CN102442012A - 三维涡旋挤压机 - Google Patents

Abstract

一种新型、高效、强力的粉状固体颗粒连续挤压机。包括主辅机两部分组成，或单独分机。其中主机(筒体)内设置沿轴向连续旋转的多道叶片，叶片与中心主轴杆或边界筒体各组成两种三维涡旋叶道。主要特征：三维涡旋叶道具有符合流体动力学的构造，叶片半径自大而小地在径向、环向、轴向上，各皆有线性、角度、边界等条件下，形成复合、多项、连续的可控制(定性定量设计)的变化构造，其形式有三维涡旋、二维涡旋、一维螺旋，统称“三维涡旋叶片”。外力作用下，三维涡旋叶片及自重作用下，产生三维涡旋力，边界力最小，中心力最大，逐渐增加粉状固体颗粒质量密度，直到挤压成为大型新型建材。具有受力合理，构造恰当，避免不当阻力、具有高效、节能、低碳、安全、连续生产的积极效果。也适用其他领域粉状固体颗粒的挤压需求。在国内外市场中其功能、节能、性价比等在同类产品中占有领先地位，其经典机型一时难以被超越。

Description

三维涡旋挤压机

技术领域：本发明涉及一种连续挤压机。主要针对流体介质为粉状固体颗粒涡旋挤压成大型、连续、异形的新型建材的机械。

技术背景：中国早在三十多年前就提出发展新型建材，大力实行墙体改革。此后，各地涌现了许多以粉煤灰、矸石、炉渣、硅藻土、植物纤维等废料为基础的“免烧”(墙、板、瓦、砖)新型建筑材料产品，推动了墙体改革与新型建材的发展，促进节能减排和绿色环保的可持续发展。但是这些新型建材受加工设备的限制，生产工艺依然粗放、技术落后、能源消耗大、功效低、不利大型机械化施工等缺陷。目前流行的有德国、美国及我国仿制的双螺杆挤压机，由于工作机制不完全符合流体动力学原理，构造不合理，流体介质运动不畅、受力复杂、不当阻力大、功率损失大，造价昂贵，其中主机功率消耗均在120kw以上，市场价格在1000万元左右；也有诸如活塞式、螺旋式挤压机等，存在着先天性工作机制与构造缺陷，生产稳定性差。上述这些挤压设备难以全面推广，急待改革。

目前止，国内外许多企业，研究机构进行大型挤压机的开发与研制，都未能突破妥善处理流体介质，在“三维涡旋空间内多元变量元素组合”的问题。因此，大型挤压机的合理制造，既是世界性难题，也是国内外建筑领城投资热点。

发明内容：本发明利用新创建的(B-R)数学力学理论，合理解决流体介质在运动中连续复杂多元变量的有机结合问题，也称“三维涡旋”问题。针对流体介质为粉状固体颗粒(新型建筑材料的原料)为对象，提出《三维涡旋挤压机》，以适应生产连续、大型、异形墙板的机械设备。

本发展的上述技术目的主要是通过以下技术方案的：

一种三维涡旋挤压机。由主辅机两部分组成一个整机，或分机单独使用。

主机：包括有锥形长筒状壳体及主轴杆，分别与三维连续涡旋叶片，组成两种类型的多叶道三维涡旋空间。主要特征：叶片半径自大而小地，在各自的三维方向上有线性、角度(非线性)、边界等条件，形成复合、多项、连续的可控制(定性定量设计)的变量构造，其形式有：三维涡旋叶片、二维涡旋叶片、一维螺旋叶片，统称“三维涡旋叶片”。外力作用下，主轴杆或筒状壳体带动三维涡旋叶片旋转，叶片对粉状固体颗粒(新型建筑材料的原料)沿轴向推动前进，以边界力小，中心力大方式实施挤压，逐渐增加质量密度达到成形要求，至叶片末端小直径处，连接模具挤压成型。

作为优选，三维涡旋叶片特征，在于锥形长筒体内，叶片的变化，存在于“三维空间线性方向(X，Y，Z)上，加上各自的三维涡旋角(φ向，ψ向，θ周期旋转向)及边界条件(外形(a)，螺距(b)，叶片数(c)，周期数(d)等的多元变量，具有符合流体动力学的构造。也就是说：三维涡旋叶片在径向，环向，轴向上都有各自的复合、多项、连续可控制(设计)的变化量，形式有三维涡旋(xyz，θφψ)，二维涡旋(xyz，θφ)，一维涡旋(xyz，θ)(即现称螺旋叶片)，这些具连续旋转的叶片统称为“三维涡旋叶片”。

