Промышленность производство

Пристрої машин дозування і фасування

Міністерство освіти і науки України
Національний технічний університет України
Київський політехнічний університет України
Кафедра хімічного, полімерного та силікатного машинобудування

Записка
до курсового проекту з дисципліни Пакувальне обладнання
Пристрої машин дозування і фасування
Виконав ст. групи ЛУ-51
Косенко Є. І.
Перевірив Сокольский О. Л.

Київ – 2009

Зміст

Вступ
1. Дозатор
2. Розливні машини
2.1 Гравітаційні розливні машини
2.2 Дозуючі пристрої машин Т1-ВРА-6А, Т1-ВР2А-6
3.Пристрої з мірною місткістю і клапанною системою машини ДАМ
4.Розрахунки
4.1 Розрахунок перепаду тискуу рідинному дозаторі Т1-ВРА-6А
4.2. Розрахунок циліндричної гвинтової пружини малого кроку
2.2.1 Числовий розрахунок циліндричної гвинтової пружини малого кроку
4.2.1.1 Фасувальні пристрої машин Т1-ВРА-6А ,Т1-ВР2А-6
4.2.1.2 Фасувальний пристрій машини ДАМ
4.3. Розрахунок повітряної трубки
4.3.1 Визначення оптимального діаметру повітряної трубки, економічний розрахунок .
4.3.2 Розрахунок чисельних показників(ДАМ) для визначення приведених витрат та розрахунок опору повітряної трубки.
4.3.3 Розрахунок чисельних показників(Т1-ВРА-6А та Т1-ВР2А-6) для визначення приведених витрат та розрахунок опору повітряної трубки.
Література

Вступ
Дозування в хімічній промисловості і медицині Дозування — подача хімічних речовин в заданій кількості в атмосферу, ємкість або куди або ще з деякими інтервалами з метою надати досить часу для реакції, дії з речовиною або виявлення результату дії речовини. У техніці і сільському господарстві Дозування — відмірювання порції (дози) якої-небудь речовини з використанням дозатора.
Дозування рідких продуктів буває трьох видів за об’ємом, по рівню, по вазі. Як би конструктивно не відрізнялися пристрої об’ємного дозування рідин, в них обов’язково присутні два клапани (що відсікає і зливний) і мірна ємкість, як правило, з регульованим об’ємом. Клапани по черзі відсікають або відкривають потік рідини, самоплив або що примусово йде від витратного бака в мірну ємність і з неї в тару. Як варіант пристрою клапан може бути один у одному положенні він відкриває трубопровід, що йде від бака до мірної ємкості, і перекриває трубопровід, ведучий в тару, в іншому — навпаки. Зазвичай клапан подвійної дії поєднується з примусовим заповненням мірної ємкості і виведенням продукту з неї. Дозування по рівню застосовується найчастіше при фасуванні алкогольних напоїв.
Суть дозування полягає в тому, що зливний клапан дозатора закривається в той момент, коли продукт в тарі досягає заданого рівня. При дозуванні по рівню особливі вимоги пред’являються до тари — її розміри і товщина стінок мають бути однакові. Тим часом більше проблем виникає не із здобуттям дози, а з розміщенням її в тару. Так, молоко під час вступу до пакету або пляшки утворює піну, що на деяких видах устаткування помітно знижує продуктивність. Фахівці з фасування алкогольних, слабоалкогольних і безалкогольних напоїв, наприклад, розрізняють п’ять способів наповнення тари рідиною. Всі вони знаходять вживання залежно від властивостей рідин.
Крім того, існує три способи фасування барометричний, надбарометричний і вакуумний. Перший полягає в тому, що фасування виробляється при атмосферному тиску, і рідина рухається самоплив. Застосовується для звичайних рідин, у тому числі «спокійних» вин. Якщо ж напій насичений газами, то застосовують надбарометричний спосіб (зустрічається і термін «ізосверхбарометричеський»), при якому у фасувальному пристрої або витратному баку і в наповнюваній тарі створюється надлишкове тиск. Це перешкоджає виходу газів з рідини. Можуть виникнути проблеми і на дорозі тари між ділянкою її наповнення і запечатування. Досить рідке вживання дій-паку для рідких продуктів викликане тим, що не всі виробники фасувального устаткування здатні забезпечити нерозпліскування рідини при горизонтальному русі ще розкритих, але вже наповнених пакетів. Особливо якщо вони рухаються з високою швидкістю, при цьому дискретно.

