Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Состояние инновационного потенциала Северо-западного региона России в области технологий производства рыбопродуктов
.pdf
На рисунке 6 представлен схематично струйный аппарат и эпюра давлений
потоков по длине этого аппарата.
Рабочая среда (рабочий пар) перед контактом с эжектируемым потоком разгоняется в сопле. Далее в виде струи она поступает в приёмную камеру, куда подаётся
также пассивная среда. В результате наличия вязкостного трения на границе рабочей струи образуется струйный турбулентный пограничный слой (результат захвата
- эжекции пассивной среды). Через этот слой происходит обмен энергиями между
активым и пассивным потоками. Струя рабочей среды, окружённая струйным турбулентным пограничным слоем, нарастающим вниз по течению и сопровождающий
ее, не захваченный еще пограничным слоем, поток пассивной среды из приёмной
камеры поступают в камеру смешения. В камере смешения продолжается интенсив-
ный обмен энергиями между активным и пассивным потоками, выравнивание профиля скоростей с некоторым повышением статического давления потока по тече-
нию.
Рис. 6. Распределение давлений рабочего, эжектируемого и смешанного пото-
ков по длине аппарата.
При этом активный поток замедляется, а пассивный разгоняется. Смешанный
поток из камеры смешения вытекает в диффузор, где происходит его торможение,
сопровождающееся дальнейшим возрастанием статического давления до величины,
определяемой сопротивлением оборудования, в которое нагнетается смешанная сре-
да.
41
При изменяющемся массовом расходе пассивной среды (Gн) и неизменных
параметрах рабочего пара (Р
, t
) работа эжектора характеризуется зависимостями Рс
р
р
=f(U) и Рн =f(U), приведёнными на рисунке 7, которые называют характеристиками.
Р
– давление смешанной (сжатой) среды, которое может обеспечить эжектор, Рн –
с
давление эжектируемой среды на входе в эжектор, U – массовый коэффициент
эжекции, равный отношению расходов эжектируемой и рабочей сред: G
н/Gр
.
Характеристики состоят из двух зон, то есть соответствуют двум режимам работы аппарата: допредельному и предельному. Характеристика вида Р
=f(U) имеет
с
пологую и вертикальную ветви. Точки характеристики, лежащие на пологой ветви
отвечают допредельным режимам, то есть таким, в которых подача эжектора зависит от его противодавления. Точки характеристики на вертикальной ветви отвечают
предельным режимам работы эжектора, то есть таким, в которых его подача не зависит от его противодавления. Предельные режимы работы определяются достиже-
нием эжектируемым или смешанным потоками критической скорости в каком-либо
сечении проточной части аппарата.
Рис. 7. Характеристики эжектора.
Предельные режимы работы эжектора возникают в случае, если фактическое
противодавление (P
)ф = f(U) не превышает предельное (Рс)
c
=f(U).
пр
Расчётный режим эжектора при его проектировании определяется точками пе-
ресечения предельной и фактической характеристик (точки А и Б).
Энергетическая эффективность струйного аппарата характеризуется коэффициентом эжекции (U): отношением расхода пассивной среды, который эжектируется
единицей расхода рабочей среды, то есть: U = G
. Чем больше U при выбранных
н/Gр
параметрах потоков, тем эффективней аппарат.
В паровом или газовом эжекторе может быть достигнута степень повышения
давления пассивного (Рс/Рн) потока равная ≈ 20. При таких высоких значениях сте-
42
пеней повышения давления коэффициенты эжекции очень малы, соответственно и
расходы рабочего пара для таких условий слишком велики. Поэтому обычно при
конструировании одиночного эжектора его степени повышения давления пассивной
среды ограничивают величинами от 3 до 6. При таких степенях повышения давле-
ния коэффициенты эжекции обычно равны значениям в диапазоне: 0.6 - 0.2, соот-
ветственно, расходы рабочего пара для сжатия единицы массы эжектируемой среды
составляют 1.7 - 5.
Высокая энергетическая эффективность процесса и возможность утилизации
острого пара, используемого при бланшировании позволяют материализовать этот
процесс в виде бланширователя для рыбы.
Реализация возможностей «пароструйной эжекции» позволяет предложить
следующую конструкцию аппарата для бланширования.
