Экструзионная матрица и экструзионная установка - RU2145167C1

Чертежи

Показать все 8 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к экструзионной матрице и экотрузионной установке, содержащей по меньшей мере одну такую матрицу.

Для изготовления скрученных продуктов, относящихся, например, к макаронным изделиям, широко применяют специальные статические матрицы, в которых подлежащее выдавливанию сырое замешанное тесто нагнетается под воздействием высокого давления по питающим каналам сложной конструкции с использованием различных скоростей прохождения и зон давления.

Такие статические матрицы нельзя использовать для изготовления скруток совместно выдавленных продуктов, в частности макаронных изделий с наполнителем, поскольку скручивание тормозится наполнением. Они сами по себе не приспособлены ни к какому изготовлению скрученных продуктов методом экструзии с пропариванием, например, увлажненной муки.

В Европейском патенте N 44689 (заявитель - UNILEVER PLC) раскрыта матрица, которую можно использовать для изготовления изделия из мороженого на основе кондитерских изделий, состоящих из нескольких прядей, скрученных вместе, например, эта матрица содержит вращающийся барабан, в котором выполнены множество независимых питающих каналов, которые сливаются на выходном конце барабана посредством выпускных отверстий и каждый из них имеет асимметричную форму или положение относительно оси вращения барабана, а на различных уровнях на входном конце барабана предусмотрены впускные отверстия питающих каналов, сообщающиеся с неподвижными кольцами для запитывання мороженым, которые окружают барабан на различных уровнях. Конструкция такой матрицы относительно сложна и становится трудно приспособить ее к экструзии пластифицированных масс высокой вязкости при высоком давлении, высокой температуре и/или с высокой скоростью вращения.

В WO 93/03909 (UNILEVER PLC) раскрыта экструзионная матрица, которую можно использовать для совместного выдавливания одновременно по меньшей мере двух прядей, каждая из которых формируется трубкой, содержащей наполнитель, и для скручивания их вместе эта матрица содержит барабан, вращающийся вокруг неподвижного корпуса, который содержит по меньшей мере два набора из двух коаксиальных питающих каналов, параллельных оси матрицы, неподвижный корпус содержит центральную камеру для запитывания внутреннего питающего канала каждого из наборов и кольцевую камеру для запитывания кольцевого внешнего питающего канала, отделенного от внутреннего питающего канала каждого из наборов трубкой, выполненной как единое целое с барабаном, при этом в барабане может быть предусмотрен единственный центральный или осевой питающий канал, запитываемый через трубку, выполненный как единое целое с корпусом, расположенный коаксиально в центральной камере. Такая матрица, которая имеет специальные кольцевые уплотнения, наложенные на вращающиеся стенки относительно хрупких составных частей таких, как трубки, также относительно сложна и ее также трудно приспособить к экструзии пластифицированных масс высокой вязкости при высоком давлении, высокой температуре и/или с высокой скоростью вращения.

Техническая задача настоящего изобретения заключается в разработке экструзионной матрицы, которая предпочтительно независима, может быть встроена в экструдер или процесс или соединена с экструдером или прессом, имеет простую и прочную конструкцию, пригодную для экструзии пластифицированных масс высокой вязкости при высоком давлении, при высокой температуре и/или с высокой скоростью вращения, и которую можно использовать для изготовления, в частности, изделий, которые скручены и/или наполнены в их центре наполнителем, имеющим одну или более прядей, типа макаронных изделий или, например, легкой удлиненной закуски для коктейля.

Для этой цели предлагаемая экструзионная матрица содержит неподвижный твердый корпус, в котором имеются по меньшей мере один впускной канал для пластифицированной, в частности, съедобной массы материала, и кожух, заключающий вращающийся барабан, в котором имеются по меньшей мере один выпускной канал и одна распределительная камера, имеющая вращательную симметрию и сообщающаяся вверху с указанным впускным каналом и внизу с указанным выпускным каналом, причем наружная поверхность барабана взаимодействует посредством упорного и радиального подшипника с соответствующей поверхностью кожуха.

