КОМБИНИРОВАННЫЙ ПРЕССОВЫЙ ДЫМОГЕНЕРАТОР
COMBINED PRESS SMOKE GENERATOR

Изобретение относится к области производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции, в частности к техническим средствам для копчения мясо-, рыбопродуктов.
Обзор научной литературы, официальных сайтов фирм производителей оборудования для копчения и патентные исследования показывают многообразие технических решений в области разработок дымогенераторов.
Успешно работают на рынке производства оборудования, в частности, дымогенераторов в паре с небольшими термокамерами (объем одновременной загрузки 100-500 кг) следующие фирмы:
1. Отечественные
- ООО МНПП «Инициатива» (г.Александров Владимирской области) -выпускает коптильные камеры серии КТД, в которых используется кассетный дымогенератор в выносном или моноблочном с термокамерой исполнении;
- Компания КОН-МО, работает на рынке мясоперерабатывающего и рыбоперерабатывающего оборудования с 1991 года. В кооперации с ФГУП РСК «Миг» является лидирующей компанией в этом секторе рынка. С 1991 года ими произведено более 2 тысяч единиц коптильно-варочных установок КОН-5, КОН-10, которые поставляются с дымогенераторами сигаретного типа со вставными кассетами для увлажненных в соотношении 1:2 опилок. Выпускают также автоматизированный дымогенератор модели УДГ-1000 с управлением температурой и скоростью сжигания древесного сырья, снабжен системой очистки дыма и пожаротушения, емкость бункера для опилок составляет 80 литров. Выпускаемые дымогенераторы УДГ-370 имеют полностью герметичный корпус. Образование дымовоздушной смеси в дымогенераторе осуществляется путем беспламенного сжигания древесных опилок (щепы). Указанный процесс происходит за счет плавной подачи опилок на плиту тления. Скорость подачи опилок регулируется в зависимости от скорости тления, т.е. от количества образования смеси в единицу времени. Розжиг опилок происходит заранее (за 4 минуты до начала копчения) с помощью электронагревателя. С началом копчения происходит включение электровентилятора для подачи воздуха в зону тления и в зону наддува. Далее тление происходит без участия ТЭНа, что значительно увеличивает его срок службы. С помощью вентилей происходит регулировка подачи воздуха, а значит, и количества дыма образованного в единицу времени;
- ООО ПКП «Техтрон+» (г.Обнинск, Калужская область) выпускает термокамеры серии УК-3, работающие по следующей технологии: древесная щепа загружается в сменный патрон, вставляемый в дымогенератор, зажигается щепа открытым огнем, подача воздуха в зону тления обеспечивается через щели в патроне из атмосферы за счет тяги, создаваемой вентилятором, который служит для всасывания дыма из дымогенератора и подачи его в камеру копчения. Выпускают самостоятельные дымогенераторы типа ДГФ-50, ДГФ-100, в которых дым вырабатывается фрикционным способом из бруска лиственных пород дерева. Дым генерируется при температуре 400-500 градусов по Цельсию. Выпускают также дымогенераторы ДЩ-3, ДЩА-3 и ДЩН-3. Данные типы дымогенераторов имеют герметичную конструкцию. Подача и дозирование щепы осуществляется автоматически при помощи пневматического ворошителя, предусмотрен автоматический розжиг щепы, регулирование плотности, объема и температуры дыма;
- ЗАО «Пильнинский оптико-механический завод» (Нижегородская область, п.г.т. Пильна) выпускает термокамеры типа КТОМИ. Комплекс КТОМИ включает в себя наряду с термокамерой дымо-и парогенератор с системой автоматического управления.
