Расчет и проектирование резервуара для производства кумыса

 

 

 

2.4 Информация  по патентам

Проанализировав некоторые  конструкции перемешивающих устройств, были выявлены их достоинства и недостатки.

В производстве кумыса мешалка  необходима для двух целей: во-первых, для перемешивания кобыльего молока с закваской; во-вторых, для насыщения продукта кислородом.

На основе всего этого  была поставлена цель снизить энергозатраты  на перемешивание. Эта цель достигается  тем, что мешалка снабжается аэраторами, благодаря которым время перемешивания уменьшится, а, следовательно, и энергозатраты.

Модернизация заключается в  оснащении мешалки аэраторами. Аэраторы представляют собой Г-образных патрубков  с расширениями. Патрубки расположены  внизу основания мешалки, расширения направлены противоположно вращению мешалки. На пустотелом валу в верхней части имеются отверстии.

Принцип работы устройства: при вращении мешалки за расширениями на концах патрубков создается зона разряжения, т.к. продукт вследствие вязкости не успевает сразу заполнить  пространство за быстро вращающейся мешалкой (рисунок 2 процесс аэрации продукта); из полости вала в продукт втягивается воздух, поступающий через отверстия в верхней части мешалки, поэтому продукт не только перемешивается, но и насыщается кислородом.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 Процесс аэрации продукта

1-расширение в патрубке, 2 - зона разрежения 

Обтекаемая форма патрубков  не препятствует продвижению мешалки  в продукте, но само наличие расширений увеличивает турбулентные потоки, возникновение которых также снижает время вращения, препятствует разделению кумыса на слои, способствует разрушению хлопьев казеина и превращению их в мельчайшие крупинки, а, значит, достигается однородность консистенции кумыса.

Лечебные свойства кумыса зависят от развития в молоке микрофлоры молочнокислых бактерий и дрожжей. В результате жизнедеятельности этой микрофлоры образуются молочная кислота, спирт, витамины, ферменты, аминокислоты, антибиотики и т.п. Вымешивание предложенным способом создает необходимые условия для развития микрофлоры, особенно дрожжей, т.к. среда их жизнедеятельности обогащается кислородом, что весьма необходимо для брожения при приготовлении кумыса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА РЕЗЕРВУАРА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КУМЫСА

 

 

Объем ванные . . . . . . . V=750 л;

Внутренний диаметр  ванны . . . . . D=1,1 м;

Высота ванны . . . . . . . H=0,905 м;

Высота перемешивающего  слоя . . . . h=0,632 м;

Диаметр лопастей мешалки . . . . . d=0,720 м;

Частота вращения мешалки . . . . . n=23 мин^-1;

Плотность кумыса . . . . . . ρ=1020 кг/м³;

Вязкость кумыса  . . . . . . μ=0,137·10³ Па·с;

Число зубьев шестерни  . . . . . z₁=143; z₂=18;

z₃=20; z₄=75.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 РАСЧЕТ РЕЗЕВРУАРА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КУМЫСА

Рисунок 3 Расчетная схема

4.1 Энергетический расчет

Мощность, расходуемая  на перемещение [4]:

                         _(4.1)

где - коэффициент сопротивления, зависящий от характера движения жидкости [4];

                                            _(4.2)

А и k – эмпирические коэффициенты, (А=6,8; k=0,2);

R_eм – критерий Рейнольдса [4];

                                    _(4.3)

 

μ – коэффициент динамической вязкости, Па·с;

d – диаметр окружности, ометаемой  краями лопасти мешалки, м;

n – число оборотов мешалки, c^-1;

z – число лопостей;

ρ – плотность перемешиваемой среды, кг/м³;

k_г – поправочный коэффициент [4];

                      _(4.4)

Мощность электродвигателя [4]:

                                  _(4.5)

где  β – коэффициент запаса мощности;

η_эд – КПД электродвигателя, 0,85..0,95;

η_м – КПД приводного механизма, 0,7..0,9;

Выбираем асинхронный  электродвигатель АИР71 В8

Удельные затраты на перемещение равны [4]:

,                                                (4.6)

где  - энергия, расходуемая на перемешивание мешалкой, Вт;

- масса продукта, кг;

                                           _(4.7)

где   - время перемешивания, с:

4.2 Кинематический расчет

Рисунок 4 Кинематическая схема

Определяем общее передаточное отношение:

                                                  (4.8)

где  – передаточное отношение первой зубчатой передачи;

  - передаточное отношение второй  зубчатой передачи.

