Электромеханическое устройство для измельчения и перемешивания пищевых продуктов

 

Использование: для измельчения и перемешивания продуктов шоколадного производства. Сущность: электромеханическое устройство включает вертикальную емкость, выполненную в виде диамагнитного тонкостенного стакана прямоугольного сечения и размещенную в диамагнитном цилиндрическом корпусе. В емкости размещены шарики из ферромагнитного материала и перемешивающий орган, предствавляющий собой спирали, навитые из пластины ферропласта, причем длина пластин, шаг и средний диаметр спиралей уменьшаются в направлении к оси емкости, концы спиралей жестко закреплены к обоймам, установленным в торцевых щитах емкости с возможностью вращения, а верхняя обойма соединена с приводным валом двигателя через вариатор скоростей. Горизонтально в диамагнитный корпус вмонтированы магнитопроводы С-образной формы с плоскими полюсами. Токовые обмотки управления магнитопроводов соединены с источником питания через коммутатор с возможностью поочередного включения. 2 ил.

Изобретение относится к пищевой промышленности, к производству кондитерских и шоколадных масс, в частности к устройствам для дополнительной обработки жидких и полужидких продуктов для повышения их качества, вкуса, аромата, и может быть применено при получении жировой глазури, какао-тертого, совместного измельчения сахарного песка и какао-крупки и других отраслях народного хозяйства (фармацевтической, химической, строительной, лакокрасочной и т.д.).

Известно устройство для приготовления шоколадных масс, включающее шариковую мельницу, выполненную в виде вертикального рабочего цилиндра с рубашкой, на внешней поверхности которого расположены постоянные магниты, помещенные в рабочем цилиндре вал с горизонтальными дисками и ферромагнитные измельчающие элементы в форме шариков, насос с трубопроводом подачи массы, загрузочное и разгрузочное приспособление.

Известно электромеханическое устройство для обработки шоколадных масс, содержащее вертикальную цилиндрическую емкость, стенка которой образована из нескольких элементов, составляющих постоянный электромагнит, установленную в средней части емкости решетку из неферромагнитного материала, ротор, на котором закреплены прямоугольные лопасти для дополнительной обработки массы, причем лопасть в нижней части емкости перпендикулярна лопасти в верхней части, постоянный электромагнит, загрузочный и разгрузочный патрубки и измельчающие ферромагнитные элементы в форме шариков, в верхней части емкости большего диаметра, чем в нижней.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении эффективности процессов перемешивания и разрушения частиц твердой фазы дисперсных систем, улучшении качества готовых изделий за счет выравнивания гранулометрического состава продуктов помола и их однородности.

Для решения этой задачи в отличие от известного электромеханического устройства, содержащего вертикальную емкость с торцевыми щитами, загрузочным и разгрузочным патрубками, сообщенный с приводным валом двигателя перемешивающий орган, размещенные в емкости измельчающие ферромагнитные элементы в форме шариков и постоянный электромагнит, выполненный из магнитопроводов с регулируемыми токовыми обмотками управления, сообщенными с источником питания, в заявляемом техническом решении емкость выполнена в виде диамагнитного тонкостенного стакана прямоугольного сечения и размещена в диамагнитном цилиндрическом корпусе, магнитопроводы имеют С-образную форму с плоскими полюсами и вмонтированы горизонтально в диамагнитный корпус, при этом токовые обмотки управления соединены с источником питания через коммутатор с возможностью поочередного включения, перемешивающий орган представляет собой спирали, навитые из пластин ферроэласта, причем длина пласти, шаг и средний диаметр витков спиралей уменьшаются в направлении к оси емкости, концы спиралей жестко закреплены к обоймам, установленным в торцевых щитах емкости с возможностью вращения, а верхняя обойма соединена с приводным валом двигателя через вариатор скорости.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема электромеханического устройства для измельчения и перемешивания пищевых продуктов; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Устройство содержит электропривод с вариатором скоростей (не показаны), вертикально расположенную емкость 1, ферромагнитные измельчающие элементы 2 в форме шариков, торцевые щиты 3 с установленными в них на подшипниках обоймами 4, к которым жестко закреплены концы спиралей 5 (на фиг. 1 для наглядности представлены только 2 спирали, их может быть n). Емкость 1 выполнена в виде диамагнитного стакана 6 прямоугольного сечения, помещена в диамагнитный корпус 7 с вмонтированными в нем горизонтально С-образными с плоскими полюсами магнитопроводами 8, на которых размещены обмотки управления 9. Токовые обмотки управления 9 соединены с источником питания через коммутатор (не показан) с возможностью поочередного включения. Верхняя обойма 4 соединена с приводным валом электродвигателя через вариатор скоростей. Диамагнитный корпус 7 жестко укреплен на стойке 10. Загрузка и выгрузка продукта осуществляется через загрузочный 11 и разгрузочный 12 патрубки, выполненные в торцевых щитах 3. Пластины спиралей 5 выполнены из ферромагнитного порошка, например, карбонильного железа, связанные между собой эластичным материалом, например, полиуретаном в соотношении 1,5:1. Ферроэласт обладает электромагнитными свойствами и под действием электромагнитного поля может изменять свою толщину и геометрическую форму. Ферроэласты имеют высокие физико-механические показатели (сочетание высокой термостойкости и высокой прочности с низким накоплением остаточной деформации при длительном нагружении и воздействии температуры). Пластины благодаря высокой прочности и эластичности ферроэласта навиты в форме спиралей, причем длина пластин, шаг и средний диаметр витков спиралей уменьшаются в направлении к оси емкости 1.

