Сепарационная тарелка и сепаратор
Изобретение относится к сепарационной тарелке и молочному сепаратору, содержащему ротор. Сепарационная тарелка вместе с другими сепарационными тарелками образует пакет сепарационных тарелок, которые способны вращаться вместе с ротором относительно оси вращения. Сепарационная тарелка содержит усеченную, по существу, коническую часть и кольцевой фланцевый элемент, соединенный с конической частью по наименьшему радиусу последней и продолжающийся от нее радиально внутрь, по существу, перпендикулярно оси вращения, при этом фланцевый элемент имеет радиальную протяженность, соответствующую, по меньшей мере, 10% радиальной протяженности, по существу, конической части. Радиально внутренний край фланцевого элемента выполнен с выемками, распределенными по периферии края и принимающими выступы на стойке, которая соединена с ротором и которая при этом продолжается коаксиально через пакет сепарационных тарелок. Выемки выполнены с такой конфигурацией, что выступы заполняют выемки, по существу, целиком, а радиальная протяженность выемок соответствует, по меньшей мере, 20% радиальной протяженности фланцевого элемента, при этом выступы стойки приспособлены для захвата сливок во время работы молочного сепаратора. Изобретение обеспечивает повышение эффективности сепарации. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область изобретения и уровень техники
Настоящее изобретение относится к сепарационной тарелке, выполненной для установки в молочный сепаратор, содержащий ротор, и вращаемой вместе с этим ротором относительно оси вращения. Сепарационная тарелка выполнена с возможностью образования вместе с другими сепарационными тарелками пакета сепарационных тарелок, которые после установки на роторе расположены, по существу, коаксиально оси вращения, при этом обеспечены распорные элементы для удерживания смежных сепарационных тарелок в пакете на аксиальном расстоянии друг от друга так, что сепарационные тарелки образуют между собой узкие зазоры для потока молока, подлежащего сепарированию во время работы молочного сепаратора под действием центробежных сил. Сепарационная тарелка содержит усеченную, по существу, коническую часть и фланцевый элемент, соединенный с конической частью по ее наименьшему радиусу и продолжающийся от нее радиально внутрь, по существу, перпендикулярно оси вращения. Сепарационная тарелка снабжена отверстием, которое окружает ось вращения и которое выполнено для образования в пакете сепарационных тарелок прохода для потока, который продолжается аксиально через пакет сепарационных тарелок для отвода сливок, сепарированных из молока, где фланцевые элементы ограничивают осевой профиль прохода для потока легкой фракции (т.е. сливок). Фланцевый элемент имеет радиальную протяженность, соответствующую, по меньшей мере, 10% радиальной протяженности, по существу, конической части, а радиально внутренний край фланцевого элемента выполнен с некоторым количеством выемок, распределенных по периферии края. Выемки выполнены к выступам на стойке, которая соединена с ротором и которая продолжается аксиально через пакет сепарационных тарелок так, что выемки и выступы обеспечивают полярное направление и центрирование сепарационных тарелок относительно стойки и ротора.
Изобретение относится также к молочному сепаратору с ротором, который способен вращаться вокруг оси вращения и который выполнен для установки некоторого количества сепарационных тарелок, которые могут вращаться с ротором, причем сепарационные тарелки расположены, по существу, коаксиально оси вращения и, по меньшей мере, основная часть пакетированных сепарационных тарелок представляет собой сепарационные тарелки, описанные выше.
Во время сепарирования молока, особенно во время сепарирования холодного молока (обычно приблизительно от 2 до 5°C), сливки, отделенные от молока, могут создавать проблемы в виде закупорки различных каналов в сепараторе, и узкие зазоры между сепарационными тарелками являются особенно проблематичными. Холодные сливки имеют относительно высокую вязкость и засоряют эти зазоры, прилипая к поверхностям сепарационных тарелок и образуя скопления в зазорах для потока молока. Холодные сливки также имеют неньютоновские свойства, так что вязкость зависит от скорости потока. Это означает, что холодные сливки имеют так называемый предел текучести, при котором их движение прекращается полностью (сливки делаются застойными), когда скорость потока или касательные напряжения, действующие на сливки, является/являются ниже определенной величины. Для решения этой проблемы с засорением холодное молоко может быть нагрето (или, по меньшей мере, не охлаждено) перед сепарированием. Кроме того, к преимуществу сливок, не имеющих тенденции к застаиванию, также относится сравнительно более легкое отделение сливок от нехолодного молока, делая возможным отделение большего количества нехолодного молока в единицу времени. Однако нагревание молока предполагает дополнительное оборудование и доступ к тепловой энергии. Нагревание молока также может оказать неблагоприятное воздействие на его вкус.
