高英山， 于 洋， 姚慶宇， 李 巖， 謝文巍， 張奎彪， 柴 宇

（1.吉林省艾斯克機(jī)電有限責(zé)任公司，吉林 四平 136000； 2.吉林省家禽加工裝備科技創(chuàng)新中心，吉林 四平 136000；3.吉林省嘉勤自動化工程技術(shù)有限公司，吉林 四平 136000）

0 引言

隧道式食品油炸機(jī)廣泛用于肉類、魚類、面食類和蔬菜類等食品的油炸加工。早期使用的設(shè)備規(guī)格多為中小型，隨著中央廚房計(jì)劃和預(yù)制菜的興起，規(guī)模以上食品企業(yè)對大產(chǎn)量、工業(yè)化、高效率及可連續(xù)投料生產(chǎn)的隧道式食品油炸機(jī)需求逐年增加。

隧道式食品油炸機(jī)是油炸生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備，其特征是細(xì)長結(jié)構(gòu)，設(shè)備工作溫度160～205 °C，油炸機(jī)槽體受熱會出現(xiàn)不同程度的熱變形，這種熱變形直接影響設(shè)備正常使用[1]。因此，為保證設(shè)備高效、穩(wěn)定地運(yùn)行，必須解決油炸機(jī)槽體受熱變形大的問題。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

大型食品油炸機(jī)一般包括輸送系統(tǒng)、槽體、除渣機(jī)構(gòu)、過濾循環(huán)系統(tǒng)、提升裝置、上罩體、加熱器和電氣控制系統(tǒng)等，如圖1 所示[2-5]。

圖1 隧道式食品油炸機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of tunnel type fryer

隧道式食品油炸機(jī)以電能（導(dǎo)熱油、燃?xì)猓闊嵩?。通過加熱器給油槽里的煎炸油加熱，輸送系統(tǒng)網(wǎng)帶托帶食品從油槽內(nèi)通過，完成食品烹飪加工[1-2,6-7]。

輸送系統(tǒng)采用變頻調(diào)速電機(jī)帶動網(wǎng)帶，網(wǎng)帶速度可任意調(diào)節(jié)以控制油炸時間[4]。該機(jī)一般采用上下雙層網(wǎng)帶傳輸，食物被夾在雙層網(wǎng)帶之間，能使油炸徹底且食物不會漂浮，可通過調(diào)整上下網(wǎng)帶之間的距離以適應(yīng)不同規(guī)格產(chǎn)品。輸送系統(tǒng)普遍分為兩段：入口段為不黏帶段，為防止食品入料時粘連輸送帶，不黏帶材質(zhì)主要采用聚四氟乙烯材質(zhì)；出口段采用不銹鋼鋼絲網(wǎng)帶。

槽體為雙層板結(jié)構(gòu)，內(nèi)層板為厚板，外層板為薄板，中間槽體加強(qiáng)筋及隔熱保溫層。槽體是設(shè)備主體，設(shè)備其他主要部件都會與它有銜接。

提升裝置采用電驅(qū)動，使輸送機(jī)構(gòu)、加熱器升起更加輕松自如，并且能自動定位，使油槽、輸送機(jī)構(gòu)及加熱器的清洗、維護(hù)、維修變得更加方便。提升裝置一般采用鋼絲繩索式、鏈條式、絲杠式和電動葫蘆等方式[4]。

除渣機(jī)構(gòu)是安裝在油槽最底部，采用鏈條傳動附帶刮板機(jī)構(gòu)并連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。槽體底板上油炸過程中產(chǎn)生的沉淀下來的油渣，從設(shè)備入口端向出口端推送，并將其清理出油槽。除渣機(jī)構(gòu)可以延緩煎炸油的酸敗，并可提高油炸產(chǎn)品品質(zhì)，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本。

油循環(huán)系統(tǒng)是與槽體結(jié)合在一起，將煎炸油在槽體內(nèi)由入口端流向出口端，進(jìn)行不停的循環(huán)。目的是保證整個槽體內(nèi)油溫的一致，并輔助除渣機(jī)構(gòu)將油渣清理出槽體。

