Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Расчет сепаратора-сливкоотделителя - файл 1.doc


Расчет сепаратора-сливкоотделителя
скачать (337 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc337kb.24.11.2011 17:22скачать

Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
2.Технологический расчет аппарата и вспомогательного оборудования
2.1 Обоснование выбора проектируемого оборудования

2.2 Выбор типа единичного аппарата

По технологическому назначению это оборудование подразделяют на две ос-

новные группы: сепараторы-молокоочистители и сепараторы-сливкоотделители. В сепараторах-молокоочистителях происходит центробежная очистка молока от механических и естественных примесей. К этой группе относят также отделители белка от сыворотки, сепараторы для обезвоживания творожного сгустка и сепараторы - бактериоотделители. В сепараторах-сливкоотделителях молоко разделяется на сливки и обезжиренное молоко, происходят нормализация молока по жиру (при применении дополнительного устройства), обезжиривание сыворотки и получение высокожирных сливок.

По конструктивным особенностям сепараторы подразделяют на открытые,

полузакрытые, закрытые. В открытых сепараторах ввод молока и вывод его фракций не герметизированы, т. е. сливки и обезжиренное молоко контактируют с воздухом окружающей среды. В полузакрытых ввод молока может быть открытым или закрытым, но без напора, а вывод продукта — закрытым, под давлением, создаваемым в сепараторе. В закрытых сепараторах ввод молока,

разделение на фракции и их выход герметизированы. Поступление молока и отведение фракций осуществляют под давлением.

Сепараторы классифицируют также по способу удаления осадка из бара-

бана: с ручной выгрузкой осадка после их полной остановки и разборки барабана, центробежной периодической и непрерывной выгрузкой при непрерывной работе сепаратора.

Сепараторы состоят из следующих основных частей: станины в виде чаши,

барабана, приемно-выводного устройства и приводного механизма.

На станине смонтированы все части и узлы сепаратора, в нижней ее части расположен приводной механизм. В чаше станины укреплены тормоза, стопоры, удерживающие барабан от произвольного вращения при сборке и раз­борке, а также приемно-выводное устройство. Внутренняя часть станины (кар­тер) одновременно является масляной ванной.

Барабан (сепарирующее устройство) — исполнительный орган сепаратора, где молоко разделяется на фракции. Сепарирующее устройство бывает с верх­ним и нижним вводом молока. Наибольшее применение получили сепарирую­щие устройства с верхним вводом молока. Конструкция сепарирующего уст­ройства молокоочистителей и сливкоотделителей имеет следующие различия: в сливкоотделителе молоко в межтарелочное пространство поступает через от­верстия в тарелках, а в молокоочистителях — с периферии, так как в тарелках молокоочистителя отсутствуют отверстия; приемно-выводное устройство мо­локоочистителя имеет один отводной патрубок (для очищенного молока), а сливкоотделителя — два (для сливок и обезжиренного молока); межтарелочный зазор у молокоочистителя больше (2—5 мм), чем у сливкоотделителя (0,6—0,8 мм); периферийное (грязевое) пространство молокоочистителя больше, чем сливкоотделителя.

Приемно-выводные устройства, закрепленные в верхней части сепаратора, обеспечивают подачу молока в барабан и отвод из него фракций молока (сли­вок, обезжиренного молока, а также очищенного молока). Герметичность всех соединений создается резиновыми уплотнительными кольцами. Конструкции приемно-выводных устройств различны, Однако у всех имеются приемник для сливок и обезжиренного молока и диски напора для каждой фракции. Прием­ник состоит из двух изолированных камер для сливок и обезжиренного молока. Сливки как более легкая фракция выходят из барабана по нижнему патрубку, а обезжиренное молоко — по верхнему. На выходном патрубке сливок установлены регулировочный винт, позволяющий регулировать жирность сли­вок, и ротаметр для определения количества сливок. Приемно-выводные уст­ройства могут быть снабжены устройствами для нормализации молока по жиру.

