Розробка і дослідження установки для обробки продуктів харчування надвисоким тиском

методами математичного моделювання (ланцюг Маркова) досліджена надійність розробленої установки; здобуті залежності інтегральної функції розподілу накопичення ушкоджень, функції надійності, функції інтенсивності відмови камери та ущільнення від числа циклів навантаження, а також узагальнююча функція розподілу, що описує повну імовірність виходу з ладу основного елемента установки – її робочої камери.

Практичне значення здобутих результатів:

розроблена методика проектування установок для оброблення продуктів харчування та інших біоматеріалів надвисоким тиском;

створена установка для оброблення продуктів харчування та інших біоматеріалів надвисоким тиском, яка дозволяє варіювати фактори дії на об’єкти оброблення (температура від -40 до +100оС і тиск до 1000 МПа), і відзначається високими надійними показниками;

розроблений комплект технічної документації та інструкція з експлуатації створеної установки;

визначено критичне число циклів навантаження установки, при якому слід проводити заміну стінок її робочої камери;

розроблена й реалізована програма для реєстрації на ПК параметрів процесу оброблення продуктів, які досліджуються.

Особистий вклад здобувача. Автором особисто визначено направлення та здійснено обґрунтування методів теоретичних досліджень, розроблена методика розрахунку та проектування установки НВТ. Здобувач виконав постановку, планування та аналіз результатів експериментальних досліджень, сформулював загальні висновки роботи.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались, і були схвалені на щорічних наукових конференціях Донецького державного університету економіки і торгівлі ім. М. Туган-Барановського у 1998-2002 роках; I Міжнародній науково-практичній конференції “Актуальні проблеми харчування: технологія і обладнання, організація і економіка” (Славяногірськ, 1999р.) ; ІІІ Міжнародній науково-практичній конференції “Продовольчий ринок і проблеми здорового харчування” (Росія, Орел, 2000 р.) ; ІV Міжнародній конференції “High pressure school on chemistry, biology, materials science and techniques” (Польща, Варшава, 2001 р.) ; VII Міжнародній конференції,, Високий тиск 2002. Фундаментальні та прикладні аспекти” (2002 р.) ; Міжнародній науково-методичній конференції,, Стратегічні напрямки розвитку підприємств харчових виробництв і торгівлі”, присвяченій 35-річчю Харківської державної академії технології та організації харчування (Харків, 2002 р.).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 6 наукових статей у фахових виданнях, 2 тез доповідей на Міжнародних наукових конференціях. Загальним обсягом 2, 8 др. арк.

Структура дисертації. Основний зміст роботи викладено на 166 сторінках машинописного тексту, який складається із вступу, 6 розділів, основних висновків і 5 додатків. Дисертація ілюстрована 39 рисунками та 34 таблицями на 20 сторінках. Список використаної літератури складається з 172 найменувань.

 

 

У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мета й наукові задачі, визначено основні напрямки дослідження.

У першому розділі “Аналіз публікацій по темі дисертації” показана перспективність і актуальність розробки технології оброблення продуктів харчування надвисоким тиском. Проаналізовані конструкції камер НВТ, які випускаються і використовуються провідними країнами світу як для промислового використання, так і для проведення пошукових і науково-дослідницьких робіт. Обґрунтована необхідність створення КНВТ для проведення всебічних дослідницьких робіт у пошуку оптимальних технологічних параметрів процесу обробки різних продуктів харчування та інших біологічних об’єктів, яка дозволяє варіювати такі параметри процесу, як величина тиску, градієнт тиску, температура в робочій камері, тривалість обробки. На основі проведеного аналізу були сформульовані направлення досліджень з метою створення установки для оброблення продуктів харчування та інших біоматеріалів надвисоким тиском у дослідницьких цілях.

У другому розділі “Розробка установки для оброблення продуктів харчування надвисоким тиском” сформульовані вихідні вимоги до установки, яка створюється, і обумовлена її принципова схема. У результаті аналізу можливих конструкцій корпусів камер надвисокого тиску і теоретичних передумов їх розрахунку на міцність запропоновані методики розрахунку на міцність і проектування корпусів камер НВТ.

Аналіз конструкцій камер установок НВТ, а також існуючі методики їх розрахунку на міцність дозволили виділити три можливі перспективні конструкції корпусу камери: 1 – одношаровий товстостінний циліндр, 2 – двох або багатошаровий циліндр, 3 – циліндр з навивкою попередньо напруженої стрічки.

При розрахунку одношарового циліндра та для зручності розрахунків розрахункова формула приведена до безрозмірного виду:

 

(1)

 

де Ро – внутрішній тиск, Рн – зовнішній тиск, α= ,  - безрозмірні параметри, rо – внутрішній радіус, R – зовнішній радіус, r – поточний радіус, σв – межа міцності при розтягуванні, σ0, 2 – межа пружності.

 

При цьому:  і  .

В основі розрахунку на міцність двошарової камери, яка працює під дією надвисокого внутрішнього тиску, лежить визначення напруг у стінках, складових шарів в залежності від геометричних розмірів і діючого навантаження.

Величина контрольного тиску, що викликає стискаючі тангенціальні напруження у внутрішньому шарі і розтягуючі тангенціальні напруження у зовнішньому шарі, була визначена за формулою:

 

  (2)

 

при rо = 20мм (радіус внутрішньої поверхні), r1 = 34, 025 мм (радіус посадової поверхні), r2 = 80 мм (радіус зовнішньої поверхні), Рк=311, 6 МПа.

Після введення певних припущень і позначивши основні розміри багатошарової камери НВТ:

 - габаритний розмір камери,

  – габаритний розмір вузла підтримки,

  – розмір кільцевої камери надвисокого тиску,

N – число всіх шарів у камері,

(N-1) – число шарів у вузлі радіальної підтримки,

одержали співвідношення між розмірами елементів камери:

 

(3)