ЭКСТРУДЕР ПРЕССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАКАРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ УЛУЧШЕННОГО КАЧЕСТВА
PRESS EXTRUDER FOR IMPROVED QUALITY PASTA PRODUCTS MANUFACTURE

Изобретение предназначено для применения в прессах для изготовления макаронных изделий, которые могут быть применены на предприятиях малого бизнеса.
Известен экструдер пресса для изготовления макаронных изделий (см. патент РФ №2215413, МПК А21С 1/14, А21С 11/20, А21С 9/20. Опубл. 10.11.2003), характеризующийся тем, что он содержит шнек, связанный с выходным валом привода экструдера с одной стороны и формирующим устройством с другой стороны, причем винтовая поверхность шнека разделена на три ступени, первая из которых связана с тестомесителем, а вторая ступень является зоной дозированной подачи тестовой массы в зону вакуумирования третьей ступени, над которой в корпусе установлена камера-накопитель для улавливания мучных остатков из зоны вакуумирования и водяная рубашка, связанная с источником воды, при этом в межвитковом пространстве третьей ступени шнека установлена антифрикционная лентообразная вставка с низкими адгезионными свойствами, например фторопластовая.
Недостатком является снижение качества изготовления макаронных изделий при длительной эксплуатации из-за налипания теста в межвитковом пространстве шнека на всех ступенях изготовления макаронных изделий вследствие передачи теплопроводностью по длине шнека теплоты, интенсивно образующейся при прессовании тестовой массы с продвижением ее к формующему устройству.
Известен экструдер пресса для изготовления макаронных изделий улучшенного качества (см. патент РФ №2547435, МПК А21С 1/14. Опубл. 10.04.2015. Бюл. №10), содержащий в корпусе экструдер пресса для производства макаронных изделий улучшенного качества, содержит в корпусе шнек с выходным валом привода экструдера с одной стороны и с формующим устройством с другой стороны, причем винтовая поверхность шнека разделена на три ступени, первая из которых связана с тестосмесителем, вторая ступень является зоной дозированной подачи тестовой массы в зону вакуумирования третьей ступени, над которой в корпусе экструдера установлена камера-накопитель для улавливания мучных отходов из зоны вакуумирования и водяная рубашка, связанная с источником воды, при этом в межвитковым пространстве третей ступени шнека установлена антифрикционная лентообразная вставка с низкими адгезионными свойствами, например фторопластовая, причем шнек выполнен из биметалла, кроме того, материал биметалла со стороны винтовой поверхности шнека имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности его внутреннего материала.
Недостатком данного устройства являются энергозатраты процесса изготовления макаронных изделий улучшенного качества из-за отсутствия возможности регулирования мощности, потребляемой приводом экструдера при изменяющейся температуре и соответственно вязкости теста, перемещаемого шнеком и находящегося в его межвитковом пространстве.
Технической задачей предлагаемого изобретения является оптимизация потребления мощности на привод экструдера для вращения шнека по перемещению теста с изменяющейся температурой в процессе изготовления макаронных изделий улучшенного качества.
Технический результат достигается тем, что экструдер для качественного изготовления макаронных изделий содержит экструдер пресса для производства макаронных изделий улучшенного качества, содержит в корпусе шнек с выходным валом привода экструдера с одной стороны и с формующим устройством с другой стороны, причем винтовая поверхность шнека разделена на три ступени, первая из которых связана с тестосмесителем, вторая ступень является зоной дозированной подачи тестовой массы в зону вакуумирования третьей ступени, над которой в корпусе экструдера установлена камера-накопитель для улавливания мучных отходов из зоны вакуумирования и водяная рубашка, связанная с источником воды, при этом в межвитковым пространстве третей ступени шнека установлена антифрикционная лентообразная вставка с низкими адгезионными свойствами, например фторопластовая, причем шнек выполнен из биметалла, кроме того, материал биметалла со стороны винтовой поверхности шнека имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности его внутреннего материала, при этом выходной вал привода экструдера снабжен трехфазным электродвигателем с регулятором скорости вращения, выполненным в виде блока порошковых электромагнитных муфт, а также регулятором температуры с датчиком температуры, включающим блок сравнения и блок задания, причем блок сравнения соединен с входом электронного усилителя, оборудованного блоком нелинейной обратной связи, выход электронного усилителя соединен с входом магнитного усилителя с выпрямителем, который на выходе подключен к регулятору скорости вращения, кроме того, датчик температуры расположен в камере-накопителе соединен с блоком сравнения регулятора температуры.
На фиг. 1 изображен экструдер в сборе.
