4.4.2. Кинематические расчеты

За исходные данные для расчета основных кинематических параметров машины (аппарата) принимают ее теоретическую производительность. Величина, обратная производительности – рабочий цикл. Он равен промежутку времени, за который в машине (аппарате) вырабатывается единица продукции. Определив рабочий цикл, можно найти ритм рабочих органов машин и аппаратов и, соответственно, необходимые скорости их движения или вращения.

Пример. Кинематический расчет привода питающего шнека.

Общее передаточное число привода подающего шнека можно определить по формуле:

, (2)

где - частота вращения выходного вала электродвигателя, мин^-1 ( =700 мин ^-1);

- частота вращения вала подающего шнека, мин ^-1, ( =28 мин ^-1).

По кинематической схеме, согласно разбивке привода по ступеням:

u = u_p = 25,

где u_p - передаточное число редуктора.

Выбираем для привода подающего шнека мотор-редуктор, так как он обладает рядом преимуществ: небольшими габаритными размерами и массой, возможностью достижения большей, чем в других схемах привода, точности расположения вала электродвигателя относительно ведущего вала редуктора, уменьшенным общим количеством деталей, удобством при монтаже привода и др.

Для подбора мотор-редуктора рассчитываем угловые скорости и вращающие моменты на валах.

Угловую скорость , рад/с, на выходном валу электродвигателя рассчитываем по формуле:

, (3)

Угловая скорость , рад/с, на выходном валу редуктора:

, (4)

Вращающий момент на выходном валу электродвигателя:

, (5)

где - мощность электродвигателя, Вт

Вращающий момент на выходном валу редуктора:

, (6)

где - КПД редуктора, = 0,9.

По полученным значениям вращающих моментов, угловых скоростей и передаточному отношению выбираем мотор-редуктор МЦ2С-80

Маркировка мотор-редуктора МЦ2С-80: МЦ - мотор-редуктор с цилиндрическим выходным концом вала, межосевым расстоянием - 80 мм, с номинальной частотой вращения - 28 об/мин, категория размещения - 2.

4.4.3. Тепловые расчеты

Выполняются для машин (аппаратов), в которых осуществляется подвод или отвод теплоты при нагреве или охлаждении, удалении влаги из материалов методом сушки и т. д. Они позволяют выбрать тепло - и хладоноситель, способ передачи теплоты, площадь поверхности теплопередачи, конструкцию теплообменной поверхности, расход тепло - или хладоносителей и другие показатели, подобрать соответствующие теплообменные аппараты.

Тепловые расчеты производятся на основе теплового баланса аппарата, который в общем случае имеет вид:

, (7)

где Q – мощность теплового потока, кВт;

G_i – массовый расход i-го компонента, входящего в аппарат, кг/с;

i_i – удельная энтальпия i-го компонента, входящего в аппарат, кДж/кг;

G_g – масса g-го компонента, выходящего из аппарата, кг/с;

i_g – удельная энтальпия g-го компонента, выходящего из аппарата, кДж/кг;

Q_пот – потери теплоты в окружающую среду, кВт.

В ряде задач тепловой баланс аппарата целесообразно представлять в следующем виде:

, (8)

где Δi_i и Δi_g – изменения удельных энтальпий продуктов и теплоносителей, входящих и выходящих из аппарата, кДж/кг.

Способы определения Δi_i и Δi_g зависят от условий протекания теплообменного процесса и вида теплоносителей. Если процесс теплообмена сопровождается изменением агрегатного состояния (конденсация, испарение), то изменение удельной энтальпии определяется по формуле:

, (9)

где с_п, с_ж – удельные теплоемкости пара и жидкости, Дж/(кгК);

t_н, t_к – температура поступающего пара и уходящего из аппарата конденсата, С;

t_кн – температура насыщения пара, С;

r – удельная теплота парообразования, кДж/кг.

При конденсации насыщенного пара в упрощенных расчетах можно принять температуру поступающего пара равной температуре насыщения и = r.

При использовании в качестве теплоносителя влажного воздуха его теплосодержание (энтальпия) определяется расчетным путем или по диаграмме состояния влажного воздуха I-x.

Площадь поверхности теплопередачи F, м², рассчитывается по формуле:

, (10)

где К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К);

– средняя разность температур между теплоносителями (среднеарифметическая или среднелогарифмическая) или температурный напор, К.

Для упрощения расчетов, по согласованию с руководителем, коэффициент теплопередачи можно брать по усредненным показателям из справочной литературы.

