Спецификация

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет пищевых производств

Кафедра машины и аппараты пищевых и химических производств

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ 

по дисциплине «Технологическое оборудование молочной промышленности»

Тема «Разработка технологической линии производства казеина-сырца

с включенным в нее центробежным насосом марки Е8-36МЦС13-10»

ОГУ 260303. 01 09  ПЗ

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет пищевых производств

Кафедра машины и аппараты пищевых и химических производств

Задание на курсовой проект

Разработка технологической линии производства казеина-сырца

с включенным в нее центробежным насосом марки Е8-36МЦС13-10

Исходные данные:

Техническая характеристика

Разработать:  

1) технологическую схему производства казеина-сырца

2) структурную схему центробежного насоса марки Е8-36МЦС13-10

3) общий вид центробежного насоса марки Е8-36МЦС13-10

         4) разрез центробежного насоса марки Е8-36МЦС13-10

5) расчет центробежного насоса марки Е8-36МЦС13-10

Содержание

Введение………………………………………………………………………...6

1. Обзор существующих конструкций ……………………………………...14

2 . Описание центробежного насоса марки Е8-36МЦС13-10………….20

  3. Расчет  центробежного насоса марки Е8-36МЦС13-10……………..24

  Заключение ……………………………………………………………………25

Спецификация ………………………………………………………………..26

  Список использованных источников………………………………………...27

Введение

ПРИМЕНЕНИЕ И ОСОБЕННОСТИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ

Центробежные насосы широко используются в молочной про­мышленности для транспортирования маловязких жидких мо­лочных продуктов (молока, обезжиренного молока, пахты, сы­воротки и пр.) температурой не выше 90° С. Их применяют в технологических схемах, линиях для подачи и проталкивания жидких молочных продуктов через теплообменные аппараты, фильтры, сепараторы для питания линий розлива молока, авто­матов для фасовки, в линиях и установках для циркуляционной безразборной мойки трубопроводов, резервуаров, пластинчатых установок и т. п. Насосы с подачей 10 и 25 м³/ч используют для опорожнения автомобильных цистерн и подачи молока в цехи технологической обработки. Насосы с подачей 50 м³/ч применя­ют для разгрузки железнодорожных цистерн. Центробежные на­сосы просты по своему устройству, легко разбираются для про­мывки, обеспечивают равномерную подачу молока и создают напор до 30 м.

Подача центробежных насосов легко регулируется измене­нием сопротивления на нагнетательном трубопроводе с помощью крана или вентиля. В центробежных насосах для молока по­следних конструкций рабочие органы непосредственно соеди­няются с валами быстроходных электродвигателей, что обуслов­ливает их компактность, небольшую массу и сравнительно не­большую стоимость.

Центробежные несамовсасывающие насосы работают под- за­ливом, для чего их устанавливают ниже емкости, из которой перекачивают жидкость.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

В молочной промышленности применяют центробежные на­сосы одноступенчатой конструкции (рис. 2). Они имеют вра­щающееся рабочее колесо 4, расположенное в корпусе 8, в ко­тором расположены отверстия для подвода жидкости к лопаст­ному колесу и отверстие для отвода потока жидкости от него. В корпусе происходит преобразование энергии потока в давле­ние.

Рабочее колесо представляет собой камеру, ограниченную двумя дисками, в которой расположена система лопастей 1. Обычно лопасти находятся на одном из дисков и образуют кри­волинейные каналы для прохода жидкости. В камеру рабочего колеса жидкость поступает через отверстие в центре одного дис­ка и выходит из канала 5 по окружности. В центробежных на­сосах для молока входное отверстие 6 расположено и крышке 7 насоса и соединено со всасывающим трубопроводом. При вра­щении рабочего колеса, заполненного молоком, возникает сило­вое взаимодействие потока с рабочим колесом, в результате которого молоку сообщается вращательное и поступательное движение в каналах. Частицы молока приобретают скорость и давление, т. е. механическую энергию. Под действием давления и скорости молоко из каналов рабочего колеса нагнетается в кольцевой или спиральный канал 2 внутри корпуса, а затем в нагнетательный патрубок 3.

Рис. 2. Центробежный насос для молока:

1—лопасти; 2 и 5 — каналы;  3 — нагнетательный патрубок;  4 — рабочее колесо; 6 — входное отверстие; 7—крышка;  8 — корпус.

