ШНЕКОВЫЙ ЭКСТРУДЕР Российский патент 2003 года по МПК B29C47/12 B29C47/24 

Изобретение относится к переработке пищевого сырья и может быть использовано в отраслях пищевой и перерабатывающей промышленности, применяющих экструзию.

Известен шнековый экструдер (Пат. 2147995, В 30 В 11/22, опубл. 27.04.2000 г. , Б. И. 12), в котором формующая головка выполнена с возможностью свободного перемещения относительно прессующего корпуса и снабжена устройством для измерения крутящего момента.

Недостатком данного устройства является отсутствие воздействий на параметры процесса экструзии, поэтому величина давления в предматричной зоне экструдера может скачкообразно изменяться. Это приводит к нестабильности процесса экструзии и, в свою очередь, ведет к ухудшению качества получаемого продукта.

Технической задачей изобретения является стабилизация давления в матричной зоне экструдера при изменении технологических параметров процесса в ходе экструдирования различного исходного сырья за счет энергии, появляющейся при пульсациях давления продукта, проходящего через матрицу.

Поставленная задача достигается тем, что в шнековом экструдере, содержащем цилиндрический корпус, оканчивающийся формующей головкой, выполненной с возможностью вращения относительно корпуса, загрузочное устройство и шнек, новым является то, что на внутренней конической поверхности формующей головки выполнен канал переменного сечения, глубина которого увеличивается в направлении уменьшения диаметра конуса, а на наружной поверхности формующей головки установлена втулка с канавкой, с которой взаимодействует шарик прижимного устройства, при этом контактирующие торцевые части корпуса и формующей головки имеют лабиринтное уплотнение.

При нарушении устойчивого режима работы экструдера (пульсации давления, которая может возникнуть, например, при наличии недостаточной однородности состава смеси, изменении режима работы или при смене рецептуры смеси и т.д.) требуется быстрое оперативное вмешательство, направленное на поддержание стабильного давления, посредством отвода части энергии движения продукта за счет регулирования силы прижатия шарика прижимным устройством.

Шнековый экструдер (см. чертеж) содержит цилиндрический корпус 1, оканчивающийся формующей головкой 10, выполненной с возможностью вращения относительно корпуса, загрузочное устройство 2 и шнек 3. Формующая головка 10 закреплена в гильзе 4 на подшипниках 6 и 9. Гильза 4 накручивается на корпус 1 по резьбе и фиксируется при помощи стопорного болта 12. На внутренней конической поверхности формующей головки 10 выполнен канал переменного сечения, глубина которого увеличивается в направлении уменьшения диаметра конуса. Поверхность канала имеет гораздо большую шероховатость, чем поверхность шнека.

Для регулирования скорости вращения формующей головки 10 на ее наружной поверхности закреплена втулка 8 с канавкой, имеющей в сечении форму полуокружности, с которой взаимодействует поджимаемый пружиной шарик прижимного устройства 7. Для подачи смазки в подшипники 6, 9 и прижимного устройства 7 в гильзе 4 установлена масленка 11. Во избежание попадания продукта из рабочей камеры в подшипники 6 и 9 контактирующие торцевые части корпуса 1 и формующей головки 10 имеют лабиринтное уплотнение и проточки для установки сальникового уплотнения 5.

Глубина канала, выполненного по внутренней поверхности формующей головки 10, увеличивается в направлении уменьшения диаметра конуса для увеличения проходного сечения канала, которое приводит к уменьшению гидравлического сопротивления и стабилизации скорости течения расплава экструдата по длине канала, а следовательно, и давления экструдирования (см. чертеж).

Предлагаемый экструдер работает следующим образом.

Исходный продукт загружается в экструдер через загрузочный патрубок 2. Включается привод, и шнек 3 начинает захватывать и перемещать продукт. Затем продукт последовательно перемещается через зоны загрузки, смешивания, гомогенизации и дозирования при помощи вращающегося шнека 3. По мере продвижения продукт перемешивается в зоне смешивания, нагревается и размягчается. Далее в зоне гомогенизации происходит превращение размягченных гранул в однородный расплав за счет возрастания давления. Давление расплава продукта в зоне дозирования достигает желаемого значения, происходит окончательное расплавление мелких включений и образуется расплав, однородный по структуре и температуре. Это позволяет для нормальной работы экструдера иметь заданную, однородную по сечению температуру расплава продукта.

Затем он попадает в матричную зону, где входит в выполненный по внутренней поверхности формующей головки 10 канал переменного сечения, глубина которого увеличивается в направлении уменьшения диаметра конуса, что создает условия для стабилизации скорости течения расплава экструдата по длине канала, а следовательно, и давления экструдирования при отсутствии его пульсаций. Затем экструдат выходит из экструдера через выходные отверстия цилиндрической формы в формующей головке 10. Сама же формующая головка 10 при этом равномерно вращается или находится в неподвижном состоянии. Подобным образом экструдер работает при давлении продукта в предматричной зоне, не превышающем заданного оптимального значения (см. чертеж). Это необходимо, так как величина давления однозначно определяет температуру обработки продукта, от которой в свою очередь зависит качество готового продукта. От величины давления зависят также однородность и пористость готового продукта.

В случае повышения давления расплава продукта в предматричной зоне при попадании продукта в формующую головку 10 он, перемещаясь по каналу переменного сечения, начинает увеличивать частоту вращения формующей головки 10, на которую давит шарик прижимного устройства 7. Регулируя усилие прижима шарика, можно влиять на количество отводимой энергии. Таким образом производится гашение пульсаций давления.

Пределы регулирования усилия прижатия шарика определяются жесткостью пружины, диаметром шарика, величиной рабочего хода пружины и болта прижимного устройства.

Таким образом, использование изобретения позволит:
- оптимизировать процесс экструдирования различного исходного сырья за счет поддержания оптимального давления вследствие регулирования частоты вращения формующей головки;
- расширить область применения за счет достигнутой универсализации механизма стабилизации давления.

Применение предложенной конструкции формующей головки в экструдерах позволит повысить коэффициент наполнения шнеков в предматричной зоне и улучшить качество экструдатов за счет устранения пульсации давления в предматричной зоне.

Изобретение относится к переработке пищевого сырья и может быть использовано в отраслях пищевой и перерабатывающей промышленности, применяющих экструзию. Шнековый экструдер содержит цилиндрический корпус, оканчивающийся формующей головкой, загрузочное устройство и шнек. Формующая головка выполнена с возможностью вращения относительно корпуса. На внутренней конической поверхности формующей головки выполнен канал переменного сечения. Глубина канала увеличивается в направлении уменьшения диаметра конуса. На наружной поверхности формующей головки установлена втулка с канавкой, с которой взаимодействует шарик прижимного устройства. Контактирующие торцевые части корпуса и формующей головки имеют лабиринтное уплотнение. Изобретение обеспечивает стабилизацию давления в предматричной зоне экструдера при изменении технологических параметров процесса в ходе экструдирования различного исходного сырья за счет энергии, появляющейся при пульсациях давления продукта, проходящего через матрицу. 1 ил.

Шнековый экструдер, содержащий цилиндрический корпус, оканчивающийся формующей головкой, выполненной с возможностью вращения относительно корпуса, загрузочное устройство и шнек, отличающийся тем, что на внутренней конической поверхности формующей головки выполнен канал переменного сечения, глубина которого увеличивается в направлении уменьшения диаметра конуса, а на наружной поверхности формующей головки установлена втулка с канавкой, с которой взаимодействует шарик прижимного устройства, при этом контактирующие торцевые части корпуса и формующей головки имеют лабиринтное уплотнение.