Меню

Основные конструкционные элементы оборудования

Основные конструкционные материалы и их выбор

При выборе материала для изготовления оборудования должны учитываться следующие важные показатели:

— физические свойства (плотность, теплоемкость, теплопроводность);

Все перечисленные характеристики материала неразрывно связаны между собой и почти все (кроме стоимости) зависят от условий, в которых находится материал. Например:

· при изменении температуры изменяются коррозионная стойкость, обрабатываемость;

· при увеличении чистоты поверхности при механической обработке улучшается коррозионная стойкость;

· при изменении структуры материала термической обработкой изменяется коррозионная стойкость.

Поэтому, при выборе материала в процессе конструировании машин и оборудования необходимо уточнение рабочих условий (температуры, давления, характер нагрузки, состав и свойства среды, контактирующей с материалом).

Однако во многих случаях свойства материала могут вступать в противоречие друг с другом. Например:

· химически стойкий материал может оказаться недостаточно прочным или термостойким;

· прочный материал может оказаться хрупким, обладать плохой обрабатываемостью;

· прочный и химически стойкий материал может оказаться слишком дорогим.

Следует отметить, что такой показатель, как стоимость, не в полной мере характеризует материал с точки зрения экономической целесообразности его применения. Например:

· дорогой, но более прочный материал может оказаться выгоднее дешевого из-за возможности изготовления более тонкостенных и легких изделий и большей их долговечности;

· стоимость обработки дешевого материала может оказаться чрезмерно высокой, что готовое изделие получается слишком дорогим (абсорбционные гранитные башни, несмотря на низкую стоимость гранита в сравнении со сталью, обходятся дороже стальных из-за дороговизны обработки гранита).

Металлы и сплавы

Сплавы железа с углеродом – чугуны и стали являются самыми распространенными материалами для изготовления машин и оборудования. По весу, на их долю приходится около 85-90% всего оборудования и около 50% — из чугуна.

Наиболее широко распространены для изготовления оборудования: алюминий, медь, никель, титан, тантал.

Для всех цветных металлов характерна высокая коррозионная стойкость, причем наличие примесей ее снижает, но повышает механическую прочность.

Прочность цветных металлов повышают наклепом и гартовкой (холодная обработка), при этом снижается пластичность.

Пластические свойства повышают отжигом.

Алюминий. Выпускается всего 7 марок в зависимости от чистоты. Наиболее распространены две:

Химическая и коррозионная стойкость алюминия объясняется способностью образовывать защитную пленку из окислов.

Положительные свойства Al:

— устойчив к воздействию азотной, фосфорной, уксусной кислот, сухого хлора и хлористого водорода, паров серы и сернистых соединений.

Отрицательные свойства Al:

— плохие литейные свойства;

— плохая обрабатываемость резанием;

— Образование защитной пленки затрудняет пайку и сварку алюминия, при этом пайка и сварка снижают коррозионную стойкость.

Медь. Выпускается всего 5 марок в зависимости от чистоты. Применяются две:

Положительные свойства Cu :

— повышение прочности при низких температурах;

— устойчива против щелочей.

Отрицательные свойства Cu :

— не обладает стойкостью против большинства кислот и солей;

— разрушается под действием аммиака (NH 3), углекислого газа (СО 2), сероводорода (SO 2), паров серы, сернистого ангидрида (H 2S)

— посредственные литейные свойства;

— плохая обрабатываемость резанием.

Никель. Выпускается 5 марок. Применяется марка Н0 – 99,9 % Ni.

Положительные свойства Ni:

— высокая коррозионная стойкость;

— хорошая обрабатываемость и литейные свойства.

Положительные свойства Ti:

— высокая коррозионная и химическая стойкость;

— малая плотность (в 2 раза меньше чем у стали);

— хорошая обрабатываемость и литейные свойства;

— при температуре > 200 o C способен поглощать газы;

Отрицательные свойства Ti:

— не стоек против серной кислоты (H 2SO 4);

— дороже в 8-10 раз высоколегированной стали.

Сплавы на основе цветных металлов

Применяются в основном для частей машин, подверженных истиранию: подшипники, шестерни).

Латуни – сплав меди с цинком.

При содержании цинка до 20% сплавы называются томпаками; при содержании Zn 20-55% — латунями.

Обозначение: Л68 (68% меди, остальное – цинк).

ЛН 65-5 (65% меди, 5% никеля, остальное – цинк).

Бронзы – сплав меди с оловом, кремнием, марганцем, бериллием.

Бр.ОЦ 8-4 – оловянистая бронза (8% олова, 4% цинка, остальное – медь).

