Работа 2.7 сепаратор-сливкоотделитель
Технологическая задача:разделение молока на сливки и обезжиренное молоко.
Цель работы: Оценить технический уровень (состояние) сепаратора-сливкоотделителя и дать предложения по развитию его конструкции для повышения эффективности процесса просеивания.
Задачи работы:
1. Изучить устройство и принцип работы сепаратора-сливкоотделителя и регулируемого привода.
2. Рассмотреть особенности процесса разделения молока.
3. Определить теоретическую и экспериментальную производительности, а также мощности привода сепаратора-сливко-отделителя при различных скоростях вращения рабочего вала и обработать результаты испытаний.
4. Дать предложения по техническому обслуживанию сепаратора-сливкоотделителя.
5. Усвоить правила безопасной эксплуатации и наладки сепаратора-сливкоотделителя.
Оборудование, инструменты и инвентарь: испытательный стенд с сепаратором "Сатурн-2", ключ комбинированный, ключ для регулирования винта сливок, ерш для мытья посуды, два мерных стакана вместимостью 1 л, деревянная подставка, кастрюля, плита электрическая, спиртовой термометр, полотенце.
Продукты: молоко пастеризованное - 15,0 л; содовый раствор с массовой долей 0,5 % - 2 л.
Изучение устройства и принципа работы
Сепаратор-сливкоотделитель предназначен для разделения цельного молока на обезжиренное молоко и сливки регулируемой жирности.
Электросепаратор "Сатурн-2" состоит из электропривода, барабана, приемно-выводного устройства и корпуса. Корпус представляет собой пластмассовую отливку, внутри которой вертикально смонтирован электродвигатель на упругих резиновых опорах - верхней и нижней. В электросепараторе используется специальный однофазный коллекторный электродвигатель. Основание сепаратора имеет три резиновых амортизатора, винт для регулирования барабана по высоте и крепится к корпусу тремя винтами. Приемно-выводное устройство (посуда) служит для подачи молока в барабан, вывода сливок и обезжиренного молока.
Барабан сепаратора"Сатурн-2" (рис.2.7.1) состоит из основания 10, фиксатора тарелок 9, резинового уплотнительного кольца 8, тарелок 6 и 7, тарелки верхней 5, регулировочного динта 3, крышки барабана 4. гайки 1. Для установки барабана на вал электродвигателя основание снабжено втулкой 11 с поперечной перегородкой.
Разделение цельного молока на сливки и обезжиренное молоко осуществляется в барабане работающего электросепаратора следующим образом. Молоко через краник приемника молока стекает в поплавковую камеру, из которой поступает в питающую трубку основания барабана 10 и далее - в фиксатор 9. Из фиксатора 9 молоко по вертикальным каналам пакета конических тарелок распределяется в межтарелочных зазорах, где под действием центробежных сил разделяется на две фракции -сливки и обезжиренное молоко. Сливки, как более легкая фракция, направляются к оси вращения барабана, поднимаются до верхней тарелки 5 и через отверстие регулировочного винта 3 выводятся в приемник сливок, а оттуда - в приемную емкость. Обезжиренное молоко, как тяжелая фракция, под действием центробежной силы отбрасывается к периферии барабана. Под давлением поступающего молока оно поднимается в горловину барабана и через паз вытекает в приемник обезжиренного молока, а затем в приемную емкость.
Рис.2.7.1 Общий вид барабана сепаратора "Сатурн-2":
1 - гайка специальная; 2 - фиксатор; 3 - винт регулировочный; 4 -крышка барабана; 5 - тарелка верхняя; 6 - тарелка промежуточная; 7 -нижняя тарелка; 8 - кольцо уплотнительное; 9 - фиксатор; 10 – основание барабана; 11 - втулка с поперечной перегородкой.
На щите управления стенда для испытания электросепаратора установлены общий выключатель, секундомер, вольтметр, амперметр, лабораторный автотрансформатор для регулирования напряжения питания сепаратора, сигнальные лампочки, тахометр.
