RU223952U1 - Энергосберегающий экструдер - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к пищевой промышленности. Предложен энергосберегающий экструдер, состоящий из мотор-редуктора, загрузочной камеры с расположенным в ней питающим шнеком, составного корпуса, фильеры матрицы, вакуумной камеры, шлюзового затвора, вакуумного насоса, вакуум-регулятора и вакуумметра. В передней части корпуса расположен винтовой насос, состоящий из металлического ротора и статора с эластичной обкладкой, между винтовыми поверхностями которых образуются рабочие камеры. Во второй части корпуса смонтировано нагревающее устройство, выполненное в виде стальной трубы, охваченной индуктором, который представляет собой несколько витков изолированного медного провода, подключенного через систему автоматического управления к силовой сети. Внутренняя поверхность трубы нагревающего устройства обработана антифрикционным составом с высокими теплопроводящими свойствами. Питающий шнек загрузочной камеры оснащен приводом, а также режущей парой, включающей крестообразный нож и сменные решетки с диаметром отверстий меньшим, чем диаметр отверстий фильеры. Полезная модель обеспечивает расширение технологических возможностей энергосберегающего экструдера в части гранулометрического состава обрабатываемого сырья, а также его вязкопластических свойств.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к устройствам для экструдирования сырья растительного или животного происхождения.

Известен экструдер с вакуумной камерой, который состоит из загрузочной камеры, корпуса, шнека, фильеры, вакуумной камеры, шлюзового затвора, вакуум-насоса, вакуум-регулятора и вакуумметра.

Вакуумная камера экструдера расположена соосно шнеку и фильере матрицы.

Загрузочная камера экструдера по всему своему периметру выполнена в виде двустенной конструкции, верхняя часть которой соединена посредством трубопровода с вакуумным насосом, а нижняя – с вакуумной камерой экструдера. Наружная сторона загрузочной и вакуумной камер экструдера, а также соединяющий их трубопровод, покрыты теплоизоляционным материалом. В нижней части двустенной конструкции загрузочной камеры расположена пробка для слива конденсата. С целью более точного регулирования давления в вакуумной камере, вакуум-регулятор расположен между загрузочной и вакуумной камерами экструдера.

Техническое решение данного экструдера с вакуумной камерой, выбранного в качестве аналога для заявляемого объекта, позволяет снизить энергозатраты на выполнение рабочего процесса экструдера с одновременным повышением эффективности удаления влаги из получаемого экструдата [1].

Недостатком данного аналога являются высокие энергетические затраты на выполнение технологического процесса экструдирования.

Известен энергосберегающий экструдер, позволяющий в значительной мере устранить указанный недостаток и более рационально использовать энергетических ресурсы, затрачиваемые на рабочий процесс одношнековых экструдеров.

Энергосберегающий экструдер, выбранный в качестве прототипа для полезной модели, включает загрузочную камеру, корпус, фильеру, вакуумную камеру, шлюзовой затвор, вакуум-насос, вакуум-регулятор и вакуумметр.

Корпус экструдера выполнен составным и в его передней части расположен винтовой насос, состоящий из металлического ротора и статора с эластичной обкладкой, между винтовыми поверхностями которых образуются рабочие камеры. Винтовой насос взаимодействуют с подающим шнеком, расположенным в загрузочной камере.

Во второй части корпуса расположено нагревающее устройство в виде стальной трубы, охваченной индуктором, выполненным в виде витков изолированного медного провода.

Фильера матрицы расположена на выходе сырья из нагревающего устройства в вакуумную камеру экструдера.

Верхняя часть загрузочной камеры выполнена одностенной с боковыми стенками, расположенными под углом, меньшим угла трения обрабатываемого сырья о материал стенки камеры, а ее нижняя часть представляет собой цилиндрическую двустенную конструкцию, межстенное пространство которой соединено с вакуумным насосом и вакуумной камерой экструдера.

Рабочий процесс прототипа осуществляется следующим образом.

Обрабатываемое сырье с помощью подающего шнека загрузочной камеры поступает в рабочую зону винтового насоса. Соприкасаясь с внутренними горячими стенками цилиндрической части загрузочной камеры, сырье повышает свою температуру, и в винтовой насос поступает при температуре примерно 40-45°С.

