Гомогенизатор клапанного типа (стр. 5 из 10)
2. Отсутствие вибраций и шумов. Опоры гомогенизатора крепятся к станине через вибропоглащающие соединения, что на практике исключает вибрации при работе. Тестовый уровень вибраций в пределах 0.45...3.0 мм/сек (для различных точек измерения), соответствует требованиям ЕС.
3. Износоустойчивость клапанной группы. Гомогенизирующая головка изготовлена из никель-хром-молибденового сплава специально для применений при высоких давлениях. Самоцентрирующиеся нержавеющие поршни. Клапаны и седла выполнены из высококачественного износоустойчивого нержавеющего сплава.
4. Фиксированная и регулируемая производительность. Гомогенизатор может быть укомплектован шкафом управления для фиксированной производительности или шкафом управления для регулируемой производительности. [15]
3. Конструкторская разработка
В настоящее время существует большое разнообразие машин для гомогенизации молочных продуктов российского и иностранного производства. К ним относятся гомогенизаторы, с одно- и двухступенчатой гомогенизирующей головкой, а также клапанные и плунжерные, с высоким и низким давлением гомогенизации.
Гомогенизация осуществляется путем прохода продукта под высоким давлением с большой скоростью через гомогенизирующую головку, представляющую собой две ступени – щели между притертыми клапаном и седлом, соединенные между собой каналом. Давление в гомогенизаторе регулируется вращением винтов, изменяющих размер щели между клапаном и седлом. При этом на первой ступени устанавливают ѕ необходимого для конкретного продукта давления гомогенизации, на второй – рабочее давление. В данном курсовом проекте рассмотрена модернизация гомогенизирующей головки, для повышения производительности которой применяется вихревой эффект. Рассмотрим конструкцию модернизируемой гомогенизирующей головки подробнее.
3.1 Гомогенизирующая головка
содержащая седло и клапан с расположенным между ними щелью, образованной концентрическими кольцевыми проточками седла и клапана, с разгрузочной камерой, расположенной в щели, проточками для подвода продукта к щели, расположенной в верхней части головки, демпфирующей полостью, встроенной в седло или клапан, отличающаяся тем, что седло и клапан выполнены с возможностью вращения в противоположные стороны под действием движущегося потока молока и установлены в подшипниках, расположенных в неподвижном корпусе, содержащем штуцер для вывода гомогенизированного продукта, при этом проточки для подвода продукта к лабиринтной щели выполнены в виде конфузора, получаемого путем растачивания седла клапана с образованием конических поверхностей, причем вершины их конусов направлены в противоположные стороны, а по всей длине конических поверхностей седла и клапана под углом к образующим выполнены круглые канавки, направленные в разные стороны у седла и клапана.
Гомогенизирующая головка работает следующим образом:
Поток продукта, например молока, под давлением подается в проточки и, двигаясь к лабиринтной щели 3, заставляет вращаться в разные стороны седло и клапан за счет расположенных на их конических поверхностях круглых канавок. Этот способствует избежанию облитерации щели, дает возможность легко регулировать размер щели в процессе гомогенизации. При протекании на большой скорости по щели поток продукта гомогенизируется, т.е. происходит измельчение грубых взвесей и крупных частиц продукта, например жировых шариков. Эффективности гомогенизации продукта способствует не только наличие щели огибаемых препятствий и поворотов, но и вращение седла и клапана в противоположные стороны. Гомогенизированный продукт выводится через патрубок.
Предложенная гомогенизируемая головка позволяет повысить качество гомогенизации за счет дополнительной турбулизации потока, обусловленной вращением седла и клапана в противоположные стороны. В результате этого значительно снижается облитерация щели, что положительно влияет на качество гомогенизации и, как следствие этого, увеличивается производительность процесса гомогенизации. [22]
3.2 Инженерные расчеты
Производительность гомогенизатора равна подаче его насоса. Для плунжерных насосов подача зависит от диаметра плунжеров и величины хода, количества плунжеров и числа оборотов коленчатого вала. При заданных параметрах машины производительность Vсек ее можно рассчитать по формуле
Vсек =
м3/ сек, (2.6)где d‑ диаметр плунжера, м;
S – ход плунжера, м;
п – угловая скорость вращения коленчатого вала, об/сек;
φ – объемный к. п. д. насоса (для молока = 0,85; для вязкого продукта значительно меньше);
z – количество плунжеров.
Мощность N, необходимую для работы гомогенизатора, определяют по формуле для расчета мощности насосов
N =
Вт, (2.7) 
где р0 – давление, развиваемое плунжерами гомогенизатора (давление перед клапаном), Н/м2;
η – механический к. п. д. гомогенизатора (= 0,75).
В результате затрат большого количества механической энергии, которая превращается в теплоту, при клапанной гомогенизации заметно нагревается продукт.
Повышение температуры продукта в гомогенизаторе можно рассчитать по формуле:
∆t =
град, (2.8) 
где N ‑ потребная мощность, Вт;
Vсек – объемная производительность гомогенизатора, м3/ceк;
ρ – плотность продукта, кг/м3;
С–массовая теплоемкость продукта, Дж/(кг∙ град).
Расчет и выбор конструктивных параметров гомогенизирующей головки.
Эффективность гомогенизации зависит от гидравлических условий в зоне клапанной щели. Эти условия в основном определяются давлением гомогенизации, от которого зависит скорость движения жидкости в щели и высота клапанной щели. В радиально расходящейся клапанной щели скорость потока V1 имеет наибольшее значение в начале щели на радиусе r. По мере расширения потока к выходу скорость уменьшается до величины V2. Наибольшая теоретическая скорость V1 зависит от давления гомогенизации и может быть вычислена по формуле Торричелли:
где
– давление гомогенизации, Па;Y - удельный вес жидкости, Н/м3;
Действительная скорость истечения V меньше теоретической, причем величина отклонения зависит от вязкости жидкости и высоты клапанной щели. Число Re для потока жидкости не зависит от давления гомогенизации и при работе с данным продуктом остается постоянным при любых режимах работы:
где
- кинематическая вязкость, м2/с;Следовательно, число Re для потока в клапанной щели зависит от производительность машины, размеров клапана и вязкости жидкости. Обычно при работе гомогенизаторов число Re =25000…35000.
мВысота клапанной щели h при работе гомогенизатора нестабильна, а изменяется в широком диапазоне в зависимости от расхода жидкости через клапан, размеров клапана, давления гомогенизации и вязкости жидкости. Ее можно определить по формуле (2):
Толщина тарелки клапана:
где р - давление гомогенизации, Па;
Па – допускаемое напряжение для материала клапана;dk –диаметр клапана, м
где π - производительность гомогенизатора, м/с
Vd- допускаемая скорость жидкости в седле, м/с.
ΔS- площадь сечения хвостовика, м2
где
– радиус хвостовика, м2.Из уравнений (3), (4), (5) вычисляем толщину тарелки клапана и диаметр клапана:
При гомогенизации часть механической энергии превращается в теплоту, вследствие чего происходит повышении температуры гомогенизации продукта Δ t:
где Р - давление гомогенизации, Па
c = 3850 Дж/(кг·К) - удельная теплоемкость молока;
– 1027 кг/м3 - плотность молока, кг/м3