Методичка (Петров-Солдатенко). 8 семестр

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України Одеська національна академія харчових технологій Інститут механіки, автоматизації і комп`ютерних систем ім. П.М. Платонова

Кафедра технологічного обладнання

зернових виробництв

М Е Т О Д И Ч Н І В К А З І В К И

до практичних занять з курсу «Технологічне обладнання галузі» для студентів, напряму підготовки 6.050502, 6.051701

денної та заочної форм навчання.

Затверджено

Радою з напряму підготовки бакалаврів 6.050502 протокол № 4 від 11.11.2014 р та

радою підготовки бакалаврів 6.051701 протокол № 3 від 27.11.2014 р

Одеса ОНАХТ 2014

2

Методичні вказівки до практичних занять з курсу «Технологічне обладнання галузі» для студентів, напряму підготовки 6.050502, 6.051701 денної та заочної форм навчання. / Укладачі: В.М.Петров, Л.С.Солдатенко. За ред. О.І. Гапонюка. Одеса: ОНАХТ, 2014, 34 с.

Укладачі: В.М. Петров, канд.техн.наук, доцент,

Л.С. Солдатенко, канд.техн.наук, доцент.

За ред. Гапонюка О.І., д-ра техн.наук, професора

Відповідальний за випуск завідувач кафедри "Технологічне обладнання зернових виробництв", О. І. Гапонюк, д-р техн.наук, професор

3

У методичних вказівках наведені методики розрахунків технологічного обладнання, яке вивчається в курсі «Технологічне обладнання галузі». Також в додатках наведена довідкова інформація і приведені приклади виконання розрахункових робіт.

1.СЕПАРАТОРИ ПОВІТРЯНІ

1.1.Розрахунок повітряного сепаратора з вертикальним

каналом.

1.1.1.Мета і завдання розрахунку.

Розрахункове визначення основних параметрів повітряного сепаратора для очищення пшениці від легких домішок.

1.1.2. Початкові дані:

Продуктивність сепаратора Q, кг/годину. Ефективність очищення становить η, % , Зміст домішок в зерні в, % , Зміст нормального зерна у відходах а, %.

Фізико-механічні властивості пшениці: об'ємна густина ρ, кг/м3;

коефіцієнт внутрішнього тертя fвн ;

коефіцієнт зовнішнього тертя по сталевому ситу fзов , швидкість вітання пшениці vвіт , м/с,

швидкість вітання засмічених домішок vвіт-д , м/с.

Питоме навантаження, відповідно до рекомендацій, приймаємо q = 90 кг/(годину·см).

Пневмосепаруючий канал повітряного сепаратора має прямокутну форму з шириною 200 мм.

1.1.3. Схема розрахунку.

Технологічний процес у повітряному сепараторі відбувається наступним чином (рис.1а). Початкове зерно I надходить у завантажувальний патрубок 1, і по похилому лотку 2, через вантажний клапан 4, який створює підпір, що перешкоджає підсосу повітря, попадає в пневмосепаруючий канал 3. Зерновий шар повинен рівномірно розподілятися по всій довжині пневмосепаруючого каналу 3 і перетинатися повітряним потоком практично під прямим кутом.

Повітряний потік II, пронизуючи шар зерна, підхоплює легкі домішки і переміщує їх IV в осадову камеру, де вони відокремлюються від повітря.

Очищене зерно III падає вниз пневмосепаруючого каналу і виводиться через шлюзовий затвор.

1.1.4. Розрахунок.

Максимальну кількість домішок А (кг), що виділяються з зерна, визначаємо, знаючи зміст нормального зерна в відходах, а = 2 % від їх

4

маси; Б - масу домішок у початковій суміші, які могли бути виділені повітряним потоком,

Б = Q · в кг,

де в – кількість домішок у початковій суміші,%. Звідси

А = η·Б/(100·(1-а/100)), кг.

Геометричні розміри пневмосепаруючого каналу визначаємо виходячи з обраного питомого зернового навантаження q = 90 кг/ (годину·см) і заданої продуктивності Q, кг/годину.

Довжину каналу L (см) визначаємо за формулою: L = Q/q м.

Приймаємо довжину пневмосепаруючого каналу L м.

Виходячи з обраного зернового навантаження приймаємо ширину каналу В м.

Кут нахилу лотка введення зерна в даній конструкції повинен бути більше кута тертя і дорівнює

α > φ = arctgf.

Приймаємо α.

Ефективність очищення зерна повітряним потоком залежить від початкової швидкості vо надходження частинок в пневмосепаруючий канал і середній швидкості v повітряного потоку. Початкову швидкість надходження часток, згідно з рекомендаціями, приймаємо vо = 0,3 м/с.

