Педагогическая копилка_физика

Технологический комплекс с использованием шнекового питателя

ВВЕДЕНИЕ

Основное назначение дозирующего устройства обеспечить заданное количество материала по массе (или поддержание заданного расхода компонента) с определенной точностью. Питание компонентов является одной из важнейших операций технологического процесса приготовления теста.
К питателям предъявляются следующие основные требования:
определенная точность питания компонентов;
высокая производительность;
простота конструкции и высокая надежность работы узлов питателя и его системы управления.
По структуре рабочего цикла дозирование бывает непрерывным или порционным, а по принципу действия объемным или весовым.
Для порционного дозирования характерно периодическое повторение циклов выпуска дозы (порции) компонента. При порционном объемном способе дозирующее оборудование обычно отмеривает порцию при помощи мерной камеры заданного объема. Порционное весовое дозирование основано на отмеривании дозы определенной массы. При непрерывном объемном дозировании дозатор подает поток материала с заданным объемным расходом. Объемный способ дозирования конструктивно более прост, поэтому дозаторы, основанные на этом принципе работы, более надежны. Применение объемного метода существенно упрощает процесс дозирования жидких компонентов. Вместе с этим, объемное дозирование нередко характеризуется более значительной погрешностью в величине выдаваемых доз, что в отдельных случаях может ограничить его применение.
Многокомпонентное дозирование может осуществляться по следующим схемам.
Преимущества оборудования
1 Удобное регулирование
2 Непрерывная равномерная подача
3 Обнаруженная поверхность цинкового порошка маленькая, снижение возможности оксидации
Особенности оборудования
Питатель шнековый с ворошителем применяется для непрерывного и равномерного транспортирования и дозирования сыпучего сырья в различных технологических процессах, а также возможно применение в процессах перемешивания материалов.
Питатель шнековый используется в комплексе с промышленными установками и в технологических линиях с установленной дозировкой материала.
Достоинством питателя является отсутствие наружных вращающихся или подвижных узлов (за исключением привода) что приводит к минимальным затратам при техническом обслуживании.

Применение оборудования
Имеют простую конструкцию и надежны в работе.
Питатели могут применяться в горной, металлургической, строительной, химической, пищевой и других отраслях промышленности.
Принцип работы
При регулировании частоты вращения вала двигателя частотным преобразователем, достигается необходимая объемная дозировка по установленной технологии.
Бункер шнекового питателя оснащен ворошителем материала, основной задачей которого является исключение сводообразование и залегание продукта.

Последовательное дозирование компонентов в одном общем питателе.
Параллельное дозирование каждого компонента в отдельном специальном питателе (так называемые, дозировочные станции).
Первая схема используется, как правило, при порционном тестоприготовлении и является весьма простой и экономичной. Она обеспечивает меньшую металлоемкость и компактность установки. Однако длительность общего цикла дозирования из-за последовательного отмеривания компонентов велика. Это может снижать производительность тестоприготовительного оборудования.
Вторая схема применяется при непрерывном и порционном замесе тестовых полуфабрикатов. Она позволяет наиболее полно приспособить каждый дозатор к особенностям дозируемого компонента и, тем самым, повысить точность дозирования. Вместе с этим, нужно учитывать, что дозировочные станции такого типа более громоздки и имеют большую стоимость.
Упрощенная классификация дозаторов по структуре рабочего цикла и конструктивным признакам выглядит так:


1 ШНЕКОВЫЙ ПИТАТЕЛЬ
1.1 Общий вид шнекового питателя.


Рис.1. Шнековый дозатор
1 - приемное устройство;
2 - корпус шнека;
З - винт;
4 - вал.