В (патенте) SE 115167 описан известный сепаратор с сепарационной тарелкой типа упомянутого в вводной части, в котором сепарационной тарелке придана «оптимальная» форма, не приводящая к недостатку в виде, например, застоя сепарированной легкой фракции. Сепаратор содержит стойку в виде центральной трубки, соединенной с ротором. Сепарационная тарелка образует вместе с другими сепарационными тарелками пакет сепарационных тарелок, удерживаемых посредством выступов в виде крыльев (далее лопастей) на центральной трубке. Сепарационная тарелка снабжена отверстием, которое окружает ось вращения и которое выполнено для образования в пакете сепарационных тарелок прохода для потока, который продолжается в осевом направлении через пакет сепарационных тарелок для отвода легкой фракции, отделенной от жидкости. Внутренний край фланцевого элемента, таким образом, определяет вместе с внешней периферией и лопастями центральной трубки границы осевого профиля осевого канала для легкой фракции. Скорость легкой фракции в осевом канале в пределах внутреннего края сепарационных тарелок зависит от профиля осевого канала и потока через сепаратор (другими словами, количество жидкости в единицу времени, которая принудительно течет по всему сепаратору). Поскольку отделение сливок из холодного молока занимает больше времени, чем из нехолодного молока, обычно во время сепарирования холодного молока через сепаратор требуется поток относительно меньше по сравнению с нехолодным молоком. С тем же самым сквозным профилем для легкой фракции меньший поток через сепаратор приведет к более низкой скорости потока через канал для легкой фракции. Однако более низкая скорость потока приводит к повышенному риску застоя холодных сливок в канале. Скорость потока холодных сливок может быть увеличена посредством уменьшения профиля протекающего потока. В варианте известной сепарационной тарелки профиль протекающего потока зависит от диаметра отверстия сепарационной тарелки, которое окружает ось вращения, в комбинации с размерами центральной трубки и лопастей, расположенных на ней. Таким образом, у известной сепарационной тарелки есть недостаток в том, что профиль потока зависит от упомянутой комбинации. Изменение скорости, следовательно, может быть достигнуто, если только заменить весь узел (центральную трубку с сепарационными тарелками), так как диаметр отверстий в сепарационных тарелках и размер лопастей на центральной трубке являются взаимозависимыми.
GB 191404028 описывает известный сепаратор для сепарирования холодного молока. Ротор сепараторов содержит некоторое количество пакетированных сепарационных тарелок, выполненных для возможного вращения с ротором, где смежные сепарационные тарелки образуют между собой узкие каналы для отделения холодных сливок от подаваемого холодного молока. В каждой сепарационной тарелке выполнено несколько отверстий, которые распределены по радиусу в направлении отверстия, которое окружает ось вращения и которое выполнено для образования в пакете сепарационных тарелок канала, который продолжается аксиально через пакет сепарационных тарелок. В каждой сепарационной тарелке выполнено некоторое количество отверстий для протекания потока сливок, причем которые распределены по радиусу относительно отверстия, которое окружает ось вращения. Цель этих сквозных отверстий состоит в уменьшении возможности упомянутого засорения посредством сепарационной тарелки, содержащей поверхность, к которой сливки могут прилипать, причем поверхность относительно меньше, чем в варианте сепарационной тарелки без сквозных отверстий для потока. Однако сквозные отверстия также приводят к уменьшению прочности и жесткости сепарационной тарелки относительно сепарационной тарелки без таких сквозных отверстий для потока. Во время операции сепарирования центробежная сила, произведенная посредством вращения, создает напряжения на сепарационной тарелке. Такие создаваемые напряжения могут не только деформировать сепарационную тарелку, но также и нанести усталостное повреждение в виде трещины на сепарационной тарелке, что часто происходит в отверстиях в сепарационной тарелке, например в упомянутых сквозных отверстиях для потока.
