专利名称：用于颗粒材料的送料器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于诸如粉状或纤维状，丝状或须状形式的颗粒材料的送料器。特别是，涉及一种把机械送料装置连接到气体输送管路上的送料器。这种送料器常称为“颗粒送料器”，用于要求改变颗粒材料在传输管道中的传输方法时，把输送颗粒材料的装置从机械装置(如一个螺旋送料器)变为一个气动装置(如流化床)。许多现有的颗粒送料器仅用于使用大量的(高速)输送气体和/或连接送料器的出口并且输送管路的直径基本上很小。
本发明的送料器当作为可控送料系统的一部分时是特别有用的，因为在生产金属基体的复合物过程中，把颗粒材料从漏斗送到气体输送管道可利用喷雾复合沉积法控制用来结合进入金属内的所述颗粒材料。
制造金属基体复合物的一种典型喷雾复合沉积法包括的步骤为雾化熔化金属流，通过使这股金属流直接接触相当冷的气体而形成热金属颗粒流，把一股颗粒陶瓷材料在流化气体中送到雾化区，在此所述的颗粒材料和金属颗粒结合并复合沉积金属和颗粒材料到一个收集面。通常，颗粒陶瓷材料从漏斗由气体输送到雾化区。然而，在颗粒送料管的排放点的周围压力情况是可变的，这是因为在喷雾区域内具有高旋涡喷流。由于在排放点上有可变的压力，用于依靠气流控制颗粒送料速度这种方法的任何粉状送料装置是不可靠的，特别是在低输送压力(如0.3巴克)和低输送速度(如80分米/分)的情况下更为突出。在传统的送料系统中，把漏斗中散装贮存的颗粒材料送到雾化区使用两种气流一种用于把散装的颗粒材料引导进入输送管路;另一种用于把颗粒材料送到雾化区。这种系统要求二种气流在某一点以相同的压力汇合。如果在某一点上有变化很明显会导致包括颗粒材料的所有气体流动的变化。使用高速气流可能会克服这个问题，但由于很多原因而不能采用。例如，根据喷雾复合沉淀方法的要求，把颗粒材料输送到雾化区的所用气流速度应尽可能慢，以便输送气流不会影响用于在雾化区内雾化熔化金属的气流。另外，由于颗粒的高速，会产生磨损，从而导致设备寿命大大降低，这种磨损也会由于颗粒本身的尺寸减小和/或污染而导致颗粒本身的减少，因此，此高速气流也是不合要求的。如果使用高的输送气流和大的管道孔径，那么就有可能保持输送速度在其初始水平上。然而，雾化区的几何形状和尺寸是使颗粒进入口必须相当小(如，直径为7毫米)以保证颗粒材料最大限度地准确输送到雾化区域。
从上面所述可清楚地看到，有必要在由喷雾复合沉积生产金属基体复合物过程中对把颗粒材料从漏斗运送到气体输送机中的系统进行改进。这个系统允许比前述较好地控制颗粒材料的送料速度。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一个颗粒送料器，用于把一个机械送料装置连接到一个气体输送管路，它包括一个由透气材料制成的漏斗，装在一个由不透气材料制成的密闭外壳内，漏斗的壁和外壳结合形成一个通气室，该室提供一个与压力输送气流连接的进口，外壳在或朝向漏斗宽端上形成与机械送料装置的出口的密封接合。而漏斗在或朝向其窄端上与气流输送管道连通。
根据本发明的另一方面，本发明提供一个送料系统，用于在喷雾复合沉积法生产金属基体复合物过程中，把颗粒材料从漏斗运送到一个气流输送管路，该送料系统包括(1)一个机械送料装置，用于把散装的颗粒材料从贮料箱运送到一个出口，
(2)一个由透气材料制成的漏斗，装在一个由不透气材料制成的密闭外壳内，漏斗的壁和外壳结合形成一个通气室，该室提供一个与压力输送气流连接的进口，上述外壳在或朝向漏斗宽端上形成与机械送料装置的出口的气密接合，而漏斗在或朝向其窄端上与气流输送管通连通。
因此，本发明的送料系统，使用机械送料装置使颗粒材料从散装贮料箱运送到颗粒送料器，而颗粒材料被变成流体引导进入气体输运管路。机械送料装置的使用克服了上述的由于使用气流从贮料箱运送颗粒材料所产生的问题，这是因为，在使用机械送料装置的情况下，从贮料箱出来的固体颗粒的送料速度与其它加工条件无关，并基本上仅与驱动机械送料装置的马达转速有关。