Диамагнитный стакан 6, торцевые щиты 3 и диамагнитный корпус 7 устройства могут быть выполнены из твердых сплавов, например, легированной стали.

Коммутатор представляет собой электронную схему для регулирования силы тока в обмотках управления 9 и поочередного их подключения к источнику постоянного тока и может быть выполнен, например, на специальных бесконтактных устройствах тиристорах.

Устройство работает следующим образом. Продукт, подлежащий обработке, насосом через загрузочный патрубок 11 подается непрерывным потоком в емкость 1. Включается приводной электродвигатель. Вариатором скоростей устанавливается требуемая технологией обработки продукта частота вращения обоймы 4, от которой момент вращения передается спиралям 5, расположенным в емкости 1. Одновременно через коммутатор, работающий по заданной программе, от источника питания поочередно подаются импульсы постоянного по знаку электрического тока в обмотки управления 9 магнитопроводов 8 (например, включаются в работу верхний и нижний электромагниты).

В магнитопроводах 8 магнитодвижущие силы (МДС), создаваемые обмотками управления 9 по обе стороны стакана 7 между полюсами, складываются и магнитное поле замыкается через ферромагнитный заполнитель (шары 2 и спирали 5), обеспечивая его промагничивание.

Под действием электромагнитных сил измельчающие элементы 2 втягиваются в зоны действия электромагнитного поля между полюсами магнитопроводов 8, совершая скачкообразные движения по вертикали устройства.

Ферромагнитные измельчающие элементы 2, притягиваясь и сцепляясь между собой поверхностями витков спиралей 5 и полюсами магнитопровода 8, образуют пространственные построения, которые непрерывно разрушаются и организуются в новые за счет деформации спиралей, разности их окружных скоростей и неподвижной внутренней поверхности стакана 6, что обеспечивает механическую связь между рабочими органами устройства, которая проявляется в виде ударных, истирающих и сдвиговых силовых взаимодействий по частицам обрабатываемого продукта.

Таким образом, под действием электромагнитных сил: феррошары 2 втягиваются в зоны действия электромагнитного поля между полюсами магнитопроводов 8, совершая при этом скачкообразные движения; спирали 5, выполненные из упругого магнитного материала с высокой прочностью и низким накоплением остаточной деформации при нагружении, намагничиваются и втягиваются в зоны действия магнитного поля, при этом они деформируются, уменьшая шаг витков и увеличивая их средний диаметр, но сохраняя при этом соотношение геометрических параметров соседних спиралей 5. (Спирали 5 в зоне обесточенных обмоток управления 9 растягиваются с увеличением шага и уменьшением среднего диаметра их витков). В результате витки спиралей 5 совершают вращательное и возвратно-поступательное движение как по вертикали, так и по горизонтали емкости 1; за счет разности окружных скоростей поверхностей витков спиралей 5, которая обеспечивается разностью длин пластин из ферроэласта, а также разности скоростей между вращающимися спиралями 5 и неподвижным стаканом осуществляется разрыв жесткой механической связи между указанными элементами (разрыв структурных построений из феррошаров 2), обеспечивающей интенсивное силовое воздействие по частицам обрабатываемого продукта, находящегося в емкости 1.

Описанное перемещение витков спиралей (с разностью скоростей) обеспечивает также турбулизацию потоков обрабатываемого материала, что способствует интенсификации процесса перемешивания, и в конечном итоге, улучшению качества готового продукта.

При переключении коммутаторов питания обмоток управления 9 происходят аналогичные процессы перемещения и взаимодействия рабочих органов, а также организации и разрушения структурных построений из феррошаров и продукт, подлежащий обработке, подвергается в зонах действия магнитного поля различным деформациям: удару, сжатию, истиранию, сдвигу, что интенсифицирует процессы его обработки (измельчение дисперсной фазы, разрушение структуры, перемешивание). Прошедший обработку продукт выгружается через разгрузочный патрубок 12 и поступает на дальнейшую обработку.