- ООО «Компания АНБС» (г.Санкт-Петербург) разработала и производит установку «Ижица». Данная установка обеспечивает ускорение процесса копчения за счет использования физических эффектов, сокращающих время обработки продуктов дымом в десятки раз по сравнению с традиционными методами (по рекламным материалам). Ижица поставляется в комплекте с фрикционным дымогенератором. Данная компания выпускает также фрикционный дымогенератор «Ижица» как запасной блок к электрокоптильной установке «Ижица-1200»:
- Конструкции таких дымогенераторов как Д9-ФДГ, Н10-ИД2Г-1, СГ-2, ИДА-2, Л5-ФДГ были разработаны около полувека назад и имеют общую схему. В них опилки из бункера через дозирующий стакан подаются на колосниковую решетку, образуя слой определенной толщины, который поджигается, как правило, кратковременным электронагревом решетки. При пиролизе частицы топлива уменьшаются в объеме и проваливаются через отверстия в зольник. Для обеспечения нормальных режимов и более надежной работы слой обугленных частиц перемешивается ворошителем, и через колосниковую решетку пропускается небольшое количество воздуха.
Такие аппараты, как ПСМ-2, Н10-ИДГ-2, Н20-ИКА-02, ДГФ также разработанны во времена СССР, в них пиролиз опилок происходит в тонком слое, который непрерывно перемещается по нагреваемой поверхности.
2. Дымогенераторы производства европейских фирм
- ZASADA (Польша). Выпускает дымогенераторы в комплекте с термокамерами ZASADA KW-150, ZASADA KW-300, ZASADA KW-450, ZASADA KW-600.
- REICH. Данная фирма существует уже более века. Фирма стояла у истоков создания нового поколения фрикционных дымогенераторов. Выпускаемые фрикционные дымогенераторы серии FR702/FR1002 снабжены магазином для древесных брусков, что обеспечивает возможность внедрения полной автоматизации системы на базе микропроцессорного управления. Высокая экономичность обеспечивается благодаря CIRCO-SYSTEM. Фирмой также выпускаются опилочные дымогенераторы серии G200S/G400S, которые являются генераторами непрерывного действия и могут работать как в открытых, так и в закрытых системах копчения.
- Украинская компания «Дуко-Техник» является совместным немецко-украинским предприятием по выпуску мясо-, рыбоперерабатывающего оборудования. Выпускаемые им универсальные коптильные установки DUCO-MASTER комплектуются на выбор двумя типами дымогенераторов: опилочный или фрикционный.
- Немецкая фирма Bayha&Stackbein GmbH производит термокамеры сиситемы Bastramat, которые комплектуются производимыми в данной фирме дымогенераторами: опилочный (щеповой), фрикционный или генераторами конденсированного дыма. Дымогенератор и коптильная камера управляется по современной микропроцессорной технологии, все это позволяет системе использовать разные технологии генерации дыма: UF-технология, TF-технология и GS-система работы агрегата.
- Коптильные камеры серии ККВ фирмы REX-Pol производятся украинским производителем «МИЛЕК-Л» и укомплектованы дымогенераторами колосникового типа. В них обеспечено плавное регулирование количества и плотности дыма. Точная порция подаваемого воздуха позволяет более производительно осуществлять тление при определенной температуре, что приводит к уменьшению расхода щепы.
- Компания FESSMANN - всемирно известная фирма производит современные патентованные термокамеры. Их термокамера Turbomat подготовлены к работе со всеми известными методами дымогенерирования. Они особенно эффективно работают с дымогенераторами серии RATIO: дымогенераторы тления RATIO-TOP, RATIO-FRICTION RR 325 (запатентованная система фрикционного дымогенерирования фирмы FESSMAN - работает по принципу непрямого трения полена о фрикционное колесо), RATIO-LIQUID - при использовании жидкого конденсированного дыма.
- Термокамеры ELLERMATIG (фирма ELLER -ИТАЛИЯ) также поставляются с разными дымогенераторами - дымогенераторы тления, фрикционные дымогенераторами и дымогенераторы работающие на жидком дыму.
Все известные на сегодняшний день дымогенераторы для получения коптильного дыма из древесины делятся по способу подвода теплоты на эндотермические (энергия подводится извне) или на экзотермические (теплота для тления древесины образуется за счет сгорания части этой древесины). Так, например результаты исследований ученых Мурманского ГТУ показывает, что более 50% рассмотренных им дымогенераторов представляют собой аппараты экзотермического типа, в которых теплота образуется за счет сгорания части древесины. Дымогенераторы по принципу действия можно разделить условно на три группы:
- открытые;
- герметичные простого исполнения - камера полностью герметична и давление в камере дымообразования незначительно отличается от атмосферного давления;
- герметичные напорно-вакуумные - камера дымообразования полностью герметична и давление в камере значительно отличается от нормального давления в пределах до 0,5 атм вакуума или 0,7 атм избыточного давления.
Как уже отмечалась выше, многие предприятия, перерабатывающие рыбную и мясную продукцию методом копчения, применяют дымогенераторы экзотермического типа, также следует отметить, что реализованные коптильные агрегаты отечественными производителями в новое время также в основном укомплектовывались дымогенераторами этой группы.
Из трудов ведущих ученых отрасли известно, что в дымогенераторах экзотермического типа древесина подается на колосниковую решетку или нагреваемый под, где происходит ее пиролиз. При самых благоприятных условиях около 25% ее сгорает без образования дыма. Таким образом, коэффициент использования древесины для этого типа дымогенераторов колеблется в пределах от 0,3 до 0,5. В таких конструкциях практически невозможно регулировать температуру пиролиза топлива и возможно его возгорание. Температура получаемого в дымогенераторе дыма регулируется изменением количества подаваемого в зону дымообразования воздуха; чем больше воздуха поступает, тем ниже температура дыма. Кроме того, имеют место повышенное образование смолы в дыме и увеличенный расход опилок частично из-за неполного их сгорания. Для получения дыма необходимо применять специально приготовленное топливо (увлажненное). Полученный дым имеет повышенную влажность вследствие использования сильно увлажненного топлива.
Европейские фирмы в настоящее время выпускают в основном дымогенераторы эндотермического типа. Такие дымогенераторы, как ПСМ-2, Н10-ИДГ-2, Н20-ИКА-02, ДГФ, разработанные еще во времена СССР, являются эндотермическими, в них пиролиз опилок происходит в тонком слое, которой непрерывно перемещается по нагреваемой поверхности. Также отечественными разработчиками в рынок активно продвигаются серии фрикционных и ИК-дымогенераторов, которые по своей сути являются эндотермическими.
Во фрикционных дымогенераторах среда образуется за счет трения куска древесины о вращающийся диск или барабан. Достоинством этих генераторов является то, что образование дыма происходит при температурах 290-300, кроме того, температура в древесине легко контролируется и регулируется. Многообразие технических решений по обеспечению эндотермического процесса в дымогенераторах можно условно объединить на следующие группы:
- Дымогенераторы с электронагревателями. В дымогенераторах этого типа образование дыма происходит при температуре 400-500°C. 85-95% подводимой энергии расходуется на термическую деструкцию древесины. Одним из существенных недостатков является повышенный расход электроэнергии.
- В дымогенераторах с газовым подогревом энергия сгорания газов передается на древесину через чугунную плиту. Коэффициент полезного использования топлива составляет всего около 50% по причине того, что уходящие продукты горения в атмосферу составляет около 600°C.
- Фрикционные генераторы, как о них сообщалось выше, являются по сути эндотермическими. При работе определенных типов фрикционных дымогенераторов наблюдается повышенная вибрация и шум, также машина «капризничает» при наличии сучков в деревянных брусках. В генераторах типа RATIO-FRICTION (FESSMANN) эти недостатки устранены. Считается, что процесс получения тепловой энергии за счет трения относительно энергоемкий. Некоторые исследователи и технологи производств считают факт образования коптильной среды при температурах 290-300°C достоинством, так как при этих режимах меньше вероятности образования канцерогенных веществ. А другие специалисты считают данный факт недостатком, акцентируя на том, что при данной температуре не успевают образовываться некоторые необходимые химические элементы, требуемые для копчения.
- Известны системы дымогенерации, в которых подвод тепловой энергии для поддержания требуемой температуры в горючем материале осуществляется разного рода теплоносителями. В качестве теплоносителя возможно использование воздуха, инертного газа или водяного пара. Специалисты считают, что данные системы характеризуются лучшими энергетическими показателями. Они имеют раздельные зоны подогрева теплоносителя и образования коптильной среды, что обеспечивает надежную и оперативную регулировку ее температуры. Они позволяют в большом диапазоне плавно изменять производительность, что создает условия применения на предприятиях разной мощности.