Швидкість v повітряного потоку для очищення продовольчого зерна визначають, приймаючи з літератури швидкість вітання пшениці, vвіт = 9 м/с. Звідки маємо

v = (0,4...0,8)·vвіт м/с.

Приймаємо швидкість повітряного потоку рівну v = 6 м/с.

Витрату повітря в повітряному сепараторі Qп (м3/с) визначають, знаючи основні параметри повітряного сепаратора: ширина каналу В м; довжина каналу L м

Qп = В L v, м3/с.

Втрати тиску в пневмосепаруючому каналі Н (кгс/м2) визначають за формулою, знаючи витрати повітря Qп м3/хв і задаємося коефіцієнтом

опору, k = 0,08 кгс хв2/м8. Звідси

ΔH = k Qп 2 ,кгс/м2.

Втрати тиску в відокремлювачі ΔH1 (Па) визначаємо, приймаючи коефіцієнт аеродинамічного опору відокремлювача, ξотд = 3,7, швидкість повітря на вхідному патрубку, vвх = 10 м/с; густина повітря при нормальних умовах, ρпов = 1,2 кг/м3

ΔH1 = ξотд ρв vвх2/2 ,Па. Визначаємо сумарні втрати тиску в повітряному сепараторі:

Н = k1 (ΔH + ΔH1 ) ,Па.

Потрібну потужність приводу вентилятора N (кВт) визначаємо, знаючи витрати повітря і вибираємо ККД вентилятора (визначають за

5

характеристикою вентилятора) ηв = 0,5; ККД приводу при клинопасовій передачі ηп = 0,95. Звідси

N = Qв ·Н/(1000· ηв ·ηп) ,кВт.

Вибираємо по довіднику вентилятор типу ВЦП - 3, його паспортні дані: продуктивність Q = 0,55 м3/с, частота обертання n = 2500 хв-1, максимальний тиск Н = 1020 Па, потужність електродвигуна N = 2,2 кВт.

1.1.5. Висновок з розрахунку.

У результаті розрахунку знайдені геометричні розміри пневмосепаруючого каналу, розрахована потужність, необхідна для приведення вентилятора в рух за заданими кінематичними параметрами. За каталогами підібран електродвигун.

1.2. Розрахунок повітряного кільцевого турбосепаратора. 1.2.1. Мета і завдання розрахунку.

Розрахункове визначення основних параметрів повітряного кільцевого сепаратора для очищення пшениці від легких домішок.

1.2.2. Початкові дані:

Продуктивність сепаратора Q, кг/годину. Ефективність очищення становить η, % ,

Питоме навантаження приймаємо q, кг/(годину·см). Пневмосепаруючий канал повітряного сепаратора має кільцеву

форму з шириною 100 мм.

Інші параметри залишаються такими, як і в попередньому розрахунку.

1.2.3. Схема розрахунку.

Розглянемо технологічну схему повітряного сепаратора з кільцевим каналом (рис.1б). Спочатку зерно потоком I надходить через патрубок 1 на внутрішню конічну поверхню 2, з якої скочується в кільцевий канал 3. Повітряний потік II входить в сепаратор через кільцеву щілину 4, що дозволяє пронизати зерновий потік один раз і потім зустрітися з зерновим потоком в кільцевому каналі 3. Запилений потік повітря підхоплює також аеродинамічно легкі домішки і через патрубок 5 виходить потоком IV з сепаратора; швидкість повітряного потоку регулюється за допомогою клапана 6. Очищене зерно виходить потоком III через патрубок 7.

1.2.4. Розрахунок.

Максимальну кількість домішок А (кг), що виділяються з зерна, визначаємо, знаючи зміст нормального зерна в відходах, а = 2 % від їх маси; Б - масу домішок у початковій суміші, які могли бути виділені повітряним потоком

Б = Q · 0,02, кг.

Звідси

А = η·Б/(100·(1-а/100)), кг.

Розрахуємо довжину приймального фронту кільцевого канала при q = 100 кг/(годину·см) і В = 100 мм

L = Q/q , см.

7

2.3. Дані для розрахунку.

Продуктивність скальператора Q, тон за годину. Питоме навантаження на сито q, кг/м2·хв.

Діаметр ситового барабана Dб, м. Вибирається конструктивно, залежно від продуктивності скальператора.

Кут природного укосу зерна ψ, град. Вибирають по довідковій літературі.

Коефіцієнт тертя в підшипниках fп. Діаметр бігової доріжки підшипника dп, м.

Останні дані беруть з попередніх розрахунків і досвіду побудови даних зразків техніки.

2.4. Розрахунок.

Площа ситової поверхні

S = Q·1000/(60·q), м2.

Довжина сита

L = S·/π·Dб, м. Критична частота обертання ситового барабана

nкр = (30·√(2g/D))/π, об/мин. Робоча частота обертання ситового барабана

nр = к·nкр, об/мин, де к – коефіцієнт запасу, к = 0,4 - 0,6.

