УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА И СПОСОБ ПОДАЧИ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА В ЖИДКОСТЬ
POWDER MATERIAL FEEDING DEVICE AND METHOD OF POWDER MATERIAL FEEDING INTO LIQUID

Настоящее изобретение относится к устройству подачи порошкового материала в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения, а также к способу подачи порошкового материала в жидкость согласно ограничительной части п.7 формулы изобретения.
В контексте настоящей заявки термин «газообразная среда» следует понимать как включающий в себя «воздух» и любые другие газообразные среды, предпочтительно газообразные среды, пригодные для использования в пищевой промышленности, такие как азот, двуокись углерода и/или атмосферный воздух.
В контексте настоящей заявки термин «порошковый материал» следует понимать как включающий в себя «порошок» или любые другие порошковые материалы, предпочтительно порошковые материалы, пригодные для использования в пищевой промышленности, такие как углеводы, протеины, стабилизаторы и/или эмульсификаторы.
Устройства подачи порошковых материалов и способы подачи порошковых материалов в жидкость используются, например, в пищевой промышленности, а также при производстве напитков для подачи порошковых продуктов в жидкость, находящуюся в технологическом резервуаре, в особенности при непрерывной подаче порошкового материала в жидкость. В технологическом резервуаре над уровнем жидкости создается пониженное давление или разрежение, таким образом, чтобы смесь из порошкового материала и газа/воздуха всасывалась в жидкость. В некоторых устройствах из известного уровня техники в порошковом материале также создается избыточное давление перед его загрузкой в устройство подачи. В подобных известных устройствах подачи порошкового материала имеется клапан для открытия и закрытия прохода, через который смесь из порошка/газа всасывается в жидкость, находящуюся в технологическом резервуаре. Обычно устройства подачи порошкового материала из известного уровня техники оборудованы односедельным клапаном. У односедельного клапана устройства подачи порошкового материала имеется мокрая часть, т.е. часть клапанного седла, обращенная к выпускной стороне устройства подачи порошкового материала (или к жидкости, находящейся в технологическом резервуаре), а также сухая часть, т.е. часть седла клапана, обращенная к впускной стороне устройства подачи порошкового материала (или к резервуару с порошком).
Недостатком устройств подачи порошкового материала из известного уровня техники является ограниченный срок службы уплотнения клапана из-за того, что порошковый материал прикипает к уплотнению, особенно при открытии или закрытии клапана.
При открытии клапана пониженное давление или разрежение над уровнем жидкости в технологическом баке создает поток из порошково-газовой смеси, поступающий в жидкость. Очень важно, чтобы давление порошково-газовой смеси было больше давления в технологическом резервуаре. Поэтому необходимо обеспечивать определенный массовый расход порошково-газовой смеси для того, чтобы давление у сухой части клапанного седла было больше давления в технологическом резервуаре. Если давление порошково-газовой смеси слишком понизится, т.е. станет ниже давления в технологическом резервуаре, то в этом случае может возникнуть обратный поток влажного порошка или даже жидкости из технологического резервуара на клапан, который может смочить сухую часть клапана. В особенности если порошковый материал имеет высокую плотность, то порошковый материал будет скапливаться перед закрытым клапаном у его сухой части перед открытием клапана. В подобных случаях для ускорения порошково-газовой смеси потребуется определенное время, таким образом, чтобы сформировался поток порошково-газовой смеси, предотвращающий соприкасание жидкости или влажного порошка с сухой частью клапанного седла односедельного клапана. До момента создания достаточного потока порошково-газовой смеси будет наблюдаться небольшой обратный поток, иногда смачивающий сухую часть клапанного седла. В подобных смоченных областях, в том числе на клапанном седле и других участках уплотнителя, образуется накипь и/или покрытие.
