Пример расчета несерийного емкостного оборудования.

Требуется рассчитать бак для подогрева жира с механической мешалкой с числом оборотов n = 20 об/мин. Емкость бака m = 1200 кг. Минимальная плотность жира r = 900 кг/м³. Принимаем коэффициент заполнения h = 0,8.

Определяем полезный объем бака по формуле

 

м³, (16)

 

Принимаем отношение .

Тогда имеем ,

откуда находим величину D

 

м, (17)

 

затем высоту Н = 1,5 × 1,12 = 1,68 м.

 

Окончательные размеры бака принимаем: D = 1,1 м и Н = 1,7 м.

При выборе тепловых аппаратов и схем их работы пользуются указаниями, изложенными выше.

При разработке проекта производят расчет теплового оборудования с тем, чтобы уточнить производительность в зависимости от вида сырья и режимов его обработки; получить исходные данные для составления графика расхода пара; определить потребность в конденсатоотводчиках, конденсаторах, вакуум-насосах (для аппаратов, работающих под вакуумом), а также рассчитать диаметры паропровода и конденсатопровода.

При несерийном тепловом оборудовании рассчитывают поверхность нагрева аппарата, определяют конструкцию и размеры обогревательного элемента (змеевик, рубашка), толщину изоляции.

 

4. Подбор и расчет т ранспортных средств

 

Насосы.

Для транспортировки сырья, вспомогательных материалов и различных жидкостей в пищевой промышленности широко используют насосы различных конструкций. Выбор типа насоса зависит от физико-химических свойств перекачиваемого вещества и назначения насоса. Для густых и вязких жидкостей используют поршневые и ротационные насосы. Из насосов этого типа наибольшее распространение получили шестеренчатые. Для невязких жидкостей применяют центробежные насосы, которые имеют большую производительность при малых габаритах, просты по конструкции и обеспечивают достаточную равномерность подачи перекачиваемых веществ. Центробежные насосы монтируют так, чтобы они работали под заливом. Особенно это важно в тех случаях, когда транспортируется горячий продукт.

Для транспортировки рыбы широко используют центробежные и водоструйные насосы специальных конструкций, монтируемых в виде рыбонасосных установок. Для перегрузки густых и вязких продуктов из одного аппарата в другой применяют вытесняющие насосы. Для этого аппарат соединяют со сборником трубопроводом. В аппарате создают давление (подают пар или воздух), а в сборнике - разрежение (подключением к вакуум-насосу или с помощью парового эжектора). Перегрузка продукта происходит за счет разности давлений. Максимальную высоту подъема продукта определяют по формуле:

 

, (18)

 

где Н - высота подъема, м;

Р_а - давление в аппарате, кПа;

Р_сб - давление в сборнике, кПа;

r - плотность продукта, кг/м³.

 

Необходимую производительность насоса определяют исходя из его назначения. Так, насос, обслуживающий оборудование непрерывного действия, должен иметь производительность, равную производительности этого оборудования. Производительность насоса при оборудовании периодического действия зависит от емкости аппарата и времени работы насоса и определяется по формуле:

 

, (19)

 

где Q - производительность насоса, кг/ч;

m - емкость аппарата по перекачиваемому материалу, кг;

t - время работы насоса, мин.

 

Время работы насоса определяют на основе режима работы аппарата. Принимаемый к установке насос подбирают по производительности и типу, приведенным в каталоге.

Транспортеры.

Транспортеры по своему назначению подразделяются на технологические, на которых или у которых выполняются технологические операции, и транспортные, применяемые только для перемещения грузов (сырья, полуфабрикатов, вспомогательных материалов).

При расчете технологических транспортеров определяют рабочую длину, ширину движущего органа (например, ленты) и потребную мощность (при заданной скорости движения).

Чаще всего для этих целей используют ленточные транспортеры. Длину транспортера рассчитывают исходя из количества сырья или материала, поступающих на данную операцию и норм выработки рабочих. Длину одного рабочего места по фронту транспортера в метрах устанавливают в зависимости от характера операции:

работа без подсобных противней или тазов - 0,8 м;

работа с подсобными противнями или тазами - 1,2 м;

расфасовка со взвешиванием - 1,2 - 1,5 м.

Расстояние между приставными столиками принимается равным 0,6 м.

При одностороннем расположении рабочих длину транспортера определяют по формуле:

 

, (20)

 

где L – общая длина транспортера, м;

n – число рабочих, занятых на данной операции;

l - длина рабочего места по фронту транспортера, м;

l₁ = 1,5 ÷ 2,0 м - дополнительная длина транспортера для установки привода, натяжной станции и для обеспечения безопасности обслуживания транспортера.

