物质传送装置 【技术领域】
本发明是关于物质传送装置， 它把要传送的物质从入口传送到出口。技术背景 物质传送装置把含有固态物质的液体从入口传送到出口并卸载该液体。 物质传送 装置有广泛用途， 例如， 把一个大容器 ( 如， 罐 ) 里的液体传送到多个小容器里。 一些常规的 物质传送装置在圆柱形旋转体的外周面上设计有螺旋形的翅 ( 如下面提到的专利文件 1)。 用这种常规装置来传送物质， 要想达到较大的卸载压 ( 卸载能力 ) 来传送大量的物质， 就要 增加圆柱形旋转体的旋转速度。
专利文件 1 ： 日本专利申请， 其提前公开的公布号为 2003-269358
本发明的披露
本发明解决的问题
上面所提到的旋转体的旋转速度必须有一个限度， 因为高速旋转的旋转体会损坏 从入口导入的物质。 被传送的某些种类的物质是易碎的， 这就限制了旋转体的旋转速度。 从 另一方面来看， 当物质传送装置在出口处通过输送管道或类似设备连接到一个小的容器来 传送物质， 卸载的压力就要略高于物质传送装置的出口压力。 较低的卸载压力， 将使被传送 的物质停滞在输送管道中。
鉴于上述情况， 本发明所要提供的物质传送装置， 能在单位面积单位时间传送大 量的物质并保持被传送物质的外形不变， 能从出口有效地卸载物质 ( 以高的喷射压 )。
解决问题的方法
为了解决上述的问题， 把物质从入口传送到出口外的物质传送装置由以下组成 ：
(1) 具有入口和出口的外壳， 其内部空间的直径从入口到出口逐渐增加并被外壳 的内周面界定 ；
(2) 随着入口到出口直径逐渐增加而扩大的内部空间中置有一个旋转体， 旋转体 绕著中心轴旋转， 其中心轴通过其其顶面和底面的中心 ；
(3) 在旋转体外周面上的第一个翅的相邻两翅面间的距离朝出口方向逐渐增加， 它与旋转体一起旋转 ；
(4) 第二个翅， 从入口和出口间某位置朝出口方向， 在旋转体外周面上沿第一个翅 的两翅面的中间开始成螺旋形延伸 ；
(5) 内部空间呈圆锥形或切除了顶端的圆锥形 ；
(6) 旋转体的外形呈圆锥形或切除了顶端的圆锥形 ；
(7) 外壳的内部空间相似于旋转体的外形 ；
(8) 翅从旋转体的外周面伸展到接近外壳的内周面 ；
(10) 翅的厚度朝出口处逐渐变厚 ；
(11) 翅的倾角定义为平行移动的弦线与旋转体的中心轴之间的角度， 其朝出口方 向变得小些 ； 弦线是在翅和旋转体外周面之间分界线上的点画出的， 并将其平行延长与中
心轴相交 ；
(12) 可以提供翅的相邻边缘的保护套， 它平行与旋转体的外周面， 把旋转体的外 周面与外壳的内周面隔开 ；
(13) 所提供的导入物质的入口， 可以与旋转轴方向相交或平行 ；
(14) 可以提供旋转体底面的保护板 ( 障碍板 )， 以防被传送的物质与外壳底面碰 撞。
附带说明一下， 旋转体可以有任意外形， 其宽度 ( 或外径 ) 从入口到出口逐渐增 加， 包括那些外周面的外形为抛物线、 指数曲线或者旋转体的侧视图为双曲线。
本发明的效果
在本发明的物质传送装置中， 翅的边缘尽量接近外壳的内壁而不妨碍翅的旋转运 动。因而， 传送的路径 ( 传送空间 ) 是由旋转体外周面、 螺旋形的翅和外壳内壁所包围的空 间所组成。这个传送路径沿着螺旋体外周面上的翅螺旋形地延伸。旋转体随着宽度 ( 外 径 ) 从入口到出口的增加而延伸。旋转体的顶端 ( 顶面， 最小的部分 ) 靠近入口， 而它的底 面 ( 最宽的部分 ) 靠近出口。这样， 旋转体越朝出口越宽 ( 外径逐渐增加 )。对恒定转速的 旋转体来说， 旋转体的外周面的线速度朝出口的方向不断增加。 也就是， 离旋转体中心轴越 远， 其线速度越高。 这样， 由入口导入的物质， 如上面所述， 在朝出口传送的路径中传送速度 逐渐地增加。因为旋转体靠近入口处是顶端 ( 最窄的部分 )， 这里的物质传送速度是低的， 这样就不易损坏物质。 如同上述， 物质传送速度几乎与旋转体外周面的线速度成比例变化， 并与逐渐增 加的线速度成正比例。因此， 物质传送的速度不存在突然变化， 而在层流中 ( 不形成湍流 ) 平稳地传向出口。如上所述， 物质的传送速度可以在出口处比入口处更高。所以， 传送到出 口的物质从出口处能很有效地卸载 ( 以较高的排出压卸载 )， 其排出压依赖于旋转体的旋 转速度。物质是在层流中传送 ； 在传送过程中， 对外壳的内壁或翅没有剧烈碰撞。因此， 没 有因碰撞造成的噪音和振动， 也保持了物质原来的外形。
如上所述， 物质在传送路径中的传送速度随着接近出口而增加。 因此， 似乎每单位 面积、 每单位时间从出口卸载的物质的量大于从入口导入的物质的量。然而， 实际上， 只有 从入口导入的物质的量， 从出口处卸载。因此， 从入口导入的物质是被吸入到传送路径中 的。由此可见， 从入口连续地导入的物质能平稳地而没堵塞地传送到出口， 再从出口处卸 载。
图示简介
图 1 用图说明本发明例 1 中采用物质传送装置的物质传送系统。
图 2 是图 1 中说明的装置外壳破开的物质传送装置的侧视图。
图 3A 是图 2 中说明的物质传送装置中旋转体和翅的侧视。
图 3B 是一个内部空间的侧视图 ( 相似于旋转体 )。
图 3C 是另一个内部空间的侧视图 ( 相似于旋转体 )。
图 4 是图 3A 中 B-B 处的旋转体的截面图。
图 5 是例 1 与样本例子中物质传送装置的传送量的比较曲线图 ： 横坐标表示旋转 体的旋转速度 (rpm)， 纵坐标表示在出口处与物质传送方向的垂直剖面每一平方厘米的物 质传送量 (L/min)。
