CN87106906A - 带高性能非啮合回转体的间歇式内混合机 - Google Patents

带高性能非啮合回转体的间歇式内混合机 Download PDF

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Abstract

用于间歇式强力内混合机的新的非啮合四叶片和三叶片回转体，提高了回转体的混合效率及强度。新回转体加强了轴向和横向分布混合使混合物更均匀。扭转角的明显增加使强剪切混合达到最大。螺旋角的明显增加通过沿轴向往复滚动物料层而提高了搅拌混合作用。轴向的叶片长度与回转体长度的较大比值提高了把物料从腔室一端推到另一端的作用。通过利用在相对的方向上的不同速度来回地滚动物料层有利地造成搅拌的不规则化。

Description

    明是关于间歇式强力内混合机，该混合机有一个混合腔，混合腔的形状可以容纳两个反向旋转的非啮合带叶片回转体。要被混合成为均匀物质的配料批量通过一个垂直通道向下喂入混合腔，并在位于通道中的一个凸轮施加的压力下被向下推。该凸轮是液压驱动的或气动的。在对批料的混合期间当凸轮向下降至工作位置时，凸轮的下表面形成混合腔的上部。混合后的均匀物料通过一个位于混合腔底的排料口从混合腔中排出，该排料口的门然后关闭，为下一批要经通道进入的配料做准备。
某些间歇内混合机被设计成带非啮合回转体，另一些带啮合回转体。啮合回转体必须以同步的关系以同样的转速驱动;非啮合回转体可以以相同的转速驱动或以不同的转速驱动以获得不同的混合及搅拌效果。本发明是关于非啮合类型。回转体的叶片一般为螺旋形状，并通过它们的各种力学效果的合作相互作用，这些回转体产生强力混合和均化作用，如下面将要描述的。关于这种带非啮合回转体的间歇式内混合机的其它情况可参考美国专利1，200，700和3，610，585，这些专利的内容在这里作为背景资料。
通过提供两个新结构的非啮合回转体，本发明改善了这种间歇式内混合机的混合性能和生产率。本发明是关于四叶片回转体和三叶片回转体。除了它们的高效率产生的优点外，这些回转体也提高了在高扭矩负载下抵抗扭曲和应力的强度，将来，性能提高的间歇式强力内混合机用于粘橡胶和塑料材料时将遇到这种高扭矩负载。
本发明的一般目的是通过反向旋转的回转体之间的新的次序和两个回转体间相互作用的新特点来提高在这种机器中的两个非啮合回转体的效率和强度，并且无论这两个回转体是（a）同步地驱动，即以相同的速度驱动（等速）或（b）非同步地驱动，即以稍微不同的速度（非等速）驱动（常被称为“摩擦轮传动比速度），都能获得这种提高。
而且，本发明的一般目的还包括无须明显扩大这些新回转体的体积和外表面外形而得到这些优点，所以：（1）这些新的回转体将适合现有间歇式内混合机的混合腔，而无需改造这种机器，从而可以用两个新回转体来改善现有机器的性能和生产率;（2）这些新回转体不会占用比现有回转体大许多的体积，从而可使混合腔的现有可用容积（自由容积）仍然可以用来处理与以前大致一样的批料体积。（3）这些回转体可装入新的间歇式内混合机，在这种新的混合机中的混合腔体积与各种规格的现有混合机中的混合腔体积类似，但其中显著增加了传送到回转体上的功率，以便克服将来混合和均匀粘橡胶和塑料时产生的较大的力，（4）四叶片回转体和三叶片回转体都有许多这些优点。
根据本发明，沿两个回转体腔室的每一个轴向长度的每一个位置上都产生平衡的剪切型混合。换句话说，在通过混合腔的垂直于回转体轴所取的连续断面上，剪切作用是平衡的，即沿混合腔的轴向长度，垂直于每个回转体轴所取平面到平面上，剪切作用是均匀的。
根据本发明的一个方面，提供了一对用于间歇式强力内混合机的非啮合四叶片回转体，如本说明书所描述的。这些回转体的每一个都有一个驱动端和一个冷却剂端，四个叶片包括两个长叶片和两个短叶片，所有叶片梢部一般都为螺旋形状。长叶片起始于每个回转体的相对端，即它们的始端都位于回转体的相对端上，并绕回转体轴它们始端的角度位置相差176°-184°。第一和第二长叶片的叶片梢部分别以螺旋角A1和A2取向，A1的范围为25°-45°，A2为29°-50°，并且它们的扭转角分别T1和T2，T1的范围为70°-110°，T2为80°-120°。螺旋角A1和A2的差值的最佳范围为约4°-约10°，最优选的差值范围为约6°-约8°。这两个长叶片的螺旋长度H1和H2基本上是相同的，H1为H2的约90%-约110%。第一长叶片的轴向长度l1与回转体长度L的比值范围为0.60-0.85。第二长叶片的轴向长度l2与回转体长度L的比值范围为0.55-0.80。第一和第二短叶片起始于每个回转体的相对端，它们起始端的角度位置相差约180°。它们的始端与起始于回转体同一端的长叶片的始端相差131°-139°的角度位置。第一和第二短叶片的螺旋角A3和A4分别与起始于回转体同一端的第一和第二长叶片的螺旋角A1和A2大致相等。螺旋角A3和A4的范围分别是25°-45°，和29°-50°。这两个短叶片的扭转角T3和T4的范围为20°-50°。这两个短叶片的螺旋长度H3和H4大致相同。第一短叶片的轴向长度l3与回转体长度L的比值范围是0.10-0.40，第二短叶片的轴向长度l4与回转体长度L的比值范围同样是0.10-0.40。