Пример. Тепловой расчет дымогенератора

Количество топлива, необходимое для получения тепла, достаточного для сухой перегонки 1 кг генерируемого топлива в коптильный дым, , кг/кг, определяется по формуле:

, (11)

где q – удельный расход тепла на сухую перегонку, ккал/кг, зависит от влажности топлива и температуры дымогенерации (q = 400…500 ккал/кг);

Q – низшая теплота сгорания топлива, ккал/кг;

I – теплота, уносимая продуктами полного сгорания 1 кг топлива, ккал/кг;

- коэффициент полезного использования теплоты сгорания ( = 0,75).

Для древесины Q лежит в пределах 2,5…3,5 тыс. ккал/кг.

Ее вычисляют по формуле Д.И. Менделеева:

, (12)

где С, Н, O, W – соответственно содержание в топливе углерода, водорода, кислорода и воды, %.

Для древесины С = 33 %, Н = 4 %, O = 27 %, W = 35 % (Q = 2653 ккал/кг).

Численное значение I:

, (13)

где L₀ – теоретически необходимое количество свежего воздуха для полного сгорания 1 кг топлива, кг сухого воздуха/кг топлива;

α – коэффициент избытка воздуха ( = 1,1);

d – влагосодержание продуктов полного сгорания 1 кг топлива, г/кг сухого воздуха.

, (14)

, (15)

Для свежего воздуха при = 20 °C, = 65 %, значение = 10 г/кг сухого воздуха. Если принять = 1,1, то d = 141 г/кг сухого воздуха и L₀ = 4,02 кг сухого воздуха/кг топлива. I = 952 ккал/кг топлива; откуда = 0,392 кг/кг генерируемого топлива. Как видно, при самых строгих практических условиях = 0,392 кг/кг 0,4 кг/кг генерируемого топлива.

Расход свежего воздуха на сгорание кг топлива, , кг сухого воздуха/кг генерируемого топлива:

, (16)

Масса смеси, получаемой от сухой перегонки 1 кг генерируемого топлива и покидающей рабочую зону дымогенератора, , кг/кг генерируемого топлива:

, (17)

где W - количество дымовых веществ, получаемых от сухой перегонки 1 кг топлива, кг/кг генерируемого топлива.

Численное значение определяется через количество летучих веществ, получаемых при полной сухой перегонке дерева, причем последнее равно 0,85 от массы загрузки. Летучие вещества, получаемые при дымогенерации, составляют примерно 60 % от всей массы летучих веществ полной сухой перегонки. Так = 0,6·0,85=0,51 кг/кг. Количество водяных паров, содержащихся в продуктах дымогенерации, составляет примерно 40 % или = 0,2 кг/кг генерируемого топлива.

Масса водяных паров в смеси, покидающей зону дымогенерации, , кг/кг генерируемого топлива:

, (18)

Массу остальной части – воздушно-дымовой смеси (кроме водяного пара), покидающей рабочую зону дымогенератора, условно называем сухой, , кг/кг генерируемого топлива:

, (19)

А ее влагосодержание, , кг/кг сухого воздуха:

, (20)

Теплосодержание этой смеси (ориентировочно), , ккал/кг сухого воздуха:

, (21)

Воздушно-дымовую смесь, выходящую из дымогенератора, немедленно охлаждают, смешивая с холодным воздухом до (температура дымовой смеси, покидающей рабочую зону дымогенератора, = ), с которой ее направляют в технологический аппарат. Численное значение выбирают в зависимости от назначения процесса и его режима. Количество свежего воздуха, , кг на 1 кг сухого воздуха, покидающего рабочую зону:

, (22)

где d_c –влагосодержание воздушно-дымовой смеси, покидающей дымогенератор, получаемое по I-d-диаграмме в зависимости от t_c).

Масса воздушно-дымовой смеси, покидающей дымогенератор, , кг сухого воздуха/кг генерируемого топлива:

(23)

Удельный объем смеси, покидающей дымогенератор, или производительность вентилятора, отнесенная к 1 кг генерируемого топлива, , м³/кг генерируемого топлива:

, (24)

где - удельный объем влажного воздуха, отнесенный к 1 кг сухого воздуха, м³/кг.

Для случая, когда вместе с генерируемым топливом вводят также топливо, подлежащее полному сгоранию для сухой перегонки, удельная производительность вентилятора, , м³/кг всего топлива:

, (25)

Производительность вентилятора, отсасывающего воздушно-дымовую смесь из дымогенератора, , м³/ч:

, (26)

где В₀ –расход генерируемого топлива, кг/ч;

В – полный расход топлива дымогенератором, кг/ч

, (27)

Полный расход топлива дымогенератором, В, кг/ч:

, (28)

где b – полный удельный расход топлива на получение дыма, кг/т;

М – производительность технологического дымоиспользующего аппарата, т/ч