Разработка и проектирование конструкции пароварки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Белорусский национальный технический университет

Факультет маркетинга, менеджмента, предпринимательства

Кафедра «Торговое и рекламное оборудование»

Курсовая работа

по дисциплине «Климатическое оборудование торгового зала»

Тема: «Разработка и проектирование конструкции пароварки»

Исполнитель: студент ФММП, 4 курса, гр. 105081

Потрап Антон Витальевич

Руководитель: доктор технических наук, профессор

Маляренко Александр Дмитриевич

Минск 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Физические принципы работы нагревательных аппаратов

1.2 Классификация пищеварочного оборудования

1.3 Описание конструкции рассматриваемых аппаратов

1.4 Основные показатели качества

1.5 Анализ основных технических решений

2. РАСЧЕТЫ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ

2.1 Тепловой расчет аппарата

2.2 Расчеты основных элементов конструкции

2.3 Силовой расчет аппарата

3. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Описание конструкции

3.2 Проектирование отдельных элементов конструкции

3.3 Контрольная и регулирующая аппаратура

3.4 Описание электрической части

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Технологические основы производства и ремонта аппарата

4.2 Основные требования к производству и ремонту отдельных узлов аппарата

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение

На предприятиях общественного питания пароварки используются для приготовления здоровой пищи и предназначены для варки всевозможных блюд: каши, гарниры, десерты, блюда из мяса, рыбы, грибов, супы и даже пасту. Варка на пару - один из основных видов тепловой обработки пищевых продуктов. Однако он имеет одно явное преимущество перед всеми остальными видами - это сохранение в процессе приготовления пищи витаминов и других полезных веществ.

Основные технологические требования, предъявляемые к конструкциям варочных аппаратов сводятся к получению высококачественного готового продукта с максимальным сохранением пищевых (белков, жиров, углеводов), минеральных, экстрактивных веществ, витаминов при минимальных затратах теплоты.

Правильный выбор и эффективная эксплуатация пароварки позволяют повысить уровень обслуживания клиентов предприятий общественного питания, упростить труд обслуживающего персонала, снизить затраты физического труда, уменьшить потери сырья и удельные расходы энергии.

1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

пароварка работоспособность нагревательный ремонт

1.1 Физические принципы работы нагревательных аппаратов

В большинстве случаев при приготовлении пищи продукты варят, жарят, тушат, т.е. подвергают тепловой обработке. Под действием определенного количества тепла продукты изменяют физико-химические свойства: жиры плавятся, белки свертываются, меняется вкус, цвет, запах. Кроме того, под действием высокой температуры уничтожается в продуктах переработки болезнетворная микрофлора.

При тепловой обработке происходит естественный самопроизвольный переход тепла от его источника к нагреваемому продукту, поскольку источник тепла всегда более нагрет, чем продукт.

Источники тепла в аппаратах могут быть топливо, электроэнергия и теплоносители. На практике применяются в основном такие теплоносители, как водяной пар, вода, масло. Основные способы тепловой обработки пищевых продуктов -- варка и жарка. Варка продуктов может осуществляться несколькими способами, в жидкой среде, автоклавах и в сосудах с пониженным давлением. Для всех видов варки характерны две стадии, быстрый нагрев жидкой среды и слабый нагрев. В. некоторых случаях используют аккумулированное тепло и варку “острым паром”. Варка продуктов “острым паром” осуществляется в результате соприкосновения насыщенного пара с обрабатываемым продуктом.

Процесс жарки продуктов осуществляется без добавления жидкой среды. Жарку продуктов производят в неглубокой посуде -- сковороде и во фритюре, когда продукт полностью загружают в горячий жир.

На предприятиях общественного питания используют и вспомогательные способы тепловой обработки продуктов. К ним относятся: тушение, ошпаривание, опаливание, а также обработка продуктов сверх-высокочастотным и инфракрасным обогревом.

Передача тепла от одной среды к другой называется теплообменом. Различают два основных вида теплообмена: соприкосновением и излучением. Теплообмен соприкосновением заключается в том, что тепло от одного тела, более нагретого, передается другому, менее нагретому, непосредственно соприкосновением. Теплообмен излучением связан с двойным превращением энергии. Тепловая энергия более нагретой поверхности превращается в лучистую, которая проходит через пространство, попадая на более холодную поверхность вновь превращается в тепловую энергию. Такие передачи тепла происходят например, лампами инфракрасного излучения или приготовления шашлыка на мангале. Теплообмен в жидкостях и газах называется конвекцией. Это когда нижние слои жидкости нагреваются, поднимаясь вверх, переносят тепло, а менее нагретые слои опускаются вниз, т.е. происходит перемешивание нагретых и ненагретых слоев.

Теплообмен внутри тел называется теплопроводностью. Когда нагревается дно металлической посуды, быстро нагреваются и ее стенки, Посуда и аппараты, изготовленные из диэлектриков, имеют значительно меньший коэффициент теплопроводности, чем металлические.

