Міністерство освіти і науки України
Національний технічний університет України
Київський політехнічний університет України
Кафедра: хімічного, полімерного та силікатного машинобудування
Записка
до курсового проекту з дисципліни: Пакувальне обладнання
Пристрої машин дозування і фасування
Виконав: ст. групи ЛУ-51
Косенко Є. І.
Перевірив: Сокольский О. Л.
Київ – 2009
Зміст
Вступ
1. Дозатор
2. Розливні машини
2.1 Гравітаційні розливні машини
2.2 Дозуючі пристрої машин Т1-ВРА-6А, Т1-ВР2А-6
3.Пристрої з мірною місткістю і клапанною системою машини ДАМ
4.Розрахунки
4.1 Розрахунок перепаду тискуу рідинному дозаторі Т1-ВРА-6А
4.2. Розрахунок циліндричної гвинтової пружини малого кроку
2.2.1Числовий розрахунок циліндричної гвинтової пружини малого кроку
4.2.1.1 Фасувальні пристрої машин: Т1-ВРА-6А ,Т1-ВР2А-6
4.2.1.2 Фасувальний пристрій машини ДАМ
4.3. Розрахунок повітряної трубки
4.3.1Визначення оптимального діаметру повітряної трубки, економічний розрахунок .
4.3.2 Розрахунок чисельних показників(ДАМ) для визначення приведених витрат та розрахунок опору повітряної трубки.
4.3.3 Розрахунок чисельних показників(Т1-ВРА-6А
та Т1-ВР2А-6)
для визначення приведених витрат та розрахунок опору повітряної трубки.
Література
Вступ
Дозування в хімічній промисловості і медицині Дозування — подача хімічних речовин в заданій кількості в атмосферу, ємкість або куди або ще з деякими інтервалами з метою надати досить часу для реакції, дії з речовиною або виявлення результату дії речовини. У техніці і сільському господарстві Дозування - відмірювання порції (дози) якої-небудь речовини з використанням дозатора.
Дозування рідких продуктів буває трьох видів: за об'ємом, по рівню, по вазі. Як би конструктивно не відрізнялися пристрої об'ємного дозування рідин, в них обов'язково присутні: два клапани (що відсікає і зливний) і мірна ємкість, як правило, з регульованим об'ємом. Клапани по черзі відсікають або відкривають потік рідини, самоплив або що примусово йде від витратного бака в мірну ємність і з неї в тару. Як варіант пристрою клапан може бути один: у одному положенні він відкриває трубопровід, що йде від бака до мірної ємкості, і перекриває трубопровід, ведучий в тару, в іншому — навпаки. Зазвичай клапан подвійної дії поєднується з примусовим заповненням мірної ємкості і виведенням продукту з неї. Дозування по рівню застосовується найчастіше при фасуванні алкогольних напоїв.
Суть дозування полягає в тому, що зливний клапан дозатора закривається в той момент, коли продукт в тарі досягає заданого рівня. При дозуванні по рівню особливі вимоги пред'являються до тари — її розміри і товщина стінок мають бути однакові. Тим часом більше проблем виникає не із здобуттям дози, а з розміщенням її в тару. Так, молоко під час вступу до пакету або пляшки утворює піну, що на деяких видах устаткування помітно знижує продуктивність. Фахівці з фасування алкогольних, слабоалкогольних і безалкогольних напоїв, наприклад, розрізняють п'ять способів наповнення тари рідиною. Всі вони знаходять вживання залежно від властивостей рідин.
Крім того, існує три способи фасування: барометричний, надбарометричний і вакуумний. Перший полягає в тому, що фасування виробляється при атмосферному тиску, і рідина рухається самоплив. Застосовується для звичайних рідин, у тому числі «спокійних» вин. Якщо ж напій насичений газами, то застосовують надбарометричний спосіб (зустрічається і термін «ізосверхбарометричеський»), при якому у фасувальному пристрої або витратному баку і в наповнюваній тарі створюється надлишкове тиск. Це перешкоджає виходу газів з рідини. Можуть виникнути проблеми і на дорозі тари між ділянкою її наповнення і запечатування. Досить рідке вживання дій-паку для рідких продуктів викликане тим, що не всі виробники фасувального устаткування здатні забезпечити нерозпліскування рідини при горизонтальному русі ще розкритих, але вже наповнених пакетів. Особливо якщо вони рухаються з високою швидкістю, при цьому дискретно.
