Розробка і дослідження установки для обробки продуктів харчування надвисоким тиском

При цьому умова міцності має вигляд:

 

  (4)

де  .

 

За цієї умови виходить, що вузол підтримки повинен створити в камері такий зовнішній радіальний тиск Р1, щоб при дії тиску Ро напруження в порожнині камери не перевищило напруження (σв1), які допускаються. Величина тиску підтримки Р1 визначається як:

 

  (5)

 

Максимально можливий тиск у камері надвисокого тиску визначений через розміри її елементів, дорівнює:

  (6)

 

На основі цього рівняння побудовані номограми  , які

дозволяють визначати розміри камери НВТ m1 (рис. 2).

У третьому розділі “Створення установки для оброблення продуктів харчування, інших біоматеріалів надвисоким тиском і дослідження її експлуатаційних параметрів” представлено результати комплексу науково-дослідницьких і дослідно-конструкторських робіт, на підставі яких була спроектована, виготовлена й випробувана установка НВТ, загальна схема якої представлена на рис. 3. Робота УНВТ забезпечується блоком управління. Параметри УНВТ:

Максимальний тиск КНВТ  – 1000МПа

Робочий тиск в КНВТ – 800 МПа

Розрахункова кількість циклів навантаження при робочому тискові – 900

Робочий діаметр і довжина каналу – 40, 38х153мм

Максимальна висота об’єкту, який досліджується – 120 мм

Робочий діапазон температур в КНВТ – (-20+80оС)

Максимальний діапазон температур в КНВТ – (-40+100оС)

Час виходу на задану температуру – (2 – 3) години

Міцність нагрівача – 1, 5 кВт

Датчик температури мідь – константанова термопара.

Чутливість системи реєстрації температури -0, 1оС

Точність реєстрації температури  0, 5оС

Датчик тиску – манганінова котушка

Поправка на залежність датчика від тиску і температури – автоматична

Чутливість системи реєстрації тиску – 1МПа

Точність системи реєстрації тиску –  10МПа

Точність системи тривалої підтримки температури в КНВТ –  0, 2оС

Точність завдання температури. –  2оС

Охолодження КНВТ – парами рідкого азоту

Регулювання швидкості охолодження – плавне в 5 діапазонах

Документування й безперервна реєстрація – персональним комп’ютером

Габарити УНВТ – 220мм х 1500м х 800мм.

Маса КНВТ – 40 кг.

Маса УНВТ – 300 кг.

 

Для керування процесом нагрівання КНВТ була використана ідея “еталонного тіла”, маса якого набагато менше маси камери, а теплопровідність у декілька разів вища, тому температура в ньому миттєво встановлюється рівномірною по всьому тілу. Підтримання температури еталонного тіла на рівні Тет забезпечує підтримання температури камери на заданому рівні.

Дослідження параметрів каналу камери і поршня в залежності від величини тиску показали, що при тиску в 1000 МПа величина розширення внутрішнього діаметра камери ∆d = 2, 5. 10-7м. У районі ущільнення поршня за рахунок незкомпенсованої площі діаметр на 1, 7% більше від середнього по каналу і, отже, реальний тиск у камері менше. З урахуванням цього в таблиці 1 наведені значення тиску в пресі для досягнення тиску в камері 1000 МПа в залежності від збільшення діаметра.

 

Таблиця 1

Значення тиску в пресі для досягнення тиску в камері 1000 МПа в залежності від збільшення діаметра. 

 

При створенні у пресі тиску Рм у камері створюється тиск

 

  (8)

 

Приймаючи значення k = 2, 5. 10-7  отримано залежність:

Рм = 50, 3256 Р0 + 0, 06231Р02 (9)

Використовуючи співвідношення між числом рисок Nм манометра й тиском у камері Рм = 6Nм, отримано зручне при розрахунках співвідношення:

 

  (10)

 

Дані співвідношення не враховують втрати на тертя. Останні визначаються з гістерезисних вимірювань при навантаженні камери. Тому для отримання потрібного тиску Ро необхідно знайти Рм = Ррозр. + ∆Ртр. (Р0). Аналогічно зміряний тиск у камері відрізняється від розрахункового:

 

Рзам. = Р0 – Р0, (11)

 

де втрати тиску ∆Р0 залежать від тиску й були визначені експериментально.

З урахуванням вищенаведених залежностей і величин опору манганинової котушки, значення тиску визначається за формулою (12) :

 

(12)

 

Дослідження параметрів датчика температури полягало у виконанні градуювання системи та отриманні залежностей, на ведених на рис. 7-8.

В четвертому розділі “Дослідження ущільнювальної будови камери надвисокого тиску” представлені результати дослідження одного з основних вузлів КНВТ – ущільнення поршня робочої камери.

Було розроблено, виготовлено й досліджено 5 конструкцій ущільнень, в яких використовується принцип незкомпенсованої площі – самоущільнювальні сальники. Дослідження працездатності ущільнень проводилось на установці НВТ з варійованими параметрами: робочий тиск – від 1 до 1000 МПа; діапазон температур – від -400С до +1000С; робоча рідина – ПЕС-3. Падіння тиску оцінювалось як різниця показників манганинового датчика всередині робочої камери й на підвідному патрубку. Контроль і запис досліджуваних параметрів здійснювались з використанням цифрового аналогового перетворювача і виводом інформації на ПК з одночасним створенням файла поточного експерименту.

Спеціально розроблена плата в ПК і цифровий аналоговий перетворювач дозволяли виконувати 1000 циклів вимірів за 1 секунду й виконувати порівняння 2-х послідовно отриманих величин. Для графічної побуди графіків змін тиску на екрані