DE4037665A1

DE4037665A1 - Multistage homogenisation assembly with variable throttle cross=section - facilitating adjustments during process operation without interruption and without additional hydraulic medium

Info

Publication number: DE4037665A1
Application number: DE4037665A
Authority: DE
Inventors: Dieter Bliesener
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-11-27
Filing date: 1990-11-27
Publication date: 1992-06-04

Abstract

In an assembly in which a mixt. is homogenised consisting of fluid or solid parts within a fluid, there are a number of flow control valves and valve seats arranged in series along the flowpath. A mechanism controls the cross-sectional area of the throttle at one point and differential pistons for setting the throttle cross-sectional area at the other throttle points. The desired setting is achieved by controlling the last of the throttle points, the upstream throttle points are self-regulating. The setting mechanism and the differential pistons are operated by pressure spings on the moving valve components. The differential pistons act directly upon the moving valve components. The setting mechanism derives its operating power from an auxilliary source. USE/ADVANTAGE - The simple multi-stage assembly homogenises mixtures consisting of fluids or solids in fluids. It may be adjusted without interrupting the process, and works without an additional hydraulic medium.

Description

Die Erfindung betrifft eine Homogenisiervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie kann z. B. zur Homogenisierung von Milch dienen, worunter die Zerkleinerung und gleichmäßige Verteilung der Fettkügelchen zu verstehen ist. Die Größe der Fettkügelchen wird dabei so reduziert, daß sie nicht mehr durch Auf triebskräfte an die Milchoberfläche steigen.The invention relates to a homogenizing device according to the preamble of Claim 1. You can z. B. serve for the homogenization of milk, including the Crushing and even distribution of the fat globules is to be understood. The The size of the fat globules is reduced so that they can no longer be opened driving forces rise to the surface of the milk.

Es sind mehrstufige Homogenisiervorrichtungen bekannt, bei denen Ventilver schlußelemente durch die Kraft von vorgespannten Druckfedern gegen Ventilsitze gedrückt werden. Die Druckfedervorspannungen sind so eingestellt, daß sie im Gleichgewicht mit der auf die Ventilverschlußelemente wirkenden Kraft durch den Staudruck der zu homogenisierenden Flüssigkeit Drosselquerschnittgrößen erge ben, die zu einer Homogenisierung der durchströmenden Flüssigkeit führen.Multi-stage homogenizers are known in which Ventilver closing elements by the force of prestressed compression springs against valve seats be pressed. The compression spring preloads are set so that they are in the Balance with the force acting on the valve closure elements through the Back pressure of the liquid to be homogenized ben, which lead to a homogenization of the flowing fluid.

Es sind ebenfalls Homogenisiervorrichtungen bekannt, bei denen die Größe von Drosselquerschnitten mit Hilfe von hydraulisch druckbeaufschlagten Kolben einge stellt wird.Homogenizers are also known in which the size of Throttle cross sections with the help of hydraulically pressurized pistons is posed.

Nachteilig an den mehrstufigen Homogenisiervorrichtungen, bei denen die Ventil verschlußelemente durch Druckfedern belastet sind, ist, daß die Druckfedern wäh rend des Homogenisierungsprozesses nicht eingestellt werden können und die Homogenisiervorrichtung nicht regelbar ist. An Homogenisiervorrichtungen, bei denen die Größe des Drosselquerschnittes durch hydraulisch druckbelastete Kolben eingestellt wird, ist nachteilig, daß die Hydraulikflüssigkeit wegen möglicher Leckagen zu Verunreinigungen führen kann und daß sie relativ aufwendig und teuer sind.A disadvantage of the multi-stage homogenizing devices in which the valve closure elements are loaded by compression springs, is that the compression springs cannot be adjusted during the homogenization process and the Homogenizing device is not adjustable. On homogenizers where the size of the throttle cross section is set by hydraulically pressure-loaded pistons, it is disadvantageous that the Hydraulic fluid can lead to contamination due to possible leakages and that they are relatively complex and expensive.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine relativ einfach aufgebaute mehrstufige Homogenisiervorrichtung zu schaffen, die während des Betriebes einstellbar und die regelbar ist und die ohne ein zusätzliches Hydraulikmedium betrieben werden kann.The invention is therefore based on the object of a relatively simple structure to create multi-stage homogenizer which is in operation adjustable and adjustable and that without an additional hydraulic medium can be operated.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die kennzeich nenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This task is characterized in a generic device by the nenden features of claim 1 solved.

