CN110832208B - 用于泵送热敏流体的泵 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于泵送热敏流体食物的离心泵，其包括蜗形壳体，该蜗形壳体具有用于热敏感流体的入口端口和出口端口，该蜗形壳体包围叶轮，该叶轮包括可操作地与轴的端部相连的盘，所述盘具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，所述第一表面面向壳体的入口并设有叶片，其中叶轮的盘的第二表面暴露于冷却介质。离心泵适用于减少在叶轮盘的面向壳体入口并设有叶片的表面上形成结垢。

Description

用于泵送热敏流体的泵

技术领域

本发明涉及一种适于泵送热敏流体食物的离心泵。此外，本发明涉及一种包括所述离心泵的注入设备。由于减少了清洁泵的污垢的停机时间，离心泵和注入设备的运行时间更长。

背景技术

EP 0794706公开了一种用于高温处理热敏流体食物，诸如乳清蛋白浓缩物和干酪乳的注入设备。该设备具有注入室，在注入室中通过供给蒸汽对流体进行热处理。将食品作为分开的且主要朝下的食物射流束而引入到注入室的顶部。注入室的下部用于收集食物，并具有使用冷却套的冷却壁。注入室的出口布置在注入室的底部，并且该出口与容积泵的入口相连。容积泵的出口连接到真空室的入口，该真空室用于从食品中去除在蒸汽注入过程中所添加的水。

离心泵已经被设计用于多种应用。因此，EP 2067999A1公开了一种液体冷却的涡轮增压器叶轮。在叶轮的背面，入口将冷却介质提供给腔体用以冷却盘体。冷却介质通过出口从叶轮背面的腔体中离开。涡轮增压器不设计为用于泵送可能对叶轮造成污染的热敏性流体食物。而是涡轮增压器被用于柴油发动机，并且冷却叶轮的目的是延长涡轮增压器的使用寿命。JP 2009091935涉及一种离心压缩机，其中诸如可压缩空气之类的可压缩流体被叶轮吸入。叶轮在背面通过已通过凹槽输送到空间中的空气来冷却。冷却空气通过通道进入并由冷却风扇提供动力，然后通过另外的通道排出。

注入设备通过蒸汽注入在短时间内使用高温杀死微生物。这项技术被广泛用于乳制品行业，其中随着微生物的繁殖，产品可能会失去营养价值，风味和外观。这些生物在一定温度下旺盛生长，但是如果它们不存在于产品中，则该产品可以保存许多个月而无需冷藏。与其他UHT工艺相比，蒸汽注入可以以最小的热降解实现此目标。它有助于保护例如维生素等的必要成分，并产生具有卓越品质的新鲜味道产品。它为商业无菌提供了必要的杀灭率，并且可以处理广泛的产品粘度范围-涵盖从牛奶、布丁、冰淇淋、婴儿食物、炼乳、加工奶酪、调味料和奶油到乳液的液体。

在已知的注入设备中，在注入室的底部周围设置有冷却套，以最小化烧伤和结垢。然而，不能完全防止结垢，并且在给定的操作时间之后(取决于例如食物的种类)，需要清洁和/或冲洗注入室。

在WO2016012026中减少了注入室中的结垢，该专利公开了一种设备，该设备包括注入室和流体食物入口，在该注入室中，流体食物通过供给蒸汽而进行热处理，以及该流体食物入口连接至注入室的顶部的多个开口用于产生多个基本上向下指向的分开的流体食物射流。注入室具有底部部分，该底部部分被构造成从射流收集流体食物。底部部分在注入室的底部具有出口开口，用于允许所收集的流体食物离开注入室。出口开口无缝连接到泵的入口。冷却套围绕底部部分以冷却底部部分。冷却套一直延伸到泵。通过在底部部分和泵之间提供无缝过渡，并通过在底部部分周围以及直至泵提供冷却，减少了结垢和烧伤，并产生了在清洁之间的更长且更安全的生产时间，从而显着提高了注入热处理设备的生产效率。在本发明的特定实施方式中，泵是容积泵，优选地是齿轮泵或凸轮泵。