Сущность изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в создании сепарационной тарелки и сепаратора для сепарирования молока, которые полностью или частично исключают вышеупомянутые недостатки.
Согласно настоящему изобретению, это достигнуто посредством сепарационной тарелки, указанной во введении, которая отличается тем, что выемки выполнены так, что выступы стойки заполняют выемки, по существу, целиком и что выемки имеют радиальную протяженность, соответствующую, по меньшей мере, 20% радиальной протяженности фланцевого элемента, причем выступы стойки приспособлены для захвата легкой фракции (т.е. сливок) во время процесса сепарирования молока.
Главное значение выступов стойки, заполняющих выемки, по существу, целиком, состоит в том, что ширина выступов соответствует ширине выемок, обеспечивая, таким образом, правильное полярное направление и избегая, таким образом, относительного поворота или зазора между стойкой и сепарационными тарелками во время вращения ротора. Промежуток между выступами по ширине и выемками по ширине, следовательно, должен быть минимальным, но, конечно, фактически должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить возможность точной установки сепарационных тарелок на стойке. В этом отношении не является в равной степени важным, чтобы радиальная протяженность выступов должна была точно соответствовать радиальной протяженности выемок. Другими словами, радиальный зазор между ними может быть больше, не оказывая при этом воздействия на ориентирование сепарационных тарелок по направлению посредством стойки.
Изобретение облегчает возможность изменения или регулирования профиля потока и, следовательно, скорости потока через осевой проход для потока просто посредством изменения диаметра отверстия, которое окружает ось вращения на сепарационной тарелке, при удерживании собственно стойки с выступами. Меньший поток через сепаратор, который требуется во время сепарирования холодного молока, приводит обычно к уменьшению скорости потока через сепаратор и, в частности, (при сохранении одинакового профиля потока) к снижению скорости потока в проходе для сливок. При этом существует опасность того, что скорость потока холодных отсепарированных сливок, таким образом, может оказаться слишком низкой и привести к упомянутому застою. Настоящее изобретение делает возможным предложение сепарирования сливок с повышенной скоростью посредством сепарационных тарелок, заменяемых на такие тарелки, в которых диаметр отверстия, которое окружает ось вращения, является меньше, то есть посредством увеличения радиальной протяженности фланцевого элемента относительно радиальной протяженности, по существу, конической поверхности и одновременно посредством увеличения радиальной протяженности выемок до радиальной протяженности кольцевой фланцевой поверхности. Таким образом, регулирование профиля потока и, следовательно, скорости потока для легкой фракции не является затруднительным, как при сепарировании нехолодного молока и сепарировании холодного молока, причем просто за счет замены пакета сепарационных тарелок. В то же самое время сепарационная тарелка имеет особенно предпочтительную конфигурацию, которая уменьшает проблемы с засорением, связанные с сепарированием холодного молока. Выступы стойки также увлекают сливки, которые протекают внутрь по фланцевому элементу на горизонтальном участке сепарационной тарелки, приводя к перепаду (далее резкому снижению) давления на этом участке сепарационной тарелки.
Краткое описание чертежей
Изобретение объяснено ниже более подробно с описанием различных вариантов выполнения посредством примеров со ссылкой на приложенные чертежи.
Фиг.1 - вертикальное сечение ротора, входящего в состав сепаратора в соответствии с вариантом выполнения изобретения.
Фиг.2 - вид стойки с сепарационными тарелками на фиг.1.
Фиг.3 - вид сверху стойки с сепарационными тарелками на фиг.1 и 2.
Фиг.4 - вид сверху сепарационной тарелки в соответствии со вторым вариантом выполнения изобретения.
Фиг.5 - вид сверху стойки с сепарационными тарелками в соответствии с третьим вариантом выполнения изобретения.
Фиг.6 - вид сверху сепарационной тарелки в соответствии с четвертым вариантом выполнения изобретения.
