一种圆筒型颗粒物料的混合装置

1.本发明涉及一种圆筒型颗粒物料的混合装置。


背景技术：

2.颗粒物料是由大量尺寸大于一微米的离散固体颗粒组成的宏观体系，在能源、农业、陶瓷、制药、民用建筑等众多工业领域占有重要地位，而许多物料需要经过混合才能达到预期的效果。圆筒是一种常用的颗粒物料处理装备，由于其具有较好的混合和传热效率以及能够处理不同种原料的能力，被广泛用于颗粒物料的混合。由于颗粒物料之间存在各种理化性质的差异，例如密度、粒径和形状等，导致其在圆筒内混合过程中会发生轴向的分离，在圆筒轴向上形成交替排布的单一颗粒偏析带，严重影响产品质量。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明目的旨在提供一种圆筒型颗粒物料的混合装置，该混合装置能够有效减弱不同理化性质物料混合时存在的轴向分离问题，从而使物料混合更均匀。
4.技术方案：本发明所述的圆筒型颗粒物料的混合装置，包括基底以及通过支撑座固定在基底上的圆筒筒体；所述圆筒筒体依次包括进料区圆筒、混合区圆筒以及出料区圆筒，混合区圆筒的两端分别与进料区圆筒和出料区圆筒通过轴承结构转动连接，所述混合区圆筒内设有梯级混合平台，相邻级混合平台之间通过斜坡连接；还包括横穿混合区圆筒且端部分别固定在进料区圆筒和出料区圆筒的横板，横板架设在梯级混合平台上方，在每级混合平台对应区域内，横板上固定有搅拌机构，搅拌机构包括电机、与电机驱动轴固连的转动杆以及设置在转动杆端部的转动叶片；在相邻级混合平台连接处对应的圆筒侧壁上设有弧形挡板，同时在相邻级混合平台连接处对应的横板上固连有齿轮状搅拌结构，齿轮状搅拌结构的转动方向与圆筒轴线方向平行；基底包括与水平面呈夹角设置的斜面，圆筒筒体固定在基底的斜面上。
5.其中，所述基底斜面与水平面的夹角为10～20
°
。圆筒筒体呈倾斜放置用于给圆筒内混合物料从进料区到出料区流动提供驱动力。
6.其中，所述进料区圆筒包括进料口，进料口与进料传动机构连接，所述进料区圆筒内设有进料平台，进料传动机构将待混合物料通过进料口送入进料平台上，进料平台的宽度与进料区圆筒内径一致，进料平台的高度与混合区圆筒内第一级混合平台的高度一致，进料平台下方的区域为封闭区域。进料传动机构将待混合的物料传送至进料口内；进料区圆筒进料口也可以设置在进料区顶部。
7.其中，所述出料区圆筒底部设有出料口，出料口下方设有出料传动机构。
8.其中，相邻级混合平台之间斜坡与水平面的夹角为不大于45
°
，斜坡的坡度通过协同基底斜面的坡度，一方面为了实现上一级混合平台物料自流动到下一级混合平台，另一方面能够减缓阻挡小颗粒物料的轴向偏移运动，使混合物料在每一级混合平台停留的时间更长。物料是沿着斜坡流入下一级混合平台，斜坡坡度越大，流入速度越大，所以斜坡的角
度保持在45度以下。
9.其中，还包括驱动混合区圆筒转动的转动机构，所述转动机构包括驱动电机、与驱动电机输出轴固定连接的齿轮结构i以及套设在混合区圆筒外的齿轮结构ii，所述齿轮结构i和齿轮结构ii相互啮合；当驱动电机转动，带动齿轮结构i转动，从而带动与齿轮结构i啮合的齿轮结构ii转动，齿轮结构ii与混合区圆筒固定连接，从而使混合区圆筒转动。
10.其中，所述混合区圆筒的转速为5～15rpm。
11.其中，所述弧形挡板的宽度h为混合区圆筒半径的1/4～1/3。圆筒内部各级混合平台交界处设置一圈挡板，确保颗粒物料只能经混合平台流入下一级平台。
12.其中，所述支撑座一端固定在基底斜面上，支撑座另一端固定在进料区和出料区的外侧壁上。
13.其中，所述进料区圆筒套设在轴承结构的外环上，混合区圆筒进料端固定在轴承结构的内环上，进料区圆筒和混合区圆筒进料端通过轴承结构转动连接；所述出料区圆筒套设在轴承结构的外环上，混合区圆筒出料端固定在轴承结构的内环上，出料区圆筒和混合区圆筒出料端通过轴承结构转动连接。
14.其中，所述齿轮状搅拌结构包括端部带圆环的连接杆、穿过连接杆圆环且与圆环通过轴承i转动连接的转轴以及套设在转轴外的齿轮状转动叶片，齿轮状转动叶片的厚度s与混合区圆筒内径一致。
15.其中，所述电机固定在横板上，转动杆穿过横板上的通孔向下延伸，转动杆与横板通孔通过轴承ii固定连接。
