Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Курсовая работа

Цех производства мороженого

Егорчатов Е.С.

Казань, 2011

Введение

Мороженое -- очень древнее лакомство. Историки считают, что мороженое насчитывает более 5000 лет.

Ещё в 3000 году до нашей эры в Китае к столу подавались десерты, отдалённо напоминающие мороженое-- снег и лёд, смешанные с кусочками апельсинов, лимонов и зёрнышками гранатов. Рецепты и способы хранения были рассекречены лишь в XI веке до нашей эры в книге «Ши-кинг».

В письмах Соломона, царя Израиля, описывается применение охлаждённых соков во время уборки урожая. Охлаждённые вина, соки и молочные продукты потребляли ещё древние греки. Античный врач Гиппократ рекомендовал мороженое для укрепления здоровья.

Мороженым угощали Александра Македонского во время его походов в Индию и Персию. Тогда придумали замораживать в снегу ягоды. За снегом в горы посылали рабов, а чтобы он не таял, устраивали специальные эстафеты. Тогда же придумали добавлять в воду с фруктами вино, мед и молоко. мороженое загрязнение технологический сварной

В античном Риме снег и лёд также использовался для приготовления фруктовых напитков. Апиций в книге «О кулинарном искусстве» описывает приготовление прохладительных напитков.

У Нерона холодными десертами завершались трапезы. Горный лёд смешивали с фруктовыми добавками. Снег для их приготовления доставляли с альпийских ледников, а для длительного хранения снега строили специальные ледяные погреба.

Персидский путешественник Нассири-Хозрау в 1040 году н. э. писал, что к столу каирского султана ежедневно из горных районов Сирии доставляли снег для приготовления напитков и мороженого.

Существует предположение, что в Южной Европе знакомство с мороженым произошло в начале XIV века через Марко Поло. Он описал мороженое в своих путевых журналах. Есть версии, что именно он привёз из Китая рецепт экзотического ледяного десерта. Поначалу лёд хранился в специальных закрытых местах и подавался к столу только для королевских семей и римских пап. Постепенно производство льда удешевлялось.

Создание первого настоящего мороженого, известного нам, с добавлением молока, сахара, шоколада, ванили и т. д., приписывают парижскому кафе "Tortoni" в конце XVIII века.

В некоторых странах Европы (в Белоруссии, Украине и России) замороженное молоко являлось национальным блюдом. В Киевской Руси подавали мелко наструганное замороженное молоко. В деревнях на масленицу изготовлялась смесь из замороженного творога, сметаны, изюма и сахара. В современном варианте мороженое появилось в России в середине XVIII века.

Производство

До появления современных способов замораживания мороженое было роскошным лакомством только для особых случаев. Производство мороженого было довольно сложным.

В настоящее время мороженое производится с использованием автоматических фризеров в случаях, когда производительность должна быть от 1 до 15 кг в час. Возможности производства более серьёзных объёмов доступны на хладокомбинатах.

1. Описание технологической схемы и технологических режимов

Приёмка молока осуществляется в соответствии с органолептическими, микробиологическими и физико-химическими нормами, установленными ГОСТом 52054-03, приёмка молока осуществляется центробежным насосом марки В2-ОРА-2. Всё сырье, использующееся для производства мороженого, принимают по количеству и качеству. Жидкое сырьё находиться в охлаждённом состоянии в резервуарах, остальное сырьё храниться в камерах, в которых поддерживаются определенные температура и влажность воздуха.

Резервирование молока. Профильтрованное молоко поступает в вертикальный резервуар марки В2-ОМВ-2,5 , где происходит его охлаждение с целью продления бактерицидной фазы и хранения с целью обеспечения проточности производства. Резервуар для хранения снабжён теплоизоляцией, охлаждающей батареей и мешалкой. В качестве хладоносителя используется раствор хлористого кальция (рассол). Температура хранения молока не выше +6 ⁰С.

Подготовка сырья. Для производства мороженого используется следующие компоненты:

· Молоко коровье; вода: фильтруются для очистки от механических примесей и подогреваются в пластинчатом теплообменнике горячей водой до t 35 - 40 ⁰С.

· Масло коровье сливочное: поверхность монолита очищают от пергамента, зачищают и расплавляют на змеевиковых плавителях, t которых должна быть не выше 40 ⁰С с целью предотвращения вытапливания молочного жира.

· Сахар-песок; молоко цельное сухое; молоко обезжиренное сухое: просеивают, в случае необходимости дробят и растирают. Молоко цельное сухое для лучшего растирания тщательно перемешивают с сахарным песком в соотношении 2:1 и растирают в тёплом молоке до получения однородной массы.

· Молоко цельное сгущённое с сахаром: очищают от возможного заплесневения.

· Стабилизатор-эмульгатор: смешивают с сахаром-песком, затем подогревают до t 45 -55 ⁰С.

· Ванилин: вносят в смесь в виде 5% водного раствора, или в виде водно-спиртового раствора: 300±1 г. ванилина, 200±1 г. спирта и 500±1 г. воды при t не ниже 30 ⁰С.

Составление смеси. Процесс происходит в ваннах марки Д7-ОСА-1(мороженое сливочное) или в ванне В2-ОСВ-5 ( мороженое пломбир). Смесь мороженого готовят в соответствии с рецептурами, которые рассчитывают исходя из фактического наличия сырья, его состава. Сырьё для приготовления смеси мороженого вводят в следующем порядке: жидкие компоненты, сгущённые молочные продукты, сухие продукты, стабилизаторы.

Жидкие компоненты подогревают до t 35- 40 ⁰С, после этого в ванну вносят сгущённые и сухие компоненты. Масло сливочное вводиться в смесь в расплавленном виде с t 38 -40 ⁰С. Смесь выдерживают при перемешивании в течение 20 -30 минут. Смешивание проводиться при t 35 - 40 ⁰С, что обеспечивает хорошее растворение и избегает заваривание некоторых компонентов. В последнюю очередь перед пастеризацией вносят стабилизаторы, а некоторые вкусовые наполнители вносят перед фризерованием.

