Міністерство освіти і науки України
Національний технічний університетУкраїни
Київський політехнічний університетУкраїни
Кафедра: хімічного, полімерногота силікатного машинобудування
Записка
до курсовогопроекту з дисципліни: Пакувальне обладнання
Пристрої машин дозування і фасування
Виконав: ст.групи ЛУ-51
Косенко Є. І.
Перевірив: СокольскийО. 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
2.2.1 Числовий розрахунок циліндричної гвинтовоїпружини 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
4.3.1 Визначення 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-6Ата Т1-ВР2А-6) для визначення приведених витрат /> тарозрахунок опору повітряної трубки.
Література
Вступ
Дозуванняв хімічній промисловості і медицині Дозування — подача хімічних речовин в заданійкількості в атмосферу, ємкість або куди або ще з деякими інтервалами з метою надатидосить часу для реакції, дії з речовиною або виявлення результату дії речовини.У техніці і сільському господарстві Дозування — відмірювання порції (дози) якої-небудьречовини з використанням дозатора.
Дозування рідкихпродуктів буває трьох видів: за об'ємом, по рівню, по вазі. Як би конструктивноне відрізнялися пристрої об'ємного дозування рідин, в них обов'язково присутні:два клапани (що відсікає і зливний) і мірна ємкість, як правило, з регульованимоб'ємом. Клапани по черзі відсікають або відкривають потік рідини, самоплив абощо примусово йде від витратного бака в мірну ємність і з неї в тару. Як варіантпристрою клапан може бути один: у одному положенні він відкриває трубопровід, щойде від бака до мірної ємкості, і перекриває трубопровід, ведучий в тару, в іншому— навпаки. Зазвичай клапан подвійної дії поєднується з примусовим заповненням мірноїємкості і виведенням продукту з неї. Дозування по рівню застосовується найчастішепри фасуванні алкогольних напоїв.
Суть дозуванняполягає в тому, що зливний клапан дозатора закривається в той момент, коли продуктв тарі досягає заданого рівня. При дозуванні по рівню особливі вимоги пред'являютьсядо тари — її розміри і товщина стінок мають бути однакові. Тим часом більше проблемвиникає не із здобуттям дози, а з розміщенням її в тару. Так, молоко під час вступудо пакету або пляшки утворює піну, що на деяких видах устаткування помітно знижуєпродуктивність. Фахівці з фасування алкогольних, слабоалкогольних і безалкогольнихнапоїв, наприклад, розрізняють п'ять способів наповнення тари рідиною. Всі вонизнаходять вживання залежно від властивостей рідин.
Крім того, існуєтри способи фасування: барометричний, надбарометричний і вакуумний. Перший полягаєв тому, що фасування виробляється при атмосферному тиску, і рідина рухається самоплив.Застосовується для звичайних рідин, у тому числі «спокійних» вин. Якщо ж напій насиченийгазами, то застосовують надбарометричний спосіб (зустрічається і термін «ізосверхбарометричеський»),при якому у фасувальному пристрої або витратному баку і в наповнюваній тарі створюєтьсянадлишкове тиск. Це перешкоджає виходу газів з рідини. Можуть виникнути проблемиі на дорозі тари між ділянкою її наповнення і запечатування. Досить рідке вживаннядій-паку для рідких продуктів викликане тим, що не всі виробники фасувального устаткуванняздатні забезпечити нерозпліскування рідини при горизонтальному русі ще розкритих,але вже наповнених пакетів. Особливо якщо вони рухаються з високою швидкістю, прицьому дискретно.
1. Дозатор
Дозатор – пристрійдля автоматичного відмірювання (дозування) заданої маси або об'єму рідких і сипкихматеріалів. Дозатор застосовують при виробництві будівельних матеріалів, в металургійній,хімічній, харчовій, фармацевтичній і ін. галузях промисловості, на ж.-д., морськомуі річковому транспорті, в лабораторній практиці і торгівлі.
Матеріал, щодозується, можна вимірювати в одиницях маси (кг) — ваговими дозатор або в одиницяхоб'єму (м3) — об'ємними дозатор. Продуктивність дозатора виражається відношенняммаси (або об'єму) до одиниці часу (кг/ч або м3/ч). Як вагові, так і об'ємні дозаториможуть бути періодичної (дискретного) і безперервної дії з ручним і автоматичнимуправлінням. Вибір типа дозатора визначається характером технологічного процесуі властивостями матеріалів. Дозатор періодичної дії використовують головним чиномв технологічних процесах з розміщенням устаткування по висоті, а дозатор безперервноїдії — в процесах з горизонтальним розміщенням устаткування і конвеєрним транспортуваннямматеріалу.
Дозатор дискретноїдії мають зазвичай конструкцію бункерного типа, а безперервної дії — бункерногоі стрічкового.
Найбільш простіоб'ємні дозатори не забезпечують достатньої точності; складні і точні технологічніпроцеси, як правило, ведуться з використанням вагових дозаторів. Вагові автоматичнідозатори є комплексом, що складається з датчика контролю маси, машини-автомата дляподачі матеріалу і системи автоматичного управління дозою або витратою маси.
Основніелементи вагового дозатора: об'ємний дозатор, службовець живильником, вантажо-приймальнийпристрій і вимірювальний пристрій (датчик), системи реєстрації і регулювання, виконавчийпристрій. 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 дозволяютьекономічно витрачати сировину, скоротити втрати матеріалів, розширити потокове виробництво, виключити багато трудомісткихпроцесів, а також поліпшити умови праці.
2. Розливні машини
Пристрої длянаповнення пляшок по об'єму називаються дозувальними, а для наповнення по рівню– розливними.
2.1 Гравітаційні розливні машини
Гравітаційнийспосіб 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 визначаєтьсявисотою стовпа рідини.
/>
Рис. 1. Розливнамашина 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. Розливнамашина ВАР-6
1-витратнийрезервуар, 2-поплавковий регулятор рівня, кільцевий колектор, 4- дозувальний прилад(18 шт), 5-телескопічна стійка, 6-карусель, 7-головний вал, 8- шток, 9-ролик, 10-піднімальнийплунжер,11-пружина,12-валик.
/>
/>
Рис. 3. Кінематичнасхема розливної машини ВАР-6: 1-електродвигун,2-клиноремінна передача, 3-черв'ячнийредуктор, 4-6,10 — зубчаті колеса, 7-завантажувальна зірочка, 8-розвантажувальназірочка, 9- зірочка-відсікач
/>
Рис. 4. Розливнамашина Т1-ВРА-6А: 1-пустотіла станина, 2-завантажувально-розвантажуваьний стілз 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 оснащенніфасувальними пристроями з роздільним керуванням клапанами наповнення та випорожненнямірного стакана.
Фасувальнийпристрій Т1-ВРА-6А наведено на рис. 1 а. В цьому пристрої рідина надходить з витратногорезервуара в мірний стакан через кільцевий колектор після того, як за допомогоюнерухомого копіру відкривається клапан наповнення 12, що контактує з роликом 13.
Нерухомий копірвстановлено в передній частині машини. В момент, коли пляшка піднята столиком, горловинаїї притискується до герметизувальної прокладки 2 і натискує на зливну втулку 3,яка піднімає гумовий зливний клапан 4. Рідина із мірного стакана шатром переміщуєтьсяв пляшку. Повітря внутрішньої порожнини пляшки витискується і видаляється черезцентральну трубку 6. Після наповнення пляшки піднімальний столик з пляшкою опускаєтьсяі в цей час гумовий клапан 4 займає початкове положення, притискуючись до наконечника5.
Модернізованийзразок цього пристрою наведено па рис. 1 б. Основна відмінність основного і модернізованогозразків полягає в тому, що в модернізованому зразку конструктивно поєднано наконечникз клапаном. Проведена модернізація підвищує, надійність і довговічність роботи дозувальногопристрою.
/>
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 — зливнавтулка; 4, 12 — клапани; 5 -наконечник; 6-трубка; 7-витискувач; 8 — пружина: 9—мірнийстакан; 10 — втулка; 11— корпус; 13 —ролик.
3. Пристрої з мірною місткістюі клапанною системою машини ДАМ
Ці пристроїінколи називають ківшовими, так як місткість на зразок ковша занурюється в рідинуі її захоплює. Типовим представником цієї групи пристроїв може бути пристрій машиниДАМ (рис. 6.).Машини типу ДАМ застосовують для дозування сиропу в пляшки під часвиготовлення безалкогольних напоїв. Пристрій дозування закріплено до дна витратногорезервуара. В крайньому нижньому положенні мірна місткість 4 знаходиться у витратномурезервуарі нижче рівня в ньому сиропу. В цей момент зливна трубка 2 щільно закритаклапаном 1. При наявності пляшки центруючий конус піднімається, а разом з ним піднімаютьсястрижень 3, клапан 1 і мірна місткість 4. З мірної місткості сироп починає переміщатисяв трубку 2, причому кількість сиропу, що переміститься, буде залежати від висотипіднімання місткості 4. Висота підйому місткості 4, а також величину дози сиропуобмежують розташуванням упорів 6, в які при підйомі впирається своїм пояском конус 7. Упор може встановлюватисьмаховиком па різній висоті, що дає змогу змінювати об'єм дози у всіх пристроях дозуваннямашини одночасно.
Рис.6. Фасувальнійпристрій 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 рідинномудозаторі 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 геометричноїформи:
/>
Тиск на ділянці:/>
2. Друга ділянка являється каналом кільцевого типу. Коефіцієнт геометричноїформи:
/>
Тиск на ділянці:
/>
1. Третя ділянка являється каналом конічно-кільцевого типу з конічноющілиною.
Коефіцієнт геометричноїформи:
/>
/>= 7,11*/>
Тиск на ділянці:
/>
2. Четверта ділянка являється каналом кільцевого типу.
3.
Коефіцієнт геометричноїформи:
/>
Тиск на ділянці:
/>
1. П’ята ділянка являється каналом конічно-кільцевого типу з конічноющілиною.
Коефіцієнт геометричноїформи:
/>
/>= -278.592
Тиск на ділянці:
/>
2. Шоста ділянка являється каналом конічно-кільцевого типу з конічноющілиною.
Коефіцієнт геометричноїформи:
/>
/>= />
Тиск на ділянці:
/>
1. Сьома ділянка являється каналом кільцевого типу.
Коефіцієнт геометричноїформи:
/>
Тиск на ділянці:
/>
2. Восьма ділянка являється каналом конічно-кільцевого типу з конічноющілиною.
Коефіцієнт геометричноїформи:
/>
/>= />
Тиск на ділянці:
/>
1. Дев'ята ділянка являється каналомконічно-кільцевого типу з конічною щілиною.
Коефіцієнт геометричноїформи:
/>
/>= />
Тиск на ділянці:
/>
4.2Розрахунок циліндричної гвинтової пружини малого кроку
Знаходимо напругута деформацію при осьовому розтягу та стиску циліндричної пружини, навитої з пруткациліндричного перетину діаметром d(рис.1). Конструктивно пружини розтягу та стискувідрізняються оформленням їх кінців, але кінцеві витки в розрахунках на міцністьне враховуються.
Циліндричніпружини характеризуються середнім діаметром витка D, числом витків n, кутом підйомавитка α та кроком пружини h.
Найбільш поширеніу техніці пружини мають невеликий кут підйому гвинтової лінії(α≤5).
У пружинах малогокроку можна нехтувати підйомом витків і рахувати довжину витка приблизно рівноюπD, а сам виток — розташованим в плоскості, нормальній до осі пружини. Алеу такому разі, перетин прутка пружини плоскістю, що містить її вісь, можна розглядатияк її поперечний перетин. Вказані допущення покладені в основу наближеного розрахункупружин.
Розділимо пружинуосьовим перетином на дві частини і відкинемо, одну з них. З умови рівноваги частини,що залишилася, виходить, що внутрішні дотичні сили пружності в перетині пружиниприводяться до перерізаючої сили Q=P і моменту Mk=PD/2.
Дотична напруга,викликана крученням, досягає максимуму в контурних точках перетину, а напруга відперерізаючої сили можна в першому наближенні вважати рівномірно розподіленими поплоскості перетину. У точці А контура перетину сумарна дотична напруга, як видноз мал. 7.19, досягає найбільшої величини
/>
Чи
/>
Для більшостіпружин відношення d/2D — величина мала в порівнянні з одиницею. Це говорить проте, що основним виглядом деформації для пружин є кручення, а зрізом можна нехтуватиі обчислювати напругу в пружині по формулі:
/>
Зміна подовжніхрозмірів λ(мал. 7.20) зручно визначити енергетичним методом, прирівнюючи роботуА статично прикладеної сили Р потенційної енергії деформації U пружини. Робота зовнішніхсил A=Pλ/2, а потенціальна енергія накопичується, головним чином, за рахуноккручення прутка і тому може бути обчислена за формулою (7.15).
Враховуючи,що крутний /> та моментінерції /> по довжиніпрутка не змінюються, а довжина прутка l=πdn, отримуємо
/>
ПрирівнюємоА та U, знаходимо />
/>
4.2.1Числовий розрахунок циліндричної гвинтової пружини малого кроку
4.2.1.1 Фасувальні пристрої машин:Т1-ВРА-6А, Т1-ВР2А-6
Максимальнадотична напруга:
/>
Крутний момент:
/>=100*0,024/2=1,2
Момент інерції:
/>
Потенційноїенергії деформації U:
/>
Зміна подовжніхрозмірів λ:
/>
4.2.1.2 Фасувальний пристрій машиниДАМ
Максимальнадотична напруга:
/>
Крутний момент:
/>=/>/2=12,8
Момент інерції:
/>
Потенційноїенергії деформації U:
/>
Зміна подовжніхрозмірів λ: />
4.3Розрахунок повітряної трубки
По способахгідравлічного розрахунку трубопроводи ділять на дві групи: прості і складні. Простимназивають 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 гідравлічномурозрахунку трубопроводу істотну роль грають місцеві гідравлічні опори. Вони викликаютьсяфасонними частинами, арматурою і іншим устаткуванням трубопровідних мереж, які приводятьдо зміни величини і напряму швидкості руху рідини на окремих ділянках трубопроводу(при розширенні або звуженні потоку, в результаті його повороту, при протіканніпотоку через діафрагми, засувки і так далі), що завжди пов'язане з появою додатковихвтрат натиску. Основні види місцевих втрат натиску можна умовно розділити на такігрупи:
— втрати, пов'язанііз зміною перетину потоку;
— втрати, викликанізміною напрями потоку. Сюди відносять різного роду коліна, косинці, відведення,використовувані на трубопроводах;
— втрати, пов'язаніз протіканням рідини через арматуру різного ті-па (вентилі, крани, зворотні клапани,сітки, відбори, дросель-клапани і так далі);
— втрати, пов'язаніз відділенням однієї частини потоку від іншої або злиттям двох потоків в один загальний.Сюди відносяться, наприклад, трійники і отвори в бічних стінках трубопроводів занаявності транзитної витрати.
4.3.1Визначення оптимального діаметру повітряної трубки, економічнийрозрахунок
Для визначенняоптимального діаметру повітряної трубки задаємосязначеням швидкості руху повітря і обчислюємо розрахункові діаметри труб за формулою:
/> , />
Результати розрахункудля всіх набутих значень швидкості приведені в таблиці 1.
Таблиця 1. Діаметрповітряної трубки для різних дозуючих пристроївПристрій
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 кожногорозрахункового діаметру повітряної трубки обчислюємо приведені витрати на один рікпо формулі:
/>
де /> - експлуатаційні витрати, щовключають амортизаційні відрахування, вартість електроенергії, обслуговування, поточнихвитрат і ін., грн.;
/> - капітальнівитрати, грн..;
0,2 – нормативнийкоефіцієнт.
Вартість обслуговуванняі поточних витрат приблизно однакова для повітряноїтрубки різного діаметру.Тому експлутаційні витрати приймаємо рівними амортизаційним відрахуваням:
/> Капітальнівитрати включають вартість трубок/> і вартістьмонтажу повітряної трубки /> :
/>
Зразкова ціна1 трубки приймається рівною 100 грн.
/>
Маса повітряної трубки у дозаторі визначається по формулі:
/>
де /> — прийнята товщина стінки повітряної трубки;
/> — довжинаділяноки повітряної трубки;
7,8 – щільністьсталі, т//>.
Амортизаційнівідрахування для кожного значення діаметру повітряної трубки обчислюються за формулою:
/>
де /> років – термін служби трубки.
4.3.2 Розрахунок чисельних показників(ДАМ)для визначення приведених витрат /> та розрахунокопору повітряної трубки
Для повітряної трубки /> (пришвидкості руху /> ):
1. Визначеннямаси повітряної трубки в кг:
/>
Визначення вартості монтажу
/> грн.
Визначення капітальнихвитрат
/> грн.
Визначення амортизаційнихвідрахувань
/> грн.
Визначення коефіцієнтагідравлічного тертя по формулі Прандтля-Никурадзе:
/>
де /> — еквівалентнашорсткість труб (приймаємо 0,02 мм).
Визначення питомогоопору по довжині
/>
Визначення опоруповітряної трубки
/>
4.3.3 Розрахунок чисельних показників(Т1-ВРА-6А та Т1-ВР2А-6)
для визначенняприведених витрат /> та розрахунок опоруповітряної трубки
Для розливної трубки /> (при швидкості руху /> ):
1. Визначеннямаси розливної трубки в кг:
/>
Визначення вартості монтажу
/> грн.
Визначення капітальнихвитрат
/> грн.
Визначення амортизаційнихвідрахувань
/> грн.
Визначення коефіцієнтагідравлічного тертя по формулі Прандтля-Никурадзе:
/>
де /> — еквівалентнашорсткість труб (приймаємо 0,02 мм).
Визначення питомогоопору по довжині
/>
Визначення питомогомісцевого опору:
/>
Визначення опорурозливної трубки
/>
Література
1.Альтщуль А.Д., ЖивотовскийЛ.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.