ГОМОГЕНИЗАТОР ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
HIGH PRESSURE HOMOGENIZER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к гомогенизатору высокого давления, в частности, для использования в молочной промышленности. Изобретение также может найти применение в химической или фармацевтической промышленности.
Уровень техники
Как известно, устройства для гомогенизации текучих сред измельчают частицы, делая их размеры одинаковыми, тем самым уменьшая средний размер и дисперсию распределения размеров частиц.
Эти устройства гомогенизации, в различных известных сейчас вариантах осуществления, содержат насос высокого давления и клапан гомогенизации.
Краткое описание сущности изобретения
Помимо различных решений, доступных на рынке, насос высокого давления представляет собой объемный насос с поршнями, которые совершают возвратно-поступательное движение посредством коленчатого вала (или кулачкового вала), синхронно и со сдвигом по фазе друг относительно друга на угол 360°/ n, где n - число поршней.
В соответствии с известным решением, гомогенизирующий клапан, расположенный ниже по потоку от поршневого насоса, содержит первую камеру, вмещающую текучую среду под высоким давлением из подачи насоса, и вторую камеру, выполненную с возможностью подачи выходной гомогенизированной текучей среды под низким давлением. Гомогенизирующее действие достигается за счет принудительного прохождения жидкости через промежуток с уменьшенными размерами, предусмотренный между первой и второй камерой.
Приведение в действие обеспечивается с помощью электродвигателя, который приводит в действие коленчатый вал посредством зубчатого редуктора и соответствующей кинематической редукторной цепи.
Поскольку коленчатый вал выполнен с фиксированными относительными углами, сдвиг по фазе между импульсами поршней также фиксирован.
Недавно заявителем был разработал гомогенизатор высокого давления, в котором каждый поршень связан с соответствующим гидравлическим цилиндром, с его гидравлическим контуром. Электронный блок управления независимо регулирует пропорциональные клапаны контуров каждого цилиндра, предписывая закон движения отдельным поршням.
Это решение описано в WO 2014/097075.
Из документа US 6827479 B1 известен гомогенизатор высокого давления, имеющий пару цилиндровых насосов, приводимых в действие гидравлической системой, содержащей два отдельных, частично дублированных устройства, по одному для каждого цилиндрового насоса. В гидравлической системе используется пара гидравлических цилиндров с распределителем направления, сообщающимся с каждым гидравлическим цилиндром. Регулирующие клапаны относятся к четырехходовому задвижному типу с катушкой, имеющему положение отсечения и два положения противоположного направления, которые активируют каждый цилиндр в противоположной последовательности возвратно-поступательного движения.
В этом контексте целью настоящего изобретения является предложение гомогенизатора высокого давления, который дополнительно увеличивает эффективность гомогенизации.
Другой целью настоящего изобретения является предложение гомогенизатора высокого давления, обладающего большей степенью гибкости с точки зрения скорости потока и давления по сравнению с известными решениями.
Другой целью настоящего изобретения является предложение гомогенизатора высокого давления, который может быть сконфигурирован и адаптирован в зависимости от изменения технических характеристик во времени, например, для различных применений.
Другой целью настоящего изобретения является предложение гомогенизатора высокого давления, более легкого в обслуживании по сравнению с известными решениями.
В совершенно разных отраслях, таких как аэрокосмическая отрасль, известны электрогидростатические приводы (обычно обозначаемые аббревиатурой ЭСП), то есть гидравлические приводы, управляемые непосредственно системой электродвигатель-насос. Пример использования привода ЭСП показан в US 2018/0087547 для управления положением поверхностей самолета, например закрылков.
Следует отметить, что некоторыми производителями, такими как Moog, используется термин "электрогидростатический привод", в то время как другие производители используют термин "сервогидравлический привод" (обычно обозначаемый аббревиатурой СГП) или, в более общем смысле, гидравлические системы, приводимые в движение бесщеточными двигателями.
Поставленная техническая проблема и поставленные задачи по существу решаются посредством гомогенизатора высокого давления, заявленного в п. 1 формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Дополнительные характеристики и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из примерного и, следовательно, неограничивающего описания предпочтительного, но не исключительного варианта осуществления гомогенизатора высокого давления, как показано на чертежах, где:
- на фиг. 1а, 1b показан гомогенизатор высокого давления в соответствии с настоящим изобретением в двух различных видах в перспективе;
- на фиг. 2а, 2b схематично показан один вариант осуществления средства передачи линейного движения, примененного к поршню гомогенизатора с фиг. 1а-1b;
- на фиг. 3 показана блок-схема гомогенизатора высокого давления согласно настоящему изобретению;
- на фиг. 4 и 5 показаны графики скорости потока, относящиеся, соответственно, к двум насосным поршням и трем насосным поршням;
- на фиг. 6 в перспективе показана часть автономного насосного модуля, используемого в гомогенизаторе высокого давления в соответствии с настоящим изобретением;
- на фиг. 7 показана блок-схема гомогенизатора высокого давления согласно настоящему изобретению, содержащего множество автономных насосных модулей 1.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
На чертежах числом 100 обозначен гомогенизатор высокого давления, содержащий:
- объемный поршневой насос, содержащий множество насосных поршней 10;
- гомогенизирующий клапан 20, расположенный ниже по потоку от объемного поршневого насоса;
- средство 5 передачи линейного движения, выполненное с возможностью функционального воздействия на поршни 10;
- блок 40 управления, сконфигурированный для управления средством 5 передачи линейного движения, так что возвратно-поступательное движение предписывается каждому поршню 10 в соответствии с законом движения, который установлен заранее и не зависит от законов движения других поршней 10.