Фильтрование смеси. Для удаления из смеси не растворившихся комочков сырья и возможных различных механических примесей её фильтруют после смешивания компонентов, используя для этой цели сетчатые фильтры марки А1-ОШФ.

Пастеризация. Целью пастеризации является уничтожение патогенных микроорганизмов и снижение общего числа содержания микрофлоры. Из-за повышения содержания сухих веществ, необходимости в дальнейшем получить более вязкую, густую консистенцию и оказание защитного действия на микроорганизмы выбирается более строгий режим пастеризации t 80 - 85 ⁰С выдержка 3-5 минут. Проводят пастеризацию на ОПЯ-2,5, смесь подаётся в 2 секции рекуперации, затем поступает в секцию пастеризации. Потом выходит на гомогенизацию с той же температурой. После гомогенизации смесь поступает в секции рекуперации, где частично отдаёт своё тепло вновь поступившей смеси, а затем идёт в секцию охлаждения, где охлаждается до t 4 -6 ⁰С.

Фильтрация смеси проводится с целью удаления частичек пригара, образовавшегося при пастеризации.

Гомогенизация смеси проводится с целью улучшения структуры мороженого за счёт дробления жировых шариков, что ведёт к уменьшению их отстаивания при хранении и подвзбивание при фризеровании. Гомогенизацию проводят на гомогенизаторах А1-ОГМ-2,5 в 2-е ступени с температурой пастеризации, т.к. более низкая t вызывает в смеси образование жировых шариков, которые в результате процесса взбивания разрушают воздушные пузырьки и ухудшают взбитость мороженого, следовательно, консистенция получается неоднородная и чувствуется крупинки жира. Давление для сливочного 12,5 МПа, пломбир 9 МПа.

Охлаждение и созревание смеси Охлаждение проводится на ОПЯ-2,5, оно необходимо для подготовки смеси к созреванию. Охлаждённую смесь направляют в резервуар марки В2-ОМВ. В процессе созревания, в результате кристаллизации некоторых триглицеридов 50% молочного жира отвердевает. А так же в процессе созревания происходит набухание белка молока и стабилизатора, снижается количество воды, что препятствует образованию крупных кристаллов льда в процессе замораживания.

Продолжительность созревания зависит от вида вносимого стабилизатора (желатин - не менее 4 ч.; агар-агар - исключается созревание).

Фризерование - основной процесс производства мороженого, при осуществлении которого происходит частичное замораживание и насыщение смеси воздухом, который в продукте распределяется в виде мельчайших пузырьков. Процесс фрезирования смеси осуществляется на фризере Б6-ОФШ. Во время этого процесса формируются в смеси воздушные пузырьки равно распределяющиеся, объёмная доля воздуха в продукте оказывает большое влияние на структуру и вкусовые достоинства мороженого. Замороженная смесь выходит из фризера с t -3 - -5 ⁰С, и взбитостью достигающей 100%. Взбитость определяют весовым или объемным методом.

Фасовка. Выходящее из фризера мороженое поступает не медленно на фасовку. Мороженое может быть с вафлями и без них, покрыта глазурью и без неё, упаковано в этикетку или в пакет. Для фасовки применяют поточную линии М6-ОЛ2В (мороженое в вафельном стаканчике), а также линии Л5-ОЭК (мороженое эскимо на палочке).

Закаливание осуществляется как в специальных закалочных камерах на линиях М6-ОЛ2В (t воздуха в камерах до -30 ⁰С) ,так и в эскимогенераторах на линии Л5-ОЭК(бесконтактный способ). В процессе закаливания образуются новые кристаллы льда, происходит их срастание в жёсткий кристаллизационный каркас, что придаёт мороженому большую прочность.

Упаковка. Готовое мороженное упаковывается в потребительскую или транспортную тару. На линии М6-ОЛ2В мороженое после закалочной камеры поступает на стол, откуда оно вручную укладывается в картонную коробку по 32 шт. На линии Л5-ОЭК с помощью отводящего конвейера мороженое подаётся к завёрточной машине, где оно упаковывается в этикетку, поперечный шов скрепляется горячей сваркой, упаковки отсоединяются друг от друга отрезанием. Укладка мороженого осуществляется вручную по 50 шт.

Хранение и транспортировка. Длительное хранение мороженого (свыше 2 месяцев) возможно только при t -30 ⁰С. Допускается хранить мороженое при t -22 - -26 ⁰С - 1-2 месяца и относительной влажностью воздуха 85 - 90%.

Для транспортировки мороженого к месту реализации используют автомобили, оборудованные холодильными камерами.

Продуктовый расчет

Мороженое сливочное 2,5 т. в смену.

Таблица 3.3.1

Наименование продукции	Количество сырья, %	Количество сырья, т
		В смену	В сутки
1. Молоко коровье цельное	48,24	1206	1206
2.Сливки из коровьего молока	18,22	455,5	455,5
3.Молоко цельное сгущенное с сахаром	9,7	241,2	241,2
4.Молоко, обезжиренное сгущённое с сахаром	11,5	287	287
5.Сахар- песок	4,7	118,5	118,5
6.Агароид	0,3	7,3	7,3
7.Ванилин	0,02	0,4	0,4
8.Вода питьевая	3,9	96,3	96,3

Вырабатывается мороженое в вафельном стаканчике на линии М6-ОЛ2В. Годовой объем переработки 2200т.\ год. Рассчитать расход компонентов по рецептуре №1 на 2,5 т.

Таблица 3.3.2

Компоненты	На 1 т. без потерь кг.	На 1 т. с потерями кг.	На 2,5 т. с потерями кг.
1.Молоко коровье цельное (жир 3,2%, СОМО 8%)	500	511	1206
2.Сливки из коровьего молока (жир 40%, СОМО 4,8%)	188,8	193	455,5
3.Молоко цельное сгущенное с сахаром (жир 8,5%, СОМО 26%, сахар 43,5%)	100	102,2	241,2
4.Молоко, обезжиренное сгущённое с сахаром (СОМО 26%, сахар 14%)	119	121,6	287
5.Сахар- песок	49,1	50,2	118,5
6.Агароид	3	3,1	7,3
7.Ванилин	0,15	0,15	0,4
8.Вода питьевая	39,95	40,8	96,3
Итого:	1000	1022,0	2412,2

По приказу № 387 находим Нр смеси на 1 т. мороженого, расфасованного в вафельный стаканчик, с учётом потерь.

