Спосіб різання харчових продуктів високошвидкісним гідроабразивним струменем

Реферат: Спосіб різання харчових продуктів високошвидкісним гідроабразивним струменем включає формування робочого струменя води в калібрувальному каналі сопла та в розгінній трубці, що розташована співвісно каналу сопла, вихідний зріз якої розташовують на фіксованій відстані від поверхні, що обробляється. Далі в процесі різання здійснюють інжекцію абразивного матеріалу у вигляді високошвидкісного струменя води, під тиском спрямовуючи на харчовий продукт для його розрізання. У робочу рідину, яка витікає крізь сопло під тиском 50-150 МПа, як абразивний -3 матеріал додається кристалічна кухонна сіль, що обумовлює глибину різу до 15010 м. UA 74608 U (12) UA 74608 U UA 74608 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технології різання харчових продуктів струменем води, що містить абразивні матеріали, та може бути використана в різних галузях харчової промисловості. Відомі аналогічні способи різання харчових продуктів та матеріалів. Наприклад, відомий спосіб різання харчових продуктів гідроабразивним струменем води, де як гідроабразив використовуються крижинки льоду, що утворюються у струмені води, яку певним чином стискають і охолоджують [Україна, патент на корисну модель № 46161, В03В4/00, "Спосіб різання харчових продуктів охолодженим струменем води"]. Здійснюється спосіб таким чином. За допомогою спеціального пристрою чисту воду стискають до 50-150 МПа, пропускають крізь теплообмінник, у якому вода охолоджується до певної мінусової температури. Відбуваючи у такому стисненому стані і при такій температурі, завдяки своїй властивості, вода є рідиною. А коли цю воду сформувати у потік, що витікає -3 назовні із сопла діаметром 0,310 м у вигляді високошвидкісного струменя, то у цій воді формуються крижинки, які і стають тим абразивним матеріалом, що і приводить до підвищення продуктивності процесу різання. Звісно, такий абразив, за санітарними нормами, використовувати при обробці харчових продуктів не заборонено. Найбільш близьким по технічному результату до заявленого є спосіб різання гідроабразивним струменем, при якому процес здійснюється за рахунок кінетичної енергії високонапірного гідроабразивного струменя води, що витікає під тиском Р=350 МПа, крізь сопло діаметром 1,0 мм (авт. св. СРСР № 1459908, кл. В24С 1/00 від 06.07.87). Формування робочого струменя відбувається в калібрувальному каналі сопла та в розгінній трубці, що розташована співвісно каналу сопла, вихідний зріз якої розташовують на фіксованій відстані від поверхні, що обробляється. В процесі різання здійснюють інжекцію абразивного матеріалу у високошвидкісний струмінь води та подачу такого гідроабразивного струменя в зону обробки. Але використання абразивного матеріалу для різання харчових продуктів, з огляду санітарних норм обробки цих харчових продуктів, неприпустимо. Цей спосіб вибраний за прототип. Але прототип має наступні недоліки: - матеріал, що обробляється, не може бути харчовим, внаслідок використання абразиву; - для створення високого тиску струменя води потрібні більш потужні і дорожчі електричні і механічні механізми; - дуже великий діаметр вихідного отвору сопла; - при великих тиску та швидкостях струменя прискорено руйнується соплова головка, яка формує струмінь води і інших деталей, де відбувається тертя. Перелічені недоліки ускладнюють і здорожують процес ефективної переробки харчових продуктів, в якому використовується зазначений спосіб гідроабразивного різання. В основу корисної моделі поставлена задача створення такого способу гідроабразивного різання харчових продуктів, де здійснюється підвищення інтенсифікації процесу різання завдяки наявності у воді абразивних домішок, зведення до мінімуму ризиків щодо виходу обладнання з ладу, енергозатратність мінімальна, а абразивний матеріал є допустимим з огляду санітарних норм харчових виробництв. Поставлена задача вирішується тим, що використовують спосіб різання харчових продуктів високошвидкісним гідроабразивним струменем, що включає формування робочого струменя води в калібрувальному каналі сопла та в розгінній трубці, що розташована співвісно каналу сопла, вихідний зріз якої розташовують на фіксованій відстані від поверхні, що обробляється, і далі в процесі різання здійснюють інжекцію абразивного матеріалу у вигляді високошвидкісного струменя води, під тиском спрямовуючи на харчовий продукт для його розрізання, згідно з корисною моделлю, у робочу рідину, яка витікає крізь сопло під тиском 50-150 МПа, як -3 абразивний матеріал додається кристалічна кухонна сіль, що обумовлює глибину різу до 15010 м. При використанні заявленого способу досягаються значні переваги перед існуючими способами різання харчових продуктів, а саме: 1) знижуються енергозатратність гідрорізання; 2) підвищується надійність роботи обладнання; 3) здійснюється високий ступінь санітарної безпеки; 4) зменшуються вимоги до дотримання