与定量给料的量的质量控制相关的液体定量给料系统及相关定量给料处理

摘要

定量给料系统(10)，其对引入密炼机的腔室中的液体产物的定量给料的量进行质量控制。所述定量给料系统包括：至少一个储液器(12)，其储存液体产物；至少一个产物导管(16)，其将定量给料的量的液体产物从储液器(12)输送到密炼机；定量给料装置，其直接测量从储液器(12)定量给料并输送到密炼机的液体产物的质量和密度，所述定量给料装置包括至少一个泵(18)和质量流量计(20)，所述至少一个泵(18)布置于储液器的下游，所述质量流量计(20)布置于泵(18)的下游；混炼注入器(32)，其布置于定量给料装置的下游；以及压力传感器(24)，其布置于定量给料装置的下游，以检测包括产物导管、储液器、定量给料装置和混炼注入器的定量给料回路的压力。

说明书

技术领域

本发明涉及能够对引入橡胶混合物的定量给料的液体产物的量进行质量控制的定量给料(dosing)系统。

背景技术

在橡胶混合物的制造领域，班伯里型间歇式密炼机(及其等效物)对于制造橡胶混合物是公知的。在由密炼机进行的混炼周期过程中，可以将各种原材料送入密炼机。原材料包括制造从混炼周期获得的产物所必需的材料，包括但不限于弹性体材料(例如，天然橡胶、合成弹性体及其组合物和等效物)和一种或更多种配合剂，例如一种或更多种加工剂、保护剂、增强填料和/或交联剂或硫化剂。根据从混炼周期过程中获得的产物(例如，轮胎)的预期性能，所有配合剂以不同的量被引入。

根据橡胶混合物的配方，液体产物需要达到所需的混合物。因此，原材料还可以包括一种或更多种液体产物，包括但不限于硅烷、抗氧化剂(例如，6PPD)、蜡和硬脂酸。特定量的这些液体产物被注入过程中的混合物。为了执行这些定量给料，在自动产物定量给料系统(或“液体定量给料系统”或“LDS”)的情况下存在注入器型系统。例如，泽普林系统(https://www.zeppelin-systems.com/videos.html)、B&K

为了确保所选择的混炼配方的成分以精确且规则的量引入密炼机，希望它们中的大多数被可靠地引入密炼机的内部。由于这个原因，避免了重力结合，特别是在一部分成分可能无法到达密炼机的内部的情况下。为了通过控制混炼过程来确保所有预期的成分实际上是制造的组合物的一部分，希望在定量给料后立即将成分限制在外壳(例如，导管)中，直到它们到达密炼机。容积泵特别适合于成分的强制引入。

因此，在橡胶混合物的制造过程中，公开的发明对要注入到橡胶混合物中的精确量的液体产物进行定量给料。

发明内容

本发明涉及一种定量给料系统，其对引入到进行橡胶混炼过程的密炼机的腔室中的液体产物的定量给料的量进行质量(mass)控制，其特征在于，所述定量给料系统包括：

-至少一个储液器，其用于储存最低与最高液位之间的液体产物；

-至少一个预定直径的产物导管，其将定量给料的量的液体产物从储液器输送到密炼机；

-定量给料装置，其直接测量从储液器定量给料并运送到密炼机的液体产物的质量和密度，所述定量给料装置包括：

-至少一个泵，其布置于储液器的下游，所述泵具有根据预期液体产物定量给料能够变化的速度；以及

-质量流量计，其位于泵的下游；

-混炼注入器，其布置于定量给料装置的下游，用于将混炼橡胶混合物中的液体产物引入安装有混炼注入器的密炼机腔室，第一开关阀将由定量给料装置测量的液体产物引导到混炼注入器；以及