Бр.ОС 8-12 – свинцовистая бронза (8% олова, 12% свинца, остальное – медь)

Бр. ОФ 10-1 – фосфоритная бронза (10% олова, 1% фосфора, остальное – медь)

Бр. АЖ 9-4 – алюминиево-железная бронза (9% алюминия, 4% железа)

Бр. АЖН 10-4-4 – алюминиево-железо-никелевая бронза

Бр. КМц 3-1 – кремнистая бронза (3% кремния, 1% марганца)

Баббиты – сплавы на основе олова ( Sn) или свинца ( Pb)с добавлением 8-16 % сурьмы ( Sb), С u), Припои – служат для соединения металлических изделий.

Мягкие припои (t плавления 183-280 О С) – сплав олова с цинком:

ПОС-40 (припой оловянисто-свинцовый с 40 % олова); ПОС-30

Серебряные припои (t плавления 740-830 О С)

ПСр-12 (12 % серебра, 40 % меди, остальное – цинк); ПСр-25; ПСР-45

Твердые припои (t плавления 850-885 О С)

ПМЦ48 (припой медноцинковый с 48 % меди, остальное – цинк); ПМЦ54.

Граниты и андезиты. Применяют для изготовления абсорбционных башен, резервуаров.

Асбест. Применяют для изготовления огнестойких, кислотоупорных прокладок.

Используется главным образом древесина хвойных пород – сосны, ели, лиственницы. Применяют для изготовления простейших аппаратов, лопастей вентиляторов для аэродинамических испытаний.

Резина – продукт, получаемый в результате термической обработки (вулканизации) натурального или синтетического каучука с серой.

при введении в каучук 2-4 5 серы – мягкая резина;

при введении в каучук 25-40 % серы – твердая резина или эбонит.

Тепловая стойкость резин невысокая – до 80 о С. Специальные теплостойкие силиконовые резины выдерживают до 300 о С.

Под действием света мягкая резина теряет эластичные свойства и растрескивается.

Сырая листовая резина служит для гуммирования аппаратов и трубопроводов.

Гуммирование – покрытие внутренних поверхностей защитным слоем резины для предохранения от действия коррозии и эрозии.

Эбонит применяется как конструкционный материал для изготовления небольших аппаратов и деталей (почти полностью вытеснен пластмассами).

Обладают высокой коррозионной стойкостью и достаточно большой прочностью, малым удельным весом. С этой точки зрения они являются прекрасными заменителями дорогих цветных металлов и сплавов.

Пластические массы представляют собой органические высокомолекулярные соединения естественного или искусственного происхождения. Во время изготовления к ним добавляют наполнители, пластификаторы, красители для придания необходимых свойств – прочности, эластичности, цвета, температуры размягчения.

Все пластические массы делятся на две группы:

— Термопласты характеризуются способностью размягчаться при нагревании и снова отвердевать при последующем охлаждении, причем этот процесс можно многократно повторять.

— Реактопласты во время нагревания сначала нагреваются и плавятся, а при дальнейшем нагреве до определенной температуры необратимо затвердевают и становятся нерастворимыми.

Фенопласты. Представляет собой фенолформальдегидную смолу. Относится к реактопластам. Необратимо отвердевает при t=120-170 о С.

В зависимости от наполнителя фенопласты различаются на:

Фаолит – фенопласт с асбестом. Изготавливаются емкости, колонны, насосы, трубы.

Графолит – фенопласт с графитом, пропитанным бакелитовым лаком. Применяется для изготовления теплообменных поверхностей.

Текстолит (стеклотекстолит) – листы хлопчатобумажной или стеклянной ткани, пропитанные фенолформальдегидной смолой, прессованные при t=110 о С и Р=12 МПа. Применяется для изготовления деталей, несущих механические нагрузки. Коррозионная стойкость невысокая.

Асбовинил. Получается путем смешивания лака этинол с асбестом. Относится к реактопластам. Необратимо отвердевает при t=40-130 о С. Используется для изготовления труб, для футеровки аппаратов. По свойствам близок к фаолиту.

Винипласт. Получается в процессе полимеризации хлорзамещенных производных этилена. Относится к термопластам. Применяется для изготовления аппаратов и их футеровки. Не применяется при высоких давлениях из-за хрупкости, особенно при низких температурах.

Акрипласт (плексиглас, органическое стекло). Получается в результате полимеризации метилового эфира метакриловой кислоты. Относится к термопластам. Используется для изготовления прозрачных аппаратов, работающих при комнатных температурах и для смотровых стекол. Размягчается при t=100-120 о С.

Стиропласт (полистирол). Получается в результате полимеризации стирола. Относится к термопластам. Применяется для защитного покрытия стенок аппаратуры методом напыления на нагретую поверхность. Является хорошим теплоизолятором.

