З предмету «Процеси та апарати харчових виробництв»

УКРАЇНА

MIHICTEPCTBО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Одеський технічний коледж

Одеської національної академії харчових технологій

Методичні вказівки

та завдання для самостійної роботи студентів

З предмету «Процеси та апарати харчових виробництв»

для студентів 3 курсу технологічного відділення

денної форми навчання

За напрямом підготовки 5.05170104

«Виробництво хліба, кондитерських, макаронних

Виробів і харчоконцентратів»

Частина 1

 

Одеса 2012 р.

Укладач: Точилкін Юрій Георгійович, викладач комісії спецтехнології,

Предмет «Процеси та апарати

Харчових виробництв».

 

 

 

MIHICTEPCTBО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

Одеський технічний коледж

Одеської національної академії харчових технологій

ЗАТВЕРДЖУЮ

Заст. директора з НР

_________ В.І.Уманська

Методичні вказівки

та завдання для самостійної роботи студентів

З предмету «Процеси та апарати харчових виробництв»

для студентів 3 курсу технологічного відділення

денної форми навчання

За напрямом підготовки 5.05170104

«Виробництво хліба, кондитерських, макаронних

Виробів і харчоконцентратів»

Частина 1

РОЗГЛЯНУТО

На засіданні циклової

Комісії спецтехнології

протокол № __ від ________

Голова комісії:

__________Г.П. Михайлюк

(підпис)

Одеса 2012 р.

Зміст

1. – Методичні вказівки до самостійної роботи №1 6

2. – Методичні вказівки до самостійної роботи №2 19

3. – Методичні вказівки до самостійної роботи №3 38

4. – Література 56

 

 

Методичні вказівки

до самостійної роботи №1

Вступ

 

Стислий історичний нарис розвитку курсу.

Вчення о процесах та апаратах зародилося в кінці 19 в. одночасно та незалежно в Росії та США. Основні начала цієї дисципліни були закладені Д.І. Менделєєвим, котрий в 1897 р. в книзі “Основи фабрично-заводської промисловості” вперше чітко сформулював класифікацію основних процесів хімічної технології та звернув серйозну увагу на розвиток безупинних процесів. Потім в 1909 р. А.К. Крупський в учбовім посібнику, присвяченому питанням розрахунку апаратів, викладених методом узагальнень в науці о процесах та апаратах, що полягає в слідую чому:

1. з багатої кількості технологічних процесів шляхом групування виділяється обмежена кількість основних процесів;

2. при вивченні основних процесів та їх окремих груп використовують єдині закономірності.

 

Загальні положення

Основні закономірності протікання технологічних процесів і положення теорії подібності

 

Закони рівноваги системи.

Умови рівноваги системи, що характеризує так звану статику процесу, можна визначити по другому закону термодинаміки, законам фазової рівноваги та інші.

Фаза – визначена кількість речовини, фізично однорідне в усієї масі.

Оброблювані в апараті матеріали піддаються гідромеханічному, тепловому чи фізико-хімічному впливу, причому цей процес протікає до установлення в системі рівноваги. Якщо система не знаходиться в становищі рівновазі, то рушійна сила процесу, що показує відхилення системи від становища рівноваги, завжди прагне привести систему до рівноваги, при цьому чим більш рушійна сила, тим вище швидкість чи так звана кінетика процесу.

Поняття «рушійна сила» є основним при розгляді кожного процесу. Вона представляє собою якусь різницю потенціалів, характерну для кожного виду процесів.

Оброблювані в апараті матеріали піддаються гидромеханическому. тепловій або фізико-хімічній дії, причому цей процес протікає до встановлення в системі рівноваги. Так, при нагріванні тепло передається від більше нагрітого тіла до менш нагрітого до встановлення рівності температур; цукор або сіль розчиняються у воді до утворення насиченого розчину і так далі

Якщо система не знаходиться в стані рівноваги, то рушійна сила процесу, що показує відхилення системи від стану рівноваги, завжди прагне привести систему до рівноваги, при цьому чим більше рушійна сила, тим вище швидкість або так звана кінетика процесу.