当然，机械送料装置是已知的，它包括螺旋送料器振动输送送料器和旋转阀送料器。我们已用螺旋送料器获得本发明的很好的结果。在具有自由流动粉末的理想条件下，由机械送料装置运送的固体送料速度同驱动马达转速成正比。然而，在通常条件下，颗粒材料的流动情况和可操纵性并不是理想的，特别是当颗粒材料在尺寸上很微小，形状不规则，潮湿和发粘的情况下更为突出。通常这些参数与粉状的“散装密度”的变化有关。当机械送料装置以固定转速工作时，由机械送料装置运送的颗粒材料的质量流动速率的波动可能发生。因此，本发明最好由回送系统来控制机械送料装置的颗粒运送速度。为了达到这一点，机械送料装置被悬挂或装在一个称重装置(例如，一个测力传感器)上，在工作中，送料装置重量作为时间函数的变化被测出并自动地与期望要求的颗粒送料速度下的重量变化相比较。如果检测到的系统中的实际重量降低速率大于所期望的，那么就会相应地减小送料装置速度而进行补偿。反过来，如果重量降低的实际速率小于所期望的，那么系统就会自动相应地提高机械送料装置的速度。这种控制方式的送料装置通常被称为“重量损失”送料器。在送料过程中，测试送料器重量的取样、计算最终的送料速度和实现适当马达速度控制动作差不多是连续进行的，数据取样和微处理机程序计算所要求的有限时间是允许的，从系统(马达)响应的角度看，这些时间是可以忽略不计的(通常每循环为几毫秒)。使用这种“重量损失”送料器，使用同样的送料装置可以容易地、迅速而准确地输送不同的颗粒材料，并能迅速而容易地进行输送到送料装置的一种颗粒材料到另一种不同颗粒材料的转换。
本发明的将机械送料装置连接到气动输送管道的颗粒送料器通常包括一个有多孔材料制成的漏斗，它能透过输送的气体，在送料器工作时，输送的气体供到位于该漏斗和外部的气密外壳之间的通气室，漏斗安装在该外壳上。为使有关的机械送料装置的速度对有关颗粒材料来说是可接受的，机械送料器的卸料部分通常比气体输送管的直径大一个数量级。因此，在该颗粒送料器中的漏斗必须实现从进口直径。例如为100毫米向出口直径、例如10毫米的转换，在产生很小的滞留容积的同时，没有产生如此迅速的转换，从而使气动输送管道引起颗粒材料的堵塞。本发明中颗粒送料器的漏斗最好为锥形漏斗。然而，非锥形漏斗，诸如侧壁朝里朝向与气动输送管道连通的窄端弯曲的碗形亦可用于本发明。在这种情况下，碗形漏斗朝内弯曲的侧边最好不要大到呈现一个在颗粒送料机工作时堆积颗粒材料的表面。我们已经发现，最好的转换效果是采用锥形漏斗，它的垂直轴与侧壁的夹角为30°-60°。外壳的形状虽然是不严格的，但最好能大到足以提供一个包住漏斗的均匀的通气室。本发明使用的漏斗用一种透过输送气体的材料制成，在颗粒送料器工作时，压缩气体供到通气室。诸如熔结的塑料、过滤棉和编织的线网已成功地用在本发明的漏斗制造中。然而，在工作时，由于输送气体是在压力下提供给通气腔的，漏斗的壁应具有足够的机械刚度，从而使透气的漏斗有足够的尺寸稳定性来经受这个压力。因此，我们使用烧结金属或打孔的金属来制造用在本发明中的漏斗。在漏斗是用打孔的金属板制造的情况下，使金属板在孔四周从金属板平面进行有利的变形，从而使颗粒材料(在送料器工作时)避开开孔。漏斗的内表面最好足够光滑，从而不允许任何颗粒材料堆积其上。在工作中，当颗粒材料从机械送料装置自由落入漏斗时，来自通气室的输送气体通过该豌冲进漏斗并进入气体输送管道。
在附图中
图1为实施本发明的优选颗粒材料送料器的剖面图，图2概示图1颗粒送料器的工作情况，图3概示本发明送料系统。
