CN106071636A - 一种脉冲超高压液体连续处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种脉冲超高压液体连续处理装置，包括瞬间压力产生装置、冲击力缓冲装置、液体加压处理腔装置、阀门控制装置及冷却装置；所述瞬间压力产生装置由至少一台燃油打桩机组成；冲击力缓冲装置包括变径活塞、减震橡胶垫、弹簧和圆筒；变径活塞位于燃油打桩机下端；变径活塞的大截面端部与燃油打桩机的压击锤相连接；弹簧的一端固定于圆筒底部，另一端与变径活塞相抵；本发明使用打桩机脉冲冲击力来源，通过减缓冲击力设计和自动阀门控制装置，以及散热设计，能够以较低成本，产生连续脉冲超高压，加压压力和加压时间均可以调节，有较广阔的使用前景。

Description

一种脉冲超高压液体连续处理装置

技术领域

本发明属于液体加压处理装置技术领域，尤其涉及一种脉冲超高压液体连续处理装置。

背景技术

食品超高压处理技术兴起于上世纪80年代，超高压处理作为一种特殊的物理处理手段，在工业界早有广泛应用。通过超高压处理，液体可以在低温状态下实现灭菌乃至流变性能改性的效果，能很好的保存液体的原始风味和受热易分解的营养物质，故受到食品生物乃至医疗技术领域的重视。目前现有的食品超高压处理装置主要为两种，一种是利用高压泵结合变径活塞放大压力作用于流体实现超高压力，另一种则是用超高压泵不断泵送液体食品入一个密闭容器直至达到额定压力。但这两种装置都存在一个难以突破的技术难关，即不能实现连续的加压处理，处理能力较低，且处理装置生产成本昂贵，超高压处理成本居高不下。

打桩机作为一种常见的建筑机械，已经在工程领域应用80余年，有非常成熟的设计生产实例。打桩机利用燃料在气缸内的爆燃推动活塞即击锤上行，与此同时燃料爆燃产生的强压力推动桩体下行，当击锤上行到最高点，击发气缸内的油泵自动泵油，击锤自由落体高速撞击气缸内的桩体，燃料引燃发生爆燃，高压气体一边推动桩体下行一边推动击锤上行直至开始下一个做功过程。打桩机结构简单，使用可靠，其能稳定的产生过吨的冲击力，这个特性可以作为脉冲超高压的压力来源，打桩机工作时对桩体产生的瞬间冲击力经过变径活塞的放大可以对加压的液体产生数百兆帕的压力，且升压过程迅速，压力灭菌或改性效果优于单纯静压处理，查阅相关文献，暂未发现有类似以打桩机为动力来源的脉冲超高压液体连续处理装置。

针对上述问题，故需要对其进行改进。

发明内容

本发明是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供提供一种脉冲超高压液体连续处理装置，其能以以打桩机作为动力来源实现脉冲超高压处理；通过弹簧、减震橡胶垫以及变径活塞实现增大加压压力，延长加压时间的效果；通过独特设计的导杆、曲轴连杆及凸轮装置实现液体进出阀门的自动控制；通过独特的散热设计排除装置工作过程中产生的高温对处理液体的影响。

为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种脉冲超高压液体连续处理装置，包括瞬间压力产生装置、冲击力缓冲装置、液体加压处理腔装置、阀门控制装置及冷却装置；所述瞬间压力产生装置由至少一台燃油打桩机组成；冲击力缓冲装置包括变径活塞、减震橡胶垫、弹簧和圆筒；变径活塞位于燃油打桩机下端；变径活塞的大截面端部与燃油打桩机的压击锤相连接；变径活塞的小截面端部套接有弹簧，弹簧位于圆筒内；弹簧的一端固定于圆筒底部，另一端与变径活塞相抵；减震橡胶垫位于圆筒顶部和变径活塞之间；圆筒固定于液体加压处理腔装置上；液体加压处理腔装置通过阀门控制装置控制物料进出。

弹簧套在变径活塞细直径端，并一端固定在圆筒内，圆筒上端垫有合适内径的减震橡胶垫，圆筒固定在加压腔外侧上端，压力作用在变径活塞上，在弹簧的弹力反作用力下，活塞按一定速度下行，直至碰到减震橡胶垫，变径活塞运动停止，在弹簧的弹力作用下上行。