Предпочтительно, впускной канал сообщается с распределительной камерой через распределительного форкамеру, имеющую вращательную симметрию, предусмотренные в корпусе в верхнем расширении распределительной камеры, а на стыке между распределительной камерой и распределительной форкамерой предусмотрены вращающиеся средства кольцевого уплотнения.

Предлагаемая матрица, сконструированная таким образом, может, в частности, быть использована для изготовления скрученных многопрядных протяженных макаронных изделий или закуски для коктейля, конкретно - многопрядных скрученных спагетти, например, несмотря на конкретные суровые условия, в которых ей будет предназначено работать и которые касаются вязкости или температуры выдавливаемой массы, давления, передаваемого экструдером или прессом, и/или скорости вращения барабана, указанную матрицу можно применять в этих условиях, что иллюстрируется величинами, которые достигают приблизительно 50000 мПа•с для вязкости, приблизительно 200^oC для температуры и приблизительно 20 МПа (200 бар) для давления, для расхода, соответствующего максимальной скорости экструзии 1 мс^-1 и максимальной скорости вращения приблизительно 5 с^-1 (300 об/мин), например.

Предпочтительно, вращающиеся средства кольцевого уплотнения содержат плоское уплотнительное кольцо в основном прямоугольного поперечного сечения, находящееся в кольцевой канавке в основном соответствующего поперечного сечения, причем верхняя плоская поверхность канавки выполнена в стенке распределительной форкамеры, а нижняя плоская поверхность канавки выполнена в стенке распределительной камеры.

Предпочтительно, уплотнительное кольцо имеет цилиндрическую наружную поверхность и выпуклую внутреннюю поверхность, в частности, перевернутую полутороидальную, другими словами, оно имеет прямоугольное поперечное сечение, в котором короткая сторона, обращенная к центру, открыта наружу, в частности - в виде полуокружности.

Кроме того, цилиндрическая наружная поверхность канавки предпочтительно образована кольцевым упорным ободом, являющимся единым целым со стенкой распределительной камеры, а цилиндрическая внутренняя поверхность канавки образована кольцевым защитным ободом, являющимся единым целым со стенкой распределительной форкамеры, причем между нижним концом этого защитного обода и нижней плоской поверхностью канавки оставлен кольцевой паз. Защитный обод предназначен для предотвращения трения кольца на пластифицированном материале.

Предпочтительно также предусмотреть крепежные шипы, проходящие сквозь кольцо и выполненные как единое целое со стенкой распределительной камеры.

Кольцо может быть изготовлено из любого упругого материала, имеющего конкретный низкий коэффициент трения. Предпочтительно, оно изготовлено из политетрафторэтилена, армированного по всему его объему порошком нержавеющей стали.

Было обнаружено, что средства кольцевого уплотнения указанного выше типа дают возможность эффективно решить проблему, порождаемую уплотнением предлагаемой матрицы и связанную с конкретными суровыми условиями, в которых ей предназначено работать, касающимися вязкости и/или температуры выдавливаемой массы, давления, передаваемого экструдером или прессом и/или скоростью вращения барабана.

Кроме того в одном конкретном варианте предлагаемой матрицы, который можно использовать для изготовления скрученных изделий, наполненных наполнителем, в частности съедобным наполнителем, конкретно - наполнителем из измельченного мяса, томатного соуса и/или сыра для пряных изделий, или миндаля, лесных орехов, шоколада и/или джема для сладких изделий, причем этот наполнитель не подвергается конкретным суровым условиям, касающимся вязкости, давления и/или температуры, которые можно проиллюстрировать значениями в несколько сотен мПа•с для вязкости, от нескольких бар до нескольких десятков бар для давления и приблизительно 20-60^oC для температуры, причем корпус может дополнительно содержать по меньшей мере один впускной трубопровод для наполнения, сообщающийся по меньшей мере с одним выпускным трубопроводом, проходящим через барабан на одном уровне с выпускным каналом.

