專利名稱：具有排放壓力補償器的失重進料器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有改進性能的失重質流系統，用于控制排放系統中的固體物料，這些物料經受了會干擾重量檢測的波動。
背景技術：
失重進料器通常在工業方法中用于塊狀固體的質流計量。這些進料器是精確的重力設備，按照在一定時間內的重量喪失來操作，產生基于初始設定點的質流速率。為了精確，進料器懸掛在高分辨天平機構(重量傳感設備)上。要加入的物料在輸送時被連續或間歇地稱重，并將重量轉化成電信號，用于指示加入的物料的減少速率。對比檢測值與表示所需進料速率的設定值，并調節進料速率，從而保持在所需速率下的輸送。
對于特別臟和/或有害的物料或者用于食品級或藥物應用的物料，可能希望或甚至要求保持物料處于密閉系統中。在這種系統中，進料器與其它連接的設備隔離，使得進料器自由地懸掛在其用于準確失重檢測的天平機構上。
對于排放入密閉系統，特別是非環境壓力環境例如在加壓或真空下操作的工藝中的失重進料器，非常小的壓力波動(例如，小于1英寸(2.54cm)水壓波動)會與所產生的力相互作用，擾動了天平重量檢測，導致不正確的進料速率檢測和進料設備準確性的改變。這些壓力波動在壓力脈沖時出現，這些脈沖通常通過在重量傳感裝置上施加的垂直的向上或向下的力影響進料器的瞬時重量檢測，導致重量檢測的或高或低的不正確讀數。錯誤讀數產生失重速率變化；進料器控制器感受到太多或太少的物料從進料器排出。為了補償，進料器控制器降低或增加速度以滿足設定值，按單位時間排放或更多或更少的物料。結果是在這些干擾過程中不準確的質流計量和進料速率改變。
進料速率在其中進料器按照比例控制一個或多個其它流動變量的連續應用中是特別關鍵的。錯誤的進料速率也會引起在間歇應用中的質流變化問題。
先前的努力致力于當在密閉系統中需要準確重量測量時的錯誤檢測問題。其中一些努力在重量控制系統和進料器的電子系統中使用算法以識別干擾和調節控制器作用。參見例如美國專利4054784。但是，這些努力沒有解決問題的根本起因。其它嘗試試圖克服由于壓力脈沖引起的錯誤重量檢測問題，包括在進料器排料出口提供軟保護套以排除壓力干擾。但是，軟保護套易于堵塞，因此喪失其優勢。此外，根據要輸送的物料的性質，如果使用軟保護套，可能有安全和/或環境問題。
另一種補償壓力波動的方法是在系統中形成通氣口，該通氣口與常壓源連接，并提供灰塵收集系統。例如，通氣口可以位于排放滑槽沿線或者設備的下游。與這種方法相關的問題是灰塵收集系統的操作和保養是昂貴的，而且灰塵收集系統本身會發生間歇的壓力波動，進一步干擾進料器的重量傳感和重力操作。此外，通氣管可能堵塞和停止排除壓力擾動。
所以，仍然需要改進失重進料器，特別是對于在密閉系統中使用的那些，以使它們不受干擾例如下游壓力變化的影響。此外，需要一種失重進料器，其操作便宜，并提供改進的準確性，特別在不能容忍進料速率變化的連續操作中。本發明滿足這些要求。
發明概述本發明包括一種改進的失重進料器，它具有物料輸送系統、用于物料輸入的重量傳感裝置、按照對正在加工的單位時間內單位重量物料或者總重量變化的響應將流動調節到指定速率的質流控制機構和排料出口，其中改進包括與排料出口柔性連接的排放壓力補償器。