16.有益效果：当不同理化性质的至少两种物料在圆筒内混合时，由于存在轴向上运动速度的差异，因此各物料间会发生轴向上的分离，导致混合效果差；本发明在混合区圆筒内设置三级呈梯度混合平台，一方面能够让物料进行自流动，另一方面在缩短圆筒的轴向距离(轴向距离减小轴向偏移减小)的同时通过搭配在梯级混合平台交界处设置的弧形挡板和齿轮状搅拌结构，能够有效防止物料在沿着筒壁圆周运动时沿着筒壁直接流下去(流入下一级)，从而使物料只能从混合平台流下去(流入下一级)，并且沿着混合平台流下去时通过齿轮状搅拌结构还能够在辅助搅拌的同时有效阻止料床中上层运动活跃的流动层流入下一级，使其留在对应区域继续搅拌，即有效减缓或阻止了小颗粒物料的轴向偏移运动，并且使料床中混合效果好的混合物料从齿轮状搅拌结构底部通过进入下一级，即齿轮状搅拌结构可以使相对静止层的物料由其底部经过，而减少流动层中的小颗粒发生轴向偏移运动。本发明混合装置在进行不同理化性质的至少两种物料混合时，具有混合效果好，混合均匀的优点，此外，还可以连续的进出料。
附图说明
17.图1为本发明混合装置的结构原理图；
18.图2为横板上搅拌机构的结构示意图；
19.图3为带动混合区圆筒转动的结构原理图；
20.图4为混合区圆筒与进料区圆筒/出料区圆筒通过轴承结构的连接示意图；
21.图5为齿轮状搅拌结构的剖视图；
22.图6为齿轮状搅拌结构的俯视图。
具体实施方式
23.如图1～6所示，本发明圆筒型颗粒物料的混合装置，包括基底1以及通过支撑座17固定在基底1上的圆筒筒体2，两个支撑座17一端固定在基底斜面10上，两个支撑座17另一端分别固定在进料区圆筒3和出料区圆筒5的外侧壁上；圆筒筒体2依次包括进料区圆筒3、混合区圆筒4以及出料区圆筒5，进料区圆筒3、混合区圆筒4以及出料区圆筒5依次连通，混合区圆筒4的两端分别与进料区圆筒3和出料区圆筒5通过轴承结构14转动连接，进料区圆筒3套设在轴承结构14的外环上，混合区圆筒4进料端固定在轴承结构14的内环上，进料区圆筒3和混合区圆筒4进料端通过轴承结构14转动连接；所述出料区圆筒5套设在轴承结构14的外环上，混合区圆筒4出料端固定在轴承结构14的内环上，出料区圆筒5和混合区圆筒4出料端通过轴承结构14转动连接；混合区圆筒4内设有梯级混合平台6，梯级混合平台6的宽度与混合区圆筒4一致，梯级混合平台6下方区域22为封闭区域，混合物料只能从梯级混合平台进行流动，相邻级混合平台之间通过斜坡29连接；梯级混合平台6包括第一级混合平台7、第二级混合平台8和第三级混合平台9；本发明混合装置还包括横穿混合区圆筒4且端部分别固定在进料区圆筒3和出料区圆筒5的横板12，横板12的端部通过转接板13固定在进料区圆筒3和出料区圆筒5的内侧壁上，横板12架设在梯级混合平台6上方，在每级混合平台对应区域内，横板12上固定有搅拌机构，搅拌机构包括电机23、与电机23驱动轴固连的转动杆20以及设置在转动杆20端部的转动叶片21，电机23固定在横板12上，转动杆20穿过横板12上的通孔向下延伸，转动杆20与横板12通孔通过轴承ii固定连接；在第一级混合平台7和第二级混合平台8的末端处对应的圆筒侧壁上设有弧形挡板11，弧形挡板11的宽度h为混合区圆筒4半径的1/3～1/2，弧形挡板11能够有效防止物料在沿着筒壁圆周运动时沿着筒壁直接流下去(流入下一级)，从而使物料只能从梯级混合平台6流下去(流入下一级)，同时在第一级混合平台7和第二级混合平台8的末端处对应的横板12上固连有齿轮状搅拌结构，齿轮状搅拌结构包括端部带圆环28的连接杆18、穿过连接杆圆环28且与圆环28通过轴承转动连接的转轴27以及套设在转轴27外的齿轮状转动叶片19，齿轮状转动叶片19的厚度s与混合区圆筒4内径一致，齿轮状转动叶片19的转动是被动进行的逆时针转动，是经由齿轮状转动叶片19处的混合物料推动使齿轮状转动叶片19绕着转轴27逆时针转动，齿轮状转动叶片19末端位于料床的中下部，齿轮状转动叶片19末端端点与混合平台的垂直距离不大于混合平台上料床高度1/2，齿轮状转动叶片19一方面能够阻止料床中上部运动活跃的流动层，使其继续在对应区域内继续搅拌，另一方面将料床中混合效果好的混合物料从其底部通过进入下一级；齿轮状搅拌结构的转动方向与圆筒轴线方向平行(齿轮状搅拌结构的转轴与圆筒轴线相互垂直)；基底1包括与水平面呈夹角设置的斜面10，圆筒筒体2固定在基底1的斜面10上，基底斜面10与水平面的夹角a为15