Шнековые дозирующие машины (рис.1) применяют для подачи зернистых , мелкокусковых и порошкообразных продуктов в тех случаях , когда дополнительное измельчение шнеком отдельных частиц подаваемого продукта не имеет значения. Производительность регулируют, изменяя скорость вращения винта шнека для этого в приводном устройстве предусмотрен вариатор. Шнековые дозирующие машины можно устанавливать горизонтально и наклонно.
Применение шнеков в автоматических дозаторах трудносыпучих материалов.
Автоматизация производственных процессов производств ядерного топливного цикла нередко зависит от решения автоматизации процесса дозиро вания сыпучих компонентов. Решение этой проблемы имеет большое значение с точки зрения повышения производительности производства, улучше ния качества готовой продукции, а также освобождает ряд профессий от опасного для здоровья труда.
Оценку равномерности подачи ЗОУ шнеком, работающем на УП ВОУ, можно провести по изменению градуировочного коэффициента шнека, т. е. массы ЗОУ, перемещаемого за один оборот. Исследования показывают, что отклонение значений этого коэффициента от среднего достигает 77 %. Эта неравномерность может быть обусловлена зависанием порошка в бункере и неоднозначностью градуировочной характеристики шнека. Зависание порошка в бункере может происходить изза наличия больших углов откоса в бункере и механических препятствий для истечения порошка. Для устранения сводообразований промышленные шнековые дозаторы снабжаются отсутствующими в УЗ УП ВОУ ворошителями различной конструкции. Неоднозначность градуировочной характеристики шнека может быть связана с малой частотой вращения и с импульсным режимом его работы. Производительность шнека в непрерывном режиме работы выше необходимой, что и приводит к необходимости работы в импульсном режиме с малой частотой вращения. Указанные проблемы характерны для процесса дозирования ТСМ в целом, что затрудняет и ухудшает работу систем автоматизированного управления дозированием. Под дозированием понимается отмеривание и перемещение определенного количества материала. Величиной, характеризующей процесс дозирования, является расход. При работе дозатора в качестве устройства для равномерной подачи материала к аппаратам его называют питателем. Одна из важных характеристик дозирующих устройств – точность дозирования.
На точность дозирования влияет большое число факторов. К ним относятся погрешности, обусловленные изменением свойств материала под воздействием внешних факторов. Поэтому вы бор дозировочного оборудования определяется этими свойствами, требованиями к процессу и условиями эксплуатации.
Выбор конструкций отдельных элементов дозирующих установок и определение их параметров зависят от свойств тех насыпных грузов (НГ), для которых предназначена проектируемая установка. Ниже представлены требования, которым должны удовлетворять конструкции дозаторов ТСМ: а) возможность включения питателя под нагрузкой; б) быстрая блокировка в аварийных ситуациях; в) обеспечение требуемой производительности в широком диапазоне изменения свойств материала; г) надежность работы; д) минимальное число движущихся деталей; е) побудитель не должен препятствовать гравитационному выпуску; ж) незначительный из нос рабочего органа; и) низкая стоимость, простота обслуживания и низкая потребляемая мощность; к) устойчивость дозирования при постоянном расходе; л) малая инерционность; м) плавность регулирования производительности. Учитывая эти требования, а также требования, характерные для процесса фторирования ЗОУ, можно придти к выводу о наибольшей пригодности к указанному процессу питателей с вращательным движением рабочего органа. Действительно, гравитационные питатели просты и надежны, но из всех питателей дают наименьшую равномерность потока. Пневмотранспорт непригоден для указанного производства, так как аэрирующий агент нарушит нормальное течение процесса. Питатели с возвратно-поступательным движением рабочего органа не могут быть использованы в производстве гексафторида урана вследствие дискретности своей работы. Вибрационные питатели обладают тем недостатком, что реакция фторирования будет происходить в питателе, а не в реакторе, вызывая спекание частиц сырья. Ленточные и пластинчатые питатели имеют открытый транспортный тракт, что недопустимо при дозировании ЗОУ. Из питателей с вращательным движением рабочего органа наиболее пригодными для установки их в УЗ реакторов фторирования являются шнеки, т. к., в отличие от тарельчатых и барабанных питателей, могут транспортировать ТСМ. К тому же, они компактны и безопасны в работе и обслуживании. Таким образом, наиболее подходящими для дозирования ТСМ являются шнеки, т. е. дозаторы, установленные в настоящее время на УП ВОУ. Следовательно, причины недостатков в работе установки следует искать в условиях и режимах работы питателей. Поэтому авторами данной статьи были созданы экспериментальные установки, призванные выявить закономерности дозирования ТСМ, по физикомеханическим свойствам близких к ЗОУ. Таким материалом является цемент.

Рис. 2 Установка с горизонтальным шнеком
Первой была создана установка с горизонтальным шнеком, рис. 2. В результате проведения серии экспериментов была получена градуировочная характеристика установки, рис. 3. Видно, что характеристика линейна. Однако было отмечено, что массового истечения не происходит, т. к. по мере высыпания материала из бункера образуется канал истечения, который охватывает область лишь над первыми витками шнека. Эта область определяет эффективную площадь истечения, которая значительно меньше полной. Поэтому данный метод дозирования не может быть рекомендован к применению для создания автоматизированной системы дозирования ТСМ.