Під швидкістю процесу розуміють об'єм потоку рідини або газу, кількість тепла або речовини, що передається в апараті через одиницю площі в одиницю часу. Кінетика процесів (окрім механічних), що вивчаються, виражається наступним загальним законом: швидкість процесу прямо пропорційна рушійній силі і обернено пропорційна до опору.

Відповідно до цього закону і приведеної вище класифікації процесів можна написати наступні кінетичні рівняння:

1. При прямуванні об’єму V рідини або газу через живий переріз F апарата за час τ

 

(1.3)

 

де Δ Р – перепад тисків в апарату – рушійна сила гідромеханічних процесів;

R ₁ – гідравлічний опір апарата;

К ₁ = 1 / R ₁ – коефіцієнт швидкості.

2. При передачі кількості тепла Q через поверхню F теплообміну за час τ

 

(1.4)

 

де Δ t – різниця між температурами середовищ – рушійна сила теплових процесів;

R ₂ – термічний опір;

К ₂ = 1 / R ₂ – коефіцієнт теплопередачі.

3. При переносі маси М речовини з однієї фази в іншу через поверхню F контакту фаз за час τ

(1.5)

де Δ с – різниця концентрацій перехідного речовини у фазах – рушійна сила масообмінних процесів;

R ₃ – опір при масопередачі;

К ₃ = 1 / R ₃ – коефіцієнт масопередачі.

 

 

Теплофізичні властивості.

Теплоємність – це відношення кількості теплоти, підведеного до речовини, до відповідної зміні її температури. Теплоємність одиниці кількості речовини називається питомою теплоємністю, с.

Теплоємність рідин і газів залежить від температури й збільшується з підвищенням її. Експериментальні значення величин питомих теплоємностей харчових продуктів приводяться в відповідних довідниках в вигляді таблиць і емпіричних формул.

Питомі теплоємності рідин змінюються в діапазоні від 0,8 до 4,19 кДж/(кг К), газів – від 0,5 до 2,2 кДж/(кг К), твердих речовин – від 0,13 до 1,8 кДж/(кг К).

Теплоємність продуктів розраховується по наступним формулам:

· для рослинної сировини

 

c = c_с (1 – 0,01 W) + 41,87 W, (1.6)

 

де c – теплоємність рослинної сировини, Дж/(кг К);

c_с – теплоємність сухих речовин, Дж/(кг К);

W – вологість, %.

· для сахарози

 

с = 4190 – 0,01 В [2510 – 7,54 t + 4,61 (100 – Дб)], (1.7)

 

де В – утримування сухих речовин, %;

 

В = 100 – W, (1.8)

 

t – температура продукту, °С;

Дб – доброякісність продукту, %.

· для тіста

 

с = 1675 (1 + 0,015 W), (1.9)

 

· для зерна

 

с = 1550 + 26,4 W, (1.10)

 

Теплопровідність – це перенос енергії від більш нагрітих ділянок тіла до менш нагрітим в результаті теплового руху й взаємодії мікрочастинок, що приводить до вирівнювання температури тіла.

Інтенсивність теплопровідності в твердих матеріалах, рідинах і газах характеризується коефіцієнтом теплопровідності λ, який є теплофізичним параметром речовини та показує, яка кількість теплоти проходить через 1 м² поверхні тіла товщиною 1 м в перебіг 1 год при різниці температур з обох боків тіла, рівній 1°С.

Коефіцієнт теплопровідності рідини при температурі біля 30°С може бути розрахований по формулі:

λ₃₀ = A₁cρ ³√ρ/M, (1.11)

 

де λ₃₀ – коефіцієнт теплопровідності рідини при температурі біля 30°С, Вт/(м К);

A₁ – коефіцієнт, залежний від ступеня асоціації рідини (для асоційованих рідин, наприклад води, спиртів та інших, A₁ = 3,58·10^–8, для неасоційованих, наприклад бензолу, A₁ = 4,22·10^–8);

с – теплоємність рідини, Дж/(кг К);

ρ – щільність рідини, кг/м³;

M – молекулярна маса рідини.