Після розрахунку робочої частоти обертання ситового барабана, визначають загальне передатне відношення між валом електродвигуна і валом ситового барабана i = nдв/nр.

По розрахованому передатному відношенню вибирають стандартне передатне відношення редуктора iр. Потім уточнюють частоту обертання ситового барабана

nб = nдв/ iр, об/хв. Уточнена частота обертання ситового барабана

ωб = π·nб/30 , с-1. Час t підйому продукту на висоту h

t = ψ/ωб, с. Визначимо радіус розташування центру мас зерна

Rо = Dб/2 - Dб/20, м. Висота підйому зерна до кута природного укосу

h = Rо·(1 - cosψ), м.

Визначимо потужність, необхідну для підйому зерна в барабані до кута природного укосу

N1 = Gз·h/t, Вт,

де Gз – сила тяжіння зерна на ситовій поверхні, Н.

Визначимо потужність, необхідну для підйому зерна в барабані вище за кут природного укосу до його обвалення

N2 = Gз· Rоsinφ·ω, Вт, де φ – кут підйому до обвалення, φ = ψ + ψ/2.

8

Потужність необхідна на подолання сил тертя ситового барабана об очисную щітку

N3 = Рщ·fщ·ωб·Dб/2, Вт,

Потужність необхідна на подолання сил тертя в підшипником вузлі ситового барабана

N4 = (Gз + Gб + Рщ)·fп·ωб·dп/2, Вт, Загальна потужність

N = N1 + N2 +N3 + N4, Вт.

Потужність електродвигуна з врахуванням к.к.д. редуктора (ηред) буде

Nдв = N/ηред, Вт.

2.5. Висновок за розрахунком.

В результаті розрахунку визначені основні конструктивні дані скальператора, необхідні для подальшого проектування. Окрім цього заздалегідь визначена потужність привідного пристрою що дозволяє вибрати по каталогу електродвигун.

3.СЕПАРАТОРИ СИТОВІ

3.1.Сепаратори з зворотно - поступальним рухом сит

Розглянемо схему ситового сепаратора з ексцентриковим (кривошипним) приводом представлену на рис. 3.1.

Електродвигун 1 через ремінну передачу, шківи 2, 4 і ремінь 3 кінематично пов'язаний з приводним валом 5. На валу 5 закріплений кривошип (ексцентрик) 6, який через шатун 7 шарнірно пов'язаний з ситовим корпусом сепаратора 8. У середині ситового корпусу 8 розташовують ситові рамки 9, умовно зображені у вигляді штрихової лінії під кутом β до горизонту. Сам ситової корпус підвішений на пружних підвісках 10 до корпусу сепаратора. Для врівноваження виникаючих при роботі сепаратора інерційних сил, на шківі 4 розташовують вантаж 11, що частково компенсує вищеназвані сили.

Початкові дані для розрахунку:

Q - продуктивність сепаратора, кг/с; γ - об'ємна маса зерна, кг/м3;

q - питоме навантаження на приймальні сита, кг/(годину·см), та інші. Враховуючи попередню обробку зерна в скальператорі, функціональна схема ситового сепаратора, за останній час, зазнала суттєвих змін і складається в основному з двох сит (сортувального, яке служить приймальним і підсівного). Послідовно встановлені сита

дозволяють відібрати із зернової маси великі й дрібні домішки.

Для сепараторів, що працюють в елеваторному режимі, рекомендують питоме навантаження на підсівне сита q приймати до 200 кг/ (годину · см) [1]. При цьому рекомендовані навантаження в млиновому режимі знижуються до 45-60 кг/(годину·см). Слід зауважити, що в даній літературі наведено графіки що показують ефективність роботи сепаратора від величини питомого навантаження.

9

Для сепараторів зі зворотно-поступальним рухом сит від ексцентрикового приводу ширина приймального (сортувального ) сита

B = 50,54 · Q + 527,5, мм, де Q - продуктивність сепаратора, тонн/годину.

Попередньо призначають ширину приймального (сортувального) сита. Враховуючи, що продуктивність сепаратора (тонн/годину) залежить від загальної ситової площі F, то останню можливо знайти з рівняння

F = 0,178 · Q + 2,933, м2 ,

Потім можливо знайти довжину L ситової поверхні, знаючи її ширину В.

Враховуючи, що середня швидкість руху зерна по ситу vср складає 0,3-0,34 м/с [2], знайдемо висоту початкового шару на ситовій поверхні

hc = Qс / (В · vср · γ ), м, де Qс - продуктивність сепаратора, кг/с,

γ - об'ємна маса зерна (з урахуванням розпушення), кг/м3. Навантаження на ситову поверхню сортувального сита складе

gс = 1000·Q/(0,75·В·L ), кг/(м2·годину).

