文章來(lái)源:微波殺菌設(shè)備 作者:快睿微波 發(fā)布時(shí)間:2018-11-02 10:56:21 瀏覽次數(shù)0
確立了在微波殺菌設(shè)備中引入蓄能器的保壓回路,提出了一種組合式密封結(jié)構(gòu),并引入STT-T系列鉑電阻溫度傳感器進(jìn)行溫度檢測(cè)。
隨著超高壓食品殺菌技術(shù)(high pressure processing,HPP)的興起,超高壓殺菌設(shè)備的研究開(kāi)始受到國(guó)內(nèi)外關(guān)注,穩(wěn)定壓力和溫度是HPP處理時(shí)的重要因素,與食品品質(zhì)密切相關(guān)。但在實(shí)際工作中微波殺菌設(shè)備壓力保持不穩(wěn)定、處理腔溫度不易調(diào)節(jié)等問(wèn)題尚無(wú)法得到解決。本項(xiàng)目通過(guò)開(kāi)展對(duì)超高壓殺菌設(shè)備在工作中結(jié)構(gòu)和性能的研究工作,提出進(jìn)一步的解決方法。
1 保壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
穩(wěn)定壓力是HPP處理時(shí)的重要因素,其處理食品時(shí)的核心工藝為升壓—保壓—卸壓的過(guò)程,與食品的品質(zhì)緊密相連。然而實(shí)際工作中超高壓設(shè)備的壓力卻保持不穩(wěn)定,難以控制。
1.1 保壓回路和蓄能器
所謂保壓回路,就是在執(zhí)行元件停止工作或僅有工件變形所產(chǎn)生的微小位移的情況下使系統(tǒng)壓力基本上保持不變。系統(tǒng)保壓實(shí)質(zhì)上是把液壓沖擊吸收。當(dāng)執(zhí)行元件突然停止運(yùn)動(dòng)、換向閥突然換向,都會(huì)在液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生壓力沖擊,那么系統(tǒng)的壓力就會(huì)在很的短時(shí)間內(nèi)快速升高,造成元件、儀表和密封裝置的損壞,同時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。
蓄能器是液壓系統(tǒng)中的一種能量?jī)?chǔ)蓄裝置。它能夠在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⑾到y(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)變?yōu)槲荒芑蛘呤菈嚎s能儲(chǔ)存起來(lái),當(dāng)系統(tǒng)需要時(shí),再將位能或壓縮能轉(zhuǎn)化為液壓、氣壓或者是其它形式的能量釋放出來(lái),重新補(bǔ)供給系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)的瞬間壓力增大時(shí),它能夠把這部分的能量吸收,從而使系統(tǒng)內(nèi)的壓力保持正常。將蓄能器設(shè)置在控制閥或液壓缸等沖擊源之前,可以很好地緩沖吸收液壓沖擊。
1.2 保壓裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)
食品超高壓殺菌設(shè)備在工作時(shí),不僅要承受巨大的壓力,而且在高壓力值需要維持一段時(shí)間的保壓。微波殺菌設(shè)備的工作系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是液壓回路,設(shè)想將保壓回路引進(jìn)到超高壓的裝置中,則能夠?qū)Τ邏涸O(shè)備在工作中出現(xiàn)的壓力不穩(wěn)定問(wèn)題加以改善。對(duì)超高壓結(jié)構(gòu)和裝置進(jìn)行改進(jìn),并引進(jìn)利用蓄能器的保壓回路,下面以?xún)?nèi)部加壓一體式為例進(jìn)行說(shuō)明,如圖1所示。
圖1 利用蓄能器保壓的裝置原理圖
1.低壓活塞2.油壓缸3.高壓活塞4.承壓框架5.高壓容器6.頂蓋7.三位四通電磁換向閥8.單向閥9.溢流閥10.二位二通電磁閥11.油槽12.油泵13.蓄能器14.壓力繼電器
其工作原理是利用壓力繼電器檢測(cè)系統(tǒng)中的壓力值,通過(guò)蓄能器對(duì)能量的吸收和釋放進(jìn)行保壓或壓力調(diào)節(jié)。當(dāng)三位四通換向閥7的左位接入工作以后,單向閥隨之打開(kāi),油壓缸則往上運(yùn)動(dòng),如果工件被壓緊后,進(jìn)油路的壓力升高到調(diào)定值,壓力繼電器14發(fā)出信號(hào)并使二位二通電磁閥10通電,油泵12則卸掉載荷,單向閥8隨之自動(dòng)關(guān)閉。蓄能器13對(duì)液壓缸進(jìn)行保壓并補(bǔ)償泄漏,當(dāng)缸內(nèi)的壓力不足時(shí),壓力繼電器則會(huì)復(fù)位讓泵重新開(kāi)始工作。其中升壓值的大小及保壓時(shí)間可由調(diào)控系統(tǒng)提前設(shè)定,壓力繼電器的調(diào)節(jié)區(qū)間和蓄能器的容量決定保壓時(shí)間的長(zhǎng)短,缸中壓力的小和大值則由壓力繼電器的通斷調(diào)節(jié)區(qū)間決定。
2 組合式密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.1 超高壓常見(jiàn)的密封形式
