УСТАНОВКА ПРЕССОВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ТВОРОГА

Полезная модель относится к оборудованию молочной промышленности, а более конкретно к устройству для отделения сыворотки от сырного зерна и ее удаления из ванны.
Уровень данной области техники характеризует установка, описанная в патенте RU 2215409, A01J 25/10, 2001 г., содержащая герметичный корпус, сообщающийся с системой вакуумирования, в нижней части которого имеется сливной трубопровод для удаления сыворотки.
Особенностью этой установки является использование рифленых прокладок между рядами технологических мешочков из бязи или лавсана с обрабатываемым творожным калье. Рифления прокладок наклонены к периферии, образуя автономные стоки, причем нижняя прокладка установлена на дне ванны, что обеспечивает свободное течение отделенной сыворотки к сливному трубопроводу, сообщающемуся с баком системы вакуумирования.
Эффективность прессования творога достигается распределением нагрузки и равномерным отводом сыворотки во всем объеме материала.
Основным недостатком описанной установки является низкая производительность, что ограничивает ее промышленное использование.
Более совершенной является творогоизготовитель по патенту RU 2296462, А01J 25/02, 2005 г., который представляет собой многофункциональное устройство для изготовления творога на различных операциях технологического процесса.
Творогоизготовитель содержит цилиндрическую многослойную емкость с теплоизолированными стенками, опирающуюся на рамную стойку.
На поверхности цилиндра расположены змеевики с хладагентом и теплоносителем на диаметрально противоположных сторонах, покрытые тепло-изолирующей оболочкой.
На торцевой стенке емкости расположено приспособление для ее заполнения и опорожнения, многоуровневое устройство для отбора сыворотки, выполненное в виде объединенных одним трубопроводом штуцеров с кранами, смотровые окна и температурные датчики
В верхней части емкости имеется загрузочное устройство, выполненное в виде люка с размещенной в нем решеткой, взаимодействующей с датчиком блокировки, а также моющее приспособление.
В емкости на приводном валу закреплены инструментальные узлы, равномерно смещенные по винтовой линии вдоль приводного вала, которые выполнены в форме радиальных лопастей с поперечными пластинчатыми лопатками, снабженными изогнутыми в сторону вращения ножами.
Установка оснащена системой позиционирования инструментальных узлов относительно загрузочного люка, которая содержит установленный на валу емкости флажок, взаимодействующий с закрепленным на редукторе датчиком включения привода вращения по команде управления.
Творогоизготовитель имеет систему управления, взаимодействующую с блоками нагрева и охлаждения, температурными датчиками и приводом вращения инструментальных узлов, что обеспечивает регулирование и стабилизацию производительного процесса.
Однако, продолжением достоинств творогоизготовителя являются присущие недостатки, в частности, конструкция лопастного ворошителя может служить причиной механических повреждений технологических мешочков с прессуемым творогом, что снижает выход продукции и в принципе недопустимо.
На базе конструкции этого творогоизготовителя разработана целевая установка, усовершенствованная применительно к узко технологическим функциям прессования и охлаждения творога из творожного калье в технологических мешочках, которая описана в журнале «Молочная промышленность №10, 2007 г., с.46-47, выбранная по числу совпадающих признаков и назначению в качестве наиболее близкого аналога предложенной установке.
Известная установка прессования и охлаждения творога содержит смонтированный внутри установленного на раме корпуса технологический трубчатый барабан (инструментальный узел), в котором размещаются мешочки с творожным калье. Барабан выполнен в виде змеевика, сообщающегося через опирающийся на раму полый приводной вал реверсивного вращения с системой циркуляции ледяной воды.
Технологически определено снижение температуры исходного творожного калье 25-30°С до 12-16°С готового продукта, что достигается за счет его контакта со змеевиком, по которому циркулирует хладагент с температурой 1-3°С.
Барабан имеет загрузочное окно, закрытое продольно раздвижными створками, установленными на направляющих, которые закреплены на корпусе.
В корпусе выполнен откидной люк с конечным выключателем, связанным с приводом, и емкость для сбора сыворотки, снабженная сливным краном со стороны уклона.
