颗粒馈送器的制作方法

文档序号:13985037
颗粒馈送器的制作方法

技术领域

本发明一般而言涉及颗粒自第一区域跨越压力差至具有不同于该第一区域的压力的第二区域的连续或几乎连续传送,且特定而言涉及一种用于在颗粒传送期间在该两个区域之间进行密封的设备及方法。具体而言,本发明揭示一种将自具有第一压力的颗粒源接收的低温颗粒引入至具有第二压力的移动输送流体中以用于作为输送流体流中所挟带的颗粒最终递送至工件或目标的设备,该设备在该颗粒源与该输送流体流之间进行密封。



背景技术:

在美国专利4,744,181、4,843,770、5,018,667、5,050,805、5,071,289、5,188,151、5,249,426、5,288,028、5,301,509、5,473,903、5,520,572、6,024,304、6,042,458、6,346,035、6,695,679、6,726,549、6,739,529、6,824,450、7,112,120、8,187,057及8,869,551中展示包含用于进行以下操作的设备的二氧化碳系统:形成固态二氧化碳颗粒;将颗粒挟带于输送气体中;及将所挟带颗粒朝向为众所周知的对象(如与其相关联的各种组件部分,诸如喷嘴)引导,所有该等美国专利均以全文引用方式并入本文中。另外,特此以全文引用方式并入以下所有美国申请案:标题均为Method And Apparatus For Forming Carbon Dioxide Particles的于2011年5月19日提出申请的序列号为61/487,837的美国专利临时申请案及于2012年5月18日提出申请的序列号为13/475,454的美国非临时专利申请案;标题为Method And Apparatus For Sizing Carbon Dioxide Particles的于2012年1月23日提出申请的序列号为61/589,551的美国专利临时申请案;以及标题为Method And Apparatus For Dispensing Carbon Dioxide Particles的于2012年1月30日提出申请的序列号为61/592,313的美国专利临时申请案与标题为Apparatus Including At Least An Impeller Or Diverter And For Dispensing Carbon Dioxide Particles And Method Of Use的于2013年10月24日提出申请的序列号为14/062,118的美国专利临时申请案。尽管此专利在阐释本发明时具体地提及二氧化碳,但本发明并不限于二氧化碳,而是可应用于任何适合低温材料。因此,本文中对二氧化碳的提及并不限于二氧化碳,而应解读为包含任何适合低温材料。

诸多先前技术喷砂系统包含具有腔或袋状部的旋转部件(诸如转子)以用于将颗粒输送至输送气体流中。使用抵靠转子表面推进的密封件来维持压力差,目标为最小化归因于接触的寄生损失同时获得充足密封。

附图说明

附图图解说明实施例并与包含以下详细说明的本说明书一起用以阐释本发明的原理。

图1图解性地图解说明根据本发明的教导经构造以将颗粒挟带于输送流体流中且在不同压力之间进行密封的设备。

图2为绘示为颗粒馈送器的设备2的实施例的等角视图。

图3为图2的馈送器的分解视图。

图4为图2的馈送器的侧视剖面图。

图5为将下部密封件垫固持至图2的馈送器的活塞的紧固件的经放大片断剖面侧视图。

图6为图2的馈送器的馈送器块的剖视图。

图7为图2的馈送器的替代实施例的侧视剖面图。

图8为图7的馈送器块的入口区域的经放大片断视图。

具体实施方式

在以下说明中,相似组件符号贯穿数个视图指定相似或对应零件。此外,在以下说明中,应理解,诸如前、后、内侧、外侧及诸如此类等术语为便利措辞且不应被理解为限制性术语。本专利中所使用的术语并不意味着为限制性的,只要可以其他定向附接或利用本文中所阐述的装置或其部分即可。更详细地参考附图,阐述根据本发明的教导构造的实施例。

