CC BY
25
],002.5
ТКЕ
тодсол-малая а из-за небольших с евыша-мян на
й отно-шляют-асла из а. Про-женти-лян — ераций «IV при ановки 'ушива-,ной из :тва яв-масла •а). Ли-ипа для 1ушный . После : почти л содер-для от-1е мате-масла.
[ семян.
МАПП-
:с обру-щены в ется на шнеко-|ботке в ким об-зедстав-гия рас-1 обору-чем на юлогии О ”Рос-эти ус-ням для [его макают в второй ІЯ водя-
гоннаж-: из них льна и есмотря
на отсутствие в схеме оборудования для обрушивания семян и отделения лузги.
Так, контейнерная линия фирмы СКЭТ рассчитана на переработку 80-90 кг/ч необрушенного подсолнечника. Семена поступают на двухпарную вальцовку, у которой верхняя пара валков — рифленая — дробит семена, нижняя — гладкая — плющит их. Полученная мятка направляется в чанную жаровню, увлажняется, подогревается и высушивается до рекомендуемой типовой технологией влажности 5-6% и температуры 90~100°С в течение 50 мин и поступает в шнековый пресс. Жмых выводится на хранение, а масло — на отстаивание и фильтрацию.
Особое значение эти недостатки приобретают при переработке семян подсолнечника, плодовая оболочка которого — лузга — содержит до 65% целлюлозы. Высокая механическая прочность лузги и ее маслоемкость из-за пористости слагающих лузгу тканей определяют низкую эффективность отжима масла и высокую масличность получаемого жмыха.
Не менее существенно и то, что при извлечении масла из высоколузжистого материала в получаемое масло из лузги пепеходят воски, свободные жирные кислоты, продукты окисления липидов, а также сорбируемые тканями лузги из окружающей среды пестициды и гербициды, применяемые для
Более простую контейнерную линию предлагает итальянская фирма ’’Техносервис”, показанная на рисунке (/ — приемный бункер для семян, 2 — шнековый пресс, <3 — подогреватель семян, 4 — теплогенератор, 5 — сборник для масла, 6 — фильтр-пресс для масла, 7 — шнек для вывода жмыха, 8 — щит управления).
Контейнерные линии позволяют получать несколько больший выход масла из семян по сравнению с установками, состоящими лишь из одного шнекового пресса.
Общим недостатком переработки семян подсолнечника на малотоннажных прессовых линиях, как простейших, так и контейнерного типа, является низкий выход масла из семян, обусловленный как несовершенством применяемого оборудования, так и исключением из технологической схемы ряда обязательных для традиционной технологии операций подготовки семян к отжиму.
обработки посевов подсолнечника в сельскохозяйственной практике.
Особенности технологии получения масла на малотоннажных прессовых линиях обусловливают необходимость обязательной очистки подсолнечных масел для доведения их качества и безопасности до уровня, определяемого требованиями ГОСТ на пищевые растительные масла.
ЛИТЕРАТУРА
1. Щербаков В.Г. Технология получения растительных масел. — М.: Колос, 1992. — 207 с.
2. Каталог. Цехи, комплекты и линии для перерабатывающих отраслей агропромышленного комплекса (малой и средней мощности). Ч. 1. — М.: Агросистеммаш, 1996. — 129 с.
3. Каталог. Машины и оборудование для цехов и предприятий малой мощности при переработке сельскохозяйственного сырья. 4.1. — М.: Агросистеммаш, 1992. — 257 с.
Кафедра биохимии и технической микробиологии
Поступила 06.08.01 г.
621.867.8.001.57
МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГРУЗА С ЭЛЕМЕНТАМИ ШНЕКОНАПОРНОГО МЕХАНИЗМА
Е.С. ЛЯМКИН, В.П. ТАРАСОВ
Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова
Известно, что основой работы пневмотранспор-тных установок является наличие разности давления воздуха в начале и в конце материалопровода. В связи с этим любая пневмоустановка, независимо от типа и области применения, обязательно имеет в своем составе приемно-питающее устройство, предназначенное для ввода транспортируемо-
го продукта в материалопровод, который находится под давлением, отличающимся от атмосферного. Стоимость этих устройств, особенно питателей нагнетающих установок, является существенной составляющей, которая достигает 40-50% общей стоимости оборудования пневмоустановки. Кроме того, использование пневмотранспортных установок ограничивается из-за высоких удельных затрат энергии, причем до половины их может приходиться на питатель. Таким образом, от питающего устройства как основного элемента пневмотранс-
портной установки в значительной степени зависят технико-экономические показатели всей системы транспортирования.