本發明還包括一種將物料加入到工藝過程中的方法，包括從改進的失重進料器排放物料，失重進料器具有物料輸送系統、用于物料輸入的重量傳感裝置、按照對正在加工的單位時間內單位重量物料或者總重量變化的響應將流動調節到指定速率的質流控制機構和排料出口，其中改進包括與排料出口柔性連接的排放壓力補償器。
本發明還包括一種在密閉工藝中抵抗由下游干擾引起的力的方法，在密閉工藝中通過從輸送系統減少重量來計量加入物料，包括增加與輸送系統的排料出口柔性連接的排放壓力補償器。
本發明還包括一種降低失重進料器的進料速率變化的方法，包括增加與進料器的排料出口柔性連接的排放壓力補償器。
本發明的改進的失重進料器和方法可以用于任何需要在密閉系統內準確計量物料的工藝中。所述改進的進料器和方法特別用于易受壓力波動影響的工藝中，例如其中在非環境壓力系統中的那些。在這些系統中，所述進料器和方法特別有利地提供在性能可靠性、進料速率準確性、最小化進料器干擾和緊密控制并減少進料速率變化方面的改進。改進的進料器和方法用于各種其中使用重量加料系統的工業中。一些例子包括塑料(包括添加劑例如顏料、抗氧化劑)、食品(例如生產花生醬、糖果、面包、維化面粉)、化學品(洗滌劑、著色工藝)、藥物、水泥和建筑材料。
附圖簡述
圖1是根據本發明的失重進料器的示意圖。
圖2是現有技術的失重進料器的示意圖。
發明的詳細描述本發明提供了一種具有排放壓力補償器的改進失重進料器。它特別用于密閉系統，和用于連續質流進料應用或者整體化浴進料應用。特別用于連續操作。該進料器特別適用于準確和可靠地計量固體。進料器有利地用于其中加入的固體具有高起塵傾向和/或包含有害物料的工藝。這種失重進料器可以應用于其中向化學或共混操作中加入的添加劑比例必須嚴格控制的應用中。另外，所述進料器特別用于食品和藥物工業，其中密閉系統對于防止污染并滿足USDA和FDA標準是重要的。所述進料器用于連續或間歇加料到密閉系統中。
失重進料器通常可以從制造商處商業獲得，例如Acrison，Inc(Moonachie，NJ)、K-Tron Soder(Pitman，NJ)、Merrick Industries(Lynn Haven，FL)和Schenk AccuRate(Whitewater，WI)。任何一種可以按照本發明進行改進。
一般而言，本發明的改進失重進料器包括物料輸送系統、用于物料輸入的重量傳感裝置、按照對正在加工的單位時間內單位重量物料或者總重量變化的響應將流動調節到指定速率的質流控制機構和排料出口，其中改進包括與排料出口柔性連接的排放壓力補償器。
進料器的物料輸送系統包括任何適合按照可控方式排放物料的進料裝置。一個實施方案包括容器，例如進料器或料斗，用于用待輸送的材料或物料預先填充，具有用于從容器將物料加入進料器排料出口的裝置，例如螺桿進料器、推進進料器、泵、皮帶運輸機、閥或百葉或震動盤。進料通過馬達、計算機或其它這種裝置控制以推進物料通過系統。任選地存在再填充進料器系統，自動以可控速率將物料加入物料輸送系統，以將物料供應保持在預定的限度內。優選存在再填充進料器系統以進行連續操作。參見例如美國專利再版32101、32102和美國專利4320855。
進料器的重量傳感裝置包括用于將正在輸送的物料稱重的裝置，和與其連接的用于產生與其重量成比例的電信號的裝置。任何常規的重量傳感裝置可以用于本發明中，它們產生與容器及其內容物的重量成比例的電信號。合適的裝置包括天平、載荷池、反平衡稱重機構或者其它基于線性可變差動變壓器的裝置。
