Расчет параметров и разработка гомогенизатора молока (стр. 4 из 4)

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

Из производительности плунжерного гомогенизатора П, м³/с

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

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

V - объемная производительность гомогенизатора, м³/с;

Ρ - 1027 – плотность продукта, кг/м³;

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

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) = 637,32 мм

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=541,5 мм

Длина ремня

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

Длину клиновых ремней уточняют по стандартному ряду:

L=2800

Затем пересчитывают межосевое расстояние по формуле:

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:

где е – основание натурального логарифма;

f - коэффициент трения ремня по шкиву;

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

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

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:

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:

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.

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 2,3 м³/ч, давление гомогенизации 22 МПа, температура поступающего продукта 60-80 ⁰С, число плунжеров - 3, ход плунжеров – 40 мм, число ступеней гомогенизации - 2; давление подачи продукта 0,66 - 0,1 МПа; установленная мощность – 15.5 кВт; 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 207 м/с; усилие затяжки пружины при давлении гомогенизации 22 МПа, составляет 4400 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