
книги из ГПНТБ / Ярмолинский, Д. А. Элементы конструкций автоматов линий розлива вин монография
.pdfНа рис. 20 показано устройство для окончательного обмыва внутренней поверхности бутылок водопроводной водой.
Каждый коллектор 1 состоит из двух трубок 2, в которые ввинчены сопла 3 с отверстиями диаметром 3 мм. Такое крепле ние сопл удобно в эксплуатации, так как позволяет быстро за менять детали и прочищать отверстия. Материал сопл должен быть антикоррозионным и термостойким.
Вода к коллектору подается по трубопроводу 4 и шлангу 5 от клапана 6. Клапан открывается после нажатия кулачка 7 на ролик 8, укрепленный на рычаге 9 и упирающийся свободным концом в шток клапана 6. Начало открытия клапана можно регулировать, изменяя положение кулачка, вращающегося в заданном цикле работы машины.
Центрирование коллектора шприцевания относительно кас сет с бутылоносителями и демонтаж его производятся путем ослабления болтового соединения 10, крепящего рамку И к
корпусу машины.
В бутыломоечных машинах фирмы Хольштейн и Капперт (ФРГ) применяются подвижные узлы шприцевания струей с уст ройством для автоматического центрирования шприцевальных трубок относительно кассет. Трубки имеют четырехугольную форму, что, несмотря на сложность изготовления, удобно в эксплуатации. Разгрузочная дверца на конце трубки позволяет легко производить очистку от грязи, а плоская поверхность удобна для монтажа и демонтажа сопл и крепления трубок на подвижной рамке. Кроме того, благодаря значительному уве личению турбулентности потока внутри трубки возникает эф фект самоочистки.
На рис. 21, а и б дана схема автоматического устройства для центрирования шприцевых трубок (показаны две промежуточ ные фазы работы).
Шприцевая рамка 2 подвешена и имеет ограниченное про дольное перемещение, вполне достаточное для того, чтобы, при жимаясь к цепи 3 с бутылоносителями, при помощи упоров 5 перемещаться совместно с пей и при этом каждый раз обеспе чивает точную ориентацию шприцевальных трубок. С помощью центрирующей звездочки 1 во время шприцевания создается механически жесткое соединение между шприцевой рамкой и цепью для кассет.
На рис. 21, а показано положение центрирующего устройст ва незадолго до освобождения звездочки 1. Когда шприцевая рамка 2 при помощи цепи 3 перемещается дальше, неподвиж ный упорный ролик освобождает звездочку и шприцевая рамка от действия кулачка 7 на ролик рычага 6 описывает траекто рию в форме параллелограмма и возвращается в исходную по зицию. Звездочка захватывается следующей осью 4 цепи и прижимается к упорному ролику. В этот момент Шприцевая рамка снова центрируется под отверстиями в бутылоносителях
60
61s
Рис. 21. Схема устройства для центрирования шприцевых трубок
(рис. 21,6). Продолжительность центрирования соответствует длительности гидродинамического воздействия струи и должна быть оптимальной, чтобы после шприцевания оставалось доста точно времени для опорожнения бутылок.
Один насос может попеременно питать две или три шприце вых рамки и устройство для непрерывного ополаскивания на ружной поверхности бутылок.
В бесцепных бутыломоечных машинах фирмы Зейтц (ФРГ) периодическую подачу носителей 1 (рис. 22,а) производят ша туны 2 с кривошипным механизмом 3. Поэтому шприцевые рамки 4 крепятся к корпусу машины неподвижно, а центри руются только бутылоносители относительно сопл шприцевых трубок.
Движение кассет осуществляется после того, как тяга 5 своими зубьями зацепит за верхние ролики партию носителей и передвинет ее на один шаг. При этом ролик 6 тяги скользит по пазу двуплечего рщчага 7, а жестко связанная с ним цент рирующая гребенка 8 остается неподвижной. Как только тяга займет верхнее положение (рис. 22, б), ролик 6 заставит откло ниться второе плечо рычага и гребенка опустится, войдя паза ми в нижние ролики бутылоносителей, и точно установит по следние по центру шприцевых трубок. Затем цикл повторяется. Взаимодействие приводных и центрирующих органов обеспечи вает абсолютно синхронный ход.
Помимо рассмотренных случаев обычного гидродинамическо го воздействия струи (положение 1, рис. 23, а) на загрязнения в бутылке, существует так называемое пульсирующее шприце вание (положение 2), позволяющее за короткое время ввести в бутылку под большим давлением такое количество моющей жидкости, что возникающий импульс почти достигает величины силы тяжести бутылки.