Таким образом, под действием магнитного поля, создаваемого магнитопроводами, обмотки управления которых переключаются в заданной последовательности коммутатором, измельчающие элементы и витки спиралей рывками перемещаются от одних полюсов к следующим, совершая возвратно-поступательное движение, и рабочие органы аппарата находятся в непрерывном механическом взаимодействии, которое проявляется как в виде образования и разрушения фрикционных связей, так и в виде ударных импульсов. Количество магнитопроводов с обмотками управления выбирается в зависимости от технологических требований и физико-химических свойств обрабатываемого материала.

Схема замыкания магнитных потоков показана на фиг. 1 (для модификации с 3-мя магнитопроводами): сплошными линиями обозначен путь следования магнитного потока в начальный период времени (при работе верхнего и нижнего электромагнитов); пунктирными линиями в последующий момент времени (при работе среднего электромагнита).

Коммутатором по заданной программе обеспечивается непрерывное поочередное включение обмоток управления.

Выполнение емкости 1 съемной с прямоугольным поперечным сечением позволяет наиболее просто расположить ее в зазоре между плоскими полюсами магнитопровода 8, упростить конструкцию, увеличить срок эксплуатации, а также использовать корпус для нескольких модификаций емкости. При этом зазор между плоскими полюсами получается постоянный, что обеспечивает постоянную напряженность магнитного поля, а это, в свою очередь, обеспечивает равномерное распределение силовых нагрузок и увеличение числа производственных контактов по частицам продукта, способствуя выравниванию гранулометрического состава его твердой фазы, а следовательно, и улучшению качественных и экономических показателей при получении готовых изделий.

С целью уменьшения магнитного сопротивления прохождению магнитного потока стакан выполнен тонкостенным. Выполнение емкости с прямоугольным сечением увеличивает число производственных контактов между феррошарами и его поверхностью, что также интенсифицирует процесс диспергирования.

Кроме того, в данном устройстве путем подбора соответствующей частоты переключения электромагнитных обмоток магнитопроводов можно обеспечить перемещение измельчающих органов с изменяющейся скоростью, что также повышает эффективность процессов перемешивания и измельчения.

Благодаря использованию постоянного по знаку электрического тока, который обеспечивает пропорциональность изменения величины магнитной индукции в объемах обработки, вплоть до достижения состояния насыщения стали магнитопровода, осуществляется тонкое и надежное регулирование величины силовых нагрузок по частицам продукта с небольшими затратами мощности (десятки ватт), а следовательно, и осуществляется эффективное и экономичное регулирование процессами измельчения и перемешивания, что позволяет получить продукт с требуемыми физико-химическими показателями (вязкость, дисперсность, однородность и т.д.).

При втягивании ферромагнитной загрузки емкости в зону действия магнитного поля увеличивается магнитная проницаемость μ в зонах обработки, а следовательно, увеличивается магнитодвижущая сила обмоток управления и величина индукции B при тех же затратах энергии. Величина индукции В является определяющим фактором интенсивности и эффективности проведения процессов измельчения и перемешивания продуктов в данном устройстве.

Выполнение корпуса 7 из диамагнитного материала с ферромагнитными магнитопроводами С-образной формы позволяет обеспечить заданный условиями обработки путь следования магнитного потока, требуемую топологию и характеристики деформированного магнитного поля в емкости, а также исключить потоки рассеяния, что положительно сказывается на энергетических и силовых параметрах работы устройства.

Технико-экономическая эффективность заключается в повышении производительности устройства, уменьшении его энерго- и металлоемкости, улучшении экономических и вкусовых достоинств готовых изделий при одновременном сокращении затрат сырья и трудовых ресурсов.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ, содержащее вертикальную емкость с торцевыми щитами, загрузочным и разгрузочным патрубками, сообщенный с приводным валом двигателя перемешивающий орган, размещенные в емкости измельчающие ферромагнитные элементы в форме шариков и постоянный электромагнит, выполненный из магнитопроводов с регулируемыми токовыми обмотками управления, сообщенными с источником питания, отличающееся тем, что емкость выполнена в виде диамагнитного тонкостенного стакана прямоугольного сечения и размещена в диамагнитном цилиндрическом корпусе, магнитопроводы имеют С-образную форму с плоскими полюсами и вмонтированы горизонтально в диамагнитный корпус, при этом токовые обмотки управления соединены с источником питания через коммутатор с возможностью поочередного включения, перемешивающий орган представляет собой спирали, навитые из пластин ферроэласта, причем длина пластин, шаг и средний диаметр витков спиралей уменьшаются в направлении к оси емкости, концы спиралей жестко прикреплены к обоймам, установленным в торцевых щитах емкости с возможностью вращения, а верхняя обойма соединена с приводным валом двигателя через вариатор скоростей.