Установка для термообработки тестовых заготовок печенья

Установка для термообработки тестовых заготовок печенья

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к установкам для обработки тестовых заготовок, а именно печенья.

Известна установка для тепловой обработки тестовых заготовок, содержащая теплоизолированную камеру, размещенный внутри нее конвейер для перемещения обрабатываемого сырья, систему нагревательных блоков с коротковолновыми инфракрасными излучателями. Инфракрасные излучатели в блоках установлены в продольном и поперечном направлениях по отношению к продольной оси пекарной камеры (SU 1191048 А, 07.12.83, 15.07.1985).

Недостатком данной установки является неравномерность распределения поля энергетического облучения (ПЭО) на поверхности тестовых заготовок, что приводит к ухудшению качества готовой продукции, повышению удельного расхода энергии и снижению теплового КПД установки.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является установка для термообработки тестовых заготовок, содержащая теплоизолированную камеру, размещенный внутри нее конвейер для перемещения обрабатываемого сырья, нагревательный блок, включающий инфракрасные излучатели, продольно расположенные над конвейерной лентой, блоки отражательных экранов. Блоки отражательных экранов изготовлены из шамотного кирпича в виде ряда индивидуальных экранов (RU 2134995, 29.09.98. A23L 1/025, А23В 9/04, F26B 3/30).

Недостатками этой установки являются неравномерность ПЭО на поверхности тестовых заготовок, повышенный удельный расход энергии, сложность изготовления отражательных экранов, повышенная материалоемкость установки и ее стоимость.

Задачей данного изобретения является улучшение качества готовых изделий, повышение КПД установки, снижение ее материалоемкости и стоимости.

Поставленная задача достигается тем, что в установке для термообработки тестовых заготовок, включающей теплоизолированную камеру, размещенный внутри нее конвейер для перемещения тестовых заготовок, блоки с инфракрасными излучателями, расположенные в плоскости, параллельной поверхности конвейера над ним с возможностью реверсивного поворота и регулирования относительно оси конвейера, при этом каждый блок снабжен узлом регулирования высоты и узлом контроля угла поворота, который выбирают таким образом, что он обеспечивает плотность теплового потока на произвольной площадке конвейера, определяемую по формуле

где

при условии η²-4λ>0 или

при условии η²-4λ<0,

где

, ,

q - плотность теплового потока на произвольной площадке; В_Э, d_Экв - энергетическая яркость и эквивалентный диаметр спирали, l_Г - длина излучателя, α - угол между осями излучателя и конвейера, z_u - высота размещения излучателей; ντ, b -координаты облучаемой площадки, i - порядковый номер излучателя в блоке, s - шаг между излучателями, n - число излучателей в блоке, m - порядковый номер блока ИК-излучателей, М - число блоков излучателей в установке, ϕ_i(х) - тепловой поток от i-го излучателя; х_2m-1, х_2m - начальная и конечная координаты излучателей, расположенных в блоке с порядковым номером m.

Размещение линейных кварцевых ИК-излучателей блоками под плоскими отражающими экранами под углом к оси конвейера по отношению к его плоскости, определяемым по формулам, обусловлено необходимостью достижения равномерного ПЭО на поверхности облучаемых тестовых заготовок. Расчет параметров размещения излучателей под углом к оси конвейера осуществляется по формулам.

Обеспечение равномерности лучистого потока на поверхности тестовых заготовок необходимо для получения высококачественных готовых продуктов.

Равномерное распределение теплового потока по ширине конвейера с плоскими тестовыми заготовками достигнуто путем изменения параметров размещения в ней излучателей: высоты расположения излучателей над поверхностью заготовок z_u, шага между излучателями s, расстояния между излучателями и верхними плоскими экранами h_p, количества блоков излучателей М, числа излучателей в каждом блоке n, угла α между осями излучателей и транспортера.

В предлагаемой установке тестовые заготовки имеют плоскую поверхность. Исходя из этого, ИК-излучатели расположены в плоскости, параллельной поверхности конвейера в нескольких блоках.

Расчеты и экспериментальные данные показывают, что при размещении излучателей в одной плоскости при продольном или поперечном направлении их расположения относительно от конвейера при наличии плоских, цилиндрических или параболических отражателей над ними, общих или индивидуальных, невозможно добиться высокой равномерности ПЭО при малой высоте размещения излучателей, имеет место поперечная неравномерность и краевой эффект ПЭО. Для повышения равномерности ПЭО и уменьшения величины краевого эффекта необходимо размещение излучателей под углом к оси конвейера.

