ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОРОШКООБРАЗНЫХ СЫПУЧИХ ПРОДУКТОВ ШОКОЛАДНОГО ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 1995 года по МПК A23G1/18 

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к кондитерской ее отрасли, и может быть использовано при измельчении какао-бобов, добавок, специй, какао-продуктов и кондитерских масс в шоколадном производстве.

Известна установка для приготовления шоколадных масс, содержащая шариковую мельницу, насос, резервуар для исходной шоколадной массы и трубопровод. Для повышения производительности и обеспечения контроля дисперсного состава смеси она снабжена блоком контроля дисперсного состава смеси и дополнительным насосом с системой регулирования его производительности, при этом блок контроля дисперсного состава смеси состоит из ультразвукового вибратора с генератором и приемника колебаний с пьезоэлектрическим элементом и связан с системой регулирования производительности дополнительного насоса, шариковая мельница снабжена отводным патрубком, соединяющим верхнюю часть через дополнительный насос с резервуаром для исходной смеси, а ультразвуковой вибратор и приемник колебаний блока контроля дисперсного состава смеси установлены в патрубке перед дополнительным насосом [1].

Известна установка для приготовления шоколадных масс, содержащая шариковую мельницу с отводным патрубком, насос, резервуар для исходной шоколадной массы и трубопровод, блок контроля дисперсного состава смеси и дополнительный насос с системой регулирования его производительности. Блок контроля дисперсного состава состоит из ультразвукового вибратора с генератором и приемника колебаний с пьезоэлектрическим элементом и связан с системой регулирования производительности дополнительного насоса. Отводной патрубок шариковой мельницы соединяет ее верхнюю часть через дополнительный насос с резервуаром для исходной смеси. Ультразвуковой вибратор и приемник колебаний блока контроля дисперсного состава смеси установлены в патрубке перед дополнительным насосом. Для повышения производительности установка снабжена двумя парами электромагнитов постоянного тока, смонтированных на наружной стороне корпуса мельницы, расположенных диаметрально со смещением один относительно другого на 90^о; системами автоматического регулирования частоты вращения валов мельницы и автоматического управления работой электромагнитов, причем каждая система содержит последовательно установленные усилитель сигнала, фазовый дискриминатор и блок управления, а усилители сигналов обеих систем соединены параллельно с блоком контроля дисперсного состава смеси через блок сравнения, при этом размольные шарообразные элементы выполнены из ферромагнитного материала [2].

Цель изобретения - увеличить силовое воздействие измельчающих ферромагнитных элементов на поступающий в рабочую емкость для обработки продукт, повысить эффективность его разрушения и уменьшить энергетические затраты.

Для этого известное электромеханическое устройство для обработки шоколадных масс, содержащего емкость с установленным по ее оси месильным органом, измельчающими ферромагнитными элементами, загрузочным и разгрузочным патрубками, укрепленные на наружной стенке емкости две пары электромагнитов с полюсными наконечниками и обмотками управления, источник постоянного тока и систему автоматического управления работой электромагнитов; снабжено дополнительными, аналогичными основными, двумя парами электромагнитов, смонтированных в плоскости, перпендикулярной к оси емкости, а их обмотки управления сообщены с источником постоянного тока через коммутатор и резистор, емкость установлена горизонтально и оборудована дополнительным разгрузочным патрубком, причем оба патрубка расположены внизу емкости за электромагнитами, стенка емкости выполнена из ферромагнитного материала и разделена на части двумя неферромагнитными кольцами, установленными между соседними парами в основных и дополнительных электромагнитах, при этом части емкости за кольцами в направлениях перемещения продукта к разгрузочным патрубкам имеют меньший внутренний диаметр, а одна пара электромагнитов и в основных, и в дополнительных электромагнитах размещена в соответствующей части емкости меньшего диаметра, измельчающие элементы имеют вид удлиненных призм с основанием и высотой, уменьшающимися в направлениях перемещения продукта к разгрузочным патрубкам, месильный орган представляет собой шнек из ферромагнитного материала с лево-правой навивкой и витками треугольного профиля в продольном сечении, при этом шаг и угол наклона витков к оси шнека уменьшаются, а угол при вершине витков увеличивается в направлениях перемещения продукта к разгрузочным патрубкам, а в средней части емкости непосредственно под загрузочным патрубком в зацеплении один с другим и с витками шнека установлены два зубчатых колеса из неферромагнитного материала. Измельчение поступающего продукта в предлагаемом устройстве осуществляется предварительно зубчатыми колесами (I этап измельчения), а затем в зоне действия электромагнитов (II и III этапы) измельчающими ферромагнитными элементами. В устройстве создается увеличивающее по ходу движения силовое воздействие на поступающий в рабочую емкость обрабатываемый продукт, в результате чего в одном устройстве осуществляются стадии крупного, среднего и тонкого измельчения при минимальных затратах энергии.