应了解,据称以引用方式并入本文中的任何专利、公开案或其他揭示材料全部或部分地仅在所并入材料不与本发明中所阐明的现有定义、陈述或其他揭示材料冲突的程度上并入本文中。如此且在某种程度上必要的,如本文中所阐明的揭示内容替代以引用方式并入本文中的任何冲突材料。据称以引用方式并入本文中但与本文中所阐明的现有定义、陈述或其他揭示材料冲突的任何材料或其部分将仅在被并入材料与现有揭示材料之间不产生冲突的程度上并入。

图1图解性地图解说明进行以下操作的设备2:自颗粒源4接收颗粒;自输送流体源6接收移动输送流体;将颗粒挟带于该移动输送流体中;及排放挟带颗粒流体流8,该挟带颗粒流体流流动至最终用途,诸如为针对于工件或其他目标。颗粒源4可为任何适合源,诸如保持或储存装置(举例而言,漏斗)或连续分配装置(举例而言,其中颗粒在形成之后旋即在实质上不储存颗粒的情况下直接且连续地流动至设备2的装置)。来自输送流体源6的输送流体可为任何适合压力(诸如40psig高达300psig)下的任何适合输送流体(诸如空气)。通常,环绕设备2自源4接收颗粒的位置处的颗粒的环境的压力不同于设备2处及/或设备2内的输送流体的压力。举例而言,源4中及设备2接收颗粒的位置处的颗粒的压力可为环境大气压力,而输送流体的压力可为40psig及更高。在本发明的教导内,设备2经构造以将颗粒挟带于输送流体流中且在不同压力之间进行密封以防止或最小化自较高压力区域至较低压力区域的泄漏。

图2及图3图解说明为设备2的代表性实施例的馈送器总成10。馈送器总成10包括基座12、馈送器块14、轴承支撑件16a、16b、转子18、上部密封件20及下部密封件22。馈送器块14也可被称为外壳14。下部密封件22可为如下文所阐述的下部密封件/活塞总成的一部分。轴承支撑件16a、16b可直接安装至馈送器块14并借由对准特征部而相对馈送器块14对准,对准特征部可包括自馈送器块14延伸至定位膛孔24b中的定位销24a。轴承支撑件16a及16b可以任何适合方式固定至馈送器块14,诸如通过使用延伸穿过膛孔28(参见图3)并以螺旋方式接合馈送器块14的紧固件26。轴承支撑件16a、16b可包含在所绘示实施例中为螺纹孔的拆卸特征部30,螺纹部件可插入并旋转至该螺纹孔中以推挤馈送器块14以推挤馈送器块14,借此将轴承支撑件16a、16b与馈送器块14分离。

每一轴承支撑件16a、16b支撑可为经密封轴承的各自的轴承32a、32b。轴承32a、32b定位转子18且可旋转地支撑转子18以用于旋转。转子18包含用于以众所周知的方式接合旋转动力源的接口部18a。止推轴承板34及固持板36将转子18固持在其另一端处。止推轴承板34可由任何适合材料制成,诸如UHMW塑料。紧固件38a、38b、38c、38d以可移除方式将止推轴承板34及固持板36固定至轴承支撑件16a,从而允许转子18穿过轴承32a而抽出。

上部密封件20及下部密封件22可由任何适合材料制成,诸如(仅以实例的方式)基于诸如以商标名称销售的聚对苯二甲酸乙二酯(PET-)的未经加强半结晶热塑性聚酯。上部密封件20可由轴承支撑件16a、16b经由紧固件38a、38b、40a、40b支撑,与周边表面18c的上部部分18b(参见图4)(转子18的上部表面)密封接合。上部密封件20包含经构造以接收来自颗粒源4的颗粒的开口42,如上文所提及,颗粒源4可为任何适合源,诸如漏斗或在实质上不储存颗粒的情况下将颗粒自储存区域直接计量供给至开口42(诸如将颗粒挤过开口或使其通过开口)的装置。