图 6 是给出入口和出口压力的曲线图 ： 横坐标是外壳的长度方向， 纵坐标是以水 头表示的压力 (m)。
图 7 是例 2 中物质传送装置的旋转体和翅的侧视图。
图 8 是例 2 与例 1 中物质传送装置的传送量的比较曲线图 ： 横坐标是旋转体的旋 转速度 (rpm)， 纵坐标是在出口处与物质传送方向的垂直剖面每一平方厘米的物质传送量 (L/min)。
图 9 是例 3 中物质传送装置的旋转体和翅的侧视图。
图 10 是例 3 与例 1 和 2 中物质传送装置的传送量比较的曲线图 ： 横坐标是旋转体 的旋转速度 (rpm)， 纵坐标是在出口处与物质传送方向的垂直剖面每一平方厘米的物质传 送量 (L/min)。
图 11 是例 4 中物质传送装置的旋转体和翅的侧视图。
图 12 是例 4 与例 1、 2 和 3 中物质传送装置的传送量比较的曲线图 ： 横坐标是旋转 体的旋转速度 (rpm)， 纵坐标是在出口处与物质传送方向的垂直剖面每一平方厘米的物质 传送量 (L/min)。
图 13 是例 5 中物质传送装置的旋转体和翅的侧视图。
图 14 是例 5 与例 1 中物质传送装置的传送量比较的曲线图 ： 横坐标是旋转体的旋 转速度 (rpm)， 纵坐标是在出口处与物质传送方向的垂直剖面每一平方厘米的物质传送量 (L/min)。
图 15A 是说明例 6 中物质传送装置的侧视图。
图 15B 是图 15A 中的局部放大的截面图。
图 16 是例 6 与例 1 中物质传送装置的传送量比较的曲线图 ： 横坐标是旋转体的旋 转速度 (rpm)， 纵坐标是在出口处与物质传送方向的垂直剖面每一平方厘米的物质传送量 (L/min)。
图 17 是说明例 7 中物质传送装置的侧视图。
图 18 是例 7 与例 1 中物质传送装置的传送量比较的曲线图 ： 横坐标是旋转体的旋 转速度 (rpm)， 纵坐标是在出口处与物质传送方向的垂直剖面每一平方厘米的物质传送量 (L/min)。
图 19 是说明例 8 中物质传送装置的侧视图。
图 20A 是例 8 与例 1 中物质传送装置的传送量比较的曲线图 ： 横坐标是旋转体的 旋转速度 (rpm)， 纵坐标是在出口处与物质传送方向的垂直剖面每一平方厘米的物质传送 量 (L/min)。
图 20B 是例 8 与例 1 中物质传送装置在入口及出口压力比较的曲线图 ： 横坐标是 外壳长度方向， 纵坐标是以水头 (m) 为单位的压力。
图 21 是说明例 9 中物质传送装置的侧视图。
图 22A 是例 9 与例 1 到例 8 中物质传送装置的传送量比较的曲线图 ： 横坐标是旋 转体的旋转速度 (rpm)， 纵坐标是在出口处与物质传送方向的垂直剖面每一平方厘米的物 质传送量 (L/min)。
图 22B 是例 9 与例 1 中物质传送装置在入口及出口压力比较的曲线图 ： 横坐标是 外壳长度方向， 纵坐标是以水头 (m) 为单位的压力。图 23 是说明例 10 中用图说明物质传送装置的侧视图。
实施发明的最佳方式
用物质传送装置传送， 包含食品的物质譬如乳制品、 调味品， 化学品譬如油漆， 化 妆品譬如乳霜， 药品譬如软膏等的物质来实施本发明。
例1
本发明的物质传送装置的例 1 用下面的图 1 到图 6 来说明。
图 1 用图说明本发明例 1 中采用物质传送装置的物质传送系统。
图 2 是图 1 中说明的装置外壳破开的物质传送装置的侧视图。
图 3A 是图 2 中说明的物质传送装置中旋转体和翅的侧视图。
图 3B 是一个内部空间的侧视图 ( 相似于旋转体 )。
图 3C 是另一个内部空间的侧视图 ( 相似于旋转体 )。
图 4 是图 3A B-B 处的旋转体的截面图。
图 5 是例 1 与样本例子中物质传送装置的传送量的比较曲线图 ： 横坐标表示旋转 体的旋转速度 (rpm)， 纵坐标表示在出口处与物质传送方向的垂直剖面每一平方厘米的物 质传送量 (L/min)。 图 6 是给出入口和出口压力的曲线图 ： 横坐标是外壳的长度方向， 纵坐标是以水 头表示的压力 (m)。
如在图 1 中说明， 物质传送装置 10， 用来传送流态化物质从一个大的容器 2， 如一 个罐， 通过传送管道 4A 和 4B 到多个小容器 6-1、 6-4 等。置于传送管道 4A 和 4B 中间的物 质传送装置 10 从容器 2 由重力导入物质到入口 12， 然后传送到出口 14， 并卸载 ( 排出 ) 物 质到传送管道 4B 中。经传送管道 4B 可以不断地把物质传送到箭头 A 所指方向运行的传输 带上的小容器 6-1、 6-2 等。
物质传送装置 10 有个外壳 20， 外壳上有接受物质的入口编号 12 和卸载物质的出 口 14。入口 12 和卸载物质的出口 ( 编号 14) 的横截面是圆的， 方向是垂直的 ( 图中 IN 箭 头和 OUT 箭头 )。外壳 20 有其内部空间 22。内部空间 22 的内径从入口 12 到出口 14 逐渐 增加。因此， 内部空间 22 从接近入口 12 的最小直径 R2 逐渐增加到接近出口 14 的最大直 径 R1。在图 2 中， 内部空间 22 呈现一个切除顶端的圆锥形， 也可以是一个圆锥形。除此以 外， 在图 3B 中的内部空间 22 呈现喇叭形， 或者在图 3C 中呈现子弹形。外壳 20 的内周面 24 界定了相应于切除顶端的圆锥体外周面的内部空间 22。在出口 14， 装了一台流量计 16， 用 来测量通过出口 14 卸载的物质的流量。流量计 16 在出口 14 处测量与物质卸载方向 ( 箭 头 A 的方向 ) 的垂直剖面每一平方厘米的物质传送量 (L/min)。在入口 12 处装了一台压 力表 13， 用来测量入口 12 处流态化物质的压力 ； 而在出口 14 也装了压力表 15， 用来测量出 口 14 处流态化物质的压力。在图 6 中给出了用压力表 13 和 15 测量压力的例子， 单位是水 头 (m)。压力表 13 是一台由日本 PC&E 公司生产的压力计 ( 测量单位 ： 水头 (m))。压力表 15 是波登管型压力计 ( 普通型， 测量单位 ： MPa)， 并转换到水头 (m) 为测量单位。以水头为 测量单位的被测压力将在以后用图来表示。流量计 16 是一台浮子流量计 ( 测量单位 ： L/ min)， 它只能测量水的流量。
