用于输送粉状材料特别是水泥等的螺旋输送机

权利要求书： 1.一种螺旋输送机(100)，用于输送粉状材料；所述螺旋输送机(100)包括：

–装载口(HP)；

–传送螺旋(70)；以及

–槽(80)，该槽容纳所述传送螺旋(70)；所述槽(80)设有用于所述粉状材料的入口段(81)和出口段(82)；其特征在于，所述传送螺旋(70)包括：

-提取螺旋部分(ESEC)，布置在所述装载口(HP)下方以将所述粉状材料供应到所述入口段(81)；

–至少一个传送螺旋部分(TSEC)，具有所述传送螺旋(70)的节距(PTC)的连续变化的第一规律，所述第一规律能够通过第一函数图示地表示，所述第一函数在至少一个延伸段中具有非零的一阶导数；所述传送螺旋部分(TSEC)具有长度(L2)并在所述槽(80)的所述入口段(81)和中间段(83)之间延伸，所述传送螺旋部分具有逐点连续增加的节距；以及

–至少一个加速和推出螺旋部分(LSEC)，具有所述传送螺旋(70)的节距(PTC)的连续变化的第二规律，所述第二规律能够通过第二函数图示地表示，所述第二函数在至少一个延伸段中具有非零的一阶导数；所述加速和推出螺旋部分(LSEC)具有长度(L3)并从所述槽(80)的所述中间段(83)延伸至所述出口段(82)，所述加速和推出螺旋部分具有连续增加的节距；

所述节距(PTC)的连续变化的所述第一规律不同于所述节距(PTC)的连续变化的所述第二规律，

其中，所述入口段(81)是紧接所述装载口(HP)之后的第一个横截面，

其中，所述至少一个传送螺旋部分(TSEC)的节距的逐点变化规律能够由具有第一倾斜角(β1)的第一直线表示，并且所述至少一个加速和推出螺旋部分(LSEC)的节距的逐点变化规律能够由第二直线表示，所述第二直线具有不同于所述第一倾斜角(β1)的第二倾斜角(β2)；

其中，所述第二倾斜角(β2)>所述第一倾斜角(β1)。

2.根据权利要求1所述的螺旋输送机(100)，其特征在于，螺旋的节距(PTC)的变化的所述第一规律和螺旋的节距(PTC)的变化的所述第二规律是不同的线性规律。

3.根据权利要求1所述的螺旋输送机(100)，其特征在于，螺旋的节距(PTC)的变化的所述第一规律和螺旋的节距(PTC)的变化的所述第二规律是不同的曲线规律。

4.根据权利要求1所述的螺旋输送机(100)，其特征在于，螺旋的节距(PTC)的变化的所述第一规律是线性规律，而螺旋的节距(PTC)的变化的所述第二规律是曲线规律。

5.根据权利要求1所述的螺旋输送机(100)，其特征在于，所述至少一个传送螺旋部分(TSEC)或所述至少一个加速和推出螺旋部分(LSEC)的节距的逐点变化规律中的至少一者能够由曲线(CV)表示。

6.根据权利要求5所述的螺旋输送机(100)，其特征在于，所述至少一个传送螺旋部分(TSEC)或所述至少一个加速和推出螺旋部分(LSEC)的节距的逐点变化随着螺旋的点到起始点(P0)的距离的平方而增加。

7.根据权利要求1所述的螺旋输送机(100)，其特征在于，在所述至少一个传送螺旋部分(TSEC)和所述至少一个加速和推出螺旋部分(LSEC)之间设置具有长度(L4)的至少一个防虹吸螺旋部分(ASEC)。

8.根据权利要求7所述的螺旋输送机(100)，其特征在于，所述至少一个防虹吸螺旋部分(ASEC)的节距逐点变化规律能够由具有第三倾斜角(β3)的第三直线表示，所述第三倾斜角相对于所述第一倾斜角(β1)和所述第二倾斜角(β2)具有相反的方向。