質流控制機構包括用于接收電信號的裝置，它將電信號與設定點標準比較或者與要添加的總重量相比較，根據比較計算誤差或正確的信號，并產生一個或多個輸出信號來按照對正在加工的單位時間內單位重量物料或者總重量變化的響應調節在物料輸送系統中流動的速率。質流控制機構通常是計算機系統，包括相關的硬件、軟件和算法，用于顯示數據、輸入系統控制和調節，以及警告指示器來保持操作者知情。這些系統是本領域公知的。流動控制機構優選將進料速率或者流動控制在恒定值。
排料出口包括用于將物料排出失重進料器的管道。出口具有與物料輸送系統匹配的材料、形狀和尺寸。在本發明中，該出口與排放壓力補償器連接，并與另外的排放滑槽或管道連接，它們將物料輸送到總工藝的下一步驟或階段。
在本發明的改進失重進料器中，使用排放壓力補償器。排放壓力補償器包括柔性連接到排料出口和安裝到固定支架上的密閉接頭。它通常是密閉的封端，并安裝在與物料輸送系統和重量傳感裝置獨立的固定支架上。因此，波動，例如密閉系統中的壓力變化(通常干擾用物料輸送系統加工的物料的重量檢測)被轉移到排放壓力補償器并被其吸收，使得重量檢測不受影響。排放壓力補償器提供了抗衡由這些波動產生的力的方法。
排放壓力補償器由一種或多種各種合適的材料制成。合適的材料的例子包括但不限于金屬、塑料、聚合物、木材、石材、水泥、陶瓷或它們的混合物。接頭的尺寸或形狀可以變化，根據具體工藝和其中使用的設備而定，只要其具有與排料出口的柔性連接并安裝在固定支架上即可。與固定支架的連接是非柔性的。當實施方案是閉合的封端時，它的端部是平的或圓的，長度可以變化。一般而言，它的長度小于24英寸(61厘米)，優選小于12英寸(30.5厘米)，直徑與排料出口、通向工藝下一階段的滑槽或導管的直徑相當。排放壓力補償器的作用是保持物料輸送系統作為密閉系統通過與排料出口的柔性連接來排料和將由波動引起的力例如壓力變化轉移到與重量傳感裝置和物料輸送系統獨立的固定支架上。
在排料出口和排放壓力補償器之間的連接，以及在排料出口和排料滑槽之間的連接是柔性的。各種柔性套筒在這里是適用的，并由選自適合與正在加工的物料接觸的物料制成。這些套筒通常由細織布、聚合物或共聚物制成。例子包括尼龍、棉、聚酯、聚烯烴、聚四氟乙烯、聚氯乙烯，以及它們的混合物和共聚物。這些套筒可以涂覆或浸漬以具有耐化學品性和抵抗系統內的灰塵污染。為了將排料出口的移動與物料輸送系統和重量傳感裝置隔開，并與排料滑槽或管道隔開，柔性是需要的。這些套筒通過粘合劑、帶夾或適用于這種連接的帶狀材料連接。優選的是，柔性套筒連續地連接以提供不對環境開放的密封或閉合的系統。套筒的尺寸是適合所用具體設備的。套筒的長度通常小于24英寸(61厘米)，優選小于12英寸(30.5厘米)。
為了使性能優化，與排料出口連接的柔性套筒具有大約相同或相當的橫截面積。與排料滑槽和排放壓力補償器的連接位于排料出口的不同側面。為了優化性能，柔性套筒優選與排料出口的對面連接，并彼此形成180°角。
本發明的改進進料器的一個實施方案參考圖1描述。圖1示意性地描述了改進的失重進料器。物料輸送系統包括料斗1，其中裝入要加入的材料或物料，和進料裝置4，用于排出該物料。沒有顯示任選的用于保持物料輸送系統中預定量物料的自動再裝料系統。