Коефіцієнт теплопровідності рідини при температурі t визначається по формулі:

 

λ_t = λ₃₀[1 – ε(t – 30)], (1.12)

 

де λ_t – коефіцієнт теплопровідності рідини при температурі t, Вт/(м К);

ε – температурний коефіцієнт, що має наступні значення: метиловий спирт і оцтова кислота – 1,2·10^–3 °С^–1; пропіловий та етиловий спирти – 1,4·10^–3 °С^–1;

t – температура рідини, °С.

Теплопровідність фруктових соків, сиропів, молока з цукром визначається по формулі:

 

λ_t = λ₂₀ + 0,00068(t – 20), (1.13)

де λ₂₀ – коефіцієнт теплопровідності фруктових соків, сиропів, молока з цукром при 20°С;

 

λ₂₀ = 0,593 – 0,025 В^0,53, (1.14)

 

Теплопровідність розчинів сахарози при температурах до 80°С при 0≤В<65 визначається по формулі:

 

λ = (1 – 5,479·^–3 В)(0,5686 + 1,514·10^–3 t –2,2·10^–6 t²), (1.15)

 

Фізико-хімічні властивості.

Фізико-хімічні властивості матеріалів характеризуються розчинністю, поверхневим натягом, коефіцієнтами дифузії, випарювання та інших; їх значення звичайно знаходять в довідковій та спеціальній літературі.

Розчинністю називається концентрація даної речовини в насиченому становищі. При підвищенні температури для більшості твердих речовин розчинність

збільшується. Утримування в розчині доміси змінюють розчинність. Розчинність – це процес, зворотний кристалізації.

Розчини бувають: не насичені; насичені; пересичені.

Поверхневий натяг, σ – це робота утворення одиниці площі поверхні поділу фаз і тіл при постійної температурі. Поверхневий натяг рідини визначають також як силу, діючу на одиницю довжини контуру поверхні поділу та прагнучу скоротити цю поверхню до мінімуму. Завдяки поверхневому натягу крапля рідини при відсутності зовнішніх впливів приймає форму кулі.

Поверхневий натяг залежить від температури та зменшується з підвищенням її.

 

 

Механічні процеси

Подрібнювання матеріалів

 

Сортування матеріалів

Просівання

Зворотно-поступальний рух нахилених сит, широко застосованих в машинах, що сортують здійснюється кривошипно-шатунним чи ексцентриковим механізмом (хитне сито, трясун). Для того щоб частка переміщалася по ситу, приводний вал повинен мати таку частоту обертання, щоб сили інерції, діючі на частку, перевищували силу тертя її о сито.

Мінімальна частота обертання вала n (в об/хв), при котрої відособлена частка буде переміщатися уздовж сита, знаходиться по рівнянню:

n ≥ √ tg(φ – α)/r, (2.3)

 

де n – мінімальна частота обертання вала, об/хв;

φ – кут тертя частинок, град;

φ = 32...35 град

α – кут нахилу сита, град;

α = 10...12 град

r – радіус кривошипу, м.

Слідує відзначити, що приведена залежність є наближеної, так як вона характеризує переміщення відособленої частки. В дійсності же на ситі звичайно переміщається шар часток, взаємодіючих між собою.

Машини з круговим поступальним рухом, так звані розсіви, застосовуються для сортування одержуваних продуктів на борошномельних, крохмале-патокових та інших підприємств.

Рух відособленої частки по ситу розсіва вперше було досліджено російським вченим Н.Е. Жуковським. Він доказав, що при значній кутової швидкості ω кругового поступального руху сита та при відповідної величині радіусу R окружності, описуваної будь-якої точки сита, відносний рух частки відбувається з тою ж кутовою швидкістю ω, але по окружності радіусу r < R.

