Анализ конструкций льдогенераторов лускатого льоду

МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ Й НАУКИ УКРАЇНИ 

ОГАХ 

Кафедра холодильних машин і установок 
 

НДРС:

"Аналіз  конструкцій льодогенераторів  лускатого льоду.

Вплив режиму роботи й товщини  наморожування льоду  на продуктивність льодогенератора  лускатого льоду" 
 
 
 
 
 

                                                   Виконав:

                                                              студент 151 гр.

                                                           Грушко В. О. 

                                                      Перевірив:

                                                                                        к. т. н., доц. Мнацаканов Г. К. 
 
 
 
 

м. Одеса, 2010 р.

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 ОБЛАСТІ ЗАСТОСУВАННЯ Й КОНСТРУКЦІЇ БАРАБАННИХ МОРОЗИЛЬНИХ АПАРАТІВ 

    У різних галузях промисловості використовується метод обробки продукту заморожуванням, тобто заморожування продуктів які містять вологу з метою їх тривалого зберігання або виморожувановим з метою повного або часткового виділення твердої фази з основної рідини, в основному з води (латекси, суспензії і т.д. ) Об'єкти для обробки заморожуванням досить різні по фізико-хімічних властивостях, структурі (тверді, рідкі, пасто- і фаршеобразні, гомогенні й гетерогенні), розмірам доз (мілкоштучні або ті, що мають значні розміри). Відповідно досить різноманітні конструкції морозильних апаратів, застосовуваних для цієї мети. У нас і за рубежем побудовані й експлуатуються морозильні апарати більш ста типів.

    У переліку холодильного технологічного встаткування, використовуваного в  промисловості, барабанні морозильні апарати найбільше широко відомі як генератори лускатого льоду й апарати для заморожування харчових паст, фаршів, мілкоштучні продуктів і інших матеріалів які містять вологу різного призначення. В останні роки з'явилися також барабанні апарати спеціальної конструкції, застосовувані не для заморожування вологих матеріалів і продуктів, а для тимчасового закріплення їх на поверхні барабана при здійсненні ряду технологічних процесів. Створені апарати для тонкошарового видалення шкіри з філе риби (шкіроз’ємні апарати), для закріплення немагнітних деталей при їхній обробці, наприклад шліфуванню і т.д. Можна чекати використання таких апаратів і методу проморожування матеріалів у цілому в сортувальних обладнаннях, різних живильниках, робототехніці.

    Однак основне призначення барабанних апаратів, розглянутих нижче, - заморожування або охолодження матеріалів у безперервному потоці. Безперервність процесу, інтенсивність теплообміну в тонких шарах, простота обладнання й обслуговування, легка "убудованість" у технологічні лінії сприяє тому, що ці апарати усе більш широко використовуються в різних галузях народного господарства.

    Найбільше число барабанних апаратів для виробництва  льоду використовуються в рибній (більш 3000 шт.), м'ясо-молочної, харчовий і хімічної галузях промисловості, а також у будівництві, медицині й у приладобудуванні. Усе більш широким стає застосування барабанних апаратів у процесах кріоконцентрації водяних розчинів, опріснення морської води, обробки опадів природних і стічних вод.

    Незалежно від різноманіття типів барабанних апаратів усі вони мають один загальний і головний елемент конструкції - морозильний барабан. Він може бути рухливим або нерухливим, горизонтальним або вертикальним.

Прототипом  сучасних барабанних апаратів можна  вважати перший генератор лускоподібного льоду з горизонтальним барабаном, створений ще на початку ХХ в. у США Г. Філдом (рис. 1.1 і 1.2).

    Докладний опис генератора даний в [10]. Практично  до середини 1950- х рр. схема компонування апарата, запропонована Філдом, залишалася незмінної. Потім були створені апарати з вертикальним барабаном. Є й ряд інших відмітних ознак, що визначають особливості вдосконалених апаратів.

    Барабанні морозильні апарати можна класифікувати  по наступних основних ознаках: способу  охолодження барабана, системі приводу  барабана, розташуванню барабана, кількості робочих поверхонь, характеру керування й призначенню [12].

    

 

    Рисунок 1.1 Схема обладнання генератора лускатого льоду с

                         горизонтальним барабаном конструкції Г. Фільда:

1 - шестірня  приводу барабана; 2 - зубчастий вінець барабана;

3 - кожухотрубний  випарник-охолоджувач розсолу; 4 - ізоляція;

5 - гнучка  металева обичайка барабана наморожування;

6 - канали  для циркуляції розсолу в сорочці  охолодження гнучкої

     обичайки;

7 - деформуючий  ролик; 8 - шкребок для знімання льоду;

9 - трубопровід  подачі води у водяну ванну. 

 

    Рисунок 1.2 Схема роботи льодогенератора Фільда 

    По  способу охолодження розрізняють  апарати з безпосереднім кипінням холодоагенту в барабані або з  використанням вторинного холодоносія (найчастіше розсолу). На вибір способу охолодження впливають задана товщина замороженого шару продукту, загальна продуктивність апарата, технологічні можливості заводу-виготовлювача й особливості холодильної системи підприємства, на якім буде використовуватися апарат.

    Зі зменшенням заданої товщини шару продукту, що заморожується, росте середня швидкість заморожування, а отже питоме теплове навантаження на робочу поверхню барабана. Сучасні апарати тонкошарового наморожування, і насамперед генератори лускоподібного льоду, у більшості випадків мають систему безпосереднього кипіння, апарати для заморожування продуктів (у тому числі мілкоштучні) у шарі більш 2,5-3 мм - розсільне охолодження. Останнє використовується й в усіх інших випадках, коли з технологічних міркувань потрібне повільне заморожування продукту.