Все промышленные сепараторы имеют электрический привод. Основными его частями являются электродвигатель; центробежная муфта, состоящая из ве­дущей и ведомой полумуфт; зубчатое ведущее колесо; ведомое колесо мульти­пликатора, вертикальный вал (веретено). В приводной механизм могут входить также и другие детали и узлы, усложняющие его конструкцию и обеспечиваю­щие заданную частоту вращения барабана сепаратора. Передача движения от электродвигателя к барабану следующая. Вращение от вала электродвигателя передается ведущей центробежной полумуфте, затем после соприкосновения с ведомой центробежной полумуфтой вращение передается на горизонтальный вал. Ведущее зубчатое колесо на горизонтальном валу входит в зацепление с зубчатым колесом мультипликатора и передает вращение на вертикальный вал, а вместе с ним и на барабан. Этот способ передачи движения от электродвига­теля на барабан сепаратора наиболее распространен, но известны и другие спо­собы передачи вращения, обеспечивающие заданную частоту вращения бара­бана.
2.3 Описание конструкции аппаратов
2.3.1 Сепаратор - сливкоотделитель
Принцип действия сепаратора-разделителя (рис. ) заклю­чается в следующем. Исходная гетерогенная система по централь­ной трубке поступает в тарелкодержатсль, откуда по каналам, обра­зованным отверстиями в тарелках, поднимается вверх и растекается между тарелками. Под действием центробежной сипы легкая фрак­ция оседает на верхнюю поверхность нижележащей тарелки. По этой поверхности легкая фракция движется к центру барабана, да­лее по зазору между кромкой тарелки и тарелкодержателем подни­мается вверх барабана и отводится из сепаратора.


а б

Рис.2.3.1 Схема процесса разделения (а) и осветления (б) в барабанах та­рельчатых сепараторов:

<—« - исходный продукт; <—<- легкая фракция;

оооо -осадок; <— тяжелая фракция;

<—О - частицы, образующие осадок

Тяжелая фракция в межтарелочном пространстве оттесняется к нижней поверхности тарелки, фракция движется по этой поверх­ности к периферии тарелки, и далее по зазору между разделитель­ной тарелкой и крышкой барабана поднимается вверх барабана и отводится из сепаратора.

Сепаратор-сливкоотделитель (рис. 2.6) состоит из станины 17 с приводным механизмом, приемно-отводящего устройства 12, гид­роузла, чаши станины с приемником осадка 7 и глушителя, а также из пульта управления [36].

Молоко подается по трубопроводу и центральной трубке при­емно-отводящего устройства во вращающееся сепарирующее уст­ройство. В это время поршень сепарирующего устройства закрыт. В полости под поршнем находится вода. При работе сепаратора про­исходит незначительное ее вытекание из сепарирующего устройст­ва и патрубка станины при подпитке. Для герметизации системы поршень поджимается к прокладке силой гидростатического давле­ния. Молоко подается в сепарирующее устройство, проходит через отверстия в тарелкодержателе и вертикальные каналы пакета, рас­пределяется в межтарелочных пространствах, разделяясь на сливки, оттесняемые к оси вращения, и обезжиренное молоко, оттесняемое к периферии сепарирующего устройства. Сливки и обезжиренное молоко выводятся через камеры напорных дисков.

Твердые частицы и тяжелые примеси, выделяющиеся из мо­лока, поступают в периферийный объем сепарирующего устройст­ва, где происходит их накопление и уплотнение. Во избежание по­терь молока применяют только частичную выгрузку осадка при от­крытии каналов.

Разгрузку сепараторов осуществляют в один или два этапа. При одноэтапной разгрузке осадок выгружается без перекрытия устройства для подачи исходного продукта. Однако во избежание потерь продукта в период раскрытия сепарирующего устройства выгружается не весь осадок, а лишь его часть. При двухэтапной разгрузке сначала перекрывается устройство для подачи исходного продукта и удаляется жидкость из межтарелочного пространства, а затем уже открываются щели для выгрузки, в результате чего оса­док выбрасывается из сепарирующего устройства в приемник под действием центробежной силы.


