Фризеры
Классификация фризеров
Фризер является основной машиной в производстве мороженого.
По принципу действия различают два основных вида фризеров: периодического действия (ФПД) и непрерывного действия (ФНД).
В аппаратах ФПД все операции - наполнение фризера смесью, фризерование и выпуск мороженого - осуществляются последовательно одна за другой; во фризерах ФНД - непрерывно и одновременно.
В зависимости от системы охлаждения фризеры бывают с рассольным или непосредственным охлаждением. Во фризерах с рассольным охлаждением используется циркулирующий в рубашке фризера рассол (обычно хлористый кальций), охлаждаемый в испарителе холодильной машины.
Принцип действия фризеров с непосредственным охлаждением основан на кипении холодильного агента (чаще всего аммиака, в некоторых конструкциях - фреона или хлорметила). Обе системы охлаждения могут быть применены в ФПД и ФНД. Рассольное охлаждение используют во фризерах периодического действия.
Фризеры с непосредственным охлаждением, в свою очередь, делятся на два вида - с затопленной системой и с принудительной циркуляцией холодильного агента, причем циркуляция осуществляется с помощью инжектора или насоса.
Технологические и холодильные схемы работы фризеров
Технологические схемы.
Во фризерах периодического действия через воронку в цилиндр заливается самотеком определенная порция смеси (40-50% его полной емкости).
В цилиндре смесь перемешивается мешалкой и взбивается. Циркулирующий в рубашке рассол или испаряющийся холодильный агент охлаждает смесь, которая, достигает криоскопической температуры, а затем при дальнейшем отводе тепла намерзает тонким слоем на стенке цилиндра.
При вращении мешалки шарнирно подвешенные на ней ножи прижимаются центробежной силой к стенке цилиндра и срезают с нее замерзший слой. Обнажающаяся при этом теплопередающая поверхность покрывается новым слоем смеси, который также примерзает к стенка и срезается ножами. Для ускорения разгрузки цилиндра в мешалке ФПД устроены винтовые ребра, направляющие мороженое к выходу. Напора, создаваемого этими ребрами, достаточно только на преодоление сопротивлений внутри цилиндра и в разгрузочной задвижке. Поэтому разгрузка фризера периодического действия, так же как и загрузка, происходит самотеком.
Во фризерах непрерывного действия смесь и воздух подаются в цилиндр при помощи насосов. Процесс замораживания в ФНД осуществляется принципиально так же, как и в ФПД. И здесь смесь намерзает на стенке цилиндра и срезается с нее ножами. Однако, в отличие от ФПД, в ФНД мешалка занимает большую часть емкости цилиндра и полезная его емкость, т. е. одновременная емкость рабочей камеры, образуемой кольцевым зазором между мешалкой и стенкой цилиндра, сравнительно мала (2-4 л), что способствует интенсивности замораживания. Под давлением насосов, непрерывно подающих смесь и воздух, полученное в цилиндре мороженое также непрерывно вытесняется из него.
Если замораживание в ФПД и ФНД происходит по одному и тому же принципу, то механизм второго элемента фризерования - взбивания - в ФНД существенно отличается от ФПД.
В общем процессе увеличения объема системы смесь - мороженое при фризеровании в ФНД можно рассматривать три стадии - введение воздуха в смесь, его вработка, т. е. перемешивание и равномерное распределение воздушных пузырьков в массе смеси и, наконец, расширение воздушных пузырьков при выходе мороженого из цилиндра. Сущность последней стадии сводится к следующему. Смесь в цилиндре ФНД находится под давлением, которое создается принудительной подачей смеси и воздуха в цилиндр, возрастанием вязкости мороженого по мере его замерзания, а также сопротивлением в путях прохождения смеси и мороженого; вследствие этого воздушные пузырьки в мороженом во время пребывания его в цилиндре находятся в сжатом состоянии и по выходе мороженого из цилиндра расширяются, что увеличивает объем мороженого, а следовательно, и его взбитость.
По принципу осуществления первой стадии взбивания ФНД делятся на два типа: с подсосом воздуха и с нагнетанием.