Техническая характеристика
Производительность - не менее 55 л/ч
Вместимость приемника молока - 5,5 л
Частота вращения барабана - до 12000 об/мин
Жирность обезжиренного молока - 0,05 %
Предел регулирования отношения сливок
к обезжиренному молоку - от 1:4 до 1:10
Температура сепарируемого молока - 40...45 °С
Номинальная потребляемая мощность - 60 Вт
Номинальное переменное напряжение - 220 В
Габаритные размеры - 330х300х500 мм
Масса - 3,85 кг
Правила эксплуатации
Перед началом испытаний убедитесь, что стенд выключен из сети, рукоятка выключателя на щите управления находится в положении ВЫКЛЮЧЕНО.
Молочную посуду тщательно промойте горячим содовым раствором с массовой долей 0,5...0,2 %, ополосните чистой водой и досуха протрите полотенцем.
Разберите барабан и промойте его детали в горячем содовом растворе, ополосните чистой горячей водой, просушите и соберите. При снятии крышки барабана и пакета тарелок следует легко ударять резьбовой частью основания барабана о деревянную подставку.
Сборку барабана производите в следующем порядке. Вложите в канавку основания 10 уплотнительное кольцо 8, наденьте на питающую трубку фиксатор 2 так, чтобы штифт основания барабана 10 вошел в отверстие в следующем порядке: первая тарелка - с выдавками, следующая - гладкая и т.д., причем последняя тарелка с выдавками, а затем верхнюю тарелку 5 и крышку барабана 4. При этом фиксатор 2 с регулировочным винтом 3 на верхней тарелке 5 должен войти в паз крышки барабана, а выступ в крышке барабана в паз основания барабана 10. Наверните на питающую трубку основания барабана 10 гайку специальную 1 и затяните ее усилием руки.
Разборку барабана производите в обратной последовательности.
В процессе эксплуатации электросепаратора запрещается работать без его закрепления в рабочем месте; производить снятие приемно-выводного устройства и разборку сепаратора без полного отключения от сети; устанавливать барабан на вал электродвигателя и приводить его во вращение с незатянутой до конца гайкой 1; тормозить барабан рукой или салфеткой; работать на сепараторе при задевании барабаном приемно-выводного устройства.
Методика выполнения работы
1. Убедитесь, что стенд и сепаратор отключены от сети.
2. Снимите приемно-выводное устройство, разберите барабан.
3. Измерьте геометрические параметры элементов барабана:
– малый r (м) и большой R (м) радиусы тарелки;
– количество тарелок Z ;
– угол подъема образующей тарелки , ...°;
– расстояние от оси барабана до торца отверстия
регулировочного винта Rвт (м);
– наружный радиус цилиндрической части
барабана Rб (м).
Занесите результаты измерений в протокол наблюдений (табл.2.7.1).
Таблица 2.7.1 Протокол наблюдений
Большой радиус тарелки R,м | Малый радиус тарелки r, м | Количество тарелок Z, шт. | Угол подъема образующей тарелки , | Расстояние Rвт, м | Наружный радиус барабана Rб, м |
4. Соберите барабан.
5. Установите на верхнюю часть электропривода последовательно
– барабан,
– приемник обезжиренного молока,
– приемник сливок,
– камеру поплавковую,
– приемник молока,
– краник.
6. Включите электродвигатель сепаратора и зафиксируйте величину напряжения Uх , (В), силу тока Iх , (А) при установившемся холостом режиме различных частотах вращения ротора в интервале 7000...12000 об/мин.
7. Дождитесь момента полной остановки электродвигателя сепаратора и включите его.
8. Повторите измерения.
9. Нагрейте молоко до 40...45 °С и измерьте его температуру спиртовым термометром.
10. Включите сепаратор и через 1...2 мин после его запуска пропустите через него не менее 1,0 л воды с температурой 40...50 °С.
11. Закройте краник и залейте 5,0 л подогретого молока в приемник.
12. Поставьте под рожки приемников продуктов мерные стаканы.
13. Выставьте регулятором частоту вращения барабана 8000 об/мин.
14. Откройте краник в молокоприемнике.
14. Зафиксируйте напряжение Uр , (В) и силу тока Ip (А) в установившийся период работы.