Одна из главных причин завышенных энергозатрат питающих устройств нагнетательных пневмот-ранспортных установок — недостаточно разработанное аналитическое обоснование рациональных режимов работы и их геометрических параметров. Для оценки рациональности подбора размеров конструктивных элементов питателя и соответствия их режиму работы используются критерии, учитывающие как можно больше факторов, способствующих нормальной работе питателя: размеры, конструктивные особенности, физико-механические свойства транспортируемого груза и режимы транспортирования, а также их взаимное влияние. Применительно к винтовым питателям, как и ко всем винтовым механизмам, таковым критерием может служить угол отклонения абсолютной скорости движения груза относительно вертикальной ОСИ [1-3].
Использование данного критерия дает возможность с большей достоверностью определять параметры работы питателя: производительность, затраты энергии и утечку сжатого воздуха. Существующие методы [1,2] позволяют определить угол /3, однако они пригодны для расчета шнеконапорных механизмов и герметизирующей пробки продукта цилиндрической формы. В настоящее время применяют винтовые питатели с конической формой шнеконапорного канала, а также комбинированные, которые во многих случаях оказываются более эффективными. Помимо этого, приведенные модели описывают в основном движение единичной частицы либо применяют линейный закон распределения давления продукта по длине шнеконапорного канала [2, 4], что далеко от действительности. Часто в работах отсутствует конечное выражение для определения угла отклонения, приводятся громоздкие уравнения, где одним из составляющих является упомянутый критерий. Решение данных уравнений затруднительно и малопригодно для инженерных расчетов. Кроме этого, существующие модели позволяют рассчитать средний угол отклонения абсолютной скорости продукта по длине шнеконапорного канала и не дают возможности проследить характер его изменения, что сказывается на правильности выбора конструктивных и режимных параметров при проектировании и, в конечном счете, на технико-экономических показателях при эксплуатации питателя.
Цель работы — получение модели взаимодействия транспортируемого груза с элементами конструкции винтового питателя, которая позволит рассчитать значение и аналитически прогнозировать изменение угла отклонения абсолютной скорости движения груза для шнеконапорных каналов цилиндрической, конусной и комбинированной конфигурации. Для этого воспользуемся уравнением изменения количества движения конечного объема V сплошной среды, находящегося в кожухе питателя, не занятого шнеком перед смесительной камерой в уплотненном состоянии, — ’’грузовой пробки” — ив кожухе в зоне напорных витков — напорной камеры. Согласно [5] производная по времени количества движения объема V сплошной среды равняется сумме всех внешних действующих на него массовых и поверхностных сил
-yJvpdV =/ РрйУ + $Р/о , (1)
0.1 ,/ у ^
где и — скорость движения груза;
р — плотность груза;
■ ■ Т7 — плотность массовых распределенных сил;
Рп — поверхностное напряжение, направленное по нормали п;
2, с1о — поверхность и элемент поверхности, ограничивающие объем V сплошной среды;
£ — время.
га
III
Рис. 1
С целью более точного определения и возможности учета изменения угла отклонения абсолютной скорости груза мысленно разделим выделенный объем груза сечением П-П (рис. 1) на две части: объемы продукта, находящегося в зоне ’’грузовой пробки” К, и в зоне напорных витков шнека — напорной камеры У2. Применив уравнение изменения количества движения отдельно к У, и У2, а также учитывая основные свойства внутренних напряжений, когда взаимодействие разделенных частей осуществляется с помощью распределенных сил и посредством поверхностных сил, распределенных по разделяющему их сечению II-II, запишем:
-£/0рёУ,':=;р'рйу, + /Р/С7 4-
сіі
+ I Рйа,
* п 1
(2)
йцг
/ ур(1У2
/ р"ріУ„ + / Р„йо + + / Р-^о ,
(3)
где ^ иР — плотности массовых распределенных сил, действующих соответственно на объемы У, и У2;
Р_п — поверхностное напряжение, направленное по нормали -п (противоположно нормали п);
5 — поверхность, разделяющая объемы '/, и У2.
Поскольку вектор массовых распределенных сил перпендикулярен направлению переноса количества движения, а силами трения от них, ввиду незначительности массовых сил по сравнению с
силам
можне
части
Бто ций В( ваемо повер: ема п того Е сила ' Р ,
то.пр’ В0Г0 І
На дейст та а3 тренї обусл го да шнек трем давле камеї распв как і прені лини проті тельї
Тр
ляет
ньіх
Уг
сечеі
д
напр ко П|
Он б ра нове след равк
ГДЄІ
В
ваві
(1)
Е
аделен-
іе, на-
зерхно-ъем V
юзмож-
эсолют-
ЗІДЄЛЄН-
на две іе ”гру-I шнека внение к К, и нутрен-зделен-іспреде-.IX сил, шю II-
(2)
(3)
ІЄДЄЛЄН-
ответст-
ие, на-(проти-
объемы
ных сил количе-, ввиду ению с
силами, возникающими от давления продукта, можно пренебречь, то первое слагаемое правой части уравнений (2) и (3) будет равняться нулю.
