УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫСОКОНАПОРНОГО НАГНЕТАНИЯ ИЛИ ДЛЯ ГОМОГЕНИЗАЦИИ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 2004 года по МПК F04B17/03 

Настоящее изобретение относится к устройству для высоконапорного нагнетания или для гомогенизации жидкостей и содержит приводной двигатель с механизмом передачи, состоящим из ременной передачи, редуктора и кривошипного механизма, а также насосную секцию с насосным блоком, клапанами и поршнями, соединенными с кривошипным механизмом, причем кривошипный механизм размещен в картере.

Устройство для высоконапорного нагнетания или для гомогенизации жидкостей состоит из приводного двигателя, механизма передачи, состоящим из ременной передачи, редуктора, кривошипного механизма, а также насосной секции с насосным блоком, клапанами и поршнями, соединенными с кривошипным механизмом, причем кривошипный механизм размещен в картере (1). Вращательное движение, создаваемое приводным двигателем, преобразуется с помощью механизма передачи в возвратно-поступательное движение поршней. Это устройство, кроме того, содержит периферийное оборудование, например устройства управления, манометр, систему смазки и электрическое оборудование.

Обычной областью применения такого устройства, т.е. насоса высокого давления является, например, использование его в качестве гомогенизатора.

В тех случаях, когда насос высокого давления используется в качестве гомогенизатора, насосный блок снабжается одним или более гомогенизирующими устройствами или устройствами противодавления, где обычным образом происходит процесс гомогенизации.

Гомогенизация - это промышленный процесс, который используется с давних пор, и его назначением является тонкое разделение частиц в жидкостях различного типа, например, для того, чтобы стабилизировать эмульсии, выделять запахи и ароматы, придавать большую цветовую насыщенность красителям и т.п. Наиболее известной областью применения является гомогенизация молока, которая обеспечивает деление самых больших жировых шариков, находящихся в молоке, на более мелкие жировые шарики, и таким образом обеспечивает стабилизацию жировой эмульсии, что предотвращает отделение сливок. Большую часть молока, потребляемого в настоящее время в пищу, гомогенизируют.

Гомогенизация обычно осуществляется тогда, когда, например, жировой эмульсии, которая может представлять собой молоко, сообщается высокое впускное давление, под действием которого эмульсия проходит с высокой скоростью через очень узкий дроссель или зазор, при этом жировые шарики жировой эмульсии разрушаются в результате турбулентного движения, имеющего место при резком падении давления, вниз по течению за клапаном гомогенизатора. Продукт, который следует гомогенизировать, сжимается, часто до давления в несколько сот бар, с помощью насоса высокого давления обеспечивается прохождение через узкий дроссель или зазор в устройстве противодавления. Принимая во внимание то, что жидкие пищевые продукты, например молоко, часто обрабатываются в гомогенизаторе, важно поддерживать высокие гигиенические стандарты самого устройства.

Большая часть гомогенизаторов, появляющихся на рынке, имеют сходную конструкцию. Элементы, включенные в гомогенизатор, монтируются на общей раме и заключаются в кожух. Кроме того, электродвигатель, который выполняет функцию основного двигателя гомогенизатора или насоса высокого давления, генерирует значительное количество тепла во время работы. Механизм передачи и насосная секция также обеспечивают генерирование тепла. Из-за особенностей конструкции гомогенизатора до настоящего времени было сложно создать эффективную систему воздушного охлаждения входящих в него механизмов и узлов. Во время продолжительного периода работы все больше и больше тепла генерируется внутри кожуха машины, что может в конце концов привести к аварии из-за того, что способность смазки выдерживать нагрузку, действующую на подшипники, существенно снижается при повышении температуры окружающей среды. В известных до настоящего времени конструкциях не предпринимались попытки, обеспечивавшие возможность отвода или использования дополнительно образующегося тепла.

В тех случаях, когда гомогенизатор снабжен системой звукоизоляции, все элементы закрыты общим звукоизолирующим корпусом или кожухом; это означает, что весь кожух должен быть снабжен звукоизоляцией, соответствующей стандартам, которые требуется выполнять при изготовлении “гигиенического” оборудования, т.е. машин, используемых для переработки пищевых продуктов. Концепция конструкции ранее выпускавшихся машин и их кожухов также приводила к тому, что был осложнен доступ к различным частям гомогенизатора для их обслуживания.