певних температурних умов процесу гідрорізання; 5) спроможність використання стандартного обладнання, що застосовується у металообробній промисловості. Приклади конкретного виконання. Приклад 1. Формують високонапірний струмінь води, застосувавши для цього, наприклад, пристрій для гідрорізання зразка [пат. № 30071 UA, МПК (2006) В 24 С 3/00, від 18.02.2008]. В ємність для абразиву засипають кам'яну сіль марки "Екстра", що має дисперсність 0,1-0,5 мм. 1 UA 74608 U 5 10 15 Ця ємність з'єднана трубопроводом з коліматором. З коліматора абразив інжектується у високошвидкісний струмінь води. Формування гідроабразивного високошвидкісного струменя відбувається в коліматорі, що розташований за сопловою головкою. Харчовий продукт, що розрізається, наприклад м'ясо, розташовують на рухомому робочому столі. В процесі різання здійснюють безперервну генерацію та подачу гідроабразивного струменя води в зону різання -3 під тиском 50 Мпа, глибина різу складає 12210 м. При дії ріжучого струменя з такими параметрами на харчові матеріали та продукти в них відбувається процес мікровідриву часток матеріалу від його основної маси, тобто відбувається різання. Розрізування досягається за рахунок використання високошвидкого гідроабразивного струменя води. Контрольний різ виконувався на цьому самому устаткуванні, але за умов використання високошвидкісного струменя води з крижинками. Приклад 2. Різання виконують аналогічно до прикладу 1, але при цьому струмінь води має . -3 тиск 100 Мпа, а глибину різу 146 10 м. Це дозволяє різати заморожені харчові продукти, наприклад м'ясо, з температурою до мінус 25 °C. Приклад 3. Різання виконують аналогічно до прикладу, 1 але при цьому струмінь води має . -3 тиск 150 Мпа, а глибину різу 150 10 м. Результати залежності глибини розрізу зразка від тиску струменя (води з крижинками, вода та абразив - сіль) наведено в таблиці. Таблиця Тиск Вид абразивного матеріалу Вода з крижинками Сіль 50 МПа 100 МПа -3 -3 2710 м -3 12210 м 7110 м -3 14610 м 150 МПа -3 12410 м -З 15010 м 20 25 30 35 40 45 Проведені порівняльні досліди способу різання харчових продуктів гідроабразивним струменем і струменем води з крижинками показали, що цей спосіб дозволяє підвищити . -3 глибину різу, наприклад, при тиску 50 МПа та діаметрі сопла 0,35 10 м, глибина абразивного (абразив - сіль) різання, при температурі зразка мінус 25 °C, відносно різання струменем води з крижинками зростає у 4,5 разу. При тиску у 100 МПа та постійних параметрах процесу різання глибина різу сіллю є майже в 2,1 разу більшою, ніж водою з крижинками. При збільшенні тиску до 150 МПа співвідношення глибин різу зразка зменшується, так при різанні сіллю відносно різання водою з крижинками глибина різу зростає всього на 1,21 разу. При використанні як абразив кухонної солі з розміром частинок, що лежать в межах діапазону 0,1-0,5 мм, швидкість різання збільшується. Одержані результати пов'язані з тим, що і сіль на великих швидкостях і на малих термінах знаходження у розчиннику (воді) діє на харчовий продукт як звичайний абразив діє на метал. Знаходячись у розчиннику (воді) сіль за такий малий час не встигає настільки розчинитися, щоб суттєво знизилася концентрація абразивних частинок і їх розмір. А оскільки твердість цих кристаликів більша, ніж твердість криги, цей абразив більш ефективніший, ніж крижинки, що утворюються у переохолодженому струмені води. Виміряні затрати рідкого азоту були в межах 40-60 г/с, а солі як абразиву 6-8 г/с. Тобто затрати абразиву є меншими майже на порядок, а за умов вартості рідкого азоту собівартість матеріальних затрат на гідрорізання при застосуванні солі є на два порядки меншою, ніж у прототипі. Таким чином, при реалізації заявленого способу, внаслідок використання високошвидкісного абразивного струменя води, з'являються значні переваги перед вже існуючими способами та забезпечуються якісніші параметри процесу різання, що позитивно відбивається на швидкості різання та продуктивності. Запропонований спосіб різання харчових продуктів гідроабразивним струменем підвищує їх якість та ефективність процесу при зменшенні втрат продукту під час різання та безпеку праці оператора. 2 UA 74608 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб різання харчових продуктів високошвидкісним гідроабразивним струменем, що включає формування робочого струменя води в калібрувальному каналі сопла та в розгінній трубці, що розташована співвісно каналу сопла, вихідний зріз якої розташовують на фіксованій відстані від поверхні, що обробляється, і далі в процесі різання здійснюють інжекцію абразивного матеріалу у вигляді високошвидкісного струменя води, під тиском спрямовуючи на харчовий продукт для його розрізання, який відрізняється тим, що у робочу рідину, яка витікає крізь сопло під тиском 50-150 МПа, як абразивний матеріал додається кристалічна кухонна сіль, що обумовлює -3 глибину різу до 15010 м. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3