Второе слагаемое включает в себя сумму проекций всех внешних сил, приложенных к рассматриваемому объему продукта по ограничивающей его поверхности, на ось питателя. Таковыми для объема продукта У{ являются: сила от давления сжатого воздуха а{ со стороны смесительной камеры, сила трения продукта о корпус ’’грузовой пробки” Рт? , вызванная действием распределенного бокового давления о6 пв.
На выделенный объем продукта Уг оказывают действие: сила, возникающая от давления продукта о3, распределенного по сечению Ш-Ш, сила трения продукта о стенки напорной камеры н к, обусловленная действием распределенного бокового давления £76кр, и сила трения продукта о вал
место сила вызванная
Рос/і
- (<7«ь + о
или относительно (11 (11 = <ісг
где п — коэффициент бокового давления.
Для определения последнего выберем зависимость, предложенную в [9], позволяющую учесть взаимодеиствие частиц продукта друг с другом к с ограничивающей стенкой;
гг =
2 + 2/” + уі + Ї"(Г+ УГ - /,) где /, Д ■— коэффициенты внутреннего трения
(7)
продукта и трения продукта о корпус смесительной камеры.
Интегрируя (5) с учетом (6), получим
1
I |п<7~
где
шнека Помимо этого имеет
тр.вал , ^
трения продукта о витки шнека г инт, давлением продукта, находящегося в напорной камере а2_3, на перо шнека. Действием бокового распределенного давления продукта в этом случае, как полагают авторы ряда работ [2, б], можно пренебречь ввиду малого угла подъема винтовой линии. Сила трения Ртрвтт направлена в сторону, противоположную движению продукта относительно витков шнека.
Третье слагаемое выражений (2) и (3) представляет собой сумму поверхностных сил, распределенных по сечению II—II, разделяющего объемы 1/, и У2. В данном случае это давление продукта в сечении Н-И, т. е. (7„.
Ь = 2п /, / /?. При начальных условиях
аось =
1
С = - 7 їла о 1
(8)
(9)
(10)
Подставив в уравнение (9) значение постоянной С, получим
/ = 1паось - 1па, / Ь. (11)
Определив из (11) аось, получим выражение для осевого давления продукта в зависимости от начального и длины прессующего канала, применив которое найдем давление продукта о2 в сечении ІІ-ІІ:
ст2 = ст1е2'11чг
(12)
Для определения давления продукта в осевом направлении и на ограничивающие стенки широко применяется метод, предложенный Янсеном [7]. Он использован для решения аналогичной задачи в работе [8], где также применяется условие равновесия выделенного объема продукта, из которого следует, что проекция всех сил на ось питателя равна нулю (рис. 2). Следовательно,
ь) У7, + о62яйуі = 0 (4)
/ (762яЯ/р (5)
где /? — площадь и радиус сечения ’’грузо-
вой пробки”;
I — длина ’’грузовой пробки”; а. — боковое распределенное давление продукта.
Величину последнего можно узнать, воспользовавшись общеизвестной линейной зависимостью
(7, = ОМ . (6)
Аналогично найдем выражение для поверхностных сил, распределенных по сечению Ш-Ш (рис. 1), разделяющему объем У2 и объем продукта, находящегося в цилиндрической части питателя. Запишем для У2 (рис. 3) условие равновесия груза толщиной ёЬ и учтем, что в этом случае сила трения продукта о витки шнека, вызванная давлением продукта в напорной камере, будет направлена в сторону, препятствующую отбрасыванию продукта под действием этого давления:
ксь + ^ось)РШ - ОоаРШ + о0сьп2[2ЬксИ + 2?.5\пасо5алРл , ,
-------------~(11 = 0 (13)
+оп4ХАЬ -а.
ОСЬ О* о в ось
или относительно
(И = Р(1) *
da
а . (— nJ„L — n.,LL_ +
2/4sinacosaFE
, (14)
4: f pvdV at v
f Pv
F sin/3
dF , (22)
где n2, n3 — коэффициенты бокового давления для кожуха напорной камеры и вала шнека соответственно;
/2, /3, /4 — коэффициенты трения продукта о корпус напорной камеры, вал и витки шнека соответственно;
LK, LB — длина окружности вертикального сечения корпуса напорной камеры и вала шнека соответственно;
FB — площадь поверхности шага витка шнека;
S — шаг витка шнека;
L — длина напорной камеры;
F(L) — функция изменения площади поперечного сечения напорной камеры по ее длине.