Die Erfindung kann weiter ausgestaltet sein entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 4.The invention can be further developed according to the characterizing ones Features of subclaims 2 to 4.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil ist darin zu sehen, daß die Einstellung aller Drosselquerschnitte während des Homogenisierungsprozesses erfolgen kann und damit eine Regelung des Homogenisators möglich wird. Ein weiterer Vorteil be steht darin, daß die zu homogenisierende Flüssigkeit selbst als Hydraulikmedium genutzt wird.The advantage that can be achieved with the invention is that the setting of all Throttle cross sections can take place during the homogenization process and so that the homogenizer can be regulated. Another advantage be is that the liquid to be homogenized itself as a hydraulic medium is being used.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Homogenisators ist in der Fig. 1 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the homogenizer according to the invention is shown in FIG. 1 and is described in more detail below.

Fig. 1 zeigt einen zweistufigen Homogenisator im Längsschnitt. Er besteht aus dem Homogenisatorgehäuse (1), das einerseits einen Flansch (2) für den An schluß einer nicht dargestellten Homogenisatorpumpe sowie eine Eintrittsbohrung (3) mit einem Ventilsitz (4) und andererseits ein Außengewinde (5) aufweist. Zen tral in der Längsachse ist es mit einer Stufenbohrung (6) und einem Ringkanal (7) versehen. In den Ringkanal (7) mündet quer zur Längsachse eine Austrittsbohrung (8). Hinter der 1. Stufe der Stufenbohrung (6) ist eine quer zur Längsachse liegen de Entlüftungsbohrung (9) vorgesehen. In dem vorderen Teil der Stufenbohrung (6) befindet sich ein in der Längsachse stufenförmig aufgebohrter, mit Dichtungen (10, 11) versehener, verschiebbarer Differentialkolben (12). In der größeren Boh rung des Differentialkolbens (12) ist eine Druckfeder (13) sowie verschiebbar ein Ventilverschlußteil (14.1, 14.2) angeordnet. Das Ventilverschlußteil (14.1, 14.2) besteht aus einem in der Längsachse stufenförmig aufgebohrten Führungsteil (14.1), das auf einer Stirnseite mit zwei um 90° gegeneinander versetzten Schlit zen versehen ist, und einer in der 1. Stufe der Stufenbohrung eingesetzten Kugel (14.2). Hinter dem Differentialkolben (12) ist ein Ventilkörper (15) angeordnet, der mit Hilfe von zwei Dichtringen (16) gegen den Ringkanal (7) abgedichtet und mit Hilfe eines Sicherungsringes (17) fest mit dem Homogenisatorgehäuse (1) verbun den ist. Fig. 1 shows a two-stage homogenizer in longitudinal section. It consists of the homogenizer housing ( 1 ), which on the one hand has a flange ( 2 ) for the connection to a homogenizer pump, not shown, and an inlet bore ( 3 ) with a valve seat ( 4 ) and, on the other hand, an external thread ( 5 ). Central in the longitudinal axis, it is provided with a stepped bore ( 6 ) and an annular channel ( 7 ). An outlet bore ( 8 ) opens into the annular channel ( 7 ) transversely to the longitudinal axis. Behind the first stage of the stepped bore ( 6 ) there is a de-venting bore ( 9 ) lying transversely to the longitudinal axis. In the front part of the stepped bore ( 6 ) there is a displaceable differential piston ( 12 ) drilled in steps in the longitudinal axis and provided with seals ( 10 , 11 ). In the larger bore of the differential piston ( 12 ) a compression spring ( 13 ) and a valve closure member ( 14.1 , 14.2 ) are slidably arranged. The valve closure part ( 14.1 , 14.2 ) consists of a guide part ( 14.1 ) bored step-like in the longitudinal axis, which is provided on one end face with two slits offset by 90 ° to each other, and a ball ( 14.2 ) inserted in the 1st step of the stepped bore. . Behind the differential piston ( 12 ) a valve body ( 15 ) is arranged, which is sealed with the aid of two sealing rings ( 16 ) against the ring channel ( 7 ) and with the aid of a retaining ring ( 17 ) is firmly connected to the homogenizer housing ( 1 ).