При цьому враховується знаходження основної зернової суміші на ¾ довжини ситової поверхні. Враховуючи загальну кількість сит, і їх компоновку, вибирають загальну висоту ситового корпусу Нк, виходячи з умови установки під кожним ситом пристроїв для очищення сит, наприклад з поліуретановими кульками. Виконуючи конструктивну розробку ситового корпусу із заданими геометричними розмірами Bк, Нк і Lк, знаходять його масу спільно з ситовими рамами і ситами mc.

Тоді загальна маса ситового корпусу mк складе mк = km · mc , кг.

де km = 1,05 ... 1,10 - коефіцієнт, що враховує масу кронштейна приводного механізму і підвісок.

Отримані дані, дозволяють розрахувати масу продукту, що знаходиться на сортувальному ситі сепаратора

mпс = 0,75 · B · L · hc · γ / (2 · kр), кг,

а також тривалість його обробки на цему ситі tпс = mпс/Qс, с. Маса продукту, що знаходиться на підсівному ситі сепаратора

mпп = 0,75 · B · L · hc · γ / (2 · kр)+0,25·B · L · hc · γ / kр, кг. Загальна маса продукту

mп = mпс + mпп, кг.

Використовуючи результати проведених розрахунків, визначають параметри приводного механізму. Оскільки умови переміщення часток сипучого продукту по поверхні сита залежать від частоти коливань ситового корпусу, остання повинна забезпечити: переміщення частинок в сторону ухилу сит; виключити рух частинок проти ухилу сит; забезпечити умови виведення з отворів сита застряглих в них сходових частинок; забезпечити рух частинок по робочої поверхні сит без втрати контакту.

Частота коливань сит, що забезпечує рух частинок вгору по ситу, знаходиться за формулою

10

nв ≥ 30 · √ ( tg ( ψ + β ) / A ), кол/хв, де β - кут нахилу сит до горизонту, рад;

ψ - кут тертя матеріалу по ситу, ψ = arctg (f), рад; A - амплітуда коливань сит, м;

f - коефіцієнт тертя матеріалу по ситу.

Частота коливань сит, що забезпечує рух частинок вниз по ситу, може бути обчислена

nн ≥ 30 · √ ( tg ( ψ - β ) / A ), кол/хв.

Відрив частинок від робочої поверхні сит стає можливим при nо ≥ 30 / √ ( A · tg β ), кол/хв.

Вихід застряглих сходових частинок з отворів сита, якщо do < dч, досягається, при

nк ≥ 30/√((tgδ/A)·(1 +2·k/(A·( sin2δ +2f · sin2δ)))), кол/хв, де δ = ψ ' - β - кут викочування частинки з отвору сита, рад;

ψ ' = arccos ( do / dч ) - кут входу частинки в отвір сита;

do і dч - робочий розмір отвору сита і середній розмір частинок, м;

f і k - коефіцієнти тертя ковзання і кочення частинки по матеріалу сита, безрозмірна величина і метри.

Отримавши конкретні значення обмежувальних умов, можливо прийняти попередню величину робочої частоти коливань ситового корпусу, яка повинна задовольняти не рівнянням nн < nп < nв і nк < nп < nо,

де nп - попереднє значення частоти коливань ситового корпусу, кол/хв.

Для правильного вибору частоти і амплітуди коливань ситового корпусу слід скористатися рекомендаціями, викладеними в літературі [3]. При сепаруванні пшениці та жита, кінематичний параметр к повинен бути к = ω2·r = 12,5 - 16 м/с2. Тому обчислюють орієнтовне значення кутової швидкості обертання вала приводного механізму

ωп = π · nп/30, рад/с.

Потім, задавшись значенням кінематичного параметра к знаходять амплітуду коливань (А = r). Для поліпшення умов роботи приводного механізму, бажано вибрати режим осциляторного резонансу (не плутати з резонансом системи!). Він настає при частоті рівній

ωп = √ (с/М ), рад / с , де с - сумарний коефіцієнт жорсткості пружних підвісок, Н/м,

М - приведена маса сепаруючого кузова з шатуном, кг.

Якщо частота обертання приводного вала обрана, то можливо з цієї формули обчислити значення коефіцієнта пружних підвісок с. При цьому амплітудне значення змушуючої сили

Рвс = r·μ·с·√(с/М), Н,

де μ - коефіцієнт внутрішнього опору матеріалу підвісок, с. Розглянемо схему сепаратора з двома ситовими корпусами рис. 3.2. Електродвигун 1 через ремінну передачу, шківи 2, 4 і ремінь 3,

кінематично пов'язаний з приводним валом 5, встановленим на кронштейні