При закрытии клапана порошково-газовая смесь продолжит проходить между клапанным седлом и перекрывающим элементом до тех пор, пока клапан полностью не закроется и клапанное седло не соприкоснется с перекрывающим элементом. Следовательно, порошково-газовая смесь будет ускоряться в конце закрытия клапана, когда происходит выделение тепла. Это приводит к абразивному износу уплотнений клапана. Кроме этого, из-за выделения тепла накипь из порошкового материала на уплотнениях и клапанном седле становится очень сухой и твердой. В конечном итоге это может вызвать протечки в клапане.
Из-за подобных проблем срок службы клапанных уплотнений иногда сокращается до одного или нескольких дней.
Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить устройство подачи порошкового материала согласно преамбуле к п.1 формулы изобретения, имеющего увеличенный срок службы, а также предложить способ подачи порошкового материала в жидкость согласно преамбуле к п.7 формулы изобретения с увеличенным периодом эксплуатации.
Цель изобретения достигается, соответственно, при помощи устройства подачи порошкового материала, обладающего признаками по п.1 формулы изобретения, а также способа, обладающего признаками по п.7 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Преимущество вариантов осуществления изобретения заключается в том, что клапаны и, в особенности, клапанное седло, клапанные уплотнения и клапанное перекрывающее устройство остаются сухими и чистыми. Это позволяет увеличить срок службы клапанных уплотнений и создать надежный процесс пищевого производства (или другой производственный процесс) с меньшим количеством поломок вследствие засорения устройств подачи порошковых материалов. Еще одним преимуществом является то, что клапанную систему можно демонтировать для проведения проверок и техобслуживания.
Варианты осуществления, в которых используется второй клапан, обладают дополнительными преимуществами, заключающимися в том, что технологический резервуар не нужно освобождать для проведения техобслуживания и очистки, поскольку второй клапан может оставаться закрытым. Предпочтительно в целях проведения техобслуживания и очистки проход для подачи порошкового материала может быть разделен на две секции, таким образом, чтобы в одной секции находился первый клапан, а в другой секции - второй клапан. Выпускное отверстие устройства подачи газообразной среды может быть расположено в первой либо во второй секции, однако предпочтительно, чтобы выпускное отверстие устройства подачи газообразной среды находилось в первой секции таким образом, чтобы устройство подачи порошкового материала можно было вынуть или демонтировать практически полностью из технологического резервуара, т.е. без второй секции и без второго клапана. Первая и вторая секции прохода для подачи порошкового материала могут соединяться так, как это известно специалистам в данной области техники. Например, могут использоваться средства фланцевого соединения, и/или хомутного соединения, и/или шарнирного соединения.
В соответствии с изобретением предлагается устройство подачи порошкового материала для подачи порошкового материала в жидкость, содержащее:
- впускное отверстие, через которое подается разжиженный порошок под первым давлением,
- выпускное отверстие, соединенное с баком для жидкости, находящееся под вторым давлением, которое меньше, чем первое давление на впускном отверстии,
- проход для подачи порошкового материала, проходящий от впускного отверстия до выпускного отверстия,
- первый клапан для закрытия и открытия прохода для подачи порошкового материала, а также
- устройство подачи газообразной среды с выпускным отверстием для направления газообразной среды в проход для подачи порошкового материала, давлением которой выше второго давления,
отличающееся тем, что выпускное отверстие устройства подачи газообразной среды расположено в проходе для подачи порошкового материала по ходу после первого клапана и/или
выпускное отверстие устройства подачи газообразной среды расположено в проходе для подачи порошкового материала между первым клапаном и выпускным отверстием устройства подачи порошкового материала и/или
первый клапан расположен в проходе для подачи порошкового материала, между выпускным отверстием устройства подачи газообразной среды и впускным отверстием устройства подачи порошкового материала.
