Маслоотжимной пресс

 

Изобретение относится к масложировой промышленности. Технический результат изобретения - повышение степени отжима масла и снижение энергоемкости процесса. Технический результат достигается тем, что маслоотжимной пресс содержит корпус с питателем в виде шнека, зеерную камеру и размещенный в ней шнековый механизм в виде вала с набором гладких втулок и втулок с витками. Размеры втулок с витками: наружный диаметр, высота витка, его шаг и длина втулок выполнены по определенной математической зависимости. Геометрические размеры прессующего механизма, скорость и время прессования связаны математическими соотношениями. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к масложировой промышленности, а именно к устройствам для отжима масла из семян масличных культур.

Известен пресс для выжимания масла из масличных семян (авт.св. N 761294, кл. B 30 B 9/14, 1980), содержащий зеерную камеру и размещенный в ней шнековый прессующий механизм, выполненный в виде набора втулок с витками шнека и гладких промежуточных втулок, смонтированных на валу, у которого на участках шнекового прессующего механизма с постоянным зазором между зеерной камерой и втулками с витками шнека отношение рабочей поверхности первого витка к рабочей поверхности второго витка в направлении перемещения прессуемого материала, находится в пределах 1,25 - 1,60, а последующие витки выполнены с соотношением где F - отношение рабочей поверхности n-го витка к рабочей поверхности первого витка; n - порядковый номер витка.

Недостатками такого пресса являются низкая производительность, повышенный выход осыпи и низкое качество масла из-за неоптимального соотношения кратностей изменения свободных объемов втулок с витками шнека, включающих объемы гладких промежуточных втулок, расположенных рядом по направлению движения прессуемого материала, приводящего к созданию в отдельных зонах прессующего тракта чрезмерных перепадов давления.

Известен шнековых пресс (авт. св. N 849669 кл. B 30 B 9/14, 1981) для отжима растительного масла, содержащий питатель, зеерный цилиндр и размещенный в нем шнековый вал, у которого высота и шаг витков определены соотношением где h_n и h_n+1 - высота соответственно предыдущего и последующего витков шнека; t_n и t_n+1 - шаг соответственно предыдущего и последующего витков шнека.

Недостатком такого пресса является недостаточная степень отжима масла из-за нерационального распределения времени прессования по ступеням прессования в направлении перемещения прессуемого материала.

Известен пресс для отжима масла из семян (авт.св. N 1807944, кл. B 30 B 9/14, 1993), содержащий питатель, зеерную камеру и размещенный в ней шнековый механизм, выполненный в виде набора втулок с витками и гладких промежуточных втулок, смонтированных на валу шнека, у которого витки выполнены с размерами диаметра, высоты, шага, длины в соответствии с условием K_н = K_к^1,5...2,0(1), где K_н и K_к - кратности изменения свободных объемов витков в начальной и конечной группах витков. Описанное устройство принято за прототип.

Недостатками известного устройства являются недостаточная степень отжима масла и повышенная энергоемкость процесса из-за нерационального распределения градиента давления, возникающего в прессуемых семенах от изменения свободных объемов по длине вала, а также из-за неоптимального изменения кратности отношений объемных аксиальных скоростей движения семян по ступеням прессования в направлении перемещения прессуемого материала.

Цель изобретения - повышение степени отжима масла и снижение энергоемкости процесса отжима путем перераспределения градиента давления, возникающего в прессуемом материале от изменения объемов по длине вала шнекового механизма.

Поставленная цель достигается тем, что в масловыжимном прессе, содержащем корпус с питателем, зеерной камерой и размещением в ней шнековым механизмом, выполненным в виде установленных на валу набора промежуточных гладких втулок и втулок с витками, у которых витки выполнены с размерами диаметра, высоты, шага и длины в соответствии с условием K_н = K_к^1,5...2,0 (1), где K_н и K_к - кратности изменения свободных объемов витков в начальной и конечной группах витков, геометрические размеры шнекового механизма, внутренний диаметр зеерной камеры и скорость вращения вала связаны условием: H_н = H_к^1,1...1,5, (2) где H_н и H_к - кратности изменения относительного радиального сжатия в начальной и конечной группах витков, при этом кратности углов подъема в начальной (J_н) и конечной (J_к) группах витков выполнены в соответствии с условием: J_н = J_к^4,0...8,0, (3) кратности отношений свободных объемов витков втулок с витком к свободным объемам гладких промежуточных втулок, расположенных по направлению движения прессуемого материала в начальной (F_н) и конечной (F_к) группах втулок выполнены в соответствии с условием:
F_н = F_к^1,0...3,0, (4)
кратности отношений свободных объемов витков втулок с витками к отношению аксиальных скоростей перемещения прессуемого материала в начальной (W_н) и конечной (W_к) группах втулок выполнены в соответствии с условием:
W_н = W_к^1,2...5,0, (5)
кратности отношений объемных аксиальных скоростей перемещения прессуемого материала в начальной (U_н) и конечной (U_к) группах втулок соответствуют условию:
U_н = U_к^4,5...7,5; (6)
кратности времени прессования в начальной (E_н) и конечной (E_к) группах втулок соответствуют условию:
E_н = E_к^0,05...0,7 (7)
Заявляемый пресс характеризуется наличием следующих существенных отличительных признаков.