В этом конкретном варианте соответствующие положения впускного канала для пластифицированной массы материала и впускного канала для наполнителя можно выбирать, например, в зависимости от удобства использования критериев. Если предлагаемая матрица предназначена для установки вертикально на тележке, можно предусмотреть, чтобы указанный канал был выполнен в поперечном направлении в корпусе и входил сбоку в распределительную форкамеру такую, как указанная выше, и чтобы указанный трубопровод проходил в корпусе в осевом направлении и входил в распределительную камеру в виде коаксиальной трубки, выполненной, например, как единое целое с корпусом.

В зависимости от того, предназначена предлагаемая матрица для изготовления ненаполненных скрученных изделий или скрученных изделий, наполненных наполнителем, для барабана можно предусмотреть наличие множества выпускных каналов и/или трубопроводов, расположенных в различных направлениях и имеющих различную форму поперечного сечения.

Для изготовления ненаполненных многопрядных скрученных изделий барабан может содержать множество выходных каналов, расположенных симметрично относительно его оси, а именно - три канала с круглым поперечным сечением, расположенных в вершинах равностороннего треугольника с центром на этой оси.

Для изготовления однопрядных скрученных изделий, наполненных наполнителем, барабан может содержать осевой выпускной трубопровод для наполнителя, имеющий круглое поперечное сечение, и выпускной канал для пластифицированной массы, окружающий указанный выпускной трубопровод для наполнителя, но имеющий поперечное сечение, профиль которого не является полностью кольцевым.

Однако в случае, когда осевой выпускной трубопровод для наполнителя должен иметь поперечное сечение, которое не является полностью кольцевым, а наоборот, имеет углы или неровности, такое, например, как треугольное поперечное сечение, можно предусмотреть выпускной трубопровод для наполнителя, ограниченный вращающейся трубкой, выполненной как единое целое с барабаном и соединенной со впускным трубопроводом для наполнителя посредством вращающегося уплотнения. Чтобы обеспечить возможность вращения с помощью привода такого, как электродвигатель, барабан, например, может иметь нижнюю часть, выступающую из корпуса, и может содержать шестерню, выполненную как единое целое с этой нижней частью. Преимущественно можно предусмотреть, чтобы такая нижняя часть барабана включала в себя съемный вкладыш, доступный снаружи, в котором предусмотрены по меньшей мере один выпускной канал для пластифицированной массы и/или по меньшей мере один выпускной трубопровод для наполнителя. Таким образом можно предусмотреть набор вкладышей, которые легко заменить снаружи и которые можно использовать для изготовления различных продуктов с помощью различных вариантов исполнения матрицы.

И наконец, можно предусмотреть в корпусе и/или барабане контуры, пригодные для циркуляции холодильного агента или жидкого теплоносителя.

Поэтому предлагаемая матрица сконструирована в виде матрицы, которая предпочтительно независима и может быть встроена в экструдер или пресс или соединена с экструдером или прессом. Она большей частью конкретно предназначена для изготовления продуктов, конкретно - пищевых продуктов, путем экструзии, экструзии с пропариванием или разбухания при экструзии с пропариванием пластифицированной массы материала за счет воздействия давления и/или температуры и/или сдвига, которому она подвергается в экструдере или прессе.

Предлагаемая матрица также сама по себе пригодна преимущественно для изготовления экструзионной установки, входящей в объем предлагаемого изобретения, которая содержит экструдер или пресс, соединенный посредством ответвляющего клапана по меньшей мере с одной предлагаемой матрицей, привод барабана матрицы и средства направления выдавленного скрученного продукта на позицию приема указанного продукта. Эту матрицу или матрицы можно закрепить на одной или нескольких тележках, причем такая тележка способна перевозить также привод барабана матрицы и направляющие средства.