還有重量傳感裝置2，通過檢測物料輸送系統的料斗和其中要排出的物料的重量來測定正在排放的物料的重量。所輸送的重量通過差別確定。任何常規的重量傳感裝置用于本發明，這產生與料斗和其中物料總重量成比例的電信號。重量傳感裝置可以是天平，但通常包括載荷池2，如圖1所示，或者其它基于線性可變差動變壓器(LVDT)或抗衡稱重機構的裝置。高分辨載荷池是優選的重量傳感裝置。盡管在圖1和2中重量傳感裝置顯示位于料斗1之下，但是料斗也可以從支架上懸掛下來，并且重量傳感裝置也可以位于料斗之上。載荷池與彈簧3一起作用，響應重量的損失或增加。重量傳感裝置產生與重量檢測對應的信號。料斗中物料的重量被連續地檢測，或為了實際目的間隔檢測。
與重量傳感裝置連接的是質流控制機構(未顯示)，它接收從重量傳感裝置傳來的信號，將信號與設定值比較。設定值可以是工藝過程的進料速率，或者要加入工藝過程中的進料總重量。有利的是，流動控制系統將物料的進料速率控制在恒定值。除此之外或者另外地，特別是對于間歇操作，流動控制系統可以將信號與要加入的進料總重量比較。可用于本發明失重進料器的流動控制系統的組件，包括計算機硬件、軟件和算法是本領域公知的。參見例如美國專利4320855(及其再版32101和32102)；4762252、4579252和5103401。
物料從料斗1流向進料裝置4，其可以是任何常規的物料進料裝置，例如螺桿進料器或推進進料器，或任何合適的裝置，例如帶、旋轉閥、百葉或震動盤，用于以控制的方式進行物料的排料。進料裝置4通常將是螺桿進料器。進料裝置4通過合適的馬達驅動，未顯示。馬達接收流動控制系統響應設定值與來自重量傳感裝置的信號比較結果而發出的信號，以控制(即提高或降低)物料從料斗排出的速率。
物料從進料裝置4流向進料器排料出口5。從排料出口5，物料進入排料滑槽6。排料出口5按照密封的關系與排放壓力補償器柔性連接，該補償器包括封端接頭7。排料出口5也可以在另一側，優選與和排放壓力補償器連接相對一側按照密封的關系與排料滑槽6柔性連接。柔性通常通過8和9所示的柔性套筒提供。優選的是，柔性連接8和9具有相同的橫截面尺寸。
封端接頭7安裝在固定支架10上，這完成了排放壓力補償器。封端接頭7支載在固定支架10上，該支架與輸送系統4、料斗1和重量傳感裝置2獨立。
從排料滑槽6，物料按照箭頭11所示的方向進入總工藝的下一步驟或階段。該工藝包括諸如混合或共混、化學加工、化學反應或傳遞操作之類的操作。
在圓圈內由箭頭指示的點A表示力，通常向上或向下，是由工藝中的干擾引起的，例如下游壓力變化，該力被轉移到固定支架10而不是進料器裝置4。因此，進料器重量檢測以及計算的進料速率不受該力的影響，進料速率更均勻。
圖2示意性地顯示現有技術中的典型失重進料器。這些數字對應于圖1所示的組件。注意，圖2中沒有包括封端接頭7和固定支架10的排放壓力補償器，以及在排料出口5和排放壓力補償器之間的柔性連接。因此，在點A，通常向上或向下的由工藝過程中的干擾例如下游壓力變化引起的力被轉移到進料裝置4，從而影響進料器重量檢測和計算的進料速率。
本發明還包括一種將物料加入到工藝過程中的方法，包括從上述改進的具有排放壓力補償器的失重進料器排放物料。本發明的方法可以用于任何其中需要準確計量物料，特別是易受壓力波動影響的密閉系統工藝的方法，例如在非環境壓力系統中的那些。該方法適用于連續質流速率進料應用和整體化間歇進料應用。本發明的方法特別用于連續的質流進料操作，因為它提供了在進料速率準確性方面的改進，最小化進料器波動，并允許嚴格控制和減少進料速率變化。本發明方法的改進準確性在其中進料器是與一個或多個其它流動變量成比例控制的工藝中是特別有利的。