При круговому руху разом з розсівом на частку масою m діє відцентрова сила G = mω²R та сила P = mgf (де g – прискорення сили тяжіння; f – коефіцієнт тертя), що є для даної частки та сита величиною постійною. При G ≤ P чи ω²R ≤ gf частка буде знаходитися в нерухомому стані відносно сита, а при прискоренні точки сита ω²R > gf буде відбуватися відносний рух частки по ситу, так як останнє не може надати їй прискорення, більше, чим gf. Таким образом, при заданому радіусі обертання розсіву відносний рух частки відбувається лише при умові, якщо кутова швидкість ω більше якогось критичного значення ω_кр визначається з рівності G = P, то що mω_кр²R = mgf, відкіля

ω_кр = √ gf/R, (2.4)

 

а мінімальна, чи критична, частота обертання веретена розсіву буде

n_кр = 30√ f/R. (2.5)

 

Діючу частоту обертання валу приймають на 50...60 % більш розрахункової.

Так як рух окремої частки не може характеризувати рух часток в шарі, В.В. Гортинській, розвиваючи ідею Н.Е. Жуковського далі, розробив теорію пошарового руху частки по ситу. Згідно цієї теорії на сите розсіву спостерігається неоднаковий рух шарів матеріалу. Це відбувається то, що по мері віддалення від вільної поверхні шару зв'язки між частками стають більш складними та опір їх відносному руху підвищується. Таким образом, причиною пошарового руху є розходження коефіцієнтів тертя нижнього шару продукту f_н по ситу и вище лежачих шарів f_ш відносно друг друга. Значення f_н та f_ш залежать від розміру частинок, стан їх поверхні, вологості та інші. В теорії пошарового руху сипучий продукт розглядається як сукупність елементарних шарів з різними коефіцієнтами тертя.

Обов’язковою умовою пошарового руху є достатня шорсткість опорної поверхні, коли f_н > f_ш. Якщо указана умова порушується (наприклад, при відшліфованої поверхні металевих сит), то пошарового руху не відбувається й весь шар рухається як відособлена частка. Частки на ситі розсіву рухаються в напрямку, протилежному напрямку обертання, в результаті чого сходні частки повертаються к прийомному отвору та змішуються з сумішшю, що надходить. Для запобігання цього змішування часткам поряд з рухом по окружності надається ще й рух к сходовому каналу за допомогою установлених в камері спеціальних жерстяних гребінців, називаних гонками.

Трієри широко застосовуються для виділення з зерна домішок, що мають однаковий з ним поперечний перетин, але відрізняються по довжині.

Трієри бувають: швидкохідні циліндричні, дискові.

Робочу частоту обертання швидкохідних трієрів визначають по формулі:

n_p = 0,8 n_п = 24√ R, (2.6)

 

де n_p – робоча частота обертання барабану, об/хв;

n_п – гранична частота обертання барабану, об/хв;

R – радіус барабану трієру, м.

Застосовуються конічні відцентрові сепаратори для розподілу зернових сумішів по геометричним ознакам.

Основним регульованим параметром процесу сортування є однорідність одержуваних фракцій, яка (наприклад, для ситових машин) залежить від швидкості й товщини шару матеріалу, що переміщається по ситі.

 

 

Завдання

Варіант завдання 1.

Зробіть аналіз вивченого матеріалу та оформить результат самостійної роботи у виді графо-конспекту згідно слідуючих пунктів:

1. З'ясувати хто продовжив розвиток навчання о процесах та апаратах та в яких роботах.

2. Напишіть іноземних вчених котрі внесли значний внесок в навчання о процесах та апаратах.

3. До чого приводить забруднення навколишнього середовища та які заходи в нашій країні в першу чергу намічено здійснювати.

4. Складіть матеріальний баланс по суспензії неоднорідної рідинної системи.

5. Складіть матеріальний баланс по твердої фази неоднорідної рідинної системи.

6. Визначте рушійну силу груп процесів та її фізичний зміст.

8. Розглянути кінетику процесів та кінетичні рівняння.

9. Розглянути критерії та їх рівняння.

10. Визначити геометричний масштаб та гідродинамічну подібність.

11. Вивчити теплоємність харчових сировини та продуктів й познайомиться з їх формулами для визначення її.

12. Вивчити теплопровідність харчових сировини та продуктів й познайомиться з їх формулами для визначення її.

13. Доповнить фізико-хімічні властивості матеріалів розчинністю, поверхневим натягом рідини.

14. Визначите точний розрахунок ступеню подрібнювання твердих матеріалів.

15. Розгляньте зменшення затрати роботи на прикладі подрібнювання зерен та насінь.

16. Зробіть аналіз рівняння П.А. Ребіндера.

17. Накреслити схеми розсіву та триєрів, описати будову та принцип їх дії.

18. Накреслити схему пневматичного пресу, описати будову та принцип їх дії.

19. Накреслити схеми пресів для формування пластичних матеріалів.

20. Вивчити ущільнення (пресування) сипучих матеріалів.

 

Варіант завдання 2.

Оформити результат самостійної роботи у виді ребусів, кросвордів, тестових питань або рефератів згідно тем й вказівок викладача.

 

Контрольні питання

 

1. Де та коли зародилося навчання про процеси та апарати і хто є основоположником його?

2. Хто здійснив подальший розвиток науки про процеси та апарати в нашій країні та за кордоном?

3. Які заходи по охороні природи застосовують?

4. Які поліпшення застосовують для використання природних ресурсів?

5. На базі яких законів фізики складаються матеріальний та енергетичний баланси?

6. Для чого розглядають умови рівноваги системи та рушійну силу процесу?

7. На основі якого закону складають матеріальний баланс та як?

8. На основі якого закону складають енергетичний баланс та як?

9. Які умови рівноваги системи?

10. Що таке рушійна сила?

11. Що означають поняття «кінетіка процесу» та «кінетичні рівняння»?

12. На які групи поділяються технічні властивості сировини та продуктів?

13. Від чого залежать технічні властивості сировини та продуктів?

14. Які властивості відносяться до теплофізичних властивостей?

15. Що називається теплоємністю та формули, що визначають її?

16. Що називається теплопровідністю та формули, що визначають її?

17. Які властивості відносяться до фізико-хімічних властивостей?

18. Розчинність матеріалів, її види.

19. Що таке поверхневий натяг?

20. На що затрачається енергія при подрібнюванні матеріалу?

21. Які фактори впливають на кількість витраченої енергії при подрібнюванні зерен та насінь?

22. Яким рівнянням визначають в загальному виді витрату енергії на подрібнювання матеріалу?

23. Який висновок можна зробити після аналізу рівняння П.А. Ребіндера?

24. Як визначають параметри машин, що подрібнюють?

25. Яку мету переслідує сортування та які види його?

26. Які види руху сит та частинок по ситу?

27. Які ідеї Н.Е. Жуковського та В.В. Гортинського згідно руху частинок по поверхні сита?

28. Яка будова та принцип роботи розсівів?

29. Яка будова та принцип роботи триєрів?

30. Як визначається мінімальна частота оберту валу?

31. З якою метою проводять формування пластичних матеріалів?

32. Як ще називають ущільнення (пресування) сипучих матеріалів?

 

 

Рекомендована література

 

[1] с. 6…7; 8…9; 10…11; 13…20; 24…25; 29…30; 33…35; 36…40; 43; 44…45.

[2] с. 6; 7…13; 16…23; 29…45; 58…61; 69…76; 81…83; 85…88; 92…101.

[3] с. 7…23.

Методичні вказівки

до самостійної роботи №2

 

Гідромеханічні процеси

Основи гідравліки

 

Абсолютний і надлишковий тиск. Вакуум. Гідростатичний тиск, обумовлений рівнянням (3.1), називається повним або абсолютним гідростатичним тиском, а вхідна в цю рівність величина ρgh – надлишковим тиском:

 

р_изб = ρgh. (3.1)

 

Перепишемо рівняння гідростатики (3.1) у вигляді

 

р_изб = р – р₀. (3.2)

Скляна трубка (мал. 3.1) називається п'єзометром і може служити для виміру невеликого тиску, який визначається висотою стовпа даної рідини, тобто в одиницях довжини.

 

Прилади для виміру тиску різних його видів бувають:

– барометричний (атмосферний) тиск вимірюють барометрами рідинними чашкового (мал. 3.2, а) і сифонного (мал. 3.2, б) типів і металевими;

– надлишковий тиск, називане також манометричним, виміряється манометрами рідинними (п'єзометр і манометри у вигляді U- образної трубки мал. 3.3) або пружинними (робочі органи мембрана або трубчаста пружина).

Малюнок 3.2 Жидкосні барометри Малюнок 3.3 Жидкосний манометр

 

– вакуумметричний тиск вимірюють пружинним вакуумметром;

– манометричний, так і вакуумметричний тиск вимірюють мановакуум-метрами.

– перепад (різницю) тисків, вимірюють диференціальні манометри (дифманометри).

 

Закон Паскаля. З основного рівняння гідростатики (3.2) випливає, що зовнішній тиск р₀, прикладений до вільної поверхні рідини в замкненій посудині, передається в будь-яку крапку рідини без зміни. Це і є закон Паскаля.

На законі Паскаля заснована дія гідравлічного пресса, гідравлічних домкратів.

 

Тиск рідини на стінки труб. Стінки круглої циліндричної труби зазнають рівномірно розподіленому тиску р газу, пара або рідини, що перебувають у ній. Тиск рідини на стінки труби викликає зусилля, що прагне розірвати трубу по бічним утворюючим.

Одержуємо необхідну товщину стінок труби

δ = рd/(2σ), (3.3)

 

де σ – напруга, що допускається, матеріалу стінок на розрив.

Отриманий по формулі (3.3) результат звичайно збільшують на величину α = 3…7 мм для створення запасу міцності, що враховує можливу неточність, корозію й т.п.:

 

δ = рd/(2σ) + α. (3.4)

 

Рівняння Бернуллі. Воно має велике наукове й практичне значення.

На використанні рівняння Бернуллі заснований також принцип роботи багатьох вимірювальних приладів. Розглянемо деякі з них.

1. Вимір швидкісного напору й визначення місцевої швидкості потоку.

Величина швидкісного напору може бути обмірювана досвідченим шляхом, якщо в потік рідини помістити проти плину на певній глибині вигнуту під прямим кутом трубку, відкриту по обидва боки.

Схема конструкції такої трубки, називаною трубкою Пито, наведена на мал. 3.5, а.

Для виміру швидкісного напору в якій-небудь крапці перетину напірного потоку користуються конструкцією гідродинамічної трубки, у якій об'єднані трубка Пито й п'єзометр. Така конструкція називається трубкою Пито – Прандтля, а її конструкція схематично показана на мал. 3.5, б.

2. Визначення витрати рідини. Водомір Вентури.

Найбільш простим і точним способом виміру витрати рідини є об'ємний спосіб (мал. 3.6).

 

Два режими руху рідини. Число Рейнольдса. У природі існують два режими руху рідини: ламінарний (шаруватий) і турбулентний (безладний). При ламінарному режимі частки рухаються у вигляді окрем, що не перемішуються між собою, шарів, або струменів рідини. При турбулентному режимі рух часток безладний, струмчатість потоку порушується, і траєкторії часток здобувають складну форму, перетинаючись між собою.

Англійський учений О. Рейнольдс (1883 г.) дослідним шляхом; підтвердив припущення Д.І. Менделєєва й показав також, що при відомих умовах можливий перехід від одного режиму руху до іншого й назад.

Безрозмірну величину, що визначає режим руху рідини, назвали числом Рейнольдса.

 

Re = ρwd/μ = wd/ν. (3.5)

 

Точними вимірами в круглих гладких трубах установлене, що при Re<2300 режим руху ламінарний, при Re > 2300 – турбулентний.