В бланширователе для консервирования, содержащем загрузочный и выгрузочный турникетные затворы с карманами, расположенную в корпусе транспортирующую систему и магистраль подачи пара, внутри выгрузочного турникетного затвора, соосно ему установлен неподвижный цилиндрический элемент, в котором
выполнены два вертикальных, связанных между собой канала и канал для подачи
заливочной жидкости, связанный с нижним вертикальным каналом, а в каждом кармане выгрузочного турникетного затвора выполнены радиальные сквозные отверстия удлиненные в сторону вращения, снабженные диафрагмой в виде тонкостенного кольца с такими же отверстиями, установленной на внутреннем диаметре карманов с возможностью вращения относительно оси выгрузочного турникетного затво-
ра.
Технический эффект при использовании предлагаемого решения обуславлива-
ется возможностью достаточно точного регулирования в конечном консервируемом
продукте заливочной жидкости эжектируемой паром через вертикальные каналы,
путем изменения размера проходного сечения отверстия, через которое она поступает. Это обеспечивается взаимным положением радиальных сквозных отверстий
карманов выгрузочного турникетного затвора и отверстий диафрагмы, устанавливаемой перед работой устройства в заранее определенном для каждого вида консервов положении. Строго определенное количество поступающей заливочной жидкости обеспечивает совершенствование контроля в конечном продукте содержания
вкусовых добавок и добавок препятствующих развитию различных форм метаболизма пищевого сырья. Оптимальное соотношение основного сырья и пищевкусовых добавок способствует, в конечном счете, лучшей сохраняемости питательных
веществ и биологической ценности консервов.
На рисунке 8 изображена принципиальная схема выгрузочного турникетного
затвора бланширователя.
Бланширователь для консервирования состоит из загрузочного и выгрузочного 1 (не показан) турникетных затворов с карманами 2. Выгрузочный турникетный
затвор 1 установлен на выгрузочном участке корпуса 3 транспортирующего шнека
4, на другом конце которого размещен загрузочный турникетный затвор и вход ма-
гистрали подачи пара.
Внутри выходного турникетного затвора 1 соосно ему установлен неподвижный цилиндрический элемент 6, в котором выполнены два вертикальных, связанных
43
между собой кольцевой проточкой 5, канала 7 и канал 8 для подачи заливочной
жидкости, соединенный с нижним вертикальным каналом.
Рис. 8. Аппарат для бланширования рыбы
В каждом кармане 2 выполнены радиальные сквозные отверстия 9, удлиненные в сторону вращения карманов. При совмещении отверстий 9 с каналами 7 и 8
происходит эжекция заливаемой жидкости в карман 2 под действием пара, находящегося под давлением в корпусе 3, выполненном герметичным с размещенным в
нем шнеком 4, имеющим перфорацию 10. Длительность процесса эжекции связана с
размером проходного сечения отверстия определяемого совместным расположением
отверстий 9 и отверстий 13, выполненных в диафрагме 12. Диафрагма 12 в виде
тонкостенного кольца установлена посредством винтов 14 на внутреннем диаметре
карманов 2 с возможностью вращения относительно оси выгрузочного турникетного
затвора.
Работает аппарат следующим образом.
При помещении бланшируемого сырья (рыбы) 11 через загрузочный турни-
кетный затвор на транспортирующий шнек 4, в корпус 3 подается пар высокого дав-
ления. При перемещении от загрузочного турникетного затвора, соединенного с
корпусом 3 герметично, к выгрузочному турникетному затвору 1 пищевое сырье
проходит необходимую тепловую обработку. При помещении очередного кармана 2
разгрузочного турникетного затвора 1 над емкостью 15 для размещения консервируемого продукта 11, он оказывается посредством кольцевой проточки 5, отверстий
7, 9 и 13 совмещен с корпусом 3. За счет перепада давления пара в корпусе 3 и кар-
мане 2 поток пара устремляется с большой скоростью по каналу 7. В процессе этого
движения происходит засасывание заливочной жидкости из канала 8 и ее эжекция в
полость кармана 2. Длительность процесса эжекции заливочной жидкости, а следо-
44
вательно ее количество в емкости 15 определяется положением диафрагмы 12 и ее
отверстий 13 относительно отверстий карманов 2. Диафрагма 12 в виде тонкостен-
ного цилиндрического кольца предварительно крепится винтами 14 на внутреннем
диаметре карманов 2 в положении, определяемом необходимым расходом заливочной жидкости. При дальнейшем повороте выгрузочного турникетного затвора 1
эжекция прекращается вплоть до момента совмещения следующего кармана 2 со
следующей емкостью 15. Здесь процесс эжекции необходимого количества заливочной жидкости повторяется, поскольку новые порции пара, поступающие от парогенератора, компенсируют потери, возникающие при выгрузке, и равномерно распро-
страняются по корпусу 3 вплоть до выгрузочного конца, как вдоль шнека 4, так и
через перфорацию 10.