Подробное описание вариантов выполнения
Фиг.1 изображает ротор 1 сепаратора для сепарирования сливок из молока. Ротор 1 установлен с возможностью вращения вокруг оси Х вращения и содержит пространство 2 для сепарирования молока, которое подается в ротор 1 для сепарирования. Для этой цели сепаратор выполнен с входным отверстием (не показано), которое продолжается в пространство 2 для сепарирования для подаваемого сепарируемого молока и, по меньшей мере, с двумя выходными отверстиями (не показаны) для выпуска сливок и снятого молока, соответственно, из пространства для сепарирования. Пространство 2 ротора для сепарирования выполнено с возможностью установки в пакете нескольких сепарационных 3 тарелок, которые вращаются с ротором 1 относительно оси Х вращения. Сепарационная 3 тарелка содержит, по существу, усеченную коническую часть 3a и фланцевый элемент 3b, который соединен с конической частью в районе наименьшего радиуса последней и продолжается от нее радиально внутрь, по существу, перпендикулярно оси Х вращения. В показанном варианте выполнения фланцевый элемент 3b содержит радиальную протяженность, соответствующую приблизительно 35% радиальной протяженности основной конической части 3a. Сепарационная 3 тарелка снабжена отверстием 3с, которое окружает ось Х вращения и которое выполнено для образования в пакете сепарационных 3 тарелок прохода для потока, который продолжается аксиально через пакет сепарационных 3 тарелок для отвода сливок, сепарированных из молока. Пакет сепарационных 3 тарелок установлен, по существу, коаксиально оси Х вращения на стойке 4, которая соединена с ротором и которая продолжается коаксиально через отверстия 3c, которые окружают ось вращения Х пакета сепарационных 3 тарелок.
Фиг.2 и 3 представляют вид стойки 4 с сепарационными 3 тарелками. Стойка 4 содержит некоторое количество выступов в виде так называемых лопастей 4a, которые проходят радиально от стойки 4 и по ее оси, а сепарационные 3 тарелки содержат соответствующие выемки 3d (см. фиг.4), выполненные к лопастям 4a так, что выемки 3d и лопасти 4a обеспечивают полярное направление и центрирование сепарационных 3 тарелок относительно стойки 4 и ротора 1. Отверстия 3c сепарационных тарелок, которые окружают ось Х вращения, образуют проход для потока, который продолжается аксиально через пакет сепарационных 3 тарелок для отвода сливок, в то время как внутренние края фланцевых элементов 3b вместе с внешней периферией стойки и лопастями ограничивают осевой профиль прохода для сливок.
Для большей ясности на фиг.1 и 2 показаны только три сепарационные 3 тарелки с большим расстоянием между ними, но следует отметить, что в действительности сепаратор обычно содержит значительно большее количество пакетированных сепарационных тарелок при значительно меньшем расстоянии между ними, то есть со значительно более узкими зазорами между ними. С этой целью сепарационные 3 тарелки выполнены с распорными элементами 3e, 3e', выполненными для удерживания смежных сепарационных тарелок в пакете по оси на одинаковом расстоянии между ними таким образом, что сепарационные 3 тарелки образуют между собой узкие зазоры для потока молока, которое должно быть сепарировано посредством центробежной силы во время процесса сепарирования молока. Сепарационные тарелки выполнены с отверстиями 3f на конической части 3a для обеспечения возможности подачи молока внутрь пакета сепарационных тарелок и распределения в узких зазорах между сепарационными тарелками. Распорные элементы могут быть в виде точечных элементов 3e или удлиненных отдельных элементов 3e', прикрепленных к поверхности сепарационной тарелки посредством, например, пайки мягким припоем или привариванием. В описанном варианте выполнения сепарационная тарелка содержит комбинацию в виде точечных распорных элементов 3e и удлиненных распорных элементов 3e', прикрепленных к конической части 3a сепарационной тарелки. Длина удлиненных распорных элементов 3e', конечно, может быть изменена.