Сепаратор - сливкоотделитель
Производительность сепаратора П, м3/с,

(2.36)

где η – КПД сепаратора (η = 0,5…0,7); n – частота вращения ротора, с־¹,

z - количество тарелок; α - угол наклона образующей конуса тарелки

(α = 45...60° ); Rб – большой радиус тарелки, м; Rм – меньший радиус тарелки;

- плотность дисперсионной среды (плазмы), кг/м3; - плотность дисперсионной фазы (жира), кг/м3; - динамическая вязкость дисперсионной среды Па·с: d - предельный диаметр жирового шарика, м;

Размер жировых шариков d, мм,

мм (2.37)

где m - массовая доля жира в обезжиренном молоке (m = 0,01 %).

Давление жидкости, выходящей из сепаратора р, Па,

МПа (2.38)

где - плотность обезжиренною молока (пахты), кг/м3 ( = 1028,5 кг/м3);

rk - внутренний радиус кольца жидкости, м, (rk = 0,2 м).

Время непрерывной работы сепаратора между разгрузка­ми τ, ч,



с (2.39)

где а - объемная концентрация взвешенных частиц в сепарируемом продукте, % .

Критическая частота вращения вала ωКр, т. е. скорость, при которой происходит разрушение вала, с-1,

(2.40)

где К - сила, вызывающая прогиб вала на 1 м, Н/м, для сепаратора с жестко зацепленным (без амортизатора) верхним радиальным под­шипником;





(2.41)

где Е - модуль упругости материала вал к Н/м2 (Е =2·1011 Н/м2 для сталей);

I - момент инерции сечения вершкального вала, м ,

(2.42)

здесь dв - диаметр.вала, м , dв = 0,06 м;

;

Мощность электродвигателя сепаратора N, работающего в ус­тановившемся режиме, кВт,

(2.43)

где - КПД привода (= 0,92...0,95); N1 - мощность, затрачивае­мая для сообщения

выбрасываемой из сепаратора жидкости избы­точного давления, кВт,

(2.44)

здесь p - давление жидкости на выходе, Па; p= (2,0...2,5)·105 Па;

- КПД напорного диска ( ~ 0,3);

N2 - мощность, необходимая для преодоления сил трения барабана о воздух, кВт,

(2.45)

здесь - плотность воздуха, кг/м' (=1,23 кг/м3);

F - общая пло­щадь поверхности трения барабана, м2.

(2.46)

здесь - окружная скорость барабана, м/с,

(2.47)

где N3 - мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения в под­шипниках, кВт,

(2.48)

здесь μ - коэффициент трения (μ=0,03 для шарикоподшипников);

- линейная скорость вращения вала, м/с,

(2.49)

где - диаметр вала, м.

3. 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. 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 — поставщика металла. Тор­цевые уплотнительные кольца барабана должны быть изготовлены из упругих полимерных материалов, резиновые уплотнения барабана—из пищевой резины только 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.

4. Прочностные расчеты

4.1 Расчет на прочность быстровращающейся обечайки барабана сепаратора

Одним из основных элементов конструкций сепараторов, центрифуг и другого оборудования являются цилиндрические или конические обечайки. В общем случае они находятся под совместным действием распределенных по поверхности инерционных нагрузок от собственной массы обечайки qс и массы обрабатываемой среды Рс, краевых сил Qс и момента М0.

Нормальные напряжения, возникающие в быстровращающихся обечайках от действия указанных нагрузок с другими в узлах их сопряжения с другими деталями ротора по формулам:

( 1 )

( 2 )

а на участках обечайки, отстоящих от края – по формулам:



и т.д.
1. Вычислить ωкр и проверить условие виброустойчивости ротора сепаратора.

Исходные данные: Вал закреплен на одной шарнирной и второй податливой опорах с коэффициентом жесткости н/м.

Моменты инерции барабана относительно осей Z и X соответственно:

Yz =40,1 кг/м²; Yx = 22 кг/м²; m = 240 кг; ω =108с‾¹.

Решение:

В связи со значительной податливостью опоры можно пренебречь податливостью вала и считать его абсолютно жестким. Тогда критическую скорость ротора можно определить по формуле:

раз/с; ( 3 )

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

2. Определить скорости цилиндра – конического ротора сепаратора и проверить прочность соединения обечаек ротора (барабана).