本發明還包括一種在密閉工藝中抵抗由下游干擾引起的力的方法，其中在密閉工藝中通過重量從輸送系統計量加入物料，該方法包括增加與輸送系統的排料出口柔性連接的排放壓力補償器。在該方法中，輸送系統包括如上所述的具有排放壓力補償器的改進失重進料器。排放壓力補償器是如上所詳述的，安裝在固定支架上，并柔性連接到排料出口，該出口又柔性連接到用于將物料輸送到該工藝下一步驟或階段的排料滑槽或導管。工藝干擾通常是下游壓力變化或其它對輸送系統的重量檢測有不利影響的干擾。從下游干擾產生的力被轉移到排放壓力補償器并被其抵消，從而使重量檢測不受影響。
盡管壓力波動已經用于例示這里的工藝干擾的類型，但是認為工藝干擾的來源是不重要的。只要干擾是破壞準確的重量檢測和能夠被排放壓力補償器吸收，本發明的改進失重進料器和方法的優點將得以實現。
本發明進一步包括一種降低失重進料器的進料速率變化的方法，包括增加與進料器的排料出口柔性連接的排放壓力補償器。商業上可得的進料器，以及在工藝中已經使用的那些進料器，都可以使用本發明方法改進以通過降低由重量檢測干擾引起的變化來改進進料速率準確性。上述排放壓力補償器被加到進料器上。排放壓力補償器安裝在固定支架上，并如上所述與進料器的排料出口柔性連接。排料出口與用于將物料輸送到該工藝下一步驟或階段的排料滑槽或管道柔性連接。柔性連接具有上述的類型和尺寸，并如上所述設置。
本發明解決了在密閉工藝系統中使用的所有類型失重進料器常見的進料準確性問題。本發明是便宜的并易于適用于任何類型的失重進料器。本發明設計簡單，完全可行，不需要除普通柔性套筒置換之外的其它保養問題，并避免了使用昂貴設備為常壓源提供通氣口。本發明適用于存在所述問題的現有進料器應用，或作為任選的附件用于改進新進料器應用中的進料速率準確性。商業可得的進料器可以根據本發明改進以提供所述優點。
實施例在按照美國專利4579725生產含單過硫酸鉀的晶體的方法中，將H2SO5和H2SO4的含水混合物用氫氧化鉀水溶液部分中和。所得的混合物是含有活性組分KHSO5的晶體的淤漿。晶體被分離和干燥。排放壓力補償器安裝在Acrison 402-200-100-BDF1.5-F型失重進料器上以產生圖1所示的進料器。晶體與碳酸鎂粉末按照相對目標比例1∶1混合，其中通過圖1所示的失重進料器將碳酸鎂加入晶體中。
對比例重復上述實施例的工藝過程，用圖2所示的常規失重進料器加入碳酸鎂。碳酸鎂按照相對目標比例1.43∶1混合，以補償干擾。干擾導致進料速率變化和向工藝過程中進料時間的變化。在下表1中給出對比結果。
表1
由上表可見，使用本發明的進料器通過消除對進料器的干擾提供了改進的性能。另外，因為在實施例中消除了干擾，控制設定在較低值，這減少了試劑的使用，從而降低了生產成本和減少了產品雜質。改進的進料器進一步允許嚴格控制在目標比例附近，如較低的標準偏差所示。
權利要求
1.一種改進的失重進料器，它具有物料輸送系統、用于物料輸入的重量傳感裝置、按照對正在加工的單位時間內單位重量物料或者總重量變化的響應將物料的流動調節到指定速率的質流控制機構、和排料出口，其中改進包括與排料出口柔性連接的排放壓力補償器。
2.權利要求1的進料器，其中排放壓力補償器包括將柔性套筒與排料出口連接的封端接頭。
3.權利要求2的進料器，其中排放壓力補償器與和重量傳感裝置獨立的固定支架連接。