微波殺菌設(shè)備的操作條件大多都比較嚴(yán)苛,操作壓力和操作溫度容易波動(dòng),且有時(shí)需要裝拆檢修,所以對(duì)密封結(jié)構(gòu)的要求很高。密封結(jié)構(gòu)能否實(shí)現(xiàn)有效密封是超高壓容器是否能夠保持持續(xù)正常運(yùn)行的重要條件。目前的超高壓設(shè)備多采用自緊式密封,自緊式密封能夠充分利用介質(zhì)的壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)密封,設(shè)備的工作壓力越高,密封組件與筒體接觸面間的接觸壓力則越大,那么密封的可靠性及密封效果就越好,設(shè)備的安全性也越高。
“B”形環(huán)、“O”形環(huán)、楔形墊密封以及各種組合形式的密封是超高壓容器常見(jiàn)的密封方式。其中O形圈的成本較低,應(yīng)用范圍較廣泛,但在高壓的環(huán)境下容易破壞變形,從而導(dǎo)致密封失效,且O形橡膠圈存在著嚴(yán)重的溶脹現(xiàn)象,會(huì)造成裝拆困難。B形環(huán)密封是一種自緊徑向密封,也是目前應(yīng)用較多的形式,它依靠B形環(huán)波峰和筒體、頂蓋上密封槽間的徑向過(guò)盈來(lái)產(chǎn)生密封表面的初比壓,以達(dá)到初始密封。當(dāng)內(nèi)部壓力作用之后,B形環(huán)向外擴(kuò)張,密封比壓增加,相應(yīng)的密封性能隨之提高。
2.2 B形環(huán)-金屬三角墊組合式密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
據(jù)相關(guān)試驗(yàn)表明,樹(shù)脂類(lèi)材料性能良好,用PEEK、聚四氟乙烯作密封材料時(shí)內(nèi)筒表面粗糙度均小于Ra2 μm左右,可以實(shí)現(xiàn)直至500 MPa高壓長(zhǎng)期安全密封。對(duì)超高壓容器中的密封方式加以?xún)?yōu)化處理,采用聚四氟乙烯材質(zhì)的B形環(huán)和金屬三角墊構(gòu)成組合式的自緊密封結(jié)構(gòu),其各部分組件和裝置原理如圖2所示。
初始密封靠B形環(huán)與封頭的溝槽、內(nèi)筒壁間的過(guò)盈接觸產(chǎn)生的預(yù)壓縮提供,高壓時(shí),金屬三角墊不僅能夠防止B形環(huán)被擠壞,且能和筒體內(nèi)壁之間建立一定的密封比壓,從而協(xié)同B形環(huán)起到更好的密封作用。這是因?yàn)?在高壓下,金屬三角墊沿楔形面產(chǎn)生位移及彈塑性變形,縮小了封頭與內(nèi)壁之間的間隙[4]。這就保證了該密封結(jié)構(gòu)能夠在容器頻繁拆卸的過(guò)程中重復(fù)使用。且各密封組件的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,成本低,三角墊可由較高強(qiáng)度的金屬制成,B形環(huán)采用聚四氟乙烯制成,具有較小的摩擦因數(shù)和優(yōu)良的密封效果。拆卸時(shí),由于封頭的端部開(kāi)有密封圈溝槽,各個(gè)部件可以不用旋轉(zhuǎn),只需沿著軸向進(jìn)行平移,把壓環(huán)和擋圈拆下即可,依靠壓環(huán)和嵌入封頭的擋圈進(jìn)行軸向定位,可完成B形環(huán)和三角環(huán)的安裝。此結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能夠有效地提高壓裝置的密封效果,并延長(zhǎng)高壓密封件的使用壽命。
圖2 B形環(huán)-金屬三角墊的組合密封結(jié)構(gòu)原理圖
1.封頭2.擋圈3.壓環(huán)4.金屬三角墊5.B形密封環(huán)6.內(nèi)筒
3 溫度檢測(cè)調(diào)控
溫度的上升和下降都會(huì)對(duì)食品的品質(zhì)產(chǎn)生影響,超高壓處理的升壓、降壓時(shí)壓媒受絕熱壓縮或絕熱膨脹,其溫度都有著顯著的升降,因此溫度的測(cè)控對(duì)保證加工食品質(zhì)量至關(guān)重要。
溫度測(cè)量中常用的溫度傳感器是熱電偶。主要是因?yàn)闊犭娕季哂休^寬的溫度范圍,能夠適應(yīng)各種大氣環(huán)境,而且結(jié)實(shí)、價(jià)低,不需要供電。熱電偶由一端連接的兩條不同的金屬線(xiàn)構(gòu)成,當(dāng)熱電偶的一端受熱時(shí),熱電偶的電路中就產(chǎn)生了電勢(shì)差,對(duì)電勢(shì)差加以測(cè)量從而來(lái)計(jì)算溫度。
圖3 STT-T系列鉑電阻溫度傳感器
STT-T系列鉑電阻溫度傳感器是熱電偶中的一種,該溫度傳感器采用不銹鋼外殼封裝,內(nèi)部填充導(dǎo)熱材料和密封材料灌封而成,尺寸小巧,適用于精密儀器、恒溫設(shè)備、流體管道等溫度的測(cè)量。將此系列傳感器引入到超高壓的冷卻系統(tǒng)中,可安裝于循環(huán)水夾套的出口處,通過(guò)溫度自動(dòng)檢測(cè)調(diào)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。
4 結(jié)語(yǔ)
本文通過(guò)對(duì)微波殺菌設(shè)備和液壓系統(tǒng)的研究,確立了引入蓄能器的保壓回路,提出了一種組合式密封結(jié)構(gòu),并引入STT-T系列鉑電阻溫度傳感器進(jìn)行溫度檢測(cè),從而改善在超高壓食品殺菌處理過(guò)程中壓力和溫度保持不穩(wěn)定的問(wèn)題。但要真正解決微波殺菌設(shè)備在工作中出現(xiàn)的問(wèn)題,還有待更進(jìn)一步的研究和不斷的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
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