а) Геометрические размеры шнекового механизма (наружный диаметр втулок в начале и в конце вала, длина втулок), внутренний диаметр зеерной камеры, скорость вращения вала связаны условием:
H_н = H_к^1,1...1,5,
где H_н и H_к - кратности изменения относительного радиального сжатия в начальной и конечной группах витков.

Сжатие в шнековом прессе достигается путем уменьшения шага витка - аксиальное сжатие и уменьшением проходного сечения тракта - радиальное сжатие. Под относительным радиальным сжатием прессуемого материала подразумевается частное отделения отложения входного и выходного проходных сечений втулки, умноженное на ее длину по формуле:

где S_вх и S_вых - входное и выходное проходные сечения втулки, дм²; l - длина втулки, дм.

При H_к со степенью меньше 1,1 радиальное сжатие в расчете на единицу длины становится недостаточным для обеспечения высокой степени отжима масла, а при H_к со степенью больше 1,5 длина втулки становится предельно малой, что нецелесообразно по конструктивным соображениям и, кроме того, отношение проходных сечений уже не является характерным для шнекового пресса, а по этому может быть отнесен к экструдерам.

При выполнении этого условия обеспечивается более выгодное распределение градиента давления вдоль вала шнекового механизма, а это, в свою очередь, повышает степень отжима масла и снижает энергоемкость процесса.

б) Кратности углов подъема витков в начальной (J_н) и конечной (J_к) группах витков выполнены в соответствии с условием, при котором
J_н = J_к^4,0...8,0
Величина кратностей изменения углов подъема витков взаимосвязаны между собой и ограничиваются возможность продвижения прессуемого материала по длине шнекового вала и приемлемой производительностью пресса. При показателе степени для J_к, равного или меньшего 4,0, прессуемый материал будет задерживаться в своем движении вдоль шнекового вала, а при показателе степени для J_к, равного или большего 8,0, разница между углами подъема витков слишком велика и масса прессуемого материала перестанет захватываться витком следующей по ходу движения втулки.

в) Кратности отношений свободных объемов витков втулок с витком к свободным объемам гладких промежуточных втулок, расположенных по направлению движения прессуемого материала в начальной (F_н) и конечной (F_к) группах втулок выполнены в соответствии с условием:
F_н = F_к^1,0...3,0
При степени для F_к менее 1,0 теряется непрерывность процесса, снижается достигнутое уменьшением свободного объема давления в прессуемом материале и, следовательно, снижается степень отжима масла, а при степени для F_к более 3,0 выравнивающее действие свободных объемов на перепад степеней аксиального сжатия соседних витков будет неэффективным.

г) Кратности отношений свободных объемов витков втулок с витком к отношению аксиальных скоростей перемещения прессуемого материала в начальной (W_н) и конечной (W_к) группах втулок выполнены в соответствии с условием:
W_н = W_к^1,2...5,0
Значение W определяется по формуле:
W = K/Z, (9)
где K - отношение (кратности отношения) свободных объемов соседних участков вала (втулок) с витком; Z - отношение (кратность отношения) аксиальных скоростей прессуемого материла для соседних витков.

Величина показателя степени для отношения аксиальных скоростей прессуемого материала определяется конструктивными размерами шнекового механизма и зависит от отношения углов подъема соседних витков.

Так при показателе степени для W_к менее 1,2 размеры пресса становятся неприемлемыми по конструктивным соображениям, а при показателе степени более 5,0 из-за значительной разницы в аксиальных скоростях нарушается непрерывность потока прессуемого материала вдоль шнекового вала.

Аксиальная скорость прессуемого материала вдоль шнекового вала определяется по формуле:
(10)
где d - диаметр ступицы витка (втулки);
D - наружный диаметр спирали витка;
k - коэффициент, учитывающий размерность скорости вращения шнекового вала;
n - скорость вращения шнекового вала;
q - угол подъема витка.

д) Кратность отношений объемных аксиальных скоростей перемещения прессуемого материала в начальной (U_н) и конечной (U_к) группах втулок соответствуют условию:
U_н = U_к^4,5...7,5
Объемная аксиальная скорость характеризует равномерность движения прессуемого материала вдоль оси вала шнекового механизма и вычисляется по формуле:
I = P_со · Va, (11)
где P_со - свободный объем втулки с витком; Va - аксиальная скорость прессуемого материала вдоль вала по направлению к выходу из зеерной камеры.

При показателе степени для U_к менее 4,5 происходит торможение прессуемого материала, сопровождающееся повышенным давлением, а при показателе степени для U_к более 7,5, наоборот, возникает разрежение в потоке прессуемого материала.

