ОБРАБАТЫВАЮЩИЙ УЗЕЛ
PROCESSING ASSEMBLY

Настоящее изобретение относится к узлу или устройству для обработки продуктов в обрабатывающей емкости, особенно для нарезания/разделения сдвиговым усилием кусков продуктов и/или материалов на меньшие частицы и диспергирования их в более или менее жидкой продуктовой массе, или для перемешивания в нем друг с другом более или менее жидких продуктов, которые трудно смешивать, причем это устройство имеет узел привода, расположенный снаружи от обрабатывающей емкости, и обрабатывающий узел, приводимый в действие от узла привода и расположенный внутри обрабатывающей емкости.
При промышленной переработке жидких продуктов, например, в пищевой, фармацевтической, биотехнологической промышленности и при производстве напитков обрабатывающие устройства, такие как эмульгаторы, гомогенизаторы и смесители, в течение многих лет используются на определенных стадиях процесса обработки. Часто они предназначаются для сдвиговой обработки продуктов. Целью такой обработки, прежде всего, является разделение кусков продуктов и/или материалов на меньшие частицы и диспергирование их в более или менее жидкой продуктовой массе. Целью также может являться перемешивание более или менее жидких продуктов, которые трудно смешать друг с другом, например жидкостей на масляной основе с жидкостями на водной основе.
Традиционной особенностью обрабатывающих устройств указанного типа является то, что их обрабатывающий узел расположен и работает внутри обрабатывающей емкости, причем привод для приведения его в действие расположен снаружи емкости. Движущая сила передается ведущим валом, как правило, изготовленным из металла, который проходит через стенку емкости, либо сверху либо снизу него. В обоих случаях ведущий вал должен быть уплотнен соответствующим узлом вращательного соединения для предотвращения утечек между окружающей емкость средой и камерой, образованной этой емкостью.
У таких узлов для уплотнения вращаемых валов существует постоянная и хорошо известная проблема в том, что они постоянно подвергаются износу, что приводит, в частности, к вырабатыванию частиц и неожиданному возникновению утечек в течение процесса. В большинстве случаев эти утечки приводят к загрязнению обрабатываемых продуктов микробами и/или посторонними частицами что, таким образом, в большинстве случаев вызывает полную потерю всей партии продукта.
Еще одна проблема обрабатывающих устройств уровня техники состоит в том, что они имеют скрытые полости в уплотнительных узлах и имеют длинные опоры ведущего вала, которые, в частности, не могут быть очищены на месте. Во многих применениях, особенно в фармацевтической и биотехнологической промышленности, эти недостатки могут привести к ужасным последствиям, если их не устранить. Так, возможно взаимное загрязнение продуктов от партии к партии. В большинстве случаев это приводит к потере всей партии.
Главной задачей настоящего изобретения является обеспечение обрабатывающего устройства типа, описанного во введении, которое не имеет прямой передачи механической движущей силы между расположенным снаружи узлом привода и расположенным внутри обрабатывающим узлом, и где обрабатывающий узел при помощи подходящей конструкции и дизайна его компонентов эффективно и с большой производительностью стрижет продукты, которые требуется нарезать на кусочки.
Другой задачей изобретения является обеспечение обрабатывающего устройства, как описано выше, в котором все части внутри обрабатывающей емкости, которые контактируют с продуктами, сконструированы с минимальным риском загрязнений и отложений, и их легко очистить на месте.
Еще одной задачей изобретения является обеспечение обрабатывающего устройства, компоненты которого являются высококачественными с долгим сроком службы, но они также легко доступны для замены, при необходимости.
В соответствии с изобретением эти и другие связанные задачи достигаются при помощи обрабатывающего устройства типа, описанного во введении, которое отличается тем, что узел привода приводит в действие обрабатывающий узел без вала, и тем, что обрабатывающий узел содержит неподвижную внутреннюю часть и вращающуюся вокруг нее внешнюю часть, внутренняя и внешняя части имеют форму по существу концентричных колец, расположенных с плотной посадкой друг с другом и имеющих множество сквозных создающих усилие сдвига пазов напротив друг друга, и продукты, которые требуется нарезать и/или разделить сдвиговым усилием подаются в область общей центральной оси колец и вынуждаются к выходу через создающие усилие сдвига пазы, будучи разрезанными на кусочки, и покидают обрабатывающий узел через кольцо внешней части, указанное кольцо также способствует вращению продуктов в обрабатывающей емкости вокруг обрабатывающего узла.