4.權利要求3的進料器，還包括通過柔性套筒與排料出口柔性連接的排料滑槽。
5.權利要求4的進料器，其中將排放壓力補償器與排料出口連接的柔性套筒與將排料出口與排料滑槽連接的柔性套筒具有大約相等的橫截面尺寸。
6.權利要求5的進料器，其中柔性套筒連續地連接以提供閉合的系統。
7.權利要求6的進料器，其中將排放壓力補償器與排料出口連接的柔性套筒與將排料出口與排料滑槽連接的柔性套筒位于排料出口的不同側。
8.權利要求7的進料器，其中將排放壓力補償器與排料出口連接的柔性套筒與將排料出口與排料滑槽連接的柔性套筒位于排料出口的相對側。
9.權利要求1的進料器，用于連續質流速率進料應用或整體化間歇進料應用。
10.一種將物料加入到工藝過程中的方法，包括從改進的失重進料器排放物料，失重進料器具有物料輸送系統、用于物料輸入的重量傳感裝置、按照對正在加工的單位時間內單位重量物料或者總重量變化的響應將物料的流動調節到指定速率的質流控制機構、和排料出口，其中改進包括與排料出口柔性連接的排放壓力補償器。
11.一種在密閉工藝中抵抗由下游壓力干擾引起的力的方法，在密閉工藝中通過從輸送系統減少重量來計量加入物料，包括增加與輸送系統的排料出口柔性連接的排放壓力補償器。
12.一種降低失重進料器的進料速率變化的方法，包括增加與進料器的排料出口柔性連接的排放壓力補償器。
13.權利要求10、11或12的方法，其中排放壓力補償器包括將柔性套筒與排料出口連接的封端接頭。
14.權利要求13的方法，其中排放壓力補償器與和重量傳感裝置獨立的固定支架連接。
15.權利要求14的方法，還包括通過柔性套筒與排料出口柔性連接的排料滑槽。
16.權利要求15的方法，其中將排放壓力補償器與排料出口連接的柔性套筒與將排料出口與排料滑槽連接的柔性套筒具有大約相等的橫截面尺寸。
17.權利要求16的方法，其中柔性套筒連續地連接以提供閉合的系統。
18.權利要求17的方法，其中將排放壓力補償器與排料出口連接的柔性套筒與將排料出口與排料滑槽連接的柔性套筒位于排料出口的不同側。
19.權利要求18的方法，其中將排放壓力補償器與排料出口連接的柔性套筒與將排料出口與排料滑槽連接的柔性套筒位于排料出口的相對側。
20.一種改進的失重進料器，它具有物料輸送系統、用于物料輸入的重量傳感裝置、按照對正在加工的單位時間內單位重量物料或者總重量變化的響應將物料的流動調節到指定速率的質流控制機構、排料出口和排料滑槽，其中改進包括作為與和重量傳感裝置獨立的固定支架連接的封端接頭而形成的排放壓力補償器，所述排放壓力補償器連續地通過柔性套筒與排料出口的一側連接，所述排料出口連續地在相對側通過具有與排料滑槽大約相等橫截面尺寸的柔性套筒連接。
全文摘要
本發明公開了一種改進的失重進料器及其應用方法，它具有物料輸送系統、用于物料輸入的重量傳感裝置、按照對正在加工的單位時間內單位重量物料或者總重量變化的響應將流動調節到指定速率的質流控制機構和排料出口，其中改進包括與排料出口柔性連接的排放壓力補償器。當向非環境壓力系統加料時，所述進料器是特別有用的，改進了性能可靠性、進料速率準確性，并最小化進料器干擾，允許嚴格控制和減少進料速率變化。
文檔編號G01G13/16GK1666090SQ03815588
公開日2005年9月7日 申請日期2003年6月30日 優先權日2002年7月1日
發明者R·G·哈赫特爾 申請人:納幕爾杜邦公司