1. Дозатор
Дозатор – пристрій для автоматичного відмірювання (дозування) заданої маси або об’єму рідких і сипких матеріалів. Дозатор застосовують при виробництві будівельних матеріалів, в металургійній, хімічній, харчовій, фармацевтичній і ін. галузях промисловості, на ж.-д., морському і річковому транспорті, в лабораторній практиці і торгівлі.
Матеріал, що дозується, можна вимірювати в одиницях маси (кг) — ваговими дозатор або в одиницях об’єму (м3) — об’ємними дозатор. Продуктивність дозатора виражається відношенням маси (або об’єму) до одиниці часу (кг/ч або м3/ч). Як вагові, так і об’ємні дозатори можуть бути періодичної (дискретного) і безперервної дії з ручним і автоматичним управлінням. Вибір типа дозатора визначається характером технологічного процесу і властивостями матеріалів. Дозатор періодичної дії використовують головним чином в технологічних процесах з розміщенням устаткування по висоті, а дозатор безперервної дії — в процесах з горизонтальним розміщенням устаткування і конвеєрним транспортуванням матеріалу.
Дозатор дискретної дії мають зазвичай конструкцію бункерного типа, а безперервної дії — бункерного і стрічкового.
Найбільш прості об’ємні дозатори не забезпечують достатньої точності; складні і точні технологічні процеси, як правило, ведуться з використанням вагових дозаторів. Вагові автоматичні дозатори є комплексом, що складається з датчика контролю маси, машини-автомата для подачі матеріалу і системи автоматичного управління дозою або витратою маси.
Основні елементи вагового дозатора об’ємний дозатор, службовець живильником, вантажо-приймальний пристрій і вимірювальний пристрій (датчик), системи реєстрації і регулювання, виконавчий пристрій. За принципом дії живильники можуть бути гравітаційними (зазвичай воронки) без примусової подачі і з примусовою подачею матеріалів стрічковими, гвинтовими, тарілчастими і ін. конвеєрами або плунжерними, шестерними і ін. насосами.
Дозатори дозволяють економічно витрачати сировину, скоротити втрати матеріалів, розширити потокове виробництво, виключити багато трудомістких процесів, а також поліпшити умови праці.

2. Розливні машини
Пристрої для наповнення пляшок по об’єму називаються дозувальними, а для наповнення по рівню – розливними.

2.1 Гравітаційні розливні машини
Гравітаційний спосіб характеризується тим, що витікання рідини з резервуара в дозувальний прилад, а потім з приладу в пляшку проходить самоплином в умовах атмосферного тиску. Напір залежить тільки від сил гравітації і величина його визначається висотою стовпа рідини.

Рис. 1. Розливна машина ВРД
1-вал, 2-резервуар, 3-розливний прилад, 4-регулятор, 5-трубопровід,
6-стійка, 7- кран, 8-клапан, 9-диск каруселі, 10-плунжери, 11-платформи,
12-ролик, 13- станина, 14-черв`ячна пара, 15-електродвигун, 16-штурвал,
17-зірочки.

Рис. 2. Розливна машина ВАР-6
1-витратний резервуар, 2-поплавковий регулятор рівня, кільцевий колектор, 4- дозувальний прилад (18 шт), 5-телескопічна стійка, 6-карусель, 7-головний вал, 8- шток, 9-ролик, 10-піднімальний плунжер,11-пружина,12-валик.