Фиг.4 изображает вид сверху одной сепарационной тарелки в соответствии со вторым вариантом выполнения изобретения, в котором удлиненные распорные элементы 3e'' несколько короче, чем удлиненные распорные элементы 3e' на сепарационных тарелках на фиг.2 и 3. Следует отметить, что является возможным изменение точной конфигурации и местоположения распорных элементов на сепарационной тарелке. Например, для удлиненных распорных элементов является возможным размещение под углом к радиусу сепарационной тарелки вдоль конической части сепарационной тарелки и/или прохождение распорных элементов по конической части по криволинейной траектории. Распорные элементы также могут быть выполнены за одно целое с сепарационной тарелкой таким образом, что материал сепарационной тарелки образует распорные детали в форме местных возвышений. Фланцевый участок 3b сепарационной 3 тарелки также мог бы содержать точечные распорные элементы 3е и/или удлиненные распорные элементы 3e', 3e''. Удлиненные распорные элементы 3e', 3e'' могут быть преимущественно расположены на фланцевом участке 3b, если необходим повышенный захват жидкости на этом участке зазора между сепарационными тарелками, что приводит к резкому снижению давления на этом участке канала.
В соответствии с третьим вариантом выполнения изобретения (см. фиг.5) диаметр отверстия 3c' сепарационной тарелки, которое окружает ось вращения, выполнен больше, чем в предыдущих вариантах выполнения. Сепарационную тарелку на фиг.5 устанавливают в пакет на той же самой стойке 4 с лопастями 4a, как и предыдущие сепарационные тарелки. Что касается предшествующих вариантов выполнения, то эти сепарационные тарелки, таким образом, содержат несколько меньшие по размеру фланцевые элементы 3b' и выемки 3d' (см. фиг.6), при этом выемки 3d' приспосабливают к лопастям 4a так, чтобы выемки 3d' и лопасти 4a обеспечивали полярное направление и центрирование сепарационных тарелок относительно стойки 4 и ротора 1. Замена сепарационных тарелок с отверстиями 3c' сравнительно большего размера, согласно третьему варианту выполнения, на сепарационные тарелки, в соответствии с предшествующими вариантами выполнения, с относительно меньшими отверстиями 3c (но при сохранении той же самой стойки 4 с лопастями 4a) уменьшает профиль потока сливок, делая, таким образом, возможным регулирование скорости потока сливок при сепарировании нехолодного молока и сепарировании холодного молока. Увеличение скорости (потока) сливок, таким образом, может быть достигнуто посредством сепарационных тарелок, заменяемых на тарелки с меньшим диаметром отверстия 3c, которое окружает ось вращения, то есть посредством увеличения радиальной протяженности фланцевого элемента 3b относительно радиальной протяженности, по существу, конической поверхности 3a и одновременно увеличения радиальной протяженности выемок 3d посредством радиального расширения кольцевого фланцевого элемента 3b. Если, например, вариант выполнения сепарационной тарелки, показанной на фиг.5, используется для сепарирования нехолодного молока, предыдущие варианты выполнения сепарационных тарелок, согласно фиг.1-4, могли бы использоваться для сепарирования холодного молока. С другой стороны, во всех вариантах выполнения сепарационные тарелки имеют конкретную предпочтительную конфигурацию, которая уменьшает проблемы с засорением, связанные с сепарированием холодного молока.
Фиг.6 изображает вид сверху одной сепарационной тарелки в соответствии с четвертым вариантом выполнения изобретения, в которой удлиненные распорные элементы 3e'' несколько короче, чем удлиненные распорные элементы 3e' на сепарационных тарелках на фиг.5.
Изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами выполнения, поскольку может быть изменено и модифицировано без выхода из объема прилагаемой формулы изобретения.