外壳 20 有一个内部空间 22， 此外壳就罩住在这内部空间 22 中旋转的旋转体 30。 这个旋转体 30 随着它的宽度 ( 相当于圆锥体或切除顶端圆锥体的外径 ) 从入口 12 到出口
14 由小变大而逐渐增大。这个旋转体 30 在外形上很相似于内部空间 22， 但并不局限于此。 在例 1 中， 内部空间 22 在外形上是切除顶端圆锥体， 而旋转体 30 在外形上如在图 2 和图 3A 中显示的那样也是一个切除顶端圆锥体。圆锥体形或切除顶端圆锥体形的外壳 20 内部空 间 22 和旋转体 30 易于制造并能平稳地传送物质。
旋转体 30 绕中心轴线旋转 ； 中心轴线是一根直线 ( 虚线 36)， 它与圆形顶面 32 中 心及圆形底面 34 中心相连接。在这个例子中， 旋转体 30 绕其中心轴 38 旋转， 中心轴与上 述直线 36 是同心的。中心轴 38 纵向两端由轴承 40 和 42 支撑。固定在轴承 42 上的中心 轴 38 部分与一个马达 44 相连。这个马达 44 驱动旋转体 30 的旋转。这个马达 44 由一个 控制器 ( 图中未显示 ) 来控制。在旋转体 30 的底面 34 装有保护板 35 以防被传送物质与 外壳 20 的内壁底部碰撞。保护板 35 的直径大于旋转体的底面 34 几乎与相邻的旋转体底 面 34 的翅 50 相等。旋转体 30 的顶面 32 和保护板 35 在结构上与外壳 20 的内壁面不相碰 ： 这样， 旋转体 30 就能平稳地旋转而不会与固定的不旋转的外壳 20 相碰。
螺旋形的翅 50 是在旋转体 30 的外周面 31 上。翅 50 与旋转体 30 一起旋转。翅 50 从旋转体 30 外周面 31 的顶端到末端延伸 ( 从头到尾 )。要不然， 翅 50 也可以沿着从近 入口 12 处到近出口 14 处延伸 ( 不是从头到尾 )。因此， 如后面提到， 在旋转体 30 的纵向末 端， 翅 50 的部分可能少一个或二个 ； 而缺少的位置可以是旋转体 30 的任何一个纵向末端。 翅 50 从旋转体 30 的外周面 31 伸展并接近到外壳 20 的内周面 24 ； 而翅 50 的边缘 ( 面对内 周面 24 的部分 ) 与外壳 20 的内周面 24 之间的缝隙， 对被传送物质来说， 只是产生小小的 渗漏。相临两翅 50 面之间的距离 d 是固定的 ( 对所有翅来说都是不变的 )。翅 50 和内周 面 24 相互不碰以使翅 50 能平稳地旋转。外壳 20 用支架或类似固定到地面， 其不转动 ( 图 中没有表示 )。
倾角 θ 定义为延长的切线 52 与中心轴 38 相交的夹角 ： 经旋转体 30 的外周面 31 与螺旋形翅 50 分界线上的点画出切线并把它平行延长与中心轴 38 或中心线 36 相交。这 个倾角 θ 控制为常数， 84°， 如图 3A 所示。如下所述， 为了增加物质的传送量， 可以改变这 个倾角 θ。
外壳 20、 旋转体 30 和翅 50 由适合于传送物质的树脂金属来制造。用物质传送装 置 10 传送的物质包括食品、 化学品、 化妆品、 洗涤剂和药品等。食品有奶制品、 调味品、 熟制 品、 饮料、 酒类、 和甜制品。化学品有油漆。化妆品和洗涤剂有乳霜、 洗发剂和清洁剂。药品 有软膏、 眼露和甘油。
外壳 20 的内部空间 22 有直径为 18cm(R1) 的底面、 直径为 4cm(R2) 的顶面， 其长 度为 20.7cm(L1)( 相当于旋转体 30 的长度 )。入口 12 的横截面是圆的、 直径为 R5， 其面积 是出口的 2 倍 ： 出口的直径为 R6， 数值是 2.0cm。旋转体 30 的底面直径为 12cm、 标为 R3， 顶面直径为 1.3cm、 标为 R4。相临两翅 50 面间的距离 d( 间隔 ) 是 2.5cm。用这台装置， 测 量了物质的传送量。在例 1 中， 仅用水作为传送的物质。也在以后的例子中用水作为传送 的物质。图 5 显示了结果。图 5 也显示了物质传送装置在比较样本中的流量。在比较样本 中， 物质传送装置由直径为 7cm 的圆柱形的内部空间， 外径为 1.3cm 的旋转体， 而其它部件 的尺寸与编号为 10 的物质传送装置相同。在测量中， 用编号为 16 的流量计来测流量， 物质 传送装置 10 和比较样本都用树脂金属制造。
如图 5 所示， 在例 1 中的物质传送装置 10 和比较样本中的物质传送装置两者都是流量与转速 (rpm) 成正比例。然而， 对编号为 10 的物质传送装置来说， 当转速增加时流量 增加得更快。