Нр = 1022,0 кг.\ т.

Рассчитываем массу компонентов с учётом потерь на 1 т. мороженого при производстве и фасовки по формуле:

Мк.п.= , где

М к.п.- масса с учётом потерь,

М к.б.п. - масса компонентов без учёта потерь,

Нр.- нормы потерь.

1.Молоко коровье цельное:

Мк.п.== 511 кг.

2. Сливки из коровьего молока:

Мк.п.= = 193 кг.

3. Молоко цельное сгущенное с сахаром:

Мк.п.= = 102,2 кг.

4. Молоко, обезжиренное сгущённое с сахаром:

Мк.п.= = 121,6 кг.

5. Сахар- песок:

Мк.п.= = 50,2 кг.

6. Агароид:

Мк.п.= = 3,1 кг.

7. Ванили:

Мк.п.= = 0,15 кг.

8. Вода питьевая:

Мк.п.= = 40,8 кг.

Итого: 511 + 193 + 102,2 + 121,6 + 50,2 + 3,1 + 0,15 + 40,8 = 1022,0 кг.

9. Карамель:

Мк. п. == 140,3 кг.

10. Вафельные стаканчики:

Мк. п. ==87,6 кг.

11.Масса смеси мороженого:

= 2,36 кг.

Рассчитываем массу компонентов с учётом потерь на 2,5 т.

1.Молоко коровье цельное:

Мк. п. = 511 * 2,36 = 1206 кг.

2. Сливки из коровьего молока:

Мк. п. = 193 * 2,36 = 455,5 кг.

3. Молоко цельное сгущенное с сахаром:

Мк. п. = 102,2 * 2,36 = 241,2 кг.

4. Молоко, обезжиренное сгущённое с сахаром:

Мк. п. = 121,6 * 2,36 = 287 кг.

5. Сахар- песок:

Мк.п.= 50,2 * 2,36 = 118,5 кг.

6. Агароид

Мк.п.= 3,1 * 2,36 = 7,3 кг.

7. Ванили:

Мк.п.= 0,15 * 2,36 = 0,4 кг.

8. Вода питьевая:

Мк.п.= 40,8 * 2,36 = 96,3 кг.

9. Карамель

Мк.п.= 140,3* 2,36 = 331,1 кг.

10. Вафельные стаканчики:

Мк.п.= 87,6 * 2,36 = 206,7 кг.

Исходя из результатов продуктового расчета выбираем оборудование для линии производства мороженого.

Для приема и хранения молока принимаем резервуар В2-ОМВ-2,5 номинальной емкостью 2,5м³.

Для перекачивания молока и молочной смеси выбираем роторный насос В3-ОРА-2А производительностью 2 м³/ч, предназначенный для перекачивания по трубам вязких молочных, или иных пищевых продуктов (сливки, концентрированное и сгущенное молоко с концентрацией не менее 45%, смеси для мороженого, кисломолочные продукты) температурой до +90 С.

2. Расчет основных элементов аппарата

2.1 Определение расчетных параметров аппарата

Высота корпуса аппарата

Высоту корпуса аппарата находим, используя рис.1:

h₁=H- (H_К+100), (3)

где Н_к=0,13·D - высота конической части крышки,

100 мм - размер, который примерно учитывает высоту цилиндрической отбортовки крышки и толщину фланца крышки.

Высота жидкости в аппарате

Уровень заполнения аппарата жидкостью выбираем 80%

Расчетное внутреннее давление в аппарате

Расчетное внутреннее давление в аппарате складывается из заданного внутреннего давления и гидростатического давления среды:

Р_Р=Р+Р_Г,

где Р_Г - гидростатическое давление среды.

Очевидно:

Р_Г = с·g·h_ж=800·9,81·2,5=19620 Па?0,019 МПа,

здесь g=9,81 м/с² - ускорение свободного падения,

с=800 кг/м³ - плотность среды

Оцениваем величину гидростатического давления по сравнению с давлением в аппарате

ДР%= (Р_Г/р) ·100= (0,019/0,1) ·100=19%

В нашем случае расчетное давление равно

Р_Р = Р+Р_Г = 0,12 МПа.

2.2 Расчет обечайки корпуса

В процессе работы аппарата обечайка испытывает следующие деформации:

растяжение в окружном направлении от внутреннего давления,

растяжение по высоте аппарата от осевой растягивающей силы,

Толщина стенки обечайки при нагружении внутренним расчетным избыточным давлением определяется выражением

,

где ц - коэффициент прочности продольного сварного шва, который принимается в зависимости от типа сварного шва, вида сварки и длины контролируемых швов. Ориентировочно его значение принимают в пределах 0,65-1. Принимаем ц=1, Р_р =0,12 Н/мм² - расчетное давление,

D=1700 мм - диаметр аппарата,

[у] =168 Н/мм² - допускаемое напряжение для стали 08Х18Н10Т.

Получаем:

S_R1 =

Определение толщины стенки обечайки при нагружении осевой растягивающей силой

Осевая растягивающая сила:

S_{R 2}=

Прибавки к расчетной толщине стенки обечайки:

С = С₁+ С₂+ С_3.

Здесь С₁ - прибавка для компенсации коррозии и эрозии:

С₁= С_Э +С_К

где С_Э - прибавка для компенсации эрозии. С_Э=0, т.к скорость движения среды в аппарате менее 20 м/с и отсутствуют абразивные частицы,

С_К - прибавка для компенсации коррозии:

С_К= П·ф = 0,1·10 = 1 мм.

Здесь ф = 10 лет - срок службы аппарата,

П=0,1 мм/год - скорость коррозии для стали 08Х18Н10Т.

Тогда

С₁= С_К+ С_Э = 1+ 0 = 1мм.

Общая толщина обечайки:

S = S_R1 + S_R2 + C₁ = 0.6 + 0.3 + 1 = 1.9 мм

Из ГОСТ 19903-74 «Сталь листовая горячекатаная» принимаем толщину листа 3 мм.

