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							---	---
2							---	---
3
4
5
6
7							---	---
8
9

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 б та кроком пружини h.

Найбільш поширені у техніці пружини мають невеликий кут підйому гвинтової лінії(б?5).

У пружинах малого кроку можна нехтувати підйомом витків і рахувати довжину витка приблизно рівною рD, 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 л(мал. 7.20) зручно визначити енергетичним методом, прирівнюючи роботу А статично прикладеної сили Р потенційної енергії деформації U пружини. Робота зовнішніх сил A=Pл/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=рdn, 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 л:

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 л:



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:

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 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.