Выпускное отверстие, соединенное с баком для жидкости, также можно назвать «выпускным отверстием для порошкового материала и впускным отверстием бака для жидкости», поскольку выпускное отверстие для порошкового материала также является впускным отверстием бака для жидкости. Другими словами, термин «выпускное отверстие, соединенное с баком для жидкости» также следует понимать как впускное отверстие бака для жидкости, которое также является выпускным отверстием устройства подачи порошкового материала. Соответственно, выпускное отверстие устройства подачи порошкового материала (выпускное отверстие, соединенное с баком для жидкости) одновременно является впускным отверстием бака для жидкости. Через выпускное отверстие устройства подачи порошкового материала порошковый материал подается в жидкость, находящуюся в баке для жидкости, поскольку выпускное отверстие, соединенное с баком для жидкости, является впускным отверстием бака для жидкости.
Порошковый материал следует через проход для подачи порошкового материала от впускного отверстия устройства подачи порошкового материала до выпускного отверстия устройства подачи порошкового материала. Соответственно, размещение устройства подачи газообразной среды в проходе для подачи порошкового материала по ходу после первого клапана равноценно тому, как если бы выпускное отверстие устройства подачи газообразной среды находилось в проходе для подачи порошкового материала между первым клапаном и выпускным отверстием устройства подачи порошкового материала и/или если бы первый клапан находился в проходе для подачи порошкового материала между выпускным отверстием устройства подачи газообразной среды и впускным отверстием устройства подачи порошкового материала.
В соответствии с изобретением устройство подачи порошкового материала может дополнительно содержать второй клапан, закрывающий и открывающий проход для подачи порошкового материала. Предпочтительно, чтобы второй клапан был расположен по ходу после выпускного отверстия устройства подачи газообразной среды и/или выпускное отверстие устройства подачи газообразной среды было расположено между первым клапаном и вторым клапаном и/или второй клапан был расположен между выпускным отверстием устройства подачи газообразной среды и выпускным отверстием устройства подачи порошкового материала.
В соответствии с изобретением первый клапан и/или второй клапан могут быть или могут содержать двухпозиционный клапан.
В соответствии с изобретением первый клапан и/или второй клапан могут быть или могут содержать дисковый поворотный клапан.
В соответствии с изобретением первый клапан и/или второй клапан могут быть или могут содержать седельный клапан и/или односедельный клапан.
В соответствии с изобретением проход для подачи порошкового материала состоит, по меньшей мере, из двух секций, соединенных средствами соединения таким образом, чтобы проход для подачи порошкового материала мог быть отделен, и/или разделен, и/или открывался для проведения техобслуживания и очистки. Секции могут быть соединены фланцевыми средствами соединениями, и/или хомутными средствами соединениями, и/или шаровыми средствами соединениями, известными специалистам в данной области техники.
В соответствии с изобретением устройство подачи газообразной среды может быть или может содержать клапан для подачи газообразной среды и/или нагнетательное устройство подачи, такое как, например, нагнетательный насос.
В соответствии с изобретением предлагается способ подачи порошкового материала в жидкость, состоящий из следующих этапов:
(a) создание разрежения или пониженного давления в жидкости,
(b) подача порошкового материала в жидкость через проход для подачи порошкового материала,
(c) установка первого клапана в проходе для подачи порошкового материала с целью закрытия и открытия прохода для подачи порошкового материала, а также
(d) подача газообразной среды под давлением в проход для подачи порошкового материала по ходу после первого клапана и/или между выпускным отверстием прохода для подачи порошкового материала и первым клапаном, по меньшей мере, частично во время закрытия и/или открытия первого клапана.
В соответствии с изобретением способ может дополнительно содержать этап установки второго клапана в проходе для подачи порошкового материала с целью закрытия и открытия прохода для подачи порошкового материала, причем второй клапан устанавливается по ходу после секции прохода для подачи порошкового материала, через которую газообразная среда под давлением подается в проход для подачи порошкового материала.
В соответствии с изобретением способ может дополнительно содержать этап закрытия первого клапана, причем газообразная среда подается в проход для подачи порошкового материала по ходу после первого клапана, по меньшей мере, перед завершением закрытия первого клапана, предпочтительно, по меньшей мере, после начала закрытия первого клапана и вплоть до закрытия первого клапана, а также предпочтительно, по меньшей мере, от начала закрытия первого клапана до завершения закрытия первого клапана.