Технологическая схема фризера с подсосом воздуха. Смесь из приемного бачка поступает к насосу первой ступени, который по соединительной линии подает ее в насос второй ступени. Насосы работают с разным числом оборотов: насос второй ступени вращается в три с лишним раза быстрее, чем насос первой ступени. Насос второй ступени, таким образом, обладает большей производительностью. Всасывающая линия насоса в то же время является нагнетательной линией насоса, и питание насос получает только из линии; вследствие этого между насосами создается разрежение, и насос второй ступени через устроенный в линии воздушный клапан подсасывает воздух и перемешивает его co смесью.
Количество всасываемого воздуха регулируется при помощи клапана. В некоторых моделях фризеров непрерывного действия разница в производительности насосов первой и второй ступени достигается не за счет разных чисел оборотов, а в результате конструктивных различий.
Насыщенная воздухом смесь подается насосом под давлением в цилиндр фризера и попадает в рабочую камеру между стенкой цилиндра и мешалкой. Здесь наряду с охлаждением и замерзанием смеси происходит также окончательная вработка воздуха.
Под давлением насоса второй ступени, непрерывно подающего в цилиндр смесь, мороженое вытесняется из цилиндра и выходит через патрубок. Таким образом, во фризерах с подсосом воздуха насос первой ступени подает смесь, а насос второй ступени засасывает также воздух, производит первичное перемешивание его со смесью, подает смесь с воздухом в цилиндр, поддерживает в цилиндре необходимое давление и вытесняет мороженое из фризера.
Технологическая схема ФНД с нагнетанием воздуха. По этой схеме смесь поступает из резервуара или приемного бачка при помощи насоса непосредственно в цилиндр. Сюда же через фильтр воздушным компрессором по особой линии нагнетается воздух. Первичное перемешивание воздуха со смесью и его вработка осуществляются в самом цилиндре.
Для выдачи мороженого из цилиндра предусмотрен насос. Во фризерах этого типа мороженое в цилиндре также находится под давлением и по выходе из фризера расширяется. Взбитость регулируется изменением давления воздуха при помощи воздушного вентиля.
Попадание смеси в воздушную линию предотвращается посредством обратного клапана. Таким образом, характерной особенностью такого фризера является раздельная подача воздуха и смеси в цилиндр, а также отсасывание мороженого насосом, расположенным на выходе из цилиндра.
Холодильные схемы фризеров.
Схема фризера с рассольным охлаждением. Рассол подается насосом из испарителя холодильной установки в рубашку фризера и омывает наружную поверхность цилиндра. Рассол, отепленный в результате поглощения тепла от смеси, возвращается в испаритель для повторного охлаждения, а затем снова в рубашку. На входе и выходе из рубашки ставятся запорные задвижки.
Схема фризера непосредственного охлаждения с затопленной системой. Жидкий холодильный агент при давлении конденсации поступает через запорный вентиль и поплавковый регулирующий вентиль в аккумулятор.
ПРВ выполняет двойную функцию: снижает давление холодильного агента до давлений испарения и поддерживает постоянный уровень в аккумуляторе (примерно наполовину его высоты). Жидкость низкого давления из аккумулятора сливается самотеком в рубашку, проходя через маслоотделитель. Этим достигается освобождение холодильного агента от масла и предотвращается осаждение масла на теплопередающей поверхности. Кроме того, поскольку маслоотделитель расположен ниже рубашки, свежая жидкость поступает под уровень, чем обеспечивается спокойное заполнение рубашки без разбрызгивания.
В рубашке холодильный агент испаряется и образующиеся влажные пары попадают в верхнюю часть аккумулятора, выполняющую функцию отделителя жидкости. Под воздействием отбойников капельки жидкости оседают в аккумуляторе и вновь включаются в рабочий цикл, а осушенные пары уходят во всасывающую линию, пройдя на своем пути через фильтр и ряд вентилей. Таким образом, во фризерах с затопленной системой рубашка всегда находится под заливом и питание ее осуществляется самотеком из расположенного выше аккумулятора.
