Сепараторы непрерывного действия с центробежной выгрузкой осадк

ρ2 – плотность частиц, кг/м3;

z – количество межтарелочных промежутков (тарелок);

n – частота вращения ротора,с-1;

α- угол наклона образующей тарелки, град;

Rmax – максимальный радиус тарелки, м; Rmax= 0,13;

Rmin – минимальный радиус тарелки, м; Rmin= 0,047.

 

.

 

Предельный размер частицы, которая может удержаться на поверхности тарелок, рассчитывается по формуле

 

,                                                (4.2)

 

где Rб – радиус барабана сепаратора, м.

 

.

Для нахождения оптимального расстояния между тарелками необходимо знать: вид потока (расширяющийся, сужающийся), вид течения (ламинарное, турбулентное). Расширение потока происходит в том случае, когда ρ1 > ρ2. вид течении определяется по уравнению

 

,                                              (4.3)

где d – диаметр частицы, м;

 

 Ar – архимедова сила, действующая на частицу, Н .

 

 

Из условия , что Ar < 0.33 следует, что течение ламинарное, тогда число Рейнольдца рассчитывается по формуле

 

;                                                 (4.4)

.

 

Таким образом, в сепараторах с ламинарным течением жидкости и расширением потока, оптимальное расстояние между тарелками определяется

 

;                                 (4.5)

 

.

Для сепараторов молокоочистителей считается оптимальным расстояние между тарелками от 1,5 до 3 мм.

 

При заданных предельных размерах частиц производительность определяется по формуле Г. И. Бремера

 

                            (4.6)

 

где β – коэффициент , учитывающий отличие реального процесса от

теоретического (β = 0,7);

       w – угловая скорость ротора, рад/с;

      r – предельный радиус частицы, м.

 

 

Из полученных данных о производительности сепаратора можно сделать вывод, что процесс реальный отличается от теоретического и соответственно производительность меньше чем описано в технических характеристиках сепаратора.

 

4.3 Расчет барабана сепаратора

 

Определяется допустимое напряжение при растяжении по формуле

                                                  (4.7)

где nT – коэффициент запаса прочности;

σТ – предел текучести материала, МПа.

Барабан сепаратора рассматривается как бесшовная труба, с коэффициентом запаса прочности принимается равным 1,7:

.

Угловая скорость вращения барабана определяется по формуле

;                                                 (4.8)

.

 

Линейная скорость жидкости у внутренней поверхности цилиндрической обечайки рассчитывается по формуле

                                                 (4.9)

 

где R – внутренний радиус барабана, м.

.

Коэффициент заполнения ψ рассчитывается по формуле

 

;                                             (4.10)

 

.

 

Давление, оказываемое вращающейся жидкостью на стенку обечайки, определяется по формуле

 

.                                         (4.11)

 

Принимается коэффициент заполнения ψ = 1.

Тогда

 

.

 

Напряжение в стенках обечайки от сил инерции находится по формуле

 

.                                           (4.12)

 

Плотность материала барабана (сталь), принимается ρ = 7850 кг/м3:

 

.

Суммарное окружное нормальное напряжение в стенке обечайки рассчитывается по формуле

 

.                                (4.13)

Отношение плотностей жидкости и материала λ определяется

 

;                                                 (4.14)

 

.

 

.

 

Усилие от давления жидкости на днище определяется по формуле

 

;                                       (4.15)

 

.

 

Меридиональное напряжение в обечайке находится по формуле

 

;                                        (4.16)

 

.

 

В соответствии с третьей теорией прочности принимаем . Поскольку условие соблюдено, так как 99,2 < 470,6 то все исходные параметры остаются без изменений.

Для расчета цилиндрического корпуса барабана на прочность с учетом его сопряжения с плоским массивным днищем находятся краевые силы и краевые моменты сил в месте сопряжения по формулам

 

; ,                    (4.17-4.18)

где .                                                  (4.19)

 

Тогда ;

 

.

 

Находятся внутренние усилия от давления, краевых сил и моментов в месте сопряжения по формулам

 

;                                                (4.20)

;                                                  (4.21)

;                                                     (4.22)

                                              (4.23)

;                                          (4.24)

;                                             (4.25)

                                        (4.26)

;                                                  (4.27)

 

;

;

;

.

Суммарные внутренние нагрузки определяются по формулам

;                                         (4.28)

 

;                                         (4.29)

;                                      (4.30)

;                                           (4.31)

;

Н/м;

 

Нм/м.

Меридиональные и кольцевые напряжения на месте сопряжения находится по формулам

 

; ;                         (4.32-4.33)

 

Па

 

Па

 

Эквивалентные напряжения для внутренних и наружных волокон корпуса барабана  находим формуле

 

;                                     (4.34)

 

Па;

Полученные значения эквивалентных напряжений не превышают допускаемых, поэтому исходные параметры не требуют изменений.

Радиус конической части днища принимается равным R2= 70 мм, тогда радиус серединной цилиндрической части барабана рассчитывается

;                                           (4.35)

 

м.