也参考图4(其为穿过馈送器总成10的中平面截取的剖面,惟转子18的剖面为穿过袋状部44的一个圆周排的中平面而截取除外),上部密封件20在不形成对转子18的显著阻力的情况下提供与上部部分18b的适合密封。也如图5中所见,在所绘示实施例中,下部密封件22为下部密封件/活塞总成46的一部分,下部密封件/活塞总成46包括下部密封件22、活塞48及固持系统50。固持系统50包括紧固件52及负载分配条带54。也参考图5,固持系统50将下部密封件22固定至活塞48但允许其间的相对移动。紧固件52可如所图解说明而经构造为凸肩螺栓,该凸肩螺栓延伸穿过上部表面22b中的开口22c以接合活塞48从而建立活塞48的上部表面48a与下部表面54a之间的尺寸L,该尺寸L大于尺寸H(自下部表面22a至上部表面22b的下部密封件22的高度)。紧固件52图解说明为凸肩螺栓,该凸肩螺栓抵靠膛孔48c的各个阶部48b而拧紧,借此建立上部表面48a与紧固件52的头部的下部表面之间的距离,紧固件52的头部靠压在负载分配条带54上。尺寸L与尺寸H之间的空隙(差)连同开口22c与紧固件52之间的空隙以及下部密封件22与馈送器块14的腔58之间的空隙(其为较松弛配合)允许下部密封件在所有方向上移动且倾斜,此相对移动在文本中也称为浮动。浮动量允许下部密封件22将其本身对准至转子18。此浮动尤其减小达成下部密封件22与转子18之间所需的对准以提供下部密封件22与周边表面18c之间的所要密封量所需要的精确度。举例而言,图4图解说明周边表面18c与下部密封件22之间的间隙56。当输送流体流经起动穿过内部通路(如下文所阐述)时,流体压力将使下部密封件22相对于活塞48移动以在将下部密封件22推进成与转子18的周边表面18c密封接合时将上部表面22b推进成与周边表面18c对准,如本文中所阐述。另外,如下文所阐述,活塞48可经构造以将下部密封件22推进成与转子18密封接合。

条带54包含安置于环绕各个开口22c的下部表面54a中的各个凹槽54b,各个紧固件52穿过各个开口22c而安置。可由任何适合材料(诸如布纳N(Buna-N))制成的图解说明为O形环的各个密封件60安置于各个凹槽54b中以抵抗自入口侧室62及出口侧室64漏出的压力而密封开口22c。密封件60可经构造以贯穿下部密封件22的整个浮动范围而提供此类密封。密封件59安置于凹槽58a中,从而在下部密封件22与腔58之间进行密封。

转子18与下部密封件22之间的充足但并不过量的密封压力为必要的以防止传入输送流体自馈送器总成10泄漏。第7,112,120号美国专利中所阐述的先前技术包含下部密封件垫58,下部密封件垫58在腔38内竖直地移动且由于流动穿过室74、78的流体流的静态压力跨越整个下部密封件垫58表面区域起作用而经推进抵靠转子26。在诸多操作输送流体压力下,此可导致高于进行密封所需的由下部密封件58抵靠转子26而施加的密封压力。此高于必要密封压力将寄生阻力置于转子58上,从而需要更多动力(例如,更高马力马达,诸如1/2马力)来使转子26旋转以克服寄生阻力,且从而导致转子26及下部密封件垫58的更快磨损。在低输送流体压力下,即使作用于室74、78的整个下部密封件垫58表面区域,密封压力仍可为不充足的。另外,由所论述先前技术构造产生的密封压力可能未相对于输送流体流的启动在正确的时机来进行密封,甚至在输送流体操作压力为足够高的以产生充足密封压力时。

本发明允许在输送流体操作压力的所要低至高范围内达成充足密封压力。先前所阐述的浮动允许下部密封件22在低压力下与转子18恰当地对准,从而避免用于使下部密封件垫58弹性地保形以与转子26恰当地对准所需要的先前技术的高压力。