В зоне индукционного нагрева температура сырья повышается до 100-120°С, и при давлении нагнетания винтового насоса 0,8-0,9 МПа выводится через отверстия фильеры матрицы в вакуумную камеру.

Попадая из области высокого давления (в стальной трубе) в зону низкого давления (в вакуумную камеру), горячее сырье подвергается декомпрессионному взрыву, который представляет собой процесс мгновенного перехода жидкости, находящейся в сырье, в пар.

Образующийся пар температурой 100-120°С с помощью вакуумного насоса перемещается в межстенное пространство цилиндрической части загрузочной камеры, где часть его конденсируется и в виде жидкости стекает в нижнюю часть загрузочной камеры. Оставшаяся часть пара удаляется вакуумным насосом в атмосферу (ротационный насос) или поглощается рабочей жидкостью (водокольцевой насос). Готовый продукт с помощью шлюзового затвора выводится за пределы энергосберегающего экструдера и поступает на фасование.

Таким образом, снижение энергозатрат на выполнение рабочего процесса в прототипе обеспечивается за счет замены шнекового рабочего органа экструдера на винтовой насос и индукционный нагреватель [2].

Недостатки прототипа обусловлены конструктивно-технологическими особенностями винтовых насосов.

В конструкции современных винтовых насосов имеется ограничение, связанное с максимальным размером перемещаемых частиц. Например, для насосов серии ВН и ВНП этот размер составляет 5 мм. С другой стороны указанный размер частиц обрабатываемого в экструдере сырья лимитирует диаметр отверстий фильеры матрицы: он не должен быть меньше этого размера.

Целью предлагаемой полезной модели является расширение технологических возможностей энергосберегающего экструдера в части гранулометрического состава обрабатываемого сырья.

На фиг. 1 приведена конструктивно-технологическая схема предлагаемого энергосберегающего экструдера. Экструдер состоит из мотор-редуктора 1, загрузочной камеры 4 с расположенным в ней питающим шнеком 5, составного корпуса, фильеры матрицы 11, вакуумной камеры 12, шлюзового затвора 13, вакуумного насоса 3, вакуум-регулятора 9 и вакуумметра 10. Питающий шнек оснащен ножом 18, решеткой 17 и приводом 6.

В передней части составного корпуса расположен винтовой насос, состоящий из металлического ротора 16 и статора 8 с эластичной обкладкой. Между винтовыми поверхностями ротора и статора образованы рабочие камеры (капсулы-шлюзы), которые периодически открываются и закрываются, что приводит к всасыванию и нагнетанию насосом перекачиваемой среды. При этом количество таких камер (замкнутых полостей на единицу длины винтовой пары) определяет максимальное давление винтового насоса, а объем каждой полости – его производительность.

Во второй части корпуса расположено нагревающее устройство, выполненное в виде стальной трубы 15, охваченной индуктором 14.

Труба 15 закреплена в корпусе экструдера и с помощью уплотнительного устройства соединена с винтовым насосом. Свободный торец трубы упирается в фильеру матрицы 11, представляющую собой пластину с одним или несколькими отверстиями определенного диаметра. Количество и диаметр отверстий фильеры матрицы зависят от потребной производительности экструдера.

Индуктор 14 изготовлен в виде нескольких витков изолированного медного провода, подключенного через систему автоматического управления к силовой сети.

Нагрев обрабатываемого сырья происходит за счет джоулева тепла, выделяющегося в стенках стальной трубы 15 под действием индуцированных токов.

Конструкция загрузочной камеры 4 экструдера позволяет осуществлять предварительный подогрев обрабатываемого сырья. С этой целью она выполнена в виде цилиндрической двустенной конструкции, межстенное пространство 7 которой с помощью трубопроводов соединено с вакуумным насосом 3 и вакуумной камерой 12 экструдера.

Питающий шнек, расположенный в загрузочной камере, служит для интенсификации теплообмена между ее внутренней поверхностью и обрабатываемым сырьем. Второй его функцией является транспортирование сырья в зону расположения режущей пары, которая обеспечивает получение требуемого гранулометрического состава обрабатываемого материала и его последующее перемещение в зону рабочих органов винтового насоса. Для этого хвостовик шнека имеет четырехгранную часть, на которую устанавливается крестообразный нож и цилиндрическую часть, взаимодействующую со второй составляющей режущей пары - сменной решеткой. Решетка своей опорной поверхностью фиксируется на соответствующих элементах внутренней части загрузочной камеры экструдера. При этом очевидно, что диаметр отверстий сменной решетки должен быть всегда меньше диаметра отверстий диаметра отверстий установленной в экструдере фильеры матрицы 11.