Задачей настоящего изобретения является создание путем специальной компоновки и конструкции устройства для высоконапорного нагнетания или гомогенизации с контролируемым и управляемым воздушным охлаждением элементов, входящих в состав устройства.

Другой задачей настоящего изобретения является отвод или, в альтернативном варианте, использование дополнительного тепла, которое генерируется элементами устройства.

Еще одной задачей настоящего изобретения является разделение, путем применения специальной конструкции, устройства насоса высокого давления или гомогенизатора на “гигиеническую” секцию и приводную секцию, при этом приводная секция может быть снабжена звукоизоляцией, выполненной в соответствии со значительно более низкими требованиями, в сравнении с теми, которые предъявляют к “гигиеническому” оборудованию.

Эти и другие задачи достигаются в соответствии с настоящим изобретением благодаря тому, что устройство того типа, которое описано во вступительной части, включает отличительные признаки, заключающиеся в том, что приводной двигатель размещен на картере и огражден с двух сторон стенками, причем стенки вместе с соединяющей их крышкой образуют воздухопроводный канал.

Кроме того, устройство может содержать устройство противодавления, соединенное с насосной секцией.

Воздухопроводный канал ограничен с двух его коротких торцов защитными плитами, а траектория охлаждающего воздуха образована из впускного отверстия в крышке, направляющих плитах, причем траектория ограничена каналом, проходящим под картером.

Канал под картером соединен с воздухопроводной трубой, по которой воздух выводится из устройства.

Канал под картером соединен с воздухопроводной трубой, по которой воздух направляется в охладитель, а затем он вновь направляется во впускное отверстие.

Картер выполнен в виде рамы устройства.

Одна стенка разделяет гомогенизатор на приводную секцию и гигиеническую секцию.

На фиг.1 - схематический вид устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, в частично разобранном состоянии;

на фиг.2 - схематический вид устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, в собранном состоянии;

на фиг.3 - вид сбоку частично в разрезе устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, с системой воздушного охлаждения, в соответствии с первым вариантом выполнения;

на фиг.4 - вид сбоку частично в разрезе устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, с системой воздушного охлаждения, в соответствии со вторым вариантом выполнения.

Устройство для высоконапорного нагнетания, т.е. насос высокого давления или, в альтернативном варианте, гомогенизатор, приводится мощным приводным двигателем 1. Приводной двигатель 1 соединен с источником тока (не показан) кабелем 2, отведенным от защитной присоединительной коробки 3.

Устройство дополнительно содержит насосную секцию, которая состоит из нескольких поршней 4 насоса и насосного блока 8. Поршни расположены с возможностью возвратно-поступательного движения в цилиндрах. Поршни 4 насоса соединены с кривошипным механизмом, который расположен в жестком картере 5, предпочтительно выполненном из чугуна. Количество поршней 4 насоса и их диаметр можно варьировать в зависимости от мощности и давления, на которые рассчитано устройство.

Между приводным двигателем 1 и насосной секцией расположен механизм передачи, который по существу состоит из одной или более ременных передач 6, редуктора 7 и кривошипного механизма. Механизм передачи предназначен для преобразования вращательного движения вала приводного двигателя 1 в возвратно-поступательное движение поршней 4 насоса.

Если используется устройство для высоконапорного нагнетания в качестве гомогенизатора, то присоединяются одно или более устройств противодавления или клапаны 9 гомогенизатора к насосному блоку 8, причем в этих устройствах или клапанах происходит процесс гомогенизации, заключающийся в том, что продукт проходит под высоким давлением через очень узкий дроссель или зазор.

Устройство, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, выполнено так, что мощный специально сконструированный картер 5 содержит раму устройства, а несущие опоры 10 привинчены непосредственно к картеру 5. Назначение других опор 11, ввинченных в балки 12, заключается в обеспечении условий, при которых машина стоит устойчиво без риска появления какой-либо нестабильности. Рама устройства выполнена из профилей 13, к которым могут быть прикреплены наружные защитные плиты 14. Машина ограждена наружными защитными плитами 14, которые защищают ее во время работы. Защитные плиты 14 можно соответствующим образом снимать для упрощения доступа тогда, когда, например, требуется обслуживание машины.