С энергетической точки зрения, наиболее эффективным является безусловно применение перегретого пара, ибо его теплоемкость намного больше чем у всех остальных газов, и пар является наиболее чистым теплоносителем, в случае если используется качественная вода, и если аппаратура для генерации пара и подогрева пара выполнены из пищевой нержавейки. Одним из существенных недостатков дымогенераторов с использованием перегретого теплоносителя является то, что перегретый пар, отработав свои функции по нагреву древесины, смешивается с образовавшимся дымом и попадает вместе с коптильным дымом в коптильную камеру, вследствие чего возможно неконтролируемое повышение влажности продукта копчения.
- В начале 21 века начали появляться ИК-дымогенераторы. Источником тепла в них является энергия инфракрасного излучения. ИК-дымогенераторы, разработанные на кафедре ТИП МГТУ Ершовым A.M. и Шикиной Ю.В., являются дымогенераторами открытого типа, периодического действия. В них усиление действия инфракрасного излучения обеспечивается отражателями, электрооборудование и система управления аппаратом позволяет регулировать температуру и мощность ИК-излучения, также обеспечивают программный режим работы составляющих элементов ИК-дымогенератора. Регулирование времени цикла дымообразования возможно в пределах от 40 до 120 минут. Авторы разработок по ИК-дымогенераторам на основании проведенных ими исследований пришли к выводу: ИК-дымогенератор впервые позволяет надежно поддерживать температуру разложения на уровне, не превышающем 320°C. При таких температурах пиролиза древесины канцерогенные и проканцерогенные вещества практически не образуются. Это обеспечивается тем, что ИК-дымогенераторы позволяют обеспечит стабильную заданную температуру разложения предварительно увлажненных древесных опилок с различной удельной поверхностью и начальной влажностью.
- Такие способы нагрева как индукторный, плазменный, лазерный, радиационный, широко применяются в различных процессах, где требуется нагрев обрабатываемого материала. Гипотетически можно предположить, что бурное развитие разработок в этих направлениях приведет к резкому снижению стоимости средств обеспечения указанных методов и в будущем возможно станет целесообразным их применение и в дымогенераторах.
Разработчик Орлов С.И. (http//www.osilab.ru) считает целесообразным изготовление многоцелевых дымогенераторов, в смысле обеспечения процесса дымообразования несколькими методами в одном дымогенераторе.
В доступных средствах информации нами не найдено устройство для дымогенерации непрерывного действия, которое обеспечивает процесс дымообразования двумя методам: методом фрикционного дымообразования и методом тления опилки (или щепы) в одном агрегате, полностью герметичной конструкции, позволяющее процесс дымообразования обеспечить в среде вакуума или избыточного давления. То есть, известные устройства для дымогенерации не удовлетворяют следующим условиям одновременно:
- непрерывность процесса (т.е. аппарат не должен быть периодического действия, по части загрузки древесного сырья или удаления золы);
- применение в одном агрегате двух разных методов дымообразования (метод фрикционного дымообразования и дымообразования за счет тления опилок);
- возможность создания в камере дымообразования вакуума или избыточного давления, что качественно позволяет изменить условия дымообразования.
Создание дымогенератора, удовлетворяющего вышеописанным условиям, является основной задачей предлагаемого изобретения «комбинированный прессовый дымогенератор», цель создания, конструктивное исполнение которой изложены ниже.
Целью изобретения комбинированного прессового дымогенератора является создание дымогенератора, позволяющего расширить технологические свойства вырабатываемого дыма, сократить расход сырья.
Комбинированный прессовый дымогенератор (ниже приводится: сборочный чертеж опытного дымогенератора без приводов, сборочный чертеж опытного дымогенератора с силовыми агрегатами и его аксонометрическая проекция) является комбинированным дымогенератором, в нем возможно дымогенерацию производить как фрикционным способом, так и методом тления опилок под воздействием подводимого внешнего тепла. Основная суть принципа работы дымогенератора следующая: опилки при помощи поршневого силового агрегата прессуются в головку горения, которая представляет собой цилиндрическое пространство, по образующим цилиндра радиально расположен комплект ножей с определенным шагом, напрессованная опилка под действием давления свежих порций опилок прорезается в зазоры между ножами и благодаря повышению температуры от внешнего подвода тепла (возможно, применение различных вариантов подачи внешнего тепла, например, при помощи подогретого пара, электронагревателей, инфракрасных излучателей, индукторных нагревателей), начинается горение. Так как образуемая зола имеет значительно меньшие размеры, чем опилки, она высыпается вниз в устройство удаления золы, тем самым освобождается в зоне горения место под свежие порции опилок. Кроме того, в торце головки горения вмонтирован конус, который при включении привода имеет возможность вращения, и из-за трения между прессованными опилками и фрикционного конуса образуется в зоне контакта высокая температура, что приводит также к дымообразованию. Для удаления золы предусмотрен поршневой пресс в нижней части камеры горения. Механизм камеры горения выполнен так, что головка горения (цилиндр образуемый ножами) при помощи привода имеет возможность медленного вращения. Предусмотрен отражатель, назначение которого усиление концентрации воздействия тепла в зоне горения, обеспечение равномерной подачи и распределение подаваемого воздуха в зону горения. Опытный дымогенератор рассчитан на переработку опилок от 2-15 кг/час. Собственный расчетный вес около 0,5 тонн.юшнеком, окно загрузочное прессовальной камеры имеет прямоугольную форму 10×9 см. Данный размер (вследствие чего и размер гильзы прессовальной камеры), также и размеры устройства удаления золы выполнены из соображений обеспечения свободного прохода под действием гравитационных сил опилок или золы.
На Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3 и Фиг.4 показаны основные виды сборочного чертежа опытного дымогенератора (без электропривода), на Фиг.5 показана камера горения дымогенератора. Основными составляющими дымогенератора являются: рама 6 дымогенератора, к которой вмонтированы камера горения 7 дымогенератора, основной гидравлический силовой агрегат 8 (фиг.2), предназначенный для прессования древесной опилки и гидравлический силовой агрегат зольной камеры (предназначенный для прессования золы), состоящий из корпуса 9 и гидроцилиндра 10. Основной гидравлический силовой агрегат закрепляется при помощи оси 11 к раме 6. Гидравлический силовой агрегат зольной камеры своим корпусом 8 закрепляется к фланцу 12 зольной камеры 13.
Камера горения, в свою очередь, состоит из корпуса 14, к которому закреплена головка горения 15, состоящая из множества ножей 16, расположенных друг от друга на расстоянии, с образованием зазоров между собой, в которые прорезается опилка и выпадает из него при превращении на золу, в головку горения опилка попадает в прессованном виде по гильзе 17.
Камера горения снабжена механизмом вращения 18, который обеспечивает вращение конуса 19 посредством быстроходного вала 20 и тихоходное вращение корпуса 21 ножей через муфту 22, пальцы 23 (прикрепленные к корпусу подшипникового узла 24) и крышку 25. Нагрев опилок осуществляется посредством нагревателей (на чертеже условно не показаны), закрепленных на отражателе 26.
Комбинированный прессовый дымогенератор работает следующим образом: в загрузочное окно гильзы 17 загружаются опилки и прессуется в головке горения при помощи основного гидравлического силового агрегата 8. Упором при прессовании служат конус 19 и муфта 22 в осевом направлении и радиально расположенные ножи 16 в радиальном направлении. При нагревании опилок выделяет дым и верхние слои превращаются в золу и выпадают через щели между ножами в зольную камеру 13 (одновременно освобождается место для свежих порций опилок), которые оттуда удаляются путем выпресовки при помощи гидравлического силового агрегата зольной камеры. Для улучшения условий горения древесных опилок и выпадения золы возможно осуществить поворот корпуса 21 ножей, посредством привода через крышку 25 - корпуса подшипникового узла 24 - пальцы 23 - муфту 22. Комбинированный прессовый дымогенератор может работать в режиме генерации дыма фрикционным способом. В этом случае нагрев и генерация древесных опилок осуществляется за счет трения вращающегося конуса 19 о прессованные древесные опилки.