RU4442U1

RU4442U1 - DEVICE FOR THERMAL TREATMENT OF LIQUID FOOD PRODUCTS AND WATER HEATING

Info

Publication number: RU4442U1
Application number: RU95118643/20U
Authority: RU
Inventors: А.Ю. Кринский; А.Н. Буторин; В.И. Егоров; В.В. Левицкий
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа - Научно-техническая коммерческая фирма "Агроживмаш-технология, Лтд."
Priority date: 1995-11-02
Filing date: 1995-11-02
Publication date: 1997-07-16

Abstract

1. Устройство для термообработки жидких пищевых продуктов и нагрева воды, включающее закрепленный на фланце электродвигателя корпус, содержащий ротор и переднюю крышку с подвижными и неподвижными полостями на смежных поверхностях, патрубки подачи и отвода жидкости, связанные с полостями, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной задней крышкой, а полости образованы ячейками, выполненными на торцевых сторонах ротора и смежных поверхностях крышек и связаны патрубком подачи жидкости при помощи каналов, выполненных в теле ротора.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит систему каналов для отвода газовой фазы, образующейся в процессе работы, а ротор содержит осевой насос.1. A device for heat treatment of liquid food products and water heating, comprising a housing fixed to the motor flange, comprising a rotor and a front cover with movable and fixed cavities on adjacent surfaces, fluid supply and drain pipes connected to the cavities, characterized in that it is provided with an additional the back cover, and the cavities are formed by cells made on the end sides of the rotor and adjacent surfaces of the covers and are connected by a fluid supply pipe using channels made in the rotor body. 2. The device according to claim 1, characterized in that it contains a system of channels for removing the gas phase generated during operation, and the rotor contains an axial pump.

Description

Устройство для термообработки жидких пищевых продуктов и нагрева водыDevice for heat treatment of liquid foods and water heating

Изобретение относится к устройствам для стерилизации и пастеризации жидких пищевых продуктов, в том числе жидких молочных продуктов, а также может быть использовано для нагрева технической и питьевой воды.The invention relates to devices for sterilization and pasteurization of liquid food products, including liquid dairy products, and can also be used for heating industrial and drinking water.

Известны устройства, работающие по принципу преобразования механической энергии в тепловую. Например, известен пастеризатор, содержащий патрубки подвода и отвода, диски, размещенные концентрично патрубку подвода и выполненные с сопряженными кольцевыми канавками (см.патент Австрии N 319720, А 23 С 7/00,1970 г.).Known devices operating on the principle of converting mechanical energy into heat. For example, a pasteurizer is known that contains inlet and outlet nozzles, disks placed concentrically to the inlet nozzle and made with conjugate annular grooves (see Austrian patent N 319720, A 23 C 7 / 00.1970).

Недостатком конструкции этого пастеризатора, является недостаточное воздействие на продукт, что влечет за собой повыщенное энергопотребление и малую производительность.A drawback of the design of this pasteurizer is the inadequate effect on the product, which entails increased energy consumption and low productivity.

Известно устройство для термообработки пищевых продуктов, содержащее размещенные в корпусе диски, смежные поверхности которых помимо кольцевых канавок имеют решетки, укрепленные между ними, а на периферии дисков и смежной с ним поверхности корпуса выполнены выступы и впадины (см. авт.свид.СССР N 2015672, А 23 с 3/00,1993 г.).A device is known for heat treatment of food products, containing disks placed in the housing, adjacent surfaces of which, in addition to the annular grooves, have gratings attached between them, and protrusions and depressions are made on the periphery of the disks and the adjacent surface of the case (see ed. Certificate. USSR No 2015672 , A 23 with 3 / 00.1993).

Недостатком этого пастеризатора является сложность конструкции и необходимость поддержания рабочего зазора, в котором идет процесс пастеризации.The disadvantage of this pasteurizer is the design complexity and the need to maintain a working gap in which the pasteurization process is going.