Расчет ПЭО от блоков излучателей с плоскими отражателями осуществляется по формулам

где

при условии η²-4λ>0 или

при условии η²-4λ<0,

где

, ,

q - плотность теплового потока на произвольной площадке; В_Э, D_Экв - энергетическая яркость и эквивалентный диаметр спирали, l_Г - длина излучателя, α - угол между осями излучателя и конвейера, z_u - высота размещения излучателей над поверхностью тестовых заготовок; ντ, b - координаты облучаемой площадки dF на поверхности тестовой заготовки, i - порядковый номер излучателя в блоке, s - шаг между излучателями, n - число излучателей в блоке, m - порядковый номер блока ПК излучателей, М - число блоков излучателей в установке, ϕ_i(х) - тепловой поток от i-го излучателя; x_2m-1, x_2m - начальная и конечная координаты излучателей, расположенных в блоке с порядковым номером m, при этом блоки с ИК-излучателями установлены с возможностью реверсного поворота и регулирования относительно конвейера.

Были проведены экспериментальные исследования с использованием слоистого датчика теплового потока. Исследовали лучистые тепловые потоки от блоков с четырьмя и пятью излучателями. При этом ПЭО исследовались как от блоков излучателей, расположенных соответственно с транспортером, так и от блоков излучателей, расположенных под углом к оси конвейера.

По данным экспериментальных исследований определяли поперечные неравномерности (σ) ЛЭО на поверхности тестовых заготовок печенья по следующей формуле:

При ширине конвейера 0,5 м и длине 1,66 м было установлено в эксперименте три блока: в первом и третьем блоках по 4 лампы, во втором - 5 ламп. Высота размещения излучателей над тестовыми заготовками 0,1 м, шаг между излучателями 0,1 м, расположение ИК-излучателей под углом к оси конвейера необходимо для перераспределения излучения от центра лучей к его краям. В результате расчета угла между излучателями и осью транспортера определение угла поворота ИК-излучателей по вышеуказанным формулам позволяет обеспечить абсолютную равномерность полей энергетического облучения на поверхности тестовых заготовок печенья, как это показано на фиг.3.

На фиг.1 изображен общий вид предлагаемой установки; на фиг.2 - размещение блоков ИК-излучателей над транспортером; на фиг.3 - кривые поперечной неравномерности ПЭО на поверхности тестовых заготовок при различном размещении ИК-излучателей на транспортерах в сечениях I-IX, указанных на фиг.2

а) неравномерность ПЭО при размещении излучателей под углом α=20° к оси конвейера;

б) неравномерность ПЭО при продольном размещении излучателей;

z - высота размещения излучателей; l - расстояние между центром транспортера и рассматриваемой точкой на поверхности тестовой заготовки.

Установка содержит теплоизолированную камеру 1 и с установленным внутри нее транспортером 2, над которым размещены блоки 3 с линейными кварцевыми ИК-излучателями 4 и плоскими отражателями 5. Излучатели расположены под углом α к оси конвейера. ИК-излучатели 4 имеют одинаковый угол отклонения, реверсный в смежных блоках 3. Каждый блок 3 имеет узел регулирования высоты 6 размещения его над тестовыми заготовками и узел 7 контроля угла поворота блоков.

Установка работает следующим образом.

Тестовые заготовки из формующей машины поступают на конвейер 2 и, проходя под блоками 3 ИК-излучателей 4, подвергаются термообработке. Выбирая угол между ИК-излучателями 4 и осью конвейера 2, рассчитывают плотность теплового потока по формуле

где

при условии η²-4λ>0 или

при условии η²-4λ<0,

где

, ,

q - плотность теплового потока на произвольной площадке; В_Э, d_Экв - энергетическая яркость и эквивалентный диаметр спирали, l_Г - длина излучателя, α - угол между осями излучателя и конвейера, z_u - высота размещения излучателей над поверхностью тестовых заготовок; ντ, b - координаты облучаемой площадки dF на поверхности тестовой заготовки, i - порядковый номер излучателя в блоке, s - шаг между излучателями, n - число излучателей в блоке, m - порядковый номер блока ПК излучателей, М - число блоков излучателей в установке, ϕ_i(х) - тепловой поток от i-го излучателя; x_2m-1, x_2m - начальная и конечная координаты излучателей, расположенных в блоке с порядковым номером m, при этом блоки с ИК-излучением установлены с возможностью реверсного поворота и регулирования относительно конвейера.

После установки для тепловой обработки тестовых заготовок они поступают в газовую печь для выпечки.

Анализ результатов расчета на ЭВМ по формулам (1, 2, 3) показал, что при установке излучателей под углом к оси конвейера поперечная неравномерность снижается в 3-10 раз по сравнению с использованием других методов размещения излучателей.

