4. Гомогенизирующая головка

Гомогенизирующая головка является узлом гомогенизатора, где непосредственно происходит диспергирование жировой фазы молока. В гомогенизаторе применяют двухступенчатую головку (рис. 1.4), которая представляет собой две соединенные вместе ступени связанные каналом, позволяющим продукту переходить последовательно от первой ступени ко второй.

Рис. 1.4. Гомогенизирующая головка:

I – первая ступень; II – вторая ступень; 1 – седло клапана; 2 – клапан;

3 – корпус; 4 – нажимное устройство; 5 – накидная гайка; 6 – пружина; 7 – шток; 8 – стакан

Принцип действия гомогенизирующей головки основан на том, что гомогенизируемая жидкость нагнетается под большим давлением в канал и, поднимает прижатый пружиной 6 и штоком 7 клапан 2 и с большой скоростью движется через узкую щель между клапаном и седлом 1. Высота клапанной щели при работе гомогенизатора не превышает 0,1 мм, а скорость молока при движении его в щели обычно достигает 150 – 200 м/сек. При этом молоко подвергается в зоне клапана сильному механическому воздействию, которое и приводит к раздроблению жировых шариков, т.е. к гомогенизации [15].

Давление гомогенизации в каждой из ступеней задается нажатием на клапан штока путем завертывания накидной гайки, передающей усилие посредством пружины. Причем, согласно инструкции по эксплуатации гомогенизаторов, сначала задается необходимое давление во второй ступени до 5 МПа, а затем давление поднимается до требуемого технологическим режимом на первой ступени, которое, как правило, выше давления во второй ступени (10 – 15 МПа). Общее давление гомогенизации, которое показывает манометр, установленный перед гомогенизирующей головкой на нагнетательном коллекторе плунжерного блока, представляет собой практически сумму давлений на первой и второй степенях гомогенизирующей головки. Поэтому возможно задавать давление гомогенизации и в обратном порядке, зная распределение давлений по ступеням и необходимое общее давление гомогенизации обрабатываемого молочного продукта.

Нежелательной можно считать работу гомогенизирующей головки, когда наибольшее давление задается второй ступенью головки. Такое распределение давлений можно допустить, поскольку имеются положительные рекомендации, однако при этом работа уплотнений будет находиться в более жестких условиях, что в первую очередь можно отнести к уплотнению штока головки первой ступени. Поэтому долговечность уплотнений головки зависит от правильной её эксплуатации.

К наиболее ответственным деталям гомогенизирующей головки, помимо уплотнений, можно отнести седла и клапаны обеих ступеней и пружины штоков. От технического состояния, которых зависит эффективность процесса гомогенизации данной гомогенизирующей головки и гомогенизатора.

Гомогенизирующий клапан посажен на седло (клапаны и седла обеих ступеней одинаковы) так, что его хвостовик входит в отверстие седла по ходовой посадке, а тарелка опирается на притёртую коническую поверхность с углом конуса 120°. При работе гомогенизатора в результате вибрирующего движения клапана и различных гидродинамических процессов, вызванных высокой скоростью движения молока, сопряженные поверхности подвержены износу, хотя и выполнены из нержавеющей стали прошедшей закалку. Наибольшему износу подвержены притёртые поверхности клапана и седла и в меньшей степени рёбра хвостовиков. Величина износа рёбер хвостовиков влияет на положение тарелки клапана при подъёме его в рабочее положение. В случае значительного износа или плохого качества изготовления тело клапана не будет соосно с седлом и высота щели по всей рабочей поверхности будет различна, т. е. в каком-то месте она будет наибольшей, и жидкость будет проходить по этому сечению. В результате получается односторонний износ притёртых поверхностей и резкое снижение качества гомогенизации. Частому наблюдению за их состоянием должны, подвергаться притёртые конические поверхности седла и клапана. При движении жидкости изнашиваются острая передняя кромка седла клапана и соответствующая ей поверхность клапана. Вследствие кавитационных явлений в щели, связанных с изменением скорости движения жидкости и условиями входа её в щель, на указанных местах седла и клапана появляются «оспины», а остальная рабочая поверхность приобретает риски, соответствующие радиальному движению жидкости. Увеличение размеров «оспин» и рисок приводит к значительному снижению эффекта гомогенизации, поэтому необходима периодическая притирка седла и клапана или обновление сопряженных поверхностей с последующей их притиркой [8].

Пружина каждой из ступеней гомогенизирующей головки оказывает противодавление гомогенизирующему клапану и воспринимает толчки жидкости от пульсирующей подачи плунжеров. Цикличность подачи жидкости влияет на гомогенизацию по мере работы машины на жесткость пружины. Во время эксплуатации необходимо следить за состоянием пружин и не допускать соприкосновения витков друг с другом.

При замене, вышедшей из строя пружины, новую целесообразно рассчитать, исходя из размеров гомогенизирующего клапана и давления гомогенизации.

Виды гомогенизирующих головок:

В промышленности распространены многие разновидности клапан­ных гомогенизаторов. Существенные отличия конструктивных форм за­ключаются в устройстве гомогенизирующих головок, представлен­ных на ри­с.1.5.

а) б) в)

г) д) е)

Рис. 1.5. Современные гомогенизирующие головки:

а – клапан конический; б – клапан с малым углом конуса; в – клапан и седло с перфорированными колпач­ками; г – клапан с кольцевыми проточ­ками; д – клапан плоский; е – клапан из спрессованной проволоки

Основными рабочими органами гомогенизирующей головки являются седло и клапан, от конструкции которых в известной мере зависит степень дисперсности молока при гомогенизации. Разнообразие конструктивных исполнений гомогенизирующих устройств обусловлено стремлением повысить гомогенизирующий эффект за счет повышения турбулентности потока гомогенизи­руемой жидко­сти, усиления явлений кавитации, повышения скорости движения жидко­сти на входе в клапанную щель [8].

Дальнейшее внедрение и расширение области применения гомогенизации, оснащение предприятий высокопроизводительными установками для комплекс­ной обработки молока выдвигают задачи по созданию гомо­гениза­торов с вы­сокими технологическими и эксплуатационными показа­телями. Проводится боль­шая работа по созданию машин современных мо­делей для молочных про­дук­тов различных вязкостей с унифицированными узлами и деталями, а также с повы­шенными эксплуатационными показате­лями [12].