Рыба подвергнутая тепловой обработке и помещенная в емкости для консер-
вирования с помощью аппарата описанной конструкции сохраняет свою биологиче-
скую ценность благодаря контролю содержания заливочных жидкостей в конечном
продукте и обеспечения их оптимального соотношения. Щелевые насадки на выгрузочном отверстии позволяют ориентировать и укладывать ее непосредственно в
размеры подаваемой под укладку тары.
Для рубленных и фаршевых изделий при достаточной энергоемкости продукции ее рентабельность возрастает с ростом объемов производства. Для реализации
этих больших объемов продукции необходим достаточно широкий ассортимент.
С целью такого расширения ассортимента разработана линия по выпуску хле-
бобулочных открытых изделий типа «пиццы» с начинкой из рубленной рыбы или
соответствующего фарша.
Известно технологическое оборудование для выпечки различных тестовых заготовок хлебобулочных изделий, размещения в них начинки и последующей тепло-
вой обработки.
Компоновка отдельных единиц такого оборудования в линии по производству
готовых изделий требует значительных площадей, специального оборудования для
синхронизации отдельных этапов процесса и приводит к значительным энергозатра-
там.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой линии является
устройство для выпечки полуфабриката из теста, содержащее формы, нагревательный элемент, дозатор, механизмы подготовки и съема форм, причем формы выполнены в виде отдельных элементов, сочлененных гибкой связью с образованием бесконечной ленты, а отдельные элементы выполнены из немагнитного материала, в
каждом из которых выполнено кольцевое углубление, внутри которого размещена
съемная ферромагнитная крышка, а механизмы подготовки и съема форм выполне-
ны в виде установленных с возможностью поворота относительно бесконечной ленты рычагов с размещенными в них электромагнитами.
Такое конструктивное решение частично решает вопрос о согласованности
отдельных этапов процесса выпечки заготовок и компактного размещения отдель-
ных узлов.
Вместе с тем, остаются нерешенными вопросы размещения на заготовках начинки и дальнейшей тепловой обработки изделий. Это требует привлечения допол-
45
нительного оборудования и ведет к снижению производительности и удоражанию
готовой продукции.
Преодоление указанных недостатков обеспечивается тем, что в линии для выпечки хлебобулочных изделий с начинкой, содержащем формы выполненные в виде
отдельных элементов, сочлененных гибкой связью с образованием бесконечной
ленты, нагревательный элемент, дозатор теста и механизмы подготовки и съема
форм в виде рычагов с размещенными в них электромагнитами, кроме того, отдель-
ные элементы выполнены в виде полых цилиндров из немагнитного материала, в
верхней и нижней частях которых выполнены сквозные пазы с установленными в
них с возможностью продольного перемещения верхней и нижней крышками, между которыми размещена кольцевая подложка из ферромагнитного материала, а для
подготовки и съема крышек толкатели с электромагнитным приводом установлены
с возможностью возвратно-поступательного перемещения, причем механизмы подготовки и съема форм и возвратно-поступательные толкатели с электромагнитным
приводом синхронизированы между собой, при этом механизм съема форм синхронизирован еще и с установленным над ним дозатором начинки.
Технический результат при использовании предлагаемой линии обеспечивает-
ся выполнением отдельных элементов в виде полых цилиндров из немагнитного ма-
териала, в верхней и нижней частях которых выполнены сквозные пазы с установленными в них с возможностью продольного перемещения верхней и нижней
крышками. Размещение между этими крышками кольцевой подложки из ферромагнитного материала позволяет реализовать в едином непрерывном производственном
цикле формование тестовых заготовок, заполнение их начинкой и осуществление
необходимой окончательной термообработки. Этому способствует то, что для под-
готовки и съема крышек толкатели с электромагнитным приводом установлены с
возможностью возвратно-поступательного перемещения. Поскольку механизмы
подготовки и съема форм и возвратно-поступательные толкатели с электромагнитным приводом синхронизированы между собой, при этом механизм съема форм
синхронизирован еще и с установленным над ним дозатором начинки выпекаемые
изделия отвечают необходимым требованиям по качеству, а время на их производство существенно сокращается. Эффективность устройства обуславливается тем,
что весь процесс выпечки вплоть до получения готового изделия производится в непрерывном цикле на одной конвейерной линии. Это обеспечивает естественную
синхронизацию отдельных этапов. С другой стороны такая конструкция позволяет
более полно использовать тепловую энергию туннельной печи и существенно со-
кращает производственные площади. Кроме того, унификация отдельных узлов уст-
ройства облегчает его изготовление и дополнительно снижает эксплуатационные
издержки, например, при ремонте.
На рисунке 9 изображена общая схема устройства.
Устройство для выпечки хлебобулочных изделий с начинкой содержит формы
выполненные в виде отдельных элементов, сочлененных гибкой связью с об-
разованием бесконечной ленты 1, нагревательный элемент 2, дозаторы теста 3 и дозатор начинки 4, механизмы подготовки форм 5 и механизм съема форм 6, при этом
отдельные элементы 1 выполнены в виде полых цилиндров из немагнитного материала 7, в верхней и нижней частях которых выполнены сквозные пазы 8 с установ-
46
ленными в них с возможностью продольного перемещения верхней и нижней
крышками 9, между которыми размещена кольцевая подложка из ферромагнитного
материала 10, а для подготовки и съема крышек толкатели 12 с электромагнитным
приводом 13 установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения, причем механизм подготовки и механизм съема форм выполнены в виде рычагов с размещенными в них электромагнитами и синхронизированы между собой и с
возвратно-поступательными толкателями 12, а механизм съема форм синхронизирован еще и с установленным над ним дозатором начинки.
Линия для выпечки работает следующим образом.
При движении бесконечной ленты 1 по верхнему транспортному участку установки в зону действия механизма подготовки форм 5 поступает отдельный элемент ленты 1, выполненный в виде полого цилиндра из немагнитного материала 7, в
верхней и нижней частях которого выполнены сквозные пазы 8 с установленной в
одном из них с возможностью продольного перемещения нижней крышкой 9.
Рис. 9 Принципиальная схема для выпечки открытых
хлебобулочных изделий с начинкой
Механизм подготовки форм 5 размещает на этой крышке кольцевую подложку из ферромагнитного материала10. При дальнейшем перемещении бесконечной
ленты из дозатора теста 3 на эту подложку помещается определенная доза теста, которая, заполняя зазоры, принимает форму тестовой заготовки, после чего поступает
в зону действия нагревательного элемента 2. После завершения тепловой обработки
тестовой заготовки элемент 1 перемещается в зону действия первого возвратно-
поступательного толкателя, который в свободный паз цилиндра 7 помещает верхнюю крышку 9. При перемещении элемента 1 на нижний транспортный участок ус-
тановки в зону второго возвратно-поступательного толкателя 12 из него удаляется
нижняя крышка 9, на которую ранее опиралась ферромагнитная кольцевая подложка
10. Далее механизм съема форм 6 удаляет эту ферромагнитную кольцевую подложку 10, после чего на тестовой заготовке размещается определенное количество начинки. Полуфабрикат поступает в зону нагревательного элемента 2, где проходит
47
cos
60
Dn
V
z
окончательную тепловую обработку. При перемещении элемента 1 в зону действия
третьего и четвертого возвратно-поступательных толкателей 12 из цилиндра 7 уда-
ляется крышка 9, на которую опирается готовое изделие и оно выгружается из элемента 1, а вместо этой крышки, одновременно, в пазы помещается крышка 9, на ко-
торую впоследствии механизм подготовки формы 5 разместит кольцевую подложку
из ферромагнитного материала 10. Далее цикл выпечки повторяется. При этом важно, что синхронизация механизмов 5 и 6 с толкателями 12 позволяет обеспечить
практически непрерывное движение формы выполненной в виде отдельных элемен-
тов, сочлененных гибкой связью с образованием бесконечной ленты, а синхрониза-
ция механизм съема форм еще и с установленным над ним дозатором начинки обеспечивает выпечку изделий необходимого качества.
Описанная конструкция устройства позволяет в едином технологическом цик-
ле получать готовые изделия высокого качества с минимальным использованием
производственных площадей и энергоресурсов, обеспечивая одновременно за счет
унификации узлов незначительные эксплуатационные издержки, например, при ре-
монте и техническом обслуживании.
Успешная эксплуатация описанной линии для выпечки открытых хлебобулочных изделий с начинкой из рыбопродуктов требует тщательного расчета отдельных
ее элементов, в том числе дозаторов, наиболее ответственной частью которых явля-
ется шнековый нагнетатель.
