УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ ЖИДКИХ И ПОЛУЖИДКИХ ПРОДУКТОВ

Полезная модель относится к технике дозирования и может быть использована при фасовке жидких и полужидких продуктов в пищевой, фармацевтической и др. отраслях промышленности.
Из уровня техники известно устройство для дозирования жидких и полужидких продуктов по патенту РФ №2474521 (МПК B65B 3/00, 2011), содержащее напорный трубопровод, сопло вывода дозы продукта, корпус с мерным отверстием, в котором установлен свободно плавающий поршень, разделяющий мерное отверстие на две камеры, каждая из которых соединена каналами соответственно с соплом и с напорным продуктопроводом.
В указанном устройстве свободно плавающий поршень перемещается между двумя механическими упорами, определяя тем самым выдаваемую в сопло дозу продукта. По меньшей мере один из упоров выполняется регулируемым - для изменения дозы. Данное устройство имеет следующие недостатки:
a) в автоматических дозирующих системах никогда не известно когда при очередном этапе дозирования поршень достигнет своего крайнего положения (выйдет на упор), поскольку время перемещения поршня зависит от вязкости продукта, давления в продуктовом тракте и проходных сечений. В результате время, отводимое на этап дозирования, завышают, обеспечивая гарантированный выход поршня на упор. Вследствие указанного уменьшается быстродействие системы в целом;
b) через уплотнения регулируемого упора возможна как утечка продукта, так и подсос воздуха из внешней среды, что уменьшает точность дозирования и ухудшает гигиену розлива продукта;
c) при автоматической мойке устройства практически невозможно осуществить промывку цилиндрической поверхности поршня, расположенной между уплотнительными кольцами, что приводит к необходимости разборки устройства и ручной промывки поршня.
Из уровня техники известно также устройство для дозирования жидких и полужидких продуктов по патенту РФ №2285246 (МПК G01F 13/00, 2006),, содержащее напорный продуктопровод, сопло вывода дозы продукта, корпус с мерным отверстием, в котором установлен свободно плавающий поршень, разделяющий мерное отверстие на две камеры, каждая из которых соединена каналами соответственно с соплом и с напорным продуктопроводом, клапаны, установленные в каждом из каналов с возможностью их перекрытия, и систему управления клапанами, Для указанного устройства также характерны вышеописанные недостатки.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание герметичного устройства повышенного быстродействия для дозирования жидких и полужидких продуктов, допускающего автоматическую мойку.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в устранении механических упоров, получении информации о достижении поршнем требуемого положения и обеспечении полной герметичности устройства, что повышает точность и улучшает асептику процесса дозирования.
Указанный технический результат в известном устройстве для дозирования жидких и полужидких продуктов, содержащем напорный продуктопровод, сопло вывода дозы продукта, корпус с мерным отверстием, в котором установлены свободно плавающий поршень, разделяющий мерное отверстие на две камеры, каждая из которых соединена каналами соответственно с соплом и с напорным продуктопроводом, клапаны, установленные в каждом из каналов с возможностью их перекрытия, и систему управления клапанами достигается тем, что оно дополнительно содержит магнитное кольцо, вмонтированное в свободно плавающий поршень, и датчики положения, соединенные с системой управления клапанами и установленные на корпусе с возможностью перемещения вдоль оси мерного отверстия.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид предлагаемого устройства в разрезе; на фиг.2 - устройство для больших доз на базе прямой мерной трубы из стандартной трубопроводной арматуры; на фиг.3 - устройство на базе изогнутой мерной трубы.
Устройство для дозирования жидких и полужидких продуктов содержит корпус 1 (фиг.1), в котором закреплена гильза 2 со свободно плавающим поршнем 3. Поршень 3 разделяет мерное отверстие гильзы 2 на камеры 4 и 5. В корпусе 1 выполнены два канала: 6 и 7. Канал 6 соединяет обе камеры 4 и 5 между собой и с соплом 8, а канал 7 - обе камеры 4 и 5 между собой и с напорным продуктопроводом 9 (продукт в продуктопроводе находится под давлением).