Система позиционирования загрузочного окна барабана относительно откидного люка корпуса выполнена в виде закрепленного на приводном валу флажка. Взаимодействующего с бесконтактным датчиком положения, который электрически связан с приводом через переключатель (кнопку «Стоп»).
В блоке управления предусмотрен таймер технологического времени реверсирования направления вращения (для предотвращения слеживания пластов мешочков) и полного технологического цикла.
Для интенсификации технологического процесса геометрическую ось барабана симметрично разворачивают относительно приводного вала, что в работе дополнительно пространственно переориентирует мешочки с творогом не только в поперечном, но и в продольном направлении относительно барабана при его вращении, усиливая тем самым механическое воздействие на обрабатываемый материал.
Производительность прессования в установке с трубчатым барабаном, выполненным в форме «пьяной бочки», увеличивается на 15-20%, сравнительно с вышеописанной базовой моделью.
Еще более производительнее и качественнее прессование творога (за счет принудительного удаления микрофлоры вместе с воздухом из герметичного корпуса) осуществляется в описанной установке с вакуумированием рабочего объема барабана и корпуса, для чего корпус выполнен герметичным и связан с системой вакуумирования (до 0,8-0,9 атм).
При этом стало целесообразным регулировать скорость вращения технологического барабана в зависимости от структуры и влажности исходного продукта.
Известный аналог имеет следующие конструктивные недостатки, негативно влияющие на качество готовой продукции.
Отсутствие жесткой пространственной фиксации попарно связанных перетоком трубок, формирующих в целом змеевик как конструктивный барабан, не позволяет из-за консольного их крепления стабилизировать ритм и цикл пространственных перемещений мешочков с творожным калье в заданном автоколебательном процессе, который возможно было бы рассчитать как функцию технологических параметров установки.
В известной установке по вышеизложенным причинам не оптимизирован эксцентриситет смещения геометрической оси барабана относительно оси его вращения для максимальной производительности отделения сыворотки и прессования творога.
При этом невозможно однозначно количественно соотнести скорость вращения со степенью разрежения атмосферы в корпусе (барабане), определяющими динамику отделения влаги от плотной массы, как контролируемый технологический параметр.
Все это не обеспечивает максимально возможной производительности прессования творога повышенного качества.
Технической задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является конструктивное усовершенствование известной установки для обеспечения гарантированного качества готового продукта из различного исходного материала.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известной установке прессования и охлаждения творога, содержащей смонтированный внутри корпуса, имеющего откидной люк с конечным выключателем и снабженную сливным краном емкость для сбора сыворотки, технологический трубчатый барабан, где размещаются мешочки с творожным калье, выполненный в виде змеевика циркуляции хладагента, сообщающегося через опирающийся на раму полый приводной вал реверсивного вращения, имеющий флажок взаимодействия с датчиком положения, электрически связанным с приводом через переключатель, при этом в барабане выполнено загрузочное окно, закрытое продольно раздвижными створками, по предложению авторов, равно распределенные трубки барабана закреплены в полости периферийного тора на торцовых несущих дисках, которая разделена поперечными заглушками на камеры для двух соседних трубок, причем заглушки с противоположного торца барабана смещены на шаг между трубками, другие торцы которых, образующие загрузочное окно, связаны патрубком, поперечно разделенным + на секции попарной коммуникации трубок, при этом торцовые диски трубчатого барабана выполнены в форме эксцентриков с противоположным относительно приводного вала эксцентриситетом, при этом угол наклона геометрической оси барабана к оси вала вращения составляет 5-25°, а привод барабана в герметичном корпусе, связанном с системой вакуумирования, оснащен частотным преобразователем скорости его вращения в диапазоне 3-13 оборотов в час.
Отличительные признаки обеспечили повышение функциональной надежности установки и стабильность качества готового продукта - прессованного творога из разного исходного материала.
Равно распределенное по окружности формируемого технологического барабана расположение трубок с циркулирующим хладагентом необходимо для устойчивого базирования произвольно ориентированных технологических мешочков и формирования естественного перепада давления на обрабатываемый материал.