Для напорной камеры, выполненной в форме конуса, функция изменения площади выглядит
Т'ГТО г-1 . 14 П.<"\ТТТ*1 ПТ ЛОТ1С11ШП ППАГПГГ/Т'1 ТТ'1УЛПП.
I Д\^ 1 5 11»! ПриД^1\1Ы, НЫЛиДЛ"
щегося в напорной камере; и — средняя осевая скорость движения продукта;
р — плотность продукта в уплотненном состоянии.
Влияние давления продукта на его плотность учтем эмпирической зависимостью, полученной в работе [10]:
Р = Рн - (Р„ “ Рш) еh
(23)
ГДЄ Рм’Рн
■ плотность частиц продукта и его насыпная плотность; а — давление продукта; ^ :
кит — опытные коэффициенты.
Из уравнения (20) с учетом (22) можно получить выражение для угла отклонения абсолютной скорости движения продукта
arcsin
а2Рl-2X+o3F3+y (o2F{+o3F3f+4X(4X-a3F3+a2F i)+4pv2Fo(nJ„coszyFA+}ъпгРъ^
2a(n2/2cos2y/74+/3«3F5)
\
, (24)
следующим образом:
Р{Ь) = л{Я2 + Х&ЬУ, (15)
где у — угол раскрытия конуса корпуса напорной камеры.
Интегрируя (14) с учетом (15), получим
а = 7 №2 + 1ег°л
где
а —
2/.sinacosaF
. £ f П212%.к.
(16)
( 1 7\
Vi/;
Постоянную интегрирования С можно найти из решения уравнения (16) при начальных условиях
' ' ' Я:
7ось = °2> L
0, R3
С = о9 / e~aKlgY//l2jl,
(18)
где ан - а при отмеченных выше условиях.
Таким образом, выражение осевого давления продукта о3 в сечении 111—III будет выглядеть следующим образом:
(19)
т г fT d р 7Г
'з “2" 'г
+ {ЦУЦл .
Для определения угла отклонения абсолютной скорости движения продукта, который находится в напорной камере, запишем уравнение изменения количества движения
((а2Рх + (ст/г2/251п/?со5у2/74 +
it lpvdV
+ а[3п35\гфР5)) + 2о^51пасо5аРе) - о3Ръ . (20)
При этом выразим выделенный объем продукта dV2 через ёР1, в левой части уравнения (20) и с учетом зависимости между осевой и абсолютной скоростями движения продукта
и = игбс / 5'П*Й' (21)
Получим
где X = сг/^тасоБа/^.
Уравнение (24) позволит определить оптимальные геометрические и режимные параметры винтовых питателей при их проектировании, в том числе повысить точность результатов при расчете производительности и затрат энергии на привод. Кроме того, выражение (24) позволяет не только определить среднее значе.нйе угла отклонения скорости движения продукта, но и проследить его изменение по длине напорной камеры и предложить меры по повышению технико-экономических показателей питателей.
ЛИТЕРАТУРА
3.
Григорьев А.М, Винтовые конвейеры. — М., Машиностроение, 1972. — 184 с.
Хрулев С.В. Определение производительности винтовых питателей пневмотранепортных установок. — Деп. в ЦНИ-ИЭТиТяжмаш 15.08.88. — № 196-ТМ88.
Капранова А.Б. Разработка метода расчета нового шнекового уплотнителя порошков: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. — Ярославль, 1995. — 17 с.
Крючков И,В., Пуляевский А.А. Определение радиальной нагрузки на шнеках // Изв. вузов. Пищевая технология. — 1986. — № 6. — С. 101.
Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т. 1. 4-е изд. — М.: Наука, 1983. — 528 с.
Морозов А.Д. Расчет осевых сил на шнеконапорных механизмах пневмоустановок / / Строительные и дорожные машины. — 1989. — № 8. — С. 10.
Платонов П.Н. Элеваторы и склады: Учеб. пособие / Под ред. Б.Н. Хорцева, — М.: Заготиздат, 1954. — 416 с. Хведелидзе В,Г. Исследование процесса прессования плиточного чая; Автореф. дис. ... канд. техн. наук. — 1972. — 25 с.
9. Машины непрерывного транспорта: Учеб. пособие / Р.Л. Зенков и др. — М.: Машиностроение, 1980. — 304 с.
10. Разработка систем пневмотранспорта муки потоками высокой концентрации: Отчет о НИР Алтайского политехи, ин-та / В.П. Коцюба, В,П., Тарасов; № ГР 01860098832. — Барнаул, 1990. — 43 с.
Кафедра машин и аппаратов пищевых производств
Поступила 11.09.2000 г.
Ь.
8