工作时，粉状固体颗粒在辅机加液混合，通过辅机活络引道竖向或水平向进入主机筒体，启动后叶片旋转产生三维涡旋挤压力，实现对建材原料挤压成型的目的。

辅机：置于主机前端，包括敞口漏斗状垂直筒体，主轴杆，十字形水平转动轴杆，水平轴杆长度超过筒体，末端悬挂着多个行走小电机，在筒体外齿轮轨道行走，带动主轴杆及叶片转动。此外主轴杆另连接着两道短轴行距的叶片，分别为上翻旋转叶片及下压旋转叶片。

作为优选，辅机构造主要特征，漏斗中心设置有垂直主轴杆，主轴杆上设有三道装置。其一、筒体上部敞口处有跨越筒体最大半径的十字形水平连杆，水平连杆末端有行走小电机，以筒体边界处最小的力，产生最大旋转力矩；其二、在筒体中部有短轴行程的上翻三维涡旋叶片；其三，在筒体下部有短轴行程的下压三维涡旋叶片。

工作时，(按生产配方)粉状固体颗粒(原料)及液体进入敞口漏斗，水平十字形连杆带动上翻涡旋叶片旋转，加上原料自重作用，上下翻转充分混合进入下部，有下压涡旋叶片旋转产生预挤压力，排出混合空气，增加质量密实度，最后由漏斗底部密封活络引道进入主机。

本发明《三维涡旋挤压机》的积极效果是：

1、三维涡旋叶片的制造，具有符合流体动力学规律，科学地处理(定性定量设计)三维涡旋叶片，在径向、环向、轴向上的复合、多项、连续的变化量及构造，具有边界阻力最小，中心轴向挤压力最大的先进工作机制，避免不当阻力，动力消耗最小，具高稳定性、功效性、高连续性及可控制(设计)性，有利安全制作及生产。

2、解决新型建材的大型化、标准化、连续化的成型挤压设备。工作可靠，价格低廉，节省能源，与同规模的双螺杆挤压机相比，仅主机动力消耗一项节省达40～70％以上。

3、适应面广阔，是建筑行业的节能减排的重点项目之一。除主要应用于新型建材外，还可按需改变机体的结构、尺寸、材料、规模，适用其他领域粉状固体颗粒为原料的挤压需求，如医药，食品加工，化肥，饲料，化工，塑料，……等的挤压加工。在国内外市场中其功能、节能、性价比等在同类产品中占有领先地位，其经典机型一时难以被超越。

附图说明

图1、辅机构造示意图

图2、主机三维涡旋叶片(有轴型)构造示意图

图3、主机三维涡旋叶片(无轴型)构造示意图

图4、三维涡旋叶片(有轴型)展示图

图5、三维涡旋叶片(有轴型)断面构造示意图

图6、三维涡旋叶片(无轴型)断面构造示意图

图7、本发明的主辅机(水平装置有轴型)装置示意图

图8、本发明的主辅机(垂直装置有轴型)装置示意图

图9、本发明的主辅机(垂直装置无轴型)装置示意图

图10、本发明的主辅机(水平装置无轴型)装置示意图

其中标号：1、敞口漏斗形的垂直筒体，2、辅机主轴杆，3、十字形水平连杆，4、行走电机，5、行走电机齿轮，6、筒体外齿轮，7、上翻涡旋叶片，8、下压涡旋叶片，9、漏斗底部密封活络引道，10、干混原料输送管道，11、钟形透明罩，12、配水管道，13、主机变频电机，14、变速箱，15、传动齿轮，16主机连接口，17、三维涡旋叶片(有轴型)，18、主机轴杆，19、叶片外沿轮廓体形状，20、叶片末端同步滚动筛筒套，21、成型模具，22、成型板材输送辊轴，23、机身支架，24、主机机身(有轴型)，25、主机电机(垂直装置有轴型)，26、主动传动齿轮，27从动传动齿轮，28水平旋转连杆，29、垂直装置有轴型筒身，30、主机排气装置，31、筒身承重的水平支架(垂直装置无轴型)，32、筒身水平转动滚动轮，33、主动及动齿轮，34、变频电机(多个)，35、筒身排气装置，36、垂直装置旋转无轴型筒身，37、三维涡旋叶片(无轴型)，38、筒身水平支撑支架(含滚动轴承)，39、叶片未端同步转动筛套筒，40、主机弯曲活络引道，41、成型模具，42筒身与水平引道连接，43、主机(水平装置无轴型)筒身弯曲活络引道，44、水平可转动的机身，45、水平筒身转动轮，46、转动轮支架，47、主动、从动齿轮，48、变频电机，49、筒身端部活络连接装置，50、叶片末端同步转动筛套筒，51成型模具，52、筒身与水平引道活络连接。