15. Измерьте секундомером время сепарирования 5,0 л молока и с помощью мерного стакана объемное количество полученных сливок и обезжиренного молока.
16. Повторите вышеприведенные измерения при различных частотах вращения барабана в интервале п = 8000... 12000 об/мин.
17. По окончании сепарирования пропустите 2,0 л обезжиренного молока для удаления сливок, оставшихся в барабане.
18. После прекращения сепарирования пластмассовую посуду и все детали барабана промойте в горячем содовом растворе, ополосните в чистой горячей воде, протрите досуха полотенцем и просушите.
Расчетная часть
Расчетная производительность сепаратора Мm (м3/с) при различной частоте вращения барабана определяется по формуле
, (2.7.1)
где n – частота вращения барабана, об/с; z – число тарелок; - угол наклона образующей тарелки, …°; R, r – большой и малый расчетные радиусы тарелки, м; d – диаметр жирового шарика, м; d = (3…5) × 10-6 м; t – температура молока, °С.
Рассчитайте фактическую производительность сепаратора Mф (м3/с)
, (2.7.2)
Сравните расчетную и фактическую производительности сепаратора при различной частоте вращения и в случае несоответствия объясните причину.
Определите расчетную мощность, затрачиваемую на привод барабана Nб (Вт) в период установившегося режима
, (2.7.3)
где N1 – мощность, затрачиваемая на придание кинетической энергии выводимым фракциям молока, Вт; N2 – мощность, затрачиваемая на преодоление трения о воздух, Вт; N3- мощность, затрачиваемая на трение в приводном механизме и уплотнительной манжете, Вт (N3 =3 Вт); N4 – мощность, затрачиваемая на встроенные насос и напорный диск, Вт (N4 =0);
, (2.7.4)
где - экспериментальный коэффициент, ( = 1,1... 1,2);
- плотность молока, кг/м3 ( = 1020 кг/м3); - угловая скорость вращения барабана, рад/с; Rвт - расстояние от оси барабана до торца отверстия регулировочного винта, м;
, (2.7.5)
где - экспериментальный коэффициент ( = 0,15); - плотность воздуха ( = 1,3 кг/3); п – частота вращения барабана, об/с; rб – наружный радиус барабана, м.
Определите мощность на привод в период холостого установившегося режима Nх (Вт)
, (2.7.6)
При работе сепаратора в режиме сепарирования Np (Вт) мощность на привод определяется зависимостью
(2.7.7)
Фактическую мощность Nф (Вт) определите по формуле
, (2.7.8)
где U и I - напряжение и сила тока.
Сравните расчетную и фактическую мощности на привод сепаратора при холостом и рабочем ходе и в случае несоответствия объясните причину.
Графическая часть
Представьте в виде графиков зависимости теоретической Mm, и теоретической Mф производительности, а также мощностей Nх, Nр , Nф от скорости вращения барабана сепаратора п и получите аналитические зависимости Mm=f(n), Мф=f(n); Nх=f(n); Nр=f(n); Nф=f(n) .
Выполните чертеж сборочной единицы, входящей в состав сепаратора (барабан, поплавковая камера, приемно выводное устройство) и составьте спецификацию в соответствии с требованиями ЕСКД.
Проверь себя
1. Что такое сепарирование?
а) разделение неоднородных жидких сред;
б) соединение неоднородных жидких сред;
в) перемешивание жидких сред;
г) комбинированное воздействие на жидкие среды.
2. Объясните физический смысл фактора разделения?
а) во сколько раз центробежная меньше силы тяжести?
б) во сколько раз центробежная больше силы тяжести;
в) на сколько меньше центробежная сила;
г) на сколько больше силы тяжести.
3. Какие факторы влияют на величину производительности сепаратора?
а) частота вращения барабана, число тарелок, радиус тарелок, угол наклона тарелок;
б) диаметр барабана, размер корпуса, число тарелок;
в) длина барабана, размер тарелок, угол наклона тарелок;
г) частота вращения барабана, размер барабана.
4. Какое влияние оказывает поплавковая камера на пропускную способность сепаратора-сливкоотделителя?
а) никакого; б) повышает; в) снижает.