 |
Диафрагменные насосы. Принцип действия
|
|
|
|
Воздушные насосы диафрагменного типа, один из которых показан на рис. 10, предназначены для бережного перекачивания продукции. Давление на их выходе пульсирующее, причем с изменением напора продукта на входе изменяется пропускная способность насоса, в то время как давление воздуха остается неизменным. Поэтому эти насосы больше используются для транспортировки продукции и гораздо реже – в технологических процессах. Диафрагменные насосы с механическим приводом часто используются в качестве дозирующих.
Диафрагменные насосы – это объемные насосы двукратного действия с двумя камерами. Сжатый воздух, необходимый для привода насоса, проходя через регулировочный клапан, поочередно надавливает сзади на каждую диафрагму. Таким образом, продукт поочередно выталкивается из камер насоса. У диафрагмы имеется дополнительная функция – отделение перекачиваемого продукта от сжатого воздуха. Поскольку и у сжатого воздуха, и в насосных камерах во время каждого хода поршня преобладает одинаковое давление, сами диафрагмы не испытывают на себе никаких воздействий перепадов давления. И в этом одна из причин долговечности диафрагм. Сокращением диафрагмы создается вакуум, и перекачиваемый продукт засасывается в камеру. Одновременно сокращается объем другой камеры, и продукт выводится через выпускной обратный клапан. Обе диафрагмы соединены общим штоком, и поэтому всегда, когда в одной из камер происходит всасывание, из другой продукт выталкивается. Во время каждого цикла сжатый воздух выполняет две роли: опорожнение насоса и заполнение его очередной порцией перекачиваемого продукта.
Рис. 10 Диафрагменный насос.
Открытый шариковый клапан во время впуска 2 Втягивающая диафрагма
|
|
|
Нагнетающая диафрагма 4 Закрытый шариковый клапан в качестве дозирующих.
Шланговые насосы
Эта разновидность насосов (см. рис. 11) может использоваться для перекачивания и сравнительно точного дозирования продуктов. В заполненном смазкой корпусе насоса вращается ротор, который сдавливает шланг роликами. Отделы всасывания и опорожнения наглухо закрыты друг от друга. Во время вращения жидкая или газообразная среда, находящаяся внутри шланга, перекачивается в нижний выпускной штуцер. Это создает вакуум на входе, и продукт засасывается в насос. Этот насос относится к типу самовсасывающих насосов и поэтому пригоден для забора соковых концентратов и обезвоженного молочного жира из бочек. Объем между роликами равен половине объема, перекачанного за полный оборот. Это количество во время вращения постоянно направляется к выпускному штуцеру, и в то же время аналогичная порция поступает в насос через впускной штуцер.
Рис. 11 Рабочий цикл шлангового насоса.
Контрольные вопросы:
1. В чем заключается принцип работы центробежных насосов?
2. Какова область применения центробежных насосов?
3. Какие Вы знаете способы регулирования потоков?
4. В чем заключается принцип действия и область применения водокольцевых насосов?
5. В чем заключается принцип действия и область применения объемных насосов?
6. В чем заключается принцип действия и область применения лопастно-роторных насосов?
7. В чем заключается принцип действия и область применения поршневых насосов?
8.В чем заключается принцип действия и область применения диафрагменных насосов?
9.В чем заключается принцип действия и область применения эксцентрико-винтовых насосов?
10.В чем заключается принцип действия и область применения шланговых насосов?
Лабораторная работа №8
|
|
|
Тема: «Гидромеханическое формование вязко-пластичных масс»
Введение
Процесс формования пищевых масс заключается в придании продукту определенной формы и размеров Разнообразие свойств пищевых продуктов и качество их поверхности обуславливает многообразие способов формования, дробление, резание, экструзия, гранулирование, штамповка, отсадка, вакуумирование, виброформование, округление и брикетирование.
Одним из наиболее распространенных способов формования является экструзия или выпрессовывание жгута продукта через профильное отверстие Формование экструзией имеет ряд преимуществ: высокоскоростная поточность процесса, широкий диапазон назначения от дозирования продукта до его прессования, совмещенного с процессами смешивания и гомогенизации. С этих позиций перспективным является развитие шнековой экструзии, имеющей следующие преимущества, отсутствие пульсаций продукта, относительная легкость регулирования производительности экструдера, возможность смешивающего и гомогенизирующего воздействия.
Цель работы:
1. Изучить кинетику процесса экструзии в шнековом экструдере.
2. Определить объемную массу исходного продукта методом погружения.
3. Изучить виды экструдеров. Их отличительные особенности, сходства.
4. Произвести расчет производительности экструдеров.
5. Изучить понятие расходно-напорной характеристики шнеков
Экструзионные прессы или экструдеры применяют для всех видов вязко-пластичных масс, начиная от фаршей и кончая сметаной. При этом применение того или иного вида нагнетателя обусловлено реологическими свойствами продукта. Поршневые, валковые и пластинчатые экструдеры применимы для формования масс нежной консистенции низким давлением от 0,5 до 2 атмосфер.