参考图4,馈送器总成10界定自入口66至出口68的内部输送流体流路径,该内部输送流体流路径延伸穿过由活塞48界定的通路70、穿过由下部密封件22界定的通路72、穿过由下部密封件22在袋状部44的排放站处界定的充气部74、穿过由下部密封件22界定的通路76且穿过由活塞48界定的通路78到达出口68。下部密封件22包含分别与通路70及78流体连通的室62及64。当输送流体流动穿过内部输送流体流路径时,流的静态压力作用于室62及64以及通路70及78的内部表面,从而将下部密封件22远离活塞48推进抵靠转子18,从而致使下部密封件在其朝向转子18经推进时与转子18对准。下部密封件22与活塞48彼此远离的最大相对移动受浮动量的限制。因此,一旦已达到最大相对移动便增加输送流体操作压力将不会导致超过最大值。因此,除允许对准之外,浮动也起作用以限制因输送流体操作压力作用于下部密封件22的内部表面而产生的密封压力量。另一选择为,诸如但并不限于在下部密封件22及活塞48为整体构造的情况下可忽略下部密封件22与活塞48之间的浮动,此类构造将不会导致抵抗转子18的经增加密封压力。

在下部密封件/活塞总成46的构造限制输送流体操作压力对抵靠转子18施加的密封压力的水平的影响的情况下,所要密封压力为借由下部密封件/活塞总成46在腔58内的移动而达成且控制。如图4、图5及图6中所见,馈送器块14在其底部处包括环形压力室80,环形压力室80在内侧上由经居中安置的凸起部分82界定且在外侧上由腔壁58a界定。活塞48包含环绕或界定凹部84a的向下悬垂环形延伸部84。密封件凹槽86形成于环形延伸部84的内侧上,密封件凹槽86接收可具有任何适合形状及材料的密封件88,诸如(但并不限于)由布纳N制成的O形环。密封件88密封在凸起部分82与环形延伸部84之间。在活塞48与腔58之间存在足以准许输送流体对环形压力室80进行加压的空隙(诸如但并不限于在一侧上为0.005英寸)。环形压力室80中的压力将下部密封件/活塞总成46推进成与转子18密封接合。借由自环形压力室80密封中央凸起部分82,由输送流体压力作用于小于活塞48(或如先前技术中的下部密封件)的整个正常表面区域的表面区域。借由减小表面区域,基于表面区域的压力的倍增效应可实质上减小多达一数量级或更多,从而使得更易于将转子18上的密封压力限于更小范围的充足密封压力,因此与先前技术相比减小转子上的所施加负载,从而减小使转子18转动所需要的转矩,借此允许更小马达的使用且减少磨损。环形压力室80的表面区域可经选择以在输送流体操作压力的所要低至高范围内提供抵抗转子18的充足密封压力,此类选择可基于(举例而言)理论及经验判定。

参考图4,下部密封件/活塞总成46的向上移动增加形成于活塞48与经居中安置的凸起部分82之间的凹部84a内的腔的体积,经居中安置的凸起部分82为由密封件86自环形压力室80密封。为了防止在下部密封件/活塞总成46向上移动时对下部密封件/活塞总成46的自由移动的抗力(归因于此腔内的真空),通口90可形成于经居中安置的凸起部分82中,与基座12中的开口92对准以使该腔与周围环境通气。通口90及开口92允许可经过密封件86泄漏的任何流体输送流体逸出,从而防止可添加至密封压力的任何压力或湿气累积超出所要范围。

在替代实施例中,诸如当启动时或当输送流体的操作压力为低时,经控制次级流体压力可施加至腔以补充密封力。当然,此类经控制次级流体压力可用作抵抗转子18的密封力的主要来源或唯一来源,其中可对环形压力室80做出任何适当修改。转子18及/或下部密封件/活塞总成46的一系列不同设计可由透过通口90施加的次级流体压力来补偿。

将了解,尽管压力室80经绘示为具有围绕中央凸起部分82安置的环形形状,但其可具有任何适合形状、大小及位置。举例而言,压力室80可经居中安置为由凸起部分环绕。

参考图4,在启动期间,当输送流体刚刚开始流动时,随着压力开始积聚,输送流体可在转子18与下部密封件22之间的间隙56中流动直至诸如该压力足以使下部密封件22移动成与转子18接合,借此关闭间隙56且防止其间的流体流的时间为止。关闭间隙56的时序为重要的:间隙56中的流体流的体积且因此速度随时间增加,除非间隙56为关闭的。随着体积及速度增加,在压力室80内需要更多压力来关闭间隙56。结果为,除非间隙56在过多流体流穿过其发生之前关闭,否则无法在低操作压力下达成抵抗转子18的充足密封。因此,若系统经构造以使得达成以下情形,则效能得以改良:随着系统经加压,在穿过间隙56的流变得充分(足以使将下部密封件22推进成与转子18密封接合所需要的压力增加超过在对应时间处可用的压力)之前关闭间隙56。在一项实施例中,可在启动时透过通口90施加经控制次级流体压力,借此控制间隙56的关闭的时序在适合时间处发生。此类经控制次级流体压力可贯穿系统接通的时间而维持或间隙56一关闭就可经移除。

在以低操作压力(举例而言,40psig)启动期间,在存在下部密封件22与转子18之间的穿过间隙56的充分流体流以阻止达成下部密封件22与转子18之间的充足稳态密封之前实现下部密封件22与转子18之间的充分密封为重要的。下部密封件/活塞总成46的质量及下部密封件/活塞总成46与腔壁58a之间的摩擦并不在启动时变化:在启动时实现下部密封件22与转子18之间的充分密封以在穿过间隙56的流体流变得足够大以阻止关闭间隙56之前关闭间隙56所需要的力的水平保持不变,而用以作用于活塞48的可用压力由于低操作压力而为较小的。

参考图7,图解说明如下的替代实施例:提供使环形压力室中的压力达到足以在初始启动期间在所要时间处提供转子118与密封件122之间的所要密封的经改良响应时间;及在稳态操作期间提供转子118与密封件122之间的充足密封而不会在宽广范围的输送流体操作压力(包含与20PSIG一样低的低压力)内产生密封件122对转子118的过量且因此有害的力。馈送器总成110与馈送器总成10相同,惟馈送器块114经构造有入口通路194(环形压力室180透过其而放置为与入口166直接流体连通)及出口通路196(环形压力腔180透过其而放置为与出口168直接流体连通)除外。在入口166处,输送流体的初级流流动穿过内部通路170、内部通路172、穿过充气部174、穿过通路176、穿过通路178到达出口168。存在穿过入口通路194、穿过环形压力室180到达出口通路196的次级流,在出口通路196处该次级流重新加入该初级流。活塞148在与入口通路194及出口通路196对准的任一端处包含可具有任何适合构造(诸如所绘示的狭槽)的通道148d。入口通路194及出口通路196经定大小、经成角度且经定位以在环形压力室180内提供充分压力以在输送流体操作压力的所要低至高范围内产生下部密封件122与转子118之间的充足密封力,且具有所要响应时间以始终形成下部密封件122与转子118之间的充分密封力从而在穿过间隙156的输送流体流变得足够大以阻止关闭间隙156之前关闭间隙156。仅以非限制性实例的方式,入口通路194的直径可为0.25英寸并以与入口166的轴线成30°的角度形成,且出口通路196的直径可为0.125英寸并以与出口168的轴线成30°的角度形成。

入口通路194利用总压力(如动态压力与静态压力的总和)的关系在环形压力室180内提供所要压力。参考图8,由于动态压力为对移动输送流体的每单位体积的动能(其依据流体的密度及速度而变化)的量测,因此进入入口的总压力可表达为指示总压力的对应入口速度量值及方向的向量198。动态速度也可由向量200来表达。