°
。圆筒筒体2呈倾斜放置用于给圆筒内混合物料从进料区到出料区流动提供驱动力。
24.进料区圆筒3包括进料口，进料口与进料传动机构15连接，进料区圆筒3内设有进料平台30，进料传动机构15将待混合物料通过进料口送入进料平台30上，进料平台30的宽度与进料区圆筒3内径一致，进料平台30的高度与混合区圆筒4内第一级混合平台7的高度一致。进料传动机构15将待混合的物料传送至进料口内；进料区圆筒3进料口也可以设置在进料区圆筒3的顶部。出料区圆筒5底部设有出料口31，出料口31下方设有出料传动机构16。
25.相邻级混合平台之间斜坡29与水平面的夹角为45
°
，斜坡29的坡度通过协同基底
斜面10的坡度，一方面为了实现上一级混合平台物料自流动到下一级混合平台，另一方面能够减缓阻挡小颗粒物料的轴向偏移运动，使混合物料在每一级混合平台停留的时间更长。
26.本发明圆筒型颗粒物料的混合装置还包括驱动混合区圆筒4转动的转动机构，转动机构包括驱动电机、与驱动电机输出轴25固定连接的齿轮结构i26以及套设在混合区圆筒4外的齿轮结构ii24，齿轮结构i26和齿轮结构ii24相互啮合；当驱动电机转动，带动齿轮结构i26转动，从而带动与齿轮结构i26啮合的齿轮结构ii24转动，齿轮结构ii24与混合区圆筒4固定连接，从而使混合区圆筒4转动，混合区圆筒的转速为不大于15rpm，低速转动能够减小物料的轴向偏移。本发明通过在混合区圆筒内设置多梯度混合区域，搭配弧形挡板和齿轮状转动叶片19有效减弱不同理化性质间物料的轴向分离，使物料混合更均匀。
27.本发明混合区圆筒4的内径为20cm，第一级混合平台7距混合区圆筒4底部的垂向距离3cm，混合区圆筒4内混合物料的填充率不高于50％，第一级混合平台7上物料高度为8.5cm，即料床高度为8.5cm，弧形挡板宽度h为3cm，齿轮状转动叶片19末端(最下端)距第一级混合平台7的垂直距离为4cm，具体应用如下：
28.粒径比为1的双球颗粒混合体系，具体为：在进料端分别投放10kg直径为1cm的红色玻璃球和蓝色玻璃球，玻璃球具有相同的密度。基底斜面10与水平面的夹角a为15
°
，混合区圆筒4的转速为10rpm，颗粒在混合区圆筒4内三级混合平台经过三次混合后，在出料口进行混合物料的收集，在混合过程中的不同时刻(3次)对经三级混合平台混合后的物料进行收集，每次收集混合物料2kg，分别称蓝球和红球的质量，分别为1.03和0.97。
29.粒径比为1的双球颗粒混合体系，具体为：在进料端分别投放10kg直径为1cm红色玻璃球和蓝色钢球，玻璃球具有不同的密度，密度比为2。基底斜面10与水平面的夹角a为15
°
，混合区圆筒4的转速为10rpm，颗粒在混合区圆筒4内三级混合平台经过三次混合后，在出料口进行混合物料的收集，在混合过程中的不同时刻(3次)对经三级混合平台混合后的物料进行收集，每次收集混合物料2kg，分别称蓝球和红球的质量，分别为1.05kg和0.95kg。
30.非球型混合体系，具体为：在进料端分别投放10kg直径为1cm红色玻璃球和边长为1cm蓝色正六面体，玻璃球和正六面体具有相同的密度。基底斜面10与水平面的夹角a为15
°
，混合区圆筒4的转速为10rpm，颗粒在混合区圆筒4内三级混合平台经过三次混合后，在出料口进行混合物料的收集，在混合过程中的不同时刻(3次)对经三级混合平台混合后的物料进行收集，每次收集混合物料2kg，分别称圆球和正六面体的质量，分别为1.01kg和0.99kg。
31.粒径比为1的双球颗粒在内部无结构的普通圆筒混合器内混合，具体为：在进料端分别投放10kg直径为1cm红色玻璃球和蓝色钢球，玻璃球钢球具有不同的密度，密度比为2。基底斜面10与水平面的夹角a为15
°
，混合区圆筒4的转速为10rpm，同样在圆筒较高的一侧填料，圆筒较低一侧收集，在出料口进行混合物料的收集，共收集混合物料2kg，分别称蓝球和红球的质量，分别为1.55kg和0.45kg，实验结果表明，所收集的物料中玻璃球占比远大于钢球，这是因为颗粒在普通圆筒混合时发生偏析，导致混合不均匀。
32.本发明混合装置能够混合不同密度体系、相同粒径体系和不同颗粒形状体系的物料，通过上述应用结果表明，不同理化性质的颗粒物料经过本发明混合装置的混合后，混合均匀，混合效果好。