Экструдер к прессу для качественного изготовления макаронных изделий содержит в корпусе 1 шнек 2, связанный с выходным валом привода экструдера (не показано) с одной стороны и формующим устройством 3 с другой стороны. Привод включает в себя асинхронный трехфазный электродвигатель, закрепленный на корпусе пресса, и двухступенчатую цепную передачу (не показаны). Винтовая поверхность шнека 2 разделена на три ступени, причем первая ступень 4 через отверстие 5 связана с тестомесителем (не показан), вторая ступень 6 является зоной дозированной подачи тестовой массы в третью ступень 7 и выполнена с меньшим приходным сечением каналов винтовой линии, чем в ступенях 4 и 6, ступень 6 выполнена с меньшей пропускной способностью, чем ступень 7. Над третьей ступенью в корпусе 1 установлена водяная рубашка 8, связанная с источником воды (не показан), и камера-накопитель 9 для улавливания мучных остатков из зоны вакуумирования третьей ступени 7, связанная с вакуумным насосом (не показан). В межвитковом пространстве (каналы проходного сечения винтовой линии) третьей ступени 7 шнека 2 установлена антифрикционная лентообразная вставка 10 с низкими адгезионными свойствами (например, фторопластовая) заклепками 11. Шнек 2 выполнен из биметалла, причем материал 12 биметалла со стороны внешней винтовой поверхности 13 шнека 2 имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности его внутреннего материала 14. Выходной вал 15 привода экструдера снабжен асинхронным трехфазным электродвигателем 16 с регулятором скорости вращения 17, выполненным в виде блока порошковых электромагнитных муфт, а так же регулятором температуры 18 с датчиком температуры 19. Регулятор температуры 18 включает блок сравнения 20 и блок задания 21, причем блок сравнения 20 соединен с входом электронного усилителя 22, оборудованного блоком нелинейной обратной связи 23, а выход электронного усилителя 22 соединен с входом магнитного усилителя 24 с выпрямителем, который на выходе подключен к регулятору скорости вращения в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Кроме того, датчик температуры 19 расположен в камере-накопителе 9 и соединен с блоком сравнения 20 регулятора температуры 18.
Устройство работает следующим образом.
Для получения макаронных изделий улучшенного качества задается нормированная по условиям технологического процесса температура, возрастающая от теплоты трения в межвитковом пространстве шнека 2 от первой ступени 4 до третьей ступени 7, достигая заданной величины, в узком интервале допускаемых отклонений и фиксируется датчиком температуры 19, расположенным в камере-накопителе 9. По нормированной температуре, получения макаронных изделий улучшенного качества с учетом оптимизации энергозатрат на привод экструдера, настраивается скорость вращения выходного вала 15, соединяющего двухступенчатой целой передачей шнек 2.
При отклонение температуры тестовой массы в камере-накопителе 9 в сторону уменьшения (вязкость теста возрастает) сигнал, поступающий с датчика температуры 19, становится меньше, чем сигнал блока задания 21, и на выходе блока сравнения 20 появляется сигнал положительной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 22 одновременно с сигналом отрицательной нелинейной обратной связи 23. За счет этого в электронном усилителе 22 компенсируется нелинейность характеристики асинхронного трехфазного электродвигателя 16. Сигнал с выхода электронного усилителя 22 поступает на вход магнитного усилителя 24, где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 17 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Положительная полярность сигнала электронного усилителя 22 вызывает увеличение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 24.
В результате повышается момент от асинхронного трехфазного электродвигателя 16 на выходной вал 15 и через двухступенчатую цепную передачу на шнек 2 и тогда перемещение тестовой массы осуществляется в межвитковом пространстве с возросшей скоростью, что увеличивает ее температуру до нормированной за счет теплоты трения (см., например, с. 235. Цой П.В. Методы расчета отдельных задач тепломассопереноса. - М.: Энергия, 1971 - 384 с. ил.).
При отклонении температуры тестовой массы в камере-накопителе 9 в сторону увеличения (вязкость теста уменьшается) сигнал, поступающий с датчика температуры 19 становится больше, чем сигнал блока задания 21 и на выходе блока сравнения 20 появляется сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 22 одновременно с сигналом отрицательной нелинейной обратной связи 23. За счет этого в электронном усилителе 22 компенсируется нелинейность характеристики асинхронного трехфазного электродвигателя 16. Сигнал с выхода электронного усилителя 22 поступает на вход магнитного усилителя 24, где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 17 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 22 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 24.
В результате повышается момент от асинхронного трехфазного электродвигателя 16 на выходной вал 15 и через двухступенчатую цепную передачу на шнек 2 и перемещение тестовой массы осуществляется в межвитковом пространстве с уменьшающейся скоростью, что снижает ее температуру из-за снижающегося поступления теплоты трения.