При выходе молока из рабочего колеса в нем создается неко­торое разрежение, обеспечивающее непрерывное поступление новых порций молока. В результате этого центробежный насос не может создавать разрежение и всасывать жидкость, если вса­сывающий трубопровод заполнен воздухом. Поэтому центробеж­ный наеос может всасывать жидкость на определенную высоту только при начальном полном заполнении корпуса и всасываю­щего трубопровода перекачиваемой жидкостью. Эту особенность центробежных насосов следует учитывать при эксплуатации.

Приращение энергии потока жидкости в рабочем колесе 1.1иисит от скоростей протекания потока, частоты вращения ко­леси, его размеров и формы.

При постоянной частоте вращения каждому значению пода­чи (производительности) центробежного насоса соответствует определенный напор.

Теоретический напор Н_т насоса равен разности напоров на входе в колесо и выходе из него и определяется основным урав­нением центробежных машин

Н_т =

Уравнение справедливо для идеальной жидкости и когда все частицы движутся в насосе по подобным траекториям. Обычно жидкость, поступая из всасывающего трубопровода, движется по колесу в радиальном направлении и a1= 90°, тогда уравнение упрощается.

Н_{т =}  

Из параллелограмма скоростей

C2cos a2 = u2-v2cos β2

Так как и₂ = лD₂п, то напор пропорционален квадрату ча­стоты вращения рабочего колеса и зависит от формы лопастей Наибольший напор при загнутых лопастях в направлении вра­щения колеса будет, когда β₂>90°, cos β2<0.</sub>

Действительный напор насоса меньше теоретического, так как часть энергии жидкости расходуется на преодоление гидравли­ческих сопротивлений внутри насоса и жидкость в нем при ко­нечном числе лопаток не движется по подобным траекториям. Действительный напор определяют по формуле

H= Н_т * ηr *ε

где ηr— гидравлический к. п. д., равный 0,8—0,9;

ε — коэффициент, учитывающий конечное число лопастей.

На величину гидравлических сопротивлений влияют форма лопастей, профиль каналов, форма и расположение выходного и входного патрубков, зазоры между дисками колеса и стенками корпуса и крышки, а также чистота обработки поверхностей, со­прикасающихся с молоком при его движении.

Для предупреждения обратного возврата жидкости из обла­сти нагнетания в область всасывания через пространство меж­ду корпусом и рабочим колесом у входного отверстия предусматривают минимальный зазор между ними, чтобы обратный ток жидкости (утечка) сводился к минимуму.

Рабочее колесо в насосах устанавливают на валу на шпонке и закрепляют гайкой. В месте прохода вала через отверстие в стенке корпуса делают сальниковые уплотнения, предупрежда­ющие вытекание жидкости из корпуса наружу. При вакууме в корпусе сальник устраняет проникновение воздуха в корпус.

ХАРАКТЕРИСТИКА

Характеристикой центробежного насоса называется кривая, выражающая взаимосвязь объемной подачи и напора, мощно­сти и к.п.д.

Характеристика насоса позволяет определить объемную по­дачу, мощность и к.п.д. насоса при различных напорах. При неизменной частоте вращения рабочего колеса объемная подача изменяется при изменении напора — с увеличением необходимо­го напора объемная подача снижается, и наоборот. При отсут­ствии напора объемная подача насоса наибольшая, а при высо­ком определенном напоре объемная подача падает до нуля. Оптимальное значение объемной подачи и напора принимают при наибольшем значении к.п.д., оно является паспортной ха­рактеристикой насоса, т. е. указывается в паспорте или сни­мается в производственных условиях.

Характеристика центробежного насоса показана на рис. 3. Здесь оптимальные значения при наибольшем к.п.д. соответст­вуют объемной подаче 12 м³/ч при напоре 16 м (максимальный напор насоса равен не более 22 м). Как видно из характеристи­ки, центробежный насос может работать на разных режимах с широкой регулировкой объемной подачи путем изменения ве­личины напора. Это является большим достоинством центро­бежных насосов.

Для каждого насоса долж­на быть своя характеристика, она изменяется с изменением частоты вращения или диаметра рабочего колеса. Характеристика, указанная в паспорте   завода, в большинстве случаев    ' соответствует работе насоса на воде  температурой  20° С при атмосферном давлении.

При отсутствии характеристики в условиях эксплуатации напор, потребляемая мощность и к.п.д. могут быть определены расчетным путем

Для опреде­ления приближенного значения максимального напора необходимо знать частоту вращения ра­бочего колеса, его диаметр и гидравлический к.п.д.

Для закрытого или полузакрытого рабочего колеса с ло­пастями, изогнутыми против направления вращения, максималь­ный напор определяется по формуле

Н= ηr*n²(D²-)

Для уменьшения гидравлических потерь на входе жидкости в рабочее колесо С_)г принимают равной скорости жидкости во всасывающем трубопроводе.