В предпочтительном варианте изобретения создающие усилие сдвига пазы содержат круглые, овальные отверстия или отверстия другой формы, или удлиненные пазы через объединенное кольцо.
Пазы предпочтительно по существу параллельны и/или наклонены относительно центральной оси объединенного кольца и проходят по существу по всей высоте объединенного кольца. При помощи наклона по меньшей мере пазов в кольце внешней части по направлению к центральной оси этого кольца эффект разрезания может быть дополнительно увеличен, в то же время может быть обеспечена нижняя составляющая силы на кольцо.
В предпочтительном дальнейшем развитии этого варианта кольцо внешней части имеет свободный конец с буртиком над соответствующим свободным концом кольца внутренней части, и создающие усилие сдвига пазы в кольце внешней части проходят предпочтительно через буртик, таким образом дополнительно улучшая передающее и разрезающее действие.
Чтобы сделать весь обрабатывающий узел более компактным и более эффективным, кольцо внутренней части может предпочтительно составлять часть статора с подшипником, и кольцо внешней части может тем же предпочтительным образом составлять часть ротора, причем ротор установлен на подшипник статора.
В дальнейшем предпочтительном развитии, ротор и объединенное кольцо может быть полностью вращательно симметричным и могут отсутствовать выступающие компоненты, такие как крылья, приводные механизмы и т.д., посредством чего ротор способен вращаться с большой скоростью.
В заключении, наиболее предпочтительно для приведения в действие обрабатывающего узла от узла привода без вала, если этот привод осуществляется при помощи привода магнето.
Особенно предпочтительный в настоящее время вариант изобретения далее описывается более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых
Фиг.1 - вид в перспективе сверху и с некоторыми удаленными компонентами, особенно предпочтительного варианта выполнения обрабатывающего устройства в соответствии с изобретением.
Фиг.2 - вид по фиг.1 обрабатывающего устройства с включенными в него и разнесенными для ясности основными компонентами обрабатывающего узла.
Фиг.3 - схематичный вид сбоку в сечении обрабатывающей емкости и обрабатывающего устройства по фиг.1 и 2, установленного в дне емкости.
Описание предпочтительного воплощения
Фиг.3 изображает обрабатывающую емкость, обозначенную в целом позицией 1, и предназначенную для обработки продуктов 2, в показанном случае предпочтительно путем разрезания продуктов 3, например, в форме куска и/или массы на меньшие частицы и диспергирования их в более или менее жидкой продуктовой массе 4. Альтернативно, возможно перемешать способом, не показанным подробно, в обрабатывающей емкости 1, более или менее жидкие продукты, которые трудно смешивать. Конечно, в рамках концепции изобретения возможны и другие применения.
Обрабатывающая емкость 1 соответствующим образом состоит из закрытого бака из листового метала или другого материала или пластика, предпочтительно нержавеющей стали или подобного материала. Обрабатывающая емкость 1, как правило располагается вертикально и имеет наверху крышку люка 5 для доступа к внутреннему пространству обрабатывающей емкости, например, для замены и очистки внутренних компонентов (см. ниже) и т.д. Обрабатывающая емкость 1 имеет также наверху вход 6 для подачи продукта или продуктов 3, которые требуется разрезать при помощи процесса стрижки и рассеять в продуктовой массе 4 или перемешать с ней, и выход 7 на дне для полностью обработанных продуктов.
На дне обрабатывающей емкости 1 на расстоянии от выхода 7 существует основательно круглое отверстие 8 для установки обрабатывающего устройства в соответствии с изобретением, которое описывается более подробно ниже, обозначенного в целом позицией 9. Фланец 10, принадлежащий обрабатывающему устройству 9, образован в отверстии 8 и уплотнен способом, защищающим от загрязнения, возможно при помощи сварки, по грани отверстия 8.
Обрабатывающее устройство 9 в основном состоит из двух главных компонентов, а именно узла 11 привода, расположенного снаружи обрабатывающей емкости 1, и узла 12 обработки, приводимого в действие от узла привода и расположенного внутри обрабатывающей емкости.
Узел 11 привода предпочтительно имеет форму электродвигателя 13, чей невидимый ведущий вал проходит снаружи обрабатывающей емкости 1 и в обрабатывающий узел 12 внутри обрабатывающей емкости, причем в обрабатывающем узле ведущий вал способен свободно вращаться для привода обрабатывающего узла способом, который будет описан ниже.