-压力传感器，其安装在定量给料装置的下游，以检测包括产物导管、储液器、定量给料装置和混炼注入器的定量给料回路的压力。

在一些实施方案中，定量给料系统还包括：

-至少一个产物导管，其从对应于储液器的液体产物的来源输送液体产物，所述产物导管终止于降低到储存在储液器中的液体产物的最小液位以下的出口；以及

-止回阀，其安装在定量给料装置的上游，以便在由定量给料系统进行的定量给料周期结束时将定量给料系统保持在压力下。

在特定实施方案中，定量给料系统还包括：

-取样注入器，其是所述定量给料回路的一部分，并且布置在定量给料装置的下游，用于对测量的液体产物进行质量取样；以及

-第二开关阀，其将测量的液体产物引导到取样注入器。

在一些实施方案中，混炼注入器和取样注入器中的至少一个包括多通道注入器。

在一些实施方案中，质量流量计包括科里奥利型流量计。

本发明还涉及由公开的定量给料系统进行的定量给料周期，包括以下步骤：

-从储液器输送液体产物的步骤，在所述步骤中，预期质量的液体产物从储液器输送到泵；

-将液体产物从泵输送到用于直接测量从储液器定量给料的液体产物的质量和密度的定量给料装置的步骤；

-通过压力传感器检测定量给料回路中的压力的步骤；以及

-将测量的液体产物从定量给料装置输送到混炼注入器，以便将测量的液体产物引入密炼机的步骤。

在定量给料周期的一些实施方案中，定量给料周期还包括将从定量给料装置获得的数据与测量的液体产物的质量和密度的目标值进行比较的步骤。

在定量给料周期的特定实施方案中，定量给料周期还包括对被测液体产物进行取样的步骤。

在定量给料周期的一些实施方案中，定量给料周期的步骤是迭代执行的。

本发明还涉及橡胶混炼过程，其包括所公开的定量给料周期。

通过阅读下面的详细描述，本发明的其他方面将变得清楚。

附图说明

通过阅读下面结合附图的详细描述，本发明的性质和各种优点将变得更加清楚，在整个附图中，相同的部件被赋予相同的附图标记，在附图中：

图1表示本发明的液体产物定量给料系统的示意图。

具体实施方式

现在参考附图，其中相同的附图标记标识相同的元件，图1表示本发明的液体产物的定量给料系统(或“定量给料系统”或“系统”)10的实施方案。定量给料系统10采用定量给料回路的形式，该定量给料回路对引入到进行橡胶混炼过程的密炼机的腔室中的每种液体产物的定量给料的量进行质量控制。定量给料系统10适于与能够安装在密炼机中的多通道注入器(未示出)组合来定量给料的液体产物。“多通道注入器”是指包含至少两个通道的注入器，每个专用于相应的液体产物。应当理解，“多通道注入器”是指能够在混炼周期期间将至少两种不同的液体产物定量给料到密炼机中的注入器。可以理解，“密炼机”(或“混炼机(mixer)”或“MI”)是指班伯里型密炼机及其等效物。

应当理解的是，并不强制要求同时分配所有不同的液体产物。任何可用的液体产物都可以根据所选择的橡胶混合物配方定量给料。还应理解，液体产物的定量给料可以根据所选择的橡胶混合物配方而按照优选的顺序或同时进行。

定量给料系统10包括至少一个储存液体产物(例如，但不限于，硅烷、抗氧化剂(例如6PPD)、蜡和硬脂酸)的储液罐(或“储液器”)12。利用布置成与液体产物的来源(未示出)和相应的储液器12流体连通的输送导管14来完成填充。作为示例，图1显示了包含输送导管14的实施方案，所述输送导管14从对应于指定储液器12的液体产物的来源运送液体产物。每个输送导管14终止于出口14a，所述出口14a降低到储存在储液器12中的液体产物的最低液位N

该定量给料系统可以包含可选的温度控制装置(未示出)，该温度控制装置在液体产物流向并储存在储液器12中期间以及在液体产物通过定量给料回路流向密炼机期间管理液体产物的粘度。这种温度控制装置可以选自总管、水周期跟踪设备和/或本领域技术人员已知的等效物。