Рис. 3. Кінематична схема розливної машини ВАР-6 1-електродвигун,2-клиноремінна передача, 3-черв’ячний редуктор, 4-6,10 — зубчаті колеса, 7-завантажувальна зірочка, 8-розвантажувальна зірочка, 9- зірочка-відсікач

Рис. 4. Розливна машина Т1-ВРА-6А 1-пустотіла станина, 2-завантажувально-розвантажуваьний стіл з механізмом і системою автоблокування, 3- вхідна труба, 4-витратний резервуар, 5-дозувальні прилади (28 шт).
2.2 Дозуючі пристрої машин Т1-ВРА-6А, Т1-ВР2А-6
Ці машини оснащенні фасувальними пристроями з роздільним керуванням клапанами наповнення та випорожнення мірного стакана.
Фасувальний пристрій Т1-ВРА-6А наведено на рис. 1 а. В цьому пристрої рідина надходить з витратного резервуара в мірний стакан через кільцевий колектор після того, як за допомогою нерухомого копіру відкривається клапан наповнення 12, що контактує з роликом 13.
Нерухомий копір встановлено в передній частині машини. В момент, коли пляшка піднята столиком, горловина її притискується до герметизувальної прокладки 2 і натискує на зливну втулку 3, яка піднімає гумовий зливний клапан 4. Рідина із мірного стакана шатром переміщується в пляшку. Повітря внутрішньої порожнини пляшки витискується і видаляється через центральну трубку 6. Після наповнення пляшки піднімальний столик з пляшкою опускається і в цей час гумовий клапан 4 займає початкове положення, притискуючись до наконечника 5.
Модернізований зразок цього пристрою наведено па рис. 1 б. Основна відмінність основного і модернізованого зразків полягає в тому, що в модернізованому зразку конструктивно поєднано наконечник з клапаном. Проведена модернізація підвищує, надійність і довговічність роботи дозувального пристрою.

Рис 5. Фасувальні пристрої машин а — Т1-ВРА-6А 1- дзвіночок; 2- прокладка; 3 -зливна втулка; 4,12- клапани; 5 – наконечник; 6 — центральна трубка; 7 — витискач; 8 — фіксатор; 9 — мірний стакан 10 — втулка; 11 –корпус; 13- ролик; 14 — сідло клапана; б — Т1-ВР2А-6 1 – дзвіночок; 2 -прокладка;3 — зливна втулка; 4, 12 — клапани; 5 -наконечник; 6-трубка; 7-витискувач; 8 — пружина 9—мірний стакан; 10 — втулка; 11— корпус; 13 —ролик.

3. Пристрої з мірною місткістю і клапанною системою машини ДАМ
Ці пристрої інколи називають ківшовими, так як місткість на зразок ковша занурюється в рідину і її захоплює. Типовим представником цієї групи пристроїв може бути пристрій машини ДАМ (рис. 6.).Машини типу ДАМ застосовують для дозування сиропу в пляшки під час виготовлення безалкогольних напоїв. Пристрій дозування закріплено до дна витратного резервуара. В крайньому нижньому положенні мірна місткість 4 знаходиться у витратному резервуарі нижче рівня в ньому сиропу. В цей момент зливна трубка 2 щільно закрита клапаном 1. При наявності пляшки центруючий конус піднімається, а разом з ним піднімаються стрижень 3, клапан 1 і мірна місткість 4. З мірної місткості сироп починає переміщатися в трубку 2, причому кількість сиропу, що переміститься, буде залежати від висоти піднімання місткості 4. Висота підйому місткості 4, а також величину дози сиропу обмежують розташуванням упорів 6, в які при підйомі впирається своїм пояском конус 7. Упор може встановлюватись маховиком па різній висоті, що дає змогу змінювати об’єм дози у всіх пристроях дозування машини одночасно.
Рис.6. Фасувальній пристрій машини ДАМ 1- клапан; 2 –зливна трубка; 3 –стрижень; 4 – мірна місткість (ківш); 5 – пружина; 6 –упор; 7 –дзвіночок.

Рис.1

4.Розрахунки

4.1.Розрахунок перепаду тискуу рідинному дозаторі Т1-ВРА-6А

Таблиця 1

№ ділянки
Коефіцієнт геометричної форми К,
, м
, м
, м
,
,

, м

—
—

1. Перша ділянка являється каналом кільцевого типу. Коефіцієнт геометричної форми

Тиск на ділянці

2. Друга ділянка являється каналом кільцевого типу. Коефіцієнт геометричної форми

Тиск на ділянці

1. Третя ділянка являється каналом конічно-кільцевого типу з конічною щілиною.
Коефіцієнт геометричної форми

= 7,11*
Тиск на ділянці

2. Четверта ділянка являється каналом кільцевого типу.
3.
Коефіцієнт геометричної форми