作为本发明的一种优选方案，液体加压处理腔外壁安装有冷却装置；所述液体加压处理腔装置包括加压腔和至少三个密封环，密封环安装在变径活塞小截面端最外端位置；加压腔一端连接变径活塞，滑动密封；另一端为半封闭结构，留有两个控制物料进出的出料针阀和进料针阀；圆筒固定于加压腔的外侧上端。

作为本发明的一种优选方案，所述密封环间隔安装，相邻密封环之间的间距相同。

作为本发明的一种优选方案，所述阀门控制装置包括导杆、连杆、飞轮、滚珠、大凸轮、小凸轮、提杆、出料针阀和进料针阀；导杆固定连接于变径活塞的左右端，与变径活塞运动方向平行，导杆随变径活塞在竖直方向上下移动；左右两侧的导杆下端依次连接有连杆和飞轮；左右两侧的飞轮分别共轴安装有大凸轮和小凸轮，并且飞轮带动大凸轮和小凸轮旋转，提杆靠近大凸轮和小凸轮位置安装有滚珠；大凸轮和小凸轮分别顶住安装在提杆上的滚珠带动提杆上下运动，用于控制出料针阀和进料针阀的开启和关闭。

作为本发明的一种优选方案，所述大凸轮逆时针旋转旋转0°～180°，大凸轮顶起提杆开启进料针阀，旋转至180°～360°，提杆回落关闭进料针阀。

作为本发明的一种优选方案，所述大凸轮由大凸出部和大圆弧部组成；大凸出部位置的圆弧半径大于大圆弧部位置的圆弧半径的25％以上，且大凸出部的圆弧占整体大凸轮圆弧角度的一半。

作为本发明的一种优选方案，所述小凸轮由小凸出部和小圆弧部组成；小凸出部位置的圆弧半径大于小圆弧部位置的圆弧半径15％。且小凸出部位置的圆弧占整体小凸轮圆弧角度的7/12，即210°，而小圆弧部位置的圆弧占整体小凸轮圆弧角度的5/12，即150°。

作为本发明的一种优选方案，所述冷却装置包括缠绕于加压腔外壁的冷凝管。

本发明的有益效果是：本发明创造性的以打桩机作为脉冲冲击力来源，具有技术成熟、成本低廉、使用方便等优势；通过独特的变径活塞加弹簧加减震垫圈设计，将打桩机击锤产生的瞬间冲击力放大若干倍，并通过弹簧和减震垫圈设计避免了变径活塞与处理腔体的碰撞，避免装置损坏，同时由于弹簧的存在，即可以延长压力上升时间避免升压过快造成装置损伤又可以借助弹簧的弹力推动变径活塞上行，准备下一次加压，进而促使脉冲超高压处理的连续进行。

本发明独特设计的曲轴连杆结合凸轮和针阀设计，可以很好的控制待处理液体进出处理腔与脉冲超高压处理过程衔接，通过导杆飞轮和连杆，将变径活塞的直线运动转换为凸轮的旋转运动，凸轮带动提杆进而控制进料针阀和出料针阀的开启和关闭，从而实现装置的自动连续进出样。

本发明独特设计的两个大小凸轮，大凸轮用于控制变径活塞上升时物料的进入，在该过程需要常开启，且保证较大的开启幅度有利于液体进样完全，而特殊角度小凸轮设计则着重与加压瞬间控制出样针阀关闭，使得液体承受较大的压力，随着变径活塞的下行，小凸轮略微顶起顶杆，针阀略微打开，使得流体在较大压力下通过针阀以强化压力处理效果。压力处理瞬间，由于升压速度较快，处理流体容易产生明显的热效应，进而影响压力处理效果，本装置独特设计的冷却装置，用低温流体降低处理腔温度以克服上述热效应。

本发明使用打桩机脉冲冲击力来源，通过减缓冲击力设计和自动阀门控制装置，以及散热设计，能够以较低成本，产生连续脉冲超高压，加压压力和加压时间均可以调节，有较广阔的使用前景。