根据本发明的另一方面，提供了新的三叶片非啮合回转体，该回转体有一个第一长叶片，第一长叶片的叶片梢部以第一螺旋角A1取向，A1的范围是25°-45°，第一扭转角T1的范围是70°-110°，起始于回转体另一端的第二长叶片第一长叶片的起始位置角度上相差约180°，第二长叶片以螺旋角A2取向，A2的范围是29°-50°，第二扭转角T2的范围为80°-120°。第二螺旋角A2和第一螺旋角A1的差大于4°，最佳范围为约4°-8°。第一长叶片的轴向长度l1与回转体长度L的比值范围为0.60-0.85，而第二长叶片的轴向长度l2与回转体长度L的比值范围为0.55-0.80。一对三叶片非啮合回转体每一个上的第三个叶片是一个短叶片，短叶片的螺旋角A3的范围为25°-45°，螺旋角A3大致等于第一长叶片的螺旋角A1。第三叶片的扭转角T3的范围为20°-50°。短叶片轴向长度l3与回转体长度L的比值范围为0.20-0.50。
参照附图，从下面的详细描述及附加权利要求中可更充分地了解本发明的上述及其它特征、目的和优点，附图通过举例的方法示出了本发明的最佳实施例，并与现有技术中某些典型的回转体结构比较。在所有六种视图中，用相同的参考标号和字母表示相应的元件和特征。
图1是实施本发明的非啮合回转体类型的间歇式内混合机的端剖视图，用剖面示出了图1的混合机的一部分。
图2是沿图1中的2-2线，通过混合腔的放大平面剖视图，图2示出了一对现有技术的非啮合、四叶片的回转体，其中两个长叶片都是始于每个回转体的同一端，两个短叶片都是始于回转体的另一端。
图3是图2所示的两个典型的现有技术的四叶片回转体的放大平面视图。
图4是图3的两个回转体的外表面展开图，示出了四个回转体叶片的展开螺旋形叶片梢部。当回转体外表面被展开时，螺旋形叶片梢部呈直线并倾斜地定向。
图5是混合腔的示意性放大横断面图，类似于沿图2中的5-5线所取的剖面。
图6是类似于图3的平面视图，图6示出了实施本发明的两个四叶片回转体。
图7是图6所示回转体的外表面展开图。
图8是类似于图6的平面视图，图8示出了实施本发明的两个三叶片回转体。
图9是图8的三叶片回转体的外表面展开图。
图10解释了由图6和图7所示新型回转体在两个回转体凹处产生的增强轴向混合作用。
图11是六个系列图A、B、C、D、E和F，是图6和图7所示回转体的回转体外表面展开图，示出了六个不同的相对角度位置，以解释由这些回转体产生的增强横向（凹处到凹处输送）混合。
图12A和12B示出了与图3和图4所示回转体相比，在混合腔的中心区域，图6和图7的新四叶片回转体的长叶片的被有利地增加了的停留时间“DL”。
图13类似地示出了图8和图9所示的新三叶片回转体的长叶片的被有利地增加了的停留时间“DL”。
如图1所示，一种间歇式强力内混合机一般以20表示，其中可以使用实施本发明的一对非啮合的回转体21和22，该混合机包括一个垂直往复运动凸轮24，该凸轮24在图1所示的升起位置和点划线所示的下降工作位置24′之间运动。用这个凸轮24把要被混合的配料向下移入混合腔26。在其工作位置24′，当物料被下面要描述的在两个相对旋转的回转体21和22上的叶片彻底地和强烈地混合时，凸轮24抵抗在混合腔26内的物料所施加的力，回转体21和22绕隔开的水平平行轴旋转，如箭头23和25所示。如图1所示，左回转体21按顺时针方向绕轴旋转，右回转体22按逆时针方向绕轴旋转。混合腔26的形状可以容纳这两个回转体并包括左和右腔室27和28，每个腔室一般为圆柱形状。这些腔室以水平相对的关系定位，相互贯通。混合腔26有一个中心区域29，中心区域29被定义为一般位于两个回转体21和22之间。