62
Рис. 22. Схема |
подачи (а) и центрирования (б) носителей |
в |
бесценных бутыломоечных машинах |
Действие импульса усиливается благодаря тому, что впры скивание струи происходит не непрерывно, а возникает мгно венно. При этом не только максимально захватывается дно бу тылки, но и вся бутылка за очень короткий промежуток времени заполняется большим количеством аэрированной жидкости. Здесь через жидкость проходит сконцентрированная плотная струя и вызывает очень сильную турбулентность, благодаря чему происходит эффективный смыв загрязнений со всех внут ренних стенок бутылок.
Важнейшим условием процесса пульсирующего шприцевания является очень быстрое нарастание давления, которое должно происходить за Доли секунды. Только в этом случае струя жид кости может обеспечить полный эффект очистки внутренней поверхности бутылки.
Пульсирующее шприцевание в бутыломоечной машине Оме га Конти фирмы Холынтейн и Капперт (ФРГ) происходит сле дующим образом (рис. 23,6).
Специальным устройством синхронно с автоматическим цент рированием сопл относительно кассет 7 с бутылками приво дится в движение вал с кулачками-дисками для импульсного шприцевания. Профиль этих кулачков определяется соотноше нием между временем шприцевания и временем паузы. Изме нение профиля кулачка вызывает срабатывание контактов, уп равляющих процессом включения насоса 5, который нагнетает жидкость из резервуара 3.
При закрытом дросселирующем клапане 2 жидкость по тру бам подается к рамке 4 для наружного ополаскивания бутылок,, чтобы при открытии клапана за доли секунды создать нара стание давления в трубках 6 для внутреннего шприцевания. Дросселирующий клапан приводится в действие пневматическим цилиндром 1. Для обеспечения быстрого управления потоком дросселирующий клапан благодаря простоте своей конструкции оказывается наиболее пригодным.
63
ч
Общая продолжительность цикла от начала процесса вклю чения до достижения максимального давления составляет Ме дее 0,1 с.
Как правило, устройства для наружного обмыва бутылок
.представляют собой систему форсунок, расположенных над шприцевальными трубками, из которых моющий раствор или
вода подаются на бутылки в то |
же время, |
что и в шприцы. |
В ряде зарубежных машин |
(например, |
BLE — 2В фирмы |
Зейтц) вместо форсунок установлены отражатели, направляю щие струю раствора или воды на дно бутылки [14].
Расчет шприцевальных устройств сводится к определению
.давления шприцевания и расхода жидкости.
Давление шприцевания определяется геометрией сопла так, чтобы омываемая поверхность находилась, как уже упомина- -лось, в зоне сплошного участка струи. Практически это давле ние составляет 15—20 м вод.ст.
Для шприцев с различным диаметром сопла пропускную
•способность (расход жидкости) можно определить по графику на рис. 24.
Действительное количество жидкости, поступающей в бутыл
ку через одно сопло, определяется по известной из гидравлики ■формуле
|
Q = |
f x - ^ i / 2 p \ |
(9) |
где Q |
расход жидкости через сопло в м3/с; |
р — коэффициент |
|
расхода |
(ориентировочно 0,65); d —диаметр |
сопла в м; g=t |
|
= 9,81 |
м/с; Н — напор |
жидкости в шприцевой трубке |
в м вод. ст.
'64
Общее |
количество |
жид |
|
|
|
|
|
||||
кости, поступающей в бу |
|
|
|
|
|
||||||
тылку, |
зависит естественно |
|
|
|
|
|
|||||
от числа |
отверстий |
и |
сопл |
|
|
|
|
|
|||
п, т. е. |
для |
его |
определе |
|
|
|
|
|
|||
ния в формулу (9) подстав |
|
|
|
|
|
||||||
ляют множитель п. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
При |
проектировании бу |
|
|
|
|
|
|||||
тыломоечных |
машин |
коли |
О |
0,000025 0,00005 0,000075 |
м 3/ с |
|
|||||
чество |
позиций |
шприцева |
|
Расход жидкости |
|
|
|||||
ний устанавливают |
с |
уче |
Рис. 24. |
Зависимость |
пропускной |
спо |
|||||
том необходимого |
темпера |
||||||||||
турного перепада, гидроди |
собности шприцев различного |
диаметра |
|||||||||
от напора (коэффициент расхода |
ц = |
||||||||||
намического |
воздействия |
|
= 0, 8 ): |
|
|
|
|||||
различных |
моющих |
жидко |
1 — 0 |
1,5 ми; 2 — 0'2,О мм; 3 —02,5 |
мм |
||||||
стей на загрязнения и опти |
обеспечивающих |
поддержание |
|||||||||
мального количества |
насосов, |
заданных параметров процесса.