А 23 с 3/02 F 24 Н 1/00A 23 s 3/02 F 24 N 1/00

Известно устройство для нагрева жидкости в системе теплоснабжения с использованием тепла поверхностного трения жидкости, выполненное с полым корпусом, внутри которого образована система гребенок.Часть гребенок смонтирована на поворотном приводном валу.Для отбора нагретой воды образована камера, отделенная от гребенок перегородкой. Нагретая трением в гребенках жидкость -теплоноситель или скапливающийся в отборочной камере пар направляется во внешнюю сеть потребителям тепла.(см. авт.свид.СССР N 274330, F 24 Н 1/00, 1966 г.).A device is known for heating a fluid in a heat supply system using heat of surface friction of a fluid, made with a hollow body, within which a system of combs is formed. Some of the combs are mounted on a rotary drive shaft. A chamber separated from the combs by a partition is formed to select heated water. The heat-transfer fluid heated by friction in the combs or the steam accumulating in the selection chamber is sent to the external network to heat consumers (see ed. Certificate. USSR No 274330, F 24 N 1/00, 1966).

Недостатком известного устройства является его значительные габаритные размеры, недостаточная эффективность воздействия на жидкость, невозможность использования по другому назначению, например, для стерилизации жидких пищевых продуктов, значительные затраты энергии для получения паровой фракции при малой производительности (требуется дросселирование выходного патрубка).A disadvantage of the known device is its significant overall dimensions, insufficient effectiveness of the effect on the liquid, the inability to use it for other purposes, for example, for sterilization of liquid food products, significant energy costs for producing a vapor fraction at low productivity (throttling of the outlet pipe is required).

Перечисленные выше устройства предназначены или для пастеризации молочных продуктов, фруктовых и овощных соков или для нагревания жидкости в системе теплоснабжения.The devices listed above are intended either for pasteurization of dairy products, fruit and vegetable juices, or for heating liquids in a heat supply system.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для тепловой обработки жидких продуктов,включающее корпус,в котором размещен закрепленный на валу электродвигателя ротор. Привод ротора осуществляется через муфту электродвигателя. Ротор выполнен в виде чаши с расположенными на ее периферическойThe closest in technical essence and the achieved result is a device for heat treatment of liquid products, comprising a housing in which a rotor is mounted on a motor shaft. The rotor is driven through a motor coupling. The rotor is made in the form of a bowl located on its peripheral

части лопатками, имеющими форму сектора и крышка корпуса снабжена аналогичными лопатками, образующими кольцевую полость. Патрубки подвода и отвода продукта связаны с полостями (см. авт.свид.СССР N 1161060, А 23 С 3/02, 1985г.).parts of the blades having the shape of a sector and the lid of the body is equipped with similar blades forming an annular cavity. The nozzles for supplying and discharging the product are connected with the cavities (see ed. Certificate. USSR no. 1161060, A 23 C 3/02, 1985).

Недостатками известного устройства является низкая производительность и необходимость предварительного нагрева обрабатываемого продукта.The disadvantages of the known device is the low productivity and the need for pre-heating the processed product.

Предлагаемое устройство свободно от всех указанных вьпие недостатков за счет компактности конструкции, низкого энергопотребления, направленности движения и более полного использования эффекта Феттингера.The proposed device is free from all the above mentioned disadvantages due to the compact design, low power consumption, directional movement and more complete use of the Fettinger effect.

Устройство состоит из корпуса, закрепленного на фланце электродвигателя, ротора, имеющего с обоих торцевых сторон профилированные ковшеобразные ячейки, и неподвижных крышек, имеющих аналогичные ячейки. Ковшеобразные ячейки ротора имеют подводящие жидкость каналы. Отвод жидкости осуществляется через отверстие в корпусе.The device consists of a housing mounted on a motor flange, a rotor having profiled bucket cells on both end faces, and fixed covers having similar cells. The bucket-shaped rotor cells have fluid supply channels. Liquid is discharged through an opening in the housing.

За счет такого выполнения повышается производительность, т.к. подвод продукта осуществляется сразу во все ячейки при помоцщ каналов, соединяющих их с патрубком подвода, и упрощается конструкция закрепления ротора на валу электродвигателя, т.к. исключается необходимость в использовании соединительной муфты и рамы для крепления устройства.Due to this implementation, productivity is improved, because the product is supplied immediately to all cells with the help of channels connecting them to the supply pipe, and the design of fixing the rotor to the motor shaft is simplified, because eliminates the need for a coupling and frame for mounting the device.