Этиленопласт (полиэтилен). Получается в результате полимеризации газа этилена в присутствии катализатора. Относится к термопластам. Применяется для футеровки аппаратов.

Читайте также:  Оборудование для массажа воронеж

Стеклопластики. Получаются в результате полимеризации полиэфирных смол, усиленных стеклянным волокном. Полимеризация осуществляется при комнатных температурах при небольшом подогреве и может быть проведена без давления. Изготавливаются аппараты большого размера.

Эпокси-смолы. Относятся к реактопластам. Применяются для смеси с другими пластиками для повышения их прочности и химической стойкости.

Фторопласт. Получается полимеризацией тетрафторэтилена. Диапазон рабочих температур –200-+250 о С. По химической стойкости превосходит все пластмассы и металлы. Изделия из фторопласта получают спеканием порошка при t=360-380 о С в плотную белую массу. Применяют для изготовления труб, прокладок, различные детали, обкладочные листы.

Безмоментная теория оболочек вращения.

Оболочка – тело, ограниченное двумя параллельными поверхностями, причем одно из измерений которого (толщина) значительно меньше двух других.

Срединная поверхность – геометрическое место точек, равноотстоящих от внешней и внутренней поверхностей оболочки.

Оболочка вращения (симметричная оболочка) – оболочка, срединная поверхность которой образована вращением какой-либо плоской линии вокруг оси, лежащей в ее плоскости. Для таких оболочек действующая нагрузка также считается симметричной, т.е. не изменяется по дуге окружности.

При прочностных расчетах рассматривают главные сечения оболочки: меридиональное и перпендикулярное меридиану. Этим сечениям соответствуют два главных радиуса кривизны оболочки: R 1 – радиус кривизны меридиана в данной точке и R 2 – радиус кривизны сечения, перпендикулярного меридиану. Радиусы R 1 и R 2 являются функцией угла q между нормалью к срединной поверхности и осью симметрии.

Теория расчета, основанная на предположении равномерного распределения напряжений по толщине стенки, называется безмоментной или мембранной теорией оболочек. При таком предположении отсутствует изгиб стенки оболочки.

Рассмотрим тонкостенную оболочку вращения произвольной формы толщиной стенки s, нагруженную внутренним давлением Р.

Выделим в стенке бесконечно малый элемент, ограниченный двумя меридиональными сечениями, расположенными под углом d j и двумя сечениями, перпендикулярными к мередиану, расположенными под углом d q (часть угла q).

Примем следующие допущения:

— прямые, перпендикулярные к срединной поверхности до деформации, остаются такими же и после деформации;

— в плоскостях, параллельных срединной поверхности, нормальные напряжения s r (радиальные) незначительны и ими можно пренебречь;

— напряжения в оболочке постоянны по толщине стенки.

На гранях выделенного элемента возникают меридианальное s m и тангенциальное (окружное) s t напряжения, вектор которых направлен по нормали к соответствующей грани.

Т.к. напряжения равномерно распределены по толщине стенки, это позволяет легко определить силы, приложенные к граням.

Нормальные силы U, расположенные в плоскости кривизны меридиана:

. (1)

Нормальные силы T, расположенные во второй плоскости кривизны

. (2)

К выделенному элементу приложена также внешняя нагрузка от давления на стенку, представляющая собой силу, направленную по нормали к срединной поверхности выделенного элемента:

. (3)

Под действием этих сил элемент находится в равновесии. Для составления уравнения равновесия спроецируем указанные силы на направление нормали к выделенному элементу.

Длина дуги меридиана:

Длина дуги кольца:

Заменяя ввиду малости синусы их аргументами и пренебрегая бесконечно малыми членами второго порядка, получим

/ :

. – уравнение Лапласа (4)

В уравнении Лапласа содержится два неизвестных s t и s m . Поэтому необходимо еще одно уравнение. Для этого рассмотрим условие равновесия зоны оболочки, отсеченной нормальным коническим сечением.

Просуммируем по контуру меридиональную силу U:

.

Эта сила должна быть равна силе газового давления на оболочку:

Запишем условие равновесия в проекции сил на ось вращения оболочки:

,

учитывая, что из-за малой толщины стенки R ср » r , из уравнения равновесия найдем меридиональное напряжение:

,

Из рисунка r = R 2 × sin q , тогда получим

. (5)

Уравнения (4) и (5) являются основными уравнениями безмоментной теории оболочек, исходя из которых, получают расчетные зависимости для определения главных напряжений в оболочках любой формы, при соответствующих значениях главных радиусов кривизны.

Применим формулы (4) и (5) для наиболее часто применяющихся форм оболочек.