上罩體是安放在槽體上沿上，上罩體下沿與槽體上沿理論上是無縫接觸。油炸機(jī)工作時，會出現(xiàn)不同程度的受熱變形。

油炸機(jī)應(yīng)運(yùn)行平穩(wěn)，運(yùn)動零部件應(yīng)靈敏、協(xié)調(diào)、準(zhǔn)確，無卡阻和異常聲響[8]。

隧道式食品油炸機(jī)屬于細(xì)長大型設(shè)備，考慮加工制造及運(yùn)輸?shù)纫蛩兀L度不宜過長。國內(nèi)常見隧道式食品油炸機(jī)規(guī)格，網(wǎng)帶公稱寬度600 mm 的油炸機(jī)槽體長度不超過9 m，800 mm 的不超過11 m，1 000 mm 的不超過12 m。

油炸機(jī)槽體深度，主要由油炸食品高度所決定，一般250～420 mm。

煎炸油溫度是由油炸食品工藝決定，雞肉類食品油炸一般175～185 °C。

2 槽體熱變形研究

2.1 U 形結(jié)構(gòu)油炸機(jī)槽體

傳統(tǒng)油炸機(jī)槽體，通常采用U 形結(jié)構(gòu)，如圖2 所示。這種油炸機(jī)槽體結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省材料、焊接量少及加工方便，造價較低。

圖2 U 形槽體截面結(jié)構(gòu)Fig.2 Cross-section structure of the "U" shaped tank

由圖2 可知，在油炸機(jī)工作過程中，炸油溫度在180 °C 左右，油槽內(nèi)盛裝煎炸油，煎炸油不斷被加熱。槽體板隨著煎炸油溫度的變化而變化，油槽底部與煎炸油接觸，使槽體底板溫度與煎炸油相同或接近。而槽體上沿是與空氣接觸，即使通過煎炸油熱量傳導(dǎo)至上沿，但溫度也會低于底部，故油槽體底部溫度高于油槽上部溫度，在長度方向上，槽體下部板材膨脹產(chǎn)生的伸長量比槽體上部板材膨脹產(chǎn)生的伸長量大，導(dǎo)致槽體兩端上翹呈現(xiàn)出船的形狀。10 m 長的槽體單端最大變形量會達(dá)到20 mm。油炸機(jī)槽體熱變形，會導(dǎo)致油炸機(jī)罩體與槽體之間縫隙加大，大量油煙泄漏。輸送系統(tǒng)嵌入在油槽內(nèi)部、除渣機(jī)構(gòu)安裝在油槽底部，當(dāng)槽體產(chǎn)生變形后，對于輸送系統(tǒng)、除渣機(jī)構(gòu)的運(yùn)行穩(wěn)定性有一定的影響。油炸機(jī)槽體熱脹冷縮反復(fù)變形，也會造成槽體板焊口開裂，槽體與槽沿焊口開裂。

由圖3 可知，油炸機(jī)槽體熱變形量隨著槽體長度增加而增加。研究人員采用許多方法改善油炸機(jī)U 形槽體熱變形問題，如側(cè)壁增加側(cè)加強(qiáng)筋數(shù)量，改變側(cè)加強(qiáng)筋的排列方式，改變底部加強(qiáng)筋的排列方式和數(shù)量等方法。取得了一定的成效，長度短的油炸機(jī)槽體熱變形量明顯變小，但對長度較長的油炸機(jī)效果不明顯。

圖3 U 形槽體熱變形曲線Fig.3 U shaped tank thermal deformation curve

槽體底板溫度高于槽體上沿是產(chǎn)生槽體熱變形上翹的根本原因。

2.2 緩沖槽結(jié)構(gòu)油炸機(jī)槽體

2.2.1 結(jié)構(gòu)及熱變形

在油炸機(jī)槽體中間位置設(shè)計(jì)一個伸縮式凸凹形緩沖槽，如圖4 所示?？筛纳撇垠w受熱膨脹變形時兩端上翹的問題，有效地緩解由于槽體膨脹變形造成的槽體開裂問題[9]。