1
. Дозатор
Дозатор – пристрій для автоматичного відмірювання (дозування) заданої маси або об'єму рідких і сипких матеріалів. Дозатор застосовують при виробництві будівельних матеріалів, в металургійній, хімічній, харчовій, фармацевтичній і ін. галузях промисловості, на ж.-д., морському і річковому транспорті, в лабораторній практиці і торгівлі.
Матеріал, що дозується, можна вимірювати в одиницях маси (кг) — ваговими дозатор або в одиницях об'єму (м3) — об'ємними дозатор. Продуктивність дозатора виражається відношенням маси (або об'єму) до одиниці часу (кг/ч або м3/ч). Як вагові, так і об'ємні дозатори можуть бути періодичної (дискретного) і безперервної дії з ручним і автоматичним управлінням. Вибір типа дозатора визначається характером технологічного процесу і властивостями матеріалів. Дозатор періодичної дії використовують головним чином в технологічних процесах з розміщенням устаткування по висоті, а дозатор безперервної дії — в процесах з горизонтальним розміщенням устаткування і конвеєрним транспортуванням матеріалу.
Дозатор дискретної дії мають зазвичай конструкцію бункерного типа, а безперервної дії — бункерного і стрічкового.
Найбільш прості об'ємні дозатори не забезпечують достатньої точності; складні і точні технологічні процеси, як правило, ведуться з використанням вагових дозаторів. Вагові автоматичні дозатори є комплексом, що складається з датчика контролю маси, машини-автомата для подачі матеріалу і системи автоматичного управління дозою або витратою маси.
Основні елементи вагового дозатора: об'ємний дозатор, службовець живильником, вантажо-приймальний пристрій і вимірювальний пристрій (датчик), системи реєстрації і регулювання, виконавчий пристрій. За принципом дії живильники можуть бути гравітаційними (зазвичай воронки) без примусової подачі і з примусовою подачею матеріалів стрічковими, гвинтовими, тарілчастими і ін. конвеєрами або плунжерними, шестерними і ін. насосами.
Дозатори дозволяють економічно витрачати сировину, скоротити втратиматеріалів, розширити потокове виробництво, виключити багато трудомістких процесів, а також поліпшити умови праці.
2
. Розливні машини
Пристрої для наповнення пляшок по об'єму називаються дозувальними, а для наповнення по рівню – розливними.
2.1 Гравітаційні розливні машини
Гравітаційний спосіб характеризується тим, що витікання рідини з резервуара в дозувальний прилад, а потім з приладу в пляшку проходить самоплином в умовах атмосферного тиску. Напір залежить тільки від сил гравітації і величина його визначається висотою стовпа рідини.
Рис. 1. Розливна машина ВРД
1-вал, 2-резервуар, 3-розливний прилад, 4-регулятор, 5-трубопровід,
6-стійка, 7- кран, 8-клапан, 9-диск каруселі, 10-плунжери, 11-платформи,
12-ролик, 13- станина, 14-черв`ячна пара, 15-електродвигун, 16-штурвал,
17-зірочки.
Рис. 2. Розливна машина ВАР-6
1-витратний резервуар, 2-поплавковий регулятор рівня, кільцевий колектор, 4- дозувальний прилад (18 шт), 5-телескопічна стійка, 6-карусель, 7-головний вал, 8- шток, 9-ролик, 10-піднімальний плунжер,11-пружина,12-валик.
Рис. 3. Кінематична схема розливної машини ВАР-6 : 1-електродвигун,2-клиноремінна передача, 3-черв'ячний редуктор, 4-6,10 - зубчаті колеса, 7-завантажувальна зірочка, 8-розвантажувальна зірочка, 9- зірочка-відсікач
Рис. 4. Розливна машина Т1-ВРА-6А : 1-пустотіла станина, 2-завантажувально-розвантажуваьний стіл з механізмом і системою автоблокування, 3- вхідна труба, 4-витратний резервуар, 5-дозувальні прилади (28 шт).
2
.2 Дозуючі пристрої машин Т1-ВРА-6А, Т1-ВР2А-6
Ці машини оснащенні фасувальними пристроями з роздільним керуванням клапанами наповнення та випорожнення мірного стакана.