 

При двухстороннем расположении рабочих (в шахматном порядке) длину транспортера определяют по формуле:

, (21)

 

Если над транспортером устанавливаются душевые точки для ополаскивания сырья или полуфабрикатов, то добавляют 1-1,5 м на души и 1-1,5 м для стекания воды.

При надобности (например, для выравнивания технологических линий) расчетная длина транспортера может быть увеличена.

Высота транспортера, как и высота столов для ручной обработки сырья, может быть принята равной 0,8 м. При необходимости, например для увязки с предшествующим или последующим оборудованием линии, транспортер может быть и более высоким. В этом случае вдоль транспортера устраивают настил или площадку для рабочих.

Ленточный транспортер

Производительность транспортера определяют по формуле

 

, (22)

 

где П – производительность транспортера, т/ч;

b – рабочая ширина ленты, м;

h – средняя высота слоя груза на ленте, м (на инспекционных транспортерах рыба должна укладываться в один слой);

u - скорость движения ленты, м/с (для инспекционных транспортеров скорость принимается равной 0,12÷0,15 м/с);

r - объемная масса (плотность) груза, т/м³;

k - коэффициент заполнения ленты в зависимости от материала или сырья (принимается равным 0,6÷0,8).

 

Так как потребная производительность и характер груза известны, то, задавшись скоростью движения ленты, определяют по приведенной формуле ее рабочую ширину b. Полная ширина определяется по формуле

 

, (23)

 

где В – полная ширина ленты, м.

Определив В, подбирают ленту, имеющую потребную или ближайшую большую ширину. Наиболее распространены размеры ленты (по ГОСТ): 300, 400, 500, 650, 800, 1200, 1400 и 1600 мм.

Для расчета ленточных транспортеров можно пользоваться и другой формулой:

 

(24)

 

где b – рабочая ширина ленты, м;

u - скорость движения ленты, м/с;

q – удельная нагрузка, кг/м².

 

При транспортировке рыбы q = 5÷14 кг/м².

 

Производительность ленточных транспортеров для штучных грузов будет

или , (25)

 

где П – производительность транспортера, т/ч или шт./ч;

u - скорость движения ленты, м/с;

m – масса единицы груза, кг;

а – расстояние между отдельными экземплярами, м.

 

Ширину ленты в этом случае определяют по размерам груза.

Если ленточным транспортером оборудован какой-либо аппарат, то между рабочей длиной ленты и ее скоростью существует следующая зависимость:

, (26)

 

где L – рабочая длина ленты, м;

t - время движения груза по ленте, соответствующее заданному времени процесса (например, время мойки, бланшировки), с.

 

Кроме определения габаритов транспортеров при проектировании определяют потребную мощность, рассчитывают окружную скорость приводного шкива, подбирают электродвигатель и составляют кинематическую схему привода.

Для определения окружной скорости приводного шкива используют формулу:

, (27)

 

где n – число оборотов приводного шкива транспортера, мин.

 

Потребная мощность для привода в движение транспортера в общем случае может быть определена по формуле:

 

, (28)

 

где N – потребная мощность, кВт;

П – производительность транспортера, т/ч;

L – длина транспортера, м;

Н – высота подъема (для наклонных транспортеров), м;

v_о – коэффициент сопротивления, (0,3¸0,8 для роликовых опор; 1,0¸4,0 при сплошной опоре);

h_м – коэффициент полезного действия передаточного механизма в пределах 0,6¸0,9.

 

При подборе электродвигателей по каталогу расчетную потребную мощность увеличивают на 10-100 %, так как применяемые в промышленности асинхронные короткозамкнутые электродвигатели развивают малый крутящий момент в период пуска, причем мощность увеличивается тем больше, чем меньше расчетная мощность.

Пластинчатые транспортеры

Их используют преимущественно на консервных заводах для подачи банок с продуктом от укладочных столов к наполнителям и закаточным машинам или подачи закатанных банок в автоклавное отделение.

Расчет пластинчатого транспортера аналогичен расчету ленточного транспортера для штучных грузов.

Скребковые транспортеры

Такого типа транспортеры применяют главным образом для транспортировки груза с подъемом, когда угол наклона ленты больше угла скольжения материала по ленте при транспортировке сыпучих материалов (льда, соли) и для перемещения сырья в жидкой среде.

