ЛР№4 Экспериментальное исследование сепаратора-сливкоотделителя МУ. ЛР№4 Экспериментальное исследование сепаратора-сливкоотделителя. Лабораторная работа 4 экспериментальное исследование сепараторасливкоотделителя

• Название: Лабораторная работа 4 экспериментальное исследование сепараторасливкоотделителя
• Анкор: ЛР№4 Экспериментальное исследование сепаратора-сливкоотделителя МУ
• Дата: 06.10.2020
• Размер: 160.46 Kb.
• Имя файла: ЛР№4 Экспериментальное исследование сепаратора-сливкоотделителя .docx
• Тип: Лабораторная работа; #141357

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СЕПАРАТОРА-СЛИВКООТДЕЛИТЕЛЯ

Цель работы: изучить устройство и работу сепаратора-сливкоотделителя. Освоить методику теоретического и экспериментального определения энергетических и эксплуатационных показателей работы молочного сепаратора.

Содержание работы:

1. Общее устройство, конструктивные особенности и принцип работы сепаратора-сливкоотделителя и молокоочистителя СОМ-3-1000М.

2. Экспериментальное исследование сепаратора.

Оборудование: сепаратор СОМ-3-100М, сепараторные барабаны для отделения сливок, стенд с системой подвеса для определения момента инерции барабана, универсальный измерительный комплект, секундомер, тахометр, плакаты, методические пособия.

1. Общее устройство сепаратора, конструктивные особенности и принцип работы барабанов сепаратора-сливкоотделителя и молокоочистителя

Сепаратор СОМ-3-1000М открытого типа предназначен для разделения молока на сливки и обезжиренное молоко (обрат) при температуре 35-40⁰С и кислотности не более 22⁰Т. Производительность 1000 л/ч. Жирность сливок регулируется в пределах от 10 до 45%. Частота вращения барабана 8100 об/мин. Количество тарелок в барабане 48-56. Расстояние между тарелками 0,4 мм. Масса барабана 17 кг. Мощность электродвигателя 0,6 кВт. Масса сепаратора 93 кг. Продолжительность непрерывной работы сепаратора 1 ч.

Сепаратор (рис. 1, а) состоит из станины 7, закрепленной на основании 14, посуды, передаточного механизма, барабана 6 и электродвигателя.

Станина является корпусом сепаратора. В станине имеется окно, закрываемое крышкой 9, что облегчает монтаж передаточного механизма и уход за ним. С нижней стороны станину крепят к основанию 14. На этой же станине установлен электродвигатель 12 с салазками и натяжным устройством 13.

Посуда сепаратора обеспечивает подачу молока в сепаратор и вывод сливок и обезжиренного молока после сепарирования. Она состоит из поплавковой камеры 3 с поплавком 1, сборников для сливок 4 и обрата 5. Поплавковая камера в центре имеет калиброванную трубку 2, сечение которой соответствует производительности сепаратора.


Рис. 1. Сепаратор СОМ-3-1000М:

а) общий вид; б) детали барабана;

1 – поплавок; 2 – центральная труба поплавковой камеры; 3 – поплавковая камера;
4 – сборник для сливок; 5 – сборник для обрата; 6 – барабан; 7 – станина; 8 – горловая опора; 9 – крышка; 10 – червячное колесо; 11 – клиноременная передача;
12 – электродвигатель; 13 – натяжное устройство; 14 – основание; 15 – нижняя опора вертикального вала; 16 – вертикальный вал; 17 – накидная гайка; 18 – крышка; 19 – винт регулировки жирности; 20 – верхняя тарелка; 21 – пакет тарелок; 22 – тарелкодержатель; 23 – кольцо; 24 – основание с центральной трубкой
Передаточный механизм кинематически соединяет барабан с электродвигателем и обеспечивает вращение барабана с необходимой частотой. Он состоит из клиноременной передачи 11, фрикционно-центробежной муфты, червячной пары, состоящей из вертикального вала 16 и бронзового червячного колеса 10.

Клиноременная передача сепаратора обеспечивает передачу крутящего момента со шкива электродвигателя на приводной шкив сепаратора. Червячное колесо закреплено на горизонтальном валу стопорным винтом. Вертикальный вал (веретено) вращается в верхней и нижней опорах.

Верхняя упругая опора вертикального вала обеспечивает самоустановку барабана при большой частоте вращения. Упругая опора веретена представляет собой шариковый подшипник, закрепленный в обойму. Обойма зафиксирована в корпусе упругой опоры шестью пружинами с регулировочными винтами, расположенными по окружности корпуса через 60⁰.

Нижняя опора вертикального вала состоит из двухрядного радиального и однорядного упорного шарикоподшипников, шайбы, подпятника и крепления. При помощи регулировочного винта подпятника веретено можно перемещать по высоте, добиваясь правильного расположения сливных отверстий барабана относительно молочной посуды.

Неправильность в установке ведет к попаданию части сливок в обрат.

Барабан (рис. 1, б) сепаратора является основным рабочим органом, где происходит механическое разделение молока.