Крепление трубок барабана с каждой стороны в полости периферийного тора, который смонтирован на торцевом несущем диске, обеспечивает несущую прочность конструкции и, главное, формообразует инструментальный узел как функциональную сборочную единицу установки.
Периферийный тор представляет собой силовой обод опорной торцевой части несущего барабана, а функционально-тороидальную полость попарной коммуникации трубок змеевика. Последнее достигается за счет разделения кольцевой полости тора глухими заглушками на камеры для подсоединения двух соседних трубок. Конструктивное объединение автономных камер в тороидальную полость повышает жесткость барабана в целом.
Смещение заглушек в полости периферийного тора на противоположном торце барабана на шаг между трубками формообразует змеевик как общую систему распределенной циркуляции хладагента по всему периметру барабана.
Конструктивное оформление загрузочного окна трубчатого барабана, при сохранении циркуляции хладагента, обеспечено тем, что торцы трубок, образующие окно, связаны патрубком, который служит каналом коммуникации и силовым элементом конструкции.
Разделение этого патрубка глухими перемычками на автономные секции обеспечивает попарное соединение примыкающих трубок в общий канал для циркулирования хладагента в общем контуре барабана.
Выполнение торцевых несущих дисков трубчатого барабана в форме эксцентриков с противоположным относительно приводного вала эксцентриситетом обеспечивает волнообразное колебание обеих частей барабана при вращении вокруг вала, что дополнительно к поперечным перемещениям технологических мешочков добавляет их продольные смещения. Это существенно улучшает отделение сыворотки за счет дополнительной механической нагрузки от соударений при падении мешочков с творожным калье с высоты.
Диапазон углового наклона геометрической оси барабана к оси его вращения 5-25° оптимизирован расчетом по математической модели планирования эксперимента, с учетом структурированности, физической фракционности и влажности исходного материала, а также органолептических показателей готового продукта.
Угол более 25° превышает угол естественного откоса для технологических мешочков, при котором образуется свод, препятствующий свободному автономному их перемещению при вращении барабана.
Угол менее 5° образует незначительный эксцентриситет крепления на приводном валу торца барабана, который не создает достаточных поперечных перемещений технологических мешочков для эффективных соударений, обеспечивающих заданное прессование творога и отделение сыворотки.
Из опытной отработки вакуумного прессования творога различной консистенции определен оптимальный диапазон скорости вращения барабана 3-13 оборотов в час.
При круговой скорости вращения барабана менее 3 об/ч практически не происходит механического прессования творога из-за того, что мешочки при повороте барабана успевают соскальзывать без горизонтальных смещений, то есть без падения с высоты и сопутствующих соударений, как силы воздействия на творожное калье.
При круговой скорости вращения барабана более 13 об/ч нет заметного улучшения качества прессования при том, что отделившаяся сыворотка не успевает полностью стекать в емкость ее сбора, а вовлекается во вращение, образуя пленочный гидравлический затвор на порах материала мешочков, что тормозит процесс удаления сыворотки из творожного калье.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображены:
на фиг.1 - общий вид базовой установки;
на фиг.2 - установка с барабаном «пьяная бочка»;
на фиг.3 - схема позиционирования;
на фиг.4 - вид по стрелке А на фиг.2;
на фиг.5 - установка с вакуумируемым корпусом.
В корпусе 1, установленном на раме 2, на приводном полом валу 3, который связан с условно не показанной системой подачи хладагента (воды с температурой 1-3°С), смонтирован технологический трубчатый барабан 4, выполненный в форме змеевика.
Нижняя свободная часть корпуса 1 выполняет функции емкости для сбора сыворотки и снабжена сливным патрубком 5 с краном 6.
Корпус 1 оснащен откидным люком 7, открывающим доступ к технологическому барабану 4, в который через загрузочное окно 8 укладываются мешочки с творожным калье.
На корпусе 1 установлен конечный выключатель 9, блокирующий включение вращения барабана 4 при открытом люке 7.
Загрузочное окно 8 барабана 4 закрыто раздвижными створками 10, которые продольно перемещаются по направляющим, закрепленным на корпусе 1 (условно не показаны).