具体实施例：

下面通过实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步具体说明。

三维涡旋挤压机的工作机制是采用主机(挤压、成型)与辅机(混合、排气)两部分组成。主机与辅机有多种形式的安装组合。

实施例1、三维涡旋挤压机辅机的工作机制(图1所示)，所述的辅机由敞口漏斗形的垂直筒体1，中心处的辅机主轴杆2，主轴杆上部连接的十字形水平连杆3，水平连杆尾端连接行走电机4，行走电机的行走齿轮5，与行走齿轮契合的筒体外齿轮6，主轴杆中部装置有短行程上翻涡旋叶片7，主轴杆下部装置有短行程下压涡旋叶片8，漏斗底部装置密封活络引道9。此外，附有干混原料输送管道10，钟形透明罩11，配水管道12。

启动后，行走电机4通过行走齿轮5在筒体外齿轮契合行走，带动十字形水平连杆旋转3，继而带动轴机主轴杆2及上翻涡旋叶片7，下压涡旋叶片8的旋转，混合的原料经输送管道10进入漏斗形垂直筒体1，其间由配水管道口计量供水。原料在上翻叶片7带动旋转及自重下跌，进行充分混和，其中经水混和的湿原料，依靠自重下沉，进入下压涡旋叶片8组成的三维空间预挤压，自动排气，增加质量密实度，通过漏斗密封引道9进入主机。

实施例2：三维涡旋挤压机主机(水平装置有轴型)的工作机制(图7所示)。所述的主机包括有水平装置(或小于π/4倾角)半径变化的筒体机身24，装置有主机变频电机13，变速箱14，传动齿轮15，与辅机密封活络引道9连接的主机敞口16，三维涡旋叶片(有轴型)17，主机主轴杆18，叶片径向半径变化的轮廓体形状19，叶片末端设置与叶片同步滚动筛筒套20，成型模具21。

作为优选，主机(水平装置有轴型)主要特征是在有半径(大→小)变化的筒体24，叶片在轴向、径向、环向、上除直线变化外，还都各具有复合的，多项的，连续的非线性变化构造，统称为三维涡旋叶片17，有轴型主机主轴杆18，叶片与主轴杆连接形成三维涡旋叶道空间。

工作时，粉状固体颗粒由辅机引道9及主机连接口16进入主机三维涡旋叶道空间。启动后，外力作用于主杆轴上，带动主杆轴与三维涡旋叶片转动，叶片对粉状固体颗粒施以三维涡旋力，沿轴向前进方对原料挤压，其作用力的分布沿半径方向是边界力小中心力大，密度逐渐增大，达到挤压成型要求，最后通过筛筒套挤出混合的大块空气团20，最后进入成型模具21成为大型连续的异形的新型建材(墙、板、瓦、零部件)。

实施例3：三维涡旋挤压机主机(垂直装置有轴型)的工作机制(图8所示)。所述的主机(垂直装置型)，包括有垂直筒身29，主机变频电机25，主动传动齿轮26，从动传动齿轮27，水平转动连杆28，三维涡旋叶片17，主机轴杆18，主机叶片外缘轮廓及体型19，叶片未端同步滚动筛筒套20，成型模具21，主机排气装置30，成型板材输运辊轴装置22。

作为优选，主机(垂直装置有轴型)主要特征：叶片17与主轴杆18连接，形成三维涡旋叶道(空间)，机身为垂直装置与辅机漏斗底部直接(或机轴线平行)连接。机身上部侧向安装电机25，主动传动齿轮26，从动传动齿轮27传递旋转力，带动水平连杆28，主轴杆18及三维涡旋叶片17旋转。

工作时，粉状固体颗粒在辅机湿混后，由漏斗的下压涡旋叶片8及自重，进入主机端口。外力(小电机)通过主、从动传动齿轮26、27及水平连杆转动28，带动三维涡旋叶片17及主机轴杆18转动，原料承受三维涡旋叶片挤压力及自重作用，向下预挤压排气，经过筛套筒20挤出可能混入的大空气团，质量密度逐渐增大达到挤压成型的要求，进入主机弯曲密封引道29，原料由垂直状态转为水平状态，进入成型模具21，挤压成为大型的连续的异形的新型建材(墙、板、瓦、零部件)。