Мощность. Потребляемая мощность N насоса зависит от производительности G и максимального напора Н и определяет­ся по формуле

_N =

Коэффициент полезного действия. К.п.д. центробежных насо­сов для молока сравнительно невысок. За последнее время в результате конструктивного совершенствования насосов несколь­ко улучшено значение к.п.д. Среднее значение к.п.д. для высоко­частотных насосов (n= 2800 об/мин) с закрытым рабочим колесом находится в пределах 0,45—0,55. К.п.д. не является постоян­ным, он изменяется при изменении режима работы насоса. Это изменение показано на характеристике насоса (см. рис. 3). У на­сосов с объемной подачей 50 м³/ч и выше и больших размеров к.п.д. выше и достигает при оптимальном режиме 0,65—0,75.

Между подачей насоса Q, его напором Н, потребляемой мощ­ностью и частотой вращения рабочего колеса п существует за­висимость, выражающая закон пропорциональности:

=;                  = ()²;                 =²

Коэффициент быстроходности. Он является основной харак­теристикой серии подобных насосов и характеризует частоту вращения такой геометрически подобной модели колеса, кото­рая при одинаковом к.п.д. и производительности 0,075 м³/с раз­вивает напор 1 м. Коэффициент быстроходности n_s (в мин-¹) можно определить из уравнения

n_s=

Коэффициент быстроходности при данных значениях подачи Q и напора Н пропорционален частоте вращения п. Повышение частоты вращения ведет к уменьшению размеров и массы насо­са. Таким образом, повышение коэффициента быстроходности выгодно. Увеличение коэффициента быстроходности лопастного колеса ведет к уменьшению отношения

Из формулы для определения коэффициента быстроходности n_s следует, что при данной частоте вращения увеличение подачи и уменьшение напора ведут к увеличению n_s, и наоборот. При тех же значениях Q и Н насосы с большим n_s должны вращать­ся с большой частотой, и эти насосы будут иметь меньшие раз­меры. При тех же числах оборотов и подачах насосы с боль­шим n_s будут работать при меньших напорах. При одинаковых числах оборотов и напорах насосы с большим n_s будут давать большую подачу. При использовании n_s в качестве числовой характеристики его значение подсчитывают для режима макси­мального к.п.д.

1.ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ 

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ ДЛЯ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

За последние годы проведена унификация центробежных электронасосов, уточнены их параметры и установлен новый государственный стандарт — ГОСТ 3347—75 «Электронасосы центробежные для жидких молочных продуктов». Он распрост­раняется на центробежные одноступенчатые, консольно-моноблочные электронасосы, предназначенные для перекачивания молока, сырного зерна и сходных с ними по вязкости и химиче­ской активности пищевых продуктов температурой не выше 90° С.

В стандарте указаны типы, основные параметры и размеры центробежных электронасосов, технические требования, комп­лектность, правила приема, методы испытаний и гарантии за­водов-изготовителей. Введены новые условные обозначения цент­робежных электронасосов для молока, например 36-Щ2,8-20. Первые две цифры (36) — диаметр входного и выходного па­трубков в миллиметрах, следующая цифра (1)—тип насоса, буква (Ц )—исполнение (центробежный),  следующие  цифры (2,8) — подача в литрах в секунду, последние цифры (20) — напор в метрах жидкостного столба. Существует три типа на­сосов: 1—несамовсасывающие для молока; 2 — для перекачи­вания сырного зерна; 3 — самовсасывающие для молока.

Кроме указанных насосов, в промышленности применяются специальные центробежные электронасосы для перекачивания зерна домашнего сыра (РЗ-ОНС), насосы для откачивания мо­лока или сливок ОДУ-3 в вакуум-дезодорационной установке, для моющих и дезинфицирующих растворов.

УСТРОЙСТВО ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ЭЛЕКТРОНАСОСОВ

ЭЛЕКТРОНАСОСЫ Г2-ОПА, Г2-ОПБ, Г2-ОПВ

Эти насосы предназначены для перекачивания молока и близких к нему по вязкости и химической активности жидких пищевых продуктов температурой не выше 90° С.

По конструкции центробежные насосы  Г2-ОПА,  Г2-ОПБ, Г2-ОПВ консольно-блочного типа, одноступенчатые и односто­роннего всасывания. Устройство и принцип действия их одина­ковы, различаются размерами рабочего колеса.

Электронасос устанавливается без фундамента на трех нож­ках. Передние ножки  регулируются по высоте.