Рис.3 Градуировочная характеристика установки с горизонтальным шнеком.
Необходимость применения устройства, облегчающего эвакуацию материала приводит к идее о двухшнековой системе с применением питателя со сводообрушителем, расположенным вертикально и транспортирующем материал к горизонтальному шнеку, рис. 4.

Рис.4 Установка с двухшнековой системой.
Первые эксперименты на указанной установке показали, что, несмотря на весьма малый радиус отверстия истечения (8 мм), сводообразование ис ключено. Было обнаружено, что производительность установки зависит в большей мере от частоты вращения вертикального шнека. Поэтому в даль нейших экспериментах частота вращения горизонтального шнека оставалась постоянной, а исследовалась зависимость производительности установки от частоты вращения вертикального шнека. Результатом этих исследований является график градуировочной характеристики. Анализ результатов проведенных экспериментов выявил ряд особенностей работы модели УЗ. Было обнаружено, что зависимость производительности установки от частоты вращения вертикального шнека в целом носит нелинейный характер, а погрешность дозирования достигает 9,6 %. Поэтому установка с двухшнековой системой не удовлетворяет всем предъявляемым к ней требованиям и не может быть использована при создании системы автоматизированного управления процессом дозирования ТСМ. Наиболее подходящей для дозирования сыпучих материалов была бы установка, сочетающая в себе положительные качества обеих установок, описанных выше. Тогда приходим к идее об одно шнековой системе с вертикально расположенным шнеком, транспортирующем материал вниз, и ворошителем, укрепленным на нем. Установка отличается от предыдущей тем, что горизонтальный шнек демонтирован. Экспери менты, проведенные на данной установке, выяви ли, что образование сводов в бункере исключено, а градуировочная характеристика имеет в целом ли нейный характер. Однако имеет место очень большая неравномерность дозирования, выражающаяся в больших доверительных интервалах, рис. 5. То обстоятельство, что установка с вертикально расположенным шнеком пригодна для дозирования ТСМ, привело к необходимости ее более тщательного изучения. Однако вертикальные шнеки, транспортирующие материал вниз, не нашли широкого применения в промышленности, поэтому не существует методик их теоретического расчета.

Рис. 5 Градуировочные характеристики установки с вертикальным шнеком.
Таким образом, прежде чем начинать экспериментальные исследования особенностей дозирования ТСМ установкой с вертикально расположенным шнеком, необходимо выявить общие закономерности хранения и движения НГ, а также получить формулы для расчета теоретической производительности вертикального шнека, транспортирующего материал вниз.
Таким образом, исследовав питатели для дозирования трудносыпучих материалов и выделив из них те, которые наиболее полно удовлетворяют требованиям, предъявляемым условиями технологического процесса дозирования ТСМ, к применению в системе автоматизированного управления предлагается конструкция УЗ на основе вертикаль но расположенного шнека, транспортирующего материал вниз. Неоспоримыми преимуществами данной конструкции являются: во-первых, полное исключение сводообразования; во-вторых, возможность точного дозирования ТСМ через малые отверстия; в-третьих, простота конструкции с применением лишь одного привода, без применения дополнительных редукторов. Кроме того, конструкция обеспечивает возможность включения установки под нагрузкой, а также устойчивое дозирование, малую инерционность, плавность и линейность регулирования производительности, что делает ее применимой для автоматизированного управления технологическим процессом дозирования трудносыпучих материалов. 2. РАСЧЕТ ШНЕКА ДОЗАТОРА

2.1 Конструктивный расчет валка

Общая производительность: 5,0 кг/с = 5000 кг/ч = 5000/800*=0,00625 м3/с
Задаемся двумя параметрами D и d – внешний и внутренний диаметр валка.
Толщина валка, м.

Из условия обеспечения производительности находим частоту вращения валка, с-1.



где
· – коэффициент заполнения валка продуктом. Принимаем
·=0,8.
Н - шаг валка, м.
Н = 1.5·d=1,5*0,08=0,12 м

Коэффициент осевой подачи продукта к,

к=1,001446

Угол подъема винтовой лопасти по среднему диаметру валка определяется по формуле.