9.根据权利要求1所述的螺旋输送机(100)，其特征在于，两个相邻的螺旋部分((TSEC)、(LSEC)；(TSEC)、(ASEC)；(ASEC)、(LSEC))在连接区域没有尖点地连续地连接。

10.根据权利要求1所述的螺旋输送机(100)，其特征在于，所述粉状材料是水泥。

说明书： 用于输送粉状材料特别是水泥等的螺旋输送机技术领域

本发明涉及一种用于输送粉状材料特别是水泥等的螺旋输送机(screwconveyor)。

事实上，这种螺旋输送机也适用于输送在使用时到达螺旋输送机的已经充气的其他准流体“滑动产品”，例如水泥、石灰、填料等。

因此，以下内容不适用于诸如沙子和砾石等材料，因为这些材料不是上述意义上的滑动产品。

背景技术

本领域众所周知，这种滑动产品(水泥、石灰、填料等)通常包含在筒仓中，筒仓内部设有一个或多个装置(例如一个或多个压缩空气喷射机)，用于甚至在粉状产品进入螺旋输送机的槽之前用气体流化粉状产品。

因此，术语“充气”在这里指的是由细颗粒(例如水泥、石灰、填料等)组成的某些材料的性质，在其团块中，颗粒通过流化空气的吸收和分布而被分离。

由于这些原因，材料在使用过程中的密度减小，并且颗粒/气体混合物暂时表现出其流体性质中的一些。

通常，充气越多，充气团块的流动性就越大。

此外，已知这种充气材料具有准流体行为的可能性与形成材料团块的颗粒的尺寸成反比。

在一些实施例中，向材料中吹入流化空气可以与材料团块中诱导的机械或气动振动一起进行以获得准流体行为。

此外，众所周知，除了空气之外，还可以使用其他气体为粉状材料提供明显的流动性，例如氮气、二氧化碳等。

然而，已经发现系统的效率通过尽可能限制准流体内的湍流而提高。

在这方面，实验发现湍流与输送机螺旋的节距的离散跳跃成正比；从这个意义上说，单螺旋延伸段的焊接也代表了离散跳跃，从而导致传送装置的效率损失。

因此，需要进行旨在制造输送螺旋(也称为“阿基米德螺旋”)的研究，该输送螺旋被设计成以显著低于当前装置的功耗的最佳功耗输送充气粉状材料。

因此，本发明的目的之一是当通过一系列结构方法输送材料时，减少由装置吸收的功率。

通常，在现有技术的实施例中，整个螺旋输送机在任一点都具有相同的节距。

然而，最近对螺旋输送机内发生的机械和流体动力学现象的彻底研究表明，为了使每个螺旋部分的效率最大化而将螺旋输送机分成具有不同功能特性的多个螺旋部分是很重要的。

因此，已经创建了这样的螺旋输送机，其被分成具有不同几何特征的串联布置的多个螺旋部分；每个螺旋部分具有不同于前一螺旋部分和下一螺旋部分的恒定节距。

在这种新构思的实施例中，不同的螺旋部分具有不同的节距以执行特定的功能，例如提取、压实和输送材料。

例如，EP-A2-0 816 938(米塔工业有限公司)公开了一种解决方案，包括使用串联布置的具有不同节距的不同螺旋部分。然而，每个螺旋部分在任何点都具有相同的节距。

然而，尽管这些解决方案有一些积极的方面，但是并没有解决使输送粉状材料的功耗最小化和使螺旋填料最大化的问题。

还注意到，如果根据EP-A2-0 816 938(米塔工业有限公司)的教导制造的传送螺旋以一定角度倾斜(以例如将粉状材料从地面提升到建筑物的地板)，这些传送螺旋在输送粉状材料时表现出低效率(功率损失)。

