Устройства для перемешивания мезги, сусла, вина. Насосные установки. Расчет основных параметров насосных установок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГОУ ВПО Ставропольский государственный аграрный университет

Курсовая работа

по дисциплине «Технологическое оборудование»

Устройства для перемешивания мезги, сусла, вина. Насосные установки. Расчет основных параметров насосных установок

Выполнил:

студент факультета агробиологии и земельных ресурсов

4 курса 7 группы

Зубченко Евгений Георгиевич

Проверил:

доцент Сосюра Е.А.

Ставрополь, 2017



Введение

насос поршень плунжер виноматериал

Без насосного оборудования не обходится ни одно крупное производство. Для перемещения мезги, сусла, виноматериалов, дрожжей спирта и готового вина применяют насосы. В виноделии используют насосы поршневые, винтовые и центробежные.

Поршневые насосы ВПМН-10, НП-М, ВПМН-20 и ПМН-28 а также винтовые насосы 1В12/5В и 1В20/5В являются универсальными и могут быть использованы как для перекачки мезги, так и для перекачки сусла, дрожжей, виноматериалов и вин. Другая группа поршневых насосов - Н-13, Н-21 и Н-21М. В основном предназначена для перекачки сусла и вина. Центробежные насосы используются для перекачки виноматериалов и вин, а некоторые типы этих насосов - и для перекачки сусла.



1. Технологическая часть

1.1 Характеристика насосных установок

Существует множество типов насосов, различающихся по принципу действия и конструкции. Можно выделить два основных вида: насосы объемного действия и динамические насосы.

В объемных насосах рабочим органом является изменяющая объем камера и преобладают силы давления, принудительно перемещающие вещество.

Насосы объемного действия могут использоваться для перекачки вязких жидкостей. В этих насосах происходит одно преобразование энергии - энергия двигателя непосредственно преобразуется в энергию жидкости. Это высоконапорные насосы, они чувствительны к загрязнению перекачиваемой жидкости. Рабочему процессу в объемных насосах присуща высокая вибрация, поэтому для них необходимы массивные фундаменты. Однако преимуществом таких насосов можно считать способность к сухому всасыванию (самовсасыванию).

К насосам объемного типа относятся:

Роторные насосы общее название насосов, которые перемещают жидкости при движении роторов, кулачков/клиньев, винтов, лопастей/лопаток или похожих деталей в фиксированном корпусе;

Шестеренные насосы простой тип насосов с принудительным смещением, которое вызывается изменением объемов в полостях сцепленных между собой шестерен;

Импеллерные насосы, в которых рабочее колесо с лопастями из эластичного материала вращается внутри эксцентрического корпуса, что приводит к сгибанию лопастей и вытеснению жидкости;

Кулачковые насосы в которых жидкость перемещается внутри рабочей камеры насоса благодаря вращению двух независимых роторов. Благодаря высокой точности изготовления корпуса насоса и роторов между ними находятся малые зазоры, препятствующие противотоку жидкости внутри насоса. Такие насосы могут перекачивать жидкости с большими включениями (например, джем с целыми ягодами) и поэтому широко применяются в производстве продуктов питания, напитков, молочных продуктов, фармацевтической промышленности;

Перистальтические насосы рабочим элементом в этих насосах является гибкий многослойный рукав из эластомера. Двигатель вращает вал с башмаками (роликами), которые пережимают рукав насоса, перемещая жидкость внутри рукава;

Винтовые насосы, в которых металлический ротор винтообразной формы находится внутри статора, сделанного из эластомера. При вращении ротора изменяется объем полостей внутри пары ротор-статор и жидкость, вытесняясь из-за вращения ротора, перемещается по оси насоса.

В динамических насосах преобладают динамические силы. Для них характерно двойное преобразование энергии, они обладают равномерной подачей и уравновешенностью рабочего процесса. В отличие от объемных насосов, они не способны к самовсасыванию.

К динамическим насосам относятся:

Центробежные насосы в них рабочим органом насоса является рабочее колесо, при прохождении через которое увеличиваются кинетическая энергия жидкости (увеличивается скорость) и потенциальная энергия давления;

Вихревые насосы аналогичны центробежным, отличаются малыми габаритами и массой. Недостатками таких насосов являются низкий КПД, не превышающий в рабочем режиме 45%, и непригодность для подачи жидкости, содержащей абразивные частицы (так как это приводит к быстрому изнашиванию стенок торцевых и радиальных зазоров);

Струйные насосы разделяются на водоструйные (гидроэлеваторы), принцип действия которых основан на передаче кинетической энергии рабочей жидкостью перекачиваемому веществу и эрлифты, в которых подается сжатый воздух от компрессора и водовоздушная смесь двигается благодаря подъемному действию пузырьков воздуха.

Рассмотрим поршневой насос в виду его высокой производительности и простоты конструкции.

1.2 Принцип действия поршневого насоса

В поршневом насосе, перекачивающем жидкость, происходит поочередное заполнение жидкостью рабочих камер и ее вытеснение в результате соответственно увеличения или уменьшения их объема. Поршневые насосы состоят из механической и гидравлической частей.

Гидравлическая часть служит для преобразования механической энергии поршня или плунжера в механическую энергию жидкости.

Механическая часть предназначена для преобразования движения входного звена привода в возвратно-поступательное движение поршня или плунжера.

Простейший поршневой насос состоит из цилиндра, поршня, соединенного при помощи штока с приводной частью насоса, всасывающего и нагнетательного клапанов, размещенных в клапанной коробке.

Пространство, ограниченное поршнем, стенками цилиндра и клапанной коробкой, называется рабочей камерой насоса. Объем рабочей камеры обусловлен положением поршня: минимальный соответствует левому предельному положению поршня и называется объемом мертвого пространства, максимальный - предельному правому положению поршня. Разница между максимальным объемом и объемом мертвого пространства называется полезным объемом рабочей камеры.

При движении поршня вправо (ход всасывания) объем рабочей камеры увеличивается, а давление в ней уменьшается. Перекачиваемая жидкость под действием атмосферного давления открывает всасывающий клапан и заполняет рабочую камеру. В это время нагнетательный клапан закрыт. Таким образом, при ходе всасывания рабочая камера связана с всасывающим патрубком и изолирована от нагнетательного патрубка.

При обратном ходе поршня в рабочей камере создается давление, превышающее давление в нагнетательном патрубке, нагнетательный клапан открывается и жидкость, по объему соответствующая полезному объему рабочей камеры вытесняется.

Во время нагнетательного хода рабочая камера насоса связана с нагнетательным патрубком и изолирована от всасывающего.

Одним из конструктивных вариантов насоса одинарного действия является плунжерный, или скальчатый насос (рис. 1.1.6). При перемещении плунжера 8 в цилиндре 4 изменяется объем рабочей камеры, в результате чего происходит всасывание в рабочую камеру или вытеснение ил нее жидкости через клапаны 2 и 1, как у насоса одинарного действия.

Насосы двойного действия позволяют увеличить равномерность подачи без существенного усложнения конструкции. Насос имеет две рабочие камеры - слева и справа от поршня, две клапанные коробки, каждая из которых имеет всасывающие и нагнетательные клапаны. Всасывающий и напорный патрубки общие для двух камер.

При движении поршня влево жидкость из всасывающего патрубка поступает в правую полость, а жидкость, находящаяся в левой полости, вытекает в нагнетательный патрубок. При движении поршня вправо всасывание происходит в левой полости, а нагнетание из правой, т. е. каждая камера работает как насос простого действия.

Дифференциальный насос имеет также две камеры. Левая камера имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, правая вспомогательная камера клапанов не имеет. При движении поршня вправо в левой камере происходит всасывание - жидкость через всасывающий клапан поступает из всасывающего патрубка в левую рабочую камеру. Нагнетательный клапан при этом закрыт, а жидкость, вытесняемая из правой вспомогательной рабочей камеры, поступает в нагнетательный патрубок. При ходе поршня влево жидкость вытесняется через нагнетательный клапан во вспомогательную камеру, объем которой увеличивается, а оставшаяся часть жидкости идет в нагнетательный патрубок. Таким образом, независимо от направления движения поршня происходит подача жидкости.

1.3 Достоинства и недостатки поршневого насоса

Поршневые насосы применимы для перекачивания только чистых жидкостей, это объясняется наличием клапанов в конструкции поршневого насоса. Наличие примесей в перекачиваемой жидкости может привести к выходу из строя клапанов насоса. При возвратно-поступательном движении возникают большие силы инерции, поэтому средняя скорость движения поршня ограничивается значениями 0,5-1 м/с. Поршневые насосы обеспечивают прерывистую подачу жидкости. Имеют большие габариты по сравнению с центробежными, это объясняется сложностью их конструкции, при этом поршневые насосы способны обеспечивать большие напоры. Их подача не зависит от напора, что позволяет применять их в качестве насосов дозаторов. КПД поршневых насосов выше чем у центробежных.

Преимущества

- независимость подачи от напора

- высокий КПД

- тихоходность

Недостатки

- высокая стоимость

- сложность конструкции

- сложность регулирования подачи

- чувствительность к механическим примесям

- прерывистая подача рабочей жидкости



2. Расчетная часть

2.1 Расчет диаметра гидравлического цилиндра

Диаметр D гидравлического цилиндра любого поршневого насоса можно определить из выражения для его секундной подачи (м³/с)

^Q_C⁼n_nkFSn/60

Где n_n коэффициент подачи, примерное значение которого принимаем = 0,96.

k - коэффициент кратности действия насоса, т.е. количество рабочих камер насоса, который принимается принимаем k= 1.

- коэффициент, учитывающий загромождение поршня штоком, который для насосов нечетной кратности действия принимается равным 1.

Принимаем ;

DF = ²/4 - площадь поршня, м²;

- ход поршня, м; S = D

n - число двойных ходов поршня в минуту, которое рекомендуется принимать для паровых прямодействующих насосов - из диапазона 30…80 мин^-1. Принимаем n= 50 мин^-1.

Подставив в приведенную выше формулу выражения для F и S, получим формулу для диаметра гидравлического цилиндра (м)

D =

где Q_C=Q/3600 = 20/ 3600 м³.

Значениепринимаем

2.2 Ход поршня (м)

Полученные в результате расчета значения D и S округляются до ближайшей величины, кратной 0,005 м (5 мм). Принимаем S= 0,29 м.

2.3 Средняя скорость поршня (м/с)

м/с.

Значение средней скорости поршня должно согласовываться с данными.

2.4 Диаметры приемного и напорного патрубков насоса

где C - скорость жидкости в трубопроводе, принимается в пределах 1...2 м/с для приемного патрубка и 1,5...2,5 м/с для напорного патрубка. Принимаем С = 1 для приемного патрубка и С= 1,5 для напорного патрубка.

Значения диаметров патрубков принимаются равными ближайшему большему значению условных проходов по ГОСТ.

Для приемного патрубка:

Принимаем di = 90 мм.

Для напорного патрубка:

Принимаем di = 70 мм.

2.5 Размеры клапанов насоса

Диаметр проходного сечения гнезда клапана (м) определяется по выражению

d_г=

где - коэффициент загромождения отверстия гнезда клапана ребрами и ступицей для направляющих; для клапанов без нижних направляющих и центрального болта = 1, для остальных типов клапанов = 0,75...0,8. Принимаем = 0,75

z - число клапанов, обслуживающих одну полость. Принимаем z = 1;

C_г - скорость прохождения жидкости через гнездо клапана; обычно для водяных насосов принимается в пределах 2...4 м/с для нагнетательных клапанов и 0,75...2 м/с для всасывающих.

Для нагнетательного клапана: С_г= 2 м/с

Значение d_г принимается округленным до ближайшей величины, кратной 0,005 м (5 мм). Принимаем d_гн = 0,07 м.

Для всасывающего клапана: C_г= 0,75 м/c

Принимаем d_гв= 0,115 м

Высота подъема клапана определяется по выражению:

Для нагнетательного клапана:

Для всасывающего клапана:

Приняв d_гза определяющий размер, для остальных размеров клапана обычно принимают следующие соотношения:

- ширина притертой поверхности клапана l_k= (0,1...0,4)

- толщина тарелки клапана S_T= (0,1...0,2)*d_г

мм

мм

- высота направляющих перьев l_П = (0,7...0,8)*d_г

- число направляющих перьев Z_П= 3...4. Принимаем Z_П= 3;

- толщина направляющие перьев S_П= 0,1d_г

В отдельных случаях все вышеуказанные величины могут выходить из указанных пределов.

2.6 Объем воздушных колпаков (м3)

^V_B ⁼,

где K_H- коэффициент, характеризующий избыточную подачу жидкости, у насосов простого действияK_н= 0,55.

= 0,03. = 0,02...0,05. Принимаем - коэффициент, определяющий принятую степень неравномерности давления воздуха в колпаке,

Площадь поршня:

Полный объем колпака:

V_K= 1,5*V_B

Обычно диаметр (м) и высоту колпака принимают по следующим соотношениям:

Размеры колпака принимают, округляя полученные величины до ближайших больших размеров, кратных 0,005 м.

Принимаем: Dк = 0,54 м, Hк = 0,56 м.

2.7 Полезная мощность, развиваемая насосом (кВт)

N_п=Q_c*P= 20/3600*990,8 = 5,5 кВт.

где P- давление насоса:



- плотность перекачиваемой жидкости кг/м³;

g - ускорение свободного падения м/с².

Мощность, потребляемая насосом:

где _н - общий КПД насоса, который обычно составляет 0,3...0,5 - для осушительных прямодействующих насосов. Принимаем _н= 0,4.

2.8 Расчет парового привода прямодействующего насоса

Диаметр парового цилиндра (м) определяется по формуле

где _г - гидравлический КПД насоса; _г = 0,9...0,98. Принимаем _г = 0,94.

_m - механический КПД насоса; для прямодействующего насоса _m= 0,85...0,95.

Принимаем _m = 0,9.

_пр - коэффициент, учитывающий потерю давления пара при перетекании из золотниковой коробки в цилиндр; _пр = 0,93...0,97. Принимаем _пр= 0,95.

Индикаторная мощность паровых цилиндров:



где _im - механический КПД парового привода, принимаемый из диапазона 0,92...0,98. Принимаем _im= 0,95.

Часовой расход пара в прямодействующих насосах, работающих без расширения пара, можно вычислить по зависимости

где i - число паровых цилиндров в насосе. Принимаем i=1.

V_ПЦ - объем парового цилиндра V_ПЦD = 0,25 _п² S = 0,25*3,14*0,173²*0,29 = 0,00681 м³

_П - плотность влажного пара _П= 0,48p₁ + 0,2 = 0,48*1400*10^-3+0,2 = 0,872 кг/м³.



Список использованной литературы

1. Расчеты судовых насосов объемного типа: Методические указания к выполнению расчетно-графического задания и курсового проектирования. А.Н. Горбенко, В.И. Мартышевский - Керчь: КМТИ, 1998.-32 с.

2. Б.Е. Черепанов. Судовые вспомогательные и промысловые механизмы, системы и их эксплуатация. - М.: Агропромиздат, 1986. - 344 стр.

3. Зайчик, Ц.Р. Технологическое оборудование винодельческих предприятий: учебник / Ц.Р. Зайчик. - 5-е изд., доп. - Москва: ИНФРА-М, 2014. - 496 с.

4. Сосюра, Е.А. Учебно-методический комплекс дисциплины "Физико-химические основы и общие принципы переработки растительного сырья" [электронный полный текст]: направление (специальность) "Продукты питания из растит. сырья", профиль - "Технология бродильных пр-в и виноделие" квалификация - бакалавр / Е.А. Сосюра, А.Ф. Нуднова; СтГАУ. - Ставрополь, 2014.

5. Капустин, И.В.Технологии и оборудование для переработки винограда и производства высококачественных вин [электронный полный текст]: метод. указания для выполнения лабораторной работы студентами по направлению 260100.62 - Продукты питания из растит. сырья, профиль - Технология бродильных пр-в и виноделия / И.В. Капустин; СтГАУ. - Ставрополь, 2014.

Размещено на Allbest.ru