图 6 显示了具上述尺寸的物质传送装置 10 在入口 12 和出口 14 处的压力。在图 6 中， 用水头 (m) 为单位来表示压力的。压力在入口 12 处为负， 而在出口 14 处比水头 2m 还 高。从结果来看， 物质在入口 ( 编号 12) 处是被负压吸入进去的。
在下面会看到从图 5 和图 6 中得出的上述结果。
在物质传送装置 10 中， 翅 50 的边缘尽可能地接近内周面 24 而不妨碍翅 50 的旋 转； 因此， 物质不会通过翅 50 与内周面 24 之间的余隙泄漏。由此可见， 物质的传送路径或 称传送空间 60 是被旋转体 30 的外周面 31、 螺旋形的翅 50 和外壳 20 的内周面 24 所包围的 空间。这条传送路径 60 沿着螺旋形的翅 50 不断向前， 在旋转体 30 的外周面 31 上形成一 条螺旋形的传送路径。
旋转体 30 从入口 12 到出口 14 随着外径的增加 ( 从最小直径 R4 到最大直径 R3) 而不断延伸， 其顶面 32 靠近入口 12 而底面 34 靠近出口 14。这样， 旋转体 30 朝出口 14 处 的直径就较大。因此， 对以恒定速度旋转的旋转体 30 来说， 在靠近出口 14 处， 其外周面 31 的线速度就较快 ( 在旋转体外周面上的点， 其在一个旋转周期中移动的距离较长 )。换言 之， 外周面 31 上的点离旋转体 30 中心轴 38 的距离越远 ( 越接近出口 14)， 其线速度越快。 这样， 从入口 12 到出口 14 呈螺旋形的传送路径 60 中， 线速度朝出口 14 方向按旋转体 30 的外径不断地增加。因此， 通过入口 12 导入的物质到达近入口 12 的传送路径 60 后， 以不 断增加的传送速度在传送路径 60 中传送， 此传送速度与上述提到的朝出口 14 方向越来越 快的线速度几乎成正比例。物质传送的流路在图 2 中用双点划线 F 标出。与此相反， 在比 较样本中的物质传送装置， 其内部空间和旋转体都是圆柱体的， 从入口到出口的整个传送 路径的物质传送速度几乎是不变的。
如上所述， 在物质传送装置 10 中， 物质的传送速度几乎正比例于旋转体 30 外周面 31 的线速度。因此， 物质是以不断增加的传送速度在层流 ( 不形成湍流 ) 中平稳地传送到 出口 14， 此传送速度没有急剧的变化， 它正比例于不断增加的外周面线速度。在出口 14 处 的物质传送速度比在入口 12 处更高， 以便传送到出口 14 的物质能有效地以较高的排出压 力从出口 14 处排出， 派出压力是依赖于旋转体 30 的旋转速度。 因为， 在传送路径中 60 传送 的物质如上所述是在层流中被传送的， 物质将不会猛烈碰撞外壳 20 的内周面 24 和翅 ( 编 号 50)， 也就不会产生由碰撞而产生的噪声和振动。
物质传送装置 10 中在靠出口 14 处的传送路径 60 中的传送速度如上所述会变得 较高。因此， 每一单位面积、 每一单位时间从出口 14 卸载的物质的量似乎大于从入口 12 导 入的物质的量。然而， 事实上， 只有从入口 12 导入的物质的量， 才能从出口 14 处卸载。因 此， 如图 6 所示， 产生的负压在入口 12 把物质吸入到通向出口 14 的传送路径 60 中。由此 可见， 从入口连续地导入的物质能平稳地而没堵塞地传送到出口 14 并卸载。相比之下， 样 本例子中的物质传送装置的内部空间和旋转体都是圆柱体， 传送速度在入口到出口的范围 内都是一样的。
下面， 对外壳 20 长度、 旋转体 30 长度、 螺旋形翅 50 的圈数、 翅距 ( 相临两翅面之 间的距离 )d、 翅的倾斜角 θ 的设计方法加以说明。
在下面描述中， 符号表示如下 ： L1， 旋转体 30 长度 ； R3， 旋转体 30 底面直径 ； d， 相临两翅面间的距离 ； N， 翅 50 的圈数 ； R1， 近出口 14 处内部空间 22 的直径 ( 近似于翅 50 末 端的直径 ) ； θ， 翅 50 对中心轴 38 的倾角。
所以，
L1 ＝ d×N ；
θ ＝ 90° -(tan-1(d/3.14×R1))° ；
固态物质的宽度 W ： W＜d；
固态物质的厚度 H ： H ＜ (R1-R3)/2 ；
固态物质的最大直径 d1 ： d1 ＝ (W2+H2+B2)1/2 ；
其中 B 表示固态物质的深度， 并且 d1 ＜ d。
出口 14 直径 R6 由固态物质的最大直径 d1 和所需流量来决定。 入口 12 直径 R5 比 出口 14 直径 R6 大， 两者的截面积比为 2 至 3。翅 50 与外壳 20 的内周面间的余隙， 考虑到 被传送物质的渗漏、 部件的运转、 装配的难度等因素， 其大小范围最好在 0.01mm 至 0.2mm。
例2
下面用图 7 和图 8 来阐述本发明的物质传送装置的第二个例子。
图 7 是例 2 采用的物质传送装置的旋转体和翅的侧视图。图 8 是例 2 采用的物质 传送装置与例 1 采用的物质传送装置的传送量比较的曲线图 ： 横坐标是旋转体的旋转速度 (rpm)， 纵坐标是在出口处通过传送方向的横截面上每一平方厘米的物质传送量 (L/min)。 在图 7 和图 8 中， 如同在图 1 到图 6 中那样， 用相同的符号来表示相应的结构部件。
在例 2 中的物质传送装置 110 除翅的外形外， 在结构上与例 1 中的物质传送装置 10 基本相同。物质传送装置 ( 编号 110) 相临两翅 150 面间的距离 ( 空间 )d 朝出口 14 方 向逐渐增大 ( 见图 2 等 )。更确切地说， 靠近入口 12 的距离 d 等于 2.5cm， 而靠近出口 14 的距离 d5 等于 6.7cm。距离 d 到 d5 是随翅 150 的圈数逐渐增加， 从 3.0cm 经 3.75cm 到 4.75cm。因而， 翅 150 的圈数与例 1 中的翅 50 的圈数相比是减少了 ( 从 8 圈减到 6 圈 )。