Следовательно, автоматизированный контроль теплового режима перемещающейся тестовой массы в межвитковом пространстве шнека 2 посредством регулятора температуры 18, воздействующего на регулятор скорости вращения 17 в виде блока порошковых электромагнитных муфт, позволяет снизить энергозатраты на привод экструдера, посредством оптимизации отбора мощности асинхронного трехфазного электродвигателя 16 в процессе производства макаронных изделий улучшенного качества.
В процессе эксплуатации экструдера тесто совершает вращательное движение и, плотно заполняя межвитковое пространство во внешней винтовой поверхности 13, нагревается. При этом передается тепло теплопроводностью по всей длине шнека 2 от третьей 7 ко второй 6 и первой 4 ступеням внешней винтовой поверхности 13. В результате передачи тепла шнеку 2 при выполнении его из биметалла наблюдается перераспределение тепловых процессов. В связи с тем, что коэффициент теплопроводности материала (например, алюминий с коэффициентом теплопроводности 204 Вт/(м⋅гр), см. стр. 312, Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: 1980 - 469 с., ил.) 12 со стороны внешней винтовой поверхности 13 в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент внутреннего материала 14 шнека 2 (например, латунь с коэффициентом теплопроводности 85 Вт/(м⋅гр), см. там же). Материал 12 нагревали более интенсивно, чем материал 14 шнека 2 из биметалла. Это приводит к различным температурным градиентам по толщине шнека 2 и созданию термобибрации на внешней винтовой поверхности 13 (см. например, Дмитриев В.П. Биметаллы. Пермь. Надка. 1991. 487 с., ил.).
Тогда сыпучая тестовая масса, поступающая через отверстие 5 на первую ступень 4 шнека 2, перемещается слабым непрерывным потоком, постепенно заполняя межвитковое пространство внешней винтовой поверхности 13, которое, термовибрируя, ускоряет налипание отдельных частиц сыпучей тестовой массы, поступательно смещает ее во вторую ступень 6. Здесь несколько снижается скорость движения тестовой массы из-за конструктивных особенностей ступени 6, образуя как бы пробку. При этом происходит разрыв потока тестовой массы, которая в виде катышков и гранул соприкасается с внешней винтовой поверхностью 13, увеличивая вероятность налипания данных неоднородностей тестовой массы в межвитковом пространстве. А поддержание термовибрационного состояния внешней винтовой поверхности 13 за счет неравномерности передачи тепла теплопроводностью по толщине шнека 2 во второй ступени 6 ускоряет процесс налипания и неоднородная тестовая масса поступает в зону вакуумирования третьей ступени 7 шнека 2, где свободно продолжает перемещаться вдоль оси шнека 2. Одновременно под действием радиальной составляющей и в результате взаимодействия сил внутреннего трения тестовая масса совершает также вращательное движение, плотно заполняя межвитковое пространство, при этом нагревшись, и передает тепло внешней винтовой поверхности 13, т.е. материалу 12 с коэффициентом теплопроводности, в 2,0-2,5 раза превышающим коэффициент теплопроводности внутреннего материала 14 шнека 2, создавая тем самым температурный градиент по длине, т.е. в ступенях 4, 5 и 7 шнека 2, обеспечивая условия убрашения в них налипания отдельных частиц тестовой массы в процессе работы экструдера.
В конце третьей ступени 7 (это последний виток шнека 2) спрессованная тестовая масса в виде закрученного потока поступает к фильеру 12. После выхода пресса на режим включается в работу вакуумный насос (не показан), который откачивает пузырьки воздуха из теста. Через две-три минуты после начала работы в водяную рубашку 8 подается вода, охлаждая тестовую массу, а от перегревания и для дополнительного предотвращения налипания теста к шнеку 2 служит антифрикционная лентообразная вставка 10 с низкими адгезионными свойствами (например, фторопластовая). Тесто перемещается к фильеру 12 и выходит из пресса сформованными нитями.
Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в том, что обеспечивает в процессе эксплуатации снижение энергозатрат на привод экструдера с поддержанием при изготовлении макаронных изделий улучшенного качества путем оптимизации энергозатрат на асинхронный трехфазовый электродвигатель за счет снабжения его как регулятором скорости вращения в виде блока порошковых муфт, так и регулятором температуры, включающим блоки задания и сравнения, усилители магнитный и электронный с блоком нелинейной обратной связи, а так же датчика температуры, установленных в камере-накопителе и соединенных с блоком сравнения регулятора температуры.