КЛАПАН ГОМОГЕНИЗАТОРА Российский патент 2003 года по МПК B01F3/08 

Настоящее изобретение относится к клапану гомогенизатора, содержащему находящийся под давлением подвижный конус клапана, седло клапана и корпус клапана, окружающий конус и седло, при этом конус и седло расположены так, что между ними образовано сужение, создающее гомогенизирующую щель.

Гомогенизация представляет собой промышленный процесс, который используется продолжительное время и предназначен для обработки жировой эмульсии, такой, как например молоко, чтобы расщепить более крупные жировые шарики на более мелкие жировые шарики и таким образом стабилизировать жировую эмульсию. Например, для молока это означает, что предотвращается отстаивание сливок, и в настоящее время большая часть всего потребляемого молока гомогенизируется.

Обычно гомогенизацию осуществляют посредством механической обработки, например, жировой эмульсии, которая при высоком входном давлении проходит с высокой скоростью через очень узкую щель, где жировые шарики эмульсии дробятся в результате действия турбулентности, которая возникает при высоких скоростях, и с помощью пузырьков кавитации, которые взрываются в жидкости. Процесс осуществляется в течение очень короткого промежутка времени, и в этот промежуток времени скорость жировой эмульсии при ее прохождении возрастает, тогда как давление снижается, в результате чего жидкость будет кипеть.

Гомогенизатор состоит, по существу, из большого поршневого насоса, который создает высокое давление, и из устройства противодавления, в котором происходит гомогенизация. Устройство противодавления, клапан гомогенизатора, в свою очередь, состоит из находящегося под давлением упругого конуса клапана, седла клапана, компенсатора износа и корпуса клапана, который окружает конус клапана и седло клапана. Обычно конус клапана и седло клапана выполнены вращательно-симметричными и расположены так, что между этими двумя элементами создается радиальное сужение, которое образует гомогенизирующую щель. Высота, ширина и длина щели определяют объем, в котором происходит гомогенизация. Этот объем должен быть как можно небольшим, чтобы обеспечить эффективную гомогенизацию. Высота щели уменьшается при высоком давлении жидкости, которая должна быть гомогенизирована, и в то же самое время это означает, что при большем потоке высота щели увеличивается.

При гомогенизации пастеризованного молока, в отличие от молока ультравысокой обработки, используется более низкое давление и в то же самое время обеспечивается повышение величины потока. Это означает, в свою очередь, что клапан гомогенизатора необходимо выполнить более большим так, чтобы уменьшить высоту щели для получения глубокой гомогенизации при более низком давлении и повышенном потоке. Однако известно, что пропорциональное увеличение размеров существующих хорошо работающих клапанов гомогенизаторов на практике не всегда дает удовлетворительный результат. Чем больше находящаяся под давлением поверхность, тем больше будут возникающие силы, и клапан гомогенизатора должен быть также больше. В то же самое время затраты на такой клапан гомогенизатора возрастают в несколько раз.

Другой способ решения проблемы заключается в соединении параллельно нескольких гомогенизирующих щелей и получении таким образом большей длины щели, тем самым уменьшая высоту щели. Однако этот тип клапана гомогенизатора с параллельно соединенными гомогенизирующими щелями также имеет фиксированную высоту щели. Кроме того, недостатком его является неравномерный и неконтролируемый износ, что отрицательно влияет на результат гомогенизации.

В заявке на патент Швеции 9600792-7 показано еще одно решение, направленное на увеличение длины щели, заключающееся в том, что гомогенизирующая щель имеет заданный волнистый рельеф вдоль радиального сужения.

Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении клапана гомогенизатора с меньшей высотой гомогенизирующего зазора, которая может изменяться при изменении давления и потока.

Дополнительная задача настоящего изобретения заключается в разработке седла клапана, который может быть использован в существующих клапанах гомогенизаторов стандартного типа, но которые имеют существенно большую длину щели и могут тем самым использоваться при намного больших потоках без значительных затрат, присущих большим клапанам гомогенизатора.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в обеспечении возможности эффективного промывания клапана гомогенизатора, иначе говоря, в соблюдении чрезвычайно высоких требований, которые предъявляются к обработке пищевых продуктов.

Эти и другие задачи достигаются в соответствии с настоящим изобретением тем, что гомогенизирующий клапан описанного типа имеет определенный отличительный признак, заключающийся в том, что гомогенизирующая щель расположена концентрично вдоль сужения.

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения имеют дополнительные определенные отличительные признаки, изложенные в приложенной формуле изобретения.

Далее предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения будет описан более подробно со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 - вид сбоку, частично в разрезе, устройства в соответствии с изобретением;
фиг.2 - увеличенный вид, частично в разрезе, из круга А на фиг.1;
фиг.3 - вид сверху части конуса клапана; и
фиг.4 - вид сверху седла клапана.