距离从靠近入口 12 的 d 逐渐增加到靠近出口 14 的 d5， 这就使朝出口 14 方向的传 送路径 160 的断面 ( 垂直于传送方向的断面的面积 ) 也逐渐增加了， 这样就能以较大的量 来平稳地传送物质。然而， 较长的距离 d 易导致物质在传送路径 160 中停滞和湍流。为防 止湍流发生， 如下所述， 要提供第二个翅。图 8 显示了例 2 物质传送装置 110 物质传送的量 与例 1 的比较。
如图 8 所示， 例 1 物质传送装置 10 的流量增加正比例于旋转速度 (rpm) 的增加， 例 2 中的物质传送装置 110 也是这样。然而， 采用例 2 中的物质传送装置 110， 物质传送的 流量增加得更大。这是因为更大的传送路径 160 的断面面积能传送更大量的物质， 而且产 生的吸力 ( 负压 ) 有利于从入口 12 把物质吸入到 ( 朝向出口 12 的 ) 传送路径 160 中。然 而， 过度地增加距离 d5 将会如上所述， 导致物质在传送路径中停滞和产生湍流。
距离 d 到 d5 的设计应依照例 1 中叙述的外壳 20 的长度 ( 旋转体 30 的长度 )、 翅 50 的圈数、 相邻两翅面间的距离 d 和翅 50 的倾斜角 θ 的设计方法。
例3
下面用图 9 和图 10 来阐述本发明的物质传送装置的第三个例子。
图 9 是例 3 中物质传送装置的旋转体和翅的侧视图。图 10 是例 3 中的物质传送 装置的传送量与例 1 和例 2 的比较曲线图 ： 横坐标是旋转体的旋转速度 (rpm)， 纵坐标是在出口处通过与传送方向垂直的截面上每一平方厘米的物质传送量 (L/min)。在图 9 和图 10 中， 如同在图 1 到图 8 中那样， 用相同的符号来表示相应的结构部件。
在例 3 中的物质传送装置 210， 除相邻两翅面间的距离和有第二个翅 252 外， 在结 构上与例 2 中的物质传送装置 110 基本相同。在例 3 中物质传送装置 210 相邻两翅 250 面 间的距离 ( 间隔空间 )d 朝出口 14 方向逐渐加大 ( 见图 2 等 )， 类似于在例 2 中的物质传送 装置 110。然而， 靠近出口 14 处的相邻两翅 250 面间的距离比例 2 中的相邻两翅 150 面间 的距离大。更确切地说， 靠近入口 12( 见图 2 等 ) 的距离 d 等于 2.5cm， 而靠近出口 14 的距 离 d5 等于 4.75cm。在两个端点之间， 距离 d2 到 d5 是随翅 250 的圈数逐渐增加， 从 3.0cm 经 3.75cm 到 4.75cm。
距离从靠近入口 12 的 d、 并朝出口 14 依次为 d2、 d3、 d4、 d5 逐渐增加， 这就使朝出 口 14 方向的传送路径 260 的断面 ( 垂直于传送方向的断面的面积 ) 也逐渐增加了。然而， 较长的距离 d5 易导致物质在传送路径 160 中停滞和产生湍流。为防止湍流发生， 要提供第 二个翅 252。
第二个翅 252 从第一个翅 250 的翅间距离 d4 的中间开始沿旋转体 ( 编号 30) 的 外周面 31 呈螺旋形延伸到出口， 它始终位于第一个翅 250 的两个翅面间的中间而与第一个 翅 250 相互分开。确切地说， 第二个翅 252 的起始位置与第一个翅 250 的最后 1.5 圈的起 点位置对于中心轴 38( 见图 2， 是对称的， 并终止于出口 14 处。第二个翅 252 高度在起始位 置是较低的， 然后它的高度逐渐增加， 直到近出口 14 处它的高度才与第一个翅 250 的高度 差不多。第二个翅 252 的作用是理顺物质在传送路径 260 中的流动， 以防止因过度大的翅 250 面间的距离而引起的停滞和湍流。补充一下， 为满足不同的传送物质， 可用实验方法来 决定第二个翅的起始位置。
图 10 是例 3 的物质传送装置 210、 例 2 的物质传送装置 110 和例 1 的物质传送装 置 10 的物质传送量的比较， 其中例 3 中的物质传送装置的翅面间的距离 d 是变化的并且该 装置具有第二个翅 252。
如图 10 所示， 不管是采用例 1 的物质传送装置 10 还是例 2 的物质传送装置 110 或者例 3 的物质传送装置 210， 流量都正比例于旋转速度 (rpm)。然而， 对例 3 的物质传送 装置 210 来说， 流量增加的比率为最大。这是因为较大的断面面积 ( 与传送方向垂直的传 送路径的断面面积 ) 能传送更多的物质 ； 第二个翅使传送流成为层流 ； 而产生的吸力把进 入到入口 12 的物质朝出口 14 方向吸入到传送路径 260 中。此外， 因为不产生湍流， 使被传 送物质的形状得以保持。
例4
下面用图 11 和图 12 来阐述本发明的物质传送装置的第四个例子。
图 11 是例 4 中物质传送装置的旋转体和翅的侧视图。图 12 是例 4 中物质传送装 置的传送量与例 1、 例 2 及例 3 进行比较的曲线图 ： 横坐标表示旋转体的旋转速度 (rpm)， 而 纵坐标是在出口处通过与传送方向垂直的截面上每一平方厘米的物质传送量 (L/min)。在 图 11 和图 12 中， 如同在图 1 到图 10 中那样， 用相同的符号来表示相应的结构部件。