Детали насоса, соприкасающиеся с молоком, изготовлены из нержавеющей стали. Кольцо торцевого уплотнения  изготов­лено из графитизированного фторопласта ФИ-Ж20 ТУ П-369—64. Конструкция насоса предусматривает быструю разборку де­талей и узлов, соприкасающихся с продуктом, для мойки, чистки и стерилизации.

ЭЛЕКТРОНАСОСЫ 50МЦ25-31 И 75МЦ50-31

Электронасосы 50МЦ25-31 и 75МЦ50-31 консольно-блочного типа, одноступенчатые, с односторонним всасыванием, предна­значены для перекачивания молока и других жидких молочных продуктов температурой до 80° С.

Электронасосы имеют одинаковые устройство и принцип ра­боты.

Уплотнение не требует смазки и особого ухода. Однако оно быстро изнашивается при работе насоса без жидкости. Продол­жительность такой работы не должна превышать 3—5 мин. Для предохранения подшипника электродвигателя от попадания в него молока в случае нарушения герметичности уплотнения на валу установлен отражательный диск 24, который при быстром вращении сбрасывает проникшее молоко с вала. В этом случае молоко начнет вытекать из отверстия А в стакане и негерметичность будет обнаружена.

Насос легко разбирается для промывки, для чего ослабляют барашковые гайки, отводят болты в сторону и снимают крышку. Отвернув гайку, снимают рабочее колесо. Насос можно промы­вать химическими моющими веществами без разборки. Все де­тали насоса, соприкасающиеся с продуктом, изготовлены из нер­жавеющей стали. Электронасос устанавливается на фунда­менте.

2. ОПИСАНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА МАРКИ Е8-36МЦС13-10 (установленного в технологической линии производства казеина-сырца) 

САМОВСАСЫВАЮЩИЙ ЭЛЕКТРОНАСОС Е8-36МЦС13-10Самовсасывающий насос применяется для перекачивания мо­лока, когда необходимо самозасасывание или перекачивание идет отдельными порциями (периодически). Самовсасывающий насос может быть установлен на несколько метров выше уровня питающего резервуара. Высота всасывания зависит от сопро­тивления всасывающего трубопровода и температуры молока.

Насос Е8-36МЦС13-10 предназначен для перекачивания мо­лока температурой не выше 90° С. При температуре от 50 до 90° С насос должен работать под заливом.

Устройство насоса показано на рис. 9. Рабочее колесо 17 закрытого типа расположено внутри напорной камеры насоса. Оно имеет лопасти, загнутые против хода вращения. К нагне­тательному патрубку насоса посредством соединительной муфты присоединен воздухоотделитель 3, внутри патрубка расположе­но сопло 9, герметически закрепленное с помощью уплотнительных колец накидной гайкой.

Воздухоотделитель 3 цилиндрической формы, в центре его находится нагнетательный патрубок, к которому соединительной муфтой 4 присоединяется нагнетательный трубопровод. Сопло 9 своим нижним концом охватывает часть рабочего колеса, в ре­зультате чего в сопло нагнетается жидкость. К крышке 13 насо­са прикреплен специальный изогнутый всасывающий патрубок 5, который при работе должен быть направлен вверх. Это не­обходимо, чтобы при заливке насоса жидкость не вытекала и имела определенный уровень. Вследствие применения воздухо­отделителя, сопла и специального всасывающего патрубка насос приобретает всасывающую способность.

Корпус 19 насоса через кронштейн присоединен к фланцу электродвигателя 1. Крышка 13 входит в корпус и прижимается к нему через уплотнительное кольцо 12 шарнирным зажимным кольцом // с помощью винта 10. В крышке установлена ман­жета 14, охватывающая втулки колеса 17. Такие уплотнения уменьшают объемные потери насоса. Рабочее колесо установ­лено на наконечнике 21, плотно насаженном на вал электро­двигателя, и закреплено гайкой 16. Уплотнение между вращаю­щимся наконечником и неподвижным корпусом достигается тор­цевым уплотнением. Оно состоит из резинового кольца 24, за­крепленного в корпусе неподвижного кольца трения 23, прижи­мающегося к нему подвижного кольца 25, манжеты 27, обоймы 26 и пружины 28.

Все детали насоса, соприкасающиеся с продуктом, изготов­лены из нержавеющей стали. Насос в сборе установлен на трех регулируемых ножках, что обеспечивает бесфундаментную его установку. Неподвижное кольцо трения изготавливается из гра­фита 2П-1000 ТУ 538024—69.