Загрузочная камера 4 и вакуумная камера 12 экструдера с внешней стороны покрыты теплоизоляционным материалом (например, напыляемым утеплителем PENOPLEX). Соединяющий их трубопровод также теплоизолирован.

В связи с тем, что теплота горячего пара будет расходоваться на нагрев сырья, поступающего в загрузочную камеру, большая часть пара будет конденсироваться в этой части экструдера. Для удаления конденсата из межстенного пространства 7 загрузочной камеры 4 в ее нижней части предусмотрена специальная пробка 2.

Шлюзовой затвор 13 служит для выгрузки готового продукта без разгерметизации вакуумной камеры 12 энергосберегающего экструдера. Он представляет собой корпус цилиндрической формы и вращающуюся в нем многолопастную (4-12 шт.) крыльчатку (ротор) на шариковых подшипниках.

Вакуумный насос 3 служит для создания в вакуумной камере экструдера пониженного давления (давления ниже атмосферного), равного 0,05-0,07 МПа.

Вакуум-регулятор 9 необходим для поддержания пониженного давления в вакуумной камере 12 экструдера в заданных пределах при требуемых производительности экструдера, а также влажности обрабатываемого сырья и готового продукта. Для контроля давления в вакуумной камере энергосберегающего экструдера служит вакуумметр 10.

Пример выполнения заявляемого энергосберегающего экструдера.

В качестве основы для изготовления энергосберегающего экструдера может быть взят передвижной насос ВН-12-1,35/6-187 с бункером, выпускаемый производственной компанией «Ампика» (Россия).

Установка предназначена для перекачивания строительных штукатурных растворов, цементных растворов, пенобетона и т.п. с размерами частиц до 5 мм и представляет собой роторный насос с бункером на 100 литров и мотор-редуктором с частотным преобразователем. Частотный преобразователь обеспечивает регулирование подачи и подбор оптимальных оборотов для перемещения сырья с различной вязкостью. Подача насоса - 1,35 м³/ч, напор - 0,6 МПа. Мощность привода (с учетом электродвигателя шнекового питателя бункера) - 2,2 кВт. Напряжение питания - 220 В.

Загрузочная камера для экструдера выполнена в виде двустенной конструкции, устойчивость которой при воздействии пониженного давления обеспечивается ребрами жесткости, дополнительно установленными в межстенном пространстве.

Питающий шнек и режущая пара со сменными решетками могут быть заимствованы из комплектов соответствующих по производительности волчков или мясорубок.

В качестве индукционного нагревающего устройства может быть использована труба из ферромагнитной нержавеющей стали и индуктор, снабженный системой управления его рабочим процессом.

Вакуумная камера экструдера может быть изготовлена из металла или пластмассы, предназначенных для взаимодействия с пищевыми продуктами. Вакуум-провод влажного горячего воздуха может быть выполнен из коррозионностойкого материала.

Вакуумный насос 3, вакуум-регулятор 9 и вакуумметр 10 подбираются стандартные, согласно требуемой величине вакуума и диапазона его регулирования. Для этой цели могут быть использованы известные устройства, применяемые в установках для доения коров.

Шлюзовой затвор также подбирается стандартный (например, типа ШУ-15) из соображений требуемой технологичности или изготавливается из материалов, предназначенных для взаимодействия с пищевыми продуктами.

Литература

1. Экструдер с вакуумной камерой. Патент RU 192684 U1, опубл. Бюл. №27, 26.09.2019.

2. Энергосберегающий экструдер. Патент RU 2787167 С1, опубл. Бюл. №1, 29.12.2022.

Claims (1)

1. Энергосберегающий экструдер, состоящий из загрузочной камеры, составного корпуса, винтового насоса, нагревающего устройства, фильеры, вакуумной камеры, шлюзового затвора, вакуум-насоса, вакуум-регулятора и вакуумметра, отличающийся тем, что питающий шнек загрузочной камеры оснащен режущей парой, состоящей из крестообразного ножа и сменной решетки с диаметром отверстий меньшим, чем диаметр отверстий фильеры.