е) Кратности времени прессования в начальной (E_н) и конечной (E_к) группах втулок соответствуют условию:
E_н = E_к^0,05...0,7 (12)
Время прессования материала при прохождении его втулок с витком и гладких промежуточных втулок определяется условием истечения большей части масла после сжатия материала и последующего транспортирования вдоль шнекового вала. Сжатие материала происходит только в зоне передней кромки витка, а последующая часть витка транспортирует сжатый материал. Это необходимо для того, чтобы значительное количество выжатого масла успело вытечь через поры сжатого материала (т.е. за время транспортировки).

При показателе степени для E_к менее 0,05 недопустимо снижается производительность, а при степени более 0,7 - резко снижается эффективность процесса отжима.

Как видно из приведенных пояснений, все признаки и их соотношения взяты по оптимальному варианту и обеспечивают повышенную степень отжима масла и малую энергоемкость процесса прессования.

Проведенные исследования по патентной и научно-технической литературе позволили выявить ряд технических решений аналогичного назначения, однако признаков "а...е" в них не обнаружено. Следовательно, заявляемое устройство соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень", а техническая экспертиза пришла к выводу о работоспособности пресса и значит о промышленной применимости.

На чертеже показан предлагаемый пресс.

Масловыжимной пресс содержит корпус 1 с питателем 2 в виде шнека, зеерную камеру 3 и размещенный в ней шнековый механизм в виде установленных на валу 4 набора промежуточных гладких втулок 5 и втулок 6...13 с витками, при этом втулки 6...8 составляют начальную группу, а втулки 9...13 - конечную. Размеры втулок 6. . .13, как-то: наружный диаметр, высота витка, его шаг и длина втулок соответствуют условию, отраженному формулой (1). Шнековый вал заканчивается конусной втулкой 14. Втулки 6. ..14 установлены на валу 4 жестко при помощи шпонок (не показаны). При разработке конструкции пресса должны быть выполнены требования, при которых внутренний диаметр зеерной камеры 3 и скорость вращения вала 4 связаны условием (2), кратности углов подъема в начальной группах втулок 6...8 и конечной 9...13 - условием (3), кратности отношений свободных объемов витков втулок 6...13 к свободным объемам втулок 5 в начальной и конечной группах втулок - условием (4), кратности отношений свободных объемов витков втулок 6...13 к отношению аксиальных скоростей перемещения прессуемого материала (не показан) в начальной и конечной группах втулок - условием (5), кратности отношений объемных аксиальных скоростей прессуемого материала в начальной и конечной группах втулок - условием (6) и кратности времени прессования начальной и конечной группах втулок - условием (7).

Конкретные численные значения параметров приведены в таблице.

Пресс работает следующим образом.

Предварительно подготовленный материал подается в питатель 2 и по нему перемещается на шнековый механизм, вал 4 которого вращается от привода (не показан). Вследствие этого материал поступает в зеерную камеру 3, где поэтапно подвергается прессованию. В результате масло через щели зеерной камеры 3 вытекает в емкость (не показана), а отжатая масса материала в зазор между втулкой 14 и корпусом 1 вытесняется в бункер (не показан) и транспортируется для дальнейшего использования.

Формула изобретения

Масловыжимной пресс, содержащий корпус с питателем, зеерной камерой и размещенным в ней шнековым механизмом, выполненным в виде установленных на валу набора промежуточных гладких втулок и втулок с витками, у которых витки выполнены с размерами диаметра, высоты, шага и длины в соответствии с условием K_н = K_к^1,5-2,0, где K_н и K_к кратности изменения свободных объемов витков в начальной и конечной группах витков, отличающийся тем, что геометрические размеры шнекового механизма, внутренний диаметр зеерной камеры и скорость вращения вала связаны условием
H_н = H_к^1,1-1,5,
где H_н и H_к - кратности изменения относительного радиального сжатия в начальной и конечной группах витков,
при этом кратность углов подъема в начальной (J_н) и конечной (J_к) группах витков выполнены в соответствии с условием
J_н = J_к^4,0-8,0,
кратности отношений свободных объемов витков втулок с витком к свободным объемам гладких промежуточных втулок, расположенных по направлению движения прессуемого материала в начальной (F_н) и конечной (F_к) группах втулок выполнены в соответствии с условием
F_н = F_к^1,0-3,0,
кратности отношений свободных объемов витков втулок с витком к отношению аксиальных скоростей перемещения прессуемого материала в начальной (W_н) и конечной (W_к) группах втулок выполнены в соответствии с условием
W_н = W_к^1,2-5,0,
кратности отношений объемных аксиальных скоростей перемещения прессуемого материала в начальной (U_н) и конечной (U_к) группах втулок соответствуют условию:
U_н = U_к^4,5-7,5,
кратности времени прессования в начальной (E_н) и конечной (E_к) группах втулок соответствуют условию:
E_н = E_к^0,05-0,7.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2