入口通路194的定向(包含角度及大小)相对于入口通路194处的输送流体的总压力而经选择,其中入口通路194处的静态压力及动态压力的水平至少部分地由通路对准角度α产生。入口通路194的角度α及大小经选择使得在启动时在穿过入口通路194到达环形压力室180中的次级流中充分量的动态压力为可用的,以借由使环形压力室180加压而在充分快速响应时间内提供所要密封。出口通路196及环形压力室180经定大小使得在操作压力范围的最低操作压力下施加于活塞148上的所得力产生下部密封件122与转子118之间的充足密封压力。入口通路194、环形压力室180及出口通路196也经构造以提供力的充分快速响应时间,该充分快速响应时间足以在启动期间使下部密封件122抵靠转子118而足够快速地密封以防止下部密封件122与转子118之间的间隙156处的输送流体流阻止在稳态低操作压力下达成下部密封件122与转子118之间的充足稳态密封。随着次级流自入口通路194行进至环形压力室180中,由该次级流经历的有效流动区域增加。次级流的速度的所得下降减小动态压力,从而产生静态压力的相关增加。形成环形压力室180的边界的活塞148的表面区域经定大小以提供所要响应时间及由环形压力室180中作用于其的静态压力产生的稳态密封力。在所绘示实施例中包括入口通路194、环形压力室180及出口通路196的用于次级流的次级流路径可具有任何适合构造及结构。举例而言,环形压力室180可具有起作用以产生影响转子118与密封件122之间的密封的所要密封及时序的任何形状及体积。入口通路194可经构造以与在入口166上游的输送流体流体连通,诸如(举例而言)经构造为与上游输送流体通路连通地形成、以足以提供次级流中的充分水平的总压力(足以达成所要密封功能性及密封时序)的定向安置的排出孔或通口。出口通路196起作用以提供环形压力室180内的次级流的速度的适合及所要减小以降低动态压力以便借由在出口通路196处提供对次级流的所要抗力而充足地增加静态压力。出口通路196的替代实施例包括流量控制阀,该流量控制阀可以任何适合方式(诸如以手动或电子控制方式)操作以产生环形压力室180内的所要静态压力。由此流量控制阀提供的限制量可(举例而言)取决于输送流体操作压力而变化。环形压力室180内的静态压力所作用于其上的活塞148的表面区域的大小为至少部分地基于环形压力室180内的静态压力。如自图解说明清楚,在所绘示实施例中,经居中安置的凸起部分182的大小与环形压力室180内的静态压力所处的活塞148表面区域的大小互补。

在稳态操作期间,存在穿过入口通路194、环形压力室180及出口通路196的连续次级流,入口通路194、环形压力室180及出口通路196可经定大小以减小次级流的路径的外物累积或污染的可能性。举例而言,穿过入口通路194而进入的水或次级污染物颗粒(诸如砂或污物)将在不堵塞的情况下由次级流载送穿过室180并自出口通路196退出。

已出于图解说明及说明的目的呈现了本发明的实施例的前述说明。其并非意欲为穷尽性的或将本发明限于所揭示的精确形式。可依据以上教导做出明显修改或变化。选择并阐述实施例以便最佳地图解说明本发明的原理及其实际应用,以借此使得本领域普通技术人员能够在各种实施例中且以适合于所预计的特定用途的各种修改来最佳地利用本发明。尽管仅详细阐释了有限数目项实施例,但应理解,本发明并不将其范畴限于前述说明中所阐明或图式中所图解说明的组件的构造及配置的细节。本发明能够具有其他实施例且能够以各种方式来实践或实施。为清楚起见,也使用特定术语。应理解,每一特定术语包含以类似方式操作以完成类似目的的所有技术等效内容。本发明的范围意欲由随本文提交的权利要求来界定。

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