然而，还期望进一步减少结垢以及在清洁操作之间获得更长的运行时间，从而获得更好的生产效率。还期望的是，在需要清洁之前，需要更可预测的运行时间长度。

本发明的目的是当泵送诸如乳清蛋白浓缩物、婴儿食物、婴儿食物液体浓缩物、营养饮料，脱脂乳或干酪乳之类的热敏感流体时，避免或减少泵中的结垢。防止或减少叶轮结垢导致在清洁之间的延长的生产运行时间。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于泵送热敏流体食物的离心泵，该离心泵包括蜗形壳体，该蜗形壳体具有用于该热敏感流体的入口端口和出口端口，该蜗形壳体包围叶轮，该叶轮包括可操作地与轴的端部相连的盘，所述盘具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，所述第一表面面向壳体的入口并设有叶片，其中叶轮的盘的第二表面暴露于冷却介质。

泵送热敏流体的叶轮结垢在许多食物生产公司(如乳制品厂)中造成困难，因为清洁之间的运行时间短且在最终产品中有结垢碎片的风险。发明人已经认识到，由于叶轮盘从盘的相反侧冷却，因此通过本发明可以减少叶轮盘表面上结垢的形成。减少结垢形成增加了叶轮清洁之间的运行时间，并进一步降低了最终产品中具有变色结垢碎片的风险。

可以使用许多现成的可用措施来冷却(包括从曲折或螺旋管传递冷量)与带有叶片的盘的表面相对的盘的表面。在本发明的特定实施方式中，盘包括冷却腔体，该冷却腔体具有用于冷却介质的入口和出口。当前，冷却腔体被认为是使生产成本最小化的更简单的机械构造。为了增加热/冷传递，盘的第二表面可以设置有突起、波纹或其他结构，用于增加冷却介质的局部速度或搅动。

冷却腔体可以被分成两个或更多个隔室，用于将制冷量引导到盘的需要冷却的区域。作为替代地，冷却腔体可以是同轴环形外壳。如实验所示，同轴环形外壳提供了足够的冷量，目前认为没有必要引导制冷量。

同轴环形外壳的外周的半径通常是盘的外周的半径的50％或更大，例如60％，70％，80％或更大。大于50％的外周半径确保了利用叶片对盘的表面进行更均匀的冷却，即，盘的外周也被充分冷却以减少结垢。在其他实施方式中，同轴环形外壳的外周的半径是盘的外周的半径的80％或更小，例如70％，60％，50％，40％或更小。

用于冷却介质的入口可以设置为在径向方向上靠近轴或与轴隔开。在本发明的实施方式中，到冷却腔体的入口通道包括在旋转轴和/或盘以及壳体之间的环形空间。这种设计确保了在新鲜的冷却介质被朝向盘的更外周部分引导之前，新鲜的冷却介质首先被引导到叶轮盘的中心部分，从而减少了盘的中心部分的结垢。

用于冷却介质的出口可以设置为在径向方向上靠近轴或与轴隔开。在合适的实施方式中，冷却介质出口形成在壳体中并与入口径向间隔开。出口的位置与入口径向间隔开，从而允许辅助流体通过冷却腔体。

冷却介质可以是足够易于流动以将冷量传递到叶轮盘的第二表面的任何液体介质。冷却介质与被泵送的液体食品不同。在优选的实施方式中，冷却介质是水。冷却介质可以被再利用，即，其在闭合回路中循环。在那种情况下，该回路包括用于从冷却介质提取热量的设备，诸如热交换器。此外，冷却介质可以是用于冷却多个过程的冷却系统的一部分。在特定的实施方式中，所谓的轴封水被重新用作冷却介质。

对于特定的应用，可能需要冷却进入离心泵的流体食物。在此时进行冷却的情况下，蜗形壳体包括冷却套，该冷却套附接到壳体的面向叶轮的叶片的部分上。该冷却套也可以用于防止蜗形壳体的面对食物侧的内侧上结垢。冷却套适当地基本上在壳体的整个周向上延伸。