Линейное средство передачи предусмотрено в качестве средства, управляющего поршнями посредством линейной кинематической цепи, то есть средства, которое преобразует вращательное движение двигателя в линейное движение посредством механической системы.
В частности, каждому поршню 10 предписывается соответствующий заранее установленный закон движения, так что суммирование определяет профиль тяги при постоянной скорости потока.
На практике блок 40 управления выполнен с возможностью предписывания каждому поршню 10 виртуального профиля кулачка, независимого от профилей других поршней 10. Предпочтительно, виртуальный профиль кулачка задается на основе характеристик продукта, давления, расхода и любых других интересующих параметров.
Объемный поршневой насос содержит:
- всасывающий коллектор 2 текучей среды;
- компрессионную головку 3, расположенную ниже по потоку от всасывающего коллектора 2, образованную поршнями 10 и соответствующими гидравлическими цилиндрами 11;
- подающий коллектор текучей среды (не показан), расположенный ниже по потоку от компрессионной головки.
Средство 5 передачи линейного движения относится к электрогидростатическому типу, то есть оно содержит электродвигатель 6 и насос 7, управляемый непосредственно электродвигателем 6, который выполнен с возможностью функционального воздействия на поршень 10.
Электродвигатель 6 относится к бесщеточному типу. Бесщеточный двигатель 6 приводит во вращение насос 7, который, в зависимости от типа получаемого импульса, может вращаться в одном или другом направлении, воздействуя на поршень 10 и, таким образом, создавая давление в передней камере или задней камере соответствующего гидравлического цилиндра 11.
Средство электрогидростатической передачи регулирует давление и поток масла, подаваемого в гидравлические цилиндры 11, и, таким образом, тягу и скорость продвижения соответствующих поршней 10 без необходимости использования пропорциональных клапанов. Данное решение отличается от решения, предложенного в WO 2014/097075, где вместо этого имеется пропорциональный клапан для каждого гидравлического цилиндра.
Гомогенизирующий клапан 20 относится к известному типу и далее не описан.
Предпочтительно гомогенизатор 100 содержит датчик давления, выполненный с возможностью функционального воздействия на подающий коллектор. Блок 40 управления предпочтительно представляет собой блок управления с обратной связью, выполненный с возможностью корректирования уставку входного давления в зависимости от сигнала давления, детектированного датчиком давления. Блок 40 управления может состоять из электронного модуля, соответствующим образом запрограммированного для выполнения описанных функций, который может соответствовать различным аппаратным и/или типовым программным объектам, принадлежащим запрограммированному модулю.
Альтернативно или дополнительно, такие функции могут выполняться множеством распределенных электронных модулей.
Блок 40 управления может дополнительно использовать один или несколько процессоров для выполнения инструкций, содержащихся в модулях памяти.
На фиг. 4-5 показан график изменения импульса некоторых поршней 10. Графики скорости потока аналогичны тем, которые предложены в документе WO 2014/097075.
На фиг. 6 показан вариант осуществления объемного поршневого насоса. Он является частью автономного насосного модуля, обозначенного цифрой 1, и содержит:
- всасывающий коллектор 2;
- компрессионную головку 3;
- подающий коллектор 4.
На фиг. 6 компрессионная головка 3 содержит один поршень 10, связанный с соответствующим гидравлическим цилиндром 11, но она также может содержать несколько поршней 10, каждый из которых связан с соответствующим гидравлическим цилиндром 11, содержим соответствующую гидравлическим цепь. Поршень 10 совершает возвратно-поступательное движение, управляемый средством 5 передачи линейного движения на автономном насосном модуле 1.
Как описано выше, средство 5 передачи линейного движения относится к электрогидростатическому типу.
Гомогенизатор 100 может содержать множество идентичных автономных насосных модулей 1, в то время как исходный автономный насосный модуль (также называемый входной частью) содержит некоторые дополнительные компоненты.
В частности, входной насосный модуль содержит манометр и предохранительный клапан.
Законы движения, предписанные поршням 10 автономных насосных модулей 1 зависят от количества и типа установленных насосных модулей. Эти законы движения (то есть виртуальные профили кулачков) задаются в программном обеспечении, загруженном в блок 40 управления. Суммирование законов движения (с точки зрения скорости потока) определяет профиль тяги при постоянной скорости потока.
На фиг. 7 показана блок-схема гомогенизатора 100 высокого давления, содержащего множество автономных насосных модулей 1.
Характеристики гомогенизатора высокого давления согласно настоящему изобретению явно вытекают из вышеприведенного описания, как и его преимущества.
В частности, предлагаемый в настоящем документе гомогенизатор более эффективен, чем решение, предложенное в WO 2014/097075, за счет использования средства электрогидростатической передачи.
Кроме того, автономный насосный модуль с линейным приводом обеспечивает высокую гибкость с точки зрения производительности и рабочего давления гомогенизатора, с которым он используется.
Фактически, гомогенизатор легко масштабируется путем добавления насосных модулей, разработанных в соответствии с конкретными потребностями, которые также могут меняться со временем. Следует учитывать, например, потребность в расширении гомогенизатора посредством добавления дополнительных насосных модулей, чтобы соответствовать меняющимся производственным потребностям.
Модульная структура также позволяет упростить операции технического обслуживания, обеспечивая возможность воздействия время от времени непосредственно на насосный модуль, в котором произошла неисправность.
Кроме того, стандартизация модулей позволяет быстрее и эффективнее реагировать на потребности клиентов: начиная с нескольких типов стандартных модулей, объединенных в определенное количество, можно удовлетворить любой запрос клиента и упростить складскую логистику.