Фасувальний пристрій Т1-ВРА-6А наведено на рис. 1 а. В цьому пристрої рідина надходить з витратного резервуара в мірний стакан через кільцевий колектор після того, як за допомогою нерухомого копіру відкривається клапан наповнення 12, що контактує з роликом 13.
Нерухомий копір встановлено в передній частині машини. В момент, коли пляшка піднята столиком, горловина її притискується до герметизувальної прокладки 2 і натискує на зливну втулку 3, яка піднімає гумовий зливний клапан 4. Рідина із мірного стакана шатром переміщується в пляшку. Повітря внутрішньої порожнини пляшки витискується і видаляється через центральну трубку 6. Після наповнення пляшки піднімальний столик з пляшкою опускається і в цей час гумовий клапан 4 займає початкове положення, притискуючись до наконечника 5.
Модернізований зразок цього пристрою наведено па рис. 1 б. Основна відмінність основного і модернізованого зразків полягає в тому, що в модернізованому зразку конструктивно поєднано наконечник з клапаном. Проведена модернізація підвищує, надійність і довговічність роботи дозувального пристрою.
Рис 5. Фасувальні пристрої машин а - Т1-ВРА-6А: 1-
дзвіночок; 2- прокладка; 3 -зливна втулка; 4,12- клапани; 5 – наконечник; 6 - центральна трубка; 7 - витискач; 8 - фіксатор; 9 - мірний стакан: 10 - втулка; 11 –корпус; 13- ролик; 14 - сідло клапана; б
- Т1-ВР2А-6: 1 – дзвіночок; 2 -прокладка;3 - зливна втулка; 4, 12 - клапани; 5 -наконечник; 6-трубка; 7-витискувач; 8 — пружина: 9—мірний стакан; 10 — втулка; 11— корпус;
13 —ролик.
3
. Пристрої з мірною місткістю і клапанною системою
машини ДАМ
Ці пристрої інколи називають ківшовими, так як місткість на зразок ковша занурюється в рідину і її захоплює. Типовим представником цієї групи пристроїв може бути пристрій машини ДАМ (рис. 6.).Машини типу ДАМ застосовують для дозування сиропу в пляшки під час виготовлення безалкогольних напоїв. Пристрій дозування закріплено до дна витратного резервуара. В крайньому нижньому положенні мірна місткість 4 знаходиться у витратному резервуарі нижче рівня в ньому сиропу. В цей момент зливна трубка 2 щільно закрита клапаном 1. При наявності пляшки центруючий конус піднімається, а разом з ним піднімаються стрижень 3, клапан 1 і мірна місткість 4. З мірної місткості сироп починає переміщатися в трубку 2, причому кількість сиропу, що переміститься, буде залежати від висоти піднімання місткості 4. Висота підйому місткості 4, а також величину дози сиропу обмежують розташуванням упорів 6, в які при підйомі впирається своїм пояском конус 7. Упор може встановлюватись маховиком па різній висоті, що дає змогу змінювати об'єм дози у всіх пристроях дозування машини одночасно.
Рис.6. Фасувальній пристрій машини ДАМ: 1- клапан; 2 –зливна трубка; 3 –стрижень; 4 – мірна місткість (ківш); 5 – пружина; 6 –упор; 7 –дзвіночок.
Рис.1
4.Розрахунки
4.1.
Розрахунок перепаду тискуу рідинному дозаторі Т1-ВРА-6А
Таблиця 1
| № ділянки | Коефіцієнт геометричної форми К, | , м | , м | , м | , | , | , м | |
| 1 | --- | --- | ||||||
| 2 | --- | --- | ||||||
| 3 | ||||||||
| 4 | ||||||||
| 5 | ||||||||
| 6 | ||||||||
| 7 | --- | --- | ||||||
| 8 | ||||||||
| 9 |
1. Перша ділянка являється каналом кільцевого типу. Коефіцієнт геометричної форми:
Тиск на ділянці:
2. Друга ділянка являється каналом кільцевого типу. Коефіцієнт геометричної форми:
Тиск на ділянці:
1. Третя ділянка являється каналом конічно-кільцевого типу з конічною щілиною.
Коефіцієнт геометричної форми:
= 7,11*
Тиск на ділянці:
2. Четверта ділянка являється каналом кільцевого типу.
3.
Коефіцієнт геометричної форми:
Тиск на ділянці:
1. П’ята ділянка являється каналом конічно-кільцевого типу з конічною щілиною.