Установка имеет привод вращения барабана 4, закрытый кожухом 11 с пультом управления.
Установка оснащена системой позиционирования загрузочного окна 8 барабана 4 относительно откидного люка 7, которая содержит (фиг.3) закрепленный (соответственно угловому взаимному расположению окна 8 и люка 7) на приводном валу 3 флажок 12, взаимодействующий с бесконтактным датчиком 13, установленным на редукторе 14 электропривода 15 вращения вала 3.
Датчик 13 положения электрически связан с электродвигателем 15 через переключатель 16.
По варианту выполнения установки с барабаном 4 «пьяная бочка» (фиг.2), геометрическая ось которого симметрично смещена относительно приводного вала 3, по торцам барабана 4 сформирован заданный эксцентриситет - ε (фиг.4).
Трубки 17 барабана 4 закреплены на торцевых дисках 18 (эксцентриках), внутри периферийно закрепленной кольцевой полости 19 в форме тора, разделенной глухими перемычками 20 на коммуникационные камеры 21, в которых попарно расположены соседние трубки 17 барабана 4, образуя змеевик.
Полый вал 3 с полостью тора 19 соединен радиальным патрубком 22.
По варианту вакуумирования объема технологического трубчатого барабана 4 (фиг.5) корпус 1 выполнен герметичным и сообщается с вытяжным насосом, помещенным в аппаратурном кожухе 11.
Привод вакуумируемой установки оснащен частотным преобразователем, который позволяет регулировать скорость вращения барабана 4 в диапазоне 3-13 оборотов в час.
Функционирует установка следующим образом.
Через пространственно совмещенные откинутый люк 7 и загрузочное окно 8, при раздвинутых створках 10, мешочки с творожным калье укладывают на трубки 17 вовнутрь барабана 4. После чего створки 10 сдвигают, перекрывая загрузочное окно 8, и закрывают люк 7, взаимодействующий при этом с конечным выключателем 9, который разблокирует привод электродвигателя 15.
При нажатии кнопки «Пуск» вращением приводного вала 3 с заданной скоростью поворачивается трубчатый барабан 4, по трубкам 17 которого циркулирует ледяная вода.
Технологические мешочки при вращении барабана 4 поднимаются на некоторую высоту, с которой они падают, смещаясь горизонтально. От соударений мешочков и ударов об трубки 17 творог спрессовывается и отделяется сыворотка, которая просачивается через проницаемую бязь или лавсан, из которых изготовлены мешочки с творожным калье, и стекает в емкость корпуса 1 для сбора сыворотки.
Периодически или в конце цикла прессования творога сыворотка удаляется из емкости корпуса 1 через патрубок 5 при открытом кране 6.
В вакуумируемой установке предварительно через клапан дросселирования выравнивают давление в корпусе 1 с атмосферным и, не прекращая вращение барабана 4, сливают сыворотку, а затем устанавливают необходимое разрежение в корпусе 1 и барабане 4 для продолжения прессования творога с сопутствующим его охлаждением.
После завершения рабочего процесса, о чем сигнализирует таймер блока управления, нажатием кнопки «Стоп» (коммутируя переключатель 16) включают датчик 13 (фиг.3) в управляющую цепь электродвигателя 15 привода вращения барабана 4. При установке флажка 12 приводного вала 3 над датчиком 13 положения, свидетельствующей о пространственном совмещении загрузочного окна 8 с откидным люком 7 корпуса 1, привод 15 отключается и прекращается вращение барабана 4.
Далее открывают люк 7, раздвигают створки 10, открывая доступ к обработанным мешочкам с отжатым творогом, после чего, промыв рабочую зону установки, рабочий цикл повторяется.
Испытания опытных образцов различных модификаций предложенной установки прессования и охлаждения творога подтвердили верность выбранных технологических режимов и оптимальность геометрических и конструктивных усовершенствований базовой модели для повышения функциональной надежности и качества готового продукта, что позволяет рекомендовать серийное изготовление установок по полезной модели для поставки заказчикам.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста по переработке молочных продуктов, показал, что она не известна, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления установки прессования и охлаждения творога, можно сделать вывод о ее соответствии критериям патентоспособности.