1. Сепарационная (3) тарелка, выполненная для установки в молочный сепаратор, содержащий ротор (1), с возможностью вращения вместе с ротором (1) вокруг оси (X) вращения и образующая вместе с другими сепарационными (3) тарелками пакет сепарационных (3) тарелок, установленных в роторе (1), по существу, коаксиально оси (X) вращения, причем сепарационная тарелка снабжена распорными элементами (3е, 3е′) для удерживания в пакете смежных сепарационных тарелок на аксиальном расстоянии друг от друга так, что сепарационные (3) тарелки образуют между собой узкие зазоры для потока молока, подлежащего сепарированию во время работы молочного сепаратора посредством центробежных сил, причем сепарационная (3) тарелка содержит усеченную, по существу, коническую часть (3а) и кольцевой фланцевый элемент (3b), который соединен с конической частью (3а) по наименьшему радиусу последней и продолжается от нее радиально внутрь, по существу, перпендикулярно оси (X) вращения, при этом в сепарационной (3) тарелке выполнено отверстие (3с), которое окружает ось (X) вращения и которое выполнено для образования в пакете сепарационных (3) тарелок прохода для потока, продолжающегося аксиально через пакет сепарационных (3) тарелок для отвода сливок, сепарированных из молока, при этом фланцевый элемент ограничивает аксиальное сквозное сечение прохода для потока для отвода сливок, фланцевый элемент (3b) имеет радиальную протяженность, соответствующую, по меньшей мере, 10% радиальной протяженности, по существу, конической части (3а), а радиально внутренний край фланцевого элемента (3b) выполнен с выемками (3d), распределенными по периферии края и выполненными для приема выступов (4а) на стойке (4), которая соединена с ротором (1) и продолжается коаксиально через пакет сепарационных (3) тарелок, так что выемки (3d) и выступы (4а) обеспечивают полярное направление и центрирование сепарационных (3) тарелок относительно стойки (4) и ротора (1), отличающаяся тем, что выемки (3d) выполнены так, что выступы (4а) заполняют выемки (3d), по существу, целиком, а радиальная протяженность выемок (3d) соответствует по меньшей мере 20% радиальной протяженности фланцевого элемента (3b), причем выступы (4а) стойки приспособлены для захвата сливок во время работы молочного сепаратора.
2. Сепарационная (3) тарелка по п.1, отличающаяся тем, что радиальная протяженность фланцевого элемента (3b) соответствует, по меньшей мере, 15% радиальной протяженности конической части (3а).
3. Сепарационная (3) тарелка по п.1, отличающаяся тем, что радиальная протяженность фланцевого элемента (3b) соответствует 20-50% радиальной протяженности конической части (3а).
4. Сепарационная (3) тарелка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что радиальная протяженность фланцевого элемента (3b) соответствует приблизительно 35% радиальной протяженности, по существу, конической части (3а).
5. Сепарационная (3) тарелка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что фланцевый элемент (3b) выполнен для ограничения вместе со стойкой (4) сквозного сечения прохода для потока для обеспечения минимальной скорости потока сливок через указанный проход для потока.
6. Сепарационная (3) тарелка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что выемки (3d) выполнены так, что выступы (4а) заполняют выемки, по существу, целиком, при этом выемки (3d) имеют значительную радиальную протяженность, соответствующую, по меньшей мере, 50% радиальной протяженности фланцевого элемента (3b).
7. Сепарационная (3) тарелка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что выемки (3d) выполнены так, что выступы (4а) заполняют выемки (3d), по существу, целиком, при этом выемки (3d) имеют радиальную протяженность, соответствующую, по существу, всей радиальной протяженности фланцевого элемента (3b).
8. Сепарационная (3) тарелка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что фланцевый элемент (3b) содержит точечные распорные элементы (3е).
9. Сепарационная (3) тарелка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что фланцевый элемент (3b) содержит линейные распорные элементы (3е′, 3е′′), которые проходят радиально по большей части радиальной протяженности фланцевого элемента (3b).
10. Сепарационная (3) тарелка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что коническая часть (3а) содержит распределительные отверстия (3f), выполненные для направления и распределения молока в соответствующие зазоры для потока в пакете сепарационных (3) тарелок во время работы молочного сепаратора.
11. Сепарационная (3) тарелка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что коническая часть (3а) снабжена точечными распорными элементами (3е).
12. Сепарационная (3) тарелка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что коническая часть (3а) снабжена линейными распорными элементами (3е′, 3е′′).
13. Молочный сепаратор с ротором (1), вращаемым вокруг оси (X) вращения и выполненным с возможностью установки на него пакета сепарационных (3) тарелок, вращаемых вместе с ротором (1), причем указанные сепарационные (3) тарелки расположены, по существу, коаксиально оси (X) вращения, отличающийся тем, что, по меньшей мере, большую часть пакетированных сепарационных (3) тарелок составляют сепарационные тарелки по любому из пп.1-12.