根据选择出的用于在密炼机中混炼的混合物，每种液体产物在离开储液器时都要定量给料。定量给料的液体产物通过具有预定直径的至少一个产物导管16输送。产物导管16携带精确量的液体产物，以及定量给料装置，所述定量给料装置直接测量从储液器12定量给料并运送到备用密炼机(未示出)的液体产物的质量和密度。

所述定量给料装置包括一个或更多个泵18，所述泵18布置在储液器12的下游，每个泵具有根据为所选择的橡胶混炼配方提供的液体产物的定量给料可变的速度。泵18的速度被控制，使得液体产物的注入能够优化并避免过压。在混炼周期的定量给料周期结束时，还可以降低定量给料的液体产物的流速，使得可以关于定量给料的液体产物的目标值更精确。应当理解，泵18可以不受限制地从一个或更多个正排量泵(例如，蠕动泵、偏心转子泵、隔膜泵、活塞泵、齿轮泵及其等效物)中选择。

定量给料装置进一步包括质量流量计(或“流量计”)20，该质量流量计功能性地布置在泵18的下游，以直接测量从储液器12定量给料并输送到密炼机的液体产物的质量和密度(在本说明书中，定量给料的液体产物的“测量”或“测量过程”指的是对其质量和/或密度的测量，并且或者“测量的液体产物”指的是具有其由定量给料装置测量的质量和/或密度的定量给料的液体产物)。产物导管16提供从泵18到流量计20的定量给料的液体产物的连续运送。流量计20选自监测液体产物通过产物导管16的流量的已知的控制装置。在定量给料系统10的实施方案中，质量流量计20包括位于泵18的下游的科里奥利型流量计。

此外，定量给料系统10包括安装在流量计20的上游的止回阀22，以便在定量给料周期结束时保持定量给料系统10的压力。因此，定量给料的液体产物不会回流到储液器12，并且在定量给料回路中没有产生无产物区。在下一个定量给料周期过程中，不会因可能的死区而损失时间和精度。止回阀22用于控制定量给料回路中的压力，特别是防止由于压力过大而造成的损坏。此外，在高粘度产物的情况下，该止回阀22还用于在定量给料回路中执行再循环周期，允许在长期不使用定量给料系统10之后重置定量给料回路的理想温度。

此外，定量给料回路压力保持还具有第二个功能，即，检查定量给料回路是否有泄漏，特别是流量计下游的泄漏。液体产物的任何下游泄漏都将导致液体产物的不正确定量给料，因为泄漏的产物没有注入密炼机。在这种情况下，流量计20给出与进入密炼机的液体产物的量不对应的流量。在任何情况下，通过安装在流量计20的下游的压力传感器24来检测压力。通过监测定量给料回路中连续混炼周期之间的压力的变化，因此可以看出该压力是否降低，这意味着存在泄漏。

定量给料系统10还包括安全阀28。当定量给料回路中的压力增大到预定压力时，安全阀28自动启动，从而打开安全阀28并排出液体产物(或相关蒸汽或气体)。当压力降低至预设值时，安全阀再次关闭。

测量的液体产物被引导到密炼机，或者被引导到然后将允许检查液体产物的容器。在测量的液体产物被引导到密炼机的第一种情况下，第一开关阀30将测量的液体产物引导到混炼注入器32，以便将混炼橡胶混合物的不同液体产物引入密炼机的安装有混炼注入器的腔室中。混炼注入器32可以选自商业上可用的设备，包括多通道注入器(例如，由泽普林系统公司提供的类型或申请人的申请FR1911828中描述的类型)。

在测量的液体产物被引导到然后将允许检查液体产物的容器的第二种情况下，第二开关阀34将测量的液体产物引导到取样设备的注入器(例如，取样注入器36)，以便对测量的液体产物进行质量取样。取样注入器36自动输送质量样品，从而能够通过在校准的天平上称重来定期检查测量的液体产物的品质(quality)，并检查其测量过程中的任何漂移(例如，通过已知的取样单元38所完成的)。