Для обеспечения самовсасывания и предотвращения кавитации при высоких температурах используется осевой насос, размещенный в роторе.Для стабилизации процесса воTo ensure self-priming and prevent cavitation at high temperatures, an axial pump located in the rotor is used.

времени в роторе имеются каналы для отвода накапливающейся газовой фазы.time in the rotor there are channels for the removal of the accumulating gas phase.

При наличии возможности подвода жидкости при необходимом избыточном давлении осевой насос и система использования отвода газовой фазы могут отсутствовать.If it is possible to supply fluid at the required overpressure, the axial pump and the gas phase exhaust system may not be available.

Конструкция устройства поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан общий вид.The design of the device is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows a general view.

Устройство состоит из следующих основных деталей: корпуса 1, вала 2 с осевым насосом 3, ротора 4, передней 5 и задней 6 крышек, кольца 7, уплотнительнного узла 8, входного 9 и выходного 10 патрубков.The device consists of the following main parts: housing 1, shaft 2 with an axial pump 3, rotor 4, front 5 and rear 6 covers, rings 7, sealing assembly 8, input 9 and output 10 nozzles.

Корпус 1 закреплен на фланце 20 электродвигателя и является основным несущим элементом конструкции. На конец вала электродвигателя 11 насажен вал 2 устройства и закреплен при помощи резьбового хвостовика осевого насоса 3. Вал 2 имеет цилиндрическое со шпонкой посадочное место для ротора 4, закрепленного на валу гайкой 12.Носок вала выполнен полым с целью подвода жидкости к ротору через отверстия в посадочном месте вала.The housing 1 is mounted on the flange 20 of the electric motor and is the main supporting structural element. A shaft 2 of the device is mounted on the end of the shaft of the electric motor 11 and secured with a threaded shank of the axial pump 3. The shaft 2 has a cylindrical seat with a key for the rotor 4, and the nut 12 is fixed to the shaft. The shaft toe is hollow to supply fluid to the rotor through holes in shaft seat.

Внутри корпуса расположены задняя крьшпса 6, кольцо 7 и передняя крышка 5,образующие рабочую проточную камеру устройства. Уплотнение камеры обеспечивается резиновыми кольцами 13 крышек, графитовым уплотнительным узлом 8, установленным со стороны задней крышки и резиновыми кольцами 14 и 15 патрубков. Передняя крышка крепится к корпусу винтами и создает необходимый натяг на уплотнительных кольцах 13 между кольцом 7 и крышками. Ширина кольца 7Inside the housing are located rear fan 6, ring 7 and front cover 5, forming a working flow chamber of the device. The seal of the chamber is provided by the rubber rings 13 of the covers, the graphite sealing assembly 8 mounted on the back cover side and the rubber rings 14 and 15 of the nozzles. The front cover is attached to the housing with screws and creates the necessary interference on the sealing rings 13 between the ring 7 and the covers. Ring Width 7

больше ширины ротора для обеспечения оптимальных торцевых зазоров между ротором и крышками. Кольцо 7 является не только дистанционным распорным элементом, но и эффективной тепловой защитой корпуса 1.more rotor width for optimal end clearance between the rotor and the covers. Ring 7 is not only a remote spacer element, but also an effective thermal protection of the housing 1.

Ротор 4 с торцов, обращенных к крышкам, имеет ковшеобразные ячейки, в которые подводится жидкость через каналы 16, расположенные над отверстиями вала в месте посадки ротора. На торцевых поверхностях ротора между ячейками имеется система каналов 17, параллельных оси вала, соединенных с радиальными каналами в средней части ротора, выходящими на его наружнюю цилиндрическую поверхность. Через эту систему каналов отводится газовая фаза жидкости, образующейся при рабочей температуре, близкой к точке кипения.The rotor 4 from the ends facing the caps has bucket cells into which fluid is supplied through channels 16 located above the shaft openings at the rotor landing site. On the end surfaces of the rotor between the cells there is a system of channels 17 parallel to the axis of the shaft, connected to radial channels in the middle part of the rotor, facing its outer cylindrical surface. Through this system of channels, the gas phase of the liquid formed at the operating temperature close to the boiling point is discharged.