 

Поняття про гідравлічний удар. Різка зміна тиску в напірному трубопроводі, що виникає при швидкій зміні швидкості потоку, називається гідравлічним ударом.

Така зміна тиску іноді перевищує в десятки й навіть сотні раз робочий тиск у трубопроводі й може викликати його руйнування.

Причиною гідравлічного удару може бути раптове закриття засувки на напірному трубопроводі, супроводжуване різким збільшенням тиску, а також різке відкриття засувки, коли тиск падає в результаті збільшення швидкості руху рідини.

Заходидля зменшення або усуненнягідравлічного удару: на водопровідних трубах установлюються засувки, що повільно закриваються, повітряні ковпаки й запобіжні клапани, що автоматично відкриваються при підвищенні тиску вище нормального.

 

 

Переміщення рідин і газів

Натиск насоса

У працюючому насосі рідини повідомляється додаткова енергія, яка витрачається на подолання опорів в напірному трубопроводі і на підйом рідині в резервуар. Вертикальна відстань h_вс від вільної поверхні водойми до центру насоса називається висотою вакуумметра всмоктування. Втрати енергії у всмоктуючому трубопроводі називаються втратами при всмоктуванні. Вертикальна відстань h_н від центру насоса до рівня води в резервуарі називається геодезичною висотою нагнітання. Втрати енергії в напірній лінії називаються втратами при нагнітанні. Сума геодезичних висот h_вс + h_н, складена з сумою втрат енергії в системі, називається натиском насоса Н:

 

Н = h_вс + h_н + h_wвс + h_wн. (3.6)

 

Натиск, що розвивається насосом, є кількістю енергії, що повідомляється насосом одиниці маси перекачуваної рідини. Натиск вимірюється в метрах стовпа перекачуваної рідини або в одиницях тиску

Натиск, що розвивається працюючим насосом, можна визначити також по формулі (3.6) з використанням показання вакуумметра і манометра, якими зазвичай обладналися насосні установки (мал. 3.8):

 

H = h_м +h_в + Δh + (w_н² – w_в²)/(2g), (3.7)

 

де Н – натиск насоса, м;

h_м – показання манометра, виражене в метрах стовпа перекачуваної рідини;

h_в – показання вакуумметра, виражене в метрах стовпа перекачуваної рідини;

Δh – вертикальна відстань між точками приєднання манометра і вакуумметра, м;

w_н, w_в – швидкості в нагнітальній і всмоктуючій лініях(у місцях приєднання манометра і вакуумметра), м/с;

g – прискорення вільного падіння, м/с².

Одним з основних технічних показників насоса є також тиск насоса р:

 

р = р_к – р_н + ρ (w_к² – w_н²)/(2g) + ρg(z_к – z_н), (3.8)

 

де р_к, р_н – тиск на виході і на вході в насос, Па;

ρ – густина рідкого середовища, кг/м³;

w_к, w_н – швидкість рідкого середовища на виході і на вході в насос, м/с;

g – прискорення вільного падіння, м/с²;

z_к, z_н – висота центру тяжіння перерізу виходу і входу в насос, м.

Натиск насоса Н і тиск насоса р пов'язані між собою залежністю

 

Н = р/(ρg), (3.9)

 

 

Осьові насоси

Осьовим насосом називається лопатевий насос, в якому рідке середовище переміщається, через робоче колесо у напрямі його осі.

На мал. 3.11, а представлена схема осьового насоса. Його робоче колесо 1 має декілька лопатей, зігнутих по гвинтовій поверхні і прикріплених до втулки 3, сполученою з вертикальним валом 4. Насос має направляючий апарат 2.

Лопаті робочих коліс великих осьових насосів робляться поворотними, що дозволяє регулювати подання насоса при постійній частоті обертання і без зниження к. к. д. Валы осьових насосів бувають розташовані як горизонтально, так і вертикально. Осьовими насосами можна створювати значні потоки рідини при порівняно невеликих натисках; їх застосовують для подання рідини від 0,1 до 30 м³/с при натисках до 20 м. Достоїнства: простота і компактність конструкції, невелика вага, відносно великий к. к. д. (до 90%) й можливість роботи на забруднених рідинах.