Пример 1. Определение плотности теплового потока q₁ в точке конвейера, находящейся под инфракрасным излучателем на расстоянии от его центра по ходу конвейера на четверть его длины . Излучатель установлен горизонтально параллельно ходу конвейера (α=0).

Для расчета по формуле изобретения необходимо задаться следующими исходными данными.

Устанавливаем лампы КГ 220 -1000, имеющие следующие параметры: ;

Высота размещения излучателей - z_u=10 см, x₁=0, x₂=l_Г; l_Г - длина излучателя КГ 220 - 100:l_Г=30 см.

Расчет с целью упрощения вычислений выполним для одного излучателя (i=1) и одного блока излучателей (m=1). Шаг между излучателями примем: s=15 см.

В соответствии с условием примера координата рассчитываемой элементарной площади транспортера: ντ₁=22,5 см; b₁=i·s=15 см.

Найдем γ₁=i·s-0,5·l_Г·sinα-x_2m-1·tgα-b₁=15-15=0; γ₁=0;

cosα=cos0=0; tgα=tg0=0

Выбираем формулу для расчета ϕ_i(x)

η₁ ²-4λ=-4·606=-2424<0

Находим

Пример 2. Определение плотности теплового потока в точке конвейера при том же значении ντ₁=22,5 см, вдоль конвейера на смещенной поперек конвейера на половину шага между излучателями, т.е.

Сохраняя принятые в примере 1 остальные параметры, найдем

γ₂=i·s-0,5·l_Г·sinα-x₂·tgα-b₂=15-22,5=-7,5 см

η₂=η₁=-45 см; λ₂=cos²α·(ντ²+γ₂ ²+Z_u ²)=22,5²+(-7,5)²+10²=662 см²

Выбираем формулу для расчета ϕ_i(x)

η₂ ²-4λ₂=-(7,5)²-4·662<0

Находим

В примерах 1 и 2 сделаны расчеты ПЭО только от одного излучателя КГ 220 -1000, расположенного на высоте z_u=10 см над конвейером для двух точек, находящихся на конвейере в указанных координатах ντ₁, b₁ и ντ₁, b₂. Аналогичные расчеты выполняет ЭВМ для всех излучателей i=1÷n, установленных в блоках m=1÷М. Значения n и М зависят от проектируемой установки.

По данным расчетов в примерах 1 и 2 можно найти поперечную неравномерность ПЭО на поверхности конвейера или тестовых заготовок

Для идеальной равномерности поля облучения по ширине конвейера величина σ равна

Для предельно неравномерного ПЭО

Максимально допускаемая поперечная неравномерность в инфракрасных печах составляет σ=0,05 или σ=5%.

При установке излучателей КГ 220-1000 параллельно оси конвейера (α=0), при высоте z_u=10 см и шаге между излучателями s=15 см в соответствии с расчетами в примерах 1 и 2 неравномерность ПЭО на расстоянии только 7,5 см составляет σ=78%, что недопустимо.

Необходимо излучатели устанавливать под углом к ходу конвейера, т.е. α>0°.

Подставляя различные углы α и производя аналогичные примерам 1 и 2 расчеты, добиваются требуемой равномерности ПЭО по ширине конвейера.

Использование предлагаемой установки позволяет повысить качество готовых изделий, снизить ее энергоемкость и материалоемкость.

Установка для термообработки тестовых заготовок печенья, характеризующаяся тем, что она включает теплоизолированную камеру, размещенный внутри нее конвейер для перемещения тестовых заготовок, блоки с инфракрасными излучателями, расположенные в плоскости, параллельной поверхности конвейера над ним с возможностью реверсивного поворота и регулирования относительно оси конвейера, при этом каждый блок снабжен узлом регулирования высоты и узлом контроля угла поворота, который выбирают таким образом, что он обеспечивает плотность теплового потока на произвольной площадке конвейера, определяемую по формуле:

где

при условии η²-4λ>0 или

при условии η²-4λ<0,

где

, ,

q - плотность теплового потока на произвольной площадке; В_Э, d_Экв - энергетическая яркость и эквивалентный диаметр спирали, l_Г - длина излучателя, α - угол между осями излучателя и конвейера, z_u - высота размещения излучателей; ντ, b - координаты облучаемой площадки, i - порядковый номер излучателя в блоке, s - шаг между излучателями, n - число излучателей в блоке, m - порядковый номер блока ИК- излучателей, М - число блоков излучателей в установке, ϕ_i(х) - тепловой поток от i-го излучателя; х_2m-1, x_2m - начальная и конечная координаты излучателей, расположенных в блоке с порядковым номером m.