Тиск на ділянці

1. П’ята ділянка являється каналом конічно-кільцевого типу з конічною щілиною.
Коефіцієнт геометричної форми

= -278.592
Тиск на ділянці

2. Шоста ділянка являється каналом конічно-кільцевого типу з конічною щілиною.
Коефіцієнт геометричної форми

=
Тиск на ділянці

1. Сьома ділянка являється каналом кільцевого типу.
Коефіцієнт геометричної форми

Тиск на ділянці

2. Восьма ділянка являється каналом конічно-кільцевого типу з конічною щілиною.
Коефіцієнт геометричної форми

=
Тиск на ділянці

1. Дев’ята ділянка являється каналом конічно-кільцевого типу з конічною щілиною.
Коефіцієнт геометричної форми

=
Тиск на ділянці

4.2 Розрахунок циліндричної гвинтової пружини малого кроку
Знаходимо напругу та деформацію при осьовому розтягу та стиску циліндричної пружини, навитої з прутка циліндричного перетину діаметром d(рис.1). Конструктивно пружини розтягу та стиску відрізняються оформленням їх кінців, але кінцеві витки в розрахунках на міцність не враховуються.
Циліндричні пружини характеризуються середнім діаметром витка D, числом витків n, кутом підйома витка α та кроком пружини h.
Найбільш поширені у техніці пружини мають невеликий кут підйому гвинтової лінії(α≤5).
У пружинах малого кроку можна нехтувати підйомом витків і рахувати довжину витка приблизно рівною πD, а сам виток — розташованим в плоскості, нормальній до осі пружини. Але у такому разі, перетин прутка пружини плоскістю, що містить її вісь, можна розглядати як її поперечний перетин. Вказані допущення покладені в основу наближеного розрахунку пружин.
Розділимо пружину осьовим перетином на дві частини і відкинемо, одну з них. З умови рівноваги частини, що залишилася, виходить, що внутрішні дотичні сили пружності в перетині пружини приводяться до перерізаючої сили Q=P і моменту Mk=PD/2.
Дотична напруга, викликана крученням, досягає максимуму в контурних точках перетину, а напруга від перерізаючої сили можна в першому наближенні вважати рівномірно розподіленими по плоскості перетину. У точці А контура перетину сумарна дотична напруга, як видно з мал. 7.19, досягає найбільшої величини

Чи

Для більшості пружин відношення d/2D — величина мала в порівнянні з одиницею. Це говорить про те, що основним виглядом деформації для пружин є кручення, а зрізом можна нехтувати і обчислювати напругу в пружині по формулі

Зміна подовжніх розмірів λ(мал. 7.20) зручно визначити енергетичним методом, прирівнюючи роботу А статично прикладеної сили Р потенційної енергії деформації U пружини. Робота зовнішніх сил A=Pλ/2, а потенціальна енергія накопичується, головним чином, за рахунок кручення прутка і тому може бути обчислена за формулою (7.15).
Враховуючи, що крутний та момент інерції по довжині прутка не змінюються, а довжина прутка l=πdn, отримуємо

Прирівнюємо А та U , знаходимо

4.2.1 Числовий розрахунок циліндричної гвинтової пружини малого кроку

4.2.1.1 Фасувальні пристрої машин Т1-ВРА-6А ,Т1-ВР2А-6
Максимальна дотична напруга