Унификации подлежат следующие узлы бутыломоечных ав томатов: механизм загрузки бутылок; механизм выгрузки буты лок; бутылоносители; шприцевые устройства; цепи основного транспортера; насосные установки; система автоматического регулирования температуры моющих растворов.
ОСНОВЫ РАСЧЕТА БУТЫЛОМОЕЧНЫХ МАШИН
Определение производительности. Производительность буты ломоечных машин с периодическим движением рабочего орга на зависит от длительности кинематического цикла, по истече нии которого бутылки выгружают из очередного носителя, и числа потоков (иначе количества бутылок) носителя.
Если принять за основной цикловой механизм цепь (цикл работы которой совпадает с циклом машины), то время кине матического цикла т„ машины состоит из двух составляю щих (вс):
где тв — время покоя (выстой) рабочего органа в с; тдв — время движения рабочего органа в с.
Кинематический цикл в современных бутыломоечных автома тах конвейерного типа колеблется от 8,5 до 14,4 с. Период дви жения в среднем составляет 31,5%, а покоя (выстоя)— 68,5%.
Возможное количество потоков (иначе, количество гнезд в носителе бутылок) 10—16, а в машинах высокой производи тельности— до 40. Ширина машины увеличивается по мереуве-
3 З а к . 975 |
65 |
личения числа потоков. При создании малогабаритных машин принимают минимальное число потоков.
Теоретическую производительность машины с периодическим движением конвейера можно выразить как частоту повторения кинематических циклов:
где т — число |
потоков (гнезд) |
в носителе машины; |
тр — |
про |
||
должительность |
рабочего цикла |
(время |
между |
моментами |
вы |
|
дачи вымытых бутылок) в с. |
|
случае |
равно |
времени |
||
Время рабочего цикла тр в данном |
кинематического цикла тк, являющегося суммой времени дви жения цепи тдв и времени ее остановки тв.
Полезное время мойки Тп в с складывается из времени, за
трачиваемого на отмочку Т0 и шприцевание Тш, т. е. |
(10) |
ТП= Т0 + Тш. |
Время отмочки зависит от числа бутылоносителей, одновре
менно находящихся в жидкости (в с): |
|
Т0 = хкр = ^ , |
(11) |
где р — число бутылоносителей, одновременно |
находящихся |
в моющей жидкости. |
|
Так как шприцевание в машинах с периодическим движе* нием бутылоносителей производится в момент выстоя рабочих органов, то время шприцевания можно выразить следующим образом (в с):
|
asm |
Т ш = V = |
( 12) |
~Q~’ |
где а — часть цикла, затрачиваемого на выстой; s — количество шприцеваний каждой бутылки.
Подставляя в уравнение (10) значения Т0 и Тт из формул
(11) и (12), получим
Тп = -у(°И + Р)-
^Другим важным показателем в характеристике бутыломоеч ной машины является технологический цикл, т. е. полное время, в течение которого бутылки находятся в машине с момента за
грузки их и до выгрузки из машины. Время технологического цикла в с
run
Тг —- tirK
Т '
где п — количество носителей, загруженных бутылками.
6 6
Теоретическое количество бутылок, одновременно находя щихся в машине,
M = QTt.
Эффективность бутыломоечной машины характеризуется ко эффициентом полезного действия, который выражается отно шением
или, что то же, коэффициентом использования по носителям
где п\ — количество носителей бутылок, находящихся в отмоч ных ваннах и под шприцеванием, при установившемся режиме работы машины; п2— общее количество носителей с бутылка ми в машине.
Оба отношения показывают, какая часть общего времени пребывания бутылок в машине используется для мойки.
Коэффициент использования самих носителей бутылок опре деляется так:
п
Л „ = Т ,
где В — общее количество носителей в бутыломоечной машине. В ротационных машинах непрерывного действия время ки нематического цикла совпадает с тактом, который равен ин тервалу между моментами выдачи бутылки из машины. Гнез да для бутылок расположены равномерно по окружности сепаратора (ротора), и машина выдает одну бутылку каждый раз, когда очередное гнездо попадает к механизму выгрузки с
поворотом сепаратора на угол а.
Зная число гнезд на сепараторе, можно определить угол поворота
2я а = ----,
Z
где а — угол поворота, образованный радиусами, проведенными
из центра сепаратора в два |
соседних |
гнезда, в рад; Z — число |
|
гнезд в сепараторе. |
кинематического цикла должна |
||
Такая продолжительность |
|||
быть равна времени поворота сепаратора на угол а: |
|||
|
а |
2л |
> |
|
ш |
’ ~Z |
|
|
Zсо |
|
где со — угловая скорость в рад/с.