在图1中，气密材料如不锈钢或铝制成的外壳1具有圆柱形侧壁2和上径向法兰3。外壳具有基体4，由一开口进入导向气体输送管(未示)的出口管5。法兰3宜贴靠机械送料装置出口的基体，并用穿过法兰上的孔6的螺栓类构件固定其上。包在外壳1内的是截锥形漏斗7，它用透气材料制成，它的边与垂线成45度角。该漏斗在壳中放置成从它的置于靠近外壳顶端开的宽端8到与出口管5相连的窄端9在尺寸上圆滑过渡。通风室10由外壳的侧壁2和基体4和锥形漏斗7的侧壁确定。外壳上具有进口11，用以在颗粒送料器工作时引入压力输送气体。从图2可见，在工作期间，颗粒材料从机械送料装置(未示)自由落入该颗粒送料器。加压输送气体从外壳上入口11进入通风室10，从通风室进入锥形漏斗7。落入锥形漏斗的颗粒材料12在或靠近漏斗壁处遇到输送气体，此时它们由气流携带向下进入漏斗内并冲入连到气体输送管道(未示)的出口管5中。
在图3中，图1和图2所示的颗粒送料器由法兰3连接到马达驱动的螺旋送料器14上。该螺旋送料器在工作时将颗粒材料12从封闭的散装贮料箱15送到出口13，在出口13处颗粒材料自由落入颗粒送料器的锥形漏斗7中。为使引入外壳1和漏斗7之间的通气室10的输送气体按所要求的方向和流速流动，最好用管16来连接螺旋器输出区17和贮料箱颗粒材料上方的空间18。于是，当输送气体流动时，17和18处的气压将相等，这样输送颗粒不会受到由系统内形成的任何压力的不利的影响。一般说来，管16包括或装有限制颗粒材料流和输送气流通过该管的装置，但它仍允许贮料箱和颗粒送料器之间的压力均衡。例如，管16可以含有或安装一压力均衡阀，它仅需周期性地打开以释放系统中形成的任何压力，这个特征在低流速下是有利的。另外，如果不采用具有或不具有控制阀的回气管16来连接漏斗进口17和贮料箱的顶部空间18，贮料箱顶部空间可以接一个单独的进气装置(未示)，它将自动控制，使贮料箱顶部的压力在数值上等于17处的气压。在贮料箱中气体体积较大的情况下，系统中用单独的进气装置为贮料箱送气将比在系统中用回气管16更好，这是因为在用回气管的系统中，压力均衡将引起漏斗中转换的气体流动，从而破坏输送管道中固体的均匀传送。
正前前面所述，喷雾复合沉积方法要求最大量的颗粒材料和最小量的携带气体。它的比率称之滑“相密度”(phase density)，代号为μ其中μ＝ (固体质量流速)/(气体质量流速)某些粉末在速度约1米/秒时的密集相、μ＝50-200输送。在工作条件接近阻塞管道内条件下时，以这种模式处理这些粉末的经验是必不可少的。然而，为了确保“重量损失”送料器的精确操作，需要在相密度范围(即μ＝1-10，V＝20-40米/秒)的相对端操作输送管道，这时的条件类似于开口管的条件。这种工况的另一优点是，输送管道内粉末流相对正常低管压力即使有小波动(由管压波动引起)都能容易地测出。在密集相输送中，固体流中的大的波动可能被忽略，这是因为它们由所要求的正常的高管压所掩盖了。
本发明的送料器系统能够在速度为10米/秒。相密度为20-50时相当满意地工作。然而，这种传送(即移动/滑动床和堆)模式就金属基体复合物产品结构来说不能给出希望的结果。本发明已成功地用于输送SiC粉末(F230细砂，F600细砂和F1000细砂)，传送气流从45×10-3到85×10-3牛顿米3/分钟，输送速度的范围从0.5-3.5公斤/分钟。术语“F230，600和1000砂粒”在FEPA标准42-GB-1984和美国标准ANSI B.74.12-1976中已有叙述。
一旦输送器马达关闭，迅速清扫输送管道而不采用逐步减少输送管道中粉末浓度的办法。
示例上述送料系统已用于在各种流速下输送多种颗粒材料。已发现该系统在高固体密度下工作时仍保持均匀的流速。下表表示工作结果
表1颗粒类型 等级/50% 流速 气流 固体密 输送管道大小 度(1)(kg/min) (NdM3/min) (kg/Nm3)SiC F600 0.5 45 11.1 3m×8mm(10μm) 直径SiC ″ 1.0 65 15.4 12m×10mm直径″ (3) ″ 2.0 95 21.1 3m×8mm直径″ ″ 3.0 125 24.0 ″″ (4) ″ 3.5 140 25.0 ″″ ″ 3.0 88 34.1 ″BC ″ 1.0 80 12.5 2m×10mm直径″ ″ 1.5 87.5 17.1 ″SiC F230 1.5 87.5 17.1 ″(53μm)″ F400 ″ ″ ″ ″(17μm)″ F600 ″ ″ ″ ″″ F800 ″ ″ ″ ″(6μm)″ F1000 ″ ″ ″(4μm)