Находятся коэффициенты, необходимые для расчета днища на прочность

;                                                  (4.36)

 

;

;                                                (4.37)

;

.

 

Тогда

 

;                        (4.38)

 

Па.

 

Поскольку толщина крышки в исходных данных не задана, то находится расчетным путем. Опасным, при этом считается цилиндрическое сечение крышки на радиусе

;                                            (4.39)

.

Условная величина ψ1 принимается равной единице. Толщина крышки определяется по формуле

 

;                                      (4.40)

 

 

мм.

 

Учитывая заданную толщину стенки цилиндрической части корпуса барабана, толщину конической крышки конструктивно можно принять: у широкого края δкр.ш= 10 мм, у узкого  - δкр.у. = 6 мм.

 

Допускаемое напряжение при изгибе борта соединительного кольца принимается равным допускаемому напряжению при растяжении,

 т.е. МПа. Фактическое напряжение при изгибе борта найдем по формуле

;                                      (4.41)

 

.

Найденное значение напряжения меньше допускаемого. Условие прочности  выполнено.

Производится проверка борта на срез.

 

Допускаемое напряжение на срезе принимается равным:

;                                          (4.42)

Па.

 

Тогда находится:

;                                            (4.43)

Па < [τср].

Находится радиус резьбы кольца

,                                            (4.44)

где h = 6,5 мм – глубина резьбы (принимается из конструктивных соображений).

мм.

Прочность кольца, при условии работы на растяжение

,                                            (4.45)

где Rк – наружный радиус кольца, м;

 

Rр – наружный радиус резьбы, м.

.

Полученное значение напряжения гарантирует прочность кольца в опасном сечении.

Окружное напряжение в кольце при действии центробежных сил определяется по формуле

 

;                              (4.46)

Принимается μ =0,3.

 

Па < [σ].

Условие прочности резьбы:

при изгибе одного витка по формуле

 

;                                    (4.47)

 

Па.

 

Полученное значение напряжения меньше допускаемого , следовательно, условие прочности выполнено;

при смятии одного витка по формуле

.                                       (4.48)

Допускаемое напряжение определяется из условия

 

[σсм] = 1,8 [σ] = 1,8·470,6 = 847,1 МПа =8417·105Па.

 

 Па < [σсм].

Угол  подъема винтовой линии резьбы определяется по формуле

                                          (4.49)

.

 

4.4 Определение мощности

 

В сепараторах полузакрытого типа жидкие фракции выводятся с помощью напорных дисков. При расчете используется максимальное давление, создаваемое дисками, Па,

 

,                                       (4.50)

где r0 – радиус свободной поверхности жидкости в момент перелива, м.

 

Па.

Зная давление можно рассчитать мощность требуемую, для преодоления этого давления, кВт

;                                              (4.51)

 

 кВт.

Значение мощности допустимое.

5 Эксплуатация сепараторов

 

Эксплуатация открытых и полузакрытых сепараторов для сепарирования и очистки молока включает в себя совокупности обстоятельств, определяющих условия и режимы работы сепараторов и их технического обслуживания, от которых зависит соответствие процессов сепарирования и его результатов установленным требованиям. Соблюдение основных правил и приемов монтажа, сборки, пуска, работы, регулирования, установки, ухода позволяет обеспечить работу сепараторов и продлить срок их службы.

Сепаратор является быстроходной машиной, рабочие органы которого несут значительный запас кинетической энергии. Несоблюдение основных положений эксплуатации их может привести к тяжелым авариям.

Сепараторы непрерывного действия с периодической центробежной выгрузкой осадка для сепарирования, очистки молока и осветления сыворотки отличается отдельными приемами, обусловленными особенностью конструкций. Обслуживающий персонал должен хорошо знать устройство и работу этих сепараторов, чтобы обеспечить необходимое техническое обслуживание и непрерывное использование.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Правила безопасной работы на сепараторах

 

Для обеспечения нормальной работы и предотвращения травматизма необходимо соблюдать следующие правила основные правила эксплуатации сепараторов.

Во-первых, собирать и разбирать сепаратор должен специалист, хорошо знающий его устройство, с соблюдением всех указаний. Кроме того, запрещается снимать, поправлять или устанавливать детали приемно-отводящего устройства во время вращения барабана, а так же тормозить барабан посторонними предметами.

Во-вторых, нельзя допускать забоин, вмятин, других дефектов на посадочных поверхностях деталей барабана и конусной поверхности веретена.

В-третьих, запрещается работать на сепараторах с повышенной частотой вращения барабана и на сепараторах не установленных не на фундаменте.

В-четвертых, запрещается работать на неисправном сепараторе при наличии посторонних шумов, при задевании барабана за детали приемно-отводящего устройства, при вибрации барабана, при поломке и потери упругости пружин горлового подшипника и нижней опоры.

Кнопка управления электродвигателем должна быть вблизи сепаратора, а подходы к ней должны быть свободны. Электродвигатель сепаратора должен быть заземлен.