ФОРМУЮЩАЯ ГОЛОВКА ЭКСТРУДЕРА Российский патент 2003 года по МПК B29C47/12 B29C47/22 

Изобретение относится к оборудованию для экструзионной обработки пищевых продуктов и может быть использовано для производства экструдированных пищевых продуктов в различных отраслях пищевой промышленности, например для производства кукурузных палочек, а также в других отраслях промышленности, применяющих экструзию.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является экструзионная (формующая) головка для полимеров, содержащая корпус с упругим входным конусообразным элементом, расположенным по внутренней поверхности корпуса, ряд втулок, смонтированных соосно продольной оси головки, подпружиненных с одного торца и контактирующих другим торцом с упругим элементом, и формующий канал [а. с. СССР 716851, кл². В 29 F 3/04, 25.02.80. Бюл. 7].

Недостатком известной конструкции экструзионной (формующей) головки является невозможность "автоматического" регулирования и поддержания требуемого давления в заданных пределах в матричной зоне экструдера и, как следствие, сложность получения экструдатов высокого качества.

Технической задачей изобретения является повышение качества продукта за счет стабилизации и "автоматического" поддержания оптимального давления в матричной зоне экструдера.

Поставленная задача достигается тем, что формующая головка экструдера, содержащая корпус с упругим входным конусообразным элементом, расположенным по внутренней поверхности корпуса, новым является то, что упругий конусообразный элемент контактирует с сегментными цилиндрическими секторами, имеющими радиальные полые выступы, которые взаимодействуют с пружинами, установленными в радиальных направляющих, жестко закрепленных в корпусе, края сегментных цилиндрических секторов входят в секторные вырезы фиксирующих дисков, причем длина радиальных направляющих определяет величину максимального радиального расширения упругого конусообразного элемента, а величина его минимального радиального расширения определяется размером секторного выреза дисков, радиусом сегментных цилиндрических секторов и жесткостью пружин.

При нарушении устойчивого режима работы экструдера (пульсации производительности и давления в случае неоднородности смеси) или изменении режима работы, например при смене состава смеси, требуется изменение живого сечения формующего канала.

Технический результат заключается в том, что в предлагаемом устройстве предусматривается "автоматическое" изменение живого сечения формующего канала за счет неизбежных пульсаций давления в предматричной зоне экструдера.

На фиг.1 изображена формующая головка экструдера, на фиг.2 - схема взаимодействия основных деталей формующей головки экструдера, на фиг.3 - графическая зависимость давления в предматричной зоне экструдера от диаметра проходного сечения упругого конусообразного элемента при различной начальной влажности экструдата (смеси 85% картофельных хлопьев и 15% сухого обезжиренного молока).

Формующая головка экструдера (фиг.1, фиг.2) содержит матрицу 1, упругий конусообразный элемент 2, сегментные цилиндрические секторы 3, имеющие радиальные полые выступы 7, два фиксирующих диска 6 и радиальные направляющие 5. Пружины 4 с одной стороны входят в радиальные полые выступы 7, а с другой - в радиальные направляющие 5, жестко закрепленные с внутренней стороны корпуса матрицы 1. Фиксирующие диски 6 имеют секторные вырезы, число которых равно числу сегментных цилиндрических секторов 3 (на фиг.1 их изображено четыре), причем длина дуги секторного выреза диска 6 такова, что обеспечивает свободное вхождение в него сегментного цилиндрического сектора 3.

Края сегментных цилиндрических секторов 3 входят в секторные вырезы фиксирующих дисков 6, образуя при этом секционированную оболочку.

Величина высоты секторных вырезов фиксирующих дисков 6 определяет в дальнейшем величину радиального перемещения сегментных цилиндрических секторов 3, а следовательно, и величину максимального радиального расширения упругого конусообразного элемента 2.

Длина радиальных направляющих 5 определяет величину максимального радиального расширения упругого конусообразного элемента 2. При аварийной поломке пружин 4 радиальные направляющие 5 выполняют функцию предохранителей, препятствуя дальнейшему радиальному расширению упругого конусообразного элемента 2, так как в них упрутся радиальные полые выступы 7 сегментных цилиндрических секторов 3.

Пружины 4 в формующей головке экструдера находятся в предварительно сжатом состоянии для обеспечения стабильного значения давления в предматричной зоне при работе экструдера. Упругий конусообразный элемент 2 прижимается к пружинам 4 с помощью радиальных полых выступов 7 сегментных цилиндрических секторов 3. При этом пружины 4 находятся в свободном состоянии и центрируются при помощи радиальных направляющих 5 и радиальных полых выступов 7 сегментных цилиндрических секторов 3.

Величина минимального радиального расширения упругого конусообразного элемента 2 определяется размером секторного выреза дисков 6, радиусом сегментных цилиндрических секторов 3 и жесткостью пружин 4.

Для лучшего распределения нагрузок от пружин 4 на секционированную оболочку, собранную в обойму с помощью двух фиксирующих дисков 6, установлены радиальные полые выступы 7. Данная оболочка позволяет предотвратить преждевременный износ упругого конусообразного элемента 2 и обеспечить равномерное распределение нагрузки по его поверхности для получения экструдата высокого качества.