(6)

Из формулы (6) можно получить формулы для вычисления толщины стенки или допускаемого давления [ Р] c учетом условия прочности.

, .

.

.

Т.е. тангенциальные напряжения в цилиндрической оболочке в 2 раза больше меридиональных, поэтому они принимаются за расчетные напряжения.

Источник



Основные элементы оборудования

Трансформатор высокого напряжения представляет собой сложное устройство, состоящее из большого числа конструктивных элементов, основными из которых являются: магнитная система (магнитопровод), обмотки, изоляция, выводы обмоток, бак, охлаждающее устройство, механизм регулирования напряжения, защитные и измерительные устройства. Конструктивная схема масляного трансформатора представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – конструктивная схема масляного трансформатора: 1 – выхлопная труба, 2 – газовое реле, 3 – ввод НН, 4 – ввод ВН, 5 – обмотки высшего и низшего напряжений, 6 – радиаторы системы охлаждения, 7 – магнитопровод, 8 – кран для слива масла, 9 – тележка с катками, 10 – бак, 11 – устройство регулирования под нагрузкой (РПН), 12 – термосифонный фильтр, 13 – воздухоосушитель, 14 – указатель уровня масла, 15 – расширитель, 16 – соединительная трубка.

В магнитной системе трансформатора проходит магнитный поток. Магнитопроводявляется конструктивной и механической основой трансформатора. Он выполнен из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. В настоящее время применяется холодокатанная сталь марок 3405, 3406, т.е. сталь с определенной ориентацией зерен, допускающая индукцию до 1,7 Тл. Применение такой стали позволяет значительно уменьшить сечение магнитопровода за счет большой допустимой магнитной индукции , а также диаметр витков обмотки, массу и габаритные размеры трансформаторов. Для листов трансформаторной стали широко применяется изоляция лаком с толщиной слоя 0,01 мм. Лаковая пленка создает достаточно надежную изоляцию между листами, обеспечивает хорошее охлаждение магнитопровода, обладает высокой нагревостойкостью и не повреждается при сборке.

Обмотки трансформаторов могут быть концентрическими и чередующимися. В первом случае обмотки ВН и НН выполняют в виде цилиндров и располагают на стержне концентрически одна относительно другой (рисунок 2, а). Такое выполнение принято в большинстве силовых трансформаторов. Во втором случае обмотки ВН и НН выполняются в виде невысоких цилиндров с одинаковыми диаметрами и располагаются на стержне одна над другой (рисунок 2, б). Такая обмотка применяется для специальных электропечных трансформаторов и для сухих трансформаторов, так как обеспечивает лучшее охлаждение обмоток.

Рисунок 2 — Обмотки трансформатора: а) концентрические, б) чередующиеся.

Изоляция трансформатора очень важна, т.е. надежность работы трансформатора определяется в основном надежностью его изоляции. В масляных трансформаторах основной изоляцией является масло в сочетании с твердыми диэлектриками: бумагой, электрокартоном, гетинаксом. В сухих трансформаторах широко применяются новые виды изолирующих материалов повышенной нагревостойкостью на основе кремнийорганических материалов.

В бак трансформатора помещают активную часть вместе с отводами и переключающими устройствами для регулирования напряжения. Основные части бака -стенки, дно и крышка. Крышку используют для установки вводов, выхлопной трубы, крепления расширителя, термометров и других элементов. На стенках бака укрепляют охлаждающие устройства — радиаторы.

Расширитель трансформатора представляет собой цилиндрический сосуд, соединенный с баком трубопроводом и служащий для уменьшения площади соприкосновения масла с воздухом. Объем расширителя составляет 9. 10 % объема масла в трансформаторе и системе охлаждения. Бак трансформатора полностью залит маслом, изменение объема которого при нагреве и охлаждении приводит к колебанию уровню масла в расширителе, при этом воздух вытесняется из расширителя или всасывается в него. Масло очень гигроскопично, и если расширитель непосредственно связан с атмосферой, то влага из воздуха поступает в масло, резко снижая его изоляционные свойства. Дл^ предотвращения этого расширитель связан с окружающей средой через силикагелевыйвоздухоосушителъ(рисунок 3). Силикагель поглощает влагу из всасываемого воздуха. Силикагелевый фильтр полностью не осушает воздух, поэтому постепенно влажность воздуха в расширителе повышается. Для предотвращения этого применяют герметичные баки с газовой подушкой из инертного газа или свободное пространство в расширителе заполняют инертным газом (азотом), поступающим из специальных эластичных емкостей (рисунок 4). Возможно также применение специальной пленки-мембраны в расширителе на границе масло-воздух.

Выхлопная (предохранительная) труба на крышке бака защищает его от разрыва при интенсивном выделении газа во время крупных повреждений внутри трансформатора (короткого замыкания). Верхний конец выхлопной трубы герметично закрывается диафрагмой из тонкого стекла или медной фольги. При взрывоопасных выделениях газа диафрагма разрушается, давление в баке понижается, что и предохраняет его от деформации. Верхняя полость выхлопной трубы и воздушное пространство над поверхностью масла в расширителе соединены трубкой. Это необходимо для выравнивания давлений с обеих сторон диафрагмы при изменении объема маслав нормальных эксплуатационных условиях.

Читайте также:  Недорогое оборудование для столовой

Вместо выхлопной трубы в настоящее время находят применение механические пружинные предохранительные клапаны, устанавливаемые на верхней части стенки трансформатора. Клапан срабатывает при повышении давления в баке до 80 кПа и закрывается при давлении ниже 35 кПа.

Маслоуказатель служит для контроля уровня масла в трансформаторе.Применяются плоские и трубчатые стеклянные маслоуказатели, работающие по принципу сообщающихся сосудов. На шкале маслоуказателя нанесены три контрольные риски, соответствующие уровням масла в неработающем трансформаторе при температурах -45, +15, +40 °С. В корпус маслоуказателя встроен также специальный герметичный контакт (геркон), подающий сигнал в случае недопустимого понижения уровня масла в трансформаторе.

Термосифонный фильтр крепится к баку трансформатора и заполняется силикагелем ли другим веществом, поглощающим продукты окисления масла. При циркуляции за счет разности плотностей горячего и холодного масла происходит непрерывная его регенерация. Адсорбент может служить как силикагель, так и активный оксид алюминия, алюмагель и др. Адсорбенты удерживают воду в своих порах, не вступая с ней в химическое соединение. Насыщенный водой адсорбент заменяется, а использованный регенерируется нагреванием до определенной температуры (400 . 500 °С). Для индикации насыщения силикагеля в него добавляют хлористый кобальт (около 3%). Примесь хлористого кобальта придает составу голубую окраску. Появление розовой окраски является признаком насыщения состава водой.

Рисунок 3 — Воздухоосушитель: 1 — стенка бака, 2 — труба для присоединения воздухоосушителя, 3 — соединительная гайка, 4 — смотровое окно патрона с индикаторнымсиликагелем, 5 — масляный затвор, 6 — указатель уровня масле в затворе

Количество адсорбента, засыпаемого в термосифонный фильтр трансформатора, составляет около 1% залитого в него масла.

Для очистки масла в раблтающем трансформаторе, находящемся под напряжением, часто используются передвижные адсорбенты (рисунок 5 и 6). Расход масла в них составляет 250.. .400 л/ч.

Для предупреждения окисления масла кроме фильтров и азотной защиты применяются антиокислительные присадки, способствующие поддержанию качества масла длительное время и защищающие другие изрляционные материалы трансформатора. Одной из лучших присадок является 2,6-дитретичный бутилпаракрезол, имеющий название ДБПК.

Рисунок 4 — Схемы конструктивного выполнения азотной защиты масла в трансформаторах: а — система с переменным давлением азота над поверхностью масла, б -система с нормальным атмосферным давлением азота и эластичным резервуаром, 1 — бак трансформатора, 2 — эластичный резервуар, 3 — козлы для подвешивания резервуара

Рисунок 5 — Передвижной адсорбер для регенерации масла: 1 — кран для выпуска воздуха, 2 — выход масла, 3 — фильтрующее устройство, 4 — цапфы для поворота корпуса, 5 — корпус адсорбера, 6 — зернистый адсорбер, 7 — перфорированное дно с сеткой, 8 — вход масла

Рисунок 6 — Схема установки для регенерации масла в трансформаторе, находящемся в работе: 1 — трансформатор, 2 — подогреватель, 3 — адсорбент, 4 — фильтр-пресс

Антиокислительной присадок может также служить пирамидон (технический) в количестве 3% от массы масла.

Срок службы масла с антиокислительными присадками увеличивается в 2-3 раза, стоимость их относительно небольшая, уход намного проще, чем за другими видами защиты масла. Добавку присадок производят раз в 4.. .5 лет.

Источник

Лекция №2 Основные конструктивные элементы и узлы теплового оборудования

Оборудование Лекции Технологическое оснащение Производство

Лекция №2 Основные конструктивные элементы и узлы теплового оборудования.

1. Рабочие камеры.

2. Греющие элементы.

3. Тепловая изоляция.

4. Транспортирующие и перемешивающие устройства.

5. Несущие элементы тепловых аппаратов.

6. Средства техники безопасности и контрольно-регулирующие устройства.

Рабочие камеры . Основным элементом теплового аппарата, предназначенного для тепловой обработки пищи, является рабочая камера. Она представляет собой пространство, в котором находится пищевой продукт в момент теплового воздействия.

К закрытым рабочим камерам относятся: варочные сосуды пищеварочных котлов и автоклавов, паровые камеры, камеры для ИК — и СВЧ-обработки, и т. д.

Открытые рабочие камеры сообщаются с окружающей средой. Они могут иметь форму параллелепипеда, куба, цилиндра или другую, в которых одна из поверхностей, формирующих объем, отсутствует.

Закрытые рабочие камеры выгодно отличаются от открытых по многим технико-экономическим параметрам: они характеризуются меньшими потерями теплоты и, как следствие, меньшими удельными энергозатратами; в этих камерах более точно выдерживаются технологические параметры и, следовательно, достигается более высокое качество кулинарных изделий.

Несмотря на недостатки, камеры открытого типа также широко распространены на предприятиях общественного питания. Это связано с их простотой в изготовлении и возможностью реализовать в некоторых из них многие технологические процессы, что делает их незаменимыми вспомогательными аппаратами.

Объем рабочей камеры определяют, чаще всего исходя из объема продуктов, находящихся в ней, с учетом коэффициента запаса:

где V КАМ – объем рабочей камеры, м3; V ПРОД — объем продуктов, м3; φ — коэффициент запаса.

Объем пищевого продукта определяется по требуемой производи­тельности с учетом продолжительности тепловой обработки:

где D — производительность аппарата, кг/с; τ — продолжительность тепловой обработки, с; ρпр — плотность продукта, кг/м3,

Греющие элементы. Продукты, размещенные в рабочих камерах, нагреваются путем контакта с той или иной греющей средой, которая, в свою очередь нагревается греющими элементами.

Греющие элементы размещаются в рабочих камерах с учетом требований технологии приготовления пищи при условии обеспечения минимальных потерь сырья и энергии, а также снижения общей себестоимости продукции.

Тепловая изоляция . Это слой материала, уменьшающий тепловые потери в окружающую среду. Температура наружных стенок аппаратов, покрытых тепловой изоляцией, не превышает 60 «С для варочных аппаратов и 70 «С для жарочных, что исключает возможность ожогов.

Основные требования к теплоизоляционным материалам: низкий коэффициент теплопроводности, теплостойкость и влагостойкость.

В ряде случаев, когда температура рабочей камеры невелика, роль тепловой изоляции может выполнять воздушная прослойка между камерой и корпусом. При этом толщина слоя воздушной прослойки не должна превышать 5. 10 мм.

Весьма эффективной и экономичной является комбинированная тепловая изоляция, состоящая из внешней воздушной прослойки и слоя теплоизоляционного материала, примыкающего к рабочей камере или поверхности греющего элемента, размещенного на ее стенках.

Расчет тепловой изоляции чаще всего сводится к определению толщины ее слоя.

а — коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности тепловой изоляции к воздуху, Вт/(м2 К); t нар — температура наружной поверхности теплоизоляционного слоя, равная температуре наружной стенки теплового аппарата, «С; t окр — температура окружающего воздуха, °С; t вн — максимальная температура внутреннего слоя тепловой изоляции, °С; λиз— коэффициент теплопроводности материала тепловой изоляции, Вт/(м К).

α = 9,7 + 0,07( t нар — t ок p ).

Транспортирующие и перемешивающие устройства . Транспортирующие устройства применяют в аппаратах непрерывного действия для перемещения пищевого продукта внутри рабочей камеры.

Рис. 1. Принципиальные схемы транспортирующих устройств:

а — ленточных; б — цепных; в — шнековых; 1 — ведущий барабан; 2 — ведомый барабан; 3 — рабочая камера; 4, 5 — промежуточные валики; 6 — холостая ветвь транспортера; 7 — рабочая ветвь транспортера; 8 — сетчатые емкости; 5 — вал; 10 — лопасть шнека (/ р — длина рабочего участки транспортера)

Основным рабочим элементом ленточных технологических транспортирующих устройств (рис. а) служит лента, выполненная, как правило, из отдельных пластин.

Скорость движения ленты не превышает 0,1. 0,3 м/с.

Производительность ленточного транспортера определяется по формулам:

при перемещении штучных грузов

где G — производительность, шт/ч; n — количество обрабатываемых изделий, располагающихся одновременно по ширине ленты, шт.; υ — скорость ленты, м/с; b — расстояние между обрабатываемыми изделиями по длине ленты, м;

при перемещении сыпучих материалов сплошным слоем производительность (кг/с)

где р — насыпная масса обрабатываемого пищевого продукта, кг/м3; L — ширина — слоя продукта на ленте, м; h — высота слоя продукта, м.

На предприятиях общественного питания цепные транспортеры чаще всего используют в паровых камерах, предназначенных для варки или размораживания пищевых продуктов.

Читайте также:  Передало в уставной капитал другой организации оборудование

В качестве основного элемента цепных транспортеров используют цепь, составленную из отдельных стальных звеньев, гибко соединенных между собой. К этой цепи обычно подвешивают перфорированные емкости, предназначенные для размещения пищевого продукта.

Производительность цепного транспортера (кг/ч) может быть определена по формуле

G = 3600 V емк ρφυ / b ,

V емк — объем емкости для продукта, м3; φ — коэффициент, учитывающий степень заполнения емкости (φ = 0,7 + 0,9); b — расстояние между емкостями.

Шнековые транспортирующие устройства (рис. в) иногда называют винтовыми. Они применяются в цилиндрических рабочих камерах.

Производительность шнекового транспортирующего устройства приближенно определяют по формуле

где G — производительность, кг/с; D — наружный диаметр шнеке, м; d — диаметр вала, м; S — шаг витка лопасти шнека, м; S 1 — толщина лопасти, м; n — частота вращения шнека, с-1; р — плотность продукта, кг/м3; φ’ — коэффициент, учитывающий неравномерность загрузки сырья (φ’ = 0,15. 0,2).

Перемешивающие устройства . В рабочих камерах аппаратов, предназначенных для тепловой обработки вязких пищевых продуктов с низким коэффициентом теплопроводности, для интенсификации процесса нагрева размещают перемешивающие устройства (мешалки).

Рис. 2. Принципиальные схемы мешалок:

а) горизонтальных; б) горизонтальных с наклоном (φ — угол наклона лопасти); в) вертикальных; г) планетарных; д) якорных; е) винтовых; ж) двухвинтовых; з) эллипсовидных

В аппаратах периодического действия при перемешивании однородных жидкостей применяют мешалки с горизонтальными лопастями (рис. а). Радиально расположенные прямые лопасти создают интенсивное движение жидкости в полости их вращения и слабое перемешивание по высоте столба жидкости. Для большей интенсификации перемешивания лопасти иногда изготовляют наклонными (рис. б).

Мешалки с вертикальными лопастями (рис. в) применяют при нагреве и смешении жидкостей разной плотности. Такие мешалки обеспечивают хорошее смешение жидкостей по всему объему.

Мешалки с планетарным механизмом (рис. г) используют в том случае, когда требуется особенно интенсивное перемешивание жидкости по всему объему.

Мешалки с якорными лопастями (рис. д) применяют в выпарных, варочных и плавильных аппаратах. Эти мешалки предназначены для постоянного перемешивания оседающих частиц пищевого продукта с целью предотвращения возможного пригорания или перегрева этих частиц во время технологического процесса.

Мешалки с винтовыми (рис. е), двухвинтовыми (рис. ж) и эллипсовидными (рис. з) лопастями обеспечивают хорошее перемешивание вязких пищевых продуктов по всему объему.

Несущие элементы тепловых аппаратов. Элементы, воспринимающие и перераспределяющие силу тяжести, силовое воздействие рабочих органов машин и механизмов, а также гасящие вибрации, возникающие при их работе, называют несущими.

Наиболее часто встречаются в конструкциях тепловых аппаратов в качестве несущих элементов станины и каркасы, размещаемые на основаниях.

Основания — это места установки машин и механизмов. В качестве основания могут использоваться полы производственных помещений или специально подготовленные бетонированные фундаменты.

Станины — опорные элементы, закрепляемые на основаниях, обеспечивающие распределение статической и гашение динамических нагрузок.

Обычно станины выполняют цельнометаллическими массивными, что позволяет понизить центр тяжести аппарата, придать ему необходимую устойчивость.

Каркас — несущая конструкция, на которой крепят рабочую камеру аппарата, передаточный и транспортирующий механизмы, а также системы, обеспечивающие безопасность и автоматическое регулирование процессов технологической обработки пищи.

Изготовляют каркасы в виде цельнометаллических сварных или сборно-разборных (с использованием крепежных резьбовых соединений) конструкций. В качестве основных элементов каркаса обычно используют стандартный металлопрокат — уголки, швеллеры, балки.