附图说明

图1为根据本发明脉冲超高压液体连续处理装置实施例的结构示意图。

图2为根据本发明脉冲超高压液体连续处理装置实施例的使用状态图。

图3为根据本发明的冲击力缓冲装置结构示意图。

图4为根据本发明的液体加压处理腔结构示意图。

图5为根据本发明的阀门控制装置结构示意图。

图6为根据本发明的大小凸轮结构详细示意图

图7为根据本发明的冷凝装置结构示意图。

图中附图标记：燃油打桩机1，变径活塞2，减震橡胶垫3，弹簧4，圆筒5，导杆6，加压腔7，密封环8，连杆9，飞轮10，滚珠11，大凸轮12，大凸出部12-1，大圆弧部12-2，小凸轮13，小凸出部13-1，小圆弧部13-2，提杆14，出料针阀15，进料针阀16，冷凝管17。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作详细说明。

实施例：如图1-2所示，本实施例公开了一种脉冲超高压液体连续处理装置，包括瞬间压力产生装置、冲击力缓冲装置、液体加压处理腔装置、阀门控制装置及冷却装置；瞬间压力产生装置由至少一台燃油打桩机1组成；燃油打桩机1安装在脉冲超高压液体连续处理装置的最上端，其工作产生瞬间冲击力，作为瞬间压力产生装置，压力通过连接燃油打桩机1和加压腔7的冲击力缓冲装置放大并缓冲，冲击力作用于液体加压处理腔内的液体上，安装在连接加压腔7的进出料管道上的阀门控制装置自动控制物料进出实现连续工作，而冷却装置安装在加压强外壁，防止过热对处理液体的影响；以燃油打桩机1作为脉冲冲击力来源，具有技术成熟、成本低廉、使用方便等优势。

如图3所示，冲击力缓冲装置包括变径活塞2、减震橡胶垫3、弹簧4和圆筒5；变径活塞2位于燃油打桩机1下端；变径活塞2的大截面端部与燃油打桩机1的压击锤相连接；变径活塞2小截面端穿过弹簧3，深入到加压腔7上端，弹簧4位于圆筒5内；弹簧4的一端固定于圆筒5底部，另一端与变径活塞2相抵；减震橡胶垫3位于圆筒5顶部和变径活塞2之间；当变径活塞2竖直方向移动时弹簧起到了缓冲和加压完成后促使变径活塞2回到加压前初始位置的作用。垫在圆筒顶部和变径活塞之间的减震橡胶垫在变径活塞移动到最低端，与圆筒5碰撞时起到缓冲作用，防止装置损坏；圆筒5固定于液体加压处理腔装置上；液体加压处理腔装置通过阀门控制装置控制物料进出。

通过独特的变径活塞2、弹簧4和减震橡胶垫3的设计，将燃油打桩机1击锤产生的瞬间冲击力放大若干倍，并通过弹簧4和减震橡胶垫3设计避免了变径活塞2与处理腔体的碰撞，避免装置损坏，同时由于弹簧4的存在，即可以延长压力上升时间避免升压过快造成装置损伤又可以借助弹簧4的弹力推动变径活塞2上行，准备下一次加压，进而促使脉冲超高压处理的连续进行。

如图4所示，所述液体加压处理腔装置包括加压腔7和至少三个密封环8，密封环8安装在变径活塞2小截面端最外端位置；密封环8间隔安装，相邻密封环8之间的间距相同；当变径活塞2上下移动时，密封环8的作用是确保一定润滑效果的前提下保证加压腔7的密封性，防止加压过程液体溢出。加压腔7一端连接变径活塞2，滑动密封；另一端为半封闭结构，留有两个控制物料进出的出料针阀15和进料针阀16；圆筒5固定于加压腔7的外侧上端。

如图5所示，为阀门控制装置结构工作例，压力作用下变径活塞2沿竖直方向带动导杆6向下运动，连杆9一端与导杆6活动连接，另一端与飞轮10活动连接，该设计可以将导杆6的直线运动转化为飞轮10的旋转运动；飞轮10分别共轴安装大凸轮12和小凸轮13，提杆14呈倒“L”形状，提杆14上端靠近大凸轮12和小凸轮13的位置安装有滚珠11，以减少提杆14与大凸轮12和小凸轮13之间的摩擦力，当飞轮10带动大凸轮12运动到凸点与滚珠11接触位置时，提杆14向上运动带动连接的进料针阀16阀芯上移，进而打开进料针阀16，当大凸轮12运动到非凸点与滚珠11接触位置时，提杆14向下回落带动连接的进料针阀16阀芯下移进而关闭进料针阀16；同理：当飞轮10带动小凸轮13旋转时，滚珠11接触到小凸轮13凸出位置时，提杆14向上运动带动连接的出料针阀15阀芯上移，进而打开出料针阀15，而当滚珠11接触到小凸轮13非凸出位置时，提杆14向下回落带动连接的出料针阀15阀芯下移，进而关闭出料针阀15。

