125907 (690752), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

50.24·10^-6 м²

d_k= 0.0084 м

h_k=0.43·0.0084·

При гомогенизации часть механической энергии превращается в теплоту, вследствие чего происходит повышении температуры гомогенизации продукта Δ t:

(6)

Где Р- давление гомогенизации, Па

С=3850Дж/(кг·К)- удельная теплоемкость молока;

р-1011кг/м³ -плотность молока, кг/м³

Средний диаметр жировых шариков, м в диапазоне изменения давления от 2 до 20МПа определяется по формуле Барановского:

(7)

Где Р- давление гомогенизации, МПа

=0.85·10^-9 м

Расчет предохранительных клапанов можно свести к определению проходного сечения седла клапана с учетом вязкости обрабатываемой жидкости. Для маловязких жидкостей (молоко, соки) диаметр проходного сечения седла определяется по формуле:

Где р_в –давление всасывания, МПа

δ_в – отношение массы перекачиваемой жидкости к массе воды

Высокое давление гомогенизации является причиной того , что клапанные гомогенизаторы поглощают много электроэнергии и отличаются большой металлоемкостью. Чтобы уменьшить расход энергии и облегчить конструкцию, за рубежом созданы гомогенизаторы «низкого давления». Режим их работы позволяет получить эффект гомогенизации, достаточный при выработке цельного гомогенизированного молока. Пружина гомогенизирующей головки должна быть достаточно жесткой, чтобы обеспечить необходимое давление гомогенизации, зависящее от усилия Р, с которым пружина действует на клапан. Связь между этим усилием, параметрами пружины и возникающим в пружине наибольшим касательным напряжением τ_мак выражается формулой:

; (9)

Где Р- усилие, действующее на пружину,Н

D-средний диаметр витков пружины, м

d-диаметр проволоки, м;

К- поправочный коэффицент.

Поправочный коэффициент зависит от индекса пружины:

(10)

Приближенно К = ; (11)

Пружина должна удовлетворять условию τ_мак <[τ]. Допускаемые напряжения на кручение [τ] , которые зависят от механических свойств материала, колеблется в широких приделах (300-600Н/м²).

При расчете задаемся индексом пружины С_п =4..5. Это дает возможность на основании формулы (9) определить диаметр проволоки:

По формуле (10) рассчитывают средний диаметр витков пружины.

Количество витков пружины гомогенизатора n=4..6

Усилие затяжки Р определяется по формуле: Р=f·ΔP

Где f –площадь сечения канала перед клапаном,м²

ΔP- рабочее давление гомогенизатора, Н/м²

f = =

Р=20·10⁶·2·10^{- 4} =40·10² Па·м²

К=

d₁ =

D=C_м·d₁=4·0.0138=0.0552 м

τ_мак = =299,68 Н/м²

4. Определение конструктивных параметров насосного блока и расчет мощности на привод

Из производительности плунжерного гомогенизатора П, м³/с

П=(π·d²·/4)·s·n·z·φ;

Где d-диаметр плунжера, м

S- ход плунжера, м

n- частота вращения, с^-1

z=3- число плунжеров,

φ- 0,85 –КПД насоса.

Найдем диаметр плунжера

d=

Мощность, необходимая на привод, определяется по формуле для расчета мощности насосов:

N= (15)

V-объемная производительность гомогенизатора, м³/с

Ρ-1011 – плотность продукта, кг/м³

С=3850 –массовая теплоемкость продукта, Дж/(кг·К)

N= =13.7кВт.

Т₁=

Отсюда

d₁=40·

Найдем диаметр ведомого шкива:

d₂=u· d₁(1-ξ) (20)

ξ-коэффициент упругого скольжения (0,01..0,02)

d₂=2,8·232,26(1-0,02)=637,32мм

Значение диаметра шкивов выбираем из стандартного ряда:

d₁=250мм, d₂=710мм

Межосевое расстояние а предварительно вычисляем по формуле:

а=0,55(d₁₊ d₂)+h; (21)

h-высота ремня, мм

а=0,55(250+710)+13,5=541,5мм

Длина ремня

L=2·541.5+3.14(250+710)/2+(710-250)²/4·541.5=2687.89мм

Длину клиновых ремней уточняют по стандартному ряду: L=2800

Затем пересчитывают межосевое расстояние по формуле:

а=602,5

Угол обхвата ремнем меньшего шкива:

α₁=180°-57(d₂ -d₁)/а (24)

α₂=180°-57(710-250)/602,5=136,48°

Для клиноременной передачи α₁≥90°. С уменьшением угла обхвата снижается тяговая способность передачи.