На фиг.1 схематично изображено электромагнитное устройство для обработки порошкообразных сыпучих продуктов шоколадного производства; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Электромеханическое устройство содержит горизонтально расположенную емкость 1, стенка 2 которой выполнена из ферромагнитного материала. Вдоль оси емкости 1 установлен месильный орган, представляющий собой шнек 3 из ферромагнитного материала с левоправой навивкой и витками 4 треугольного профиля в продольном сечении. Над шнеком 3 расположены находящиеся в зацеплении один с другим и с витками 4 шнека 3 два зубчатых колеса 5. Снаружи емкости 1 в плоскости, перпендикулярной к ее оси, смонтированы четыре пары электромагнитов 6 с обмотками управления 7. К электромагнитам прикреплены полюсные наконечники 8. Обмотки управления электромагнитов 6 подключены через резистор и коммутатор к источнику постоянного тока (не показан). Стенка емкости 1 разделена на части двумя неферромагнитными кольцами 9, установленными между соседними парами в основных и дополнительных электромагнитах 6. Емкость 1 заполнена измельчающими элементами 10, имеющими вид удлиненных призм с основанием и высотой, уменьшающимися в направлениях перемещения продукта к разгрузочным патрубкам. Загрузка обрабатываемого продукта осуществляется через патрубок 11, а разгрузка - через патрубки 12.

Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемый продукт непрерывным потоком подается через загрузочный патрубок 11 в рабочую емкость 1. Приводятся во вращение шнек 3 и находящиеся с ним в зацеплении зубчатые колеса 5, одновременно через резистор и коммутатор подается импульсное питание на обмотки управления 7 электромагнитов 6. В емкости 1 обрабатываемый продукт предварительно измельчается вращающимися один навстречу другому зубчатыми колесами 5 (I ступень измельчения); попадает на шнек 3 и продвигается с постоянной скоростью вдоль емкости 1 к разгрузочным патрубкам 12. Попадая в зоны действия первой пары электромагнитов 6 (слева или справа симметрично относительно зубчатых колец 5), обрабатываемый продукт подвергается интенсивной обработке со стороны измельчающих ферромагнитных элементов 10, выполненных в виде призм. При неподвижном шнеке 3 ферромагнитные элементы 10 образуют пространственные структуры построения, расположенные по направлению силовых линий магнитного поля, и осуществляют жесткую механическую связь между стенкой 2 емкости 1 и шнеком 3.