在例 4 中的物质传送装置 310， 除翅的厚度 t 朝出口 14 方向逐渐增厚 ( 朝入口 12 方向就逐渐变薄 ) 外， 在结构上与例 1 中的物质传送装置 10 基本相同。在例 4 中， 物质传 送装置 310 的翅 350 的厚度 t 靠近入口 12( 见图 2 等 ) 处是 2.0mm( 见图 2 等 )， 而靠近出口 14 处是 5.0mm。翅 350 朝出口方向每向前一圈， 其厚度 t 约增加 0.5mm。这种翅厚度的 设计， 并不减少流路的宽度 (d-d5)。
翅 350 的厚度从入口 12 到出口 14 逐渐增加 ； 由于在传送速度较高的区域的翅 350 的厚度得到增加， 这就提高了翅 350 的强度。靠近入口 12 处的翅 350 的厚度较小， 因入口 处是低传送速度的区域， 从入口导入的物质不易碰撞翅， 防止了物质的损坏。此外， 从入口 到出口的物质传送的阻力在减少， 使物质能平稳地传送。
图 12 显示了例 4 中物质传送装置 310 的传送量与例 1、 例 2 及例 3 中的物质传送 装置 10、 110 及 210 的传送量的比较。
图 12 表明， 在任何一台物质传送装置 10、 110、 210 及 310 中的物质传送的量随着 旋转速度的增加而增加。因旋转速度增加而增加物质传送量最大的是编号为 210 的物质传 送装置。
例5
下面用图 13 和图 14 来阐述本发明的物质传送装置的第五个例子。
图 13 是例 5 中物质传送装置的旋转体和翅的侧视图。图 14 是例 5 中物质传送装 置的传送量与例 1 进行比较的曲线图 ： 横坐标表示旋转体的旋转速度 (rpm)， 而纵坐标是在 出口处通过与传送方向垂直的截面上每一平方厘米的物质传送量 (L/min)。 在这些图中， 如 同在图 1 到图 12 中那样， 用相同的符号来表示相应的结构部件。 在例 5 中的物质传送装置 410， 除翅的倾角 θ 朝出口 14 方向逐渐变小外， 在结构 上与例 1 中的物质传送装置 10 基本相同。在这里， 倾角 θ 定义为延长的切线 52 与中心线 36 相交的角度 ： 经旋转体 30 的外周面 31 与螺旋形翅 450 分界线上的点画出切线并把它平 行延长与中心线 36 或中心轴 38 相交。倾角 θ 可根据被传送的不同大小的固态物质用实 验方法来决定。倾角 θ 与流量 ( 传送的量 ) 之间的关系在图 14 中用两个例子来描述。
在图 14 中， 直线 I 表示例 1 物质传送装置 10 的流量， 对装置整个翅 50 范围中的 倾角 θ1、 θ2 及 θ3 都是同一个度数， 即 84°。在图 14 中直线 II 表示本例装置的流量， 该装置的倾角在靠近入口 12 处的翅 450 的倾角 θ1 为 85°， 中间位置的倾角 θ2 为 82°， 靠近出口 14 处的倾角 θ3 为 75°。在图 14 中直线 III 表示本例装置的流量， 该装置的倾 角在靠近入口 ( 编号 12) 处的翅 450 的倾角 θ1 为 77°， 中间位置的倾角 θ2 为 73°， 靠 近出口 14 处的倾角 θ3 为 55°。
在上面的实验中， 其中流量最大的是， 本例装置最靠近入口 12 处的翅 450 的倾角 θ1 为 85°， 朝出口方向倾角逐渐减小， 在最靠近出口 ( 编号 14) 处的倾角 θ3 为 75°。这 是因为， 倾角 θ 越小物质的传送量越大 ( 外周面 31 的线速度 )， 增加了物质传送的加速度。 过分小的倾角 θ， 因太大的加速力而易损坏被传送的物质。
在实验中， 易碎的固态物质以水作为载体来传送， 易碎的固态物质包括大小约 10mm 的煮熟的土豆、 故萝卜、 小萝卜、 大米和青豆。这些固态物质保持了它们原来的形状从 出口处卸载下来。 在另外一个实验中， 活的鱂魚与载体水一起在装置中传送， 它活着从出口 排出。
例6
下面用图 15 和图 16 来阐述本发明的物质传送装置的第六个例子。
图 15A 是例 6 中物质传送装置的侧视图。 图 15B 是图 15A 的一部分的放大截面图。
图 16 是例 6 中物质传送装置的传送量与例 1 进行比较的曲线图 ： 横坐标表示旋转体的旋转 速度 (rpm)， 而纵坐标是在出口处通过与传送方向垂直的截面上每一平方厘米的物质传送 量 (L/min)。 在这些图中， 如同在图 1 到图 14 中那样， 在这些图中用相同的符号来表示相应 的结构部件。
在例 6 中的物质传送装置 510， 除近出口 14 处的翅 50 部分的四周有保护套 552 外， 在结构上与例 1 中的物质传送装置 10 基本相同。这个保护套 552 把旋转体 30 的外周 面 31 与外壳 20 的内周面 24 隔开， 并最后从相邻翅 50 的边缘 ( 顶 ) 中间平行地延伸到外周 面 31。这个保护套 552 可以设计成扩展到整个翅 50。然而， 这样将妨碍物质传送装置 510 的清洗。
在保护套 552 保护的那部分中， 被传送的物质就不会与外壳 20 的内周面 24 接触。 因此， 在被传送物质与内周面 24 之间没有摩擦， 物质就能更平稳地进行传送。
图 16 是用保护套 552 和不用保护套 552 时的物质传送流量的比较。具有保护套 552 的物质传送装置 510 比例 1 中不具保护套 552 的物质传送装置 10 以更高的速度传送物 质。
例7 下面用图 17 和图 18 来阐述本发明的物质传送装置的第七个例子。