Der Ventilkörper (15) ist auf einer Stirnseite mit einer Eintrittsbohrung (18) und mit einem Ventilsitz (19) versehen, die in eine zentrale Bohrung (20) münden und über eine Querbohrung (21) mit dem Ringkanal (7) und der Austrittsbohrung (8) im Homogenisatorgehäuse (1) verbunden sind. In der zentralen Bohrung (20) des Ventilkörpers (15) befindet sich vor dem Ventilsitz (19) ein Ventilverschlußteil (22.1, 22.2). Es besteht aus einem in der Längsachse stufenförmig aufgebohrten Füh rungsteil (22.1), das auf einer Stirnseite mit zwei um 90° gegeneinander vesetzten Schlitzen versehen ist und einer in dem vorderen Teil der Stufenbohrung einge setzten Kugel (22.2). Hinter dem Ventilverschlußteil (22.1, 22.2) befindet sich eine Druckfeder (23) und ein verschiebbarer, mit Hilfe eines Dichtringes (24) dichtend in die zentrale Bohrung (20) des Ventilkörpers (15) eingesetzter Stellkolben (25). Mit dem Stellkolben (25) ist eine Stellmutter (26), die auf das Außengewinde (5) des Homogenisatorgehäuses (1) geschraubt ist, drehbar verbunden.The valve body ( 15 ) is provided on one end with an inlet bore ( 18 ) and a valve seat ( 19 ), which open into a central bore ( 20 ) and via a transverse bore ( 21 ) with the annular channel ( 7 ) and the outlet bore ( 8 ) are connected in the homogenizer housing ( 1 ). A valve closure part ( 22.1 , 22.2 ) is located in the central bore ( 20 ) of the valve body ( 15 ) in front of the valve seat ( 19 ). It consists of a guide part ( 22.1 ) drilled out in a step-like manner in the longitudinal axis, which is provided on one end face with two slots offset by 90 ° and a ball ( 22.2 ) inserted in the front part of the stepped bore. Behind the valve closure part ( 22.1 , 22.2 ) there is a compression spring ( 23 ) and an adjustable piston ( 25 ) inserted into the central bore ( 20 ) of the valve body ( 15 ) by means of a sealing ring ( 24 ). An adjusting nut ( 26 ), which is screwed onto the external thread ( 5 ) of the homogenizer housing ( 1 ), is rotatably connected to the adjusting piston ( 25 ).