2.3 Расчет эллиптического днища

Толщина стенки днища при нагружении внутренним расчетным избыточным давлением определяется выражением

== 0,57 мм

Прибавки к расчетной толщине стенки обечайки:

С = С₁+ С₂+ С_3.

Здесь С₁ - прибавка для компенсации коррозии и эрозии:

С₁= С_Э +С_К

где С_Э - прибавка для компенсации эрозии. С_Э=0, т.к скорость движения среды в аппарате менее 20 м/с и отсутствуют абразивные частицы,

С_К - прибавка для компенсации коррозии:

С_К= П·ф = 0,1·10 = 1 мм.

Здесь ф = 10 лет - срок службы аппарата,

П=0,1 мм/год - скорость коррозии для стали 08Х18Н10Т.

Тогда

С₁= С_К+ С_Э = 1+ 0 = 1мм.

Общая толщина обечайки:

S = + C = 0.57 + 1 = 1.57 мм

3. Прочностной расчет элементов оборудования

Расчет выполнен при помощи САПР «ПАССАТ» 1.09 ООО «НТП Трубопровод»

3.1 Обечайка цилиндрическая №1

Исходные данные

Материал:	08Х18Н10Т
Внутр. диаметр, D:	1,6•103 мм
Толщина стенки, s:	3 мм
Прибавка для компенсации коррозии и эрозии, c1:	1 мм
Прибавка для компенсации минусового допуска, c2:	0,8 мм
Прибавка технологическая, c3:	0 мм
Сумма прибавок к расчётной толщине стенки, c:	1,8 мм
Длина обечайки, L:	2,5•103 мм

Коэффициенты прочности сварных швов:

Продольный шов:

Окружной шов:

Результаты расчёта:

Допускаемые напряжения для материала 08Х18Н10Т при температуре t = 20 ^oC (рабочие условия):

Модуль продольной упругости для материала 08Х18Н10Т при температуре 20 ^oC:

Расчёт на прочность и устойчивость по ГОСТ 14249-89

Гладкая обечайка, нагруженная внутренним избыточным давлением (п. 2.3.1.).

Допускаемое давление:

2 * 168 * 1 * (3 - 1,8) / (1,6•103 + 3 - 1,8)

=0,2518111 МПа

0,2518111 МПа ? 0,2189101 МПа

Заключение: Условие прочности выполнено

Расчётная толщина стенки с учётом прибавок:

(0,2189101 * 1,6•103 )/(2 * 168 * 1 - 0,2189101) + 1,8

=2,843109 мм

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления:

= 2 * ((3 - 1,8) / 1,043109 - 0.8) * (1,6•103 * (3 - 1,8))1/2

= 30,70818 мм

Минимальное расстояние между “одиночными” штуцерами:

= 2 * (1,6•103 * (3 - 1,8))1/2

= 87,63561 мм

Обечайка, нагруженная осевым растягивающим усилием (п. 2.3.3.).

Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности:

3,141593* (1,6•103 + 3 - 1,8) * (3 - 1,8) * 168

=1,014112•10⁶ Н

Допускаемое осевое растягивающее усилие:

1,014112•106 * 1

=1,014112•10⁶ Н

1,014112•10⁶ Н ? 2,3223•10⁵ Н

Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено

Обечайка, работающая под совместным действием внутреннего давления, осевого растягивающего усилия и изгибающего момента.

Проверка условия прочности:

(2,3223•105 + 0,2189101 * 3,141593 * 1,6•103 2 / 4) / 1,014112•106 + 0 / 0

= 0,6630182 ? 1

Заключение: Условие прочности выполнено

3.2 Днище эллиптическое №1

Расчёт на прочность и устойчивость по ГОСТ 14249-89

Исходные данные

Материал:	08Х18Н10Т
Внутр. диаметр, D:	1,6•103 мм
Толщина стенки днища, s1:	5 мм
Прибавка для компенсации коррозии и эрозии, c1:	1 мм
Прибавка для компенсации минусового допуска, c2:	0 мм
Прибавка технологическая, c3:	0 мм
Суммарная прибавка к толщине стенки, c:	1 мм
Высота днища, H:	350 мм
Длина отбортовки, h1:	100 мм

Радиус кривизны в вершине днища:

= 1,6•103 2 / (4 * 350)

= 1,828571•10³ мм

Коэффициент прочности сварного шва:

Расчёт в рабочих условиях

Результаты расчёта:

Допускаемые напряжения:

Допускаемые напряжения для материала 08Х18Н10Т при температуре t = 20 ^oC (рабочие условия):

[?]²⁰=

168 МПа

Модуль продольной упругости для материала 08Х18Н10Т при температуре 20 ^oC:

E²⁰=

2•10⁵ МПа

Днища, нагруженные внутренним избыточным давлением (п. 3.3.1.).

Расчётная толщина стенки с учётом прибавок:

=(0,2032301 * 1,828571•103 )/(2 * 168 * 1 - 0.5 * 0,2032301) + 1

= 2,106349 мм

Допускаемое давление:

=2 * 168 * 1 * (5 - 1) / (1,828571•103 +0.5 * ( 5 - 1))

= 0,734197 МПа

0,734197 МПа ? 0,2032301 МПа

Заключение: Условие прочности выполнено

3.3 Штуцер А

Расчёт прочности узла врезки штуцера

Исходные данные

Элемент:	Штуцер А
Условное обозначение (метка)	А
Элемент, несущий штуцер:	Днище эллиптическое
Тип элемента, несущего штуцер:	Днище эллиптическое
Тип штуцера:	Непроходящий без укрепления
Материал несущего элемента:	08Х18Н10Т
Толщина стенки несущего элемента, s:	5 мм
Сумма прибавок к стенке несущего элемента, c:	1 мм
Материал штуцера:	08Х18Н10Т
Внутренний диаметр штуцера, d:	50 мм
Толщина стенки штуцера, s1:	5 мм
Сумма прибавок к толщине стенки штуцера (включая коррозию), cs:	1 мм
Длина штуцера, l1:	160 мм

Расчётные параметры размещения штуцера:

Ближайший штуцер

Название штуцера:	Штуцер В
Расстояние до стенки ближайшего штуцера, b: (для наклонных штуцеров определяется приближенно)	409,1804 мм

Коэффициенты прочности сварных швов:

Расчётный диаметр выпуклого эллиптического днища:

=1,6•103 2 / (2 * 350) * (1 - 4 * (1,6•103 2 - 4*3502) * 02 / 1,6•103 4)1/2

= 3,657143•10³ мм

Расчёт в рабочих условиях

Условия нагружения:

Свойства материала элемента, несущего штуцер

Допускаемые напряжения для материала 08Х18Н10Т при температуре t = 20 ^oC (рабочие условия):

Модуль продольной упругости при температуре 20 ^oC:

Свойства материала штуцера

Допускаемые напряжения для материала 08Х18Н10Т при температуре t = 20 ^oC (рабочие условия):

Модуль продольной упругости при температуре 20 ^oC:

Расчётная толщина стенки штуцера:

=0,2221402 * (50 + 2 * 1) / (2 * 168 * 1 - 0,2221402)

= 0,03440158 мм

Допускаемое давление:

2 * 168 * 1 * (5 - 1) / (50 + 5 + 1)

=24 МПа

24 МПа ? 0,2221402 МПа

Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено

Расчёт укрепления отверстия по ГОСТ 24755-89

Расчётная толщина стенки несущего элемента:

s_p = 1,209326 мм

Условный расчётный диаметр отверстия:

Расчётный диаметр отверстия (смещённый штуцер на эллиптическом днище):

(50 + 2 * 1) / [1 - (2 * 0 / 3,657143•103 )2]1/2

= 52 мм

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления:

2 * ((5 - 1) / 1,209326 - 0.8) * (3,657143•103 * (5 - 1))1/2

= 606,5884 мм

d_p < d₀: Условие прочности выполнено

Расчетная длина внешней части штуцера:

= min{ 160; 1.25 * ((50 + 2 * 1) * (5 - 1))1/2}

= 18,02776 мм

Отношения допускаемых напряжений (п. 2.6)

Для внешней части штуцера:

min{1.0, 168 / 168}

= 1

Ширина зоны укрепления:

(3,657143•103 * (5 - 1))1/2

= 120,9486 мм

Расчетная ширина зоны укрепления:

= 120,9486 мм

Расчетный диаметр:

= 0.4 * (3,657143•103 * (5 - 1))1/2

= 48,37945 мм

min{1; [1 + (18,02776 * (5 - 1) * 1 + 0 * 0 * 0 + 0 * (0 - 1 - 0) * 1) / (120,9486 * (5 - 1))] / [1 + 0.5 * (52 - 48,37945) / 120,9486 + 2 * (50 + 2*1) / 3,657143•10³ * 1 / 1 * 18,02776 / 120,9486] = 1,1274}

= 1

2 * 2 * (5 - 1) * 1 * 168 * 1 / [3,657143•103 + (5 - 1) * 1]

= 0,734197 Мпа

Отверстие считается одиночным, если ближайшее к нему отверстие Штуцер В не оказывает на него влияния, т.е. расстояние между наружными поверхностями соответствующих штуцеров удовлетворяет условию:

= (3,657143•103 * (5 - 1))1/2 + (3,120357•103 * (5 - 1))1/2

= 232,669 мм

Условие выполнено, дальнейших расчётов укреплений не требуется.

Допускаемое давление [p] = 0,734197 МПа ? 0,2221402 МПа

Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено

3.4 Штуцер В

Расчёт прочности узла врезки штуцера

Исходные данные

Элемент:	Штуцер В
Условное обозначение (метка)	В
Элемент, несущий штуцер:	Днище эллиптическое
Тип элемента, несущего штуцер:	Днище эллиптическое
Тип штуцера:	Проходящий без укрепления

Материал несущего элемента:	08Х18Н10Т
Толщина стенки несущего элемента, s:	5 мм
Сумма прибавок к стенке несущего элемента, c:	1 мм
Материал штуцера:	08Х18Н10Т
Внутренний диаметр штуцера, d:	50 мм
Толщина стенки штуцера, s1:	5 мм
Сумма прибавок к толщине стенки штуцера (включая коррозию), cs:	1 мм
Длина штуцера, l1:	160 мм

Расчётные параметры размещения штуцера:

Ближайший штуцер

Название штуцера:	Штуцер А
Расстояние до стенки ближайшего штуцера, b: (для наклонных штуцеров определяется приближенно)	409,1804 мм

Коэффициенты прочности сварных швов:

Расчётный диаметр выпуклого эллиптического днища:

1,6•103 2 / (2 * 350) * (1 - 4 * (1,6•103 2 - 4*3502) * 4642 / 1,6•103 4)1/2

= 3,120357•10³ мм

Расчёт в рабочих условиях

Условия нагружения:

Расчётная температура, T:

20^oC

Расчётное внутреннее избыточное давление, p:

0,2217331МПа

Свойства материала элемента, несущего штуцер

Допускаемые напряжения для материала 08Х18Н10Т при температуре t = 20 ^oC (рабочие условия):

168 МПа

Модуль продольной упругости при температуре 20 ^oC:

E =2•10⁵ МПа

Свойства материала штуцера

Допускаемые напряжения для материала 08Х18Н10Т при температуре t = 20 ^oC (рабочие условия):

[?]²⁰₁=168 МПа

Модуль продольной упругости при температуре 20 ^oC:

E₁ =2•10⁵ МПа

Расчётная толщина стенки штуцера:

0,2217331 * (50 + 2 * 1) / (2 * 168 * 1 - 0,2217331)

= 0,03433849 мм

Допускаемое давление:

2 * 168 * 1 * (5 - 1) / (50 + 5 + 1)

=24 МПа

24 МПа ? 0,2217331 МПа

Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено

Расчёт укрепления отверстия по ГОСТ 24755-89

Расчётная толщина стенки несущего элемента:

s_p = 1,207109 мм

Отношения допускаемых напряжений (п. 2.6)

Для внешней части штуцера:

Условный расчётный диаметр отверстия:

50 + 2 * 5 * (1 - 1)