Топливом в технике называют сложное органическое соединение, способное при горении выделить значительное количество тепловой энергии. По физическому состоянию топливо подразделяется на твердое, жидкое и газообразное. К твердому топливу относятся - дрова, торф, уголь и сланцы. К жидкому топливу относятся -- нефть и продукты ее переработки -- бензин, керосин, мазут и печное топливо. К газообразному топливу относятся - природный и искусственный газы. В состав топлива входят горючие и негорючие элементы. К горючим элементам относятся -- углерод, водород, сера. К негорючим элементам относятся -- азот, зола и влага. Кислород - не горючий элемент, но поддерживает процесс.

Твердое топливо. Уголь - является высококалорийным топливом, имеет большое содержание углерода, малое содержание влаги и незначительное количество летучих веществ.

Дрова из-за низкой теплоты сгорания, относятся к местному топливу. Выход летучих веществ большой, что дает хорошую воспламеняемость дров. Зольность древесины незначительная.

Торф -- это неполное разложение органических веществ растительного происхождения при избытке влаги и очень малом доступе воздуха.

Горючие сланцы -- это низкокалорийное топливо, применять рекомендуется после переработки и вблизи мест добычи.

Жидкое топливо -- основным вкладом жидкого топлива используют печной мазут, получаемый при переработке нефти. Он имеет большое содержание углерода и водорода. При сгорании имеет высокую теплоту сгорания.

Газообразное топливо -- как топливо, используются природные горючие и искусственные тазы, которые по своим качествам превосходят все остальные виды. Природные газы добывают из газовых месторождений или попутно из нефтяных месторождений. К искусственным газам относятся доменный, коксовый и сжиженный газ. Основным преимуществами газообразного топлива являются: высокий КПД газовых аппаратов, возможность использования автоматических устройств, регулирующих тепловой режим и обеспечивающий технику безопасности при работе газовых тепловых аппаратов. Использование газа улучшает культуру производства, санитарно-гигиенические условия работы, исключает загрязненность воздушного бассейна населенных пунктов копотью и дымом.

Газовое топливо обладает и отрицательными свойствами. В определенных отношениях с воздухом образует взрывоопасную смесь. Газ ядовит, и поэтому неправильное обращение с газом приводит к несчастным случаям.

Однако, наиболее удобным и гигиеническим является оборудование с электрическим обогревом. В настоящее время на предприятиях общественного питания более 90% всего теплового оборудования работает на электроэнергии. К преимуществам электрического оборудования, по сравнению с аппаратами, имеющими другие источники тепла, являются: простота обслуживания, хорошие санитарно-гигиенические условия труда и снижение пожарной опасности Возможность работы аппаратов в автоматическом режиме и более высокий КПД.

Процесс горения топлива основан на химической реакции соединения кислорода воздуха с горючими элементами топлива. Горением топлива называют процесс быстрого окисления горючей части топлива с выделением значительного количества тепла. Часть тепла затрачивается на поддержание высокой температуры топлива, без которой горение невозможно. Горение топлива возможно при условии достаточного притока к нему воздуха и нагрева топлива до температуры воспламенения. Горение топлива может быть полным или неполным. При неполном сгорании образуется угарный газ, и при этом выделяется не более 1/3 общего количества тепла, которое могло бы быть выделено при полном сгорании топлива. При полном сгорании углерод образует углекислоту, водород превращается в воду, при этом выделяется наибольшее количество тепла. Газ нужно сжигать только в состоянии движения. Если смесь газа с воздухом находится в покое, то сгорание происходит мгновенно, в виде взрыва. Важной качественной характеристикой топлива служит его теплота сгорания или теплотворная способность - количество тепла в ккал, которое выделяется одной весовой (1 кг) или объемной (1 куб. м) единицей топлива при полном сгорании. Теплота сгорания различных видов топлива неодинакова, поэтому для сопоставления различных видов топлива и решения вопроса о замене одного вида топлива другим, введено понятие 'условное топливо". Под "условным топливом" понимают такое топливо, теплота сгорания которого составляет 7000 к кал/кг.

Выбор наиболее экономичного вида топлива и соответствующего теплового аппарата для приготовления пищи является одним из эффективных путей снижения издержек и способствует удешевлению питания.

Организационно-технические мероприятия по экономии топлива, тепловой и электрической энергии разрабатываются на всех предприятиях общественного питания. Основными вопросами мероприятий по экономии топливно-энергетических ресурсов, являются:

· ведение контроля за рациональным и экономическим использованием топливно-энергетических ресурсов и разрезе каждого оборудования предприятия;

· систематический контроль за техническим состоянием оборудования;

· своевременное включение и выключение оборудования, имея в виду недопустимость их работы в нерабочее время,

· проведение систематической очистки парогенераторов, сосудов, трубок или змеевиков водонагревателей от накипеобразований;

· увеличение загрузки рабочих объемов оборудования при эксплуатации;

1.2 Классификация пищеварочного оборудования

По источникам тепла тепловое оборудование делится на электрическое, газовое, огневое и паровое.

