Расчет гомогенизатора

     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 = ∙ V_сек ∙ ρ ∙ с / ŋ                                                       (4) 

    c = 3850 Дж/(кг·К) - удельная теплоемкость молока;

   – 1027 кг/м³ - плотность молока, кг/м³

    V_сек. – 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 = N_эл.дв. = 14,1 кВт

N₂ = N₁ ∙ ŋ_{рем. пер.} = 14,1 ∙ 0,94 = 13,3 кВт 

N₁ – мощность электродвигателя, кВт

ŋ_{рем. пер} – КПД ременной передачи. 

M₁ = M_кр. = N₁ ∙ ω₁ = 14,1∙ 55,7 = 0,25 Н∙м

M₂ = M_кр ∙ u ∙ ŋ_{рем. 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)

     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; 

     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/d₁ 

     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;  

     Р₀ - допустимая мощность , кВт, передаваемая одним ремнем при u=1,