= 50 мм

Расчётный диаметр отверстия (смещённый штуцер на эллиптическом днище):

(50 + 2 * 1) / [1 - (2 * 464 / 3,120357•103 )2]1/2

= 54,46438 мм

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления:

2 * ((5 - 1) / 1,207109 - 0.8) * (3,120357•103 * (5 - 1))1/2

= 561,6633 мм

d_p < d₀: Условие прочности выполнено

Расчетная длина внешней части штуцера:

min{ 160; 1.25 * ((50 + 2 * 1) * (5 - 1))1/2}

= 18,02776 мм

Расчетная длина внутренней части штуцера:

min{ 142; 0.5 * ((50 + 2 * 1) * (5 - 1 - 0))1/2}

= 7,211103 мм

Ширина зоны укрепления:

(3,120357•103 * (5 - 1))1/2

= 111,7203 мм

Расчетная ширина зоны укрепления:

= 111,7203 мм

Расчетный диаметр:

0.4 * (3,120357•103 * (5 - 1))1/2

= 44,68813 мм

min{1; [1 + (18,02776 * (5 - 1) * 1 + 0 * 0 * 0 + 7,211103 * (5 - 1 - 0) * 1) / (111,7203 * (5 - 1))] / [1 + 0.5 * (54,46438 - 44,68813) / 111,7203 + 2 * (50 + 2*1) / 3,120357•10³ * 1 / 1 * 18,02776 / 111,7203] = 1,168501}

2 * 2 * (5 - 1) * 1 * 168 * 1 / [3,120357•103 + (5 - 1) * 1]

= 0,8603369 МПа

Отверстие считается одиночным, если ближайшее к нему отверстие Штуцер А не оказывает на него влияния, т.е. расстояние между наружными поверхностями соответствующих штуцеров удовлетворяет условию:

= (3,120357•103 * (5 - 1))1/2 + (3,657143•103 * (5 - 1))1/2

= 232,669 мм

Условие выполнено, дальнейших расчётов укреплений не требуется.

Допускаемое давление [p] = 0,8603369 МПа ? 0,2217331 МПа

Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено

3.5 Штуцер Ж

Расчёт прочности узла врезки штуцера

Исходные данные

Элемент:	Штуцер Ж
Условное обозначение (метка)	Ж
Элемент, несущий штуцер:	Днище эллиптическое
Тип элемента, несущего штуцер:	Днище эллиптическое
Тип штуцера:	Непроходящий без укрепления

Материал несущего элемента:	08Х18Н10Т
Толщина стенки несущего элемента, s:	5 мм
Сумма прибавок к стенке несущего элемента, c:	1 мм
Материал штуцера:	08Х18Н10Т
Внутренний диаметр штуцера, d:	25 мм
Толщина стенки штуцера, s1:	5 мм
Сумма прибавок к толщине стенки штуцера (включая коррозию), cs:	1 мм
Длина штуцера, l1:	160 мм

Ближайший штуцер

Название штуцера:	Штуцер Б
Расстояние до стенки ближайшего штуцера, b: (для наклонных штуцеров определяется приближенно)	475,4727 мм

Коэффициенты прочности сварных швов:

Расчётный диаметр выпуклого эллиптического днища:

1,6•103 2 / (2 * 350) * (1 - 4 * (1,6•103 2 - 4*3502) * 5042 / 1,6•103 4)1/2

= 3,013692•10³ мм

Расчёт в рабочих условиях

Условия нагружения:

Расчётная температура, T:

20^oC

Расчётное внутреннее избыточное давление, p:

0,2014939МПа

Свойства материала элемента, несущего штуцер

Допускаемые напряжения для материала 08Х18Н10Т при температуре t = 20 ^oC (рабочие условия):

[s]²⁰=168 МПа

Модуль продольной упругости при температуре 20 ^oC:

E =2•10⁵ МПа

Свойства материала штуцера

Допускаемые напряжения для материала 08Х18Н10Т при температуре t = 20 ^oC (рабочие условия):

[s]²⁰₁=168 МПа

Модуль продольной упругости при температуре 20 ^oC:

E₁ =2•10⁵ МПа

Расчётная толщина стенки штуцера:

=0,2014939 * (25 + 2 * 1) / (2 * 168 * 1 - 0,2014939)

= 0,01620119 мм

Допускаемое давление:

2 * 168 * 1 * (5 - 1) / (25 + 5 + 1)

=43,35484 МПа

43,35484 МПа і 0,2014939 МПа

Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено

Расчёт укрепления отверстия по ГОСТ 24755-89

Расчётная толщина стенки несущего элемента:

s_p = 1,096894 мм

Условный расчётный диаметр отверстия:

=25

= 25 мм

Расчётный диаметр отверстия (смещённый штуцер на эллиптическом днище):

=(25 + 2 * 1) / [1 - (2 * 504 / 3,013692•103 )2]1/2

= 28,6501 мм

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления:

= 2 * ((5 - 1) / 1,096894 - 0.8) * (3,013692•103 * (5 - 1))1/2

= 625,0934 мм

d_p < d₀: Условие прочности выполнено

Расчетная длина внешней части штуцера:

= min{ 160; 1.25 * ((25 + 2 * 1) * (5 - 1))1/2}

= 12,99038 мм

Отношения допускаемых напряжений (п. 2.6)

Для внешней части штуцера:

=min{1.0, 168 / 168}

Ширина зоны укрепления:

(3,013692•103 * (5 - 1))1/2

= 109,7942 мм

Расчетная ширина зоны укрепления:

= 109,7942 мм

Расчетный диаметр:

= 0.4 * (3,013692•103 * (5 - 1))1/2

= 43,91769 мм

min{1; [1 + (12,99038 * (5 - 1) * 1 + 0 * 0 * 0 + 0 * (0 - 1 - 0) * 1) / (109,7942 * (5 - 1))] / [1 + 0.5 * (28,6501 - 43,91769) / 109,7942 + 2 * (25 + 2*1) / 3,013692•10³ * 1 / 1 * 12,99038 / 109,7942] = 1,199148}

= 1

2 * 2 * (5 - 1) * 1 * 168 * 1 / [3,013692•103 + (5 - 1) * 1]

= 0,8907469 Мпа

Отверстие считается одиночным, если ближайшее к нему отверстие Штуцер №2 не оказывает на него влияния, т.е. расстояние между наружными поверхностями соответствующих штуцеров удовлетворяет условию:

(3,013692•103 * (5 - 1))1/2 + (3,657143•103 * (5 - 1))1/2

= 230,7428 мм

Условие выполнено, дальнейших расчётов укреплений не требуется.