此外，US-B-3 056 487(KIPPER)公开了一种传送螺旋，用于输送例如来自甘蔗加工的纤维废料。

US-B-3 056 487(KIPPER)中描述的螺旋输送机包括传送螺旋和包含传送螺旋的槽。螺旋的节距根据连续变化规律而变化。

然而，在US-B-3 056 487(KIPPER)中描述的螺旋输送机不适合安装在复杂的工厂中来输送充气粉状材料，例如粉状水泥和空气(或任何其他合适的气体)的混合物。具体地，这种螺旋输送机由于既不允许在填充步骤期间也不允许在加速和推出步骤期间最优地填充传送螺旋的尖顶，所以不适合。

因此，本发明提出的技术方案旨在克服上述缺点。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种螺旋输送机以输送充气粉状材料，其中通过仔细设计螺旋输送机中的各种螺旋部分，具体地通过为每个螺旋部分仔细选择调节属于该具体的螺旋部分的点的节距变化的规律，以使功耗最小化。

因此，本发明提供了根据本发明所述的螺旋输送机，用于输送粉状材料。

具体地，在粉状材料的“传送螺旋部分”中，属于该“传送螺旋部分”的各个点的节距变化大于属于“抽取螺旋部分”的点的节距，“抽取螺旋部分”在材料前进方向上位于所述“传送螺旋部分”的“上游”。

以这种方式，如下文更好地所公开的，当从“传送螺旋部分”传递到“抽取螺旋部分”时，材料的密度减小(稀疏)。

属于同一螺旋部分的点的节距的逐渐增加极大地降低了材料的前进阻力，因为不再有必须在螺旋上滑动才能前进的团聚的且致密的细颗粒，而是必须被推动的稀薄且稀疏的细颗粒。

此外，更加急剧地增加属于粉状材料的“加速和推出(accelerating andlaunching)螺旋部分”的点的节距，这种“加速和推出螺旋部分”位于前述“传送螺旋部分”的下游。

事实上，在“加速和推出螺旋部分”的末端由颗粒与气体(空气、氮气、二氧化碳等)的紧密混合而产生的准流体的能量应该很容易克服螺旋输送机的任何中间的无螺旋支撑。

此外，如本发明的具体实施例中所示，“防虹吸螺旋部分”优选地插入在“传送螺旋部分”和“加速和推出螺旋部分”之间以避免所谓的“虹吸效应”，该防虹吸螺旋部分示出了属于该螺旋部分的点的节距的突然、瞬时减小。

当螺旋输送机的有效流量大于已经计算的并且理论上可能的流量时，发生“虹吸效应”。由于流体或准流体的性质或因为它们是流化的，这种现象发生在流体或准流体中。因此，流化材料具有高流动性和惯性，并且不经意地易于从螺旋输送机中泄漏；并且即使当设备停止时，流化材料也由于惯性而不经意地从设备中泄漏。

这个问题也与螺旋输送机的斜率有关。具体地，螺旋输送机的倾斜角越大，“虹吸效应”越小。

如前所述，通过减小节距可以避免流化材料在螺旋输送机的精确延伸段中虹吸，从而产生一种“产品堆积”(实质上是一种材料“堵塞”)以提高装置的填充水平。

实验发现，螺旋输送机的给定螺旋部分内的点节距的变化使运输效率最大化并显著降低了运输的功耗量。

因此，本发明的目的是用于输送粉状材料特别是水泥的螺旋输送机。该螺旋输送机包括：

–传送螺旋(transfer screw，传送螺杆)；以及

–槽，容纳所述螺旋；槽设有粉状材料的入口段和出口段。

该螺旋输送机的特征在于，所述螺旋包括：

–至少一个第一螺旋部分，其具有螺旋的节距连续变化的第一规律，该第一规律能够通过第一函数图示地表示，该第一函数在至少一个延伸段中具有非零的一阶导数；以及

–至少一个第二螺旋部分，其具有螺旋的节距连续变化的第二规律，该第二规律能够通过第二函数图示地表示，该第二函数在至少一个延伸段中具有非零的一阶导数。第一节距连续变化规律不同于第二节距连续变化规律。

换句话说，图示地表示的第一函数对应于螺旋的节距连续变化的第一规律，而同样图示地表示的第二函数对应于螺旋的节距连续变化的第二规律。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在将描述一些实施例，其中三个涉及现有技术，另外两个涉及本发明，其中：