Одним из серьезных недостатков экструдеров, используемых в пищевой промышленности, является трудность стабилизации давления в предматричной зоне. Одним из факторов, обуславливающих высокое качество экструзионных изделий, является постоянство величины температуры продукта в предматричной зоне экструдера. Значительные отклонения температуры вызывают разложение термолабильных питательных веществ. Величина температуры в свою очередь определяется величиной давления в предматричной зоне экструдера. Поддержание давления в заданных пределах позволяет проводить экструзионную обработку при оптимальной температуре. В предлагаемой конструкции формующей головки экструдера предлагается поддерживать оптимальную величину давления за счет изменения величины проходного сечения упругого конусообразного элемента 2.

Установлено, что давление продукта в предматричной зоне экструдера гиперболически уменьшается с увеличением диаметра проходного сечения матрицы (фиг.3). Анализ зависимостей на фиг.3 позволяет сделать заключение о преобладающем влиянии на температуру и давление экструдата величины диаметра проходного сечения упругого конусообразного элемента 2.

При увеличении величины давления в предматричной зоне экструдера сверх допустимого рабочего интервала, соответствующего установившемуся режиму работы, требуется быстрое оперативное вмешательство, направленное на поддержание стабильного давления продукта за счет изменения проходного сечения упругого конусообразного элемента 2.

Предлагаемая формующая головка работает следующим образом.

Расплав продукта из экструдера поступает в упругий конусообразный элемент. При резком увеличении давления в предматричной зоне экструдера соответственно возрастает величина давления продукта на внутренние стенки упругого конусообразного элемента 2. Как только величина давления продукта превысит жесткость пружин 4, происходит увеличение проходного сечения канала за счет упругого материала конусообразного элемента 2. Пружины 4 при этом сжимаются, а сегментные цилиндрические секторы 3 перемещаются в секторных вырезах фиксирующих дисков 6. Это продолжается до тех пор, пока давление продукта в элементе 2 не сравняется с жесткостью пружин 4. Интенсивный отвод продукта из экструдера обеспечивает снижение давления продукта на внутреннюю поверхность упругого конусообразного элемента 2. Затем под действием сил сжатия пружин геометрические размеры упругого конусообразного элемента 2 возвращаются в исходное положение, соответствующее установившемуся режиму работы экструдера.

Пределы регулирования проходного сечения упругого конусообразного элемента 2, рабочие характеристики пружин и их количество определяются производительностью экструдера, геометрическими размерами матрицы, а также реологическими свойствами перерабатываемого сырья.

Увеличение проходного сечения упругого конусообразного элемента 2 приводит к снижению давления (фиг.3), а это в свою очередь приводит к снижению температуры экструдата.

Предложенная конструкция головки позволяет оптимизировать процесс регулирования температурного режима при экструдировании различного сырья за счет изменения проходного сечения упругого конусообразного элемента 2.

Таким образом, использование изобретения позволит:
- получать готовый продукт высокого качества за счет оптимального температурного режима вследствие стабилизации давления в упругом конусообразном элементе при помощи пружин;
- оптимизировать процесс экструдирования различного исходного сырья за счет поддержания оптимального давления вследствие регулирования величины температуры продукта в предматричной зоне;
- расширить область применения за счет достигнутой универсализации механизма стабилизации давления.

Изобретение относится к оборудованию для экструзионной обработки пищевых продуктов и может быть использовано для производства экструдированных пищевых продуктов в различных отраслях пищевой промышленности, например для производства кукурузных палочек, а также в других отраслях промышленности, применяющих экструзию. Формующая головка содержит корпус с упругим входным конусообразным элементом, расположенным по внутренней поверхности корпуса. Упругий конусообразный элемент контактирует с сегментными цилиндрическими секторами, имеющими радиальные полые выступы. Выступы взаимодействуют с пружинами, установленными в радиальных направляющих, жестко закрепленных в корпусе. Края сегментных цилиндрических секторов входят в секторные вырезы фиксирующих дисков. Длина радиальных направляющих определяет величину максимального радиального расширения упругого конусообразного элемента. Величина его минимального радиального расширения определяется размером секторного выреза дисков, радиусом сегментных цилиндрических секторов и жесткостью пружин. Изобретение обеспечивает стабилизацию и автоматическое поддержание оптимального давления в матричной зоне экструдера. 3 ил.

Формующая головка экструдера, содержащая корпус с упругим входным конусообразным элементом, расположенным по внутренней поверхности корпуса, отличающаяся тем, что упругий конусообразный элемент контактирует с сегментными цилиндрическими секторами, имеющими радиальные полые выступы, которые взаимодействуют с пружинами, установленными в радиальных направляющих, жестко закрепленных в корпусе, края сегментных цилиндрических секторов входят в секторные вырезы фиксирующих дисков, причем длина радиальных направляющих определяет величину максимального радиального расширения упругого конусообразного элемента, а величина его минимального радиального расширения определяется размером секторного выреза дисков, радиусом сегментных цилиндрических секторов и жесткостью пружин.