本发明独特设计的曲轴连杆9结合大凸轮12、小凸轮13、出料针阀15和进料针阀16设计，可以很好的控制待处理液体进出处理腔与脉冲超高压处理过程衔接，通过导杆6、飞轮10和连杆9之间的连接关系，将变径活塞2的直线运动转换为大凸轮12和小凸轮13的旋转运动，大凸轮12和小凸轮13带动提杆14进而控制进料针阀16和出料针阀15的开启和关闭，从而实现装置的自动连续进出样。

如图6所示，为大小凸轮结构详细示意图，图6左边为大凸轮12结构示意图，大凸轮12由大凸出部12-1和大圆弧部12-2组成；大凸出部12-1位置的圆弧半径大于大圆弧部12-2位置的圆弧半径的25％以上，且大凸出部12-1的圆弧占整体大凸轮12圆弧角度的一半。从初始位置逆时针旋转，大凸出部12-1位置的圆弧角度为0°到180°，大圆弧部12-2位置的圆弧角度为180°到360°；该设计可以保证整个大凸轮12从初始位置开始逆时针旋转过程中，旋转0°到180°过程中大凸轮12顶起提杆14开启进料针阀16，旋转180°到360°过程中，顶杆14回落关闭进料针阀16。大凸轮12的大凸出部12-1位置的圆弧半径大于未凸出位置25％以上左右，可以保证大凸轮12转到大凸出部12-1位置顶起提杆14的高度更高，更大幅度开启进料针阀16，满足快速进料的要求。

同理，图6右边为小凸轮13结构示意图，小凸轮13由小凸出部13-1和小圆弧部13-2组成；小凸出部13-1位置的圆弧半径大于小圆弧部13-2位置的圆弧半径15％。且小凸出部13-1位置的圆弧占整体小凸轮13圆弧角度的7/12，即210°，而小圆弧部13-2位置的圆弧占整体小凸轮13圆弧角度的5/12，即150°。

小圆弧部13-2位置角度分别为从初始位置逆时针旋转0°到30°及180°到360°。该设计可以保证整个小凸轮13逆时针旋转过程中，从初始位置开始逆时针旋转0°到30°滚珠11接触小凸轮未凸出部分，提杆14下移，关闭出料针阀15，保证加压腔7内维持高压状态。从30°到180°过程中滚珠11开始接触小凸轮13的小凸出部13-1，才开始带动提杆14上移，开启出料针阀15。小凸轮13逆时针旋转180°到390°过程滚珠11接触小凸轮13的小圆弧部13-2，提杆14下移，关闭出料针阀15。小凸轮13的小凸出部13-1位置的圆弧半径仅大于小圆弧部13-2位置圆弧半径的15％，该设计可以保证小凸轮13旋转过程中转到小凸出部13-1位置与滚珠11接触时提杆14上升较低高度，出料针阀15开启幅度更小，降低物料流出速度，确保加压腔7内维持一个适宜的压力。

大凸轮12和小凸轮13的凸出位置和未凸出半径比例可根据实际需求调整，本文仅举一个例子；小凸轮13凸出区域和未凸出区域角度划分也根据实际需要适当增大或减小，本文仅以一个角度为示例。

本发明独特设计的大凸轮12和小凸轮13，大凸轮12用于控制变径活塞2上升时物料的进入，在该过程需要常开启，且保证较大的开启幅度有利于液体进样完全，而特殊角度小凸轮13设计则着重与加压瞬间控制出料针阀15关闭，使得液体承受较大的压力，随着变径活塞2的下行，小凸轮13略微顶起提杆14，出料针阀15略微打开，使得流体在较大压力下通过针阀以强化压力处理效果。压力处理瞬间，由于升压速度较快，处理流体容易产生明显的热效应，进而影响压力处理效果，本装置独特设计的冷却装置，用低温流体降低处理腔温度以克服上述热效应。

如图7所示，为冷凝装置工作例，冷凝管17缠绕在加压腔7外壁，装置工作时，冷凝液体在冷凝管17中流动，带走加压处理过程对加压腔内液体产生的热量。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