本发明还涉及一种注入设备，该注入设备包括连接到离心泵的注入室，该注入室包括流体食物入口和用于蒸汽的入口，所述流体食物入口在所述注入室的顶部，用于产生基本上向下指向的流体食物流，所述蒸汽用于使所述流体食物经受热处理，所述注入室具有被构造成收集被加热的流体食物的底部部分，所述底部部分在所述注入室的底部具有出口开口，用于允许所收集的流体食物离开所述注入室，所述出口开口连接到离心泵的入口，用于泵送热敏流体食物的所述离心泵包括蜗形壳体，该蜗形壳体具有用于热敏感流体的入口端口和出口端口，该蜗形壳体包围叶轮，叶轮包括可操作地与轴的一端相连的盘，所述盘具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，所述第一表面面对壳体的入口并设有叶片，其中叶轮的盘的第二表面暴露于冷却介质。

在注入设备的优选实施方式中，其还包括冷却套，该冷却套围绕底部部分和壳体的面向叶轮的叶片的至少一部分。用于壳体的底部部分和上部的单个冷却套降低了设备及其操作的复杂性。

在特定实施方式中，注入室的出口开口无缝连接至离心泵的入口。无缝连接降低了形成结垢的风险。

在本发明的一个实施方式中，基本向下指向的流体食物流是多个基本向下指向的分开的流体食物射流。流体食物射流确保流体食物的快速加热。

在本发明的实施方式中，出口是所述底部部分的组成部分，并且泵壳体与所述出口是一体的，以便获得从所述底部部分到所述泵的无缝过渡。

在本发明的实施方式中，所述底部部分的出口直接焊接到所述泵壳体的入口以形成无缝过渡。

在本发明的实施方式中，底部部分具有被焊接到所述泵壳体的向上突出的凸缘或脊的钢壁。

在根据本发明的注入设备的实施方式中，盘包括具有用于冷却介质的入口和出口的冷却腔体。在根据本发明的注入设备的另一个实施方式中，使用具有同轴环形外壳的腔体来冷却盘。在根据本发明的注入设备的再一个实施方式中，同轴环形外壳的外周的半径是盘的外周的半径的50％或更大。在根据本发明的注入设备的再一个实施方式中，到冷却腔体的入口通道包括在旋转轴和/或盘以及壳体之间的环形空间。在根据本发明的注入设备的再一个实施方式中，冷却介质出口形成在壳体中且与入口径向间隔开。在根据本发明的注入设备的再一个实施方式中，蜗形壳体包括冷却套，该冷却套附接到壳体的面向叶轮的叶片的部分。

本发明还涉及根据本发明的离心泵或根据本发明的注入设备在处理乳清蛋白浓缩物、婴儿食物、婴儿食物浓缩液、营养饮料、脱脂乳、乳分离蛋白或奶酪乳中的应用。

附图说明

在下文中，将参考附图更详细地描述本发明，其中

图1显示了离心泵的横截面，

图2显示了图1的离心泵的另一实施方式的横截面，

图3显示了注入设备的横截面，以及

图4显示了设备的实施方式。

具体实施方式

图1公开了一种用于泵送热敏流体的离心泵。该泵包括蜗形壳体，该蜗形壳体具有上部1和下部2。该壳体的上部包括用于热敏流体的入口3。在泵壳的周向上布置有出口4。

蜗形壳体包围叶轮5，叶轮5包括具有圆形圆周的盘6。盘具有带有面向壳体入口的叶片7的表面。通常，流体沿着或靠近旋转轴通过入口端口进入。盘的中心可操作地附接到轴8的端部上，以允许在轴旋转时盘旋转。轴的另一端连接至用于执行旋转的驱动器，诸如电动马达。当盘旋转时，叶片将通过将旋转动能转换成流体流的流体动能来输送流体。流体获得指向蜗形壳体周向的径向流，并在出口端口处被排出。

在与带有叶片的表面相对的第一表面9上，叶轮的盘被冷却介质冷却。冷却介质在设置于蜗形壳体的下部靠近轴线的第一入口端口10处进入。冷却介质入口端口通入到设置在管元件12的内表面和轴的表面之间的环形空间11中。环形空间的下部设置有密封件15，用于在旋转轴和壳体之间形成基本上液密的连接。管元件的上部设置有法兰13，用于将流体引导到冷却腔体14中。冷却腔体由形成盘的一部分的背面的旋转上表面向上界定。冷却腔体的下部由静态壳体界定。在旋转盘和壳体的固定下部之间设置有密封件16，用于准备基本液密的连接。冷却腔体形成基本同轴环形空间。密封件定位为朝向环形空间的周向，以提高稳定性。用于密封件的材料通常是石墨，以获得低摩擦。冷却介质通过冷却介质第一出口端口17离开冷却腔体。出口形成在壳体的下部中，该出口与入口轴向间隔开，以获得通过冷却腔体的辅助流动。