表1(续)颗粒类型 等级/50% 流速 气流 固体密 输送管道大小 度(1)(kg/min) (NdM3/min) (kg/Nm3)″ F230/ ″ ″ ″ ″F1000(2)″ F600 3.0 200 15.0 ″ZrO(5) 12μm 1.0 80 12.5 ″SiN 3μm 1.0 80 12.5 ″″ ″ 1.5 87.5 17.1 ″MgO 12μm 1.5 87.5 17.1 ″AlO 18μm 1.5 87.5 17.1 ″TiB 10μm 2.0 95 21.1 ″表注(1)固体密度值由气流×103除流速得出(2)50∶50%重量百分比混合(3)螺旋送料器压力为1.0 bar g α 2kg/min(4)螺旋送料器压力为3.0bar g α 3.5kg/min(5)螺旋送料器压力为2.5 bar g用作0.5，2.0，3.0和3.5kg/min的SiC的表中的前6项表明可获得高的固体密度。表中其它项表明，本发明的送料器处理材料的范围和颗粒的尺寸的能力。在所有情况下，均获得了令人满意的均匀的流动。
权利要求
1.一种用以连接机械送料装置和气体输送管道的颗粒送料器包括一个由透气材料制成的漏斗，安装在由气密材料制成的封闭外壳内，漏斗的壁和外壳一起确定一个通气室，该通气室具有连接到供给压缩气体上的进口，其中壳体在或朝向漏斗的宽端宜与机械送料装置的出口形成密封接合，和其中的漏斗在和朝向它的窄端上与气体输送管道连通。
2.按照权利要求1的送料器，其中漏斗是锥形漏斗。
3.按照权利要求2的送料器，其中锥形漏斗的侧壁与垂直轴的夹角为30°-60°。
4.一种送料系统，用于在生产金属基体复合物的喷雾复合沉积方法中将颗粒材料从贮料箱输送到气体输送管道，该送料系统包括(1)将颗粒材料从散装贮料箱送到出口的机械送料装置，和(2)一个由透气材料制成并安装在由气密材料制成的外壳上的漏斗，该漏斗和外壳的壁一起确定一个通气室，该通气室具有连接到供给压缩气体的进口，上述壳体在或朝向漏斗宽端与机械送料装置连接以形成气密密封，上述漏斗在或朝向其窄端与气体输送管道连通。
5.按照权利要求4的送料系统，其中机械送料装置是马达驱动的螺旋送料器。
6.按照权利要求4或5的送料系统，其中机械送料装置的操作由自动控制装置来调节，以确保颗粒材料具有恒定的正常的质量流速。
7.按照权利要求4-6的任一权利要求的送料系统，其中漏斗是锥形的。
8.按照权利要求7的送料系统，其中锥形漏斗的侧壁与垂直轴的夹角为30°-60°。
9.按照权利要求4-8的任一权利要求的送料系统，其中机械送料装置出口的直径约为100毫米，其中送料系统到气体输送管道出口的直径约10毫米。
10.按照权利要求4-9任一权利要求的送料系统，其中机械送料装置的出口区宜于采用连接管道类构件与贮料箱内颗粒材料上方的空间相连通。
11.按照权利要求4-9任一权利要求的送料系统，其中贮料箱内颗粒材料上方的空间连到一加压供气装置上，该装置受到控制，以保持该空间的压力在数值上等于机械送料装置出口区的压力。
全文摘要
一种用以连接机械送料装置和气体输送管道的颗粒送料器包括一个由透气材料制成的漏斗，安装在由气密材料制成的封闭外壳内，漏斗的壁和外壳一起确定一个通气室，该通气室具有连接到供给压缩气体上的进口，其中壳体在或朝向漏斗的宽端宜与机械送料装置的出口形成密封接合，和其中的漏斗在和朝向它的窄端上与气体输送管道连通。
文档编号B65G53/40GK1053592SQ9010047
公开日1991年8月7日 申请日期1990年1月25日 优先权日1989年1月25日
发明者尼尔·安德鲁·达比 申请人:艾尔坎国际有限公司