Определение конструктивных параметров насосного блока и расчет мощности на привод

4. Определение конструктивных параметров насосного блока и расчет мощности на привод

 

Из производительности плунжерного гомогенизатора П, м³/с

П=(π·d²·/4)·s·n·z·φ;

Где d-диаметр плунжера, м

S- ход плунжера, м

n- частота вращения, с^-1

z=3- число плунжеров,

φ- 0,85 –КПД насоса.

Найдем диаметр плунжера

d=

Мощность, необходимая на привод, определяется по формуле для расчета мощности насосов:

N= (15)

 

V-объемная производительность гомогенизатора, м³/с

Ρ-1011 – плотность продукта, кг/м³

С=3850 –массовая теплоемкость продукта, Дж/(кг·К)

N==13.7кВт.

Т₁=

Отсюда

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)=637,32мм

Значение диаметра шкивов выбираем из стандартного ряда:

d₁=250мм, d₂=710мм

Межосевое расстояние а предварительно вычисляем по формуле:

а=0,55(d₁₊ d₂)+h; (21)

h-высота ремня, мм

а=0,55(250+710)+13,5=541,5мм

Длина ремня

L=2·541.5+3.14(250+710)/2+(710-250)²/4·541.5=2687.89мм

Длину клиновых ремней уточняют по стандартному ряду: L=2800

Затем пересчитывают межосевое расстояние по формуле:

а=602,5

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:

 ;;;(27)

Где е –основание натурального логарифма;

f-коэффициент трения ремня по шкиву;

=2284,74Н

Сила натяжения в ремне создают нагрузки на валы. Равнодействующая этих сил:

F_b=

F_b=

Напряжения в ремне. В ведущей ветви ремня возникает наибольшее напряжение растежения:

σ₁=F₁/A

σ₁=3067.8/230=13.34 Н/мм

Наибольшее напряжение изгибы возникает на ведущей шкивы:

σ_u=Eδ/d_1,(30)

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:

;(31)

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; (32)

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

Сu-коэффициент, учитывающий передаточное число;

C_l- коэффициент, учитывающий длину ремня;

С_α- коэффициент, учитывающий угол обхвата,

C_p- коэффициент, учитывающий режим и характер работы.

Коэффициент, учитывающий длину ремня:

C_l=

L₀-базовая длина клинового ремня:

C_l==0,86

Р_р=6,02·0,868·1,14·0,96·0,8=4,57 кВт.

Передаточное число ремней в передаче:

Z=(36)

Где Р-передаваемая мощность, кВт

-коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между ремнями.

Значение коэффициента принимают в зависимости от предварительного числа ремней, из следующих соотношений:

z¹ 1 2..3 4…6

 1 0,95 0,9

Предварительное число ремней:

z¹ =Р/Р_р (35)

z¹ =15/4,57=3,3

z≥=3,64

рекомендуется принимать z≤6, поскольку из-за погрешностей изготовления длины ремней разная и нагрузка между ними распределяется неравномерно.

Расчет на долговечность .Основная причина усталостного разрушения ремня - циклически изменяющиеся напряжения, существенно зависящие от базового числа циклов изменения напряжений N_оц и фактического числа пробегов ремня за время эксплуатации:

N_оц=3600·а Т₀·λ, (36)

Где а-число шкивов,

Т₀-наработка ремня, ч

 λ-частота циклов изменения напряжений, равная частоте пробегов ремня в секунду.

Наработка ремня, ч

Т₀=()^m·; (37)

Где  -предел выносливости, соответствующий базовому числу циклов изменения напряжения;

m-опытный показатель;

=1

=2- При периодически изменяющихся нагрузках от 0 до номинального значения.=1,5 =2,1

Т₀=()⁸·

N_оц=3600·2·0,4· =9850,6

Шкивы ременных передач. Конструкция шкива зависит от его размеров, материала и типа передачи. Шкивы изготавливают из чугуна, стали, легких сплавов и пластмасс. Основные размеры шкивов – диаметр и ширину обода рассчитывают, остальные размеры определяют по рекомендациям ГОСТ 17383-73 для плоских ремней и ГОСТ 20889-88 для клиновых ремней нормальных сечений.

Ширина шкива клиноременной поликлиновой:

М=(n-1)l+2f; (38)

n-число канавок на шкиве.