Барабан сепаратора-сливкоотделителя состоит из основания 24 с центральной трубкой, резинового кольца 23, тарелкодержателя 22, нижней тарелки, пакета разделительных тарелок 21, верхней разделительной тарелки 20, крышки барабана 18 и гайки 17. Благодаря шипикам на верхней поверхности разделительных тарелок между ними образуются зазоры величиной 0,4-0,5 мм. Нижняя разделительная тарелка такие шипики имеет и с нижней стороны.

Каждая из разделительных тарелок, кроме верхней, имеет по три симметрично расположенных отверстия. При сборке тарелок в пакет эти отверстия образуют в барабане три вертикальных канала.

В цилиндрической части верхней тарелки имеется отверстие для выхода сливок. Барабан сепаратора свободно посажен на вертикальный вал и вращается с частотой 8100 об/мин.

Барабан сепаратора-сливкоотделителя работает следующим образом (рис. 2).




Рис. 2. Схема работы барабана сепаратора-сливкоотделителя:

1 – корпус барабана; 2 – пакет тарелок; 3 – тарелкодержатель; 4 – калиброванная трубка поплавковой камеры; 5 – накидная гайка; 6 – винт регулировки жирности сливок; 7 – верхняя разделяющая тарелка; 8 – вертикальный канал пакета тарелок; 9 – крышка барабана; 10 – резиновое кольцо; 11 – грязевое пространство
Молоко поступает в центральную трубку 4 барабана и, пройдя через каналы тарелкодержателя 3, попадает в три вертикальных канала 8, образованные тарелочными отверстиями. Регулировка подачи молока осуществляется с помощью поплавковой камеры.

Войдя в канал 8 с нижней стороны, молоко поднимается вверх, заполняет все свободное пространство в барабане и при вращении барабана получает одинаковую с ним угловую скорость. Под действием центробежных сил в межтарелочном пространстве происходит разделение молока на сливки и обрат.

Тяжелые частицы обрата стремятся отойти дальше от оси вращения, а легкие частицы жира оттесняются потоком тяжелых частиц ближе к оси барабана. Таким образом, в тарелках барабана образуются два основных потока: обрата по нижним частям разделительных тарелок от центра барабана и сливок по верхним сторонам к центру. Окончательно эти потоки разделяются верхней разделительной тарелкой 7 и направляются в выходные отверстия. Обрат, пройдя между внешней стороной верхней разделительной тарелки 7 и крышкой барабана 9, выходит из щелевидных отверстий, расположенных в шейке крышки барабана. Сливки концентрируются под разделительной тарелкой и выходят в отверстие верхней части разделительной тарелки. Имеющиеся в молоке механические примеси, более тяжелые, чем частицы обрата, стремятся отойти от оси барабана дальше. Проходя вначале с потоком обрата, эти примеси будут накапливаться в грязевом пространстве барабана 11.

В сепараторе открытого типа на выходе сливок установлен регулировочный винт. Он помещается в верхней части разделительной тарелки и для прохода сливок имеет канал квадратного сечения. Специальным ключом винт ввинчивается или вывинчивается в радиальном направлении. При этом изменяется расстояние от оси вращения до выходного отверстия сливок, вследствие чего изменяется напор и количество выходящих сливок.

При нормальной эксплуатации сепаратора можно выделить жировые шарики размером не менее 1 мкм. Жировые шарики меньших размеров не сепарируются, поэтому в обезжиренном молоке остается 0,01-0,05% жира.

Для работы в режиме молокоочистителя сепаратор СОМ-3-1000М снабжен сменным очистительным барабаном.

В очистительном барабане каждая тарелка пакета тарелок имеет только центральное отверстие, увеличен зазор между тарелками (количество тарелок в пакете меньше), отсутствует разделительная тарелка.

Поступающие по центральной трубке молоко сначала поступает в пространство между пакетами тарелок и внутренней стенкой корпуса барабана. Далее оно направляется между тарелками в сторону к оси вращения по пути, аналогичному пути сливок в разделительном барабане, и выходит через отверстия (два) аналогичные отверстиям для обрата в разделительном барабане.

Тарелки придают молоку вращательное движение. В результате чего тяжелые посторонние примеси устремляются от оси вращения к внутренним стенкам корпуса в так называемое грязевое пространство, накапливаются там за время непрерывной работы. После окончания работы барабан разбирают, очищают, моют.

2. Проведение экспериментального исследования сепаратора

2.1. Определение момента инерции барабана сепаратора

В формулах мощности привода сепаратора используется момент инерции барабана (J_б), который определить теоретически трудно. Проще определить его экспериментально, используя свойства тел, обладающих моментом инерции.

