CC BY
138
диагностированию зарождающихся технических неисправностей без разборки механизма.
Список литературы
1. Айрапетов Э.Л., Генкин М.Д. Статика зубчатых передач. М.: Наука, 1976.
2. Айрапетов Э.Л., Генкин М.Д. Динамика планетарных механизмов. М.: Наука, 1980. 256 с.
3. Техническая документация к программному комплексу ANSYS.
4. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. М.: Мир, 1984.
428 с.
5. Костюк А. Г. Динамика и прочность турбомашин. М.: Машиностроение, 1982. 164 с.
D.A. Nasonov
COMBINED APPROACH TO THE GEAR DYNAMICS RESEARCH The model of planetary gear is constructed. The combination of numerical and analytical methods has been used. Also results of experimental researches have been used. The gear model, despite of the complexity, requires the moderate quantity of computing resources for calculations.
Key words: model, tooth gearings, numerical methods.
Получено 16.09.11
УДК 621.9:664
В.Б. Морозов, канд. техн. наук, доц., (4872) 33-25-38, qtay@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ОЦЕНКА МОДЕРНИЗАЦИИ РОТОРА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЦЕНТРИФУГИ ФНП-1251-Л2 САХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Анализируются технологические системы сахарного производства. Рассмотрена процесс центрифугирования и его инструментальное оснащение, обосновывается модернизация конструкции центрифуги.
Ключевые слова: производство сахара, центрифугирование, модернизация,
оценка.
Как известно, сахар занимает важное место в рационе питания человека. Примерно половина энергии, расходуемой человеком, восполняет-
ся углеводами, из них 1/3 - сахаром. Выработка сахара-песка стандартного качества при минимальных потерях его в мелассе в значительной степени зависит от технологии получения и центрифугирования утфеля I кристаллизации.
Центрифугирование утфелей считается одной из важнейших операций, которая в значительной степени влияет на выход и качественные показатели сахара-песка, именно этим и обуславливается его наличие во всех технологических схемах. Эффективность данного процесса определяется как качеством исходного сырья, так и технологией получения и разделения утфеля в поле действия центробежных сил. Также при центрифугировании происходит частичная очистка полуготового сахара в процессе промывания утфеля. В дальнейшем сахар окончательно сушится и измельчается [4 - 7].
Утфель I кристаллизации разделяется на автоматизированных центрифугах периодического действия. В настоящее время такие центрифуги обеспечивают получение сахара-песка товарного качества [2].
Различают отстойное и фильтрационное центрифугирование. В сахарной промышленности применяют исключительно фильтрационное центрифугирование. Разделение утфелей осуществляется в результате действия на них центробежной силы, возникающей в перфорированном роторе центрифуги, вращающемся с окружной скоростью 50...60 м/с. Для лучшего отделения межкристального оттёка и удержания кристаллов сахара внутри ротора центрифуги устанавливают подкладочные и фильтрующие сита.
Рабочим органом центрифуги является ротор (барабан), закреплённый на вращающемся валу, во внутреннюю полость которого подаётся суспензия. Ротор состоит из кольцевой крышки, цилиндрической или конической обечайки, плоского или выпуклого днища. По расположению его вала центрифуги делятся на вертикальные и горизонтальные.
Обечайки роторов фильтрующих центрифуг - перфорированные (могут быть покрыты фильтровальной тканью или сеткой). Под действием центробежных сил частицы твёрдой фазы скапливаются у стенки обечайки ротора, а жидкость продавливается через слой осадка, фильтрующую перегородку и отверстия в обечайке.
Рабочий цикл фильтрующих центрифуг включает операции загрузки суспензии, фильтрования, промывки, осушки и выгрузки осадка.
Базовые модели центрифуг обозначаются тремя буквами, которые характеризуют:
1) принцип разделения (Ф - фильтрующие, О - осадительные);
2) расположение и вид крепления ротора (Г - горизонтальные, и В - вертикальные, П - с подвесным ротором, М - маятниковые);
3) способ выгрузки осадка (Б - вручную через борт, Д - вручную через днище, С - гравитационная саморазгрузка, Н - ножом, П - пульсирующая, Ш - шнековая, В - вибрационная).
Эффективность центрифуг оценивается по величине фактора разделения. Он характеризует превышение максимального центробежного ускорения твердых частиц в центрифуге над ускорением свободного падения, т.е. центробежное фильтрование сопоставляют с фильтрованием под гидростатическим давлением. По величине фактора разделения промышленные центрифуги делятся на нормальные (менее 3500) и скоростные или сверхцентрифуги (более 3500). Для сравнения центрифуг по разделяющей способности иногда используют произведение фактора разделения на площадь рабочей поверхности ротора, называемое индексом производительности центрифуги.