В соответствии с изобретением газообразная среда может подаваться в проход для подачи порошкового материала по ходу после первого клапана, после того как первый клапан был закрыт или открыт для очистки прохода для подачи порошкового материала от порошкового материала.
В соответствии с изобретением способ может дополнительно содержать этап закрытия второго клапана, причем газообразная среда подается в проход для подачи порошкового материала по ходу после первого клапана, после того как первый клапан был закрыт и до окончательного закрытия второго клапана, предпочтительно перед началом закрытия второго клапана, с целью очистки второго клапана и/или средств уплотнения второго клапана от порошкового материала, причем газообразная среда предпочтительно подается вплоть до полного закрытия второго клапана.
В соответствии с изобретением способ может дополнительно содержать этап открытия первого клапана, причем газообразная среда подается в проход для подачи порошкового материала по ходу после первого клапана, по меньшей мере, перед началом открытия первого клапана, предпочтительно, по меньшей мере, от начала открытия первого клапана вплоть до почти полного открытия первого клапана, а также предпочтительно, по меньшей мере, от начала открытия первого клапана вплоть до завершения открытия первого клапана.
В соответствии с изобретением способ может дополнительно содержать этап открытия второго клапана перед открытием первого клапана, а также открытие первого клапана после того как первый клапан был, по меньшей мере, частично, а предпочтительно полностью открыт, причем газообразная среда подается в проход для подачи порошкового материала по ходу после первого клапана, по меньшей мере, перед началом открытия второго клапана, предпочтительно, по меньшей мере, от начала открытия второго клапана вплоть до почти полного открытия первого клапана, а также предпочтительно, по меньшей мере, от начала открытия первого клапана вплоть до завершения открытия первого клапана.
В соответствии с изобретением способ может осуществляться при помощи устройства подачи порошкового материала по изобретению.
В соответствии с изобретением порошковый материал может содержать пищевой материал и/или пищевые добавки. Например, порошковый материал может состоять или может содержать сахар, и/или углеводы, и/или протеины, и/или стабилизаторы, и/или эмульсификаторы.
Изобретение будет рассмотрено более подробно со ссылкой на чертежи, на которых используются следующие ссылочные позиции:
1 - устройство подачи порошкового материала
2 - впускное отверстие устройства подачи порошкового материала
3 - выпускное отверстие устройства подачи порошкового материала
4 - проход для подачи порошкового материала
10 - второй клапан
11 - закрывающий элемент
12 - ось
20 - первый клапан
21 - перекрывающий элемент
22 - ось
30 - устройство подачи газообразного материала
31 - перекрывающий элемент
32 - исполнительный механизм
33 - проход для подачи газообразного материала
34 - выпускное отверстие устройства подачи газообразного материала
40 - поток газа, содержащего порошковый материал
41 - входящий поток газа, содержащего порошковый материал
42 - выходящий поток газа, содержащего порошковый материал
43 - частично перекрытая часть потока газа, содержащего порошковый материал
44 - проходная часть потока газа, содержащего порошковый материал
45 - поток газа, содержащего порошковый материал, перекрытый первым клапаном
46 - остальная часть потока газа, содержащего порошковый материал, выталкиваемая из прохода для подачи порошкового материала потоком 50 газообразной среды
47 - поток газа, содержащего порошковый материал, перекрываемый первым клапаном
50 - поток газообразной среды
51 - поток газообразной среды
60 - линия, указывающая возможное разделение прохода для подачи порошкового материала на две секции с целью проведения техобслуживания и/или очистки.