Схема фризера непосредственного охлаждения с циркуляционной системой. Во фризерах этого типа аккумулятор расположен ниже рубашки. Подача холодильного агента осуществляется принудительным путем, в большинстве случаев при помощи инжектора. В жидкостной линии перед ПРВ, посредством которого осуществляется дросселирование холодильного агента и заполнение аккумулятора, устраивается ответвление.
Часть жидкости высокого давления подводится по этому ответвлению к редукционному вентилю, дросселируется до давления (избыточного) 2-2,5 ат (т. е. выше давления в аккумуляторе), а затем поступает в инжектор, расположенный в нижней части аккумулятора.
При выходе из сопла инжектора жидкость попадает в аккумулятор и ее давление снижается до давления испарения. Устремляясь с большой скоростью вверх по трубе, инжекторная жидкость увлекает за собой жидкость из аккумулятора и подает ее в рубашку фризера, состоящую из двух концентрических полостей. Попав во внутреннюю полость, жидкий холодильный агент омывает стенку цилиндра и испаряется за счет тепла смеси. Пары холодильного агента и избыток жидкости стекают через переливные окна во внешнюю полость рубашки, а затем по сливной трубе - в аккумулятор. Жидкость оседает в аккумуляторе, а пары по трубопроводу попадают во всасывающую линию. Принудительная циркуляция холодильного агента повышает интенсивность теплопередачи, однако при инжекторной подаче часть холодильного агента, поступающая на инжектор, оказывается вне контроля ПРВ, и при неправильном регулировании появляется некоторая опасность переполнения аккумулятора и попадания жидкости в газовую линию.
Указанный недостаток устраняется во фризерах, в которых инжектор заменен циркуляционным насосом; в то же время преимущества циркуляционной системы в таких фризерах сохраняются. Применение насоса значительно повышает интенсивность процесса и производительность фризера.
Дозаторы
Автоматический дозатор-наполнитель предназначен для наполнения мороженым вафельных стаканчиков.
Линия состоит из следующих основных узлов: пульсирующего цепного конвейера, расположенных над ним исполнительных механизмов (магазина для подачи стаканчиков, наполнителя и укупорочного механизма), электродвигателя и системы передаточных механизмов.
Исполнительные механизмы действуют в периоды остановки конвейера и выполняют основные операции - подачу стаканчиков, заполнение их мороженым и закрывание крышкой. Синхронизация работы исполнительных механизмов обеспечивается приводом от одного общего электродвигателя.
Стаканчики загружают в магазин, который состоит из восьми цилиндров, вмещающих по десяти стаканчиков и посаженных на вертикальный вал. В неподвижной плите, образующей дно магазина, имеется отверстие, под которым расположен подающий механизм.
Стопка стаканчиков из цилиндра, приходящегося над этим отверстием, попадает в гильзу подающего механизма и удерживается лапками. Когда конвейер останавливается, гильза опускается, лапки расходятся и стопка оказывается на конвейере в гнезде, образуемом неподвижными направляющими и держателями, укрепленными на цепи конвейера. Гильза вновь поднимается, и лапки смыкаются под бортиком второго снизу стаканчика. Вместе с гильзой поднимается и стопка стаканчиков. Одновременно движок-отсекатель, имеющий вырез по форме стаканчика, входит между лапками, удерживающими второй стаканчик, и бортиком нижнего стаканчика. При подъеме стопки нижний стаканчик задерживается, отделяется от стопки и остается на конвейере.
По окончании подачи стаканчика конвейер приходит в движение, делает один «шаг» и под подающим механизмом оказывается свободное гнездо, в которое подается следующий стаканчик.
На каждом десятом держателе укреплены рычажки, которые подходят к подающему механизму, приводят в действие поворотное устройство и поворачивают магазин на 45°. Таким образом осуществляется поочередная установка цилиндров магазина в рабочее положение над подающим механизмом после израсходования стопки в десять стаканчиков. Зарядка порожних цилиндров стаканчиками выполняется вручную.
По мере движения конвейера порожний стаканчик постепенно продвигается к дозирующему механизму и останавливается под насадкой.