Im folgenden wird nun die Wirkungsweise der Homogenisiervorrichtung beschrie ben: Die von einer Pumpe geförderte, zu homogenisierende Flüssigkeit fließt in die Eintrittsbohrung (3) und drückt das Ventilverschlußteil (14.1, 14.2) gegen die Kraft der Druckfeder (13) zurück, so daß zwischen Ventilsitz (4) und Kugel (14.2) ein Drosselquerschnitt für den Durchfluß frei wird. Nach dem Passieren der Drossel stelle strömt die Flüssigkeit über Schlitze in der Stirnseite des Führungsteiles (14.1) durch dessen zentrale Bohrung und die zentrale Bohrung des Differentialkol bens (12) zur Eintrittsbohrung (18) des Ventilkörpers (15) und drückt das Ventilver schlußteil (22.1, 22.2) gegen die Kraft der Druckfeder (23) zurück, so daß zwischen Ventilsitz (19) und Kugel (22.2) ein Drosselquerschnitt für die Strömung frei wird und die Flüssigkeit über Schlitze auf der Stirnseite des Führungsteils (22.1) und eine axiale Bohrung im Führungsteil (22.1) sowie eine Querbohrung (21) im Ventil körper (15) in den Ringkanal (7) und die Auslaßbohrung (8) gelangt. Die Druckfeder (23) ist durch den Stellkolben (25) und die Stellmutter (26) vorge spannt und verursacht vor dem Ventilverschlußteil (22.1, 22.2) einen Staudruck, dessen Kraftwirkung auf das Ventilverschlußteil (22.1, 22.2) mit der Vorspannkraft der Druckfeder (23) im Gleichgewicht steht. Die Größe des sich bei der eingestell ten Vorspannung der Druckfeder (23) einstellenden Drosselquerschnittes wird von der Menge der die Drosselstelle passierenden Flüssigkeit bestimmt. Der durch die Vorspannkraft der Druckfeder (23) vor dem Ventilverschlußteil (22.1, 22.2) erzeugte Staudruck wirkt gleichzeitig auch auf den Differentialkolben (12), der durch ihn verschoben wird, bis die auf ihn wirkende Kraft im Gleichgewicht steht mit der Kraft der bei dieser Verschiebung vorgespannten Druckfeder (13). Die durch den Staudruck erzeugte Kraft auf den Differentialkolben (12) ist bestimmt durch die Differenz seiner druckbeaufschlagten Stirnflächen. Die Größe des sich zwischen Ventilsitz (4) und Kugel (14.2) einstellenden Drosselquerschnittes ist, bei gegebenem Staudruck vor dem Ventilverschlußteil (22.1, 22.2) und damit auch gegebener Vorspannkraft der Druckfeder (13) von der durchströmenden Flüssig keitsmenge abhängig. Die Größe der Vorspannkraft der Druckfeder (13) bestimmt die Höhe des Staudruckes vor dem Ventilverschlußteil (14.1, 14.2). Die Summe der Staudrücke vor den Ventilverschlußteilen (14.1, 14.2) und (22.1, 22.2) ergibt im wesentlichen die Höhe des von der Pumpe des Homogenisators aufzubringenden Förderdruckes. Die Abstufung der Staudrucke vor den Ventilverschlußteilen (14.1, 14.2) und (22.1, 22.2) richtet sich nach der Art der zu homogenisierenden Flüssig keit und wird durch die Größe der Flächendifferenz der durckbeaufschlagten Stirn flächen am Differentialkolben (12) festgelegt. Die absolute Höhe der Staudrucke ist frei über die Stellmutter (26) einstellbar und ist von der Art der zu homogenisieren den Flüssigkeit abhängig.In the following, the mode of operation of the homogenizer is described: The fluid to be homogenized, which is pumped by a pump, flows into the inlet bore ( 3 ) and presses the valve closure part ( 14.1 , 14.2 ) against the force of the compression spring ( 13 ), so that between the valve seat ( 4 ) and ball ( 14.2 ) a throttle cross section for the flow is free. After passing the throttle point, the liquid flows through slots in the end face of the guide part ( 14.1 ) through its central bore and the central bore of the differential piston ( 12 ) to the inlet bore ( 18 ) of the valve body ( 15 ) and presses the valve closing part ( 22.1 , 22.2 ) back against the force of the compression spring ( 23 ), so that between the valve seat ( 19 ) and ball ( 22.2 ) a throttle cross-section is free for the flow and the liquid via slots on the end face of the guide part ( 22.1 ) and an axial bore in Guide part ( 22.1 ) and a transverse bore ( 21 ) in the valve body ( 15 ) in the annular channel ( 7 ) and the outlet bore ( 8 ). The compression spring ( 23 ) is pre-tensioned by the actuating piston ( 25 ) and the adjusting nut ( 26 ) and causes a back pressure in front of the valve closure part ( 22.1 , 22.2 ), the force acting on the valve closure part ( 22.1 , 22.2 ) with the biasing force of the compression spring ( 23 ) is in balance. The size of the throttle cross-section which is set at the prestress of the compression spring ( 23 ) is determined by the amount of liquid passing through the throttle point. The dynamic pressure generated by the biasing force of the compression spring ( 23 ) in front of the valve closure part ( 22.1 , 22.2 ) also acts on the differential piston ( 12 ), which is displaced by it until the force acting on it is in balance with the force of the latter Displacement of the prestressed compression spring ( 13 ). The force generated by the dynamic pressure on the differential piston ( 12 ) is determined by the difference in its pressurized end faces. The size of the throttle cross-section between the valve seat ( 4 ) and the ball ( 14.2 ) is, for a given dynamic pressure in front of the valve closure part ( 22.1 , 22.2 ) and thus also the pre-tensioning force of the compression spring ( 13 ), dependent on the amount of liquid flowing through. The size of the biasing force of the compression spring ( 13 ) determines the level of the dynamic pressure in front of the valve closure part ( 14.1 , 14.2 ). The sum of the dynamic pressures upstream of the valve closure parts ( 14.1 , 14.2 ) and ( 22.1 , 22.2 ) essentially results in the level of the delivery pressure to be applied by the pump of the homogenizer. The gradation of the dynamic pressures upstream of the valve closure parts ( 14.1 , 14.2 ) and ( 22.1 , 22.2 ) depends on the type of liquid to be homogenized and is determined by the size of the area difference of the pressurized end faces on the differential piston ( 12 ). The absolute level of the dynamic pressures can be freely adjusted via the adjusting nut ( 26 ) and depends on the type of liquid to be homogenized.

