Барабан сепаратора "Урал-3", момент инерции которого 10^4 кг*м2, вращается с частотой 7800 об/мин. За сколько времени остановится барабан, если к нему приложить тормозящий момент силы 6,28*10^4 Н*м ?
Выполним расчеты сепаратора, используя следующие исходные данные: число тарелок , высота тарелки , частота вращения барабана , максимальный радиус тарелки , минимальный радиус тарелки , вязкость сыворотки , плотность белковой частицы , плотность молочной сыворотки , угловая скорость вращения барабана , угол образующей тарелки , радиус отделяемой частицы , расстояние между тарелками по вертикали , толщина тарелки , высота пакета тарелок , концентрация взвешенных частиц в сепарируемом продукте а=80%, высота барабана , максимальный наружный радиус барабана , масса барабана , расстояние между верхним и нижним подшипником , расстояние от верхнего подшипника до центра тяжести , диаметр вертикального вала , частота вращения ротора сепаратора .
1. Важнейшая характеристика сепаратора — его разделяющий фактор Ф, под действием которого осуществляется технологический процесс. Разделяющий фактор определяют по комплексу параметров сепаратора [8]:
где — число тарелок, шт; — высота тарелки, м; — частота вращения барабана, с -1 ; — производительность сепаратора, м 3 /с; — максимальный радиус тарелки, м; — минимальный радиус тарелки, м.
Также можно определить фактор разделения для суспензии «сыворотка — хлопья белка» по формуле [27]:
где — вязкость сыворотки, Па; — плотность белковой частицы, кг/м 3 ; — плотность молочной сыворотки, кг/м 3 ; — эквивалентный размер частицы, подлежащей выделению, м -2 .
Как мы видим фактор разделения рассматриваемого сепаратора удовлетворяет необходимому значению этого показателя для суспензии «сыворотка — хлопья белка», поэтому сепаратор Ж5-ОТС можно использовать для осветления сыворотки.
2. Необходимо знать основные конструктивные факторы, оказывающие существенное влияние на эффективность процесса сепарирования. Их можно определить следующим образом.
1) Производительность сепаратора определяется по формуле [9]:
где — угловая скорость вращения барабана, рад/с; — разность плотности частицы и сыворотки, кг/м 3 ; — угол образующей тарелки, град; — радиус отделяемой частицы, м; — расстояние между тарелками по вертикали, м; — толщина тарелки, м.
В большинстве случаев в технических характеристиках производительность сепараторов приводится в единицах — л/ч, поэтому проведем перевод полученного результата:
2) Объём осадка, удаляемого из сепарируемого устройства определяется по формуле [8]:
где — высота пакета тарелок, м.
3) Время непрерывной работы сепаратора между разгрузками равно [9]:
где а — концентрация взвешенных частиц в сепарируемом продукте, %.
4) Температура сепарирования определяется по формуле [8]:
5) Мощность электродвигателя привода сепаратора равна [8]:
где — коэффициент, (К ? 0,015); — высота барабана, м; — максимальный наружный радиус барабана, м.
6) Критическая частота вращения вала, т. е. скорость, при которой происходит разрушение вала равна [9]:
где — сила, вызывающая прогиб вала на 1м, Н/м; — масса барабана, кг.
Сила, вызывающая прогиб вала, определяется по формуле:
где — модуль упругости материала вала, Н/м 2 , (); — момент инерции сечения вертикального вала, м 4 ; — расстояние между верхним и нижним подшипником, м; — расстояние от верхнего подшипника до центра тяжести, м.
В свою очередь момент инерции сечения вертикального вала равен:
где — диаметр вала, м.
Определим силу, необходимую для прогиба вала, по формуле (2):
Подставив определенные параметры в формулу (1), получим критическую частоту вращения вала:
7) Расчет надежности ротора сепаратора [10].
Окружная скорость ротора определяется по формуле:
где — частота вращения ротора, об/мин; — диаметр ротора, м.
Критерий прочности равен:
где — предел текучести материала ротора (сталь), Па, (); — плотность материала ротора, кг/м3, ().
Критерий прочности, соответствующий разрушению материала в наиболее нагруженных точках стенки ротора равен:
где — коэффициент запаса прочности, ().
Полученное значение , поэтому толщину стенки ротора барабана можно найти по теории тонкостенного цилиндра [13].
Для коэффициент , тогда толщина стенки ротора определим по формуле:
где — внутренний радиус ротора, м, ().
Коэффициент вариации квадрата скорости ротора равен:
где — среднее квадратическое отклонение квадрата скорости, м2/с2, ().
Рассчитаем отношение необходимое для определения надежности ротора по формуле:
где — среднее квадратичное отклонение предела разрушения, Па, ().
Вероятность неразрушения ротора, при , по данным для нормального распределения равна: [13], т. е. данный сепаратор работает в нормальном режиме.
Таким образом, все рассчитанные нами конструктивные факторы удовлетворяют данным приведенным для сепаратора Ж5-ОТС в технической характеристике.
Производительность сепаратора равна 5000 л/ч, он непрерывно работает 0,005 ч, удаляя за один раз 19 л белкового осадка.
Рассчитанная мощность электродвигателя соответствует мощности привода сепаратора, а критическая частота вращения вала превышает заданную для сепаратора Ж5-ОТС частоту почти в 5 раз.
Вероятность разрушения ротора сепаратора очень мала, т. е. данный сепаратор работает в нормальном режиме.
Момент инерции барабана определяется путем подвеса барабана на 2 нити, как это показано на рисунке 4.
Рисунок 4 – Схема экспериментальной установки
Барабан на двух нитях подвешивается к перекладине станины. Нити должны быть одинаковой длины и строго параллельны. Подвешенный барабан поворачивают в горизонтальной плоскости на небольшой угол, около 10-12°, спокойно опускают. Барабан при этом совершает колебания. засекают время начала и окончания 10-20 полных колебаний и определяют время одного полного колебания барабана. Время одного колебания определяют при трехкратной повторности опыта. Для расчета принимают средне из трех замеров.
Момент инерции тела при бифилярном подвесе определяют по формуле, в которую подставляют экспериментальные замеры.
где I- момент инерции тела (барабана), кг*м 2
m — масса тела (барабана), кг
g – ускорение свободного падения, м/с 2
a — половина расстояния между нитями, м
L — длина нити, м
Т — время одного полного колебания, с
При экспериментальном определении момента инерции сепараторных барабанов, имеющих значительный массу, применяют специальное приспособление — кольцо для подвешивание барабана. Чтобы исключить погрешность, вносимую в определение момента инерции барабана приспособлением, экспериментально определяют отдельно момент инерции приспособления (описанным выше способом) и в расчетах исключают его.
Средняя мощность сепаратора N, кВт, определяется по формуле
где ω — угловая скорость барабана, с -1
t — время разгона барабана, с, определяется опытным путем. Для различных сепараторов t = 100-300с
hп — КПД передаточного механизма; hп = 0,7
Угловая скорость барабана определяется по формуле
где n – частота вращения барабана, с -1
Пусковая мощность сепаратора Nпуск, кВт, определяется по формуле
Длительность непрерывной работы сепаратора
Длительность непрерывной работы сепаратора, ч, определяется по формуле
где p – процент отложений от общего объема поступающей жидкости, p=0,02…0,03 %
W – производительность сепаратора, л/ч
Vгр – объем грязевого пространства, л
где D – внутренний диаметр кожуха барабана, дм
d — наружный диаметр тарелок, дм
Н – высота грязевого пространства, дм
Величины D, d, Н определяются путем замеров.
Содержание отчета
1 Вычертить технологические схемы и описать принцип работы сепараторов-молокоочистителей и сливко-отделителей и их конструктивные особенности.
2 Описать регулировки сепараторов
3 По опытным данным определить момент инерции барабана и рассчитать пусковую мощность сепаратора
4 Рассчитать длительность непрерывной работы сепаратора.
Контрольные вопросы.
1 На каком принципе основан рабочий процесс сепаратора?
2 Назовите основные части сепаратора и их назначение?
3 Как регулируется жирность сливок. Особенности регулировки у различных сепараторов?
4 Каково назначение упругой горловины опоры сепаратора и её устройство?
5 Как устроены барабаны сепаратора-сливкоотделителя и сепаратора-молокоочистителя?
6 Каково назначение муфты «свободного хода?
7 Как устроен привод сепаратора?
8 Как определить момент инерции сепараторного барабана опытным путем?
9 Какова зависимость между пусковой мощностью сепаратора и временем разгона барабана?
10 От чего зависит время непрерывной работы сепаратора-молокоочистителя?
Дата добавления: 2015-05-06 ; Просмотров: 723 ; Нарушение авторских прав? ;
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет