книги из ГПНТБ / Ярмолинский, Д. А. Элементы конструкций автоматов линий розлива вин монография

течением жидкости в бутылку из дозатора, имеющего короткий сосок-наполнитель. Режим движения жидкости — неустановившийся. По этой гидравлической схеме были созданы первые отечественные карусельные разливочные машины для винноводочных изделий и автомат ВРА-6.

Во второй схеме (рис. 28,6) выходное отверстие сосканаполнителя бутылок расположено вблизи дна бутылки. Вначале наполнение бутылки на расстоянии at происходит с незатопленной струей, под переменным напором от Ня до Нп—а. Далее наполнение продолжается под уровень жидкости в бутылке при переменном напоре от Ян—а до Ни. Движение жидкости неустановившееся. Эти схемы не нашли применения, поскольку уменьшение времени слива жидкости в бутылку за счет увели­ чения длины сливного канала полностью компенсируется време­ нем, затрачиваемым на опускание насадка до дна бутылки.

Кроме того, конструктивно очень трудно выполнить надеж­ ную ориентацию соска относительно горлышка бутылки, без чего неизбежны случаи поломки насадки.

По третьей схеме (рис. 28, в) в центре сливного тракта дози­ ровочного прибора концентрично расположен канал для выхода воздуха. Торец бутылки соединяется со сливным трактом доза­ тора, при этом в горлышко бутылки может незначительно вхо­ дить только воздушная трубка, которая служит одновременно рассекателем обтекающей ее жидкости. Режим движения жид­ кости неустановившийся.

По этой схеме работает большинство разливочных устройств автоматов для винно-водочных изделий.

89

Рис. 29. Дозировочные приборы автоматов ВРА-6 (а) и ВАР-6 (б)

Дозировочный прибор автомата ВРА-6 (рис. 29, а) устроен и работает следующим образом. Внутри цилиндрического мер­ ника 2 расположен поршень 3, регулирующий объем дозы. Для отделения прибора от расходного резервуара служит клапан 5 с диафрагмой 4. В корпусе клапана расположен подвижной шток 7, внутри которого проходит сливная трубка 6 с отвер­ стиями на конце для выхода жидкости, перекрываемыми клапа­ ном 10.

По трубке штока свободно перемещается центрирующий колокольчик 11, опирающийся в нижнем положении шайбой 9 на площадку 12.

81

При подъеме столика бутылка центрируется, и сливная трубка попадает в горлышко. От давления бутылки колоколь­

с расходным резервуаром. При движении бутылки вверх шток, продолжая подниматься, открывает нижний клапан и жидкость через отверстие в трубке сливается из прибора, вытесняя воз­ дух из бутылки через каналы в колокольчике.

При опускании бутылки пружина отжимает шток вниз, слив­ ной клапан закрывается, а верхний клапан с диафрагмой воз­ вращается в первоначальное положение и дозатор вновь за­ полняется.

Объем жидкости в мернике регулируется вращением гай­ ки 1.

Дозировочный прибор к автомату ВАР-6 (рис. 29, б) имеет корпус 8, соединенный с мерным стаканом 15. Для регулирова­ ния объема жидкости сделан вытеснитель 16. Накидной гайкой 7 к корпусу прикреплена втулка 5, на которую навинчен центри­ рующий колокольчик 1. Внутри втулки расположено запорное устройство, состоящее из клапана 12 для слива жидкости из мерного стакана и клапана 10 для заполнения дозатора жид­ костью из резервуара. Клапан 12, закрепленный на воздухо­ отводящей трубке 14, прижимается к седлу 11 пружиной 3.

Трубки 14 и 4 соединены гайкой 13. Для направления струи жидкости на стенки бутылки трубка 4 сделана с коническим расширением. Пружина в корпусе отделена от жидкости рези­ новой мембраной 9. Торцовая поверхность горлышка бутылки прижимается к резиновой прокладке 6, закрепленной на под­ вижной обойме 2.

Прибор работает следующим образом. Поднятая плунжером бутылка центрируется колокольчиком, затем давит на обойму дозатора и закрывает клапан 10, изолируя мерный стакан при­ бора от коллектора расходного резервуара.

При дальнейшем подъеме плунжера открывается клапан 12, и жидкость стекает в бутылку. Затем бутылка опускается, и клапаны под действием пружин в обратном порядке возвра­ щаются в исходное положение.

Дозировочный прибор автомата А1-ВРА-6 (рис. 30, а) со­ стоит из корпуса 1 и мерного стакана 2, навинченного на кор­ пус. По центру их при помощи гайки 6 и направляющей втулки 16 установлена воздухоотводящая трубка 3, на конце кото­ рой закреплены седло клапана 14 и шатровый наконечник 11. В корпусе расположены резиновый клапан 15 и подвижной слив­ ной конус 13 с уплотнительной прокладкой 12. К нижней части корпуса прикреплен центрирующий колокольчик 10.

В мерном стакане имеется вытеснитель 4, регулирующий объем дозы, и воронка 5 для сбора капель жидкости, образую­ щихся при выплесках во время наполнения мерника вином.

82

7

Рис. Зи. Дозировочный прибор автоматов А1-ВРА-6 (а) и Д9-ВРМ-6 (б)

Прижатие седла к клапану регулируется вращением трубки за кольцо 7.

Поступление жидкости из резервуара в мерный стакан дози­ ровочного устройства происходит после открывания неподвиж­ ным копиром наполнительного клапана 8, контактирующего с роликом 9.

Неподвижный копир устанавливается в передней части автомата.

Жидкость из дозатора сливается после того, как бутылка, поднятая плунжером, прижимается к герметизирующей про­ кладке, нажимает на сливной конус, приподнимающий резино­ вый клапан. Через образовавшийся кольцевой зазор между

83

седлом клапана и диафрагмой жидкость шатром стекает в бу­

диафрагма перекрывает седло сливного клапана под действием сил упругости резины и силы тяжести сливного конуса.

В этот момент другой неподвижный копир нажимает на ролик 16 и открывает наполнительный клапан, установленный на жидкостной трассе, соединяющей резервуар с мерным ста­

каном.

На рис. 30,6 показана конструкция дозировочного устрой­ ства автомата Д9-ВРМ-6. Устройство состоит из мерного ста­ кана 4 с воздухоотводящей трубкой 2, смонтированного под ним в днище 5 резервуара, корпуса 7 с расположенными в нем с торцовой стороны отверстиями а (в виде секторных прорезей), наполнительного 8 и сливного 6 клапанов, подпружиненной втулки 10 со сливным патрубком 9, имеющим коноидальную форму, и вытеснителя 1.

Работает устройство следующим образом. Бутылка подни­ мается плунжером автомата и центрируется колокольчиком 13. При дальнейшем подъеме бутылки усилие передается на обойму 12, которая поднимает клапан 6, перекрывающий подачу жид­ кости в мерный стакан 1. После отсечения жидкости откры­ вается клапан 7, и вино из стакана сливается в бутылку. По окончании слива копир опускает плунжер с бутылкой. Под действием столба жидкости и пружины 11 опускается обойма 12 со всеми расположенными в ней деталями, клапан 7 закры­ вается, клапан 6 открывается и вино, проходя через отвер­ стия 5, поступает в мерный стакан. При необходимости розлива жидкости в бутылки другого объема заменяют цилиндр 3.

Разработанная конструкция дозировочного прибора отли­ чается от применяемых тем, что с целью повышения производи­ тельности мерный стакан наполняется через секторные прорези с увеличенной площадью живого сечения, а слив в бутылку про­ исходит по каналу коноидальной формы. В новом дозаторе устранены недостатки эксплуатационного характера. Для облег­ чения условий дезинфекции и промывки от остатков вина дози­ ровочные приборы смонтированы прямо в днище резервуара. Неполадки в работе какого-либо дозатора устраняются без слива жидкости из резервуара: на мерный стакан 1 надевают колпак и тем самым отсекают доступ жидкости к дозировоч­ ному прибору.

Вразливочных автоматах одной из определяющих величин при вычислении пропускной способности дозировочного прибора является коэффициент расхода.

Влитературе можно найти некоторые опытные данные, устанавливающие влияние размера, формы и расположения от­

верстий, а также напора, вязкости и температуры на величину коэффициента расхода.

84

Весьма важное значение имеют исследования истечения из насадков, поскольку им в дозировочных устройствах придают различные формы. В зависимости от конструкции насадки бывают цилиндрическими внешними и внутренними, кониче­ скими сходящимися и расходящимися, коноидальными (по форме струи).

Жидкость, устремляясь в насадок из резервуара, уже в са­ мом начале образует сжатую струю, которая в дальнейшем, ввиду достаточной длины насадка, расширяется и заполняет все сечение насадка.

В табл. 1 приводятся коэффициенты скорости <р, сжатия s и расхода р при различных формах отверстий и типах насад­ ков [31].

Т а б л и ц а 1

Приведенные выше значения коэффициентов истечения для отверстий и насадков различной формы справедливы для усло­ вий, когда влияние вязкости на истечение не проявляется в сколько-нибудь заметной степени. Для этого должно, по данным А. Д. Альтшуля, соблюдаться условие [1]

R e> 100000,

где Re — число Рейнольдса, которое записывается в виде

Re =

меняться в зависимости от числа Рейнольдса.

85

Поскольку каждое разливочное устройство можно предста­ вить как сочетание различных по форме и размерам насадкоь, можно предположить, что истинное время работы дозатора в цикле автомата зависит от величины коэффициента расхода ц системы сливного и наливного тракта, характеризующего про­ пускную способность жидкостных и газовых каналов; от числа Рейнольдса; от коэффициента кинематической вязкости v.

Коэффициент расхода сливного тракта зависит от формы канала и в общем случае равен

где 2? —суммарный коэффициент сопротивления.

Для канала круглой формы, имеющего постоянный диаметр по всей длине, коэффициент расхода определяется из уравнения

(* =

а

где К— коэффициент гидравлического трения; / —длина канала; d —диаметр канала; 2£ — суммарный коэффициент местного сопротивления.

Если канал имеет постепенно сужающееся круглое сечение (конфузор), коэффициент расхода может быть вычислен из вы­ ражения

где а —угол конусности; п — степень сужения; £ц. с — коэффи­ циент местного сопротивления при постепенном сужении канала;

Ь = к ,

п

Кп.с — коэффициент постепенного сужения (коэффициент смяг­ чения).

Для канала с постепенно расширяющимся сечением (диффу­ зором)

[X=

Г2

где Кп.р —коэффициент постепенного расширения.

86

В этих, выражениях значение коэффициента гидравлического сопротивления для гладких труб может быть вычислено по формуле Блазиуса

а для вполне шероховатых труб — по формуле Б. Л. Шифринсона

где Ка— высота эквивалентной равнозернистой шероховатости (Лэ=1,46 А, здесь А — абсолютная высота шероховатости опре­ деляется по номограмме Г. С. Хованского) [1].

При этом вполне шероховатыми трубами называют те, в ко­ торых коэффициент гидравлического трения не зависит от вяз­ кости жидкости (числа Рейнольдса), а только от относительной шероховатости.

Более универсальной формулой для определения коэффи­ циента гидравлического трения является формула, предложен­ ная А. Д. Альтшулем [1]:

Формула (24) особенно удобна для расчетов, так как вы­ числения по ней сводятся к элементарным алгебраическим действиям. Эта формула переходит в известные зависимости для коэффициента гидравлического трения. Действительно, при условии

Re-^2- < 10

d

формула (24) практически совпадает с формулой (22) Блазиуса для гидравлических гладких труб, а при условии

R e - ^ > 500

d

с формулой (23) Б. Л. Шифринсона для вполне шероховатых труб.

Таким образом, коэффициент расхода р, для различных по форме сливных трактов может быть вычислен аналитически по приведенным выше эмпирическим формулам при отсутствии взаимного влияния местных сопротивлений, создающих сливной канал.

В гидравлике при определении коэффициента расхода слив­ ного тракта, имеющего переменную площадь по высоте, может быть использован-также графо-аналитический метод, примени­ тельно к дозировочным приборам, достаточно подробно описан­ ный в работах [9, 33].

87

При проектировании разливочных автоматов пропускную способность дозировочных приборов определяют из выражения

Прежде чем выбрать ту или иную конструкцию дозировоч­ ного прибора, проектировщики вынуждены. изготовлять модели и на стендовых испытаниях определять величины коэффициентов расхода и местных сопротивлений, поскольку приводимые в справочниках экспериментальные данные о коэффициентах мест­ ных сопротивлений относятся к случаю течений с установив­ шимся (выравненным) полем скоростей.

В практике местные сопротивления располагаются иногда настолько близко одно к другому, что поток между ними не успевает выравниваться, поскольку вихреобразования, возникающие при проходе через местные сопро­ тивления, сказываются в дальнейшем.

Если предположить, что в дозировочных приборах разных конструкций коэффициент расхода зависит только от геометрии сливного тракта, то сово­ купную потерю напора в канале можно вычислить простым суммированием потерь напора в отдельных местных сопротивлениях, как если бы каждое сопротивление существовало самостоятельно и независимо от других местных сопротивлений. Этот метод простого суммирования величины местных сопро­ тивлений получил в гидравлике название принципа наложения потерь или суперпозиция.

Воспользуемся этим методом для аналитической оценки величины теоре­ тического коэффициента расхода рт сливных трактов в безнасадочных дози­ ровочных приборах к автомату ВАР-6 . При этом вычисление будем вести

только для конечной части сливного канала, имеющего форму насадка, условно принимая, что коэффициенты местных сопротивлений в цилиндриче­ ском мерном стакане будут равными.

На рис. 31 дана суперпозиционная схема сливного тракта дозировочного прибора автомата ВАР-6 . Горизонтальные размеры схемы соответствуют чи­

сленным значениям выбранных живых сечений тракта, вычисленным по формуле

ш == -j - (D2 — d2),

где D — диаметр сливного канала в данном сечении в см; d — диаметр воз­ душной трубки в см.

По вертикали отложены действительные линейные размеры между при­ нятыми сечениями сливного тракта.

Как видно из рисунка, сливной тракт состоит из двух конфузоров с по­ степенно суживающимися стенками.

Известно, что коэффициент расхода гидравлической системы является

где £2 и Б, — соответственно коэффициенты местных сопротивлений для суперпозиционной схемы дозатора; vi, V2 и л>3 —■соответственно средние ско­

рости движения жидкости за местными сопротивлениями.

88

С учетом уравнения неразрывности предыдущее выражение можно пред­ ставить в виде

щади расчетного сечения суперпозиционной схемы к площади предыдущего сечения).

89