Характеристика насосов при перемещении пищевых продуктов

 

Для перекачивания пластично-вязких продуктов используют насосы. По виду энергии сообщаемой продукту при перекачивании насосы подразделяются на три группы: устройства, изменяющие потенциальную энергию положения; устройства, изменяющие кинетическую энергию, и устройства, изменяющие потенциальную энергию давления. Для перемещения жидких пищевых продуктов (молоко, сливки, соки и пр.) применяют насосы второй группы, для пластично-вязких (плавленые сыры, творожная масса, мясной фарш и др.) – третьей. Устройства безнапорного транспорта – первой группы – используют часто в пищевой промышленности, в этом случае не требуются знания по реологии.

Основные требования к насосам для перекачки пластично-вязких продуктов сводятся к следующему.

Насос должен представлять собой отдельную машину с загрузкой продукта в бункер – накопитель, откуда он поступает на рабочие органы. Наличие питающих устройств – шнеков, лопастных колес и т.п. нежелательно в том случае, когда не допускается перетирание и мятие продукта. Протяженность пути продукта от зоны всасывания до зоны нагнетания должна быть минимальной. Возврат продукта (обратный перепуск) в зону всасывания через зазоры под действием давления в зоне нагнетания должен быть минимальным.

Интенсивное механическое воздействие на продукт рабочих органов насоса ведет к разрушению структуры и уменьшению вязкости и предельного напряжения сдвига. После выхода из насоса во время движения по трубе структура восстанавливается, а величины реологических свойств увеличиваются до своего первоначального или более высокого значения. Следовательно, поток по длине трубы будет неоднородным. При высоких скоростях движения продукта (0,5-1,5 м/с) неоднородность не успевает сформироваться; при низких скоростях (меньше 0,01 м/с) течение становится неустановившемся. Для получения равномерного движения с малой скоростью воздействия на продукт касательные напряжения в вытеснителе должны быть меньше аналогичных в трубопроводе.

Конструктивная особенность насосов для перекачки пластично-вязких тел от насосов для вязких жидкостей обусловлено наличием у них предельного напряжения сдвига, что вызывает сводообразование перед рабочим органом и нарушает режим работы насоса. Поэтому подача продукта должна быть принудительной или непосредственной.

На рисунке 4.3 представлены некоторые конструкции насосов, в которых используется принудительная подача продукта в питатель (рис. 4.3, а, б), так и расширенное место входа продукта в ротор (рис. 4.3, в, г, д). Помимо указанных двух способов применяют вакуумирование начала рабочей зоны насоса (рис. 4.3, ж, з).

Рис. 4.3 Принципиальные схемы насосов для перекачки пластично-вязких продуктов:

а – шнековый с вакуумной камерой: 1- питающий шнек; 2 - транспортирующий шнек; 3 - напорный шнек; 4 - замыкающий диск; 5 - привод к шнекам. б – шнековый насос: 1 - корпус; 2 - барабан с замыкающими пластинами; 3 - транспортирующая и 4 - напорная часть шнека. в – однозубчатый роторный насос: 1- корпус; 2 - ротор с впадиной; 3 - ротор с на­порным зубцом. г – трехроторный насос: 1- корпус; 2 - ротор с впадиной (замыкающий); 3 - два напорных ротора с зубцами. д – шестеренчатый насос: 1 - корпус; 2 -шестерни с внешним зацеплением. е – роторный насос с гибкими лопастями: 1 - корпус; 2 - ротор с гибкими лопас­тями. ж – ротационно-шиберный насос: 1 - корпус; 2 - ротор; 3 - замыкающий шибер с рычагом; 4 - эластичное уплотнение с язычковыми губками. з – поршневой насос: 1 - корпус; 2 -поршень; 3 и 4 - соответственно всасывающий и нагнетательный клапаны (поворачиваются тягами с возвратно-поступательным движением).

 

При выборе насоса необходимо измерить: геометрические размеры; массовый расход – М (кг/с); давление на выходе из насоса – р (Па), частоту вращения ротора насоса –n, мощность на валу электродвигателя в рабочем режиме N _р.х (кВт) по ваттметру с учетом к.п.д. двигателя при различной загрузке; мощность на валу двигателя на холостом ходу N _х.х (кВт) при той же частоте вращения.

Измеренные величины позволяют рассчитать следующие показатели. По геометрическим размерам – теоретическую производительность насоса:

 

(4.74)

 

где ρ - плотность продукта, кг/м³; n - частота вращения ротора насоса, об/мин; V - объем рабочей камеры насоса, м³.

Теоретическая производительность М_теор (кг/с) шестеренчатых насосов рассчитывается по формуле:

 

(4.75)

 

где b - ширина шестерен, м; m - модуль, м; z - число зубьев; α - угол зацепления передачи; n - частота вращения шестерен.

По мощности рабочего и холостого хода-мощность на валу насоса, которая затрачивается на преодоление гидравлических потерь и создание напора продукта на выходе из насоса:

 

(4.76)

 

По давлению и производительности – мощность, передаваемую продукту, т.е. полезную выходную мощность насоса:

 

(4.77)

 

где ρ_отн = ρ_ф/ρ_в - относительная плотность продукта, кг/м³.

По полезной и затраченной мощности определяют полный к.п.д. насоса, который учитывает все потери и характеризует степень совершенства машин:

(4.78)

 

Контрольные вопросы:

1. На какие группы подразделяются насосы для перекачивания пищевых продуктов?

2. Перечислите основные требования к насосам для перекачки.

3. Как рассчитать к.п.д. насоса?