Расчет гомогенизатора (стр. 2 из 4)
Двигаясь с большой скоростью, жидкость оказывает сильное механическое действие на седло и клапан, что вызывает быстрый износ их. Клапан и седло изготовляют из стали высокой твердости. Они обычно имеют симметричную форму и рабочие поверхности с обеих сторон. Это позволяет после заметного износа рабочих поверхностей с одной стороны перевернуть седло и клапан другой стороной, использовать вторую пару рабочих поверхностей и продлить в 2 раза срок службы гомогенизатора.
Оригинальным способом решения этой задачи следует считать также применение клапанных конусов, изготовленных прессованием в специальных формах комков нержавеющей тонкой проволоки. Клапан представляет собой конус, пронизанный тонкими капиллярами извилистой формы. Такой клапан в рабочем положении плотно прижат к седлу, и гомогенизация происходит благодаря прохождению продукта под давлением через капилляры. После одного цикла работы клапан засоряется, и его заменяют другим. Действие такого клапана хорошо согласуется с приведенным ниже объяснением механизма процесса гомогенизации.
На рис. 3 приведен гомогенизатор ОГБ‑М производительностью 1200 л/ч. Станина 1 (рис. 3а) литая, чугунная, снабжена съемными крышками. На ней расположен электродвигатель 2, от которого движение передается на шкив 5 тремя клиновыми ремнями 3. Для натягивания ремней по мере их вытяжки служит натяжной винт 4, посредством которого электродвигатель перемещают по пазам. Шкив 5 насажен на конец коленчатого вала 6, который приводит в движение три шатуна 7 и соединенные с ними ползуны 8, передающие движение плунжерам 9.
Кривошипно-шатунный механизм расположен в картере в верхней части станины. Нижняя часть картера заполнена маслом, которое разбрызгивается во время работы машины и смазывает поверхности трения в головках шатунов и ползунах. Уровень масла в ванне контролируют по маслоуказателю.
Блок цилиндров (рис. 3б) изготовлен из нержавеющей стали. Вдоль блока проходит всасывающий канал 1, из которого гомогенизируемый продукт через свободные всасывающие клапаны 2 поступает в цилиндры. При работе плунжеров молоко выталкивается через нагнетательные клапаны 3 в нагнетательный канал 4, который проходит вдоль всего блока цилиндров. Он сообщен с гомогенизирующей головкой предохранительным клапаном и манометром.
Для уплотнения мест входа плунжеров в цилиндры имеются сальники с нажимными гайками.
Манометр 5 установлен на специальном штуцере, внутри которого расположен патрон, играющий роль мембраны. Она препятствует попаданию продукта внутрь манометра.
Плунжеры при работе сильно нагреваются от горячего продукта. Продукт, проникающий через уплотнение, присыхает к поверхности плунжеров, если не принимать меры к его удалению. Поэтому в гомогенизаторах находится специальное смывное приспособление, через которое на плунжеры подается вода, смывающая продукт.
Давление гомогенизации регулируют винтом 6, который нажимает на пружину 7, стержень 8 и клапан 9. Клапан и седло 10 симметричные, двусторонние. Перед работой винт послабляют, начинают работу при малом давлении по манометру, а затем плавно доводят его, вращая винт, до требуемого.
В клапане гомогенизатора резко падает давление жидкости в результате перехода потенциальной энергии давления в кинетическую в месте перехода жидкости из канала в седле в клапанную щель, где скорость потока увеличивается во много раз.
На рис. 4 приведен гомогенизатор с двойным дросселированием, в котором жидкость проходит последовательно через две рабочие головки. В каждой головке давление пружины на клапан регулируется отдельно, своим винтом. В таких головках гомогенизация происходит в две ступени. Рабочее давление в нагнетательной камере равно сумме обоих перепадов.
Применение двухступенчатой гомогенизации обусловлено преимущественно тем, что во многих эмульсиях после гомогенизации в первой ступени наблюдается на выходе обратное слипание диспергированных частиц и образование «гроздьев», которые ухудшают эффект диспергирования.
Задача второй ступени состоит в раздроблении, рассеивании таких сравнительно неустойчивых образований. Для этого требуется уже не столь значительное механическое воздействие, поэтому перепад давлений во второй вспомогательной ступени гомогенизатора значительно меньше, чем в первой, от работы которой в основном и зависит степень гомогенизации. С той же целью применяют и трехступенчатую гомогенизацию.
