Проектирование электрического пищеварочного котла емкостью 250 дм3 (стр. 3 из 8)
Из цветных металлов для изготовления оборудования предприятий общественного питания наиболее широко применяются алюминий и его сплавы (с марганцем, магнием и кремнием). Собственно алюминий применяется для изготовления посуды и деталей аппаратов, непосредственно контактирующих с пищевыми продуктами. Для этих же целей применяют сплавы алюминия с кремнием (силумины). Для лужения стальных деталей непосредственно контактирующих с пищевыми продуктами, используется олово.
Пластмассы и некоторые другие синтетические материалы используют для изготовления деталей, испытывающих средние нагрузки (шестерни, шкифы). Преимущество пластмасс – в их легкости, антикоррозийности, бесшумности в работе, технологичности. Однако пластмассы обладают низкой термостойкостью, что затрудняет использование их для теплового оборудования.
Теплоизоляционные материалы применяются для уменьшения потерь тепла в окружающую среду и снижения температуры наружных поверхностей тепловых аппаратов.
Теплоизоляционные материалы бывают минерального (асбест, глина, кизельгур, гипс), растительного (пробка, древесные опилки, измельченный торф) и животного (шерсть, шелк, войлок) происхождения.
По конструктивному оформлению все теплоизоляционные материалы можно подразделить на четыре группы: засыпные (перлит в засылке, минеральная вата, торфяная крошка); пластичные (асбозурит, совелит мастичный); оберточные гибкие (асботкань, маты и войлок из минеральной ваты, строительный войлок); формовочные (скорлупы, цилиндры и плиты из минеральной ваты, сегменты и торфоплиты, плиты перлитовые).
Теплоизоляционные материалы должны отвечать следующим требованиям: иметь низкие коэффициенты теплопроводности и теплоемкости, небольшую плотность, высокую термостойкость, достаточную прочность, низкую гигроскопичность, биостойкость, антикоррозийность, безвредность, а также быть удобными при монтаже и дешевыми.
Электротехнические материалы могут быть подразделены на две основные группы: материалы с высоким удельным сопротивлением и электроизоляционные.
Материалы с высоким удельным сопротивлением предназначены для изготовления собственно нагревательных элементов, в которых электрическая энергия преобразуется в тепловую. Помимо высокого удельного сопротивления (1,0 – 1,5 Ом·мм²/м), такие материалы должны иметь высокую температуру плавления, незначительный температурный коэффициент линейного расширения, быть стойкими к окислению при сильном и продолжительном нагревании в воздушной среде, выдерживать высокие температуры и резкие колебания ее без изменения механических свойств. Этим требованиям отвечают так называемые нихромы – сплавы никеля с хромом и фехрали – железохромалюминиевые сплавы. В зависимости от марки нихрома оптимальная рабочая температура его колеблется в пределах от 950 до 1250°С; для фехрали эта температура находится в пределах от 650 до 900° С. Широкое распространение получили нихромы, так как фехраль хотя и дешевле нихрома, но более хрупка в нагретом состоянии, и поэтому чаще выходит из строя.
Электроизоляционные материалы не должны содержать веществ, которые при температуре 900 – 1100°С могут вступать в химические реакции с нагревательными элементами. Кроме эго, они должны обладать высокой электрической и механической прочностью, иметь хорошую теплопроводность и малую влагопоглощаемость, обладать способностью противостоять резким колебаниям температуры. Этим требованиям отвечают периклаз (плавленая окись магния), кварцевый песок, шамот (прокаленная и измельченная огнеупорная глина), слюда, кварцевое стекло, фарфор и керамика.
Максимальной рабочей температурой является: для периклаза – 1400 – 1700° С, шамота – 1400 – 1500, фарфора – 500 – 600° С.
1.4 Направления развития конструирования
Анализ конструктивных и эксплутационных особенностей таких серийно выпускаемых аппаратов массового производства, как пищеварочные котлы, позволяет сделать вывод о чрезмерной разнотипности их конструкций, которая приводит к тому, что аппараты имеют мало общих узлов и деталей в пределах своего типоразмерного ряда.
Например, котлы емкостью 40 и 60 литров на электрическом обогреве имеют несколько модификаций и коренным образом отличаются от котлов емкостью 100, 160 и 250 л.
Еще большие различия наблюдаются при изготовлении аппаратов одного и того же технического назначения, но при использовании разных видов обогрева: пар, газ, электроэнергия и твердое топливо.
Это обстоятельство сводит к минимуму возможность унификации, уменьшения металлоемкости и упрощения изготовления аппаратов.