При прохождении импульсного постоянного тока заданной полярности по обмоткам управления 7 электромагнитов 6 возникают магнитодвижущие силы F₁ и F₂ (соответственно в первой и второй паре электромагнитов 6), которые проводят магнитные потоки Φ₁ и Φ ₂ по участкам электромеханического устройства, образуя при этом две замкнутые магнитные цепи. Путь следования магнитных потоков показан на фиг.2 пунктирными линиями. На каждом из четырех пар электромагнитов 6 магнитодвижущие силы F₁^l и F₂^l, создаваемые токовыми обмотками по обе стороны емкости между полюсными наконечниками 8, складываются (F₁= 2F₁^l и F₂=2F₂^l). Магнитное поле замыкается, обеспечивая промагничивание всей массы элементов 10 и создавая внутри каждой пары большую и заданную технологией обработки продукта легкорегулируемую магнитную индукцию (индукция В в емкости 1 и сила тока I в обмотках управления 7 для постоянного по знаку тока имеют прямо пропорциональную зависимость). При этом с уменьшением диаметра камеры по ходу движения продукта в зоне действия второй пары электромагнитов 6 уменьшается магнитное сопротивление магнитной цепи устройства, что приводит к увеличению индукции в рабочем объеме при тех же затратах энергии и способствует созданию жесткого режима измельчения.

Под действием электромагнитных сил элементы 10 намагничиваются и, притягиваясь и сцепляясь один с другим, поверхностью шнека 3 и стенкой 2 емкости 1, организуются в пространственные построения по направлению силовых линий магнитного поля. При вращении шнека 3 эти построения искривляются, деформируются, растягиваются и разрываются. Разрушение построений происходит и при их встречном ударе с поверхностью шнека 3. Под действием электромагнитных сил элементы 10 мгновенно организуются и образуют новые пространственные построения. Процесс образования и разрушения структурных построений происходит мгновенно и непрерывно.

В зоне действия первой пары электромагнитов 6 происходит II ступень измельчения и продукт подвергается силовому воздействию в виде: удара, сжатия, истирания и сдвига по всему объему рабочей камеры в зоне действия магнитов. Обмотки управления 7, подключенные к источнику постоянного тока, переключаются коммутатором в заданной по программе последовательности, и элементы 10 под действием изменяющейся полярности полюсных наконечников поворачиваются на 180^о, тем самым обеспечивая дополнительное измельчение и перемешивание обрабатываемого продукта. При этом величина силового воздействия на продукт со стороны измельчающих элементов, зависящая от величины индукции электромагнитного поля в рабочем объеме, регулируется резисторами путем изменения силы тока в обмотках управления.

Применение в устройстве для осуществления процесса измельчения постоянного по знаку электромагнитного поля, создаваемого постоянным током, протекающим по обмоткам управления, позволяет осуществить (с небольшими затратами мощности на управление) легкое и надежное регулирование как характера и интенсивности движения измельчающих элементов, так и величины силовых воздействий на продукт, что позволяет подчинить работу устройства технологическим требованиям обработки продукта.

После поворота элементов 10 происходит аналогичный процесс образования и разрушения структурных построений из них, в результате чего в зоне действия первой пары электромагнитов 6 (слева и справа симметрично) обрабатываемая масса подвергается значительному силовому воздействию, продукт измельчается по получения частиц средней степени измельчения. Пройдя обработку в зоне действия первой пары магнитов продукт попадает в зону действия второй пары электромагнитов 6, где осуществляется жесткий режим измельчения и продукт дополнительного подвергается более интенсивному аналогичному по способу организации воздействию, в результате которого достигается получение продукта, содержащего наибольшее число частиц тонких (III ступень измельчения). Полученный продукт не задерживается в зоне действия электромагнитов 6, а перемещается к разгрузочным патрубкам 12, пройдя последовательно три ступени измельчения.