Рисунок 3 – Гомогенизатор ОГБ – М: а – общий вид: 1 – станина; 2 – электродвигатель; 3 – клиновые ремни; 4 – натяжной винт; 5 – шкив; 6 – коленчатый вал; 7 – гомогенизирующая головка; 12 – смывное приспособление; б – разрез блока цилиндров и гомогенизирующей головки: 1 – всасывающий канал; 2 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный канал; 5 – манометр; 6 – винт; 7 – пружина; 8 – стержень; 9 – клапан; 10 – седло
Рисунок 4 – Схема двухступенчатой гомогенизации
В общем, конструктивном оформлении современных гомогенизаторов находят применение основные принципы и положения технической эстетики, санитарии и гигиены. Следуя новым тенденциям в развитии оборудования молочных предприятий, новые конструкции гомогенизаторов выполняют обтекаемой формы, облицовывают и закрывают кожухами из нержавеющей стали с полированной поверхностью.
Одним из важных в санитарном отношении решений следует считать также установку этих машин не на фундаменте, а на регулируемых по высоте ножках, обеспечивающих возможность легкой уборки и мойки пола под машиной.
Описание машинно-аппаратурной схемы производства
Продукт из авто молоко цистерны при помощи центробежного самовсасывающего электронасоса через фильтр и пластинчато охладительную установку поступает в резервуар для охлаждения молока. При помощи продукт перемещается в резервуар для сырого молока и при помощи насоса-дозатора в начале поступает в уравнительный бачок, а затем в пластинчатую пастеризационно-охладительную установку, где при помощи пульта управления устанавливается заданный режим. Далее продукт поступает в сепаратор-нормализатор, где происходит его разделение на фракции, затем в гомогенизатор в котором, продукт подвергается воздействию высокого давления и происходит расщепления жировых шариков. Далее разделенный и нормализованный продукт поступает в фасовочную машину, где и происходит фасование в пакеты или бутылки.
1. Технологический расчет
Производительность плунжерного гомогенизатора П, м3/с
[1]где d - диаметр плунжера, м;
s - ход плунжера, м;
n - частота вращения, с-1;
z = 3 - число плунжеров;
φ - 0,85 – КПД насоса.
Средний диаметр жировых шариков, м
[2]где Р - давление гомогенизации, МПа
При гомогенизации часть механической энергии превращается в теплоту, в следствии чего происходит повышение температуры гомогенизации продукта
t:
[3]где Р - давление гомогенизации, Па
c = 3850 Дж/(кг·К) - удельная теплоемкость молока;
– 1027 кг/м3 - плотность молока, кг/м3 
2. Энергетический расчет
Мощность, необходимая на привод, определяется по формуле для расчета мощности насосов:
N =
∙ Vсек ∙ ρ ∙ с / ŋ (4)c = 3850 Дж/(кг·К) - удельная теплоемкость молока;
– 1027 кг/м3 - плотность молока, кг/м3Vсек. – объемная производительность гомогенизатора, м3/ с
N = 5,05 ∙ 0,00053 ∙ 3850 ∙1027 / 0,75 = 14,1 кВт
(5)3. Кинематический расчет
u = n1 / n2 = 532 / 190 = 2,8 (6)
где u – передаточное отношение;
n1 – частота вращения электродвигателя, об/мин
n2 – частота вращения рабочего органа, об/мин
ω1 = πn1 / 30 = 3,14 ∙532 / 30 = 55,7рад/с (7)
ω2 = πn2 / 30 = 3,14∙ 190 / 30 = 19,8 рад/с (8)
ω1 и ω2 – угловая скорость, рад/с
N1 = Nэл.дв. = 14,1 кВт
N2 = N1 ∙ ŋрем. пер. = 14,1 ∙ 0,94 = 13,3 кВт
N1 – мощность электродвигателя, кВт
ŋрем. пер – КПД ременной передачи.
M1 = Mкр. = N1 ∙ ω1 = 14,1∙ 55,7 = 0,25 Н∙м
M2 = Mкр ∙ u ∙ ŋрем. пер. = 0,25 ∙ 2,8 ∙0,94 = 0,66 Н∙м
M1 – крутящий момент на валу электродвигателя, Н∙м
M2 – крутящий момент на валу рабочего органа, Н∙м
4. Расчет ременной передачи
Из формулы (5) находим диаметр ведущего шкива:
d1=40·
Найдем диаметр ведомого шкива:
d2=u· d1(1-ξ) (20)
ξ - коэффициент упругого скольжения (0,01..0,02)