На чертежах показаны только существенные признаки для лучшего понимания изобретения, и размещение клапана гомогенизатора в самом гомогенизаторе, который хорошо известен для специалиста в данной области, не показано.

Как показано на фиг.1, клапан 1 гомогенизатора в соответствии с настоящим изобретением состоит, по существу, из корпуса 2 клапана с впускным отверстием 3 и выпускным отверстием 4 для жидкости, которая подвергается гомогенизации, а также конуса 5 клапана и седла 6 клапана. Конус 5 клапана и седло 6 клапана расположены так, что между ними образовано сужение, гомогенизирующая щель 7.

В предпочтительном варианте осуществления седло 6 клапана выполнено вращательно-симметричным и имеет центральное сквозное расходное отверстие 8 для жидкости, которая должна быть гомогенизирована, образующее продолжение впускного отверстия 3 клапана 1 гомогенизатора. Относительно центральной плоскости 9 седло 6 клапана выполнено так, что оно является одинаковым по обеим сторонам от центральной плоскости 9, и поэтому может быть перевернуто в корпусе 2 клапана, что удваивает срок службы седла 6 клапана. На удалении по направлению к боковой поверхности седло 6 клапана снабжено кольцом 10, которое выполняет ту же самую функцию, что и компенсатор износа в обычных клапанах гомогенизаторов, и поэтому заменяет этот элемент.

Внутри кольца 10 седло 6 клапана имеет от двух до пяти возвышений 11. Эти возвышения 11 образуют одну границу гомогенизирующей щели 7. Как показано на фиг.4, возвышения 11 расположены концентрично вокруг сквозного расходного отверстия 8, и в предпочтительном варианте осуществления таких возвышений три. Возвышения 11 расположены так, что возвышение 11а, наиболее близкое к кольцу 10, находится на части 12 седла клапана, которая полностью прилегает к кольцу 10. Возвышения 11b и 11с находятся на части 13, которая прилегает к части 12 только посредством узких соединительных перемычек 14. Поэтому между частями 12 и 13 выполнены каналы 15 для части жидкости, которая должна быть гомогенизирована.

Как показано на фиг.2, возвышения 11 согласно предпочтительному варианту осуществления можно выполнить с небольшой верхней плоскостью, которая расположена под углом к окружающей поверхности. В качестве варианта возвышения 11 можно выполнить с более широкой верхней плоскостью и с прямолинейными границами относительно окружающих поверхностей.

Конус 5 клапана, который выполнен вращательно-симметричным, обычно находится под давлением посредством гидравлического или пневматического поршня 26, но в более простом варианте может быть прижат посредством установочного винта, который действует с помощью пружины. Кроме того, конус 5 клапана выполнен с возможностью перемещения, например, с помощью масла в цилиндре, чтобы демпфировать быстрые изменения потока, которые происходят в гомогенизируемой жидкости. Эта гибкость необходима для того, чтобы управлять изменениями потока, которые возникают в поршневых насосах.

Конус 5 клапана размещен в корпусе 2 клапана таким образом, что между конусом 5 клапана и возвышениями 11 седла 6 клапана находятся концентрично расположенные гомогенизирующие щели 7 высотой h. Сторона конуса 5 клапана, обращенная к седлу 6 клапана, образует вторую границу гомогенизирующей щели 7. Высоту h гомогенизирующей щели 7 можно изменять при изменении давления и потока путем перемещения конуса 5 клапана ближе к седлу 6 клапана или дальше от него. В предпочтительном варианте осуществления седло 6 клапана имеет три концентрично расположенные гомогенизирующие щели 7.

В предпочтительном варианте осуществления конус 6 клапана выполнен так, что нижняя часть, обращенная к седлу 6 клапана, состоит из отдельного элемента 16, при этом этот элемент закреплен на центральной части 17 конуса 5 клапана. Как показано на фиг.1, элемент 16 может быть закреплен, например, посредством винта 18. Относительно центральной плоскости 19 элемент 16 выполнен таким образом, что он является одинаковым по обеим сторонам от центральной плоскости 19, и поэтому может быть повернут, что удваивает срок службы элемента 16 конуса 5 клапана.

Как показано на фиг.3, элемент 16 конуса 5 клапана выполнен так, что он имеет цельную центральную часть 20 и часть 21, концентрично окружающую эту часть 20 и прилегающую к центральной части 20 только посредством узких соединительных перемычек 22. Таким образом, между этими частями 20 и 21 расположены каналы 23 для жидкости, которая гомогенизируется.

Жидкость, которая подлежит гомогенизации, обычно молоко, подают в гомогенизатор под давлением примерно 10-25 МПа. Обычно молоко имеет жирность 0,5-3,5% и температуру 55-80^oС.

Как показано стрелками на фиг.2, когда жидкость, подаваемая через впускное отверстие 3, достигает седла 6 клапана, она разделяется, частично в сквозной расходный канал 8 и частично в каналы 15. Затем жидкость проходит через одну из трех гомогенизирующих щелей 7, где происходит гомогенизация, и после этого жидкость сама распределяется, частично в каналы 23 и частично в канал 24, образованный между конусом 5 клапана и кольцом 10 седла 6 клапана. Поскольку жидкость всегда стремится протекать наиболее простым путем, то достигается относительно равномерное распределение жидкости через три гомогенизирующие щели 7. После гомогенизации жидкость выходит из клапана 1 гомогенизатора через выпускное отверстие 4.

Высота h щели обычно составляет 50-200 мкм. При прохождении жидкости наблюдается быстрое падение давления, до 0 МПа, и в это же самое время скорость потока жидкости возрастает, что приводит к кипению жидкости. Когда жидкость проходит щель 7, ее скорость уменьшается, а давление снова возрастает. Жидкость прекращает кипеть, а пузырьки взрываются в жидкости. В целом весь процесс происходит на интервале нескольких долей секунды и в интенсивных режимах, когда высокая скорость приводит к возрастанию турбулентности и кавитации, при этом частицы жира, которые находятся в жидкости, будут расщепляться на более мелкие частицы или шарики.

Благодаря достижению равномерного распределения жидкости между тремя гомогенизирующими щелями 7 и, кроме того, поскольку жидкость проходит под прямыми углами зазор 7, достигается чрезвычайно эффективное использование увеличенной длины зазора, и гомогенизатор с клапаном 1 гомогенизатора в соответствии с настоящим изобретением способен обработать примерно в три раза больший поток по сравнению с обычным клапаном гомогенизатора. Чтобы обрабатывать тот же самый поток в обычном клапане гомогенизатора необходимо увеличить его примерно в девять раз по весу и объему, а стоимость такого клапана гомогенизатора будет более чем в десять раз больше.

При условии, что седло 6 клапана и элемент 16 конуса 5 клапана имеют герметизирующие уплотнения 25 по отношению к корпусу 2 клапана и по отношению к части 17 соответственно, получается герметичный клапан 1 гомогенизатора, который удовлетворяет требованиям, предъявляемым в пищевой промышленности, и который можно промывать, используя обычное оборудование.

Как ясно из предшествующего описания, в настоящем изобретении предложен клапан 1 гомогенизатора, который можно не только использовать для усовершенствования существующих гомогенизаторов, но с помощью которого можно обрабатывать примерно в три раза больший поток по сравнению с соответствующим обычным клапаном гомогенизатора.

Изобретение относится к клапану гомогенизатора и может использоваться для обработки жировой эмульсии. Клапан содержит находящийся под давлением подвижный конус клапана, седло клапана и корпус клапана, который окружает конус и седло. Конус клапана и седло расположены так, что между ними образовано сужение, которое образует гомогенизирующую щель. Как конус, так и седло клапана выполнены вращательно-симметричными. Гомогенизирующая щель расположена концентрично вдоль радиального сужения в виде по меньшей мере двух или трех концентрических щелей. Клапан гомогенизатора используется для повышения эффективности гомогенизации жидкостей, таких, как пастеризованное молоко. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Клапан гомогенизатора, содержащий находящийся под давлением подвижный конус клапана, седло клапана и корпус клапана, окружающий конус и седло, при этом конус и седло расположены так, что между ними образовано сужение, создающее гомогенизирующую щель, отличающийся тем, что гомогенизирующая щель расположена концентрично вдоль сужения, причем гомогенизирующая щель состоит из, по меньшей мере, двух, а предпочтительно из трех концентрических щелей. 2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что конус клапана и седло клапана выполнены вращательно-симметричными. 3. Клапан по п. 1 или 2, отличающийся тем, что гомогенизирующая щель расположена радиально. 4. Клапан по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что седло клапана состоит из кольца, части, прилегающей к кольцу, и части, которая прилегает к части, прилегающей к кольцу, посредством узких соединительных перемычек для образования каналов между указанными частями. 5. Клапан по п.4, отличающийся тем, что части седла клапана имеют возвышения, размещенные так, что одно возвышение размещено на части, прилегающей к кольцу, а другие два возвышения размещены на части, которая прилегает к части, прилегающей к кольцу, при этом возвышения образуют одну границу гомогенизирующей щели. 6. Клапан по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что седло клапана выполнено относительно центральной плоскости так, что оно является одинаковым по обеим сторонам от этой центральной плоскости. 7. Клапан по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что конус клапана состоит из центральной части и элемента, при этом элемент закреплен с помощью винта на том конце центральной части, который повернут по направлению к седлу клапана. 8. Клапан по п.7, отличающийся тем, что элемент конуса клапана состоит из центральной части и части, концентрично окружающей центральную часть и прилегающей к центральной части посредством узких соединительных перемычек для образования каналов между указанными частями. 9. Клапан по п. 7 или 8, отличающийся тем, что элемент конуса клапана выполнен относительно центральной плоскости так, что он является одинаковым по обеим сторонам от этой центральной плоскости.