Известно, что в крупнодисперсном обрабатываемом материале получение наибольшего количества частиц тонкой фракции обеспечивается при измельчении его на жестких режимах обработки. При обработке исходного материала только на жестком или только на мягком режимах измельчения выход тонких фракций в полученном продукте значительно ниже, чем при обработке в предлагаемом устройстве. После предварительного измельчения зубчатыми колесами 5 продукт последовательно проходит обработку сначала на мягком режиме обработки (внутренний диаметр емкости 1 в зоне действия основной пары электромагнитов 6 по ходу движения продукта больший, напряжение и величина импульсов постоянного тока, подаваемых на обмотки этой пары, ниже, магнитодвижущая сила F₁ и магнитная индукция В₁ также имеют меньшее значение, измельчающие элементы выполнены большего размера), а затем на жестком режиме измельчения (внутренний диаметр емкости 1 в зоне действия дополнительной пары электромагнитов 6 меньший, напряжение и величина импульсов постоянного тока, подаваемых на обмотки этой пары, выше, магнитодвижущая сила F₂ и магнитная индукция В₂ имеют большее значение, измельчающие элементы выполнены меньшего диаметра). При таком последовательном чередовании мягкого и жесткого режимов измельчения выход тонких фракций увеличивается при тех же затратах энергии, при этом также благодаря постоянной скорости перемещения продукта увеличивается количество частиц в узком и оптимальном диапазоне дисперсности, что улучшает качество готовых изделий.

Разделение стенки 2 емкости 1 на части двумя неферромагнитными кольцами 9, установленными между соседними парами в основных и дополнительных электромагнитах, а также установка электромагнитов 6 в плоскости, перпендикулярной к оси емкости 1, способствуют усилению действия магнитного поля на элементы 10 при тех же затратах энергии за счет создания требуемых режимами обработки замкнутых магнитных цепей, исключению потоков рассеяния, что в совокупности позволяет уменьшить длину силовых линий магнитного поля (см. фиг. 2), а следовательно, снизить магнитное сопротивление магнитных цепей устройства, что способствует в конечном итоге увеличению магнитной индукции В₁ и В₂ в зоне действия первой и второй пар электромагнитов 6 при минимальных затратах энергии.

При выполнении шнека 3 из ферромагнитного материала с левоправой навивкой и витками треугольного профиля в продольном сечении с уменьшающимися шагом и углом наклона витков к оси шнека и увеличивающимся в направлении перемещения продукта к разгрузочным патрубкам углом при вершине витков создается расклинивающее действие на продукт, который не задерживается, а выталкивается из межвиткового пространства шнека 3, тем самым исключая свое вращательное движение вместе с измельчающими элементами 10 и обеспечивая при этом увеличение силового воздействия на продукт. Это способствует обеспечению постоянной скорости перемещения продукта, стабилизации работы устройства и выравниванию гранулометрического состава исходного материала.

Выполнение части емкости 1 за кольцами в направлениях перемещения продукта к разгрузочным патрубкам 12 с меньшим внутренним диаметром также способствует усилению действия магнитного поля на элементы 10, что увеличивает эффективность обработки. С уменьшением внутреннего диаметра емкости 1 уменьшается магнитное сопротивление магнитной цепи, а следовательно, при этом ее значении магнитодвижущей силы (и тех же затратах энергии) (F₂=I₂˙W₂, где I₂ - сила тока в обмотках управления дополнительных пар электромагнитов 6; W₂ - число витков обмоток) увеличивается величина индукции В₂ магнитного поля в этих зонах, являющейся основным фактором интенсификации процесса измельчения.

Подключение обмоток 7 к источнику постоянного тока через коммутатор и резистор позволяет создавать в зоне действия электромагнитов 6 заданное по силовым характеристикам магнитное поле чередующейся полярности, в результате чего каждый измельчающий ферромагнитный элемент 10 выступает в роли мешалки, интенсивно перемешивая продукт, а также увеличивается число производственных контактов между этими элементами, проявляющихся в виде ударов, истирания и резания, что в совокупности интенсифицирует процесс обработки продукта.

Выполнение измельчающих элементов в виде удлиненных призм с основанием и высотой, уменьшающимися в направлениях перемещения продукта, создает, во-первых, дополнительный способ его обработки - резания (благодаря введению острых граней) и, во-вторых, позволяет получить конечный продукт с наибольшим количеством тонких фракций в узком и оптимальном диапазонах дисперсности. Зубчатые колеса 5 приводятся во вращение за счет сцепления с витками шнека 3, осуществляя при этом предварительный процесс диспергирования, что исключает необходимость установки дополнительного приводного двигателя и приводит к экономии электроэнергии.