На прилагаемых чертежах показан предпочтительный вариант осуществления изобретения:
на фиг.1 схематично показан вид устройства подачи порошкового материала по одному из вариантов осуществления изобретения в открытом положении перед перекрытием потока порошкового материала;
на фиг.2 схематично показан вид устройства подачи порошкового материала по фиг.1 на первом этапе перекрытия подачи порошкового материала;
на фиг.3 схематично показан вид устройства подачи порошкового материала по фиг.1 на втором этапе перекрытия подачи порошкового материала;
на фиг.4 схематично показан вид устройства подачи порошкового материала по фиг.1 в закрытом положении после перекрытия подачи порошкового материала;
на фиг.5 схематично показан вид устройства подачи порошкового материала по фиг.1 в закрытом положении перед формированием потока подаваемого порошкового материала;
на фиг.6 схематично показан вид устройства подачи порошкового материала по фиг.1 на первом этапе формирования потока подаваемого порошкового материала;
на фиг.7 схематично показан вид устройства подачи порошкового материала по фиг.1 на втором этапе формирования потока подаваемого порошкового материала;
на фиг.8 схематично показан вид устройства подачи порошкового материала по фиг.1 в открытом положении после формирования потока подаваемого порошкового материала.
На фиг.1 показан предпочтительный вариант осуществления изобретения.
Устройство подачи порошкового материала, в целом, обозначено позицией 1 и содержит впускное отверстие 2 прохода для подачи порошкового материала, выпускное отверстие 3 прохода для подачи порошкового материала, а также проход 4 для подачи порошкового материала, идущий от впускного отверстия 2 прохода для подачи порошкового материала до выпускного отверстия 3 прохода для подачи порошкового материала.
Технологический резервуар (не показан) заполнен жидкостью, в которую подается порошковый материал. В технологическом резервуаре над поверхностью жидкости создается пониженное давление или разрежение известным специалистам в данной области техники способом.
Порошковый материал подается на впускное отверстие 2 устройства 1 подачи порошкового материала известным специалистам в данной области техники способом.
В проходе 4 для подачи порошкового материала находится первый клапан 20 с перекрывающим элементом 21 и осью 22, вокруг которой поворачивается перекрывающий элемент 21 с целью открытия и закрытия прохода 4.
В показанном варианте осуществления первый клапан 20 является дисковым поворотным клапаном. Между тем могут использоваться любые другие типы соответствующих клапанов. Например, может использоваться односедельный клапан. Кроме этого могут использоваться шаровые клапаны, диафрагменные, шиберные вентили и/или запорные задвижки.
Устройство 30 подачи газообразной среды расположено по ходу после первого клапана 20 в проходе 4 для подачи порошкового материала. Устройство 30 подачи газообразной среды содержит перекрывающий элемент 31, предназначенный для подачи и перекрытия потока газообразной среды, подаваемой в проход 4 для подачи порошкового материала. Кроме этого имеется исполнительный элемент 32 (например, дозатор или любые другие подходящие средства), а также проход 33 для подачи газообразной среды, проходящий от емкости для газообразной среды (не показана) или от окружающей атмосферы (из воздуха азота или т.п.) до выпускного отверстия 34 устройства 30 подачи газообразной среды.
В проходе 4 для подачи порошкового материала также имеется второй клапан 10, который расположен по ходу после выпускного отверстия 34 устройства 30 подачи газообразной среды.
Второй клапан 10 может быть аналогичен первому клапану 20 либо может быть другим соответствующим типом клапана, например, одним из упоминавшихся выше для первого клапана 10, второй клапан содержит перекрывающий элемент 11 с осью 12, вокруг которой перекрывающий элемент 11 поворачивается с целью открытия и закрытия прохода для подачи порошкового материала. Между тем очевидно, что первый и второй клапана могут быть разными.
В качестве первого клапана 20 и/или второго клапана 10 могут использоваться альтернативные клапаны, например, клапаны, у которых перекрывающий элемент перемещается (например, выталкивается или вытягивается и/или выталкивает упругий элемент) вдоль оси 22 с целью открытия и закрытия прохода 4 для подачи порошкового материала.