In dem Drosselquerschnitt zwischen Ventilsitz (4) und Kugel (14.2) sowie Ventilsitz (19) und Kugel (22.2) erfolgt eine Absenkung des statischen Druckes der durch strömenden Flüssigkeit bis zur Dampfdruckgrenze, wodurch Kavitationsblasen entstehen, die bei ihrem Zusammenfall hinter den Drosselstellen eine Zerkleine rung der in der Flüssigkeit verteilten flüssigen und festen Partikel bewirken. Außer dem wirkt die Enge des Drosselquerschnittes verbunden mit einer hohen Strö mungsgeschwindigkeit zerkleinernd auf die flüssigen oder festen Partikel. Durch Verwirbelung hinter der Drosselstelle erfolgt eine gleichmäßige Verteilung der zerkleinerten Partikel in der Flüssigkeit.In the throttle cross-section between valve seat ( 4 ) and ball ( 14.2 ) and valve seat ( 19 ) and ball ( 22.2 ), the static pressure of the fluid flowing through is reduced to the vapor pressure limit, which causes cavitation bubbles that collapse behind the throttle points when they collapse effect of the liquid and solid particles distributed in the liquid. In addition, the narrowness of the throttle cross-section, combined with a high flow rate, has a comminuting effect on the liquid or solid particles. Whirling behind the throttling point results in an even distribution of the crushed particles in the liquid.

Bei der erfindungsgemäßen Homogenisiervorrichtung kann die absolute Größe der Staudrucke vor den Drosselstellen und die Größe der Drosselquerschnitte bei Nutzung einer z. B. mit elektrischer Hilfsenergie angetriebenen Verstellvorrichtung (Linear- oder Rotationsmotor) für die Verstellung der Einstellmutter (26) bzw. des Einstellkolbens (25) auch automatisch geregelt werden, so daß eine optimale, energiesparende Homogenisierung der dem Homogenisator zugeführten Flüssig keit erfolgen kann.In the homogenizing device according to the invention, the absolute size of the dynamic pressures in front of the throttle points and the size of the throttle cross sections when using a z. B. with electrical auxiliary power adjusting device (linear or rotary motor) for the adjustment of the adjusting nut ( 26 ) or the adjusting piston ( 25 ) can also be regulated automatically, so that an optimal, energy-saving homogenization of the liquid supplied to the homogenizer can take place.

Durch Erhöhung der Anzahl der Differentialkolben in einer der Erfindung gemäßen Homogenisiervorrichtung kann die Anzahl der Drosselstellen und damit der Homo genisierstufen erhöht und den Erfordernissen der zu homogenisierenden Flüssig keit angepaßt werden.By increasing the number of differential pistons in one of the invention Homogenizing device can the number of throttling points and thus the homo genizierstufen increased and the requirements of the liquid to be homogenized speed can be adjusted.

Bei Verwendung mehrstufiger Kolbenpumpen zur Flüssigkeitsförderung durch den Homogenisator und einem damit verbundenen relativ gleichmäßigen Förderstrom, kann der Differentialkolben (12) auch direkt auf das Ventilverschlußteil (14.1, 14.2) wirken. Die Druckfeder (13) ist dann entbehrlich.If multi-stage piston pumps are used to deliver liquid through the homogenizer and the associated relatively even flow rate, the differential piston ( 12 ) can also act directly on the valve closure part ( 14.1 , 14.2 ). The compression spring ( 13 ) is then unnecessary.

Claims

1. Apparatus for homogenizing a mixture consisting of liquid or solid parts in a liquid, with a plurality of throttling points arranged one behind the other in a housing in the flow direction and formed from a valve seat and valve closure part, characterized by at least one adjustment mechanism for adjusting the throttle cross section on one Throttle point and differential piston for the automatic hydraulic adjustment of the throttle cross sections of the other throttle positions.

2. Device according to claim 1, characterized in that the adjusting mechanism and the differential pistons act on valve closure parts via compression springs.

3. Device according to claim 1, characterized in that the differential pistons directly on the valve closure parts work.

4. The device according to claim 1, characterized in that the adjustment mechanism by an auxiliary energy is operated.