Применение шнековых, винтовых и шестеренных экструдеров обусловлено либо необходимостью создания высокого давления, либо дополнительным гомогенизированием пищевых масс. При этом высокое давление требуется для создания прочной структуры отформованного жгута и удаления газовых включений. Дополнительное гомогенезирование применяется в молочной промышленности при производстве животного масла. Данная группа экструдеров в силу сверх интенсивного воздействия на продукт требует обязательного 
охлаждения для оптимального темперирования продукта по всему объему. Если экструдер служит лишь для транспортирования продукта без создания избыточного давления в зоне предматричной камеры, он носит название нагнетателя. Формы и размеры предматричной камеры зависят от свойств перерабатываемого материала, типа и размеров нагнетающего механизма и способности не создавать пульсации продукта при отсутствии застойных зон.
|
|
|
Наиболее распространенными являются шнековые экструдеры (Рис.1), обеспечивающие непрерывный поток при возможном регулировании давления в камере в значительном диапазоне от 0,1 до 300 атмосфер изменением скорости вращения вала шнека, сменой матрицы и нагнетателя. Недостатками этих экструдеров являются сложность санитарно-технического обслуживания и ремонта. Основными характеристиками шнека являются диаметр винтовой нарезки и вала; геометрический критерий, характеризующий отношение длины шнека к диаметру винтовой нарезки (λ/D = 6…13), шаг шнека и угол наклона винтовой линии. Эти параметры шнека в первую очередь определяют расходно-напорную характеристику, которая выявляет зависимость производительности экструдера от давления нагнетания и, следовательно, определяет мягкость режима обработки пищевых продуктов. Для выявления результирующей расходно-напорной характеристики определяют эмпирическим путем зависимость производительности экструдера от давления нагнетания при изменении одного рабочего параметра (Рис.2): глубины нарезки винтовой линии (h), длины и шага шнека (L и S), частоты вращения вала шнека (п).
Анализируя полученные зависимости, можно вывести уравнение производительности шнековых экструдеров, м3/с:
(1)
где D – внутренний диаметр камеры нагнетания, м;
В, Н – высота и толщина формующего канала, м;
Р – давление нагнетания, Па;
m – коэффициент динамической вязкости продукта, Па·с;
a – угол подъема винтовой линии;
– коэффициент формы сечения матрицы, м3. (2)
F – площадь поперечного сечения канала, м2;
|
|
|
L – длина канала, м;
П – периметр канала, м2;
– круглое сечение;
D – диаметр канала, м;
– коническое сечение; (3)
Dн, Dк – начальный и конечный диаметры канала, м;
– кольцевое сечение; (4)
Rн, Rв – наружный и внутренний радиусы канала, м;
– щелевое сечение; (5)
b, h – ширина и высота канала, м;
f – удельная площадь поперечного сечения канала.
Поршневые экструдеры занимают после шнековых ведущее место при производстве продуктов питания, особенно в малотоннажных производствах. Это связано с простотой конструкции и легкостью обслуживания. Единственным недостатком поршневых экструдеров является цикличность процесса и, следовательно, пульсационность потока.
Расчет поршневых экструдеров, как и шнековых ведут по расходно-напорной характеристике. И в общем случае можно производительность рассчитывать по формуле 1, приняв, что при отсутствии винтовой линии угол подъема равен 0.
Шестеренные экструдеры (Рис. 3) также как и шнековые характеризуются интенсивным воздействием на продукт. Однако их недостатком является сложность эксплуатации и пульсационность потока. В результате их применение ограничено упруго-вязкими массами, требующими значительной проминки.
(6)
где b – ширина шестерни, м;
z – число зубьев;
mz, a0 – модуль и угол зацепления;
Кп – коэффициент зацепления;
п – частота вращения шестерен, об/с.
Пластинчатые экструдеры (Рис. 4) обладают минимальным воздействием на продукт при повышенной пульсации потока экструдата. Этим обусловлено ограниченное применение экструдеров. В основном их используют в качестве дозаторов для продуктов нежной консистенции.
При работе дозаторов только как транспортирующих устройств их производительность рассчитывают по следующей формуле:
(7)
B, h, d – ширина, высота и толщина пластин, м;
D – внутренний диаметр рабочего корпуса;
К1 – число пластин;
п – частота вращения ротора, об/с.
При работе дозаторов в качестве экструдеров, то если при необходимости создания минимального давления, в формуле производительности учитывается эксцентриситет, обеспечивающий уменьшение зазора между корпусом и ротором.
(8)
w – угловая скорость ротора, с-1;
R – радиус ротора, м;
е – эксцентриситет, м.
Вальцовые экструдеры в отличие от пластинчатых позволяют избежать пульсационности потока экструдата, но вместе с тем требуют повышенного внимания к выбору экструдируемого продукта. Это связано со значительным контактом вальцов с продуктом на незначительной в объеме продукта площади. В результате вальцовые экструдеры применяют для экструдирования продуктов нежной консистенции с пониженными адгезионными свойствами. Кроме того, для снижения продолжительности контакта громоздкие вальцы заменяют несколькими парами вальцов меньшего диаметра. Расчет производительности этих аппаратов можно вести по формуле 8.
|
|
|
Рабочую камеру шнекового экструдера можно условно разбить на три зоны: транспортирующую, уплотняющую и прессующую Первая зона предназначена для равномерного распределения продукта в шнековой камере. Во второй зоне происходит уплотнение продукта с частичной деформацией его частиц и вытеснением воздуха при одновременном перемешивании. Последняя зона обеспечивает формоустойчивость выпрессовываемого жгута. При этом по мере продвижения массы продукта вдоль шнековой камеры она испытывает сдвиговые деформации под действием тангенциальных сил и деформации растяжения-сжатия под действием осевой силы и момента сопротивления. Наличие перечисленных сил, а также сил сцепления частиц продукта между собой определяет работоспособность экструдера.
|
|
|