В соответствии с изобретением второй клапан 10 может не использоваться. В подобных вариантах осуществления используется первый клапан (термин «первый» используется исключительно для различения «первого» клапана от «второго» клапана по вариантам осуществления, в которых используются, по меньшей мере, два клапана), а устройство подачи газообразной среды расположено по ходу после него в проходе для подачи порошкового материала. Для данного варианта осуществления предпочтительно поддерживать подачу потока газообразной среды в технологический резервуар в течение всего времени после закрытия первого клапана до повторного открытия первого клапана.
Линия 60 указывает возможную область, в которой проход 4 для подачи порошкового материала может быть разделен на две секции для проведения техобслуживания и/или очистки. Секции могут быть соединены при помощи средств, известных специалистам в данной области техники, таких как средства фланцевого соединения и/или средства хомутного соединения.
На фигурах с 1 по 4 показан предпочтительный вариант перекрытия прохода 4 для подачи порошкового материала устройства 1 подачи порошкового материала.
На фиг.1 проход 4 для подачи порошкового материала показан полностью открытым. Устройство 30 подачи газообразной среды закрыто. От впускного отверстия 2 к выпускному отверстию 3 прохода 4 для подачи порошкового материала следует поток 40 газа, содержащего порошковый материал, состоящий из входного потока 41 газа, содержащего порошковый материал, следующего из емкости (не показана) для порошкового материала, и выходного потока 42 газа, содержащего порошковый материал, следующего в технологический резервуар (не показан), где находится жидкость, в которую подается порошковый материал.
При закрытии прохода 4 для подачи порошкового материала устройства 1 подачи порошкового материала устройство подачи газообразной среды открывается таким образом, чтобы формировался поток 50 газообразной среды, подаваемой в жидкость, находящуюся в технологическом резервуаре, а первый клапан 20 начинает закрываться. За счет этого поток газа, содержащий порошковый материал, частично перекрывается таким образом, чтобы появлялась перекрытая часть 43 потока газа, содержащего порошковый материал, и проходная часть 44 потока газа, содержащего порошковый материал.
На фиг.3 показано положение, при котором первый клапан 20 полностью закрыт. Поток 50 газообразной среды препятствует созданию обратного потока смоченного порошкового материала или жидкости в проходе 4 для подачи порошкового материала, влияющего на уплотнительные свойства первого клапана 20. Поток 45 газа, содержащего порошковый материал, перекрывается закрытием первого клапана 20. Остальная часть 46 газа, содержащего порошковый материал, удаляется из прохода 4 для подачи порошкового материала потоком 50 газообразной среды, очищая тем самым второй клапан 10.
Затем второй клапан 10 закрывается. Данное положение показано на фиг.4. Поток 47 газа, содержащего порошковый материал, перекрывается закрытием первого клапана 20. Жидкость и смоченный порошковый материал перекрываются закрытием второго клапана 10. Поток 51 газообразной среды уменьшается из-за увеличения давления между двумя закрытыми клапанами 20 и 10.
На фигурах с 5 по 8 показан предпочтительный вариант открытия прохода 4 для подачи порошкового материала устройства 1.
На фиг.5 устройство 1 подачи порошкового материала показано полностью закрытым, т.е. оба клапана 10 и 20 закрыты. Устройство подачи газообразной среды может быть открыто. Если оно закрыто, его необходимо открыть для увеличения давления внутри прохода 4 для подачи порошкового материала между клапанами 10 и 20.
Затем, как показано на фиг.6, открывается второй клапан 10. За счет создания повышенного давления между клапанами 10 и 20 и открытия устройства подачи газообразной среды поток 50 газовой среды формируется практически мгновенно после открытия второго клапана 10.
Затем, как показано на фиг.7, открывается первый клапан 20. Создается перекрытая часть 43 потока газа, содержащего порошковый материал, и проходная часть 44 потока газа, содержащего порошковый материал.
В заключение, как показано на фиг.8, оба клапана полностью открываются, и создается поток 40 газа, содержащего порошковый материал.