Усилие в ремне. Окружное усилие, Н

F_t=2T/d

Где Т-передаваемая мощность, Вт.

V=3.14·250·732/60·10³=9.577<25 м/с

Найдем предварительное натяжение ремня F₀, необходимое для создания силы трения между ремнем и ремнями; а также натяжение ведущей ветви F₁ и ведомой ветви F₂ по формулам:

; ; ;(27)

Где е –основание натурального логарифма;

f-коэффициент трения ремня по шкиву;

=2284,74Н

Сила натяжения в ремне создают нагрузки на валы. Равнодействующая этих сил:

F_b=

F_b=

Напряжения в ремне. В ведущей ветви ремня возникает наибольшее напряжение растежения:

σ₁=F₁/A

σ₁=3067.8/230=13.34 Н/мм

Наибольшее напряжение изгибы возникает на ведущей шкивы:

σ_u=Eδ/d_1,(30)

Где Е- модуль упругости материала ремня: для резинотканевых ремней Е=200..350 Мпа

δ/d₁-относительная удлинение ремня: для плоскоременных передач δ/d₁=1/100…1/250.

σ_u=300·1/40=7,5 Мпа.

σ_мак=7,5+13,34=20,84 МПа

Найдем коэффициент тяги, который показывает, какая часть предварительного натяжения ремня F₀ реализуется для передачи полезной нагрузки F_т:

;(31)

φ=1566,2/2·2284,7=0,34

Расчет клиноременных передач. Основные параметры клиновых кордошнуровых ремней – формулу и размеры поперечного сечения, длину определяют в соответствии с ГОСТ 1284.1-89. Сечение ремня выбирают в зависимости от передаваемого момента. В приводах с/х машин используют ремни сечений А,В,С,Д .В нашем случае –это С.

Проектный расчет передачи ведет по допустимой мощности, передаваемой одним ремнем:

Р_р=р₀·С_α·Сu·C_l·C_p; (32)

Р₀- допустимая мощность , кВт, передаваемая одним ремнем при u=1,

Сu-коэффициент, учитывающий передаточное число;

C_l- коэффициент, учитывающий длину ремня;

С_α- коэффициент, учитывающий угол обхвата,

C_p- коэффициент, учитывающий режим и характер работы.

Коэффициент, учитывающий длину ремня:

C_l=

L₀-базовая длина клинового ремня:

C_l= =0,86

Р_р=6,02·0,868·1,14·0,96·0,8=4,57 кВт.

Передаточное число ремней в передаче:

Z= (36)

Где Р-передаваемая мощность, кВт

-коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между ремнями.

Значение коэффициента принимают в зависимости от предварительного числа ремней, из следующих соотношений:

z¹ 1 2..3 4…6

1 0,95 0,9

Предварительное число ремней:

z¹ =Р/Р_р (35)

z¹ =15/4,57=3,3

z≥ =3,64

рекомендуется принимать z≤6, поскольку из-за погрешностей изготовления длины ремней разная и нагрузка между ними распределяется неравномерно.

Расчет на долговечность .Основная причина усталостного разрушения ремня - циклически изменяющиеся напряжения, существенно зависящие от базового числа циклов изменения напряжений N_оц и фактического числа пробегов ремня за время эксплуатации:

N_оц=3600·а Т₀·λ, (36)

Где а-число шкивов,

Т₀-наработка ремня, ч

λ-частота циклов изменения напряжений, равная частоте пробегов ремня в секунду.

Наработка ремня, ч

Т₀=( )^m· ; (37)

Где -предел выносливости, соответствующий базовому числу циклов изменения напряжения;

m-опытный показатель;

=1

=2- При периодически изменяющихся нагрузках от 0 до номинального значения. =1,5 =2,1

Т₀=( )⁸·

N_оц=3600·2·0,4· =9850,6

Шкивы ременных передач. Конструкция шкива зависит от его размеров, материала и типа передачи. Шкивы изготавливают из чугуна, стали, легких сплавов и пластмасс. Основные размеры шкивов – диаметр и ширину обода рассчитывают, остальные размеры определяют по рекомендациям ГОСТ 17383-73 для плоских ремней и ГОСТ 20889-88 для клиновых ремней нормальных сечений.

Ширина шкива клиноременной поликлиновой:

М=(n-1)l+2f; (38)

n-число канавок на шкиве.