要被混合的配料最初被送入一个料斗30，此时凸轮24被升高，所以配料可以进入与料斗30相通并向下导入混合腔26的中心区域29的通道32。然后凸轮下降，把配料向下推入混合腔，并使配料保持在混合腔内。所示的该凸轮24是由一个流体致动驱动缸34操纵的，驱动缸34安装在混合机20的机壳35的顶部。流体致动驱动缸34可以是液压的或者是气动的，它包括一个带活塞杆38的双动活塞36，活塞杆38与凸轮24连接以降低和升高凸轮。凸轮固定在活塞杆38的下端，在缸体34的底端39下面。处于理想压力下的致动流体通过供应管路40送入缸体34的上部，迫使活塞36向下到下降工作位置34′。在混合工作完成后，通过把致动流体经图1未示出的供应管路输入到缸体34内活塞36下面，使凸轮退回到升起位置。
被混合的和均匀化的物料从混合腔26的底部通过一个一般由门42关闭的排料口排出，在混合工作期间，门42通过一个锁定机构44处于关闭位置。当被锁定机构44释放时，门42绕一个合页轴46向下摆动。举例来说，门42是由一对安装在合页轴46相对端部的未示出的液压扭矩马达摆动的。
图2是一个沿图1中2-2线的混合机20的平面剖视图，其中四叶片回转体51和52是现有技术的回转体，其中两个长叶片都是始于（即：它们的始端都位于）每个回转体的同一端，如文字和箭头所示，并且两个短叶片也都是始于每个回转体的同一端，此端是两个长叶片起始端的相对端。图2强调新型回转体21和22可以被安装在现有混合机20上以代替传统的现有技术回转体51和52。这些新型回转体21和22也可以安装在下述的新混合机20上。
如图2所示，回转体51和52或21和22（随情况而定）通过一个传统的齿轮机构48沿相对的方向23、25旋转，齿轮机构48由驱动马达50驱动。该齿轮机构48可以包括相同的啮合齿轮以便以相同的，即同步的速度驱动回转体。此外，该齿轮机构也可以包括节圆直径有点不同的啮合齿轮，以便以不同的速度驱动回转体，如以9比8的速度比值，即1.125比1的速度，称作摩擦轮传动比。驱动马达50可以具有传统的构造并最好包括速度控制装置以便可以任意改变回转体的旋转速度，这取决于混合腔26内的具体配料和它们的温度和各种状态，并取决于要由回转体传递的混合功率的理想定额。
传统的密封圈54（图2）位于每个回转体的每一端附近以密封混合腔26。在相应的密封圈54附近的回转体端经常被称为“密封圈端”，如将要在图3所示的。
关于强力间歇式内混合机20的其它详细情况可见上述的美国专利No，3，610，585，它在这里作为参考。
图3中，所示的左和右回转体51和52在它们各自的密封圈端57和58之间都有一个长度“L”。与驱动轴55或56连接的密封圈端57是回转体的“驱动端”，另一密封圈端58是“冷却剂端”“或冷却水端”。回转体包括冷却剂通道，通常是水的冷却剂被送入这些通道，这些通道位于驱动轴55和56所处位置的相对端。回转体外表面都有一个直径“D”。这样，每个回转体外表面的展开长度是“πD”，如图4所示。
现有技术的回转体51和52的两个长叶片61和62都始于同一密封圈端57或58，它的两个短叶片63和64都始于相对的密封圈端。词“始于”或类似的语言意味着各个螺旋形叶片梢部61，62，63或64的始端位于指定的密封圈端。用60标明回转体轴，回转体展开外表面的角度位置0°，90°，180°，270°和360°是绕回转体轴的角度位置。
参照图3和图4，为解释起来方便起见定义0°或360°的角度位置是在回转体外表面上临近中心区域29的位置上并位于包含两个回转体轴60的水平面上。
现有技术的回转体的几何形状在各类混合机尺寸之间变化不大。为了说明的目的，下面给出的现有技术的数据适于一台具体尺寸的混合机的回转体，并对所有尺寸混合机的现有技术回转体来说都是典型的，其回转体51，52的L/D的比值是1.58。
长回转体叶片梢部61和62在相隔180°的角度位置上起始，如图4所示，这两个长回转体叶片梢部的螺旋角θ1是相同的，都是30°。词“螺旋角”意味着叶片梢部相对于回转体轴60的取向，更精确些是相对于包含回转体轴并与叶片梢部相交的平面的取向。
长叶片梢部61的轴向长度为“l1”，l1/L的比值为0.66。长叶片梢部61的扭转角（环绕角）T1是70°。另外一个长叶片梢部62的轴向长度为“l2”，l2/L的比值是0.67。该叶片梢部62的扭转角（环绕角）是72°。
短叶片梢部63和64在相隔180°的角度位置起始，并在与长叶片梢部61和62的起点相隔90°的角度位置起始。两个短叶片梢部63和64的螺旋角θ2是相同的，为48°。这些短叶片梢部63和64的轴向长度分别为l3和l4，并且l3/L的比值和l4/L的比值分别为0.31和0.33。扭转角（环绕角）T3和T4分别是65°和68°。
在使用现有技术回转体51、52的混合机20上产生的混合的类型和混合作用在图5中描述。所采用的原理如下：