Производительность скребкового транспортера рассчитывают по формуле:

 

, (29)

 

где П – производительность транспортера, т/ч;

f – площадь поперечного сечения желоба или площадь скребка, м²;

u - скорость движения ленты или цепи транспортера, которая принимается в пределах 0,2¸0,6 м/с;

r - объемная масса груза, т/м³;

k - коэффициент заполнения, равный 0,5¸0,8;

с – коэффициент, учитывающий наклон транспортера: для горизонтальных транспортеров равен 1; при наклоне транспортера до 10⁰ равен 0,85; при наклоне транспортера от 10 до 45⁰ равен 0,85¸0,40.

Элеваторы

Ковшовые элеваторы применяют для транспортирования сырья и материалов с крутым подъемом на значительную высоту.

Производительность ковшового элеватора определяют по формуле

 

, (30)

 

где П – производительность элеватора, т/ч;

u_к – емкость ковша, л; u - скорость движения ковша, м/с (принимается равной 1¸3 м/с);

r - объемная масса груза, т/м³;

k - коэффициент заполнения ковша, k = 0,6¸0,8;

а – шаг ковшей, м (обычно 2,3¸3,0 м в зависимости от высоты ковша).

 

При расчете потребная производительность элеватора обычно известна. Поэтому, определив необходимую емкость ковша, подбирают элеватор, а также составляют кинематическую схему привода. Данные об элеваторах приведены в таблице 4.

На консервных заводах широкое распространение получили элеваторы «гусиная шея», данные которых приведены в таблице 5.

Таблица 4. - Размеры ковшей элеваторов

Тип ковша	Ширина, мм	Высота, мм	Радиус закругления днища, мм	Емкость ковша, л
Глубокий				1,0
			3,2
			7,2
			14,0
			30,0
Мелкий				0,6
			2,4
			6,5
			14,1
			33,5

 

Для выбора элеватора составляют вертикальную схему расположения оборудования и устанавливают потребную высоту подъема груза. Включив в схему выбранный элеватор, определяют длину рассматриваемого участка производственной линии.

Таблица 5. - Элеваторы «гусиная шея»

Высота подъема, м	Длина, мм	Ширина, мм	Высота общая, мм	Число ковшей, шт.
1,5
1,7
2,5
2,75
3,0
3,5
4,0

 

Производительность элеватора «гусиная шея» определяют так же, как и ковшового элеватора.

Мощность N на валу элеватора с некоторым приближением можно определить по формуле

 

, (31)

 

где N – мощность на валу элеватора, кВт;

Q – производительность элеватора, т/ч;

Н – высота подъема груза, м;

q_о – масса 1 м тягового органа, кг;

u - скорость конвейера, м/с;

А, В, С – расчетные коэффициенты, зависящие от конструкции элеватора. Для элеваторов со сплошными ковшами можно принимать: А = 4,13; В = 0,8; С = 0,7. Для элеваторов с расставленными ковшами: А = 1,14; В = 1,3; С = 0,7.

 

Шнеки

Шнеки широко используют на пищевых предприятиях, а также для подачи соли и удаления отходов на других производствах. Шнеки являются составными частями некоторых видов оборудования (рыбопосольные агрегаты, шнековые смесители, шнековые прессы). Производительность шнека определяют по формуле

 

, (32)

 

где П – производительность шнека, т/ч;

D – наружный диаметр шнека, м;

d – диаметр вала шнека, м;

S – шаг шнека, м;

n - число оборотов шнека, об/мин;

r - объемная масса материала, т/м³;

j - коэффициент заполнения шнека, (0,125 – для крупнокусковых материалов; 0,3¸0,45 - для мелких сыпучих материалов).

 

При проектировании определяют основные размеры шнека в зависимости от требуемой производительности и характера материала. При этом принимают соотношение между шагом и диаметром шнека S= 0,4×D.

Если задано время пребывания материала в шнеке, например в шнековом смесителе, то длину его определяют из выражения

 

, (33)

 

где t - время перемещения груза шнеком в аппарате, мин;

l - длина шнека, м;

h- коэффициент, учитывающий скольжение и торможение материала при движении (может быть принят равным 0,8¸0,9).

 

Фрикционные транспортеры

Фрикционные транспортеры используют для подачи вверх пустых жестяных банок на консервных заводах. Они состоят из бесконечного ремня, натянутого на барабаны, и неподвижной стойки. Банки, находящиеся между ремнем и стойкой, перемещаются благодаря трению о движущийся ремень. Скорость движения банок примерно в два раза меньше скорости движения ремня. Производительность транспортера с учетом скольжения банки равна

 

, (34)

 

где П – производительность транспортера, шт./ч;

u - скорость движения ремня, м/с;

d – диаметр банки, м.

 

Так как потребная производительность и диаметр банки заданы, то при проектировании фрикционных транспортеров составляют кинематическую схему привода транспортера и определяют скорость движения ремня.