М=(4-1)·25,5+2·17=110,5мм

Толщина обода чугунных шкивов клиновых передач:δ=(1,1…1,3)h ; (39)

δ=(1,1..1,3)·1,43=17,16 мм.

5. Выбор и расчеты вспомогательного оборудования

1. Выбор эл. двигателя.

Из расчетов, произведенных ранее, нам известна мощность, которая необходима для привода гомогенизатора. Из этого условия выбираем эл. двигатель. [5, стр 384, т. 1] АИР180М8; номинальная мощность P=15 кВт, асинхронная частота вращения n=732 мин^-1; T_max/T_nom=2.2.

6. Расчет привода

Передаточное число является одной из основных характеристик передачи. Общее передаточное число привода:

где n – асинхронная частота вращения эл. двигателя, мин^-1;

n_п – частота вращения приводного вала машины, мин^-1;

Для привода выбираем ременную передачу. Ременные передачи широко используются в с/х машинах в тех случаях, когда вал расположены на значительных расстояниях. Их относят к передачам трения с гибкой связью. Нагрузка передается за счет сил трения, возникающих между ремнем и шкивами. Необходимые силы трения создают натяжением ремня, для чего используют различные натяжные устройства.

Передача состоит из трех основных элементов: шкивов и ремня. По форме поперечного сечения ремня различают плоскоременную, клиноременную, поликлиновую, круглоременную, зубчато – ременную передачу. Преимущества ременных передач: простота конструкции и обслуживании, плавность, бесшумность, высокий КПД, отсутствие смазки, невысокая стоимость, защита от перегрузок. К недостаткам передач относятся: значительные габаритные размеры, переменная передаточное число из-за проскальзывания ремня под нагрузкой, повышенные нагрузки на валы и опоры, низкая долговечность, электризация ремня. Выбираем клиноременную передачу.

Критерии работоспособности и расчета. К основным критериям работоспособности ременных передач относятся тяговая способность (надежность сцепления ремня со шкивом) и долговечность ремня, характеризуемая его усталостной прочностью. Проектный расчет выполняют по первому критерию, проверочный – по второму.

Геометрические параметры. Диаметр ведущего шкива клиноременной передачи определяют по формуле:

где с – коэффициент пропорциональности: с=38…42 для ремней нормального сечения, с=20 для ремней среднего сечения, с=30 для поликлиновых ремней.

Угловую скорость найдем:

Вычислим:

Заключение

Проведя работы над разработкой гомогенизатора молока, я изучил конструкции аппаратов пищевой промышленности и протекающие в них процессы, также провел обзор аппаратов соответствующих тематики, их анализ вывел преимущество и недостатки на основании расчетного поиска. В результате технологических расчетов я разработал гомогенизатор, характеристика которого: производительность 1,9 м³/ч, давление гомогенизации 20 мПа, температура поступающего продукта 60-80 ⁰С, число плунжера -3, ход плунжеров -40мм, число ступеней гомогенизации -2; давление подачи продукта 0,66-0,1 мПа; установленная мощность – 15кВт; габаритные размеры: 1430+1110x1640; масса 1600 кг.

Размеры клапана: h_км=0,001 м;d_км=0,0084 м.

Скорость движения жидкости в щели клапана составляет 197 м/с; усилие затяжки пружины при давлении гомогенизации 20 мПа, составляет 4000 Па м², диаметр плунжеров составляет 40 мм.

Исходя из расчетов, гомогенизатор удовлетворяет технологическим, техническим, экономическим и др. требованиям.

Литература

1. Курочкин А.А., Лященко В.В., «Технологическое оборудование для переработки продукции животноводства»

2. С.А. Бредихин « Технология и техника переработки молока»

3. Сурков «Технология и техника переработки молока»

4. Зимняков В.М. «Практикум по основам расчета и конструирования машин и аппаратов перерабатывающих производств».

5. М.И. Ерохин «детали машин и основы конструирования».

6. Панфилов В.А. «Машины и аппараты пищевых производств»

7. Г.Р. Кавецкий, Б.В. Васильев «Процессы и аппараты пищевой технологии».

8. Г.К. Крусь «Технология молока и молочных продуктов»

9. Кошевой Е.П. « Практикум по расчетам технологического оборудования пищевых производств» ,-СПБ, ГИОРД, 2007.

10. Евдокимов И.А., Чаблин Б.В., «Практикум по механическому оборудованию предприятий общественного питания.» -М.: ДеЛи принт, 2007.

Характеристики

Список файлов курсовой работы