В каждом из двух каналов 6 и 7 попарно установлены клапаны. Клапаны могут быть любые; в данном случае для примера показаны пневматические клапаны: в канале 6 - клапаны 10 и 13; в канале 7 - клапаны 11 и 12. Клапаны 13 и 10 выполнены с возможностью перекрытия канала 6 связи сопла 8 соответственно с камерой 4 и 5. Клапаны 11 и 12 могут перекрыть канал 7 связи тех же камер с напорным продуктопроводом 9.
Все клапаны идентичны. Каждый из них представляет собой сопло 14, которое перекрывается упругой мембраной 15 при подаче сжатого воздуха в надмембранную полость через штуцер 16.
В корпусе 1 на гильзе 2 закреплены два датчика 17 и 18. Датчики закреплены соответственно на державках 19 и 20. Державки могут устанавливаться в любом месте гильзы 2. Расстояние между ними грубо определяет перемещение поршня 3 и, соответственно, величину выдаваемой дозы. Тонкая регулировка дозы осуществляется смещением датчика 18 путем вращения микрометрического винта 21. В качестве датчиков можно использовать герконы. В этом случае в свободно плавающий поршень 3 встраивается магнитное кольцо 22. Сигналы датчиков 17 и 18 поступают в систему управления 23 на контроллер 24, который в зависимости от поступивших сигналов управляет пневмораспределителями 25, 26, 27 и 28 клапанов 10, 11, 12 и 13.
Работает предлагаемое устройство следующим образом. В исходном положении в надмембранные полости всех клапанов 10, 11, 12 и 13 подается через штуцера 16 воздух от пневмораспределителей 25, 26, 27 и 28. Давление воздуха постоянно и выбирается всегда больше, чем давление продукта в продуктопроводе 9. В результате все клапаны 10, 11, 12 и 13 закрыты и надежно изолируют продуктопровод 9 от сопла 8. При этом свободно плавающий поршень 3 находится в одном из крайних положений, например, справа в районе датчика 18. Важно отметить, что при всех закрытых клапанах 10, 11, 12 и 13 положение поршня 3 в мерной гильзе 2 будет неизменным, что обусловлено свойством несжимаемости жидкости и отсутствием перетечек продукта между камерами 4 и 5 через уплотнения поршня 3.
При необходимости выдачи дозы продукта, когда, например, на позицию загрузки под сопло 8 подошла очередная емкость, контроллер 24 выдает сигнал на распределители 27 и 28, в результате чего давление в надмембранных зонах клапанов 12 и 13 сбрасывается, и клапаны 12 и 13 открываются: продукт из продуктопровода 9, поступая в камеру 5 через открытый клапан 12, перемещает поршень 3 влево, выдавливая дозу продукта в сопло 8 из камеры 4 через открытый клапан 13. При этом контроллер 24 ожидает сигнала от левого датчика 17. Как только датчик 17 выдаст сигнал о приходе поршня 3 в левое положение, контроллер 24 через распределители 27 и 28 закроет клапаны 12 и 13. Процесс дозирования закончен, а в камере 5 уже набрана доза продукта для следующего цикла.
На следующем цикле дозирования контроллер 24 через распределители 25 и 26 открывает клапаны 10 и 11, расположенные по другой диагонали устройства. В этом случае продукт из продуктопровода 9 будет поступать в камеру 4 через открытый клапан 11, а сформированная ранее доза из камеры 5 будет поступать к соплу 8 через открытый клапан 10.
Движение поршня будет происходить до тех пор, пока датчик 18 не выдаст сигнал о приходе поршня 3 в правое положение. При этом контроллер 24 закроет клапаны 10 и 11, и устройство придет в исходное положение. Таким образом, попеременно открывая пары клапанов, расположенных на разных диагоналях устройства, и закрывая их по сигналам соответствующих датчиков производится многократная выдача доз продукта через сопло 8. При необходимости подкорректировать величину дозы продукта датчик 18 следует переместить вращением микрометрического винта 21, что приведет к изменению хода поршня 3.