Средства техники безопасности, контрольно-регулирующие устройства и вспомогательные элементы конструкции

К наиболее общим средствам техники безопасности относятся:

1. Средства, исключающие воздействие электрического тока на организм человека: система защитного заземления; система защитного зануления; система защитного отключения; система защиты от токов короткого замыкания и токовой перегрузки;

2. Средства, исключающие воздействие природного газа на обслуживающий персонал;

3. Средства, исключающие поступление образующихся продуктов термического распада веществ в рабочих камерах, и средства, исключающие поступление продуктов сгорания топлива в рабочее помещение; специальные вентиляционные каналы (вентиляционные устройства); тяговые устройства;

4. Средства, исключающие механическое разрушение в результате повышенного давления или вакуума, — предохранительные клапаны.

5. Контрольно-измерительные средства — термометры, манометры, мановакуумметры различных типов, предназначенные для регистрации основных технологических параметров тепловых аппаратов.

Источник

Конструкционные материалы производственного оборудования

Специфические условия работы производственного оборудования топливно-энергетического комплекса (высокие давление и температура, агрессивная среда, эрозия твёрдыми материалами, вибрация и др.) предъявляют высокие требования к выбору конструкционных материалов при его изготовлении.

Наряду с обычными требованиями высокой коррозионной стойкости в агрессивных средах (например, химический состав), одновременно предъявляются требования высокой механической прочности, жаростойкости и жаропрочности, устойчивости при знакопеременных или повторных нагрузках (циклической прочности), малой склонности к старению.

При выборе материалов для производственного оборудования, работающих под давлением при высоких температурах, необходимо учитывать, что механические свойства материалов существенно понижаются.

При статическом приложении нагрузки важными характеристиками для оценки прочности материала являются: предел текучести s Т ; предел прочности s В ; модуль нормальной упругости Е; коэффициент Пуассона m. Эти характеристики являются основными при расчётах на прочность деталей производственного оборудования, работающего под давлением и при высоких температурах.

При динамических нагрузках кроме указанных выше характеристик необходимо учитывать также и вязкость, которая для многих углеродистых и легированных сталей при низких температурах ( Реклама

Для оборудования, подверженного ударным и пульсирующим нагрузкам при низких температурах, например, следует применять металлы и сплавы с ударной вязкостью не 2 , а для деталей, имеющих концентраторы напряжений (болты, шпильки), рекомендуются материалы, у которых ударная вязкость в 2 раза выше.

При высоких температурах значительно снижаются основные показатели прочности металлов и сплавов. Кроме того, поведение металлов под нагрузкой при высоких температурах значительно отличается от такового при обычной температуре. Предел прочности s В и предел текучести s Т зависят при этом от времени пребывания под нагрузкой и скорости нагружения, т.к. с ростом теипературы металлы из упругого состояния переходят в упругопластическое и под нагрузкой непрерывно деформируются (явление ползучести). Температура, при которой начинается ползучесть, например у обычных углеродистых сталей, составляет

375 °С, для низколегированных сталей

525 °С, для жаропрочных

Поскольку основным способом получения металлических неразъёмных соединений в ПО является сварка, хорошая свариваемость металлов является одним из основных и необходимых условий, определяющих пригодность их для безопасной эксплуатации оборудования.

Учитывая вышеизложенное, при изготовлении оборудования, отвечающего требованиям безопасной эксплуатации, к конструкционным материалам должны предъявляться следующие требования:

– достаточная коррозионная стойкость материала в агрессивной среде;

– достаточная механическая прочность при заданных давлении и температуре;

– наилучшая способность металла свариваться с обеспечением высоких механических и коррозионно-стойких свойств сварных соединений.

Для изготовления производственного оборудования ТЭК, как правило, применяются следующие стали:

– качественные, углеродистые конструкционные – обозначают их двумя цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях %, например, Ст20. Если такие стали можно применять в котельных установках, работающих при высоких температурах, то к этому обозначению добавляется буква К (Ст20К).

– легированные – обозначают комплексом букв и цифр, причём первые две цифры указывают содержание углерода в сотых долях % масс (отсутствие цифр означает, что среднее содержание углерода

0,01), затем последовательно идут буквы, означающие наличие в стали конкретного легирующего элемента, а за каждой буквой одной или двумя цифрами указывается примерное содержание данного элемента в % масс (отсутствие цифр означает, что содержание элемента не > 1,5).

Для обозначения легирующих элементов в марках стали применяются следующие буквенные обозначения: Г – марганец; С – кремний; Х – хром; Н – никель; М – молибден;

В – вольфрам; Ф – ванадий; Т – титан; Д – медь; Ю – алюминий; Б – ниобий; Р – бор; А – азот (в конце обозначения буква А не ставится).

Наличие в конце обозначения марки стали буквы А означает высококачественную сталь, а цифры III (через дефис) – особо высококачественную сталь.

Например, высококачественная сталь марки Х18Н10ТА (нержавеющая) означает состав (% масс): углерода – 0,01; хрома – 18; никеля – 10; титана – 1,5.

Источник