Учитывая вышеприведенные данные по исследованию структурномеханических характеристик комбинированных рыбо-крупяных и рыбо-овощных
масс, которые могут использоваться в качестве начинок, можно рекомендовать сле-
дующую методику расчета шнекового нагнетателя.
Упрощенная линейная теория червячных нагнетателей использует модель
движения пищевой среды между параллельными пластинам. Предполагается, что
среда обладает линейной вязкостью, несжимаема, процесс перемещения среды изотермический и ламинарный. Канал шнекового питателя в этом случае представляют
в виде горизонтального цилиндра прямоугольного в сечении с одной подвижной
стенкой, при этом используется принцип обращенного относительного движения
шнека и шнекового канала (рис.10). Полагаем также, что внешний диаметр шнека и
внутренний диаметр шнекового цилиндра совпадают, т.е. отсутствует зазор, в котором может быть обратный поток материала. Поток в этом зазоре можно учесть от-
дельно. Тогда скорость верхней пластины в прямоугольном канале
, (1)
где Vz- проекция скорости точек шнека при y=h на ось z;
n – угловая скорость шнека в оборотах в минуту;
D – внешний диаметр шнека;
f- угол подъема винтовой линии шнека.
Уравнение движения в проекциях на ось z имеет вид :
48
z
zz
yz
xz
z
z
z
y
z
x
z
g
zyx
z
P
z
v
v
y
v
v
x
v
v
t
v
z
v
x
v
xz
xz
y
v
z
v
z
y
yz
z
v
y
v
x
v
z
v
z
y
x
z
zz
3
2
zzyzxz
,,
0
t
v
z
0
yx
vv
0
z
v
z
.;0 const
0
z
g
(2)
Реологические уравнения ньютоновской жидкости в прямоугольных коорди-
натах для этого случая (учитывая, что - коэффициент объемной вязкости равен 0)
имеют вид:
(3)
(4)
(5)
где
зора напряжений).
Подставим выражения (3)-(5) в уравнение (2) и учтем следующие упрощения:
- в силу стационарности потока
- в плоскопараллельной модели канала
- компоненты тензора касательных напряжений (девиатора тен-
;
;
Рис.10 Расчетная схема шнекового питателя
- геометрия канала по оси z не меняется, откуда
- жидкость несжимаема, откуда
- канал горизонтальный, откуда
49
.
;
;
z
P
y
v
x
v
zz
1
2
2
2
2
zzz
z
Vhvv
z
P
dy
vd
)(;0)0(;
1
2
2
z
Pyyh
h
V
yyv
z
z
2
)(
2
h
z
z
z
PbhbhV
dyyvbQ
0
3
122
)(
.),(
;0),(;0)0,(;0),0(;
1
2
2
2
2
zz
zzz
zz
Vhxv
ybvxvyv
z
P
y
v
x
v
);,(),(),(
21
yxvyxvyxv
zzz
z
P
y
v
x
v
y
v
x
v
zzzz
1
2
2
2
2
2
2
2
1
2
2
1
2
С учетом названных упрощений дифференциальное уравнение движения для
теории червячных нагнетателей будет иметь вид
(6)
Пусть для неглубоких и широких каналов скорость течения мало зависит от
координаты x. Тогда уравнение (6) еще больше упростится и приведет к краевой задаче вида:
(7)
При решении этой краевой задачи получим выражение для распределения
скоростей течения среды в винтовом канале, как функцию координаты y:
(8)
Интегрированием получим формулу для построения расходно-напорной ха-
рактеристики червячного нагнетателя:
(9)
Разумеется, при выводе формул(8) и (9) были сделаны существенные упро-
щения, но основные закономерности червячных нагнетателей в пищевой промыш-
ленности эти зависимости вполне удовлетворительно описывают, особенно, если
вместо коэффициента динамической вязкости модели ньютоновской жидкости использовать коэффициент эффективной вязкости для неньютоновской пищевой сре-
ды при определенной эффективной скорости сдвига.
Для уточненной теории шнековых нагнетателей с глубокими каналами следу-
ет учесть тормозящее действие боковых стенок шнекового канала и в краевой задаче
вместо дифференциального уравнения (7) использовать уравнение (6). Тогда мате-
матически задача решения краевой задачи с дифференциальным уравнением в част-
ных производных (6) сводится к задаче Буссинеска.
Для построения уточненной теории червячных нагнетателей нужно ставить
следующую краевую задачу, подобную рассмотренной в линейной теории:
(10)
Задачу (10) преобразуем следующим образом:
(11)
(12)
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]