    Збільшення  загальної продуктивності барабанних апаратів, як правило, вимагає збільшення діаметра барабана. При безпосередньому  кипінні холодоагенту барабан як посудина, що працює під тиском, розраховується на міцність згідно з нормами Госгортехнадзора.

    За  умовами міцності необхідна товщина  стінок барабана може виявитися надмірно великий, відповідно більшим буде й  термічний опір стінки барабана. Тоді технічно й економічно доцільно застосувати  розсільне охолодження, тому що холодоносій прокачується через барабан при тисках в 3-4 рази менших, чим тиск безпосереднього кипіння холодоагенту.

    По  обладнанню привода барабана всі апарати можна розділити на дві основні групи:

    1) апарати з обертовим барабаном  і зафіксованим на станині  різальним інструментом і обладнанням для подачі рідини (продукту) на заморожування;

    2) апарати з нерухливим барабаном і обертовим, щодо його робочих поверхонь, ротором з різальним інструментом, і обладнанням для подачі рідини.

    У першій групі крутний момент для подолання сил тертя й опору сколюванню намороженого продукту передається безпосередньо на вал барабана від приводної станції. Як правило, станція має електродвигун і редуктор із системою плавного (варіатор) або східчастого (коробка швидкостей) зміни частоти обертання барабана. У другій групі крутний момент передається на вал або безпосередньо на зубчастий вінець ротора.

    У першій групі холодоагент або  холодоносій подають у барабан через порожнистий вал із сальниковим ущільненням, причому саме конструкція сальника, що забезпечує його надійність, є предметом патентування, так званої "фірмової" відмінності апарата в цілому. У другій групі через сальниковий вузол подають тільки рідину, що заморожується, і проблеми ущільнення вирішуються відносно просто. В останні роки все більше число апаратів, насамперед генераторів лускатого льоду, у різних країнах випускають із нерухливим барабаном, однак розв'язок цього питання у великій мері визначається традиціями фірм.

    Розташування  барабана може бути горизонтальним і  вертикальним. У перших роторних морозильних апаратах барабани розташовувалися горизонтально. Від цієї схеми проектування конструктори відступили практично тільки в останній період, при створенні апаратів з безпосереднім охолодженням кипінням холодоагенту. Було експериментально встановлене, що кипіння холодоагенту у вертикальному барабані йде інтенсивніше, чим у горизонтальному. Крім того, при вертикальнім розташуванні стало можливе створення двостінних барабанів з кільцевою порожниною кипіння холодоагенту. На появу конструкцій з вертикальним нерухливим барабаном безумовно вплинуло застосування генераторів лускоподібного льоду на судах промислового флоту, що працюють в умовах значної качки, кренів судна. У цьому випадку сплескування холодоагенту в горизонтальному барабані при відводі пари через порожній вал створює небезпеку виникнення "вологого ходу" компресора.

    Кількість робочих поверхонь барабана залежить від обладнання й призначення  апарата. Усі апарати з горизонтальним розташуванням барабана мають одну робочу поверхню - зовнішню. В апаратах з вертикальним барабаном можуть використовуватися, як робочі поверхні або одна зовнішня, або одна внутрішня, або обидві поверхні двостінного барабана. Як правило вертикальні барабани, що обертаються, мають одну зовнішню робочу поверхню. Перехід до конструкції з нерухливим двухстінним барабаном послужив базою для створення найбільш ефективних генераторів лускоподібного льоду із двома робочими поверхнями.

    По  характеру керування апарати  діляться на дві основні категорії: з ручним і автоматичним керуванням. Практично всі сучасні барабанні апарати, використовувані для заморожування рідин, мають системи автоматичного керування, що дозволяють експлуатувати їх без постійного спостереження.

    По  призначенню, тобто асортиментам оброблюваних продуктів, апарати можна розділити на три основні групи: для заморожування рідин (льодогенератори, опріснювачі, виморожувачі й т.п. ); для заморожування й охолодження пасто- і фаршеобразних продуктів; для заморожування мілкоштучних продуктів, філе риби й м'яса.

    Приведемо найбільш характерні конструкції вертикальних нерухливих барабанних морозильних апаратів, які широко використовуються в промисловості.

    У нашій країні й за рубежем створено кілька конструкцій льодогенераторів з вертикальним нерухливим барабаном і обертовими ножами й зрошувачами [12]. Як правило, барабан виготовляють двухстінним, робочої є внутрішня (рис. 1.3), рідше - зовнішня поверхня барабана.

    Дотепер такі льодогенератори випускаються фірмами "Норд стар" ("North Star", США) і "Фрігофранс" ("Frigofrance", Франція) (рис. 1.4).

    Вітчизняною промисловістю випускалися льодогенератори  подібної конструкції типів "М’ясомолмаш-100", Л-250 (рис. 1.5) і ЛГ-300, розроблені Мінрибгоспом для потреб промислового флоту, берегових підприємств рибної, м'ясо-молочної й харчової промисловості.

    Технічна  характеристика льодогенератора типу Л-250: продуктивність 6-7,2 т/добу, робоча площа поверхні циліндра 1,96 м², частота обертання ножового ротора 10÷15 хв^–1, температура кипіння холодоагенту -25÷ -40 °С, потужність двигуна 3 кВт, маса 1220 кг, габаритні розміри: довжина 1600 мм, ширина 1300 мм, висота 1750 мм, матеріал барабана - корозійностійка сталь, холодильний агент R22 або NH₃.