隧道式食品油炸機槽體熱變形研究

高英山， 于 洋， 姚慶宇， 李 巖， 謝文巍， 張奎彪， 柴 宇

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

0 引言

隧道式食品油炸機廣泛用于肉類、魚類、面食類和蔬菜類等食品的油炸加工。早期使用的設備規格多為中小型，隨著中央廚房計劃和預制菜的興起，規模以上食品企業對大產量、工業化、高效率及可連續投料生產的隧道式食品油炸機需求逐年增加。

隧道式食品油炸機是油炸生產線的關鍵設備，其特征是細長結構，設備工作溫度160～205 °C，油炸機槽體受熱會出現不同程度的熱變形，這種熱變形直接影響設備正常使用[1]。因此，為保證設備高效、穩定地運行，必須解決油炸機槽體受熱變形大的問題。

1 結構及工作原理

大型食品油炸機一般包括輸送系統、槽體、除渣機構、過濾循環系統、提升裝置、上罩體、加熱器和電氣控制系統等，如圖1 所示[2-5]。

圖1 隧道式食品油炸機結構Fig.1 Structure of tunnel type fryer

隧道式食品油炸機以電能（導熱油、燃氣）為熱源。通過加熱器給油槽里的煎炸油加熱，輸送系統網帶托帶食品從油槽內通過，完成食品烹飪加工[1-2,6-7]。

輸送系統采用變頻調速電機帶動網帶，網帶速度可任意調節以控制油炸時間[4]。該機一般采用上下雙層網帶傳輸，食物被夾在雙層網帶之間，能使油炸徹底且食物不會漂浮，可通過調整上下網帶之間的距離以適應不同規格產品。輸送系統普遍分為兩段：入口段為不黏帶段，為防止食品入料時粘連輸送帶，不黏帶材質主要采用聚四氟乙烯材質；出口段采用不銹鋼鋼絲網帶。

槽體為雙層板結構，內層板為厚板，外層板為薄板，中間槽體加強筋及隔熱保溫層。槽體是設備主體，設備其他主要部件都會與它有銜接。

提升裝置采用電驅動，使輸送機構、加熱器升起更加輕松自如，并且能自動定位，使油槽、輸送機構及加熱器的清洗、維護、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]。

除渣機構是安裝在油槽最底部，采用鏈條傳動附帶刮板機構并連續運轉。槽體底板上油炸過程中產生的沉淀下來的油渣，從設備入口端向出口端推送，并將其清理出油槽。除渣機構可以延緩煎炸油的酸敗，并可提高油炸產品品質，降低生產運行成本。

油循環系統是與槽體結合在一起，將煎炸油在槽體內由入口端流向出口端，進行不停的循環。目的是保證整個槽體內油溫的一致，并輔助除渣機構將油渣清理出槽體。

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。油炸機工作時，會出現不同程度的受熱變形。

油炸機應運行平穩，運動零部件應靈敏、協調、準確，無卡阻和異常聲響[8]。

隧道式食品油炸機屬于細長大型設備，考慮加工制造及運輸等因素，長度不宜過長。國內常見隧道式食品油炸機規格，網帶公稱寬度600 mm 的油炸機槽體長度不超過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 形結構油炸機槽體

傳統油炸機槽體，通常采用U 形結構，如圖2 所示。這種油炸機槽體結構簡單、節省材料、焊接量少及加工方便，造價較低。

圖2 U 形槽體截面結構Fig.2 Cross-section structure of the "U" shaped tank

由圖2 可知，在油炸機工作過程中，炸油溫度在180 °C 左右，油槽內盛裝煎炸油，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生的伸長量比槽體上部板材膨脹產生的伸長量大，導致槽體兩端上翹呈現出船的形狀。10 m 長的槽體單端最大變形量會達到20 mm。油炸機槽體熱變形，會導致油炸機罩體與槽體之間縫隙加大，大量油煙泄漏。輸送系統嵌入在油槽內部、除渣機構安裝在油槽底部，當槽體產生變形后，對于輸送系統、除渣機構的運行穩定性有一定的影響。油炸機槽體熱脹冷縮反復變形，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U 形槽體熱變形問題，如側壁增加側加強筋數量，改變側加強筋的排列方式，改變底部加強筋的排列方式和數量等方法。取得了一定的成效，長度短的油炸機槽體熱變形量明顯變小，但對長度較長的油炸機效果不明顯。

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生槽體熱變形上翹的根本原因。

2.2 緩沖槽結構油炸機槽體

2.2.1 結構及熱變形

在油炸機槽體中間位置設計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構Fig.4 Tank structure with telescopic buffer tank

油炸機在槽體受熱變形時，槽體底部膨脹在長度方向上產生線性伸長變形，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，除渣機構無法將其清理出槽體。

2.2.3 測試結果

由于緩沖槽存在的缺陷，無法在通用的油炸機上普遍制作，存在局限性。只有對特定的油炸機方可設計此種結構。

2.3 H 形結構油炸機槽體

2.3.1 結構及熱變形

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 形結構，如圖5 所示。從熱力學數學模形分析看，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壁傳導過去，如設計好下沿伸長尺寸，其溫差相差不會很大，所以其膨脹量相差小，不會產生明顯的變形現象[10]。

圖5 H 形槽體截面結構Fig.5 Cross-section structure of the "H" shaped tank

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

2.3.2 試驗結果

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

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

在H 形槽體油炸機槽體受熱變形量統計時發現，同長度槽體，油炸機寬度越寬變形量越小，溫度越高變形量越大。當油槽寬超過1 000 mm 時，扭曲變形量增加。油槽寬1 000 mm，油槽長9 000 mm 的油炸機受熱上翹變形量尺寸最小，變形縫隙<6 mm。

3 結束語

對隧道式食品油炸機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構有關。傳統U 形槽體變形量最大，達到20 mm，已影響到油炸機的安全運行。緩沖槽結構油炸機槽體熱變形量較小，但存在除渣不徹底、清洗不方便等缺陷，不利廣泛推廣。H形槽體結構油炸機槽體熱變形量最小，可以控制在6 mm 以下，可在隧道式食品油炸機上推廣應用。試驗結果表明，槽體加強筋雖可起到減小熱變形作用，但防止熱變形關鍵還是在槽體內層板拼接方式上。同時，槽體內層板拼接位置，槽體加強筋位置尺寸，氬弧焊、電弧焊和激光焊等焊接方式的選擇或搭配等方面，也要進一步研究與測試，這些也是保證槽體加工后是否產生受熱變形量大的因素。