Технико-экономическая эффективность устройства заключается в том, что предлагаемое устройство позволяет повысить производительность, получить продукт высокого качества при минимальных затратах энергии, сократить число стадий диспергирования продукта на различных устройствах (т.е. заменить три отдельных вида измельчителей одним), создать автоматическую систему управления процессом измельчения материалов, позволяющую подчинить работу устройства технологическим требованиям обработки.

Использование: в шоколадном производстве для измельчения какао-бобов, добавок, специй, какао-продуктов и кондитерских масс. Сущность: устройство содержит горизонтальную емкость с месильным органом в виде шнека из ферромагнитного материала с лево-правой навивкой и витками треугольного профиля в продольном сечении, при этом шаг и угол наклона витков к оси шнека уменьшаются, а угол при вершине витков увеличивается в направлениях перемещения продукта к разгрузочным патрубкам, расположенным внизу емкости. Непосредственно под загрузочным патрубком в средней части емкости в зацеплении один с другим и с витками шнека установлены два зубчатых колеса из неферромагнитного материала. Устройство снабжено четырьмя парами электромагнитов с полюсными наконечниками и обмотками управления, сообщенными с источником постоянного тока через коммутатор и резистор, и автоматической системой управления. Электромагниты укреплены на наружной стенке емкости в плоскости, перпендикулярной к ее оси. Стенка емкости выполнена из ферромагнитного материала и разделена на части двумя неферромагнитными кольцами, установленными между соседними парами электромагнитов, причем части емкости в направлениях перемещения продукта к разгрузочным патрубкам имеют меньший внутренний диаметр, а две пары электромагнитов размещены в соответствующих частях емкости меньшего диаметра. В емкости размещены измельчающие ферромагнитные элементы в виде удлиненных призм с основанием и высотой, уменьшающимися в направлениях перемещения продукта к разгрузочным патрубкам. 2 ил.

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОРОШКООБРАЗНЫХ СЫПУЧИХ ПРОДУКТОВ ШОКОЛАДНОГО ПРОИЗВОДСТВА, содержащее емкость с установленным по ее оси месильным органом, измельчающими ферромагнитными элементами, загрузочным и разгрузочным патрубками, укрепленные на наружной стенке емкости две пары электромагнитов с полюсными наконечниками и обмотками управления, источник постоянного тока и систему автоматического управления работой электромагнитов, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительными двумя парами электромагнитов, аналогичными основным, электромагниты смонтированы в плоскости, перпендикулярной оси емкости, а их обмотки управления сообщены с источниками постоянного тока через коммутатор и резистор, емкость установлена горизонтально и оборудована дополнительным разгрузочным патрубком, причем оба патрубка расположены в низу емкости за электромагнитами, стенка емкости выполнена из ферромагнитного материала и разделена на части двумя неферромагнитными кольцами, установленными между соседними парами с основных и дополнительных электромагнитах, при этом часть емкости за кольцами в направлениях перемещения продукта к разгрузочным патрубкам имеет меньший внутренний диаметр, а одна из пар электромагнитов в основных и в дополнительных электромагнитах размещена в соответствующей части емкости меньшего диаметра, измельчающие элементы имеют вид удлиненных призм с основанием и высотой, уменьшающимися в направлениях перемещения продукта к разгрузочным патрубкам, месильный орган представляет собой шнек из ферромагнитного материала с лево-правой навивкой и витками треугольного профиля в продольном сечении, при этом шаг и угол наклона витков к оси шнека уменьшаются, а угол при вершине витков увеличивается в направлениях перемещения продукта к разгрузочным патрубкам, а в средней части емкости непосредственно под загрузочным патрубком в зацеплении друг с другом и витками шнека установлены два зубчатых колеса из неферромагнитного материала.