М=(4-1)·25,5+2·17=110,5мм

Толщина обода чугунных шкивов клиновых передач:δ=(1,1…1,3)h ; (39)

δ=(1,1..1,3)·1,43=17,16 мм.

 

5. Выбор и расчеты вспомогательного оборудования

1.  Выбор эл. двигателя.

Из расчетов, произведенных ранее, нам известна мощность, которая необходима для привода гомогенизатора. Из этого условия выбираем эл. двигатель. [5, стр 384, т. 1] АИР180М8; номинальная мощность P=15 кВт, асинхронная частота вращения n=732 мин^-1; T_max/T_nom=2.2.

 

6. Расчет привода

 

Передаточное число является одной из основных характеристик передачи. Общее передаточное число привода:

где n – асинхронная частота вращения эл. двигателя, мин^-1;

n_п – частота вращения приводного вала машины, мин^-1;

Для привода выбираем ременную передачу. Ременные передачи широко используются в с/х машинах в тех случаях, когда вал расположены на значительных расстояниях. Их относят к передачам трения с гибкой связью. Нагрузка передается за счет сил трения, возникающих между ремнем и шкивами. Необходимые силы трения создают натяжением ремня, для чего используют различные натяжные устройства.

Передача состоит из трех основных элементов: шкивов и ремня. По форме поперечного сечения ремня различают плоскоременную, клиноременную, поликлиновую, круглоременную, зубчато – ременную передачу. Преимущества ременных передач: простота конструкции и обслуживании, плавность, бесшумность, высокий КПД, отсутствие смазки, невысокая стоимость, защита от перегрузок. К недостаткам передач относятся: значительные габаритные размеры, переменная передаточное число из-за проскальзывания ремня под нагрузкой, повышенные нагрузки на валы и опоры, низкая долговечность, электризация ремня. Выбираем клиноременную передачу.

Критерии работоспособности и расчета. К основным критериям работоспособности ременных передач относятся тяговая способность (надежность сцепления ремня со шкивом) и долговечность ремня, характеризуемая его усталостной прочностью. Проектный расчет выполняют по первому критерию, проверочный – по второму.

Геометрические параметры. Диаметр ведущего шкива клиноременной передачи определяют по формуле:

где с – коэффициент пропорциональности: с=38…42 для ремней нормального сечения, с=20 для ремней среднего сечения, с=30 для поликлиновых ремней.

Угловую скорость найдем:

Вычислим:

Заключение

 

Проведя работы над разработкой гомогенизатора молока, я изучил конструкции аппаратов пищевой промышленности и протекающие в них процессы, также провел обзор аппаратов соответствующих тематики, их анализ вывел преимущество и недостатки на основании расчетного поиска. В результате технологических расчетов я разработал гомогенизатор, характеристика которого: производительность 1,9 м³/ч, давление гомогенизации 20 мПа, температура поступающего продукта 60-80 ⁰С, число плунжера -3, ход плунжеров -40мм, число ступеней гомогенизации -2; давление подачи продукта 0,66-0,1 мПа; установленная мощность – 15кВт; габаритные размеры: 1430+1110x1640; масса 1600 кг.

Размеры клапана: h_км=0,001 м;d_км=0,0084 м.

Скорость движения жидкости в щели клапана составляет 197 м/с; усилие затяжки пружины при давлении гомогенизации 20 мПа, составляет 4000 Пам², диаметр плунжеров составляет 40 мм.

Исходя из расчетов, гомогенизатор удовлетворяет технологическим, техническим, экономическим и др. требованиям.

Литература

1.  Курочкин А.А., Лященко В.В., «Технологическое оборудование для переработки продукции животноводства»

2.  С.А. Бредихин « Технология и техника переработки молока»

3.  Сурков «Технология и техника переработки молока»

4.  Зимняков В.М. «Практикум по основам расчета и конструирования машин и аппаратов перерабатывающих производств».

5.  М.И. Ерохин «детали машин и основы конструирования».

6.  Панфилов В.А. «Машины и аппараты пищевых производств»

7.  Г.Р. Кавецкий, Б.В. Васильев «Процессы и аппараты пищевой технологии».

8.  Г.К. Крусь «Технология молока и молочных продуктов»

9.  Кошевой Е.П. « Практикум по расчетам технологического оборудования пищевых производств» ,-СПБ, ГИОРД, 2007.

10.  Евдокимов И.А., Чаблин Б.В., «Практикум по механическому оборудованию предприятий общественного питания.» -М.: ДеЛи принт, 2007.