Ответвляющий клапан является важной частью установки, предназначенной для обеспечения, в частности, подсоединения матрицы только тогда, когда технологический процесс был начат правильно, или отсоединения матрицы без остановки работы экструдера или пресса, когда требуется изменить конфигурацию матрицы, например, в процессе изготовления.

Направляющие средства сами по себе отображают первый контакт выдавленного продукта с поверхностью, не принадлежащей барабану, и посредством этого контакта выдавленный продукт испытывает движение скручивания за счет вращения барабана.

Предлагаемые матрицы и установка, а также продукты, производству которых они способствуют, описываются ниже более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых
фиг. 1 представляет собой схематическое изображение продольного разреза первого варианта исполнения матрицы;
фиг. 2 представляет собой схематическое изображение продольного разреза детали барабана во втором варианте исполнения матрицы;
фиг. 3 и 4 отображают два поперечных разреза вдоль линий III-III и IV-IV, показанных на фиг. 2;
фиг. 5 представляет собой схематическое изображение в поперечном разрезе барабана в третьем варианте исполнения матрицы;
фиг. 6 представляет собой увеличенное изображение продольного разреза стыка между распределительной камерой и распределительной форкамерой в варианте исполнения матрицы, представленном на фиг. 1;
фиг. 7 представляет собой схематическое изображение вида сбоку варианта установки, содержащей две матрицы;
фиг. 8 представляет собой схематическое изображение вида спереди варианта установки, представленного на фиг.7 и
фиг. 9 (a, b, c) отображает образцы продуктов, которые можно изготовить с помощью вариантов исполнения матрицы, которые показаны соответственно на фиг. 1, 2-4 и 5.

В варианте, представленном на фиг.1, предлагаемая матрица 1 содержит неподвижный твердый корпус 2, в котором имеются впускной канал 3 для пластифицированной, конкретно - съедобной массы материала, и кожух 4, содержащий вращающийся барабан 5, в котором имеются выпускной канал 6 и распределительная камера 7, имеющая вращательную симметрию, сообщающаяся вверху со впускным каналом 3 и внизу с выпускным каналом 6, причем наружная поверхность 8, 9 барабана взаимодействует через упорный и радиальный подшипники 10, 11 с соответствующей поверхностью 12, 13 кожуха 4.

В этом варианте барабан 5 содержит верхнюю часть 40 и центральную часть 41, причем обе эти части, содержащиеся в кожухе 4, выполнены в корпусе 2, и нижнюю часть 30, выступающую из корпуса 2. Верхняя часть 40 имеет больший диаметр и образует кольцевую плоскую спинку 9 относительно центральной части 41 меньшего диаметра, причем эта спинка 9 взаимодействует посредством радиального подшипника 11 с кольцевым плоским буртиком 13, предусмотренным на кожухе 4. Центральная часть 41 имеет цилиндрическую наружную поверхность 8, взаимодействующую через посредство упорного подшипника 10 с цилиндрической внутренней поверхностью 12, предусмотренной в кожухе 4. Предусмотрена шестерня 31, выполненная как единое целое с нижней частью 30.

Впускной канал 3 сообщается с распределительной камерой 7 через распределительную форкамеру 14, имеющую вращательную симметрию и выполненную в корпусе 2 в верхнем расширении распределительной камеры 7, причем на стыке между распределительной камерой 7 и распределительной форкамерой 14 предусмотрены вращающиеся средства кольцевого уплотнения 15.

Корпус 2 дополнительно содержит впускной трубопровод 26 для наполнителя, в частности - съедобного наполнителя, сообщающийся с выпускным трубопроводом 27 для наполнителя, проходящий сквозь барабан 5.

Впускной канал 3 для пластифицированной массы проходит в поперечном направлении в корпусе 2 и выходит сбоку в форкамеру 14. Впускной трубопровод 26 для наполнителя проходит в осевом направлении в корпусе 2 и входит в форкамеру 14 и в распределительную камеру 7 в виде коаксиальной трубки 28, выполненной как единое целое с корпусом 2.