Допускаемое давление [p] = 0,8907469 МПа і 0,2014939 МПа

Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено

3.6 Штуцер Б

Расчёт прочности узла врезки штуцера

Исходные данные

Элемент:	Штуцер Б
Условное обозначение (метка)	Б
Элемент, несущий штуцер:	Днище эллиптическое
Тип элемента, несущего штуцер:	Днище эллиптическое
Тип штуцера:	Проходящий без укрепления

Материал несущего элемента:	08Х18Н10Т
Толщина стенки несущего элемента, s:	5 мм
Сумма прибавок к стенке несущего элемента, c:	1 мм
Материал штуцера:	08Х18Н10Т
Внутренний диаметр штуцера, d:	25 мм
Толщина стенки штуцера, s1:	5 мм
Сумма прибавок к толщине стенки штуцера (включая коррозию), cs:	1 мм
Длина штуцера, l1:	160 мм

Ближайший штуцер

Название штуцера:

Штуцер Ж

Расстояние до стенки ближайшего

штуцера, b:

(для наклонных штуцеров

определяется приближенно)

475,4727 мм

Коэффициенты прочности сварных швов:

Расчётный диаметр выпуклого эллиптического днища:

1,6•103 2 / (2 * 350) * (1 - 4 * (1,6•103 2 - 4*3502) * 02 / 1,6•103 4)1/2

= 3,657143•10³ мм

Расчёт в рабочих условиях

Условия нагружения:

Расчётная температура, T:

20^oC

Расчётное внутреннее избыточное давление, p:

0,2010035МПа

Свойства материала элемента, несущего штуцер

Допускаемые напряжения для материала 08Х18Н10Т при температуре t = 20 ^oC (рабочие условия):

[?]²⁰=168 МПа

Модуль продольной упругости при температуре 20 ^oC:

E =2•10⁵ МПа

Свойства материала штуцера

Допускаемые напряжения для материала 08Х18Н10Т при температуре t = 20 ^oC (рабочие условия):

[?]²⁰₁=168 МПа

Модуль продольной упругости при температуре 20 ^oC:

E₁ =2•10⁵ МПа

Расчётная толщина стенки штуцера:

0,2010035 * (25 + 2 * 1) / (2 * 168 * 1 - 0,2010035)

= 0,01616174 мм

Допускаемое давление:

2 * 168 * 1 * (5 - 1) / (25 + 5 + 1)

=43,35484 МПа

43,35484 МПа ? 0,2010035 МПа

Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено

Расчёт укрепления отверстия по ГОСТ 24755-89

Расчётная толщина стенки несущего элемента:

s_p = 1,094224 мм

Отношения допускаемых напряжений (п. 2.6)

Для внешней части штуцера:

min{1.0, 168 / 168}

= 1

Условный расчётный диаметр отверстия:

=25 + 2 * 5 * (1 - 1)

= 25 мм

Расчётный диаметр отверстия (смещённый штуцер на эллиптическом днище):

(25 + 2 * 1) / [1 - (2 * 0 / 3,657143•103 )2]1/2

= 27 мм

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления:

2 * ((5 - 1) / 1,094224 - 0.8) * (3,657143•103 * (5 - 1))1/2

= 690,7518 мм

d_p < d₀: Условие прочности выполнено

Расчетная длина внешней части штуцера:

min{ 160; 1.25 * ((25 + 2 * 1) * (5 - 1))1/2}

= 12,99038 мм

Расчетная длина внутренней части штуцера:

= min{ 0; 0.5 * ((25 + 2 * 1) * (5 - 1 - 0))1/2}

= 0 мм

Ширина зоны укрепления:

(3,657143•103 * (5 - 1))1/2

= 120,9486 мм

Расчетная ширина зоны укрепления:

= 120,9486 мм

Расчетный диаметр:

0.4 * (3,657143•103 * (5 - 1))1/2

= 48,37945 мм

min{1; [1 + (12,99038 * (5 - 1) * 1 + 0 * 0 * 0 + 0 * (5 - 1 - 0) * 1) / (120,9486 * (5 - 1))] / [1 + 0.5 * (27 - 48,37945) / 120,9486 + 2 * (25 + 2*1) / 3,657143•10³ * 1 / 1 * 12,99038 / 120,9486] = 1,212659}

=2 * 2 * (5 - 1) * 1 * 168 * 1 / [3,657143•103 + (5 - 1) * 1]

= 0,734197 Мпа

Отверстие считается одиночным, если ближайшее к нему отверстие Штуцер №4 не оказывает на него влияния, т.е. расстояние между наружными поверхностями соответствующих штуцеров удовлетворяет условию:

(3,657143•103 * (5 - 1))1/2 + (3,013692•103 * (5 - 1))1/2

= 230,7428 мм

Условие выполнено, дальнейших расчётов укреплений не требуется.