                                                      (4.9)

                                                    (4.10)

                                     

4.3 Определение нагрузи  на основные рабочие органы

Давление на стенки ванны [5]:

                    _(4.11)

Расчетная толщина стенки ванны [5]:

                         _(4.12)

_{где  φ – коэффициент прочности сварного шва, 0,7..1,0;}

[σ] – допускаемое напряжение на растяжение для материала металла, МПа;

С – прибавка на коррозию, (1..3)10^-3м.

4.4 Прочностные расчеты, связанные с изгибом и кручением вала

При работе вал мешалки испытывает, главным образом, кручение. Расчетный крутящий момент с учетом пусковых нагрузок определяется по формуле [6]:

                                 _(4.13)

где К_д – коэффициент динамичности нагрузки (для лопастных мешалок К_д=2);

N_р – мощность, потребляемая мешалкой на перемешивание, Вт;

– угловая скорость вала мешалки, рад/с;

n – частота вращения вала мешалки, об/мин;

Оцениваем средний диаметр  вала:

где [τ] – допустимое кручение для редукторных и других аналогичных валов, (принимаем [τ] = (12 – 15) МПа).

Полярный момент сопротивления  сечения вала в опасном сечении  рассчитывается по формуле [7]:

                        _(4.15)

где D – диаметр вала, м;

 – коэффициентом пустотелости;

Прочность вала обеспечивается при выполнении условия прочности  на кручение [7]:

                             _(4.16)

где τ_кр – максимальное напряжение в сечении вала, Па;

[τ]_кр=0,5[σ]=0,5·196·10⁶=98·10⁶Па.

98·10⁶Па –допускаемое напряжение на кручение.

Следовательно, вал диаметром 30 мм выдерживает прилагаемый к нему крутящий момент:

_{Найдем  реакции в опорах:}

:

:

 

 

 

 

Проверка:

-R_A + R_B – F_t = 0

-295,112+782,901–487,789=0

M_A = 0

M_B = l₂∙R_B = 0,4∙782,901=313,16 H∙м

                   (4.17)

                   (4.18)

                                (4.19)

120,462 МПа <125,1 МПа – условие выполняется.

Расчет вала на жесткость

Расчет вала на жесткость  заключается в определении допускаемой  величины прогиба. Производится из следующего условия [7]:

J_max. £ [J] ,

где [J] – допускаемый прогиб вала, в том месте, где вал входит в аппарат, [J] = 0,1 мм [7]:

,                          (4.20)

где I – осевой момент инерции сечения вала, м ⁴;

- условие выполняется.

 

 

 

 

 

 

ВЫВОД

 

 

В процессе выполнения расчетно-графической работы были изучены основные требования к кумысу, физико-механические свойства, химический состав кумыса, устройство, назначение, требования к эксплуатации и принцип действия резервуара для производства кумыса. Был выполнен энергетический расчет, расчет кинематики привода, а так же прочностной расчет вала на скручивание и изгиб.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1.Шамаев, А.Г. Кумыс [Текст] / А.Г. Шамаев. – Уфа.: Китап, 2007 – 312с.

2.Ахатов, И.А. Молочное коневодство. Племенная работа, технологии производства и переработки кобыльего молока  [Текст] / И.А. Ахатова. – Уфа.: Гилем, 2004. - 323 с.

3.Сурков, В.Д. Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности [Текст] / В.Д.Сурков, Н.Н.Липатов, Ю.П.Золотин. – М.: легкая и пищевая промышленность, 1983. -432.

4.Аболмасов, Г.Ф. Примеры и задачи по курсу технологического оборудования предприятий молочной промышленности [Текст] / Г.Ф. Абсолмасов, Т.А Боушев, Ф.М. Тарасов, Р.Н. Шестов. – М., Л.: Машиностроение, 1966. - 288 с.

5.Остриков, А.Н. Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств [Текст] / А.Н. Остриков, О.В. Обрамов. – СПб.: ГИОРД, 2003.-352 с.

6.Луцко, А.Н. Прикладная механика [Текст]: Пособие по проектированию / А.Н. Луцко, М.Д Телепнев, В.М. Барановский, В.З. Борисов, В.А. Яковенко, Н.А. Марцулевич – Изд.3-е, перераб. и доп. – СПб.: Изд-во СПбГУЭФ, 2005. – 213с.

7.Варданян, Г.С. Сопротивление материалов с основами строительной механики [Текст] : учеб. пособие / Г. С. Варданян [и др.]. - М. : Изд-во АСВ, 1999. – 104 c.

8.Томбаев, Н.И. Справочник по оборудованию предприятий молочной промышленности [Текст] / Н.И Томбаев. – М.: пищевая промышленность, 1972-537с.

9.Остриков, А.Н. Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств [Текст] / А.Н. Остриков, О.В. Обрамов. – СПб.: ГИОРД, 2003.-352 с.