Рольганги и роликовые транспортеры

Гравитационные рольганги используют для механизации транспортных работ на сырьевых площадках, в уборочных отделениях на складах готовой продукции, а также для передачи штучных грузов с одной операции на другую в производственных линиях.

Диаметр роликов принимают 50-100 мм с тем, чтобы груз опирался не менее чем на три ролика; перемещение груза происходит благодаря уклону рольганга, который составляет 3-5⁰ на ровных участках и 5-8⁰ на закругленных. Радиус закругления рольгангов должен быть не менее 2 м.

Для перемещения сырья и материалов в крупной таре (ящиках, бочках) нередко используют приводные роликовые транспортеры. Все ролики таких транспортеров вращаются в одну сторону, обеспечивая перемещение груза. Расчет приводных роликовых транспортеров производится так же, как и ленточных транспортеров для штучных грузов.

Гидротранспортеры

Для транспортировки рыбы в смеси с водой широко применяются гидротранспортеры, которые подразделяются на напорные и лотковые (самотечные). Первые являются продолжением рыбонасоса и представляют собой трубы большого диаметра (100-250 мм), вторые – открытые желоба, расположенные в грунте (в полу или на некоторой высоте) и уложенные с уклоном в сторону движения воды.

Длину напорного транспортера определяют общей высотой подъема смеси рыбонасосом. При этом должно быть соблюдено условие:

 

, (35)

 

где Н – напор, развиваемый насосом, м вод. ст.;

Sh – суммарная высота подъема смеси, м;

Sk - сумма сопротивлений движению, м вод. ст.

 

При расчете напорных гидротранспортеров большое значение имеет скорость движения пульпы, которую определяют по формуле

 

, (36)

 

где Q – объем транспортируемой смеси, м³/с;

f – площадь поперечного сечения трубы, м².

 

Скорость движения пульпы должна быть в пределах 1÷2 м/с.

Лотковые гидротранспортеры применяются в комплекте с рыбонасосными установками в виде самостоятельных транспортных устройств.

Лотковый гидротранспортер представляет собой желоб прямоугольной, полукруглой и трапецеидальной формы, изготовленной из досок, бетона, стали, оцинкованного железа, пластмассы. Радиус закругления желобов должен быть не менее 3 м. В местах закругления уклон желоба увеличивают на 25-50 %. Во избежание переполнения желоба площадь рабочего сечения должна составлять не более 50 % площади его сечения.

При расчете гидротранспортера определяют вначале секундную производительность смеси (вода + продукт):

 

, (37)

 

где Q - производительность гидротранспортера, м³/с;

q - масса продукта, проходящего через транспортер, т/ч;

m - кратность расхода воды, которая принимается для мелкой рыбы 3÷4, для средней 4÷6, для крупной 6÷8;

r - объемная масса смеси, т/м³ (для смеси вода + рыба r = 1 т/м³).

 

Находят площадь рабочего сечения транспортера:

 

, (38)

 

где f - площадь рабочего сечения транспортера, м²;

u - скорость движения потока, м/с:

 

- для мелкой рыбы и отходов 0,7 ¸ 0,8;

- для средней рыбы 0,8 ¸ 0,95;

- для крупной рыбы 1,0 ¸ 1,2.

 

Для желоба полукруглого сечения определяют диаметр:

 

, откуда , (39)

 

где d - диаметр желоба, м.

 

Для желобов других форм определяют линейные размеры сечения желоба по соответствующим геометрическим формулам.

Уклон гидравлического транспортера можно определить по формуле:

, (40)

 

где q - ускорение силы тяжести, м/с;

R - гидравлический радиус, м;

а - эмпирический коэффициент, равный 0,037;

u - скорость движения смеси, м/с;

R - гидравлический радиус - отношение площади поперечного сечения потока f (м²) к смоченному периметру l (м), то есть

 

, (41)

 

Для полукруглого желоба гидравлический радиус выражается формулой

, (42)

 

Другие виды внутрицехового транспорта и механизации погрузочно-разгрузочных работ

Для спуска и подъема продукции, упакованной в коробки, ящики и бочки, и грузов, находящихся на тележках, клетках, в контейнерах, применяют люлечные элеваторы, грузовые лифты, электротали (электротельферы), которые выпускаются серийно.

Для перевозки различных грузов внутри цехов и между цехами применяют наземный (безрельсовый и рельсовый) транспорт, к которому относятся самоходные и несамоходные тележки, авто- и электропогрузчики, автомашины различных конструкций, а также рельсовый транспорт с платформами и опрокидывающимися тележками.