Принцип модулирования приобрел широкое распространение как в нашей стране, так и за рубежом. Современные горячие цеха оснащаются модульными аппаратами, скомплектованными в линии.
Однако этот принцип требует нового конструктивного оформления аппарата, оказывает влияние на его выходные параметры с технико-экономические показатели. Расчеты показывают, чем больше модуль, тем труднее конструировать аппарат, но тем больше возможность унификации узлов и деталей.Оценивая серийные тепловые аппараты, сконструированные не по модульному принципу, можно выявить следующие недостатки:
- малая степень унификации;
- усложненная технология изготовления;
- низкие эргономические показатели;
- увеличенная производственная площадь.
При сопоставлении металлоемкости серийных котлов за сравнительную единицу принимают массу котла, отнесенную к единице его емкости – кг/дм3.
Расчеты показывают, что при использовании листоканальных панелей средний коэффициент уменьшения удельной металлоемкости панельного котла по отношению к серийному составляет Р=0,55.
Как показывает анализ, панельные котлы превосходят серийные по следующим показателям: металлоемкости, технологичности при изготовлении, эргономичности благодаря приспособленности к функциональной таре, возможности унификации в результате применения одинаковых панельных эффектов, надежности в следствии жесткости панельных систем, к.п.д.
Следует также отметить, что панельный принцип применим к достаточно широкому кругу тепловых аппаратов, перспективен при создании новых аппаратов периодического действия и трансформаторов; дает возможность по меньшей мере на 50% улучшить качество аппаратов, включая такие их показатели, как металлоемкость, степень унификации, технологичность, эргономичность, упрощает заводскую оснастку и производство.
2.Описание проектируемого аппарата
2.1 Структурная схема
Принципиальная схема устройства электрического котла показана на рисунке 1
Рисунок 1 – Принципиальная схема устройства электрического котла
1 – парогенератор; 2 – паровая рубашка; 3 – тепловая изоляция; 4 – корпус; 5 – кожух; 6 – варочный сосуд; 7 – крышка; 8 – клапан-турбинка; 9 – двойной предохранительный клапан; 10 – манометр; 11 – наполнительная воронка; 12 – клапан уровня
Рисунок 2 – Электрический котел КПЭ-250:
1 –крышка; 2 – варочный сосуд; 3 – теплоизоляция; 4 –пароводяная рубашка; 5 –станция управления; 6 – клапан-турбинка ; 7 – патрубок; 8 – противовес 9 –кран уровня; 10 – пароотводная трубка; 11 – вентиль (отвода пара); 12,13 – рукоятки вентилей подачи воды; 14 –наполнительная воронка; 15 –двойной предохранительный клапан; 16 – электроконтактный манометр; 17 – отражатель; 18 – двухстенная крышка; 19 – прижимные болты; 20 – сливной кран; 21 – наружный корпус; 22 – постамент.
Котел (рис. 2) состоит из варочного сосуда, выполненного из нержавеющей стали, наружного корпуса из листовой конструкционной стали, облицовки и постамента. Замкнутое пространство между варочным сосудом и наружным корпусом служит пароводяной рубашкой.
В пространстве между наружным корпусом и облицовкой уложена теплоизоляция. К нижней части наружного корпуса приварен корпус парогенератора, в котором на отдельном щитке смонтированы шесть трубчатых электронагревателей (тэнов).
Варочный сосуд закрывается откидной, закрепленной на валу шарнира двустенной крышкой, уравновешенной противовесом. Плотное прилегание крышки обеспечивается прокладкой из термостойкой пищевой резины, уложенной в канавке крышки, и накидными винтами. Для слива промывочных вод из варочного сосуда имеется сливной кран с сеткой.
Каждый котел оборудован контрольно-измерительными приборами и арматурой: электроконтактным манометром, грузовым предохранительным клапаном, заливной воронкой с краном, клапаном-турбинкой, краном уровня и электродом «сухого хода», смонтированным в корпусе парогенератора.
Котел оборудован трубопроводами холодного и горячего водоснабжения, служащими для заполнения варочного сосуда водой и его санобработки.
Электроконтактный манометр – это контрольно-измерительный прибор, с помощью которого автоматически регулируется нагрев котла в зависимости от давления пара в пароводяной рубашке.
Предохранительный клапан состоит из двух клапанов: верхнего – парового – для сброса давления из пароводяной рубашки при повышении его сверх 0,5 кгс/см и нижнего – воздушного – для пропуска воздуха в пароводяную рубашку при остывании котла и устранения тем самым вакуума.