Допускаемое давление [p] = 0,734197 МПа ? 0,2010035 МПа

Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено

3.7 Штуцер Г

Исходные данные

Элемент:	Штуцер Г
Условное обозначение (метка)	Г
Элемент, несущий штуцер:	Обечайка цилиндрическая
Тип элемента, несущего штуцер:	Обечайка цилиндрическая
Тип штуцера:	Непроходящий без укрепления

Материал несущего элемента:	08Х18Н10Т
Толщина стенки несущего элемента, s:	3 мм
Сумма прибавок к стенке несущего элемента, c:	1,8 мм
Материал штуцера:	08Х18Н10Т
Внутренний диаметр штуцера, d:	25 мм
Толщина стенки штуцера, s1:	3 мм
Сумма прибавок к толщине стенки штуцера (включая коррозию), cs:	2 мм
Длина штуцера, l1:	150 мм

Коэффициенты прочности сварных швов:

Расчётный диаметр цилиндрической обечайки:

= 1,6•10³ мм

Расчёт в рабочих условиях

Условия нагружения:

Расчётная температура, T:

20^oC

Расчётное внутреннее избыточное давление, p:

0,2142061МПа

Свойства материала элемента, несущего штуцер

Допускаемые напряжения для материала 08Х18Н10Т при температуре t = 20 ^oC (рабочие условия):

[?]²⁰=168 МПа

Модуль продольной упругости при температуре 20 ^oC:

E =2•10⁵ МПа

Свойства материала штуцера

Допускаемые напряжения для материала 08Х18Н10Т при температуре t = 20 ^oC (рабочие условия):

[?]²⁰₁=168 МПа

Модуль продольной упругости при температуре 20 ^oC:

E₁ =2•10⁵ МПа

Расчётная толщина стенки штуцера:

0,2142061 * (25 + 2 * 2) / (2 * 168 * 1 - 0,2142061)

= 0,01849982 мм

Допускаемое давление:

2 * 168 * 1 * (3 - 2) / (25 + 3 + 2)

=11,2 МПа

11,2 МПа ? 0,2142061 МПа

Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено

Расчёт укрепления отверстия по ГОСТ 24755-89

Расчётная толщина стенки несущего элемента:

s_p = 1,02068 мм

Условный расчётный диаметр отверстия:

=25

= 25 мм

Расчётный диаметр отверстия (ось штуцера совпадает с нормалью к поверхности в центре отверстия)

=25 + 2 * 2

= 29 мм

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления:

2 * ((3 - 1,8) / 1,02068 - 0.8) * (1,6•103 * (3 - 1,8))1/2

= 32,92358 мм

d_p < d₀: Условие прочности выполнено

Расчетная длина внешней части штуцера:

= min{ 150; 1.25 * ((25 + 2 * 2) * (3 - 2))1/2}

= 6,731456 мм

Отношения допускаемых напряжений (п. 2.6)

Для внешней части штуцера:

min{1.0, 168 / 168}

= 1

Ширина зоны укрепления:

= (1,6•103 * (3 - 1,8))1/2

= 43,8178 мм

Расчетная ширина зоны укрепления:

= 43,8178 мм

Расчетный диаметр:

0.4 * (1,6•103 * (3 - 1,8))1/2

= 17,52712 мм

min{1; [1 + (6,731456 * (3 - 2) * 1 + 0 * 0 * 0 + 0 * (0 - 2 - 0) * 1) / (43,8178 * (3 - 1,8))] / [1 + 0.5 * (29 - 17,52712) / 43,8178 + 1 * (25 + 2*2) / 1,6•10³ * 1 / 1 * 6,731456 / 43,8178] = 0,9949896}

= 0,9949896

=2 * 1 * (3 - 1,8) * 1 * 168 * 0,9949896 / [1,6•103 + (3 - 1,8) * 0,9949896]

= 0,2505504 МПа

Допускаемое давление [p] = 0,2505504 МПа ? 0,2142061 МПа

Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено

3.8 Расчет на статическую прочность вала насоса

Расчет на статическую прочность. Расчет на прочность производится с помощью программных средств сайта sopromat.org

Длины участков для расчетных схем вала:

L1 = 74 мм; L2 = 134 мм; L3 = 102 мм.

Расчетная схема вала для построения эпюры Mx:

Эпюра Mx:

Расчетная схема вала для построения эпюры My:

Эпюра My:

Расчетная схема вала для построения эпюры N:

Эпюра N (осевые факторы):

Расчетная схема вала для построения эпюры Mкр:

Эпюра Mкр:

Очевидно, что опасным является место зубчатого зацепления, в котором действуют все виды внутренних факторов. Рассмотрим его:

Mx = 2860385 Н•мм;

My = 4767308 Н•мм;

F = 10000 Н;

Mк = 50 Н•м;

Mmax = 13343013.2 Н•мм;

Fmax = 2.4 • 10000 = 24000 Н;

Mкmax = 2.4 • 50 = 120 Н•м.

Расчетный диаметр в сечении вала-шестерни: d = 42 мм.

W = 7273.57 мм3;

Wк = 14547.14 мм3;

A = 1385.44 мм2.

у = 1851.77 МПа;

ф = 8.25 МПа.

Частные коэффициенты запаса:

STу = 0.29;

STф = 35.15;

Общий коэффициент запаса:

ST =0.29.

4. Охрана труда и окружающей среды

Охрана труда - система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности. На предприятиях внедрена система управления охраной труда (СУОТ) согласно которой каждый работник предприятия имеет свои права и обязанности в этой системе. В целом за состояние охраны труда на предприятии отвечает генеральный директор, в том числе по подразделениям - руководитель этого подразделения. За охрану труда на участке отвечает начальник участка (мастер). Все работники, устраиваемые на работу на предприятие, в обязательном порядке проходят медкоммисию на профпригодность и вводный инструктаж по охране труда и ТБ. План инструктажа утверждён главным инженером предприятия, затем работник проходит первичный инструктаж на рабочем месте, который проводиться мастером или начальником. В ходе вводного инструктажа работника знакомят в целом с объектами предприятии, опасными основными факторами на предприятии, состоянием охраны труда и ТБ на предприятии. При первичном инструктаже на рабочем месте работника знакомят с инструкциями по охране труда, по безопасной эксплуатации оборудования, СИЗ, и способами их применения, с опасными факторами на рабочем месте, с правилами внутреннего трудового распорядка. Рабочему бесплатно выдается спецодежда, обувь, СИЗ. Повторный инструктаж на рабочем месте осуществляется 1 раз в квартал до 10 числа каждого месяца квартала. Внеочередной инструктаж проводится на предприятии в случаи получения НТД от органов охраны труда; при несчастном случаи в подразделении, при установке нового оборудования или внедрения новой технологии. Целевой инструктаж проводится при выполнении какой-то конкретной работы: работы, относящихся к работам повышенной опасности, огневые работы, работы на высоте, внутри газовых котлов или сосудов, работающих под давлением. Начальник чеха и...