В показанном и описанном варианте обрабатывающий узел 12 соответственно содержит неподвижную внутреннюю часть 14 и вращающуюся вокруг нее внешнюю часть 15. Внутренняя и внешняя части 14, 15 предпочтительно изготовлены из металла, например нержавеющей стали, или какого-либо другого материала, подходящего для этих целей. Внутренняя и внешняя части 14, 15 здесь имеют форму по существу концентричных внутреннего и внешнего колец 16 и 17, которые тесно прилегают друг к другу. Каждое кольцо 16, 17 имеет множество сквозных создающих усилие сдвига пазов 18, сквозные создающие усилие сдвига пазы во внутреннем кольце 16 направлены наружу к сквозным создающим усилие сдвига пазам 18 во внешнем кольце 17 так, чтобы образовывать режущие пары.
Создающие усилие сдвига пазы 18 двух колец 16, 17 могут содержать круглые, овальные или другие отверстия или, как в показанном случае, содержать удлиненные пазы 19 через объединенное кольцо.
Эти пазы 19 соответствующих колец 16, 17 по существу прямые и параллельны друг другу, пазы внутреннего кольца 16 по существу параллельны центральной оси 20 внутреннего кольца, в то время как пазы 19 внешнего кольца 17 слегка наклонены, примерно на 15°, к центральной оси внешнего кольца 17, которая совпадает с центральной осью 20. В обоих случаях пазы 19 продолжаются по существу по всей высоте соединенных колец 16, 17.
В предпочтительном и показанном варианте кольцо 17 внешней части 15 имеет обращенный вверх свободный конец с направленным внутрь буртиком 21 над соответствующим свободным концом кольца 16 внутренней части 14. Создающие усилие сдвига пазы 18 кольца 17 внешней части 15 предпочтительно продолжаются через буртик 21.
В особенно предпочтительном варианте кольцо 16 внутренней части 14 состоит из части статора 22, которая включена в обрабатывающий узел 12, и которая имеет направленный вверх стержень 23, и которая присоединена вышеописанным способом при помощи фланца 10 к грани отверстия 8 и, таким образом, является неподвижной. Тем же предпочтительным образом кольцо 17 внешней части 15 составляет часть ротора 24, которая включена в обрабатывающий узел 12 и которая установлена с возможностью свободного вращения на стержень 23 статора 22 при помощи подшипника скольжения 25.
Как указано выше, ведущий вал электродвигателя 13 способен свободно вращаться в обрабатывающем узле 12. Конкретнее, ведущий вал способен свободно вращаться будучи помещенным в паз (не показано) в статоре 22 и поддерживает, напрямую или не напрямую, на своем внешнем свободном конце множество магнитов привода (не показано). Эти магниты привода передают вращение ведущего вала при помощи взаимодействующих с ними ведомых магнитов (не показано) электродвигателя 13, установленных внутри ротора 24 посредством соединенного привода магнето, так что ротор 24 без непосредственной передачи механической движущей силы, т.е. без вала, вращается с той же скоростью, что и ведущий вал.
Узел привода 11 не обязательно должен представлять собой электродвигатель 13, вместо этого он может являться пневматическим двигателем или гидравлическим двигателем. Более того, между выбранным типом двигателя и его ведущим валом с магнитами привода может быть расположена коробка скоростей (не показана) для желаемого передаточного усилия от данного двигателя к ротору 24.
Так как ротор 24 предпочтительно полностью симметричен относительно оси вращения и не имеет выступающих компонентов, таких как крылья, приводные механизмы и т.д., он способен вращаться с высокой скоростью.
При подходящей высокой скорости ротора 24 может быть создана в комбинации с параметрами, такими как форма обрабатывающей емкости 1, объем продукта в нем, вязкость и т.д., воронка 26 в продуктовой массе 4 от ее свободной поверхности в обрабатывающей емкости 1 к обрабатывающему узлу 12. При необходимости эта воронка может быть использована для ускорения перемещения продуктов 3, которые требуется разделить на частицы при помощи нарезания и/или сдвигового усилия, к обрабатывающему узлу 12.
Для дополнительного увеличения режущего и/или сдвигового усилия обрабатывающего узла 12 один или более дополнительных статоров и роторов располагаются попеременно снаружи друг друга в другом предпочтительном варианте изобретения, которое не показано, т.е. по меньшей мере один дополнительный статор, подобный статору 22 неподвижно, концентрически располагается вокруг ротора 24, и по меньшей мере один дополнительный ротор, подобный ротору 24, с возможностью вращения, располагается концентрично вокруг дополнительного статора и т.д.
Следует учесть, что изобретение не ограничено показанным и описанным предпочтительным выполнением и его вариантами, и охватывает множество модификаций в объеме прилагаемой формулы изобретения.