3* 67
Теоретическая производительность ротационной машины
Q = nZ.
Определение расхода тепла и расчет нагревательных эле ментов. Расход тепла, вносимого паром в бутыломоечную ма шину для поддержания заданного температурного режима, мож но определить методом замкнутого контура. Этот метод заклю чается в том, что составляется внешний тепловой баланс, т. е. определяются потоки тепла, вводимые и выводимые из контура машины при ее стационарной работе в течение 1 с (ч), а слож ные теплообменные процессы внутри самой машины не прини маются в расчет.
В машину вводится тепло (в ккал/ч): Qi поступающих в нее стеклянных бутылок, тепло Q2 водопроводной воды и тепло Qz пара, нагревающего моющие растворы и воду.
Обозначим: mi и С\ — масса одной бутылки в кг и удельная
теплоемкость стекла |
в ккал/(кг-°С); t\ — начальная |
темпера |
тура бутылок в °С; |
W и с2 масса поступившей за 1 |
ч воды в |
кг/ч и ее удельная теплоемкость в ккал/(кг-°С); h — начальная температура воды в °С; D — искомый расход пара в кг/ч, не обходимый для поддержания заданной температуры моющего раствора; i —теплосодержание пара в ккал/кг.
Тогда |
|
Q, = TGOOQmjCjiT, |
(13) |
Q2 = Wc4t, |
(14) |
Q3 = Di. |
(15) |
Выводится из машины тепло (в ккал/ч): Q4— с вымытыми бутылками, Q5 —с водой, сливающейся через переливные трубы в канализацию; Qz— конденсата, Q7— теплопотери в окружаю щую среду.
Q4 = ЗбОО/ИхС^!, |
(16) |
где tx —температура воды на входе в °С; |
|
Qb = Wc/2, |
(17) |
где t2' — температура воды на выходе в °С; |
|
Q. = QcA. |
(18) |
где си— удельная теплоемкость конденсата |
в ккал/(кг-°С); |
tu — температура конденсата в °С; |
|
Q, = 3600Fa (^ст — |
(19) |
где F поверхность стенок в м2; a — коэффициент теплоотдачи от стенок машины в окружающую среду в ккал/(м2-ч-°С);
68
г'ст — температура стенок (средняя) в °С; tB— температура воз духа в °С.
Эти потери, по данным опытов, составляют 10—15% от ко личества тепла, необходимого на мойку.
Тепловой баланс машины выразится уравнением
Q i + Q2 + <2з = Qi + Q6 + Qe +
откуда после подстановки и решения находим искомый расход пара D.
По уравнениям теплопередачи определяем необходимые по верхности нагрева моющих растворов в ваннах.
Для этого составим тепловой баланс ванны при установив шемся режиме:
QB= Qe + Qm+ Qp + Q11= D(i — tK),
где QB— количество тепла, необходимого для поддержания за данного температурного режима в ванне и получаемого от на гревательного элемента, в ккал/ч; Q&— расход тепла на нагрев бутылок в ккал/ч; QM— расход тепла на нагрев металла цепи
и носителей бутылок в ккал/ч; Qp— расход тепла |
на нагрев |
|||
моющего раствора |
в ванне в ккал/ч; QH— потери |
тепла |
через |
|
стенки ванны в окружающую среду в ккал/ч. |
|
|
||
Расходы тепла |
Qe, Qm'h Qp (в ккал/ч) определяются по из |
|||
вестному уравнению |
|
|
||
|
|
Q = mcAt, |
|
(20) |
где т — масса |
нагреваемого тела в кг; с — теплоемкость |
(стек |
||
ла, металла) |
в ккал/(кг-°С); M = tK(m— tH&4— разность |
конеч |
||
ной и начальной температуры в °С. |
(14), |
(16) |
||
Уравнение |
(20) |
аналогично уравнениям (13), |
||
и (17). |
|
|
|
|
Потери тепла в окружающую среду практически принимают в пределах 10—15% от количества тепла, необходимого на на грев бутылок, металла и раствора.
Затем находят размеры нагревательных элементов. Необ ходимое количество тепла
Qg = к Ш , |
(20а) |
где L — длина трубы в м; At' — среднелогарифмический темпе ратурный напор в °С; k — коэффициент теплопередачи в ккал/(м2-ч-°С);
_ J ___ |
1 |
1п |
___ 1 _ |
нолей |
2ХСТ |
dx |
л аД , |
69