图1(具有图1a的相关曲线图)示意性地示出了具有恒定节距的螺旋的螺旋部分的纵向截面(现有技术)；

图2(具有图2a的相关曲线图)示意性地示出了节距根据阶跃函数变化的螺旋部分的纵向截面(现有技术)；

图3(具有图3a的相关曲线图)示意性地示出了节距根据倾斜直线或曲线连续变化的螺旋部分的纵向截面(现有技术)；

图4(具有图4a的相关曲线图)示意性地示出了根据本发明的教导制造的螺旋输送机的第一实施例的纵向截面；以及

图5(具有图5a的相关曲线图)示意性地示出了根据本发明的教导制造的螺旋输送机的第二实施例的纵向截面。

具体实施方式

顺便提及，将波峰的任何点与其下一波峰上的同样的点分开的轴向距离(沿着螺旋的纵向对称轴)在这里将被定义为螺旋波峰的点的“节距”(PTC)。

此外，“螺旋部分”(SEC)表示可能缠绕在中心管周围的螺旋的任何部分，其中的点的节距的变化规律相同；这些点的节距的变化的所述规律可由在任何点上具有非零的一阶导数的函数来表示。

此外，在本文中，术语“延伸段(stretch)”表示前述“螺旋部分”(SEC)内的“跨度”。

此外，正如从关于静止点的费马定理中已知的，在任何函数中，当切线为水平时，即，在最大点、最小点或具有水平切线的拐点处，一阶导数等于零。

在参考现有技术的第一个示例中，如图1和图1a的相应曲线图所示，螺旋70的任何点(PNT1)的节距(PTC1)等于靠近其的另一个点(PNT2)的节距(其中(L)是螺旋70的任何点距起始点(P0)(点0)的一般距离)。

更详细地说，图1a的曲线图通过将纵向对称轴(X)作为横坐标轴并将节距值的轴作为纵坐标轴图示地示出了螺旋的节距(在这种情况下为常数)的变化规律。

因此，在这种情况下，“点节距的变化规律”由纵坐标轴上平行于横坐标轴(即螺旋70的纵向对称轴(X))的直线表示，该直线在这种情况下表示螺旋70的任意点(PNT1)(PNT2)处的节距(PTC)值的恒定性。

另一方面(图2和图2a的相关曲线图-现有技术)，如果存在从螺旋70的“第一螺旋部分”(SEC1)到“第二螺旋部分”(SEC2)的(始终是螺旋70的)离散通道，这意味着存在从属于第一螺旋部分(SEC1)的所有点的节距(PTC1)到属于第二螺旋部分(SEC2)的所有点的节距(PTC2)的通道；并且这就是EP-A2-0 816 938(米塔工业有限公司)中实际描述和示出的情况。

因此，如图2所示，始终参考现有技术的情况，存在由平行于横坐标轴的第一直线表示的第一“点节距的变化规律”(图2a的曲线图)，其指示螺旋70的“第一螺旋部分”(SEC1)的任意点(PNT1’)、(PNT2’)处的节距(PTC1)值的恒定性。

此外，还是在图2(现有技术)中，存在由平行于横坐标轴的第二直线表示的第二“点节距的变化规律”(图2a的曲线图)，其指示螺旋70的“第二螺旋部分”(SEC2)的任意点(PNT1”)、(PNT2”)处的节距(PTC2)值的恒定性。

顺便提及，此外，图2a的曲线图通过将螺旋的纵向对称轴(X)作为横坐标轴并将节距值的轴作为纵坐标轴图示地表示了螺旋的节距的变化规律。

参照仍然属于现有技术的第三种情况，图3和图3a的相应曲线图示出了这样一种情况，其中螺旋部分(SEC3)具有与形成螺旋70的单点(PNTs)的节距(PTC)的变化规律相同的变化规律。