应当理解，一个或更多个控制解决方案可以安装在定量给料系统10中，以便补偿任何系统故障。为了确保定量给料系统10的最佳性能，还可以使用泵电机18的编码器来确保泵已经正确地操作并且已经达到接近预期数量的转数。

定量给料系统10(或包含定量给料系统10的系统)可以训练成识别进入密炼机的液体产物的代表性值(例如，质量、密度和粘度值)并与目标值进行比较。定量给料系统10(或包含定量给料系统10的装置)还可以训练成识别离开密炼机的混合物的代表性值(例如，温度和粘度值)并与目标值进行比较。这种机器训练包括识别比较值之间的不相等。训练的每个步骤可以包括由自学习装置生成的分类。这种分类可以包括但不限于所选择的混炼配方的原材料参数、测量的液体产物参数(包括分配给流量计20的数据)、混炼周期的持续时间和在当前混炼周期结束时预期的值。另外，通过分析与目标值相关的实际注入的液体产物的量，定量给料系统10将执行自学习周期，并将校正定量给料的液体产物的体积。这种校正可以系统地进行(例如，每两个、三个或更多个混炼周期)，但不一定每个周期都进行。

定量给料系统10还可以包括检测系统，该检测系统包括至少一个定量给料传感器。所述检测系统用于执行检测并产生指示定量给料的液体产物的实际定量给料的一个或更多个信号。该检测系统包括用于检测来自储液器12的实际定量给料的传感器。

定量给料系统10还可以包括监控系统，所述监控系统配置为接收检测到的信号(例如，对应于定量给料的液体产物的流速的信号)并发送一个或更多个比例控制信号。监控可以是连续的或间歇的，以便控制信号对液体产物的定量给料进行实时调整。

监控系统可以包括与定量给料系统10通信的至少一个可编程逻辑控制器(或英文中的“PLC”)40。PLC40可以将用于多个橡胶混合物的数据编程到其中，每个橡胶混合物具有唯一的混炼和定量给料周期设置。所述数据可以具有相应的液体产物定量给料设置，从而可以将检测到的液体产物的实际定量给料与其进行比较。附加数据可以包括但不限于，在混炼和定量给料周期期间输送到混合物的预定液体产物定量给料、目标温度和经过一段时间后橡胶混合物的目标粘度。利用该数据，监控系统可以配置为接收检测到的信号并做出对应的调整。监控系统的全部或部分可以安装在中央控制中心。监控系统的全部或部分可以经由网络远程控制。

再次参考图1，给出了本发明的示例性定量给料周期的详细描述。所述定量给料周期是橡胶混炼过程的一部分，所述橡胶混炼过程包括将在定量给料周期期间测量的液体产物通过混炼注入器32注入到密炼机中的步骤。在该步骤期间，液体产物根据所选择的橡胶混炼配方定量给料。在定量给料周期期间，安全阀28保持关闭，除非在超压的情况下允许排放。

本发明的定量给料周期包括从储液器12供给液体产物的步骤。在该步骤期间，所选择的液体产物至少以最低液位N

定量给料周期还包括将液体产物从泵18供给到流量计20，以直接测量从储液器12定量给料的液体产物的质量和密度的步骤。在定量给料系统10的实施方案中，该步骤包括将从流量计20获得的数据与测量的液体产物的质量和密度的目标值进行比较的步骤。如果比较指示实际数据与目标值之间不相等，则调节泵18的速度，以便校正来自储液器12的液体产物的定量给料。

定量给料周期还包括通过压力传感器24检测定量给料回路中的压力的步骤。如果压力检测指示泄漏(即，在当前定量给料周期期间压力降低)，则该步骤包括关闭止回阀22的步骤。止回阀22保持关闭，直到压力感测指示没有泄漏。如果压力感测指示没有泄漏，则该周期继续到下一个步骤。