Мороженое поступает из фризера в бункер, под которым расположена камера с трехходовым краном-золотником. Камера сообщается с бункером, плунжерным насосом и выпускной насадкой. При всасывающем ходе насоса кран соединяет цилиндр насоса с бункером и цилиндр заполняется определенной порцией мороженого. Затем кран поворачивается, перекрывает соединение цилиндра с бункером и открывает канал, связывающий цилиндр с выходной насадкой. Одновременно плунжер совершает нагнетательный ход. Мороженое вытесняется из цилиндра и попадает в стаканчик.
Внутри бункера предусмотрена мешалка, которая может быть включена по мере надобности при помощи муфты сцепления. При работе от фризера периодического действия целесообразно применять непрерывную работу мешалки для обеспечения однородной взбитости мороженого.
Заполненные стаканчики подаются конвейером под укупорочный механизм. Бумажные крышки укладывают стопкой в магазин, в котором они удерживаются шпильками, выступающими внутрь магазина на 2-3 мм. Стаканчики накрываются при помощи вакуумно-пневматического устройства.
Под станиной автомата установлен воздушный насос. Посредством воздуховода насос соединяется с полым валом, на котором поворачивается присос. Магазин в это время опускается, и нижняя из крышек соприкасается с присосом.
В воздуховоде образуется вакуум и когда магазин поднимается, нижняя крышка остается на присосе. Затем присос поворачивается на 180°, причем крышка оказывается над стаканчиком и опускается на мороженое. Под давлением, образующимся в трубопроводе при обратном ходе поршня, крышка отделяется от присоса и остается на стаканчике, закрывая находящееся в нем мороженое. Закрытые стаканчики подаются далее на укладку и закалку.
Для регулирования объема порции передвигают палец шатуна в параллелях, устроенных на шестерне привода насоса. Таким образом изменяется эксцентриситет кривошипа, а следовательно, и ход поршня.
Вибродозатор предназначен для заполнения порционных форм при выработке брикетного мороженого на сундучных генераторах. Машина состоит из дозатора и вибрационного устройства, при помощи которого обеспечивается полное, без пустот, заполнение ячеек формы.
На сварном каркасе из углового железа укреплен дозирующий цилиндр с бункером из нержавеющей стали. В цилиндре движется поршень, в верхней части которого устроен всасывающий клапан. При движении поршня вверх этот клапан открывается и мороженое засасывается из бункера в цилиндр. Во время обратного хода поршня всасывающий клапан закрывается и мороженое вытесняется из цилиндра через имеющийся в нижней части цилиндра нагнетательный клапан. За один ход поршня выдается 3 кг мороженого, в соответствии с емкостью брикетной формы.
Дозатор приводится в действие электродвигателем через червячный редуктор. С вяла редуктора вращение через цепную передачу сообщается эксцентрику. Посредством эксцентрика и вилки движение передается на поршень.
Брикетную форму, подлежащую заполнению, помещают под дозатор на стол вибратора. Стол крепится к каркасу на четырех пружинных амортизаторах. Под столом смонтирован электродвигатель, ротор которого разбалансирован установкой эксцентриков на обоих концах его вала. Биение ротора вызывает колебания стола и встряхивает стоящую на столе форму. В результате получается хорошее заполнение всех ячеек. Для предотвращения соскальзывания формы на столе предусмотрено ограждение. Каркас вибродозатора устанавливают на резиновом амортизаторе толщиной 20-30 мм. Включение и выключение дозатора осуществляется тягой.
Полуавтоматический дозатор, предназначенный для расфасовки сметаны и топленого масла, применяется также для выработки мороженого в стаканчиках. Он состоит из дозатора-наполнителя, карусельного стола с гнездами для стаканчиков загрузочного и разгрузочного устройств и двигателя с приводными и передаточными механизмами.
Сундучные генераторы
Сундучный генератор - универсальный аппарат для быстрого закаливания различных видов мелкофасованного мороженого.