（a）大部分混合工作是由每个回转体的长叶片通过叶片梢部和腔室27、28的壁表面之间的剪切作用（高强力、强剪切力）混合和通过用运动的轴向分量把物料朝短叶片推来完成的，短叶片擦去在混合腔26的每个腔室27、28端部的物料。
（b）长叶片的排布阻碍在每个腔室内产生分布混合（搅拌），因此现有技术的回转体的排布在很大程度上取决于物料从一个腔室到另一个腔室的传送以取得有效的分布混合。
（c）长叶片的螺旋角大约是30°，这样有助于上面讨论过的对物料的强剪切作用，但这些小螺旋角不利于腔室中物料的轴向运动。事实上，长叶片的小螺旋角抑制轴向流动分布（搅拌）混合。
（d）显著小于90°的长叶片的扭转（环绕）角使得长叶片在混合腔的中心区域29在由回转体轴60定义的水平面上仅仅停留相对较短的时间。该相对较短的停留时间使得并允许大量的物料在一个混合周期的大部分内，“积”在混合腔的中心区域29内，而相对来说未被扰动。在中心区域29内的该大量物料受到不良的热传导并经受比在混合腔别处的物料少的多的混合。
在图5中应当注意在图3、4、5、6、7、8和9所使用的回转体直径“D”是从叶片梢部到叶片梢部测量的大直径。
本发明的一般目的是克服或大大减少现有技术的非啮合回转体的缺点，并提高这些新回转体的效果和强度。图6和图7所示的是实施本发明的四叶片回转体81和82。在每个回转体上的长叶片91和92起始于相对的密封圈端57和58，并且它们起始端所处的角度位置相隔176°-184°。第一长叶片的叶片梢部91以螺旋角A1定向，A1的范围是25°-45°，叶片梢部91的扭转角T1范围为70°-110°。第二长叶片的叶片梢部92以螺旋角A2定向，A2范围在29°到50°之间，叶片梢部92的扭转角T2范围在80°-120°之间。螺旋角A1和A2之差值的最佳范围在约4°到约10°之间，最优选的差值范围是约6°到约8°。这两个长叶片91，92的螺旋长度H1和H2大致是相同的。第一长叶片91的轴向长度l1和回转体长度L的比值之范围是0.60-0.85。第二长叶片的轴向长度l2和L的比值之范围是0.55-0.80。
第一和第二短叶片梢部93和94分别在131°-139°的角度位置和311°-319°的角度位置起始。第一短叶片梢部的螺旋角A3的范围是25°-40°，第二短叶片梢部的螺旋角A4的范围是29°-50°。这些短叶片梢部93、94的螺旋长度基本是相同的。第一和第二短叶片梢部的轴向长度l3和l4分别和L的比值之范围都是在0.10-0.40之间。第一短叶片梢部93的扭转角T3的范围是20°-50°，第二短叶片梢部94的扭转角T4的范围是20°-50°。
图6和图7所示的新回转体81、82的参数的最佳范围一览列在下面的表Ⅰ中：
表Ⅰ-图6和图7，四叶片
起始
角度位置 螺旋角A扭转角T 比值l/L
长叶片91    0°    25°-45°    70°-110°    0.60-0.85
长叶片92    176°-184°    29°-50°    80°-120°    0.55-0.80
A2-A1＞4°
A2-A1的最佳范围为4°-10°
A2-A1的最优选范围约为6°-8°
短叶片93    131°-139°    25°-45°    20°-50°    0.10-0.40
短叶片94    311°-319°    29°-50°    20°-50°    0.10-0.40
注意：上表中的值所适用的回转体的L/D值范围在1.4-2.1之间。
最佳一对用于混合腔26的回转体的参数的例子进一步列在下面的表Ⅱ中，该混合腔26的结构所用的回转体的长度L与直径D的比值为1.58：
表Ⅱ-图6和图7，四叶片（L/D＝1.58）
起始角度位置 螺旋角A扭转角T 比值l/L
长叶片91    0°    32°    90°    0.79
长叶片92    176°-184°    40°    109°    0.71
A2-A1＝8°
短叶片93    131°-139°    32°    37°    0.34
短叶片94    311°-319°    40°    45°    0.30
最佳一对用于混合腔26的回转体的参数的例子进一步列在下面的表Ⅲ中，混合腔26的结构使用的回转体的长度L与直径D的比值为1.42。
表Ⅲ-图6和图7，四叶片（L/D＝1.42）
起始角度位置    螺旋角A    扭转角T    比值l/L
长叶片91    0°    38°    90°    0.73
长叶片92    176°-184°    45°    104°    0.64
A2-A1＝7°
短叶片93    131°-139°    38°    39°    0.36
短叶片94    311°-319°    45°    45°    0.29
在混合腔26的两个腔室27和28内由回转体叶片91、92、93、94产生的有利的共同混合作用示于图10中。利用轴向运动和流动通过沿轴向滚动物料层而产生了大大提高的搅拌（分布的）混合100。此外，腔室中绕过回转体叶片梢部的物料受到高强力（强剪切）混合。具有大螺旋角A2的长叶片92（图7）有助于对物料进行较小的剪切而产生较大的轴向推力（图10）。这些长叶片92在各自的轴向上对物料施加了强大的轴向推力，因此与现有技术的回转体51和52（图3、4、5）相比，沿轴向滚动和流动物料层产生了大大提高的搅拌（分布的）混和。由于在具有不同螺旋角A1和A2的各个长叶片91和92的前面的104和106处产生的各种轴向速度，有利地造成由滚动层产生的这种搅拌的不规则化。借助于它们的最大到120°的大扭转角T2，与扭转角显著小于90°的长叶片62（图3和图4）相比，这些长叶片92在中心区域29的停留时间或停顿时间明显增加。它们的较长停留时间和增加了的轴向推力能使这些长叶片92强迫更多的物料通过强有力的轴向上的分布混合被搅拌及混合。而且，由于这些长叶片92较大的扭转角T2和因此在混合腔的中心区域29内的较长的停留时间，这些长叶片92减少了“积”在该中心区域29的物料的体积，因而迫使更多的物料进入腔室27或28以经受该提高了的强有力的轴向分布混合作用。
螺旋角A1较小的长叶片91（图7）有助于以较小的对物料的轴向推力而产生强剪切力。这些螺旋角较小的长叶片91的轴向长度l1稍大于长叶片92的轴向长度。借助于它们相对较长的轴向长度，这些长叶片91能沿轴向把一些物料从回转体的起始端附近推到回转体凹处的另一端，以提高总混合作用。
短叶片93和94抹去在每个回转体腔室两端上的物料，并且在每个回转体凹处产生轻微的挤压流动混合，如95和96所示（图10）。
从安装在混合腔26内的两个回转体81和82的驱动端57起始的叶片的螺旋角A1与A2，A3与A4分别是不同的。螺旋角的差值能使叶片提高把物料（横向混合）从一个腔室到另一个腔室的传送，这是因为由于当两个对置的叶片恰好接近并进入中心区域29时，不同的螺旋角很快把它们从直接的反相位相互移开，两个对置的叶片沿整个螺旋长度上是不会反相位的。
图11A-图11F示意性地说明了各种最佳回转体叶片的相互关系，这些相互关系通过把物料从一个回转体凹处传送到另一回转体凹处而提高横向混合。
在图11A中，当两个长叶片进入中心区域29的相对端时，每个叶片推动物料从腔室到腔室越过中心区域进行轴向混合，并加上一些轴向挤压一流动混合97。
在图11B中，当一个长叶片和一个短叶片进入中心区域的相对端时，每个叶片还是横向地推动物料越过中心区域从一个腔室到另一个腔室，加上一些经短叶片尾端的轴向挤压-流动混合98。
在图11C中，当一个长叶片和一个短叶片进入中心区域的同一端时，由于长叶片的推力，产生从腔室到腔室的横向混合，加上绕过短叶片尾端的一些挤压-流动混合。
在图11D中，当两个短叶片进入中心区域的相对端时，每个叶片推动物料越过中心区域29进行横向混合。
图11E所示的与图11B相反，一个长叶片和一个短叶片进入中心区域的相对端。图11B和图11E所示的最佳相互关系在现有技术回转体51和52（图3和图4）中是不可能有的，这是由于后者的回转体不可能有同时进入中心区域相对端的这样一个长叶片和一个短叶片。
图11F是类似于图11A-图11E的放大局部图，不同之处是图11F示出了两个同时进入中心区域29同一端的对置的长叶片91、92，现有技术回转体51和52不会产生这种情况。借助于它们螺旋角的差造成的不同轴向推力，如轴向点划线箭头101，102的不同长度所示，在中心区域产生了一种对物料的新的轴向滑动剪切。
应当注意，当两个对置的长叶片进入中心区域的另一端时，也产生与图11F相反的情况，因此在中心区域在相反方向上产生对物料的该新的轴向滑动剪切。
参照图11A-图11F，应当注意，当两个回转体以不等的速度驱动时，上述相互关系的这些各种顺序自动地产生。另外，通过以选择好的相位关系安装回转体然后以相等的速度驱动它们，可以选择和重复产生任何特定的相位关系，如下面将要进一步讨论的。