图 17 是例 7 中物质传送装置的侧视图。图 18 是例 7 中物质传送装置的传送量与 例 1 进行比较的曲线图 ： 横坐标表示旋转体的旋转速度 (rpm)， 而纵坐标是在出口处通过与 传送方向垂直的截面上每一平方厘米的物质传送量 (L/min)。 在这些图中， 如同在图 1 到图 16 中那样， 在这些图中用相同的符号来表示相应的结构部件。
在例 7 中的物质传送装置 610， 除在旋转体 30 外周面 31 上靠近入口 12 处的部分 没有翅 650 外， 在结构上与例 1 中的物质传送装置 10 基本相同。在例 1 到例 6 中， 物质传 送装置的翅是在旋转体 30 的外周面 31 上从顶端到底端的， 而例 7 中的物质传送装置 610 中， 在靠近入口 12 处的旋转体 30 外周面 31 上是设计成没有翅 650 的。使用这样的装置， 因为在靠近入口处由翅 650 产生的阻力较小， 如图 18 所示， 流量略为增加。从入口处导入 的物质没有马上与翅接触， 就减少了被传送物质损坏的可能。 这样， 本例中的物质传送装置 610 适合于传送易碎的固态物质 ( 如， 软的物质 )。
翅缺少部分的长度 Lx 比率一般不大于 0.5 ； 用 Lx/L1 来表示， 最好不大于 0.3。
例8
下面用图 19 和图 20 来阐述本发明的物质传送装置的第八个例子。
图 19 是例 8 中物质传送装置的侧视图。 图 20A 是例 8 中物质传送装置的传送量与 例 1 进行比较的曲线图 ： 横坐标表示旋转体的旋转速度 (rpm)， 而纵坐标是在出口处通过与 传送方向垂直的截面上每一平方厘米的物质传送量 (L/min)。图 20B 是显示入口和出口压 力的曲线图 ： 横坐标表示外壳的长度方向， 而纵坐标表示压力， 压力的单位是水头 (m)。在 这些图中， 如同在图 1 到图 18 中那样， 在这些图中用相同的符号来表示相应的结构部件。
在例 8 中的物质传送装置 710， 除外壳 720 和旋转体 730 长度以及翅 750、 752 和 754 的数量外， 在结构上与例 1 中的物质传送装置 10 基本相同。对本例装置中的旋转体来 说， 保护板 735 的安装与图 2 中的保护板 35 一样。
本例中的物质传送装置有外壳 720、 其中的内部空间 722 和旋转体 730 与例 1 中物
质传送装置 10 相比要宽和短， 内部空间 722 和旋转体 730 的形状呈截去顶端的锥形。内部 空间 722 的底面直径 R1 为 20cm， 顶面直径 R2 为 12cm， 而其长度 L1 为 17.5cm。旋转体 730 的底面 734 直径 R3 为 15cm， 顶面 732 直径 R4 为 7cm。旋转体 730 在外周面上 731 有三个 分开的翅 ： 第一个编号为 750、 第二个编号为 752、 第三个编号为 754。
第一个翅 750 从旋转体 730 外周面 731 的顶面 732 螺旋形地绕到其底面 734( 即 端面到端面 )， 大约绕了一圈 ( 即绕外周面 731 约 360° )。第二个翅 752 从螺旋体 730 外 周面 731 纵向的中间位置螺旋形地绕到其底面 734， 绕外周面 731 几乎半圈 ( 就中心角来 说， 绕了约 120° ~130° )。第三个翅 ( 编号 754) 从螺旋体 730 外周面 731 纵向的中间位 置开始螺旋形地绕着外周面 731。第三个翅 754 与第二个翅 752 的起始位置是几乎相同， 但是按中心角来说， 偏离第二个翅约 120°。第三个翅 754 只绕着底面 734， 约绕着外周面 731 半圈 ( 就中心角来说， 绕了约 120° ~130° )。
虽然较大的翅面间的距离易引起如例 3 所述的物质在传送路径 760 中停滞和湍 流， 而第二个翅 752 和第三个翅 754 阻止了湍流的产生。
图 20 显示了上述物质传送装置 710 仅在水的传送中的流量及入口 12 与出口 14 压力差， 与例 1 中的物质传送装置 10 的比较。在本例中， 第二个翅 752 和第三个翅 754 绕 着旋转体 730 的外周面 731。此外， 三个短翅是通过偏移 90°中心角来进行缠绕的。
例9
下面用图 21 和图 22 来阐述本发明的物质传送装置的第九个例子。
图 21 是例 9 中物质传送装置的侧视图。图 22A 是例 9 中物质传送装置的传送量 与例 1 到例 8 进行比较的曲线图 ： 横坐标表示旋转体的旋转速度 (rpm)， 而纵坐标是在出口 处通过与传送方向垂直的截面上每一平方厘米的物质传送量 (L/min)。图 22B 是显示入口 和出口压力的曲线图 ： 横坐标表示外壳的长度方向， 而纵坐标表示压力， 压力的单位是水头 (m)。在这些图中， 如同在图 1 到图 20 中那样， 在这些图中用相同的符号来表示相应的结构 部件。
在例 9 中的物质传送装置 810， 在结构上与例 1 中的物质传送装置 10 基本相同。 在本例装置中， 翅 850 面间的距离 d， d2， d3， d4， d5 是逐渐增大的， 翅 850 面间的距离就如 同在例 2 中的物质传送装置 110 ； 第二个翅 852 如同在例 3 中的物质传送装置 210 ； 保护套 854 如同在例 6 中的物质传送装置 510。
如图 22A 和图 22B 所示， 本例中的物质传送装置 810， 在传送量和压力方面是优于 其它物质传送装置 10、 110、 210、 310、 410、 510、 610 和 710。