Генератор представляет собой изолированный бак, заполненный рассолом, в котором плавают формы с мороженым. Процесс закаливания в генераторе осуществляется следующим образом. Мороженое из фризера заливают в порционные формы. При производстве эскимо в мороженое, залитое в формы, вставляют палочки. В брикетоформы и формы для конусов под вафельные стаканчики вставляют игольчатые держатели. Затем формы с мороженым помещают в генератор, и проталкиваемые следующими формами, они продвигаются от одного конца генератора к другому. Под воздействием низкой температуры рассола мороженое закаливается. Формы с закаленным мороженым извлекают из холодного рассола и опускают в теплый рассол или теплую воду в оттаивательной ванне. Прилегающий к стенкам формы слой мороженого при этом оттаивает, что дает возможность извлечь мороженое из формы. Брикеты и конусы под вафельные стаканчики снимают с игольчатых держателей (на ряде предприятий используются различные съемники, изготовляемые на месте). Затем их передают в дальнейшую обработку (накладка вафель или укладка в вафельные стаканчики, завертка). Эскимо извлекают за палочку, глазируют и завертывают. На некоторых предприятиях для эскимо также применяют различные держатели. Это позволяет производить групповую глазировку эскимо. Для освобождения мороженого от держателей в этих случаях используют съемники. Освобожденные формы поступают на повторное заполнение.
Сундучные генераторы обычно изготовляют на фабриках и в цехах мороженого. Различные конструктивные варианты отличаются деталями - размерами, типом мешалки, конструкцией аммиачной батареи и т. п.
По способу охлаждения и циркуляции рассола сундучные генераторы делят на два типа: с автономным охлаждением рассола и без приборов охлаждения. Генераторы с автономным охлаждением оборудуют аммиачной батареей. Циркуляция рассола внутри бака генератора осуществляется при помощи мешалки или насоса, установленного у генератора.
В генераторах без приборов охлаждения рассол охлаждается в отдельном испарителе и прогоняется насосом через систему испаритель - генератор - испаритель.
Генератор с автономным охлаждением рассола. В нижней части бака расположена аммиачная батарея. Крыльчатая мешалка с горизонтальным валом проходит по всей ширине бака и при вращении создает интенсивный сплошной поток рассола против движения форм. Ложное дно - перегородка - делит пространство внутри бака на два горизонтальных отсека. Рассол, проходя по верхнему отсеку, омывает формы с мороженым и отепляется; затем попадает под перегородку, перемещается вдоль труб аммиачной батареи и, охладившись, возвращается в верхний отсек. Движение форм осуществляется вручную по направляющим, которые имеют подъем к оттаивательной ванне, устроенной впритык к торцевой стенке бака. Таким образом, форма, дойдя до конца бака, выходит из рассола. Обогрев рассола в оттаивательной ванне осуществляется при помощи парового змеевика, расположенного в водяной рубашке. Для установки форм в оттаивательной ванне предусмотрена решетка.
Возврат освободившихся форм производится по поверхности стола, на котором формы размещаются и во время их заполнения. В некоторых случаях вместо стола устраивается возвратный желоб, сообщающийся с баком и заполненный холодным рассолом. Такое устройство позволяет производить предварительное охлаждение форм перед заполнением.
Для снижения поглощения тепла зеркалом рассола бак сверху закрыт съемной изолированной крышкой. Торцевые секции крышки у рабочих участков загрузки и разгрузки генератора устроены откидными. Привод мешалки осуществляется от электродвигателя через редуктор.
Сливная труба с задвижкой предусмотрена для освобождения бака от рассола (при ремонте, чистке бака и т. п.). Рассол, скапливающийся на поверхности стола, сливают через патрубок с вентилем. В баке предусмотрена переливная труба, через которую выливается избыток рассола и тем самым предотвращается попадание рассола в формы.
Генератор без приборов охлаждения рассола. В отличие от генератора первого типа этот генератор не имеет аммиачной батареи, мешалки с приводом и перегородки; глубина бака меньше. Рассол, охлажденный в отдельном испарителе, поступает в бак через патрубок и камеру, проходит через весь бак навстречу движению форм и выходит через сливную камеру и трубу. Для поддержания постоянного уровня рассола в баке предусмотрена переливная гребенка и переливная труба.