Исходные данные:

Внутренний диаметр барабана D = 2R = 640 мм, длина цилиндрической обечайки l = 385. Угол при вершине конической обечайки 2α = 90° С, диаметр загрузочного отверстия D0 = 0. Исполнительная толщина стенок цилиндрической и конической частей барабана S = Sк = 10 мм (принимаем). Рабочая угловая скорость барабана ω = 108 с‾¹. Плотность и температура обрабатываемой среды ρс = 1029 кг/м³, t = 60 °C. Материал барабана Х18Н10Т, p = 7850 кг/м³. Коэффициент Пуассона μ = 0,3. Прибавка к расчетной толщине стенки С = 1 мм. Коэффициент прочности сварных швов φ= 0,9.

Решение:

Допускаемое напряжение материала ротора при рабочей температуре МПа, где η = 1, МПа.

Допускаемое напряжение в зоне краевого эффекта

МПа.

Допускаемое напряжение в зоне краевого эффекта

[σ]р.кр = 1,3[σ]р = 1,3·152 = 197,6 МПа.
Расчет толщины стенок обечаек
1. Расчет толщины стенки цилиндрической обечайки сепаратора.

Толщина стенки цилиндрической обечайки сепаратора определяют по формуле:



Примем Sц = 12 мм.
Расчет толщины стенки конической обечайки
Толщина стенки конической обечайки равна:



Примем Sк = 12 мм.

Допускаемая угловая скорость цилиндрической обечайки, находим по формуле:



где ψ = 1-(R0/R)² = 1 (R0 = 0).


Допускаемая угловая скорость конической оболочки, находим по формуле:


Ротора цилиндро-конического:

[ω]k = min {[ω]ц ; [ω]к} = min {138,6 ; 101,34} = 101,34 раз/с;

Уравнения совместимости деформаций для узла соединения цилиндрической и конической обечаек барабана (рис) с учетом направления:



где для края цилиндрической оболочки при S = 12мм.

м;
;

;

м;

м;

;

раз;

раз,

для широкого края конической обечайки при Sк = S = 12 мм, α = 45°

;

;

;

н/м;

;

;

;

;

;

;

Подставив найденные значения раздельных и угловых деформаций в систему уравнений и упростив, получим:





Отсюда: краевая сила Q0 = 11301 н/м; краевой момент М0 = 518 Н.

Нормальные напряжения на внутренней поверхности края цилиндрической обечайки с учетом формул и направления действия нагрузок:

- Меридианалиное



- Кольцевое



-Эквивалентное

σэкв.ц = max {σmц;σtц} = max {30,155;26,66} = 30, 155 МПа.

Так как σэкв.ц < φ[σ]р.кр(30,155<0,9·197,6) = 177,84 МПа, то

Условие прочности края цилиндрической обечайки выполняется.

Нормальные напряжения на внутренней поверхности края конической обечайки с учетом формул и направления действия нагрузок:

- Меридиальное



- Кольцевое



- Эквивалентное

σэкв.к = max {σmк;σtк} = max {25,06;61,98} = 61, 98 МПа.

Так как σэкв.ц < φ[σ]р.кр(30,155<0,9·197,6<177,84)

σэкв.к < φ[σ]р.кр(61,98МПа<0,9·197,6<177,84), то условие прочности узла соединения цилиндрической и конической обечаек ротора выполняется.

5.1 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.

Значительный износ корпуса барабана и других деталей ротора сепаратора, а также наличие трещин на них привод к нарушению балансировки и появлению заметной вибрации. Вибрирующий сепаратор останавливают и не запускают в работу до тех пор, пока не будет обнаружена и установлена причина вибрации.

Часто изнашивается тормозной обод на барабане и тормозная лента. Тормозной обод обтачивают на станке, причем после каждого ремонта ротор подвергают статистической и динамической балансировкам. Изношенную тормозную ленту (накладки) заменяют. Надежные крепления тормоза на станине и кожухе, а также тормозных пружин регулярно проверяют; дефекты ликвидируют.

Отремонтированный сепаратор сдают в эксплуатацию после пробного пуска, при котором контролируют устойчивость вращения ротора, уровень шума, температуру подшипников, работу системы блокировки электродвигателя, тормоза и механизма запирания крышки.


Скачать файл (337 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации