Шнековые питатели в хлебопекарной промышленности

21

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Обзор аналогичных устройств

2. Технико-экономическое обоснование

3. Описание и принцип работы питателя

4. Расчётная часть

4.1 Технологический расчёт

4.2 Энергетический расчёт

4.3 Кинематический расчёт

5. Охрана труда и ТБ

6. Заключение

Список использованной литературы

Приложение (спецификации)

Введение

Хлебопечение-- одна из ведущих отраслей пищевой промышленности. Хлеб как основной продукт питания способен удовлетворить до 30% потребности человека в калориях, служит источником белков, витаминов, пищевых волокон и минеральных веществ. В этой отрасли функционирует около 18 тысяч предприятий, среди которых более 50% представляют собой малые пекарни. Сегодня крупные хлебозаводы в состоянии почти повсеместно удовлетворить потребность населения в хлебе, так как сегодня их мощности задействованы не полностью. Однако, возрастающий спрос населения на свежевыпеченную продукцию, продукцию диетическую и лечебно-профилактическую вызывает необходимость и целесообразность строительства малых цехов и пекарен с небольшим радиусом развоза продукции.

Хлебопекарная промышленность России относится к ведущим пищевым отраслям АПК. Производственная база хлебопекарной промышленности Российской Федерации включает в себя около 1500 заводов по производству хлеба и более 5000 мини-пекарен, которые обеспечивают ежегодную выработку примерно 21 млн. тонн хлебной продукции, в том числе около 12,7 млн. тонн вырабатывается на крупных хлебозаводах.

В последние годы условия работы хлебопекарной отрасли изменились, и прежде всего, организационно. Почти все хлебозаводы и пекарни стали приватизированными акционерными предприятиями. На хлебозаводах складываются рыночные отношения, начинают действовать законы конкуренции.

Уровень среднедушевого потребления хлеба в России составляет 120--125 кг в год (325--345 г в сутки), в том числе для городского населения 98--100 кг в год (245-278 г в сутки), для сельского 195-- 205 кг в год (490--540 г в сутки). Эти нормы зависят от возраста, пола, степени физической и умственной нагрузки, климатических особенностей мест проживания.

Вместе с тем, анализ показывает, что с 1991 г. наметилось снижение выработки хлеба, годовое потребление хлеба на человека к 1995 г. упало до 70 кг. Потребление хлеба уже существенно ниже рациональной нормы питания, что, несомненно, отразится на здоровье населения.

Такое положение вызывает необратимые процессы в хлебопекарной промышленности: хлебозаводы вынуждены консервировать технологические линии, сокращать рабочие места, увеличивать затраты на производство и реализацию продукции, прекращать инвестиции.

В новых условиях работы хлебопекарной промышленности требуются новые подходы к разработке ассортимента изделий, роль которого в организации потребления должна существенно возрасти. Если раньше ассортимент обусловливался, главным образом, условиями производства и диктатом механизированных линий, теперь условия производства и состав оборудования определяются ассортиментом и спросом. При этом следует больше, чем ранее, учитывать спрос и потребности разных групп населения.

Задача повышения объемов потребления хлеба требует особого внимания и изучения проблем повышения его качества.

В новых экономических условиях имеются предпосылки для внедрения пекарен, вырабатывающих широкий ассортимент хлебобулочных и мучных кондитерских изделии. В настоящее время основан выпуск отечественного оборудования для пекарен производительностью 0,2--5,0 т в сутки. Эти предприятия позволяют вырабатывать широкий ассортимент хлебобулочных изделий и продавать их в свежем виде непосредственно в магазинах при этих пекарнях.

Для обеспечения этого производства оборудованием разработаны новые машины, которые вошли в комплекты оборудования А2-ХПО, Л4-ХПМ-500 и другие для пекарен малой мощности.

Одни из важнейших направлений повышения эффективности производства и улучшения качества продукции хлебопекарной промышленности -- создание рациональной структуры предприятий отрасли, механизация и автоматизация производственных процессов на базе новейших технологий.

В новых условиях большое значение и развитие приобретает упаковка хлеба. Упаковка хлеба предохраняет его от преждевременного высыхания, сохраняет его потребительскую свежесть, повышает санитарно-гигиенические условия его хранения и увеличивает сроки реализации. На хлебопекарных предприятиях применяют следующие упаковочные машины зарубежного и отечественного производства: HARTMANN, IBONHART, RSE, FINPAK, TAYRAC, «Терминал», «Лаура» и др.

Главным направлением механизации работ с основным и дополнительным сырьём является широкое внедрение бестарных способов доставки и хранения. При этом для сыпучего сырья используется механическое, пневматическое и комбинированное транспортирование по внутризаводским магистралям, а для жидкого - гидравлическое и пневматическое.

Для бестарного хранения муки используют склады закрытого и открытого типа. В первом случае ёмкости для хранения муки устанавливают в закрытом помещении, во втором - под лёгким навесом на открытом воздухе. При хранении в открытых складах влажность муки, достигнув равновесного состояния, практически не меняется (колебание влажности независимо от времени года составляет 0,2/0,5%). Не было обнаружено явлений термовлагодиффузии при неодинаковом обогреве или охлаждении различных частей бункеров. Открытые научные склады рекомендуется устанавливать при реконструкции предприятий, переводе их на бестарное хранение основного сырья. Механическое транспортирование муки основано на использовании ценных, винтовых транспортёров, ковшовых норий (элеваторов) и используется, как правило, на предприятиях небольшой мощности при сравнительно коротких расстояниях между отдельными машинами. К недостаткам установок механического транспортирования муки относятся сложность их устройства, трудность очистки и возможность появления вредителей. Несмотря на более высокий удельный расход энергии, применение пневмотранспорта ввиду существующих эксплуатационных преимуществ всё более расширяется. Пневмотранспортные установки отличаются герметичностью, дают возможность перемещать сырьё по сложной пространственной схеме, создают предпосылки для полной автоматизации схемы приёма и хранения сырья.

1. Обзор аналогичных устройств

В настоящее время в пищевой хлебопекарной промышленности для перемещения муки по трубопроводам применяются роторные, камерные и шнековые питатели муки. Питатели используются для создания смеси муки и воздуха необходимой концентрации и последующего разгона смеси до скорости транспортирования.

Роторные питатели.

В промышленности применяются питатели следующих марок: РП конструкции РМК; Х-40, ХПШ-5, ХПШ-10, ХПШ-20 конструкции ВНИЭКИПродмаша; М-118, М-119, М-122 конструкции ВНИИХП.

Шлюзовый питатель РП (рис.1):

Питатель состоит из корпуса (1) с загрузочным патрубком, десятилопастного ротора (2), смесительной камеры (3) и привода (4). Через отверстие в корпусе мука заполняет ячейки вращающего ротора и переносится им в смесительную камеру: сюда одновременно поступает через патрубок (5) сжатый воздух. В смесительной камере мука разрыхляется, насыщается воздухом и направляется через патрубок (6) в мукопровод. Для обеспечения герметичности питателя размеры зазоров между ротором и корпусом шлюзового питателя не должны превышать 0,05ч0,10мм.

Рис.1 Шлюзовый питатель марки РП

Техническая характеристика:

Производительность 0,84ч1,96 кг/сек

Рабочее давление воздуха 0,135ч0,155 Мн/м²

Давление воздуха, подаваемого от нагнетателя 0,18ч0,3 Мн/м²

Расход сжатого воздуха 0,06 м³/сек

Удельный расход воздуха 0,009ч0,018 м³/сек

Количество лопастей ротора 10шт.

Диаметр ротора 0,25м

Частота вращения ротора 31 об/мин

Мощность электродвигателя 1425 об/мин

КПД привода 0,89

Габаритные размеры 675Ч597Ч426мм

Масса 190кг

Шлюзовый питатель М-116 (рис.2):

Питатель ротором (1) приводится в действие цепной передачей (2) от червячного редуктора (3), которому вращение передаётся клиноременной передачей от дисковых шкивов вариатора скорости (4), закреплённых на валу электродвигателя (5). Применение вариатора скорости позволяет изменять число оборотов ротора в пределах 6ч36 об/минуту и регулировать производительность. Благодаря этому можно составлять валку муки из разных бункеров в требуемых соотношениях.



Рис.2 Шлюзовый питатель конструкции ВНИИХПа

Техническая характеристика:

Производительность 0,45ч1,7 кг/сек

Рабочее давление воздуха 0,13ч0,15 Мн/м²

Давление воздуха 0,18ч3,0 Мн/м²

Расход сжатого воздуха 0,05м³/сек

Удельный расход воздуха 0,01ч0,03 м³/сек

Диаметр ротора 0,5м

Частота вращения ротора 26 об/мин

Мощность электродвигателя 0,25кВт

Частота вращения электродвигателя 1395 об/мин

Передаточное отношение привода 4

КПД привода 0,9

Масса 150кг

Габаритные размеры 923Ч960Ч360 мм

Камерные питатели.

Камерный питатель конструкции ВНИЭКИПродмаша марки ХКН - 0,1 Б (рис.3) работает следующим образом: мука вводится в резервуар (1) через приёмную горловину в верхнем днище, плотно закрываемую коническим клапаном (2). Пневматический мембранный двигатель (3) открывает конический клапан приёмного отверстия и одновременно открывает клапан на трубе (4), через которую воздух удаляется из камеры питателя. Камера заполняется мукой, и вытесняемый воздух выходит через фильтр клапана. Количество загружаемой муки определяется положением передвижной гири, установленной на весовом рычаге, заключённом в коробке (5). По достижении заданного веса и опускания питателя весовой рычаг конечного выключателя, который через реле переключает питание воздухораспределителя, и мембранный двигатель закрывает впускной клапан. Одновременно закрывается и клапан, через который удаляется воздух. После загрузки муки и герметизации резервуара включается электромагнитный вентиль, подающий сжатый воздух по трубе (6) под бельтинговое коническое аэроднище (7).

Аэрированная мука под действием разности давлений поступает в мукопровод (8) и движется в нём до места назначения. По окончании истеченья муки и освобождения мукопровод давление в питателе падает, контактный манометр включает воздухораспределитель, и цикл работы камерного питателя повторяется.



Рис.3 Камерный питатель марки ХКН-0,1Б

Техническая характеристика:

Производительность 0,84ч1,68 кг/сек

Время загрузки 5ч7 сек

Время выгрузки 25ч30сек

Количество загружаемой муки 50кг

Давление воздуха для транспортирования 0,08ч0,15 Мн/м2

Давление воздуха для управления клапаном 0,4 Мн/м2

Габаритные размеры: 900Ч765Ч1080мм

Масса 163кг

Шнековые питатели.

Шнековые питатели (рис.4) типа ПШМ-1, ПШМ-2,ПШМ-3 конструкции ВНИИЗа состоят из двух основных частей: шнека (1) и аэрационной камеры (2). Мука поступает в шнек через загрузочный патрубок (3), витками шнека она перемещается в сторону аэрокамеры и одновременно в связи с уменьшающимся шагом витков уплотняется, заполняя всё пространство между последними витками и кожухом (это необходимо для создания пробки между аэрокамерой и загрузочной воронкой). Мука шнеком подаётся в верхнюю часть (4) аэрокамеры; воздух нагнетается, а её нижнюю часть (5), отсюда через пористую перегородку (6) (трёхслойная цельнотканая хлопчатобумажная лента) воздух проникает в виде тонких, равно распределённых струек в верхнюю часть камеры и аэрирует муку, придавая ей текучесть. В аэрированном состоянии мука выжимается из камеры в мукопровод и затем транспортируется за счёт энергии сжатого воздуха. Шнековый питатель, устанавливаемый на колёсах, успешно может быть использован на хлебозаводе и в качестве завальной ямы. Такая установка подводится к штабелям муки, и из различных участков научного склада мука гибким шлангом транспортируется к месту назначения.

Рис.4 Шнековый питатель

Техническая характеристика:

Производительность 0,66ч6,1 кг/сек

Рабочее давление воздуха 0,07ч0,2 Мн/м²

Давление воздуха подаваемого от нагнетателя 0,5Мн/м²

Расход сжатого воздуха 0,05м³/сек

Удельный расход воздуха 0,006ч0,024 м³/сек

Диаметр шнека 0,13ч0,18 м

Длина шнека 1550ч1800 мм

Число оборотов шнека 280ч980ч1420ч1460 об/мин

Мощность электродвигателя 2,8ч7,0ч28,0 кВт

Частота вращения электродвигателя 1420 об/мин

Габаритные размеры 1880Ч400Ч690 мм

Масса 277ч332ч721кг

2. Технико-экономическое обоснование

С целью экономии электроэнергии провожу модернизацию шнекового питателя на базе ПШМ-3. До этого конструкция привода состояла из электродвигателя, двухступенчатого цилиндрического редуктора и соединительной муфты. Эта конструкция была разработана в 60-х годах прошлого века и поэтому морально устарела, т.к. отвечает старым требованиям и стандартам. И поэтому, я предлагаю установить в приводе мотор-редуктор типа МЦ2С производимые в г. Санкт-Петербурге и соответствующими ТУ 16-525, 564-87. В состав мотор-редуктора входит электродвигатель и двухступенчатый редуктор, конструкция этой модели более комплектна и малогабаритна и имеет меньшую металлоёмкость. Кроме этого мотор-редуктор имеет следующие параметры, превосходящие прежнюю конструкцию привода питателя:

- повышенное передаточное число.

-повышенную нагрузочную способность и долговечный ресурс работы за счёт реализации эффекта «безизносного» режима работы передач и низких скоростей скольжения в тихоходной ступени.

-повышенной надежностью уплотнения из фторэластомера.

-минимальным отсутствием потерь энергии на изнашивание муфты между редуктором и двигателем.

В результате все эти перечисленные преимущества в совокупности дают большой экономический эффект, что сказывается на рентабельности и окупаемости разработанной конструкции шнекового питателя муки.

3. Описание и принцип работы разрабатываемого

питателя

Шнековый питатель предназначен для смешивания муки с воздухом в системе аэрозольтранспорта и подачи смеси в трубопровод. Питатели используются в системе для перемещения муки на более длинные расстояния, чем шлюзовые, на высоту свыше 30м и длину более 100м.

Принцип действия пневмотранспорта основан на сообщении муке скорости, с которой поток воздуха перемещается по трубам при концентрации в пределах от 0,5 до 4 кг/кг воздуха. Эти установки могут работать при нагнетании воздуха в систему (низкого давления) или на всасывание.

В нагнетательных аэрозольтранспортных установках мука насыщается воздухом (аэрируется) и перемещается по трубам при концентрациях до 200 кг/кг воздуха (высокое давление).

Установки аэрозольтранспорта имеют ряд преимуществ пред пневматическими: меньше диаметр трубопровода, не требуются громоздкие фильтрующие устройства, производительность больше т.к. больше концентрация смеси.

Бестарное хранение и транспортировка муки по сравнению с тарным способом хранения и транспортировки имеет ряд преимуществ: 1)исключение тяжёлых физических работ, весь процесс механизирован; 2) возможна автоматизация процесса; 3) экономия на таре (мешках); 4) уменьшается распыл (потери) муки; 5) мука аэрируется, улучшается её качество; 6) улучшается санитарное состояние производства; 7) снижаются эксплуатационные расходы; 8) для крупных и средних предприятий экономится электроэнергия.

К недостаткам пневмо - и аэрозольтранспорта следует отнести: 1) возможность завалов в трубопроводах; 2) накопление зарядов статистического электричества в трубопроводах, силосах (их стенках) матерчатых фильтрах, что может при определённой концентрации мучной смеси вызывать искрообразование и взрыв; 3) требование повышенной квалификации (на периферии не всегда есть) обслуживающего персонала - компрессовщика.

Шнековый питатель работает следующим образом: мука поступает в загрузочный патрубок (3), откуда равномерно шнеком (1) перемещается в аэрокамеру (2). Аэрокамера состоит из верхней части (4) и нижней (5). В нижней части аэрокамеры встроен патрубок воздуха (7), который подаётся из воздушной магистрали, при этом же устанавливается прокладка (11) из бельтинга. Прокладка служит для предотвращения попадания муки в воздушный патрубок и далее в магистраль. Сам же воздух смешивается с подаваемой шнеком мукой и происходит насыщение муки воздухом, от которой появляется воздушно-мучная смесь. Полученная таким образом смесь, перемещается из верхней части аэрокамеры, через разгрузочный патрубок (8) по мукопроводу. Для предотвращения разгерметизации аэрокамеры, и смотровых работ, к аэрокамере крепится поясной зажим (6). Подающий муку шнек (1) приводится в движение от мотор - редуктора (12) и соединительной втулочно - пальчиковой муфтой (13), которая соединяет выходной вал мотор-редуктора со шнеком. Для компенсации радиальной и осевых нагрузок, в конструкции привода установлен подшипниковый узел (9) закрытый в кожух и регулярно смазываемый согласно карты смазки материалом. Все рабочие органы шнек в шнековой камере, аэрокамера и привод установлены с помощью болтовых соединений к опорной станине (10).

Техническая характеристика:

Производительность 5кг/сек

Рабочее давление воздуха 0,108 Мн/м²

Давление воздуха подаваемого от нагнетателя 0,464 Мн/м²

Расход сжатого воздуха 0,6817 м³/сек

Удельный расход воздуха 0,025 м³/сек

Диаметр аэрокамеры 0,352 м

Диаметр шнека 0,13м

Частота вращения шнека 40 об/мин

Мощность электродвигателя (мотор-редуктора) 4,0 кВт

Частота вращения электродвигателя 960 об/мин

Передаточное отношение привода 24,0

КПД привода 0,89

Габаритные размеры 1800Ч490Ч815мм

Масса 701кг

4. Расчётная часть

4.1 Технологический расчёт

1. Расчёт аэрозольтранспортной установки (шнекового питателя)

Для определения внутреннего диаметра трубопровода, необходимо найти полный расход воздуха, необходимый для передачи муки на производство с производственной мощностью

П_сек=5^кг/_сек (по заданию).

V==0,6817 м³/_сек -полный расход воздуха, где П_сек=5^кг/_сек - заданная производительность питателя.

k=1,15- коэффициент, учитывающий утечку воздуха в шнековом питателе.

p_в=1,205 ^кг/_м³- плотность сжатого воздуха.

М=70^кг/_кг- концентрация воздушно-мучной смеси.

Определим конечную скорость воздуха в трубопроводе:

V_к=V_н=13,122 ^м/_сек- конечная скорость,

Где V_н=5,0^м/_с- начальная скорость воздуха по данным ВНИИЗа

Р_м==108185,5Н/м²=0,108185МН/м² -потери давления в мукопроводе.

L_тр=32м-длина трубопровода

Находим диаметр материалопровода:

d_тр.=

Принимаем d_тр.=75мм.

2. Расчёт потребной мощности электродвигателя для привода питателя

Давление, обеспечивающее необходимую скорость движения муки, в том числе и после отводов, определяется по формуле:

Н_р=1,1(1+0,5n)МV_k²=1,1(1+0,55)7013,122²=46404,4Н/м²,

где n=5шт - число отводов.

Р_п=Р_м+Н_р=108185,5+46404,4=154589,9Н/м² - полное сопротивление мукопровода.

Давление, создаваемое нагнетателем с учётом 10% заноса:

Р_п'=1,1=1,1(108185+46404,4+1,8)=170050,8 Н/м²

4.2 Энергетический расчёт

Расход энергии на нагнетатель:

Где:_{зуб1зуб2}=0,96-кпд привода

_зуб1,_зуб2-кпд закрытых зубчатых передач (2-ух ступеней) входящих в состав цилиндрического редуктора.

=0,99 -кпд подшипников скольжения, степень «4» говорит о наличии 4-х пар подшипников в приводе питателя.

N_уд==3,312 кВт- рабочая мощность (удельная) для перемещения муки по трубопроводу с П_сек=5,0^кг/_сек.

По найденной удельной мощности принимаем мотор-редуктор с параметрами МЦ2С-160 по ТУ 16-525.564.-87.

В состав мотор-редуктора входят: электродвигатель АИР 112МВ 6УЗ по ТУ 16-525.564-87 с мощностью электродвигателя N_зв.=4,0кВт и частотой вращения n_дв.=960^об/_мин; цилиндрический двухступенчатый редуктор Ц2У-160 по ТУ 16-521.567-85 с передаточным отношением редуктора U_ред=24. При этом у быстроходной ступени передаточное отношение U_зуб1=4,0, а у тихоходной U_зуб2=6,0.

4.3 Кинематический расчёт

Находим передаточное отношение привода: U_общ = =24

Где: n_дв, n_шн.- частота вращения электродвигателя и шнека, ^об/_мин или U_общ= U_ред= U_зуб1U_зуб2=4,06,0=24

Определяем частоту вращения валов:

1вал: n₁=n_дв=960 ^об/_мин

2вал: n₂=n₁/ U_зуб1=960/4.0=240 ^об/_мин

3вал: n₃= n_шн=n₂/ U_зуб2240/6,0=40 ^об/_мин

Находим угловые скорости:

W₁= =100,48^рад/_сек

W₂= =25,12 ^рад/_сек

W₃= =4,186 ^рад/_сек

Находим мощности на валах:

N₁=N_дв.=4,0кВт;

N₂=N₁q_зуб1q_под²=4,00,960,99²=3,7635кВт; N₃=N₂q_зуб2q_под²=3,76350,960,99²=3,541кВт

Находим крутящие моменты на валах:

Т₁=9550=39,791 Нм

Т₂=9550=149,756 Нм

Т₃=9550=845,413 Нм

5. Охрана труда и ТБ

шнековый питатель хлебопекарная

При работе и эксплуатации шнекового питателя муки, работник должен соблюдать следующие нормы и правила:

- перед каждым пуском удалять из камеры шнека остатки муки.

- запорную арматуру на воздухопроводах, мукопроводах перед измерительной аппаратурой нужно постоянно держать открытой.

- в период перерывов в работе пневматической установки, закрывать запорную арматуру, расположенную до и после воздухосборников.

- аэрокамеру, работающую под давлением проверять на герметичность.

- после монтажа и ремонта аэрокамеры, проводить гидравлические испытания.

- воздухопроводы, мукопроводы не реже одного раза в год подвергать наружному осмотру, с целью выявления мест утечки воздуха; при этом все соединения смазывают мыльной водой (эмульсией); появление пузырьков мыльной эмульсии свидетельствует о наличии неплотностей.

- регулярно следить за концентрацией воздушно- мучной пыли, во избежание взрывоопасной ситуации.

- следить за исправностью заземления питателя во избежание накопления зарядов статического электричества.

- проверять надёжность аспирационных фильтров, носки, защитных очков, а также спецодежды.

- регулярно проходить медицинские осмотры и инструктажи ТБ.

Заключение

С целью уменьшения электроэнергии шнековым питателем, мною была произведена модернизация привода шнекового питателя (на базе ПШМ-3). Так как базовая модель морально устарела, её привод не отвечал современным техническим требованиям и нормам, я произвёл замену привода на современный узел. В результате чего, я получил более компактную установку с меньшими габаритами, металлоёмкостью и большим рабочим ресурсом. Такое конструкторское решение, позволяет снизить время на обслуживание и ремонт привода, уменьшить нагрузку службы сервиса (слесарей), сэкономить на количестве капитальных ремонтов и запасных частей. Все эти элементы в совокупности дают экономический эффект, с быстрым сроком окупаемости моего проекта.

Список использованной литературы

1. Зайцев Н.В. «Технологическое оборудование хлебозаводов» Москва «Пищевая промышленность» 1967г.

2. Зайцев Н.В. «Ремонт и диагностика оборудования пищевых производств» Москва «Пищевая промышленность» 1975г.

3. Методические указания по выполнению курсовой работы Москва «МГУТУ» 2003г.

4. Лунин О.Г. и др. Курсовое и дипломное проектирование технологического оборудования их производств.- М.: Агропромиздат 1990. -267с.

5. Иосилевич Г.Б. и др. Прикладная механика. М.: Машиностроение, 1985. - 575 с.

6. Иванов М.Н. Детали машин. - М.: Высшая школа, 1976. -399 с.

7. Чернавский С.А. и др. Курсовое проектирование деталей машин.- М: Машиностроение, 1979. -351 с.

8. Кудрявцев В.Н. и др. Курсовое проектирование деталей машин. - М.: Машиностроение 1984. -399 с.

Размещено на Allbest.ru