回顾由实施本发明的两个回转体81、82（图6和图7）产生的高效率和新的相互混合作用，从图10中可见随着被混合物料的轴向运动和流动通过在轴向上往复地滚动物料层产生了大量的搅拌（分布的）混合100。由于每个回转体上的长叶片91和92起始于回转体的相对端57和58，在每个腔室27，28中它们沿一个轴向滚动物料层，然后沿另一个轴向向回滚动物料层（请见图5）。而且，滚动层在104和106处以不同的角速度被推动，所以造成搅拌（分布的）混合100的不规则化。结果，通过往复地在轴向上的这种分布混合，在每个腔室27和28中的物料被均匀地搅拌。
现在可以理解为什么图5中有这种文字“阻碍搅拌（分布的）混合”，这是因为由于现有技术回转体51、52（图3、图4）上的两个长叶片61、62始于该回转体的同一密封圈端，所以四叶片的回转体51、52在轴向上不会造成这种物料层的大量有效的往复滚动。
与这种搅拌（分布的）混合100（图10）一起，沿两个腔室27、28的轴向长度上的每一位置都产生一种平衡的强剪切型混合，这可以从图10得到理解。换句话说，在每个腔室27和28中，从这头到那头即在垂直于回转转轴60所取的每个递次平面上强剪切作用是平衡的（是均匀的），这是因为一个长叶片和一个短叶片起始于每个回转体的每一端。换句话说，在产生强剪切混合上每个回转体的每个轴向上的一半都是大致相等地有效。
相反，在现有技术回转体51、52上，两个长叶片61、62都起始于各自回转体的同一密封圈端。结果，现在可以理解左腔室27内的现有技术回转体51在靠近回转体驱动端57的两个长叶片所处的半个腔室上产生比强剪切作用的一半大得多的强剪切作用;同时右腔室28内的另一个现有技术回转体52在靠近回转体冷却剂端58的两个长叶片所处的半个腔室上产生比强剪切作用的一半大得多的强剪切作用。这样，使用现有技术回转体51、52，剪切作用就不会平衡。由于各自回转体上的长叶片61、62在轴向关系上的不平衡的位置，在沿混合腔26的轴向长度上，从垂直于回转体轴所取的这个平面到那个平面上，剪切作用是不均匀的。
除了在每个腔室27和28内由物料的滚动层往复地产生的新的大量的均匀搅拌（分布的）混合100（图10），及除了沿每个腔室的轴向从这头到那头产生的平衡的均匀的强剪切混合作用，当回转体以不等的速度被驱动时，在一对回转体叶片接近混合腔的中心区域29时在它们之间还产生新的相互作用，如图11B、图11E、图11F的相互情况所示。
当新的回转体81、82以相等的速度驱动时，我认为在它们之间有一个最佳相位关系。这个最佳相位关系示于图10中，也示于图11A中（并也示于图11D中），即两个第一长叶片91同时接近中心区域29。这样，另外两个长叶片92也同时接近中心区域。结果，在每个旋转周期内，恰好处于中心区域29附近的任何物料都将经受两个强有力的横向混合，加上在接近的长叶片91和92之间，92和92之间的挤压一流动混合。
图8和图9示出了两个新的三叶片回转体81′和82′，它们每一个都有始于各自回转体相对端的长叶片91、92。仅有一个始于密封圈端57的短叶片93。取消短叶片之一的原因是为了增加混合腔26内的自由（可用）体积。换句话说，这对三叶片回转体81′和82′可以安装在体积小到不能安装一对四叶片回转体的混合腔26中，这个混合腔内通常安装的是二叶片回转体，这样这些三叶片回转体提高了混合机20的总性能和生产率。
这些新的三叶片回转体81′和82′的参数的最佳范围一览，列在下面的表Ⅳ中。
表Ⅳ-图8、图9，三叶片
起始角度位置    螺旋角A    扭转角T    比值l/L
长叶片91    0°    25°-45°    70°-110°    0.60-0.85
长叶片92    176°-184°    29°-50°    80°-120°    0.55-0.80
A2-A1＞4°
A2-A1的最佳范围4°-10°
A2-A1的最优选范围约为6°-8°
短叶片93    131°-139°    20°-50°    20°-50°    0.20-0.50
注意：上表中所列的值所适用的回转体的L/D值之范围为1.4-2.1。
注意：A3最好在A1的±5°之内。
最佳一对用于混合腔26的三叶片回转体的参数的例子进一步列在下面的表Ⅴ，该混合腔的结构所用的回转体的长度L与直径D的比值为1.58。
表Ⅴ-图8、图9，三叶片（L/D＝1.58）
起始角度位置    螺旋角A    扭转角T    比值l/L
长叶片91    0°    34°    98°    0.77
长叶片92    176°-184°    40°    118°    0.72
A2-A1＝6°
短叶片    131°-139°    30°    48°    0.45