此外，图3a的曲线图通过将纵向对称轴(X)作为横坐标轴并将节距值的轴作为纵坐标轴图示地表示了螺旋的节距的变化规律。

众所周知，速度变化(加速度)可以与时间(均匀加速运动)成正比，或者可以受到时间的平方(见下文)或其他类型的函数的限制。

因此，如图3和图3a的曲线图所示，如果中心管50受到沿前进方向的加速度，则螺旋部分(SEC3)的任何第一点(PNT1)的节距(PTC1)将不同于(在这种情况下小于)属于同一螺旋部分(SEC3)的第二点(PNT2)(邻近第一点(PNT1))的节距(PTC2)。

换句话说，当螺旋70在构建阶段缠绕中心管50时，属于同一螺旋部分(SEC3)的两点(PNT1)和(PNT2)仅共享中心管50的速度变化(加速度)规律。这导致同一螺旋部分(SEC3)的节距逐点不同。

显然，当通常使用螺旋来输送粉状材料或颗粒时，属于给定螺旋部分波峰的所有点具有相同的角速度和相同的切向速度，因为它们与轴(X)具有相同的距离。

因此，如上所述，当螺旋实际安装在螺旋输送机中时，螺旋的所谓“结构”方面必须与螺旋的“功能”方面相区别。

简而言之，图3a示出了当属于同一螺旋部分(SEC3)的每个点的节距变化恒定时的直线(LN)，或者当属于同一螺旋部分(SEC3)的每个点的节距变化增大(或减小)时的曲线(CV)，例如，随着螺旋的点与起始点(P0)(零点)之间的距离的平方而增大(或减小)。

图4用附图标记100整体表示根据本发明的教导制成的螺旋输送机的第一实施例，用于输送粉状材料。

螺旋输送机100包括螺旋70的螺旋叶片90，螺旋叶片90缠绕在中心管50上并容纳在外槽80中，外槽80设有流化粉状材料的入口段81和出口段82；这些段就现有技术而言是已知的。

顺便提及，恰好在螺旋输送机100的装载口(HP)处，存在用于提取粉状材料的螺旋部分(ESEC)，但是在本说明书中将不对其进行详细分析，因为其是已知的类型。

在使用时，本螺旋输送机100产生抽吸凹陷。

因此，入口段81是紧接料斗装载口(HP)之后的第一个横截面。

电动机(MT)使螺旋70旋转。

建设性地，根据本发明的教导制造的螺旋70是通过中心管50的(围绕和/或沿着螺旋70的纵向对称轴(X))旋转平移运动并围绕中心管50缠绕螺旋叶片90来获得的。

在这种情况下，螺旋70的纵向对称轴(X)与中心管50的纵向对称轴相同。

此外，在本发明中，中心管50沿着轴(X)具有一定的加速度规律。

在本发明中，中心管50的加速度规律通过从一个“螺旋部分”(SEC)传递到另一个而变化，同时始终在任何情况下对同一螺旋70使用同一螺旋叶片90。

图4和图4a所示的第一实施例具有螺旋输送机(从入口段81到出口段82)的总长度(L1)，示出了以下两个不同的螺旋部分70(除了前述的提取螺旋部分(ESEC)，其宽度基本上与装载口(HP)的宽度一致)：

–第一传送螺旋部分(TSEC)，其具有长度(L2)并在入口段81和中间段83之间延伸；在优选实施例中，第一传送螺旋部分(TSEC)具有连续增加的节距(根据第一变化规律)，因此具有非零的一阶导数；以及

–第二加速和推出螺旋部分(LSEC)，其具有长度(L3)，并且进而从中间段83延伸到出口段82；在优选的实施例中，第二加速和推出螺旋部分(LSEC)具有连续变化的节距(根据第一变化规律)，因此具有非零的一阶导数。