Анализ литературных источников и патентный поиск [3, 8-14, 16] выявил основные требования к устройствам центрифугирования:
- многофункциональность: непосредственно центрифугирование, промывание сахара;
- сложность функционирования;
- автоматизация работы машины и управления ею;
- использование кристаллизации на разных стадиях.
Ниже рассмотрены конструкции наиболее распространённых в России и, в частности, в Тульской области центрифуг.
В отечественных центрифугах устанавливают плетёные проволочные подкладочные сита. Их изготовляют из оцинкованной или лужёной стальной проволоки диаметром 1,0...1,5 мм с шагом 5,0...10 мм. Для улучшения дренажной способности сит их обычно устанавливают в два ряда и прикрепляют к обечайке ротора проволокой, пропускаемой через её отверстия. Плетёные сита должны быть изготовлены из проволоки одинакового диаметра по основе и утку. Фирма «БМА» выпускает штампованные сита. Такие сита имеют большую площадь живого сечения и обладают высокой прочностью, но сложны в изготовлении. Однако они обеспечивают равномерный контакт с фильтрующим ситом, что предохраняет последние от образования складок.
Конструкции фильтрующих сит разнообразны (рис. 1). Сита с прямоугольными отверстиями изготовляют в России штамповкой, а в Германии фирма «Гейн Леманн и К0» - фотохимическим способом (рис. 1, а). Боковая поверхность этих сит имеет параболическую форму, что способствует их саморегенерированию в процессе работы. Такие сита отличаются большим живым сечением отверстий (до 20 %) и хорошей фильтрующей способностью.
Для обеспечения прочности на разрыв сита устанавливают в роторе таким образом, чтобы большая сторона отверстий располагалась перпендикулярно оси ротора. Размер прямоугольных отверстий сит бывает различным: ширина колеблется в пределах 0,075...0,25 мм, длина - от 1,7 до 4,0 мм.
На рис. 1, б представлены штампованные сита с цилиндрическими и коническими отверстиями. Сита с коническими отверстиями труднее изготовлять, но они меньше забиваются мелкими кристаллами сахара в процессе эксплуатации. Угол образующей конических отверстий принимают таким, чтобы тангенс его был больше угла трения кристаллов о поверхность отверстий. Живое сечение сит составляет около 10 % их полной поверхности.
и
г)
А-А
«о
*Гейн Леманн и К"»
а
А-А
РФ
WfS/jf\'//MW.nfS/
а
y/W/ШШ1
BMA
t
б
Рис. 1. Конструкции фильтрующих сит: а - отечественные; б - зарубежные: а - шаг отверстий сит; Ъ - ширина отверстий; d - диаметр круглых отверстий cum; t - шаг рядов отверстий; а -угол образующей конусообразных отверстий; 5 - толщина сита ротора
Материалом для штампованных сит служат листы из сплава меди и латуни толщиной 0,7 мм. Сита, изготовляемые фотохимическим способом, выполняют из. нержавеющей стали, покрытой никелем или хромом. В некоторых случаях их изготовляют из никеля. Толщину сит принимают в пределах 0,3...0,8 мм.
После изготовления сит с краёв отверстий необходимо удалить заусенцы таким образом, чтобы первоначальный размер отверстий или щелей не изменялся и края их не были скруглены. Поверхность сит, обра-
щённая к механическому разгрузчику сахара, должна быть гладкой. В противном случае отверстия будут деформироваться кромкой ножа. Периодически после удаления сахара из ротора необходимо проверять всю поверхность фильтрующих сит. Фильтрующие сита должны плотно прилегать к дренажным ситам по всему внутреннему периметру ротора [1].
Автоматическая центрифуга ФПН-1251-Л2 производится с фильтрующим ситом с цилиндрическими отверстиями. Предлагается установить на отечественную конструкцию фильтрующее сито с коническими отверстиями производства фирмы «БМА». Как отмечено, при большей трудоёмкости их изготовления качественный эффект центрифугирования выше.
Проведено сравнение суточной производительности центрифуг с фильтрующими ситами с цилиндрическими и коническими отверстиями (рис. 2).
а
б
Рис. 2. Конструкции фильтрующих сит: с цилиндрическими(а) и
коническими (б) отверстиями
Известна формула [15], определяющая величину суточной производительности:
2 2
П _ 24 • 60 • 60 • 0,95 -к- (D2 - d) - h рф-£ сУт _ 4 -10 х-Р ' ( }
где D - внутренний диаметр ротора центрифуги, м; d - диаметр загрузочного отверстия ротора, м; к - высота ротора, м; р - плотность утфеля, кг/м ; ф - коэффициент, учитывающий отклонение частоты вращения ротора от нормальной; в - эксплуатационный коэффициент; т - продолжительность одного цикла центрифуги, с; Р - выход фугуемого утфеля данного продукта, % массы свёклы.