壳体的上部设置有冷却套18，该冷却套18用于冷却进入并由离心泵处理的流体。冷却套附接到壳体的面向叶轮的叶片的部分上，因此有助于冷却流体以减少结垢。用于冷却套的冷却介质在第二入口端口20处进入。冷却套基本上在壳体的整个周向上延伸，并且冷却介质通过位于形成出口的管处的第二出口端口19离开。入口还包括用于与其他处理设备、特别是蒸汽注入室连接的凸缘21。

图2示出了图1的实施方式的变型，其中，冷却腔体已被设计在叶轮盘内。根据该修改的实施方式，冷却介质在第一入口端口10处进入并被输送到环形空间11。随后，冷却介质被输送到冷却腔体14中。冷却腔体包括基本上环形外壳，其由与带有叶片的盘表面相对的第一表面9、在外周向处的圆柱部分22、盘的下部的第二表面23和法兰13的端部限定。盘的下部靠在密封件16上用于叶轮与壳体的水密连接。冷却介质在第一出口端口17处离开。

图3是连接到离心泵的注入室的截面示意图。注入室优选地基本上围绕竖直轴线旋转对称。注入室的上部部分30具有中空的圆柱形部分和顶部，所述顶部的形状类似于圆锥台。底部部分32通过法兰连接件34可释放地连接到上部部分30，以允许进入第一注入室40的内部以进行清洁和/或维护。在一个实施方式中，底部部分32具有类似于圆锥台的形状。在注入室的下端具有出口开口43，该出口开口直接连接到离心泵的入口。

待处理的流体食物通过管41被带入第一注入室40。流体食物作为分开的液体食物射流束42通过第一注入室40顶部的喷嘴中的多个开口进入第一注入室40。热蒸汽以公知的方式通过周向蒸汽分配室注入到第一注入室40中。在第一注入室40中，液体食物射流遇到热蒸汽，从而食物被加热并吸收蒸汽。

液体食物射流终止于底部部分32的漏斗形内壁上。底部部分32从液体食物射流收集液体食物并将其引导至第一注入室40的下端(其也是底部部分32的下端且其也是泵3的入口)的出口开口43。在底部部分32周围设置有冷却套45。冷却套45使底部部分32保持冷却，以防止或最小化与底部部分32的内壁接触的液体食品结垢或烧伤。冷却套45在底部部分32周围提供冷却水或其他冷却介质的罩。该罩由螺旋横向壁47分开，该螺旋横向壁47以螺旋形式围绕底部部分32引导冷却水。冷却水穿过壳体的上部并进入罩的也延伸到泵壳体内部的部分49。冷却水的螺旋路径从泵壳体内部的部分49朝向在冷却套45的顶部且靠近底部部分32的顶部的冷却介质出口50继续螺旋向上延伸。

底部部分32的下部部分形成了与泵3的入口无缝连接的腔室的出口开口43。在一个实施方式中，所述底部部分32的下端由钢板制成，优选由不锈钢制成，并通过焊接连接到泵壳。

在一个实施方式中，图2描述了离心泵，除了如上所述的冷却套，离心泵的入口如下所述。关于入口，壳体的上部设置有圆形的脊或圆形的直立凸缘，其有助于将泵壳体焊接到底部部分32的下端。焊接之后，在底部部分32和泵壳体/泵入口之间的由焊缝形成的过渡被机械加工，以提供完美光滑的表面，而没有难以清洁或冲洗的裂纹或裂缝。

图4公开了用于液体食物的超高温处理的设备。液体食物可以是任何液体形式的食物，但是所公开的设备是特别适用于对温度敏感的食物，所述食物应被加热以仅短时间杀死细菌，以保持其风味、稠度和营养品质。这种液体食物的例子是奶、婴儿食物液体、婴儿食物液体浓缩物或营养饮料(具有高的蛋白质含量)。液体食物可以具有高的干物质含量(40％或更高)和/或高的蛋白质含量(6％或更高)。