Внутренние поверхности крьш1ек со стороны ротора также имеют ковшеобразные ячейки, образуюпще неподвижные полости, в отличие от подвижных полостей ротора.The inner surfaces of the rotors on the rotor side also have bucket-shaped cells, which form mostly stationary cavities, in contrast to the movable rotor cavities.

Для защиты электродвигателя от попадания влаги при потере работоспособности уплотнительного узла в корпусе сделаны дренажные окна и на вал электродвигателя установлен отражатель 18.To protect the motor from moisture when the sealing unit is inoperative, drainage windows are made in the housing and a reflector 18 is installed on the motor shaft.

Работа устройства заключается в следующем. Устройство является нагревателем и одновременно насосом в технологической цепи пастеризации или нагрева воды.Его действие основано на принципе Феттингера преобразования механической энергии, подведенной к ротору, в энергию вихревого движения жидкости.The operation of the device is as follows. The device is a heater and at the same time a pump in the technological chain of pasteurization or heating of water. Its action is based on the Fettinger principle of converting mechanical energy supplied to the rotor into the energy of the vortex motion of a liquid.

Жидкость, поступающая через входной патрубок 9 во внутреннюю полость вала, центральную расточку ротора,через каналы 16 подается в ячейки ротора 4. При вращении ротора жидкость, заполнившая его ячейки, в переносном движении совершает вращение вместе с ним, а в относительном движении - от центра к переферии, повторяя контур ячейки.The fluid entering through the inlet pipe 9 into the inner cavity of the shaft, the central bore of the rotor, is supplied through the channels 16 to the cells of the rotor 4. When the rotor rotates, the fluid that fills its cells rotates with it in a portable motion, and from the center in relative motion to the periphery, repeating the contour of the cell.

Поток жидкости, возникший в подвижных ячейках ротора, с большой скоростью покидает их и попадает в неподвижные ячейки крышек 5 и 6. На перерезывание вихревых потоков жидкости затрачивается основная энергия,подведенная к валу агрегата.The fluid flow that has arisen in the moving cells of the rotor leaves them at a high speed and enters the fixed cells of the covers 5 and 6. The main energy supplied to the shaft of the unit is spent on cutting the vortex fluid flows.

Стекающая жидкость из ячеек крьш1ек 5 и 6 поступает в ячейки ротора 4, смешиваясь с вновь поступающей через каналы ротора жидкостью (приход новой жидкости равен расходу устройства). Возникает мощное циркуляционное течение, расход которого существенно превышает расход (производительность) устройства. Поглащенная жидкостью энергия вращения ротора превращается в тепло. Температура ее при постоянстве подведенной энергии определяется соотношением циркуляционного расхода и производительности агрегата (т.е. соотношением внутреннего и внешнего расходов).The flowing liquid from cells krysh1ek 5 and 6 enters the cells of the rotor 4, mixing with the newly incoming liquid through the channels of the rotor (the arrival of a new liquid is equal to the flow rate of the device). A powerful circulating flow arises, the flow rate of which significantly exceeds the flow rate (productivity) of the device. The rotational energy absorbed by the liquid turns into heat. Its temperature with a constant supply of energy is determined by the ratio of the circulating flow rate and the unit capacity (i.e., the ratio of internal and external flow rates).

При нагреве до высоких температур в зонах пониженного давления начинается парообразование. Пары жидкости скапливаются в центральной части ротора и могут оголить часть объема ячеек и блокировать входные каналы. Произойдет срыв работы агрегата. Для предотвращения этого явления применена система отводящих каналов 17,обеспечивающих эвакуацию газовой фазы на переферию ротора, а также подключенный осевой насос,создающий повышение давления в проточной полости. Установка осевого насоса,кроме того,позволяет работать в режиме самовсасывания.When heated to high temperatures in areas of reduced pressure, vaporization begins. Vapors of liquid accumulate in the central part of the rotor and can expose part of the cell volume and block the input channels. The unit will fail. To prevent this phenomenon, a system of outlet channels 17 is used, which ensure the evacuation of the gas phase to the periphery of the rotor, as well as a connected axial pump that creates an increase in pressure in the flow cavity. The installation of an axial pump, in addition, allows you to work in self-priming mode.

Устройство аналогично гидродинамической муфте, работающей в гидротормозном режиме и является гидродинамической вихревой машиной. Оно аналогично в какой-то мере также и вихревому насосу и поэтому может развивать напоры (по сравнению с другими лопастными гидромашинами). Поэтому в технологической цепи пастеризации или теплоснабжения предусматривать насос не требуется. Необходимо отметить, что выносной насос аналогичной производительности работал бы с более высоким КПД, чем встроенный, присущий самой схеме роторного устройства. По все несовершенства встроенного насоса все равно идут на пользу - нагревают жидкость.The device is similar to a hydrodynamic coupling operating in a hydraulic braking mode and is a hydrodynamic vortex machine. To a certain extent, it is similar to a vortex pump and therefore can develop heads (in comparison with other vane hydraulic machines). Therefore, it is not necessary to provide a pump in the pasteurization or heating supply chain. It should be noted that a remote pump of similar performance would work with a higher efficiency than the built-in pump inherent in the circuit of the rotary device. For all the imperfections of the built-in pump, they still benefit - they heat the liquid.

Все потери в обычном понимании - трение в уплотнительном узле, низкий КПД осевого насоса и др. в данном случае таковыми не являются, т.к. в конечном счете переходят в тепло, которое и должен вырабатывать агрегат. Безусловными потерями являются потери тепла в окружающую среду, но с ними легко бороться: материалы, контактирующие с продуктами могут быть выполнены из пластмассы с низкой теплопроводностью, кольцо 7 отделено от корпуса 1 воздушной прослойкой, корпус 1 подогревается теплом электродвигателя (т.е. даже потери в электродвигателе работают на КПД данного устройства).All losses in the usual sense - friction in the sealing assembly, low efficiency of the axial pump, etc. in this case are not, because ultimately go into heat, which the unit must produce. Unconditional losses are heat losses to the environment, but it is easy to deal with them: materials in contact with the products can be made of plastic with low thermal conductivity, ring 7 is separated from the housing 1 by an air gap, the housing 1 is heated by the heat of the electric motor (i.e., even losses in the electric motor they work at the efficiency of this device).

Значительное превышение циркуляционного потока над расходом устройства позволяет получить теплообменный аппарат с высокими удельно-габаритными характеристиками.A significant excess of the circulation flow over the flow rate of the device allows to obtain a heat exchanger with high specific and overall characteristics.

В устройстве отсутствует перепад температуры стенка-жидкость (он даже отрицателен).Нагрев идет за счет внутреннего преимущественно вихревого трения жидкости.The device does not have a wall-liquid temperature difference (it is even negative). Heating is due to mainly internal vortex friction of the liquid.

1.Пат.Австрии N 319720, А 23 С 7/00,1970г.1.Pat.Austria N 319720, A 23 C 7 / 00.1970.

2.АВТ.СВИД.СССР N 2015672 А 23 С 3/03,1993г.2.AUT.SVID.SSSR N 2015672 A 23 C 3 / 03.1993.

З.Авт.свид.СССР N 1161060 А 23 С 3/02,1985г. 4.АВТ.СВИД.СССР N 274330 F 24 Н 1/00, 1966 г.Z. Avt.svid.SSSR N 1161060 A 23 C 3/02.1985. 4.AUT.SVID.SSSR N 274330 F 24 N 1/00, 1966

Claims

1. A device for heat treatment of liquid food products and water heating, comprising a housing fixed to the motor flange, comprising a rotor and a front cover with movable and fixed cavities on adjacent surfaces, fluid supply and drain pipes connected to the cavities, characterized in that it is provided with an additional the back cover, and the cavity is formed by cells made on the end sides of the rotor and adjacent surfaces of the covers and connected by a fluid supply pipe using channels made in the rotor body.

2. The device according to claim 1, characterized in that it contains a system of channels for the removal of the gas phase generated during operation, and the rotor contains an axial pump.