Головний недолік: мала висота всмоктування.

 

Шестерені насоси

Цей вид роторних об'ємних насосів відноситься до групи зубчастих насосів.

Шестерінчастим називають зубчастий насос з робочими органами у вигляді шестерень, що забезпечують геометричне замикання робочої камери і передавальних момент, що крутить.

Принцип дії таких насосів видно з мал. 3.11, б. Насос складається з двох широких циліндричних зубчастих коліс щільного зчеплення. Число зубів для найбільшої компактності вибирається невеликим (від 8 до 12). Між колесами і корпусом є невеликі проміжки. Колесо 1 (що веде) наводиться в обертання електродвигуном (іноді через редуктор), колесо 2 (ведене) – провідним колесом. Рідина зі всмоктуючого патрубка 3, захоплюється зубами і переноситься в западинах між зубами до нагнітального патрубка 4.

У насосах цієї конструкції можна змінити напрям подання рідини(в цьому випадку насос обладнався пристроєм для реверсу). Шестерінчасті насоси застосовуються для подання 0,0001...0,01 м³/с при натисках до 20...30 МПа і вище і частоті обертання до 180 πрад/с (90 об/с). Шестерінчасті насоси використовуються для перекачування в'язких рідин. Ними здійснюється подання олії під тиском для мастила багатьох типів двигунів.

Недоліком цих насосів є їх невеликий к. к. д. (у зв'язку з великими втратами енергії, що витрачається на подолання тертя між зубами) невелике подання і підвищений знос робочих органів.

 

Гвинтові насоси

Гвинтовими насосами називають роторно-обертальні насоси з переміщенням рідкого середовища уздовж осі обертання робочих органів. Вони відносяться до групи об'ємних насосів.

Насоси цього типу конструктивно прості, відрізняються підвищеним к. к. д. (до 90%) безшумністю і довговічністю роботи. Промисловість випускає гвинтові насоси різних конструкцій. Вони бувають двогвинтовими і тригвинтовими: один провідний гвинт і один або два ведених.

Гвинтовий двороторний насос (мал. 3.11, в) має дві пари гвинтів 1 і 2, що обертаються в циліндричному корпусі 3. В обертання гвинти наводяться шестернями 5. Рідина зі всмоктуючої труби 6 поступає до торців корпусу і гвинтами нагнітається в середину, до напірної труби 4.

Гвинтові насоси відрізняються прямолінійністю руху рідини в робочих органах, мінімальним перемішуванням і збовтуванням рідини, а також великою рівномірністю подання.

Гвинтові насоси забезпечують отримання тисків до 20 МПа, вони компактні і використовуються для подання чистих рідин різній в'язкості в кількостях від 0,05 до 20 л/с.

 

Крильчасті насоси

Крильчастийнасос (мал. 3.12) має дуже просту і компактну конструкцію. Насос складається з корпусу 3, всмоктуючого 5 і нагнітального 6 патрубків.

Усередині корпусу поміщається крило 1 з двома відкидними нагнітальними хлипаками 7 і 8, яке гойдається вліво і управо за допомогою виведеного назовні руків'я 2.

Під крилом встановлена нерухома перегородка 4 з двома відкидними всмоктуючими хлипаками 9 і 10.

Перегородка ділить кожух на дві робочі камери А і Б, в яких при русі управо і вліво створюється розрідження відповідно в лівій, а потім в правій камері, і рідина з приймального резервуару послідовно поступає спочатку в ліву, а потім в праву камеру. Принцип роботи крильчастого насоса подібний до роботи поршневого насоса двосторонньої дії. Крильчасті насоси: мають ручний привід і призначаються для перекачування чистих рідин при малих тисках.

 

Струминні насоси

Дія струминних насосів грунтована на вик