Формула (1) получена в результате эксплуатационных испытаний и включает в себя рад коэффициентов и характеристик.
Приняты следующие значения: D = 1,25 м; d = 0,875 м; к = 0,8 м; р = 1450 кг/м3 ; ф = 0,96; в = 0,9; т = 248 с; Р = 0,2.
Суточная производительность центрифуги с фильтрующим ситом с цилиндрическими отверстиями для определения расхода утфеля в пересчёте на свёклу, рассчитанная по формуле (1), составляет
Псут _ 103,75(т).
Проведён расчёт суточной производительности модернизируемой центрифуги с фильтрующим ситом с коническими отверстиями, для которой выбраны следующие расчётные характеристики:
а = 10°, £р = е/соБа.
По формуле (1) получаем
Псут _105,33(т).
Из результатов расчёта следует, что при установке на отечественные центрифуги фильтрующих штампованных сит с коническими отверстиями (см. рис. 2), выпускаемых фирмой «БМА», производительность увеличивается на 1,5 %, что при условии массового производства даёт весьма весомые качественные и экономические достоинства [4, 5, 7].
Список литературы
1. Гребенюк С.М., Плаксин Ю.М., Малахов Н.Н. Технологическое оборудование сахарных заводов. М.: Колос, 2007. 520 с.
2. Литвак И.М. Технология свеклосахарного производства. 2-е изд., доп. и перераб. Киев: Гостехиздат, 2001. 240 с.
3. Лукьяненко В.М., Таранец А.В. Промышленные центрифуги. М.: Химия, 1994. 376 с.
4. Морозов В.Б. Оценка технологических преобразований в свёкло-сахарном производстве // Автоматизация: проблемы, идеи, решения: материалы международной научно-технической конференции. 13-15 ноября 2008 г./ под ред. В.В. Прейса, В.Б. Морозова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. С. 42-46.
5. Морозов В.Б. Продуктовые преобразования в свёклосахарном производстве: сырьё - полуфабрикат - сахар // Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: материалы 2-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных 14-15 мая 2009 г., Бийск: Изд-во Алтайского гос. техн. ун-та , 2009. С. 237-240.
6. Морозов В.Б., Ледовский С. А. Оценка технологического оборудования экстрации сахаров // Вестник ТулГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения: материалы междунар. науч.-техн. конф. «АПИР-15», 10-12 ноября 2010 г./ под ред. В.В. Прейса, Е.В. Давыдовой. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Ч. 1. С. 88-92.
7. Морозов В.Б., Скородумова Г.В., Таранова Е.В. Оценка общей технологической схемы сахаропроизводящих заводов // Вестник ТулГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения: материалы междунар. науч.-
техн. конф. «АПИР-14», 11-13 ноября 2009 г.;// под ред. В.В. Прейса, Е.В. Давыдовой. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. С. 56-59.
8. Полещук А.П. Центрифуги. Каталог-справочник. М.: Машиностроение, 1993. 320 с.
9. Соколов В.И. Современные промышленные центрифуги. 2-е изд., исправл. и доп. М.: Машиностроение, 1997. 524с.
10. Соколов В.И., Шкоропад Д.Е. Автоматические и непрерывно действующие центрифуги. М.: Машгиз, 1994. 244 с.
11. Терешин Б.Н. Автоматизированные и непрерывно действующие центрифуги сахарной промышленности. М.: ЦИНТИПищепром, 1996. 56 с.
12. Томбаев Н.И. Центрифуги пищевой промышленности. М. 1992.
223 с.
13. Центрифуги: каталог-справочник. М.: Машгиз, 1993. 104 с.
14. Центрифуги промышленные: каталог. М.: ЦИНТИхимнефте-маш, 1994. 32 с.
15. Шарецкий Ю.П. О технологическом расчете фильтрующих центрифуг // Химическое и нефтяное машиностроение. 2004. №2. С. 32-36.
16. Шкоропад Д.Е. Центрифуги и сепараторы // Химическое и нефтяное машиностроение. 2006. №5. С. 29-33.
V.B. Morozov
THE EVALUATION OF MODERNIZATION OF ROTOR AUTOMATIC CENTRIFUGE FNP-1251-A2 FOR SUGAR PRODUCTION
Analyzes the technological systems of the sugar industry is analyzed. The importance of the centrifuge and its tooling are considered, the modernization construction of the centrifuge is proved.
Key words: sugar production, centrifugation, modernization, evaluation.
Получено 16.09.11
