其特征在于，所述间歇加压流体供应装置包括遥控装置。
3.如权利要求1所述的流体化设备，其特征在于，其包括：至少一个探测器(13；130)，该探测器设计成探测所述至少一个排放口(4，40)的所述开闭设备(5，50)的打开状态；以及至少一个计时器(12；120；120a，120b)，该计时器可由所述至少一个探测器控制且设计成控制所述至少一个阀装置(11；110；110a，110b)的打开和关闭。
4.如权利要求3所述的流体化设备，其特征在于，所述至少一个计时器设计成以预定节奏控制所述至少一个阀装置。
5.如权利要求4所述的流体化设备，其特征在于，所述预定节奏为0.3秒。
6.如权利要求1所述的流体化设备，其特征在于，所述至少一个阀装置(11；110；110a，110b)包括一个电磁阀，该电磁阀具有至少两个通路且具有至少两个位置。
7.如权利要求1所述的流体化设备，其特征在于，所述管嘴中的一个放置在所述加料斗(1)的所述下部排放口处。
8.如权利要求7所述的流体化设备，其特征在于，所述管嘴中的所述一个安装在一个合适的支座中，该支座设置在所述加料斗(1)的所述下部排放口处。
9.如权利要求8所述的流体化设备，其特征在于，所述用于管嘴中的所述一个的支座包括通孔(9)，该通孔(9)设置在所述加料斗(1)的所述下部排放口处。
10.如权利要求1所述的流体化设备，其特征在于，每个用于所述每个管嘴(70a-70f)的所述支座(90a-90f)包括位于所述侧壁(140a，140b)上的通孔。
11.如前述权利要求中任一项所述的流体化设备，其特征在于，其包括电子控制单元(CU)，该电子控制单元设置成控制所述阀装置(11；110；110a，110b)的打开和关闭时间(ta，tb)。
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