圖4 帶有伸縮式緩沖槽槽體結(jié)構(gòu)Fig.4 Tank structure with telescopic buffer tank

油炸機(jī)在槽體受熱變形時，槽體底部膨脹在長度方向上產(chǎn)生線性伸長變形，使底部伸縮式緩沖槽槽口處收縮。由于受熱時槽體底部比槽體上部膨脹量大，在長度方向上槽體底部線性伸長量比槽體上部線性伸長量大，底部伸縮式緩沖槽槽口處收縮變形，消除了槽體兩端的上翹趨勢。

2.2.2 缺陷

對除渣有影響，沉積在緩沖槽底部的油渣，除渣機(jī)構(gòu)無法將其清理出槽體。

2.2.3 測試結(jié)果

由于緩沖槽存在的缺陷，無法在通用的油炸機(jī)上普遍制作，存在局限性。只有對特定的油炸機(jī)方可設(shè)計(jì)此種結(jié)構(gòu)。

2.3 H 形結(jié)構(gòu)油炸機(jī)槽體

2.3.1 結(jié)構(gòu)及熱變形

通過槽體熱變形上翹分析，槽體底板溫度高于槽體上沿是產(chǎn)生熱變形上翹的根本原因。如改變槽體板拼接方式，采用H 形結(jié)構(gòu)，如圖5 所示。從熱力學(xué)數(shù)學(xué)模形分析看，可以減輕熱變形上翹。槽體上沿及下沿溫度低，雖然會有溫差，但其熱量都是通過側(cè)壁傳導(dǎo)過去，如設(shè)計(jì)好下沿伸長尺寸，其溫差相差不會很大，所以其膨脹量相差小，不會產(chǎn)生明顯的變形現(xiàn)象[10]。

圖5 H 形槽體截面結(jié)構(gòu)Fig.5 Cross-section structure of the "H" shaped tank

防止設(shè)備工作時，油溫升高，油槽兩側(cè)板中部膨脹，向兩側(cè)變形。將側(cè)壁加強(qiáng)筋與底部加強(qiáng)筋焊接時，保證中心位于同一直線，限制側(cè)板向外膨脹，進(jìn)而限制了槽體的整體外張趨勢。

2.3.2 試驗(yàn)結(jié)果

在油溫180 °C 下對H 形槽體各系列油炸機(jī)槽體進(jìn)行試驗(yàn)，記錄受熱變形量。由圖6 可知，同寬度槽體，油炸機(jī)長度越長，槽體變形量越大；同長度槽體，油炸機(jī)越寬變形量越小。

圖6 H 形槽體各系列油炸機(jī)槽體受熱變形量曲線Fig.6 "H" shape tank each series fryer tank heating deformation curve

在H 形槽體油炸機(jī)槽體受熱變形量統(tǒng)計(jì)時發(fā)現(xiàn)，同長度槽體，油炸機(jī)寬度越寬變形量越小，溫度越高變形量越大。當(dāng)油槽寬超過1 000 mm 時，扭曲變形量增加。油槽寬1 000 mm，油槽長9 000 mm 的油炸機(jī)受熱上翹變形量尺寸最小，變形縫隙<6 mm。

3 結(jié)束語

對隧道式食品油炸機(jī)槽體熱變形研究表明，槽體沿長度方向的熱變形量與槽體結(jié)構(gòu)有關(guān)。傳統(tǒng)U 形槽體變形量最大，達(dá)到20 mm，已影響到油炸機(jī)的安全運(yùn)行。緩沖槽結(jié)構(gòu)油炸機(jī)槽體熱變形量較小，但存在除渣不徹底、清洗不方便等缺陷，不利廣泛推廣。H形槽體結(jié)構(gòu)油炸機(jī)槽體熱變形量最小，可以控制在6 mm 以下，可在隧道式食品油炸機(jī)上推廣應(yīng)用。試驗(yàn)結(jié)果表明，槽體加強(qiáng)筋雖可起到減小熱變形作用，但防止熱變形關(guān)鍵還是在槽體內(nèi)層板拼接方式上。同時，槽體內(nèi)層板拼接位置，槽體加強(qiáng)筋位置尺寸，氬弧焊、電弧焊和激光焊等焊接方式的選擇或搭配等方面，也要進(jìn)一步研究與測試，這些也是保證槽體加工后是否產(chǎn)生受熱變形量大的因素。