尽管本文较多地使用了图中附图标记：燃油打桩机1，变径活塞2，减震橡胶垫3，弹簧4，圆筒5，导杆6，加压腔7，密封环8，连杆9，飞轮10，滚珠11，大凸轮12，大凸出部12-1，大圆弧部12-2，小凸轮13，小凸出部13-1，小圆弧部13-2，提杆14，出料针阀15，进料针阀16，冷凝管17等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (8)

1.一种脉冲超高压液体连续处理装置，其特征在于：包括瞬间压力产生装置、冲击力缓冲装置、液体加压处理腔装置、阀门控制装置及冷却装置；所述瞬间压力产生装置由至少一台燃油打桩机(1)组成；冲击力缓冲装置包括变径活塞(2)、减震橡胶垫(3)、弹簧(4)和圆筒(5)；变径活塞(2)位于燃油打桩机(1)下端；变径活塞(2)的大截面端部与燃油打桩机(1)的压击锤相连接；弹簧(4)的一端固定于圆筒(5)底部，另一端与变径活塞(2)相抵；减震橡胶垫(3)位于圆筒(5)顶部和变径活塞(2)之间；圆筒(5)固定于液体加压处理腔装置上；液体加压处理腔装置通过阀门控制装置控制物料进出。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲超高压液体连续处理装置，其特征在于：液体加压处理腔外壁安装有冷却装置；所述液体加压处理腔装置包括加压腔(7)和至少三个密封环(8)，密封环(8)安装在变径活塞(2)小截面端最外端位置；加压腔(7)一端连接变径活塞(2)，滑动密封；另一端为半封闭结构，留有两个控制物料进出的出料针阀(15)和进料针阀(16)；圆筒(5)固定于加压腔(7)的外侧上端。

3.根据权利要求2所述的一种脉冲超高压液体连续处理装置，其特征在于：所述密封环(8)间隔安装，相邻密封环(8)之间的间距相同。

4.根据权利要求1所述的一种脉冲超高压液体连续处理装置，其特征在于：所述阀门控制装置包括导杆(6)、连杆(9)、飞轮(10)、滚珠(11)、大凸轮(12)、小凸轮(13)、提杆(14)、出料针阀(15)和进料针阀(16)；导杆(6)固定连接于变径活塞(2)的左右端，与变径活塞(2)运动方向平行，导杆(6)随变径活塞(2)在竖直方向上下移动；左右两侧的导杆(6)下端依次连接有连杆(9)和飞轮(10)；左右两侧的飞轮(10)分别共轴安装有大凸轮(12)和小凸轮(13)，并且飞轮(10)带动大凸轮(12)和小凸轮(13)旋转，提杆(14)靠近大凸轮(12)和小凸轮(13)位置安装有滚珠(11)；大凸轮(12)和小凸轮(13)分别顶住安装在提杆(12)上的滚珠(11)带动提杆(12)上下运动，用于控制出料针阀(15)和进料针阀(16)的开启和关闭。

5.根据权利要求4所述的一种脉冲超高压液体连续处理装置，其特征在于：所述大凸轮(12)逆时针旋转旋转0°～180°，大凸轮(12)顶起提杆(14)开启进料针阀(16)，旋转至180°～360°，提杆(14)回落关闭进料针阀(16)。

6.根据权利要求5所述的一种脉冲超高压液体连续处理装置，其特征在于：所述大凸轮(12)由大凸出部(12-1)和大圆弧部(12-2)组成；大凸出部(12-1)位置的圆弧半径大于大圆弧部(12-2)位置的圆弧半径的25％以上，且大凸出部(12-1)的圆弧占整体大凸轮(12)圆弧角度的一半。

7.根据权利要求4所述的一种脉冲超高压液体连续处理装置，其特征在于：所述小凸轮(13)由小凸出部(13-1)和小圆弧部(13-2)组成；小凸出部(13-1)位置的圆弧半径大于小圆弧部(13-2)位置的圆弧半径15％。且小凸出部(13-1)位置的圆弧占整体小凸轮(13)圆弧角度的7/12，即210°，而小圆弧部(13-2)位置的圆弧占整体小凸轮(13)圆弧角度的5/12，即150°。

8.根据权利要求2所述的一种脉冲超高压液体连续处理装置，其特征在于：所述冷却装置包括缠绕于加压腔(7)外壁的冷凝管(17)。