图4的设备具有常规已知类型的第二注入室101。第二注入室101连接到用于供应在第二注入室101内部要被热处理的流体食物的第一管102和用于供应蒸汽的第二管103。最后，第二注入室连接到用于供应和去除液体以冷却第二注入室101的底部的第三管104和第四管105。在一个实施方式中，冷却液体是水。根据本发明，第二注入室101的出口直接与离心泵106连接。离心泵106的出口通过保持管109连接到真空室110的入口处的在传统上已知类型的膨胀阀115。膨胀阀115确定保持管109的端部并且将保持管中高压区域和真空室110中的低压真空区域分开。膨胀阀115被控制为产生比保持管中的液体的沸腾压力更高的压力，通常高0.5巴至3巴的压力。真空室110适于去除通过蒸汽管道111以蒸汽形式供应到注入室的水的量，而所浓缩的流体食物通过管道112和泵113以传统上已知的方式排出。

结束语：

权利要求中使用的术语“包括”不排除其他元件或步骤。权利要求中使用的术语“一”不排除多个。

尽管已经出于说明的目的详细描述了本发明，但是应当理解，这样的细节仅是出于该目的，并且本领域技术人员可以在其中进行变化，而不脱离本发明范围。

Claims (11)

1.一种用于泵送热敏流体食物的离心泵，包括：蜗形壳体(1，2)，其具有用于所述热敏流体食物的入口端口(3)和出口端口(4)；所述蜗形壳体包围叶轮(5)，所述叶轮(5)包括可操作地与轴(8)的端部相连的盘(6)，所述盘(6)具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面(9)，所述第一表面面向所述蜗形壳体的所述入口端口并设有叶片(7)，其中所述叶轮的所述盘的所述第二表面暴露于冷却介质，其中，所述盘包括具有冷却介质入口(10)和冷却介质出口(17)的冷却腔体(14)。

2.根据权利要求1所述的离心泵，其中，所述盘使用具有同轴环形外壳的所述冷却腔体冷却。

3.根据权利要求2所述的离心泵，其中，所述同轴环形外壳的外周的半径是所述盘的外周的半径的50％或更大。

4.根据权利要求1所述的离心泵，其中，到所述冷却腔体的入口通道包括在所述轴和/或所述盘以及所述蜗形壳体之间的环形空间(11)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的离心泵，其中，所述冷却介质出口形成在所述蜗形壳体中，并与所述冷却介质入口径向间隔开。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的离心泵，其中，所述蜗形壳体包括冷却套(18)，所述冷却套附接到所述蜗形壳体的面向所述叶轮的部分上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的离心泵用于处理乳清蛋白浓缩物、婴儿食物、婴儿食物浓缩液、营养饮料、脱脂乳、乳分离蛋白或奶酪乳。

8.一种注入设备，其包括连接到离心泵的注入室(40)，所述注入室(40)具有顶部和底部，所述注入室(40)包括流体食物入口(42)和用于蒸汽的入口，所述流体食物入口(42)在所述注入室的所述顶部，用于产生向下指向的流体食物流，所述蒸汽用于使所述流体食物经受热处理，所述注入室具有被构造成收集所加热的流体食物的底部部分，所述底部部分在所述注入室的所述底部具有出口开口(43)，用于允许所收集的流体食物离开所述注入室，所述出口开口连接到所述离心泵的入口(1)，用于泵送热敏流体食物的所述离心泵包括蜗形壳体(1，2)，所述蜗形壳体(1，2)具有用于所述热敏流体食物的入口端口(3)和出口端口(4)，所述蜗形壳体包围叶轮(5)，所述叶轮(5)包括可操作地与轴(8)的端部相连的盘(6)，所述盘具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面(9)，所述第一表面面向所述蜗形壳体的入口端口并设有叶片(7)，其中所述叶轮的所述盘的所述第二表面暴露于冷却介质。

9.根据权利要求8所述的注入设备，还包括冷却套(45)，所述冷却套(45)围绕底部部分(32)和所述蜗形壳体的面向所述叶轮的叶片的至少一部分。

10.根据权利要求8或9所述的注入设备，其中，所述注入室的出口开口与所述离心泵的入口无缝连接。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的注入设备用于处理乳清蛋白浓缩物、婴儿食物、婴儿食物浓缩液、营养饮料、脱脂乳、乳分离蛋白或奶酪乳。

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