Крутний момент
=100*0,024/2=1,2
Момент інерції

Потенційної енергії деформації U

Зміна подовжніх розмірів λ

4.2.1.2 Фасувальний пристрій машини ДАМ
Максимальна дотична напруга

Крутний момент
=/2=12,8
Момент інерції

Потенційної енергії деформації U

Зміна подовжніх розмірів λ

4.3 Розрахунок повітряної трубки
По способах гідравлічного розрахунку трубопроводи ділять на дві групи прості і складні. Простим називають трубопровід, що складається з однієї лінії труб, хоч би і різного діаметру, але з однією ж витратою по дорозі; всякі інші трубопроводи називають складними.
При гідравлічному розрахунку трубопроводу істотну роль грають місцеві гідравлічні опори. Вони викликаються фасонними частинами, арматурою і іншим устаткуванням трубопровідних мереж, які приводять до зміни величини і напряму швидкості руху рідини на окремих ділянках трубопроводу (при розширенні або звуженні потоку, в результаті його повороту, при протіканні потоку через діафрагми, засувки і так далі), що завжди пов’язане з появою додаткових втрат натиску . Основні види місцевих втрат натиску можна умовно розділити на такі групи
— втрати, пов’язані із зміною перетину потоку;
— втрати, викликані зміною напрями потоку. Сюди відносять різного роду коліна, косинці, відведення, використовувані на трубопроводах;
— втрати, пов’язані з протіканням рідини через арматуру різного ті-па (вентилі, крани, зворотні клапани, сітки, відбори, дросель-клапани і так далі);
— втрати, пов’язані з відділенням однієї частини потоку від іншої або злиттям двох потоків в один загальний. Сюди відносяться, наприклад, трійники і отвори в бічних стінках трубопроводів за наявності транзитної витрати.
4.3.1 Визначення оптимального діаметру повітряної трубки, економічний розрахунок
Для визначення оптимального діаметру повітряної трубки задаємося значеням швидкості руху повітря і обчислюємо розрахункові діаметри труб за формулою

,
Результати розрахунку для всіх набутих значень швидкості приведені в таблиці 1.
Таблиця 1. Діаметр повітряної трубки для різних дозуючих пристроїв

Пристрій
Т1-ВРА-6А
Т1-ВР2А-6
ДАМ

Швидкість руху рідини, м/с
0,8
0,8
1,2

Діаметр труб, , м
0.012
0.012
0.01

Для кожного розрахункового діаметру повітряної трубки обчислюємо приведені витрати на один рік по формулі

де — експлуатаційні витрати, що включають амортизаційні відрахування, вартість електроенергії, обслуговування, поточних витрат і ін., грн.;
— капітальні витрати, грн..;
0,2 – нормативний коефіцієнт.
Вартість обслуговування і поточних витрат приблизно однакова для повітряної трубки різного діаметру. Тому експлутаційні витрати приймаємо рівними амортизаційним відрахуваням
Капітальні витрати включають вартість трубок і вартість монтажу повітряної трубки

Зразкова ціна 1 трубки приймається рівною 100 грн.

Маса повітряної трубки у дозаторі визначається по формулі

де — прийнята товщина стінки повітряної трубки;
— довжина діляноки повітряної трубки;
7,8 – щільність сталі, т/.
Амортизаційні відрахування для кожного значення діаметру повітряної трубки обчислюються за формулою

де років – термін служби трубки.
4.3.2 Розрахунок чисельних показників(ДАМ) для визначення приведених витрат та розрахунок опору повітряної трубки
Для повітряної трубки (при швидкості руху )
1. Визначення маси повітряної трубки в кг

Визначення вартості монтажу
грн.
Визначення капітальних витрат
грн.
Визначення амортизаційних відрахувань
грн.
Визначення коефіцієнта гідравлічного тертя по формулі Прандтля-Никурадзе

де — еквівалентна шорсткість труб (приймаємо 0,02 мм).
Визначення питомого опору по довжині

Визначення опору повітряної трубки

4.3.3 Розрахунок чисельних показників(Т1-ВРА-6А та Т1-ВР2А-6)
для визначення приведених витрат та розрахунок опору повітряної трубки
Для розливної трубки (при швидкості руху )
1. Визначення маси розливної трубки в кг

де — еквівалентна шорсткість труб (приймаємо 0,02 мм).
Визначення питомого опору по довжині

Визначення питомого місцевого опору

Визначення опору розливної трубки

Література
1.Альтщуль А.Д., Животовский Л.С., Иванов Л.П. Гидравлика и аэродинамика. М. Стройиздат, 1987.- 410 с.
2.Чугаев Р.Р. Гидравлика. Л. Энергоиздат, 1982.- 672с.
3.Альтщуль А.Д., Калицун В.И., и др. Примеры расчетов по гидравлике. М. Стройиздат, 1976.- 256 с.
4.Большаков В.А., Константинов Ю.М. и др. Справочник по гидравлике. К. Вища школа, 1984.-224 с.

BestReferat

BestReferat

Пристрої машин дозування і фасування