定量给料周期还包括将测量的液体产物从流量计20输送到混炼注入器32，以将测量的液体产物引入备用密炼机的步骤。在该步骤中，打开第一开关阀30，关闭第二开关阀34。混炼注入器32运送测量的液体产物直到达到测量的液体产物质量。

在包括液体产物控制的定量给料周期的实施方案中，该步骤包括将测量的液体产物从流量计20运送到取样注入器36以获取测量的液体产物的至少一个质量样品的步骤。在该步骤中，第一开关阀30关闭，第二开关阀34打开。取样注入器36执行大量液体产物向取样单元38的转移，其足以验证定量给料的液体产物的质量和/或密度对应于要求的质量和/或密度。

应当理解的是，本发明的定量给料周期的一个或更多个步骤可以迭代进行。还应当理解的是，一个或数个储液器可以在一个定量给料回路中关联。进一步理解的是，一个或更多个定量给料系统10可以安装在生产橡胶混合物的橡胶生产装置中。

如以下示例(仅作为示例示出)所示的由定量给料系统10执行的定量给料周期可以根据包含定量给料的液体产物的橡胶混合物配方的独特性质来调整。

考虑为橡胶混炼配方选择的液体产物的定量给料的设定值。在设定值之后执行几个定量给料周期，以更接近目标值(V至V)。

V至V＝100kg

设定值＝100kg

对液体产物的最后三(3)个值进行平均，并修改设定值，以便在下一个定量给料周期过程中接近V至V值。

[表1]

所有单位以kg为单位。

一个或更多个混炼过程可以被认为是包含本发明的定量给料周期的完整混炼过程的一部分。密炼机接收测量的液体产物并由此实施混炼过程。混炼过程可以是“连续”过程，即，所有步骤都可以不间断地执行的过程或过程的任何部分。连续过程消除了对中间步骤的需要，从而能够实现各种工业应用(例如，用于轮胎生产的各种橡胶混合物的产生)。

全部或部分混炼和定量给料过程可以由PLC控制，并且可以包括管理信息的预编程。例如，定量给料过程的调整可以与提供给密炼机的混合物相关，包括液体产物的性质和从密炼机出来的混合物的性质。此设置可以用于防止液体产物在一个或更多个定量给料周期期间被分配。

对于定量给料系统10的所有实施方式，集成监控系统的至少一部分可以设置在诸如移动网络设备的便携式设备中(例如，蜂窝电话、膝上型计算机、网络连接的便携式设备，包括“增强现实”和/或“虚拟现实”设备、网络连接的可穿戴服装和/或任何组合和/或等效物)。

在本发明的实施方案中，定量给料系统10和/或其一部分可以接收语音命令或例如表示液体产物的预测定量给料与实际检测定量给料之间的偏差的其它音频数据。指令包括对混炼周期的当前状态(包括在当前周期期间执行的混炼和定量给料过程的当前状态)的请求。生成的响应可以用听觉、视觉、触觉(例如，采用触觉界面)、虚拟、增强和/或组合和等效物来表示。

在本发明的特定实施方案中，定量给料系统10(和/或包含定量给料系统10的装置)可以包含获得状态数据的一个或更多个传感器。获得的状态数据可以输入到与定量给料系统10(和/或包含定量给料系统10的装置)相关的“区块链”中。应当理解，“区块链”是数据库，含有自创建以来其用户之间所有交换的历史。该数据库是由不同的用户保护和分配的，没有中介，这允许每个人检查区块链的有效性。“区块链”可以是公共的，也可以是私人的。

本发明保留了与测量设备相关的泵的所有优点。同时，本发明适用于工业限制，这些限制要求定量给料系统在所有类型的混合物的精确流速方面都是有效的。本发明还可以确保生产越来越多不同性质的混合物。

术语“至少一个”和“一个或更多个”可以互换使用。表示为“a与b之间”的范围包括“a”和“b”值。

尽管已经说明和描述了所公开的设备的具体实施方案，但应理解，可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下进行各种改变、添加和修改。因此，除了在所附的权利要求中所述之外，不应对所述的本发明的范围施加限制。