Коефіцієнт геометричної форми:
= -278.592
Тиск на ділянці:
2. Шоста ділянка являється каналом конічно-кільцевого типу з конічною щілиною.
Коефіцієнт геометричної форми:
=
Тиск на ділянці:
1. Сьома ділянка являється каналом кільцевого типу.
Коефіцієнт геометричної форми:
Тиск на ділянці:
2. Восьма ділянка являється каналом конічно-кільцевого типу з конічною щілиною.
Коефіцієнт геометричної форми:
=
Тиск на ділянці:
1. Дев'ята ділянка являється каналом конічно-кільцевого типу з конічною щілиною.
Коефіцієнт геометричної форми:
=
Тиск на ділянці:
4.2
Розрахунок циліндричної гвинтової пружини малого кроку
Знаходимо напругу та деформацію при осьовому розтягу та стиску циліндричної пружини, навитої з прутка циліндричного перетину діаметром d(рис.1). Конструктивно пружини розтягу та стиску відрізняються оформленням їх кінців, але кінцеві витки в розрахунках на міцність не враховуються.
Циліндричні пружини характеризуються середнім діаметром витка D, числом витків n, кутом підйома витка α та кроком пружини h.
Найбільш поширені у техніці пружини мають невеликий кут підйому гвинтової лінії(α≤5).
У пружинах малого кроку можна нехтувати підйомом витків і рахувати довжину витка приблизно рівною πD, а сам виток - розташованим в плоскості, нормальній до осі пружини. Але у такому разі, перетин прутка пружини плоскістю, що містить її вісь, можна розглядати як її поперечний перетин. Вказані допущення покладені в основу наближеного розрахунку пружин.
Розділимо пружину осьовим перетином на дві частини і відкинемо, одну з них. З умови рівноваги частини, що залишилася, виходить, що внутрішні дотичні сили пружності в перетині пружини приводяться до перерізаючої сили Q=P і моменту Mk=PD/2.
Дотична напруга, викликана крученням, досягає максимуму в контурних точках перетину, а напруга від перерізаючої сили можна в першому наближенні вважати рівномірно розподіленими по плоскості перетину. У точці А контура перетину сумарна дотична напруга, як видно з мал. 7.19, досягає найбільшої величини
Чи
Для більшості пружин відношення d/2D - величина мала в порівнянні з одиницею. Це говорить про те, що основним виглядом деформації для пружин є кручення, а зрізом можна нехтувати і обчислювати напругу в пружині по формулі:
Зміна подовжніх розмірів λ(мал. 7.20) зручно визначити енергетичним методом, прирівнюючи роботу А статично прикладеної сили Р потенційної енергії деформації U пружини. Робота зовнішніх сил A=Pλ/2, а потенціальна енергія накопичується, головним чином, за рахунок кручення прутка і тому може бути обчислена за формулою (7.15).
Враховуючи, що крутний та момент інерції по довжині прутка не змінюються, а довжина прутка l=πdn, отримуємо
Прирівнюємо А та U , знаходимо
4.2.1
Числовий розрахунок циліндричної гвинтової пружини малого кроку
4
.
2.1.1
Фасувальні пристрої машин: Т1-ВРА-6А ,Т1-ВР2А-6
Максимальна дотична напруга:
Крутний момент:
=100*0,024/2=1,2
Момент інерції:
Потенційної енергії деформації U:
Зміна подовжніх розмірів λ:
4
.
2.1.2
Фасувальний пристрій машини ДАМ
Максимальна дотична напруга:
Крутний момент:
=/2=12,8
Момент інерції:
Потенційної енергії деформації U:
Зміна подовжніх розмірів λ:
4.3
Розрахунок повітряної трубки
По способах гідравлічного розрахунку трубопроводи ділять на дві групи: прості і складні. Простим називають трубопровід, що складається з однієї лінії труб, хоч би і різного діаметру, але з однією ж витратою по дорозі; всякі інші трубопроводи називають складними.
При гідравлічному розрахунку трубопроводу істотну роль грають місцеві гідравлічні опори. Вони викликаються фасонними частинами, арматурою і іншим устаткуванням трубопровідних мереж, які приводять до зміни величини і напряму швидкості руху рідини на окремих ділянках трубопроводу (при розширенні або звуженні потоку, в результаті його повороту, при протіканні потоку через діафрагми, засувки і так далі), що завжди пов'язане з появою додаткових втрат натиску . Основні види місцевих втрат натиску можна умовно розділити на такі групи:
- втрати, пов'язані із зміною перетину потоку;
- втрати, викликані зміною напрями потоку. Сюди відносять різного роду коліна, косинці, відведення, використовувані на трубопроводах;
- втрати, пов'язані з протіканням рідини через арматуру різного ті-па (вентилі, крани, зворотні клапани, сітки, відбори, дросель-клапани і так далі);
- втрати, пов'язані з відділенням однієї частини потоку від іншої або злиттям двох потоків в один загальний. Сюди відносяться, наприклад, трійники і отвори в бічних стінках трубопроводів за наявності транзитної витрати.
4.3.1
Визначення оптимального діаметру
повітряної трубки
, економічний розрахунок
Для визначення оптимального діаметру повітряної трубки задаємося значеням швидкості руху повітря і обчислюємо розрахункові діаметри труб за формулою:
,
Результати розрахунку для всіх набутих значень швидкості приведені в таблиці 1.
Таблиця 1. Діаметр повітряної трубкидля різних дозуючих пристроїв
| Пристрій | Т1-ВРА-6А
|
Т1-ВР2А-6
|
ДАМ |
| Швидкість руху рідини, м/с | 0,8 | 0,8 |
1,2 |
| Діаметр труб, , м | 0.012 | 0.012 | 0.01 |
Для кожного розрахункового діаметру повітряної трубкиобчислюємо приведені витрати на один рік по формулі:
де - експлуатаційні витрати, що включають амортизаційні відрахування, вартість електроенергії, обслуговування, поточних витрат і ін., грн.;
- капітальні витрати, грн..;
0,2 – нормативний коефіцієнт.
Вартість обслуговування і поточних витрат приблизно однакова для повітряної трубкирізного діаметру. Тому експлутаційні витрати приймаємо рівними амортизаційним відрахуваням:
Капітальні витрати включають вартість трубок і вартість монтажу повітряної трубки :
Зразкова ціна 1 трубки приймається рівною 100 грн.
Маса повітряної трубкиу дозаторі визначається по формулі:
де - прийнята товщина стінки повітряної трубки;
- довжина діляноки повітряної трубки;
7,8 – щільність сталі, т/.
Амортизаційні відрахування для кожного значення діаметру повітряної трубкиобчислюються за формулою:
де років – термін служби трубки.
4
.3.2
Розрахунок чисельних показників(ДАМ) для визначення приведених витрат та розрахунок опору
повітряної трубки
Дляповітряної трубки (при швидкості руху ):
1. Визначення маси повітряної трубкив кг:
Визначення вартості монтажу
грн.
Визначення капітальних витрат
грн.
Визначення амортизаційних відрахувань
грн.
Визначення коефіцієнта гідравлічного тертя по формулі Прандтля-Никурадзе:
де - еквівалентна шорсткість труб (приймаємо 0,02 мм).
Визначення питомого опору по довжині
Визначення опору повітряної трубки
4.3.3
Розрахунок чисельних показників(
Т1-ВРА-6А
та
Т1-ВР2А-6)
для визначення приведених витрат та розрахунок опору
повітряної трубки
Длярозливної трубки (при швидкості руху ):
1. Визначення маси розливної трубки в кг:
Визначення вартості монтажу
грн.
Визначення капітальних витрат
грн.
Визначення амортизаційних відрахувань
грн.
Визначення коефіцієнта гідравлічного тертя по формулі Прандтля-Никурадзе:
де - еквівалентна шорсткість труб (приймаємо 0,02 мм).
Визначення питомого опору по довжині
Визначення питомого місцевого опору:
Визначення опору розливної трубки
Література
1.Альтщуль А.Д., Животовский Л.С., Иванов Л.П. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат, 1987.- 410 с.
2.Чугаев Р.Р. Гидравлика. Л.: Энергоиздат, 1982.- 672с.
3.Альтщуль А.Д., Калицун В.И., и др. Примеры расчетов по гидравлике. М.: Стройиздат, 1976.- 256 с.
4.Большаков В.А., Константинов Ю.М. и др. Справочник по гидравлике. К.: Вища школа, 1984.-224 с.