Выпускной трубопровод 27 для наполнителя является осевым и имеет круглое поперечное сечение. Выпускной канал 6 для пластифицированной массы окружает выпускной трубопровод 27 и имеет поперечное сечение не полностью кольцевой формы. Нижняя часть 30 барабана включает в себя съемный вкладыш 32, в котором предусмотрены этот выпускной канал 6 для пластифицированной массы и этот выпускной трубопровод 27 для наполнителя.

В барабане 5 предусмотрен контур циркуляции холодильного агента, причем барабан для этой цели содержит цилиндрическую выточку 43 между его наружной поверхностью и распределительной камерой 7, канал 44 подачи текучей среды, ведущий к выточке 43 в верхней части 40 барабана, и кольцевое отверстие 45 для выпуска текучей среды в нижней части 30 барабана, причем канал 44 подачи текучей среды сообщается с каналом 46 впуска текучей среды в корпусе 2 посредством кольцевого трубопроводного уплотнения 47, предусмотренного в стенке кожуха 4.

Как можно увидеть на фиг.6, в варианте матрицы, представленном на фиг.1, вращающиеся средства 15 кольцевого уплотнения представляют собой плоское кольцевое уплотнение 16 в основном прямоугольного поперечного сечения, предусмотренное в кольцевой канавке в основном соответствующего поперечного сечения, причем верхняя плоская поверхность 17 канавки выполнена в стенке распределительной форкамеры 14, а нижняя плоская поверхность 18 канавки выполнена в стенке распределительной камеры 7.

Уплотнительное кольцо 16 имеет цилиндрическую наружную поверхность 19 и выпуклую внутреннюю поверхность 20, в этом случае - перевернутую полутороидальную поверхность.

Цилиндрическая наружная поверхность канавки образована кольцевым упорным ободом 21, выполненным как единое целое со стенкой распределительной камеры 7, а цилиндрическая внутренняя поверхность канавки образована кольцевым защитным ободом 22, выполненным как единое целое со стенкой распределительной форкамеры 14, причем между нижним концом 25 этого защитного обода и нижней плоской поверхностью 18 канавки оставлен кольцевой паз 24.

Предусмотрены крепежные шипы 23, проходящие через уплотнительное кольцо 16, являющиеся единым целым со стенкой распределительной камеры 7. Уплотнительное кольцо изготовлено из политетрафторэтилена, армированного порошком нержавеющей стали, что способствует и достижению низкого коэффициента трения, в этом случае - на полированной поверхности нержавеющей стали, и подходящей, износостойкости.

Во втором варианте - на фиг.2, 3 и 4 - показаны барабан в продольном разрезе и два поперечных разреза частей барабана, отличающихся от тех частей барабана, которые представлены в варианте, изображенном на фиг. 1, при этом предлагаемая матрица имеет выпускной трубопровод 27 для наполнителя, ограниченный центральной трубкой 42, выполненной как единое целое с барабаном 5 и соединенной с коаксиальной трубкой 28, продолжающий впускной трубопровод 26 посредством вращающегося уплотнения 29. Трубопровод 27 для наполнителя и выпускной канал 6 для пластифицированной массы имеют соответствующие поперечные сечения, которые не являются полностью круговыми или кольцевыми, а представляют собой в этом случае треугольные поперечные сечения.

В третьем варианте - на фиг. 5 - показан барабан в поперечном разрезе, причем матрица не содержит впускной трубопровод или выпускной трубопровод для наполнителя, а ее барабан 5 содержит два выпускных канала 6 для пластифицированной массы, которые параллельны оси барабана и находятся на равном расстоянии от оси барабана, причем каждый канал имеет круглое поперечное сечение.