Принцип действия насоса следующий. Перед началом рабо­ты насос заполняют перекачиваемой жидкостью до уровня вса­сывающего патрубка. При этом заполняются рабочая камера, патрубок 9 и воздухоотделитель 3. К всасывающему патрубку 5 присоединен трубопровод. При вращении рабочего колеса в пер­вый момент жидкость отбрасывается к периферии и через сопло поступает в воздухоотделитель, из которого по пространству между соплом и патрубком перетекает в рабочую камеру на­соса.

В рабочей камере создается вакуум, в нее засасывается воз­дух из трубопровода, и образуется воздушно-жидкостная смесь, которая поступает в воздухоотделитель, из которого жидкость; освободившаяся от воздуха, возвращается обратно в периферий­ную часть рабочей камеры насоса, где снова образуется воздуш­но-жидкостная смесь. Воздух вытесняется через нагнетательный

трубопровод процесс продолжается до тех пор, пока не будет соз­дано необходимое разрежение для подъема жидкости через вса­сывающий трубопровод и заполнения рабочей   камеры   насоса жидкостью. После этого начинается нормальная работа насоса. При остановке насоса жидкость из всасывающего трубопро­вода стекает вниз, а часть её благодаря вертикальному распо­ложению всасывающего патрубка насоса остается в насосе и воздухоотделителе. Этой части жидкости вполне достаточно для начала работы насоса при очередном пуске. Таким образом, для нормальной работы насоса достаточно одной заливки в начале работы  Зависимость производительности насоса от развивае­мого напора показана на рабочей характеристике  (рис  10). Оптимальная подача насоса 13 м³/ч при общем напоре  10 м вод. ст. Потребляемая мощность при работе на самовсасывание v этого насоса изменяется от подачи, как и у обычного центро­бежного насоса (кривая Q-N). Без воздухоотделителя и сопла насос работает как центробежный, без самовсасывания.

САМОВСАСЫВАЮЩИЙ НАСОС Г2-ОПД

Рис  10 Рабочая характеристика самовсасывающего электронасоса Е8-36МЦС13-110.

3. Расчет  центробежного насоса марки Е8-36МЦС13-10

При выборе скорости движения (в м/с) продукта по трубопроводу учитывают его вид:

Диаметр трубопровода определяют, исходя из расчета расхода продукта М (в м³/ч):

М = 3600fν,

Где f – площадь сечения трубопровода, м².

Т.к. f = πd²/4, то диаметр трубопровода рассчитывают по формуле

D= \/4М/(3600πν)

D= \/4*5/(3600*3,14*1,5) = 0,03м(30 мм)

Потребляемая насосом мощность расходуется на сообщение жидкости кинетической энергии и энергии давления, сумма которых и составляет напор жидкости. Значительная часть мощности расходуется на механические и гидравлические потери  в самом насосе. Полезная мощность N значительно меньше энергии, потребляемой насосом. Мощность, сообщаемая насосом подаваемой жидкой среде, определяется зависимостью

N= Q*p,

где р = 0,084 кПа,

тогда N =0?084*13= 1,1кВт

Заключение.

       В результате выполнения проекта был спроектирован насос  в соответствии с заданием производительностью 13 м³/ч.

       Общее энергопотребление установки – 1,1 кВт. Энергоноситель - электродвигатель.

       Выполнен расчет основных узлов и механизмов установки, который приведен в пояснительной записке объемом

       Графическая часть проекта состоит из двух листов формата А1, на которых приведены: разрез центробежного насоса, общий вид центробежного насоса, и двух листов формата А2: технологическая схема производства казеина-сырца и кинематическая схема центробежного насоса.

                               Список использованных источников

1. С.А. Чернышев Технологическое оборудование пищевых производств и отрасли. Методические указания для выполнения курсового проекта. Часть I и II. - Донецк 2004 г.

2. А.Н. Плановский, В.М. Рамм, С.З. Каган – Процессы и аппараты химической технологии. – М: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1960.  – 845 с.

3. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. – Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов / Под ред. чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова. – 10-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987. 576 с., ил.

4. Г.С. Борисов и др. - Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб.. и дополн. М: Химия, 1991. – 496 с.

5. Лебедев П.Д. Расчет и проектирование сушильных установок. (Учебник для высших технических учебных заведений). М. - Л., Госэнергоиздат, 1962, 320 с.

6. Барышев А.И., Стеблянко В.Г., Хомичук В.А. Механизация ПРТС работ. Курсовое и дипломное проектирование транспортирующих машин: Учебное пособие/ Под общей редакцией А.И. Барышева - Донецк: ДонГУЭТ, 2003 - 471 с., ил.