比较表Ⅱ中四叶片回转体的具体例子和表Ⅴ中三叶片回转体（它的L/D的值同样是1.58）的具体例子，应当注意，为了弥补三叶片回转体上取消的第二短叶片，明显增大了两个长叶片和一个短叶片的扭转角，以便增加在中心区域29的有效停留时间。第一长叶片和短叶片的螺旋角减小，以便增加叶片梢部和腔室壁之间的强剪切混合作用。
如图12B和图13所示，与图12A所示的现有技术四叶片回转体51、52相比，作为两个回转体的整个旋转周期的一部分，对新的四叶片回转体81、82和新的三叶片回转体81′，82′两者来说，在混合机的中心线“CL”的停留时间“DL”明显增加了。对新的四叶片回转体81、82来说，停留时间“DL”增加了至少33%。对新的三叶片回转体81′，82′来说，停留时间“DL”增加了至少42%。在混合机中心线的停留时间的增加迫使更多的物料进入两个腔室27、28，从而由所描述的力进行混合。
除了上面描述过的优点，实施本发明的新回转体还有下列好处：
（a）为使被混合物（批量）更均匀，强化了轴向分布混合作用和横向混合。这个改善使不合格被混合物的数量减至最小。
（b）通过减少“积”在混合机的中心区域的物料的体积，使叶片梢部和腔室壁表面间的物料的剪切混合达到最大。这个移动作用更迅速地使被混合物变得不太粘滞，并更迅速地变得均匀。
（c）尽管这些回转体会稍微减少给定尺寸的混合机的有用体积，但它们可以减少现有的混合时间及不合格被混合物的数量。这样，这些新回转体将增加生产率。
（d）因为长叶片的排布加强了这些回转体，所以在危险载荷下的回转体的疲劳或应力破坏降至最小。
（e）这两对回转体（四叶片或三叶片）可以以摩擦轮传动比驱动或以等速的齿轮驱动，因此可灵活用于现有混合机的翻新改造，以改善它们的混合性能和生产率。
（f）借助于明显增大的扭转角，通过减少“积”在混合机中心区域的物料的体积，这些回转体提供了更好的混合和更好的热传导。
（g）在新的四叶片回转体中，产生了一种新的情形：一个长叶片进入中心区域的一端，同时一个短叶片进入另一端，从而获得一种新的横向（腔室-腔室）混合作用。
（h）当两个具有不同螺旋角A1和A2的长叶片同时进入中心区域的同一端，产生了一种新的轴向滑动剪切。
本发明的最佳实施例已经详细描述，应当知道在不背离由附加权利要求所定的本发明的精神和范围条件下，可以对两个回转体进行各种改变和改型。

Claims (19)

1、一种内混合机(20)，包括限定混合腔(26)的机壳(35)，混合腔(26)的腔室(27和28)的形状可以分别容纳第一和第二绕所述各自腔室内的水平平行轴(60)反向旋转的非啮合带叶片回转体(81和82，81′和82′)，所述腔室与通常位于所述回转体之间的混合腔中心区域(29)相通，所述混合腔有一个入口和一个出口，所述混合机包括驱动装置(50，48)以沿相反方向使所述回转体绕它们各自的轴旋转，其中所述第一和第二回转体都有一个驱动端(57)和一个冷却剂端(58)，至少三个带螺旋形叶片梢部(91、92、93、94或91、92、93)的叶片包括第一和第二长叶片和至少一个短叶片，所述第一和第二非啮合回转体的特征在于：每个回转体上的所述第一长叶片起始于回转体的第一端(57或58)上关于回转体轴的零角度位置，第一长叶片的叶片梢部(91)相对于回转体轴以第一螺旋角A1取向，A1的范围为约25°-约45°，所述第二长叶片起始于回转体的第二端(58或57)上关于回转体轴的一个角度位置，该角度位置的范围为约176°-约184°，第二长叶片的叶片梢部(92)相对于回转体轴以大于A1的第二螺旋角A2定向，所述短叶片(93)起始于回转体上所述第一长叶片起始端的同一端，第一长叶片的螺旋角A1较小，所述短叶片起始于回转体所述第一端上关于回转体轴的一个角度位置，该角度位置的范围为约131°-约139°，短叶片的叶片梢部(93)相对于回转体轴以第三螺旋角A3取向，A3的范围为约20°-约50°，所述第一回转体的所述第一端是由所述驱动装置驱动的驱动端，所述第二回转体的所述第二端是由所述驱动装装置驱动的驱动端。
2、根据权利要求1所述的内混合机上的第一和第二非啮合回转体（81和82或81′和82′），其特征在于所述第二螺旋角A2比所述第一螺旋角A1大约4°。
3、根据权利要求2所述的内混合机上的第一和第二非啮合回转体（81和82或81′和82′），其特征在于所述第二螺旋角A2大于所述第一螺旋角A1，该角度差值的范围为约4°-约10°。