例 10
下面用图 23 来阐述本发明的物质传送装置的第十个例子。
图 23 是例 10 中物质传送装置的侧视图。
在例 1 到例 9 所描述的物质传送装置中， 入口 12 的方向与旋转体 30 的旋转轴 38 成垂直方向。在例 10 中， 物质传送装置 910 的导入物质的入口 912 方向 (IN 前头方向 ) 与 旋转体 930 的旋转轴 938 成平行方向。在出口 914 处卸载物质的方向 (OUT 前头方向 ) 与 旋转体 930 的旋转轴 938 成垂直方向如同在例 1 到例 9 中一样。
在本例物质传送装置 910 中， 外壳 920 上导入物质的入口 912 方向是平行于旋转 轴 938(IN 箭头方向 )， 而卸载被传送物质出口 914 方向是垂直于旋转轴 938(OUT 箭头方向 )。入口 912 和出口 914 的横截面分别都为圆形 ( 横截面垂直于物流方向， 即 IN 箭头和 OUT 箭头的方向 )。外壳 920 内的内部空间 922 的直径从入口到出口逐渐增加。也就是， 内 部空间 922 的直径从靠近入口 912 处为最小逐渐扩大到靠近出口 914 处为最大。图 23 是 内部空间 922 的侧视图， 从中可以看到其呈现切去顶端的圆锥体， 它也可以呈现圆锥体。除 此以外， 内部空间 922 也可以呈现喇叭形如图 3B 的侧视图所示， 或者呈现子弹形如图 3C 的 侧视图所示。
外壳 920 的内周面 924 界定了其内部空间 922。内周面 924 对应于切去顶端的圆 锥体 ( 或其它类似 ) 的外周面。在出口 14 装了一台流量计 16， 用来测量通过出口 14 卸载 的物质的流量。流量计 16 在出口 14 处测量与物质卸载方向 ( 箭头 A 的方向 ) 的垂直剖面 每一平方厘米的物质传送量 (L/min)。在入口 ( 编号 12) 处装了一台压力表 13， 用来测量 入口 12 处流态化物质的压力 ； 而在出口 14 也装了压力表 15， 用来测量出口 14 处流态化物 质的压力。在图 6 中给出了用压力表 13 和 15) 测量压力的例子， 单位是水头 (m)。压力表 13 是一台由日本 PC&E 公司生产的压力表 ( 测量单位 ： 水头 (m))。压力表 15 是波登管型压 力计 ( 普通型， 测量单位 ： MPa)， 并转换到水头 (m) 为测量单位。以水头为测量单位的被测 压力将在以后用图来表示。流量计 ( 编号 16) 装在出口 914 处以测量从出口卸载的物质的 通过卸载方向 (OUT 箭头方向 ) 截面 ( 垂直于卸载方向 ) 每一平方厘米的流量 L/min。压力 表 13 装在入口 912 处以测量该处的压力。压力表 15 装在出口 914 处以测量该处的压力。
外壳 920 在其内部空间 922 拥有在内部空间 922 中旋转的旋转体 930。 旋转体 930 外径从入口 912 到出口 914 逐渐增加。旋转体 930 外形对应于内部空间 922 的形状， 但不 一样。在例 1 中， 内部空间 22 是切除顶端的圆锥体、 本例的旋转体 930 对应于切除顶端的 圆锥体的形状。然而， 本例中的旋转体 930 的顶端 932 是一个曲面， 这样就不会造成由入口 912 进入的物质因碰撞而遭到损坏。
旋转体 930 在中心轴 938 上旋转， 此轴线通过光滑曲面顶端 932 的中心和圆形底 面 934 的中心。中心轴 938 在纵向的一头由轴承 942 支撑着， 中心轴 938 另一头可旋转的 支撑部分与马达 944 相连结， 由该马达驱动旋转体的旋转。这个马达由一个控制器进行控 制 ( 图中未表示 )。旋转体 930 的顶端 932 部分和底面 934 与外壳 920 的内墙面之间有空 隙， 以致旋转体 930 能平稳地旋转而不会碰到固定的外壳 920。 旋转体 930 底部安装有保护 板 935， 它与图 2 中的保护板 35 一样。
旋转体 930 外周面 931 上的螺旋形的翅 950 和 952 是与旋转体 930 一起旋转的。
翅 950 从旋转体 930 的外周面 931 顶端 932 略靠里面一点开始螺旋形地延伸到 另一端即底面 934。翅 952 从旋转体 930 的外周面 931 中间位置开始螺旋形地延伸到底面 934， 而不与翅 950 相交。两个翅 950 和 952 为传送大量物质增加了截面 ( 垂直于物质传 送方向 )， 而第二个翅 952 防止了湍流的形成， 这样就能平稳地传送大量的物质而不损坏物 质。
在例 10 中， 采用两个翅。而在例 1 中， 采用一个翅 ； 在例 6 中采用保护套。还有， 在例 2 中翅的距离逐渐增大 ； 在例 4 中朝出口 914 方向的翅的厚度逐渐增厚。
如上所述， 在本例物质传送装置 910 中， 导入物质的入口 912 方向是平行于旋转轴 938(IN 箭头方向 ) ； 物质就几乎平行于旋转体 930 的外周面 931 被导入的。这就使物质在 通过入口 912 导入后不易被损坏。另外， 这个装置的旋转体 930 比由入口导入物质的方向垂直于旋转轴的装置的旋转体要短 ； 借此， 旋转体 938 在旋转中就易于平稳。此外， 装置的 维护和检查因旋转轴在一端支撑 ( 轴承 942) 而变得容易。还有， 这个物质传送装置便于装 拆以利于内部清洗。
工业应用
本物质传送装置可用于物质传送， 物质包括食品如奶制品和调味品、 化学品如油 漆、 化妆品如乳霜、 药品如软膏。