实施例4：三维涡旋挤压机(垂直装置无轴型)的工作机制(图9所示)。所述的主机(垂直装置无轴型)包括垂直可转动的筒身承重支架31，筒身水平转动滚动轮32，主、从动齿轮33，变频电机(多个)34，筒身排气装置35，转动的筒身36，三维涡旋叶片(无轴)37，筒身水平支撑支架(含滚动轴承)38，叶片未端同步转动筛套筒39，主机密封弯曲引道40，成型模具41，筒身与辅机漏斗连接及排气装置42。

作为优选，主机主要特征：三维涡旋叶片37与转动筒壳36连接(无轴型)组成三维涡旋叶道空间。主机与辅机两机轴线呈平行或直接连接。

工作时，粉状固体颗粒在辅机上翻叶片7湿混后，由漏斗的下压涡旋叶片8及自重进入(垂直装置无轴型)主机端口。外力(底部小电机)通过主动，从动传动齿轮33，在筒身承重的水平支架31上转动，带动(无轴型)筒身转动36，及其连接的三维涡旋叶片37(无轴型)旋转，粉状固体颗粒在三维涡旋挤压力及自重作用下，向下挤压，其质量密度逐渐增大，经过筛套筒20挤出混入的大块空气团，直至达到挤压成型的要求，最后进入主机弯曲密封活络引道40，由垂直状态转成水平状态，进入成型模具41，挤压成为大型的，连续的，异形的新型建材(墙、板、瓦、零部件)。

实施例5：三维涡旋挤压机(水平装置无轴型)的工作机制(图10所示)。所述的主机(水平装置无轴型)包括辅机漏斗与主机(水平装置无轴型)弯曲引道连接43，水平转动的机身44，水平筒身两道转动轮45，转动轮支架46，主动、从动齿轮47，变频电机48，三维涡旋叶片(无轴型)49，叶片未端同步转动筛套筒50，成型模具51，筒身与引道活络连接43，筒身与密封引道活络连接52。

作为优选，主机主要特征：三维涡旋叶片37与转动(无轴型)筒体44连接组成三维涡旋叶道空间。辅机与主机(无轴型)两机轴线呈互为垂直活络连接，水平主机置于两道转动轮上45。

工作时，粉状固体颗粒在辅机上翻叶片7湿混后，由漏斗的下压涡旋叶片8及自重由弯曲引道连接43进入主机(水平装置无轴型)44端口的筒身活络连接装置49，水平筒身底部小电机48启动时，通过主动，从动传动齿轮47，转动水平筒体机身44，及其三维涡旋叶片(无轴型)37，粉状固体颗粒在三维涡旋挤压力向叶片末端挤压，其质量密度逐渐增大，经过转动筛套筒50挤出混入的大空气团，直至达到挤压成型的要求，经过筒身与密封引道活络连接52，进入成型模具51，挤压成为大型的，连续的，异形的新型建材(墙、板、瓦、零部件)。

Claims (5)

1.一种新型的三维涡旋连续挤压机，由主辅机两部分组成一个整机，或单独分机，包括连续三维涡旋挤压工作机制及构造、装置，主要特征在于所说的三维涡旋连续挤压原理是锥形长筒状壳体或主轴杆，分别与连续三维涡旋叶片，组成两种类型的多叶道三维涡旋空间，旋转时叶片产生连续涡旋挤压力，中心力大，边界力小，避免不当阻力，实施对粉状固体颗粒连续挤压成形。

2.根据权利要求1，所述的三维涡旋叶片主要特征：叶片半径自大而小地在三维空间上，皆各有线性、角度(非线性)、边界等条件，形成复合、多项、连续的可控制(定性定量设计)的变化量及构造，其形式有：三维涡旋叶片(xyz，θφψ)、二维涡旋叶片(xyz，θφ)、一维涡旋叶片(xyz，θ)(又称螺旋叶片)，统称“三维涡旋叶片”。

3.根据权利要求1，所述的辅机构造主要特征，漏斗中心设有垂直主轴杆，主轴杆连接三道装置，其一、上部敞口处有跨越筒体最大半径的十字形水平连杆，末端有小电机在齿轮行走，以筒体边界处最小的力，产生最大旋转力矩；其二、中部有短轴行程的上翻三维涡旋叶片；其三、在筒体下部有短轴行程的下压三维涡旋叶片。

4.根据权利要求1，所述的三维涡旋叶片的连接，主要特征有三维涡旋叶片与主机主轴杆连接(如图5)及三维涡旋叶片与筒身连接(如图6)。

5.根据权利要求1，所述的一种三维涡旋挤压机装置，主要特征有主机与辅机的连接装置，包括有主机与辅机的两机轴线互为直线连接装置及互为垂直连接装置(如图7、图8、图9、图10、)。

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