где Rос- осевой радиус, м .

м

Длина валка определяется по формуле, м.

L = 10 ·d =10*0,08=1,32, Число витков валка.



2.2 Расчет валка оптимизаций для смесителя

Величина действительного перемещения комбикормов по мешалке за один оборот мешалки.

м

где V – массовая производительность, кг/c.

Пм = V ·
·2 =0,00625*800=5 кг/с


·2 - плотность комбикормов. Принимаем
·2 = 800 кг/м3.

· – угловая скорость определяется по формуле, рад/с ,

· = 2 ·
· · n=2*3,14*1,850464=11,62681 рад/с
n – частота вращения, с-1.
Fк – площадь поперечного сечения камеры, м2.
Fк =
· · D2 –
· · d2 =0,056549 м2

Полная производительность, кг/сек.



S- величина шага,м
S=0,12м
P2-насыпная масса, кг/м3
P2=800 кг/м3

Потребляемая мощность , Вт.

Вт.

где
·пер – К.П.Д. нагнетающего шнека. Принимаем
· = 0.65

Мощность потребляемая электродвигателем, кВт.

кВт.

где
·дв - коэффициент полезного действия электродвигателя, Принимаем
·дв = 0.75

2.3 Расчет массы шнека машины

Размеры заготовки, м.
D0 = d0 + (D-d) =0,09 +(0,24-0,08)=0,295 м,
м

где D – внешний диаметр витка, м.
d – диаметр вала, м.
H – шаг витка
Угол выреза определяется.

град

Масса витка 1 шага, кг.

кг

где
· – толщина витка шнека, м.

·м – плотность металла. Принимаем
·м = 7800 кг/м3.
Масса шнековой навивки, кг.

кг

где L – длина шнека, м.

Масса шнекового вала, кг.

кг
Масса шнека машины, кг.

Моб = Мшн + + Мв = =267,33995+20,84742=167,0933 кг

где Мшн – масса шнековой навивки, кг.
Мв - масса шнекового вала, кг.

2.4 Энергетический расчет

Потребляемая электродвигателем мощность, кВт.



где – мощность, снимаемая с вала электродвигателя;

·дв - коэффициент полезного действия электродвигателя;
3. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

С точки зрения экономических требований стоимость проектирования, изготовления и эксплуатации машины должна быть наиболее низкой.
Аппараты, удовлетворяющие эксплуатационным и конструктивным требованиям, неизбежно отвечают также и экономическим требованиям. При внедрении новой техники и более современных аппаратов может случиться, что самый современный аппарат окажется более дорогим. Однако в этом случае, как правило, стоимость эксплуатации аппаратов уменьшается, а качество продукции улучшается, и, таким образом, внедрение нового аппарата становится целесообразным. Более подробно экономические требования рассматриваются в курсах организации производства и экономики промышленности. При проектировании аппарата необходимо стремиться к тому, чтобы процесс, протекающий в нем, осуществлялся в оптимальном варианте. Задача оптимизации заключается в том, чтобы выбрать такой вариант, при котором величина, характеризующая работу аппарата и называемая критерием оптимизации, имела оптимальное значение. В качестве критерия оптимизации чаще всего выбирают себестоимость продукции и приведенные затраты. В таком случае перед проектировщиком ставится задача – спроектировать аппарат с такими данными, которые обеспечат минимальные приведенные затраты или минимальную себестоимость продукции. Главнейшим этапом оптимизации после выбора критерия оптимизации является разработка метода расчета и составление математической модели аппарата. Пользуясь этой моделью, при помощи компьютера находят оптимальный вариант решения.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Антипов С.Т., Кретов И.Т. и др. Машины и аппараты пищевых производств [Текст]. В 2 кн. Кн. 1:Учебник для вузов / С.Т. Антипов, И.Т. Кретов и др. Под. ред. Акад. РАСХН В.А. Панфилова. – М.: Высш. шк., 2001. – 703 с.
2. Прессы пищевых и кормовых производств. Под. редакцией засл. Деятеля науки и техники РСФСР, д-р техн. наук проф. А.Я. Соколова. М.: « Машиностроение» 1973, 288 с.


















13 PAGE 141015










'Заголовок 1,Заголовок 1 Знак, Знак Знак Заголовок 2 Заголовок 3 Заголовок 415

Приложенные файлы


Добавить комментарий