Для определения момента инерции барабана его подвеивают на двухниточный подвес приводят в колебательное движение вокруг вертикальной оси и находят период колебаний. Для этого закрепленный на подвесе барабан поворачивают вокруг вертикальной оси на 20-30⁰ и отпускают. С помощью секундомера замеряют продолжительность (Т_о) n полных колебаний барабана. Период одного полного колебания определяют по формуле

. (1)

В эксперименте принимаем n=10…30

Далее, замерив расстояние между нитями подвеса а и длину нити l (рис. 3), вычисляют момент инерции барабана, , кг·м²,

, (2)

где m_б – масса барабана, кг;

g – ускорение свободного падения, м /с²;

l – длина нити, м;

a – расстояние между нитями подвеса, м.



Рис. 3. Схема подвеса барабана
Определив аналогично период колебаний контрольного тела (диска) T_д с известной массой m_б и моментом инерции J_д, можно использовать принцип подобия и определить из выражения:

, (3)

где J_д – момент инерции сплошного диска,

(13.4)

где R_д – радиус диска, м.

2.2. Определение энергетических показателей сепаратора

Снимают нагрузочную характеристику электродвигателя при разгоне и на холостом ходу с одновременным замером частоты вращения горизонтального вала сепаратора.

Для этого необходимо собрать сепаратор и подготовить его к работе. Проверить схему присоединения электроизмерительного прибора и определить цену деления шкалы ваттметра. Подсчитать передаточное отношение от горизонтального вала сепаратора к вертикальному валу барабана. Частота вращения вала барабана определяется:

i_в=n_гi, (5)

где i – передаточное отношение;

n_г – частота вращения горизонтального вала, замеренная тахометром, об/мин.

Для проведения опытов необходимо распределить студентов следующим образом:

Первый студент – руководит проведением опытов. Он подает команду «замер» через каждые 15 сек. По первой команде «пуск» он запускает двигатель сепаратора и включает секундомер.

Второй студент снимает показания ваттметра.

Третий – замеряет тахометром частоту вращения горизонтального вала сепаратора.

Четвертый – записывает показания в журнал наблюдений.
Таблица 1

Журнал наблюдений

Показатели	Время, с
	0	15	30	45	60	75	90	105	120	135	150
Мощность Р, кВт
Частота nг вращения горизонтального вала, об/мин
Частота nб вращения вала барабана, об/мин

3. Расчет мощности сепаратора

Определив величину момента инерции барабана, вычисляем мощность Р_разг., необходимую для сообщения барабану кинетической энергии во время разгона (Вт), по формуле:

, (6)

где J_б – момент инерции барабана, кг.м²;

ω – угловая скорость барабана, рад/с;

t – время разгона барабана, с.

Далее определяем мощность Р_в, затрачиваемую на преодоление трения барабана о воздух, Вт:

Р_в=сρY³S, (7)

где с – постоянный коэффициент, с=3,75·10^-3;

ρ – плотность воздуха, кг/ м³, при температуре 20^оС, ρ = 1,2 кг/м³;

Y – окружная скорость барабана, м/с;

S – площадь боковой поверхности барабана, м².

При определении Y принимают средний радиус барабана.

Для определения S производят замеры барабана (рис. 4) и вычисляют по формуле:

. (8)


Рис. 4. Основные размеры барабана сепаратора
Мощность холостого хода сепаратора (Р_хх) равна:

, (9)

где η – КПД передачи.

Далее рассчитываем мощность рабочего хода сепаратора F_рх, по формуле

, (10)

где Р_к – мощность, расходуемая на преодоление гидравлических сопротивлений в барабане и сообщение кинетической энергии выбрасываемой жидкости, Вт.

Р_к определяется по формуле

, (11)

где φ – коэффициент учитывающий направление струи, равный 1,1;

Q – действительная производительность сепаратора, кг/с;

ρ_м – плотность молока, кг/м³;

r₀ – расстояние от оси вращения до выходных отверстий продуктов сепарации (рис. 4), м.


Рис. 5. Размеры тарелки барабана
Теоретическую производительность Q м³/с сепаратора определяют по формуле:

, (12)

где β– технологический КПД барабана, β= 0,7;

Н_Т – высота тарелки (рис. 5), м;

R_П – приведенный радиус барабана, м;

z – число тарелок в барабане;

τ – разделяемость молока, с.

Разделяемость молока τ, с рассчитывают по формуле:

, (13)

где ρ_п – плотность плазмы молока, кг/м³;

ρ_ж – плотность жировых шариков, кг/м³;

μ_п– динамическая вязкость плазмы, Па с; (μ_п=1,17 МПа∙с);

r – радиус жирового шарика, равный (0,6-0,8 )10^-6м;

Θ_м – температура сепарируемого молока, ⁰С, Θ_м≈35⁰С.

Приведенный радиус определяется по формуле

(14)

где R_Т и r_Т – максимальный и минимальный радиусы тарелки, м (рис. 5).

В заключение работы необходимо провести анализ полученных результатов исследований, построить графики изменения от времени, мощности Р=f(t) и частоты вращения барабана n_б=f(t), составить отчет.

Контрольные вопросы

1. 
   За счет чего происходит разделение молока на сливки и обрат?
   
2. 
   Чем различаются барабаны сепаратора-сливкоотделителя и молокоочистителя?
   
3. 
   За счет чего можно увеличить жирность сливок?