4、根据权利要求1所述的内混合机上的第一和第二非啮合回转体（81和82或81′和82′），其特征在于所述短叶片的叶片梢部（93）的所述第三螺旋角A3的角度值的范围为所述第一螺旋角A1的角度值加或减约5°。
5、根据权利要求2、3或4所述的内混合机上的第一和第二非啮合回转体（81和82或81′和82′），其特征在于所述螺旋角A2和A1之间的角度差值之范围为约6°-8°。
6、根据权利要求1、2、3、4或5所述的内混合机上的第一和第二非啮合回转体（81和82或81′和82′），其特征在于所述第一长叶片的所述叶片梢部的扭转角T1的范围为约70°-约110°。
7、根据任何一项或多项前述权利要求所述的内混合机上的第一和第二非啮合回转体（81和82或81′或82′），其特征在于所述第二长叶片的所述叶片梢部（92）的扭转角T2的范围为约80°-约120°。
8、根据任何一项或多项前述权利要求所述的混合机上的第一和第二非啮合回转体（81和82或81′和82′），其特征在于所述短叶片的所述叶片梢部（93）的扭转角T3的范围为约20°-约50°。
9、根据任何一项或多项前述权利要求所述的混合机上的第一和第二非啮合回转体（81和82或81′和82′），其特征在于所述第一长叶片的所述叶片梢部（91）的轴向长度l1与回转体长度L的比值之范围为约0.60-约0.85，所述第二长叶片的所述叶片梢部（92）的轴向长度l2与回转体长度L的比值之范围为约0.55-约0.80。
10、根据任何一项或多项前述权利要求所述的混合机上的第一和第二非啮合回转体（81和82或81′和82′），其特征在于所述短叶片的所述叶片梢部（93）的轴向长度l3与回转体长度L的比值之范围为约0.20-约0.50。
11、根据任何一项或多项前述权利要求1至9所述的混合机上的有一个第二短叶片的第一和第二非啮合回转体（81和82），其特征在于所述第二短叶片起始于回转体的所述第二端，起始于关于回转体轴的范围约310°-约319°的角度位置，第二短叶片的叶片梢部（94）相对于回转体轴以第四螺旋角A4取向，A4的范围为约29°-约50°，当回转体在它们各自的腔室（27和28）内旋转时，每个回转体的所述第一和第二长叶片（91和92）通过利用在各自腔室（27和28）内的轴向运动分量来回地滚动物料层（100），而在各自的腔室中产生物料的搅拌，分布混合。
12、根据任何一项或多项前述权利要求所述的内混合机上的第一和第二非啮合回转体（81和82或81′和82′），其特征在于每个回转体的所述第一和第二长叶片（91和92）通过利用轴向运动分量往复地滚动物料层（100）而在各自的腔室（27和28）中产生物料的搅拌，分布混合的不规则化。
13、根据权利要求12所述的混合机上的第一和第二非啮合回转体（81和82或81′和82′），其特征在于每个回转体的所述第一和第二长叶片（91和92）来回地在各自的腔室（27或28）中滚动物料层（100），利用所述不同的螺旋角A1和A2而在相对的轴向上产生的不同速度而造成搅拌的所述不规则化。
14、根据权利要求11所述的内混合机上的第一和第二非啮合回转体（81和82），其特征在于所述第三螺旋角A3大致等于所述第一螺旋角A1，所述第四螺旋角A4大致等于所述第二螺旋角A2。
15、根据任何一项或多项前述权利要求所述的混合机上的第一和第二非啮合回转体（81和82或81′和82′），其特征在于所述第一长叶片的叶片梢部（91）的螺旋长度是所述第二长叶片的叶片梢部（92）的螺旋长度的约90°-约110%。
16、根据权利要求11或14所述的内混合机上的第一和第二非啮合回转体（81和82），其特征在于所述第一短叶片的叶片梢部的扭转角T3之范围为约20°-约50°，所述第二短叶片的叶片梢部的扭转角T4的范围为约20°-约50°。
17、根据权利要求11、14或16所述的内混合机上的第一和第二非啮合回转体（81和82），其特征在于所述第一和第二短叶片的螺旋长度大致相等。
18、根据权利要求1到9和11到17中的任何一项或多项所述的混合机上的第一和第二非啮合回转体（81和82），其特征在于所述第一短叶片的轴向长度l3与所述回转体的轴向长度L的比值l3/L的范围为约0.1-约0.4，所述第二短叶片的轴向长度l4与所述回转体的轴向长度L的比值l4/L的范围为约0.1-约0.4。
19、根据权利要求1到9和11到18的任何一项或多项所述的内混合机上的第一和第二非啮合回转体（81和82），其特征在于所述两个短叶片的螺旋角A3和A4的范围都是约20°-约50°。
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