Проектно-конструкторская часть с расчетом сепаратора

Рис.1.5.3. Сепаратор-сливкоотделитель А1-ОЦР-5 с центробежной периодической выгрузкой осадка:

а-общий вид: 1-горизонтальныйвал; 2-тахометр;3-приемникосадка;4-верхняягорловаяопора; 5-основание;6-поршень; 7-тарелкодержатель; 8-крышка барабана; 9-крышкасепаратора;10-приемно-отводяшее устройство;11-линия отвода сливок;12-линия отвода обезжиренного молока;13-питающая трубка;14- барабан; 15-гидроузел;16-вертикальный вал;17-станина; б-схема подключениягидросистемы: I-компенсационный бачок; 2-манометр;3-редуктор;4-фильтр;5(1), 5 (2)-электромагнитные вентили;6, 8-вентили; 7-дроссель;

Особенностью  сепаратора А1-ОЦР-5 является возможность  проведения частичной разгрузки  барабана, при которой из него под  действием центробежной силы удаляется  лишь осадок, а молоко остается. Устройство сепаратора позволяет осуществить также и полную разгрузку барабана, которая неоднократно производится при его безразборной и циркулярной мойке. Предусмотрена как полная, так и частичная выгрузка осадка из барабана. Управление электромагнитными вентилями осуществляется с помощью электромеханического и двух электронных реле времени на электрическом пульте управления.

Аналогичное сепаратору А1-ОЦР-5 назначение и принцип  работы имеет сепаратор-сливкоотделитель ОСЦП-3. Сепаратор, выполненный в нержавеющем исполнении, может работать в режиме нормализации молока после комплектации специальным приспособлением для нормализации молока по жирности. Управление работой сепаратора, разгрузкой и санитарной обработкой осуществляется автоматической системой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Описание технологической схемы получения молока с расчетом материального баланса.

2.1. Описание линии производства пастеризованного молока.

 

 

Рассмотрим основную технологическую схему производства пастеризованного молока (рис.4.1) .

Молоко, из молокохранительного танка(поз.1) емкостью 10 тыс. л центробежным насосом подается в пастеризационно-охладительную установку (поз. 2), где молоко сначала пастеризуется до 85 ⁰С, а далее охлаждается до температуры сепарирования 40 ⁰С, затем оно поступает в сепаратор-сливкоотделитель (поз. 3), где молоко разделяется на две фракции: сливки и обезжиренное молоко. Обезжиренное молоко и часть сливок идет в емкость для нормализации (поз. 5), другая часть сливок идет на розлив. Нормализованное молоко, насосом подается в гомогенизатор (поз. 6), где под давлением 12,5-17,5 МПа гомогенизируется и поступает в емкость для хранения пастеризованного молока и далее идет на розлив.

2.2. Расчет материального баланса.

Разделение  молока должно быть организованно так, чтобы наряду с высококачественными  сливками можно было получать и высококачественное обезжиренное молоко (без большого количества пены и хорошо очищенное). В сепарировании отходом производства является так называемая сепараторная слизь, которую необходимо удалять.

В период установившегося режима работы материальный баланс процесса сепарирования  можно представить следующим  образом:

 

 

Соотношение обезжиренного молока и сливок определяется жирностью последних. В практике соотношения молока и продуктов  сепарирования можно определить по следующему уравнению жирового баланса:

 

 

Пользуясь этими уравнениями, получаем формулы  для определения количества продуктов  сепарирования:

 

Для производства пастеризованного молока, мы зададимся жирностью сливок равной 25%, цельного молока 3,62%, обезжиренного молока 0,01%, а сепараторной слизи О,06%, хотя в зависимости от времени года ее колличество колеблется от 0,04 до 0,13%. Содержание белка в цельном коровьем молоке варьируется от 2.8 до 4.1 г на 100 мл, в среднем составляет 3.3 г, и зависит от питательной ценности кормов  Определим количество  обезжиренного молока и сепараторной слизи:

 

Тогда количество сливок будет равно:

 

Тогда материальный баланс процесса сепарирования  молока будет выглядеть так:

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Основы расчета сепарирования.

3.1. Предельный размер дисперсных частиц.

3.1.1. Предельный размер жирового шарика, совершающего I стадию движения:

 

3.1.2. Предельный размер жирового шарика, совершающего II стадию движения:

 

 

3.2. Разделяющий фактор сепаратора и разделяемость молока.

Разделяющий фактор сепаратора:

 

Найдем  высоту тарелки:

Рисунок 1.2.1. Схема тарелки.

 

Для характеристики процесса сепарирования  в зависимости от физико-химических свойств молока Бремер ввел понятие  разделяемости молока (E):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Проектно-конструкторская часть с расчетом сепаратора.

4.1. Обоснование выбора материалов для изготовления оборудования.

Для изготовления сепараторов, емкостей, насосов и др. используются нержавеющие пищевые стали. Трубопроводы изготавливаются из стекла, пищевых пластмасс, пищевой резины и легированной стали. Причем все оборудование подвергается мойке холодной и горячей водой с добавлением щелочи и кислоты. Поэтому в дополнение к сказанному необходимо, чтобы материалы были коррозионно стойкими в этих растворах.

Основные  детали сепаратора (корпус, крышка, основание, затяжные кольца-гайки) изготовляют из поковок или штамповок из нержавеющей стали. Затяжные кольца имеют левую резьбу, что исключает возможность их самоотвинчивания при вращении барабана по часовой стрелке. Листы для изготовления тарелок барабана должны иметь маркировку завода —поставщикаметалла. Торцевыеуплотнительныекольцабарабанадолжныбытьизготовленыизупругихполимерных материалов, резиновые уплотнения барабана—изпищевойрезинытолько формованием. Все уплотнения барабана (полимерные и резиновые) должны быть стойкими к дезинфицирующим и моющим растворам и обладать следующими свойствами: теплостойкостью не менее 80 °С; нетоксичностью и отсутствием постороннего запаха; стойкостью в 20%-ных растворах азотной кислоты и едкого натра; работоспособностью в условиях давления 20—30 МПа.

В  следствии всего перечисленного принимаем, что барабан, состоящий  из цилиндрической обечайки, диска, тарелок, крышки ротора бутед изготавливаться  из нержавеющей стали стали 08Х18Н10Т. Станина, крышка горизонтального вала, будет отливаться из серого чугуна Сч 18. Для горизонтального и вертикального  вала примим качественную сталь 45. А  для поддона и крышки с запорной арматурой воспользуемся также  нержавеющей сталью 08Х18Н10Т.

4.2. Определение толщины стенок ротора.

 

 

 

4.2.1. Корпус ротора.

Толщину стенки ротора рассчитываем по формуле:

 

 

В месте соединения обечайки с днищем возникают краевые напряжения, тогда  толщина обечайки в стыке будет  равна:мш

 

Толщина днища должна удовлетворять условию:

_д85855

В. И. Соколов показал, что в роторах, вращающихся со скоростью выше , при сепарировании продуктов с плотностью краевой эффект отсутствует:

Проверяем условие:

 

 

4.2.2. Крышка ротора.

Рисунок 4.2.2.1. Схема тарелки.

Рассмотрим  треугольник 

 

Крышка  ротора имеет коническую форму с  переменной толщиной стенки, уменьшающейся  к оси вращения ротора.

Толщина крышки:

 

Так как значения толщины стенок крышки получились малы, выгоднее будет изготовить крышку с одинаковой толщиной стенки равной

4.3. Расчетсоединительного кольца.

Полное  осевое давление жидкости на крышку:

 

Рисунок 4.3.1. Соединительное кольцо.

 

Определим толщину захвата:джл+

 

Кроме того, в соединительном кольце в  результате центробежной силы, создаваемой  массой кольца, возникают напряжения в тангенциальном и радиальном направлениях. Напряжение в радиальном направлении  очень малы, поэтому их в расчет не принимают. Величина напряжения в  тангенциальном направлении определяется формулой:

 

Считается, что вся нагрузка воспринимается одним витком, определяют напряжение смятия возникающее в резьбе:

 

4.4. Расчет вертикального вала сепаратора.

Определим критическую скорость вертикального  вала:

 

Рисунок 4.4.1. Вертикальный венал сепаратора.

Для нахождения критической скорости вертикального  вала, необходимо определить массу  ротора (массой вала можно пренебречь).

Масса:

 

 

Найдем  нагрузку, вызывающую деформацию пружины:

 

Таким образом , что обеспечивает хорошее самоцентрирование ротора в послерезонансной области.

4.5. Определение мощности выбор стандартного электродвигателя.

Расчетная мощность электродвигателя равна: 

Мощность рабоего вала сепаратора складывается из следующих переменных:

 

    Кинетическая энергия  ротора сепаратора определяется  по формуле:

 

Если  разгон ротора продолжается , то потребляемая мощность на сообщение ротору кинетической энергии в период разгона:

 

В сепараторах полузакрыого типа на выходе жидкой фракции создается  противодавление, дляпреодоление которого требуется мощность, которую можно  определить по формуле:

 

Мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления барабана о воздух:

 

Мощность, затрачиваемая на трение вала в подшипниках:

 

Рассмотрим  вертикальный вал.

 

Расчет  масс ротора, валов, зубчатых колес, полумуфт, производился в программе “Компас”.

 

Ниже  приведен пример расчета массы вертикального  вала из программы “Компас”:

 

 

 

Расчет МЦХ тел выдавливания

Количество тел                     N = 1

Количество отверстий              N1 = 0

Плотность                         Ro = 0.007810 г/мм3

Масса                              M = 41834.831647 г

Объем                              V = 5356572.554003 мм3

 

Центр масс                        Xc = -1103.585468 мм

                                  Yc = -47.836039 мм

                                  Zc = 421.000000 мм

Рассмотрим  горизонтальный вал:

 

Учитывать потери мощности на горизонтальном полом  вале нецелесообразно, в следствии  малого веса вращающихся деталей.

Из  этого следует что общие затраты  мощности на трение вала в подшипниках  составляет:

 

Тогда мощность рабоего вала сепаратора равна:

 

Определим общий К.П.Д. привода:

 

тогда расчетная мощность электродвигателя будет равна:

 

Электро двигатель выбираем таким образом, чтобы фактическаяперегрузка двигателя  не превышала 5%, а недогрузка-15%. Эти  пределы ограничивают в первом случае перегрев двигателя, во втором- перерасход электоэнергии.

Принимая это условие выбирайем мотор редуктор МЦ2С мощность 15 кВт с номинальной частотой вращения вала 1500 , частотой вращения выходного вала 140 и двигателем 4А160S4P3.

Считаем передаточное отношение привода

 

 

Найдем асинхронную частоту  вращения двигателя:

 

Уточняем  передаточное число привода:

 

 

Определение моментов на валу привода:

 

Определение скоростей валов:

_н

4.6. Расчет червячной передачи.

Выбираем  материал червячной передачи. Материалы  в червячной передаче должны иметь  низкий коэффициент трения, обладать повышенной износоустойчивостью и пониженной склонностью к заеданию. Исходя из этих условий принимаем материал для червяка- сталь 45, а для червячного колеса два материала: венец: БрО10Ф1, основание сталь 45.

Задаем  число заходов червяку- и определяем число зубьев червячного колеса

Принимаем значение коэффициента диаметра червяка:

 

Находим межосевое расстояние:

 

Так как зубья червячного колеса обладают способностью прирабатываться, то коэффициент  неравномерности распределения  нагрузки при постоянной нагрузке принимаем

Коэффициент динамической нагрузки при качественно изготовленной передаче принимаем

Тогда

 

Определяем  осевой модуль зацепления:

 

Уточняем  коэффициент диаметра червяка по ГОСТ 2144-76 и принимаем 

Пересчитываем межосевое расстояние

 

Коэффициент смещения

 

Определяем  параметры червячной передачи:

Делительный диаметр червяка:;

Делительный диаметр червячного колеса:

Начальный диаметр червяка 

Делительный угол подъема линии  витка:

Начальый угол подьема линии  витка:

Диаметр вершин витков червяка:

Диаметр впадин червяка:

Диаметрвершин зубъев червяного колеса:

Наибольший диаметр червячного колеса:

Длина нарезанной части червяка:

Условный угол обхвата:

Ширина червячного колеса:

5. Ремонт сепаратора.

При текущем ремонте сепаратора чистят барабан, тарелки, регулируют зазор между тарелками, проверяют набивку сальников, смазочный материал подшипников, заменяют смазку в подшипниках, проверяют зубчатые колеса, их износ, проверяют отклонение валов электродвигателя и редуктора (пары), осматривают муфту и полумуфту, пальцы и их износ, биение. При капитальном ремонте заменяют пальцы муфты, смазки, набивки, манжеты, подшипника барабана, контролируют тормоз барабана сепаратора. Другие работы определяются после деффектации и составления дефектной ведомости.