В варианте, показанном на фиг. 7 и 8, предлагаемая установка содержит экструдер 33, соединенный посредством ответвляющего клапана 34 с двумя матрицами 1, средства 35, 36, 37 привода барабана 5 матриц 1, средства 48, 49 для направления выдавленного скрученного продукта 50 на позицию (не показана) для приема этого продукта и тележку 39, несущую матрицы 1, средства привода 35, 36, 37 и направляющие средства 48, 49.

Средства привода содержат электродвигатель 35, приводной вал 36 и ведущую шестерню 37, передающую движение на спаренные шестерни 31 барабана 5.

Направляющие средства содержат шкивы 48 и их соответствующие опоры 49.

На фиг.9 показаны длины трех образцов а) б) и в) продуктов, которые можно изготовить с помощью трех вариантов исполнения матрицы, которые описаны, соответственно, со ссылками на фиг.1, 2-4 и 5.

В примере с образцом а) можно наблюдать кусок однопрядного скрученного продукта, наполненного наполнителем. Наружная часть или оболочка 51 этого продукта имеет поперечное сечение в основном, но не чисто, кольцевой формы, в этом случае - поперечное сечение, имеющее неровности на периметре, который образует скрученный рисунок в рельефе на продукте. Нижняя часть или наполнитель 52 этого продукта имеет круглое поперечное сечение.

В примере с образцом б) можно наблюдать кусок однопрядного продукта, наполненного наполнителем. Внутренняя часть 52 этого продукта имеет поперечное сечение, которое не является полностью круглым, а является в этом случае треугольным поперечным сечением, которое соответствует треугольному поперечному сечению наружной части 51 продукта.

В примере с образцом в) можно увидеть кусок ненаполненного многопрядного скрученного продукта, образованного двумя прядями 53 круглого поперечного сечения.

Приводимый ниже пример предназначен для иллюстрации технологического процесса, выполняемого с помощью предлагаемой матрицы.

Пример
С помощью экструзионной установки, содержащей экструзионную матрицу, описанную со ссылками на фиг.1 и соединенную с двухшнековым экструдером, получают однопрядное изделие, наполненное наполнителем, как показано на фиг.9а).

Чтобы получить наружную часть, экструдер запитывают смесью из 80% семолины (крупки) на основе маиса (кукурузы) и 20% воды. Смесь пластифицируют и варят в экструдере при 140^oC при давлении 12 МПа (120 бар) при скорости вращения шнеков 4,3 с^-1 (260 об/мин). Поток пластифицированной массы, который имеет вязкость 20000 мПа•с, выдавливают со скоростью выпуска из матрицы 1 мс^-1.

Чтобы получить внутреннюю часть, мармелад, тлеющий температуру 45^oC и вязкость 800 мПа•с, впрыскивают в матрицу под давлением 1,6-2,5 МПа (16-25 бар).

Однопрядный продукт, изготовленный из протяженных изделий из дробленного зерна, наполненный наполнителем в виде джема, с цилиндрической поверхностью, которая имеет рисунок со скрученным рельефом, получают таким образом.

Реферат

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано при изготовлении, например, макаронных изделий. Матрица содержит неподвижный твердый корпус. В нем имеются, по меньшей мере, один впускной канал для пластифицированной массы материала и кожух. Кожух содержит вращающийся барабан, в котором имеются, по меньшей мере, один выпускной канал и распределительная камера. Последняя имеет вращательную симметрию и сообщается вверху со впускным каналом и внизу с выпускным каналом. Наружная поверхность барабана взаимодействует посредством упорного и радиального подшипников с соответствующей поверхностью кожуха. Установка содержит экструдер или пресс, соединенный посредством ответвляющего клапана с, по меньшей мере, одной матрицей. Установка содержит привод для барабана матрицы и средства для направления выдавленного скрученного продукта на позицию для приема указанного продукта. Изобретение позволит упростить конструкцию, повысить ее надежность и прочность, а также производить экструзию пластических масс высокой вязкости при высоком давлении. 2 с. и 13 з.п.ф-лы, 11 ил.

Формула