通常，属于部分(TSEC)和(LSEC)的点的节距变化规律不同。

此外，相同螺旋70的两个部分(TSEC)和(LSEC)有利地通过使用缠绕在相同中心管50上的相同优选金属螺旋叶片90来制造。

然而，根据本发明的螺旋70也能够通过模制过程等制造。

事实上，如图4a所示，基于螺旋波峰的点相对于起始点(P0)(零点)的距离的节距的进程可以由具有两个倾斜段(RT1)和(RT2)的虚线表示；其中倾斜段(RT1)对应于相应的螺旋部分(TSEC)，而倾斜段(RT2)对应于相应的螺旋部分(LSEC)，其中一个是另一个的延续。

此外，图4a的曲线图通过将纵向对称轴(X)作为横坐标轴并将节距值的轴作为纵坐标轴图示地示出了螺旋的节距的变化规律。

倾斜段(RT2)的斜率(β2)不同于倾斜段(RT1)的斜率(β1)。

在这种情况下，倾斜段(RT1)和倾斜段(RT2)的斜率(β1)、(β2)分别代表两个倾斜段(RT1)、(RT2)的所谓“一阶导数”，并且这些斜率(β1)、(β2)都不为零。

具体地，有利地但不是必须地，倾斜段(RT2)的斜率(β2)大于倾斜段(RT1)的斜率(β1)(图4a)。

图5、图5a中所示的本发明的第二实施例，其中相应的元件由图4、图4a中相同的数字和符号表示，示出了以下不同的三个螺旋部分70(除了前述的提取螺旋部分(ESEC)，其宽度基本上与装载口(HP)的宽度一致)：

–第一传送螺旋部分(TSEC)，其长度(L2)基本上等于图4和图4a的类似的第一部分；

–第二加速和推出螺旋部分(LSEC)，其长度(L3)基本上等于图4和图4a的类似的第二部分；以及

–第三防虹吸螺旋部分(ASEC)，具有长度(L4)；第三防虹吸螺旋部分(ASEC)包括在第一传送螺旋部分(TSEC)和第二加速和推出螺旋部分(LSEC)之间；第三防虹吸螺旋部分(ASEC)具有连续逐点减小的节距、和逐渐减小的倾斜角(一阶导数不为零)。

此外，图5a的曲线图通过将纵向对称轴(X)作为横坐标轴并将节距值的轴作为纵坐标轴图示地示出了螺旋的节距的变化规律。

此外，相同螺旋70的三个部分(TSEC)、(LSEC)和(ASEC)使用缠绕在相同中心管50上的相同优选金属螺旋叶片90制成。

因此，在第二实施例中(图5、图5a)还在具有倾斜角(β1)(具有非零的一阶导数)的第一倾斜段(RT1)和具有倾斜角(β2)(具有非零的一阶导数)的第二倾斜段(RT2)之间提供防虹吸螺旋部分(ASEC)(由中间段83和中间段84限定)，存在第三倾斜段(RT3)，该第三倾斜段具有第三倾斜角(β3)(具有非零的一阶导数)，并且相对于倾斜角(β1)和倾斜角(β2)具有相反的方向。

在这种情况下，三个倾斜段(RT1)、(RT2)、(RT3)的斜率(β1)、(β2)、(β3)代表三个倾斜段(RT1)、(RT2)和(RT3)的所谓“一阶导数”，并且所述斜率(β1)、(β2)和(β3)都不为零。

在另一个未示出的实施例中，螺旋的节距(PTC)变化的第一规律是线性规律(对应于函数，该函数可以由倾斜段图示地表示)，而螺旋的节距(PTC)变化的第二规律是弯曲规律(对应于可以由曲线图示地表示的函数)。

两个相邻部分(TSEC)、(ASEC)、(LSEC)可以在连接区域没有尖点地连续连接。

这种技术方案使得能够进一步提高装置的效率，同时避免不同螺旋部分之间的突然节距跳跃所产生的湍流。

本发明的螺旋输送机的主要优点是，在相同的粉状材料流速下，旋转该传送螺旋的功耗(例如，电动机(MT)消耗的电能)较小。

本螺旋输送机的另一个优点是，即使相对于地面有一定的斜率，本螺旋输送机也能更有效地工作。例如，即使相对于地面的倾斜角大于35°，这些螺旋输送机也能保持高产量。