Таким образом предложенное новое техническое решение позволяет обеспечить максимальное быстродействие (момент появления сигнала датчика свидетельствует о завершении процесса выдачи дозы), высокую гигиену и полную герметичность устройства, поскольку не имеет подвижных элементов, способных перенести продукты износа и вредную микрофлору из внешней среды в дозируемый продукт. Преимуществом предложенного устройства является также возможность автоматической мойки всего устройства и в том числе поршня 3 в зоне между уплотнительными кольцами. Для этого при движении поршня 3 вправо, контроллер игнорирует сигнал датчика 18, в результате чего поршень выходит в правый конец гильзы 2 (на фиг.1 показан пунктирной линией); при этом правая часть межуплотнительной поверхности поршня 3 становится открытой. Далее контроллер 24 перекрывает клапан 11 и открывает клапан 12. Промывочная жидкость перетекает через открытые клапана 12 и 10, омывая правую часть поршня 3. При закрытии клапана 10, открытии 13 и игнорировании сигналов датчиков 17 и 18 поршень 3 перейдет в левый конец гильзы (также показан пунктирной линией). При этом откроется левая часть межуплотнительной поверхности поршня 3. Она будет промываться, если закрыть клапан 12 и открыть клапан 11. Перевести поршень 3 из левого промывочного положения в рабочее можно, если закрыть клапан 13, открыть клапан 10 (поршень пойдет вправо), проигнорировать сигнал датчика 17 и перекрыть все клапаны при появлении сигнала с датчика 18.
При достаточно больших дозах продукта весь дозатор можно собрать на стандартных элементах трубопроводной арматуры, как показано на фиг.2 и 3. На фиг.2 в качестве гильзы используется стандартная прямая труба 2 с калиброванным отверстием, в котором перемещается свободно плавающий поршень 3 с вмонтированным магнитным кольцом. При использовании изогнутой трубы 2 (фиг.3) ее минимальный радиус кривизны выбирается так, чтобы короткий поршень 3 свободно проходил по изгибу трубы за счет эластичности уплотнительных колец. На наружном диаметре трубы 2 с помощью хомутов 19 и 20 крепятся датчики 17 и 18, которые можно смещать вдоль оси трубы 2 для регулировки дозы. На концы трубы 2 крепятся стандартные тройники, в которых на выходы, перпендикулярные оси трубы 2, устанавливаются стандартные управляемые клапана 10, 11, 12 и 13, из которых два (11 и 12) соединяются с напорным продуктопроводом 9, а через два других (10 и 13) поочередно выдаются дозы продукта. В данной схеме в качестве примера показаны стандартные прямоточные клапаны "Stop and go" (см. www.ako-armaturen.de, дата обращения 03.04.2013), которые с одной стороны хорошо промываются, а с другой - надежно перекрывают проходное сечение канала за счет пережимания внутреннего упругого шланга 15 при подаче давления воздуха через штуцер 16 в наружную обойму клапана.
Важным преимуществом предлагаемого технического решения является возможность выдачи по программе различных величин доз. Для этого на мерную гильзу устанавливается не два, а большее количество датчиков, соответствующее числу возможных доз в программном наборе. При поступлении запроса на конкретную дозу контроллер определяет соответствующий этой дозе датчик, открывает клапаны и ожидает от него сигнала, игнорируя сигналы от других датчиков, расположенных по пути следования свободно плавающего поршня.
Дополнительным преимуществом предлагаемого технического решения является возможность существенного увеличения количества каналов дозирования, что важно для многоручьевых автоматических линий "Form-Fill-Seal". Примеры выдачи одинаковых доз по двум каналам показаны на фиг.2 и 3. При большем количестве каналов приведенные схемы следует рассматривать как модули, питаемые продуктом от одного продуктопровода 9.