Приводной двигатель 1 установлен непосредственно на специально сконструированном картере 5 и поддерживается этим картером 5. Это обеспечивает компактность конструкции всего насоса высокого давления или гомогенизатора, в результате чего машина занимает меньше площади, чем машины обычной компоновки и конструкции. С двух сторон приводной двигатель 1 огражден двумя стенками 15 и 16. Эти две стенки взаимосвязаны крышкой 17 и плитой, расположенной под машиной, образуя канал 24. Крышка 17 может быть использована для крепления любого возможного наружного кожуха для специального назначения устройства. Путем варьирования размера и формы крышки 17 можно приспосабливать различные кожухи.

С помощью передней стенки 15 отделяются приводные части, т.е. двигатель и механизм передачи гомогенизатора или насоса высокого давления, от “гигиенических” частей, т.е. тех частей, которые соприкасаются с перерабатываемыми пищевыми продуктами. Принимая во внимание то, что гомогенизатор отделен таким образом, пространство, где находятся приводные части, может быть закрыто звукоизолирующими средствами и изолировано в соответствии со значительно более низкими стандартами, чем те, которые прежде необходимо было соблюдать, когда все элементы, входившие в состав гомогенизатора, ограждали в одном пространстве. Приводные части гомогенизатора или насоса высокого давления являются в основном теми частями машины, которые генерируют большую часть шума, создаваемого машиной. Кроме того, “гигиенические” абсорбенты обладают тем недостатком, что, будучи дорогостоящими, они мало устойчивы к механическим воздействиям и имеют более низкие характеристики с точки зрения обеспечения звукоизоляции.

Две стенки 15, 16 могут быть, например, изготовлены из рифленых клетчатых алюминиевых плит. Путем поворота неровных поверхностей рифленых плит к двигателю 1 достигают отражения звуковых волн во всевозможных направлениях. Так как звуковые волны теряют энергию при каждом изменении направления их распространения, это обеспечивает дополнительную звукоизоляцию приводной секции. Кроме того, рифленая алюминиевая плита является экономичным материалом и она не обладает недостатком, заключающимся в сильном отражении света и, таким образом, вызывающим слепящее действие, что может быть при использовании нержавеющей стали.

Стенки 15 и 16, кроме того, служат в качестве точек крепления периферийного оборудования устройства, например, узла смазки, разводных коробок, сигнальной панели и электропроводки. В результате размещения стенок 15 и 16 вблизи приводного двигателя 1, ограждения его с двух сторон и примыкания к одной наружной защитной плите 14 машины, исключается необходимость в использовании специального ограждения для ременной передачи 6.

Две стенки 15 и 16 и крышка 17 вместе образуют воздухопроводный канал, который окружает приводной двигатель 1. Воздухопроводный канал ограничен с двух его коротких сторон защитными плитами 14. На фиг.3 и 4 стрелками показана траектория движения воздуха в приводной секции устройства, благодаря которой достигается эффективное и простое воздушное охлаждение элементов, генерирующих тепло в устройстве.

Воздух проходит в устройство, насос высокого давления или гомогенизатор, через впускное отверстие 18 в крышке 17. Воздух затем проходит через направляющую плиту 19, расположенную в крышке 17, после чего он проходит через лабиринтную плиту 20 и направляется вниз к всасывающей стороне 21 двигателя 1. Направляющая плита 19 и лабиринтная плита 20, кроме того, предотвращает прямое попадание брызг воды на двигатель 1 и присоединительную коробку 3, принимая во внимание то, что, например, при переработке молока, уборку производят крепким щелочным раствором в форме пены, вслед за чем проводят прямую промывку машин разбрызгиванием воды под высоким давлением.

Со стороны всасывания 21 двигателя 1 воздух подсасывается с помощью крыльчатки вентилятора приводного двигателя 1 и сжимается. Затем воздух проходит вдоль охлаждающих ребер 22 приводного двигателя 1 и, в данном примере, воздух также огибает верхнюю сторону картера 5. Воздух проходит через крыльчатку вентилятора приводного двигателя 1, так как другие пути перекрыты плитой 23, которая уплотнена относительно приводного двигателя 1. После обхода приводного двигателя 1 воздух посредством защитной плиты 14 проходит вниз и по пути обтекает механизм передачи, ременную передачу 6 и редуктор 7 устройства. После этого воздух проходит в канал 24 под картером 5 и охлаждает картер 5 снизу.

Как показано на фиг.3, воздухопроводная труба 25 может быть присоединена к каналу 24 под картером 5, причем по воздухопроводной трубе воздух выводится из устройства и из помещения, где расположено устройство, для чего воздухопроводную трубу 25 пропускают через стену 26. В альтернативном варианте воздухопроводная труба 25 может быть повернута к устройству, для того, чтобы воздух проходил через обычный воздухоохладитель 27, как показано на фиг.4, который может охлаждаться воздухом или водой. После охлаждения в воздухоохладителе 27 воздух может направляться для рециркуляции и подаваться снова через впускное отверстие 18 в крышке 17. Путем передачи тепла, отобранного воздухом и представляющего собой энергетические потери, которые для большой машины могут составлять приблизительно 20 кВт, циркулирующей в воздухоохладителе 27 воде, осуществляется возможность рационально использовать эту энергию, например, применяя тепловой насос. Другой положительный эффект, который достигается при использовании этой процедуры, заключается в том, что насос высокого давления или гомогенизатор, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, не обеспечивает какого-либо повышения температуры окружающей среды в помещении цеха, что часто является серьезной проблемой.

Большая часть насосов высокого давления и гомогенизаторов имеет КПД приводной секции менее 90%. Путем возврата потерянной энергии описанным выше способом КПД может быть повышен до 98-99%.

Как следует из приведенного выше описания, настоящее изобретение обеспечивает создание устройства для высоконапорного нагнетания или гомогенизации, для которого, благодаря определенной конструкции и размещению элементов, не требуется специальной рамы и которое имеет компактную конструкцию, занимающую небольшую площадь. В результате применения стенок и крышки, которая их соединяет, обеспечивается возможность создания воздухопроводного канала, который используется для эффективного охлаждения приводной секции устройства. После прохода через устройство воздух может либо выводиться, либо рециркулироваться после охлаждения.

Приведенное выше описание и представленный на чертежах вариант выполнения не следует рассматривать как ограничение настоящего изобретения, большое количество модификаций может быть выполнено без отступления от объема прилагаемой формулы изобретения.

Источники информации:

1. US 5378119 A, 03.01.1995.

Настоящее изобретение относится к устройству для высоконапорного нагнетания или гомогенизации жидкостей. Устройство содержит гомогенизатор, приводной двигатель с механизмом передачи и насосной секцией. Механизм передачи состоит из ременной передачи, редуктора и кривошипного механизма, размещенного в картере. Насосная секция содержит насосный блок, клапаны и поршни, соединенные с кривошипным механизмом. Механизм передачи предназначен для преобразования вращательного движения, создаваемого электродвигателем, в возвратно-поступательное движение поршней насоса. Приводной двигатель размещен на картере и огражден с двух сторон стенками, которые соединены с помощью крышки. Стенки образуют вместе с крышкой воздухопроводный канал так, что приводные части устройства можно охлаждать простым и эффективным способом. С помощью различных устройств, периферийных относительно устройства, воздух может выводиться из устройства или рециркулироваться после охлаждения с обеспечением дополнительного использования полученного тепла. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для высоконапорного нагнетания или гомогенизации жидкостей, содержащее гомогенизатор, приводной двигатель (1) с механизмом передачи, состоящим из ременной передачи (6), редуктора (7), кривошипного механизма, и насосную секцию с насосным блоком (8), клапанами и поршнями (4), соединенными с кривошипным механизмом, причем кривошипный механизм размещен в картере (5), отличающееся тем, что приводной двигатель (1) размещен на картере (5) и огражден с двух сторон стенками (15, 16), причем стенки (15, 16) вместе с соединяющей их крышкой (17) образуют воздухопроводный канал.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит устройство (9) противодавления, соединенное с насосной секцией.3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что воздухопроводный канал ограничен с двух его коротких торцов защитными плитами (14), а траектория охлаждающего воздуха образована из впускного отверстия (18) в крышке (17), направляющей плиты (19) и направляющей плиты (23), причем траектория ограничена каналом (24), проходящим под картером (5).4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что канал (24) под картером (5) соединен с воздухопроводной трубой (25), по которой воздух выводится из устройства.5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что канал (24) под картером (5) соединен с воздухопроводной трубой (25), по которой воздух направляется в охладитель (27), а затем он вновь направляется во впускное отверстие (18).6. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что картер (5) выполнен в виде рамы устройства.7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что одна стенка (15) разделяет гомогенизатор на приводную секцию и гигиеническую секцию.