Тепловые аппараты можно еще классифицировать по принципу действия -- непрерывного и периодического действия.

По степени автоматизации тепловые аппараты подразделяются на неавтоматизированные, контроль за которыми осуществляет обслуживающий работник, и автоматизированные, где контроль за безопасной работой и режимом тепловой обработки обеспечивает сам тепловой аппарат при помощи приборов автоматики.

На предприятиях общественного питания тепловое оборудование может использоваться как несекционное или секционное, модулированное.

Несекционное оборудование, это оборудование, которое различно по габаритам, конструктивному исполнению и архитектурному оформлению. Такое оборудование предназначено только для индивидуальной установки и работы с ним, без учета блокировки с другими видами оборудования. Несекционное оборудование для своей установки требует значительных производственных площадей, т.к. обслуживание такого оборудования осуществляется со всех сторон.

На все виды тепловых аппаратов разработаны и утверждены ГОСТы, которые являются обязательными для всех заводов и предприятий, связанных с выпуском или эксплуатацией оборудования.

ГОСТ указывает сведения аппарата: наименование аппарата и его Индексацию, параметры, требования ТБ, комплектность, а также требования к транспортировке, упаковке и хранению.

Все тепловые аппараты имеют буквенно-цифровую индексацию, первая буква которой соответствует наименованию группы, к которой относится данный тепловой аппарат. Например: котел - К, шкаф - Ш, плита - П и т.д Вторая буква соответствует наименованию вида оборудования: пищеварочные - П, непрерывного действия - Н и т.д. Третья буква соответствует наименованию теплоносителя: электрические - Э, газовые - Г и т.д. Цифрами обозначают основные параметры теплового оборудования. Например: КПП-160 - котел пищеварочный, паровой, вместимостью 160 л.

1.3 Описание конструкции рассматриваемых аппаратов

Простейшим устройством, позволяющим готовить на пару, является обыкновенная кастрюля с паровой корзиной -- эту импровизированную пароварку можно соорудить самостоятельно, вставив в кастрюлю обыкновенное сито или дуршлаг. Когда специальных приборов для приготовления пищи на пару не было, хозяйкам приходилось обходиться такими самоделками. Но с изобретением электрических пароварок готовить стало намного проще и приятнее.

Пароварка -- довольно простой прибор. Основание - самая главная часть пароварки, содержащая нагревательный элемент, электрическую «начинку» и подключаемая к сети, в которую встроена емкость для воды, где нагревательный элемент доводит ее до кипения. На передней стороне основания расположена панель управления. Сверху устанавливается одна или несколько паровых корзин, верхняя из которых закрывается крышкой -- это позволит одновременно готовить несколько блюд. Сок, стекающий с продуктов в процессе приготовления, собирается в специальный поддон.

Большинство пароварок имеет механический тип управления: время работы прибора устанавливается с помощью поворотного переключателя-таймера. Основное преимущество такого типа управления заключается в том, что включить пароварку и установить нужное время приготовления можно очень быстро -- буквально одним движением.

Модели пароварок с электронным управлением имеют кнопочную панель и небольшое табло, на котором отображаются выбранные вами программы приготовления пищи. Эти пароварки, как правило, более функциональны.

Стоит, отметить, что наряду с множеством преимуществ, у пароварок с электронным типом управления есть небольшой недостаток: чтобы их включить, требуется время и внимание, так как придется не только повернуть ручку, а несколько раз нажать на разные кнопки, обращая при этом внимание на то, что отображает дисплей.

Чтобы пароварка нормально функционировала, нагревательный элемент должен быть погружен в воду полностью или, по крайней мере, наполовину.

У многих моделей корзины имеют разный диаметр дна, и благодаря этому их можно вставлять одну в другую. Это удобно при хранении. Корзины большинства моделей изготовлены из прозрачной пластмассы. На первый взгляд это кажется удобным -- можно, не открывая крышку, оценивать степень готовности продуктов. Однако в процессе готовки корзины так сильно запотевают, что увидеть снаружи то, что происходит внутри, вряд ли получится.

1.4 Основные показатели качества

Основными показателями качества пароварок являются:

· Потребляемая мощность - насколько быстро и качественно будет приготовлено блюдо, во многом зависит от потребляемой мощности прибора, но необходимо помнить, что мощный электроприбор требует современной электропроводки, поэтому если провод не будет медным и нужного сечения, то прибор грозит не только короткими замыканиями и выбиванием «пробок», но и реальным пожаром.

· Энергопотребление - это та характеристика, которая по мере неуклонного удорожания электроэнергии становится все более актуальной.

· Удобство пользования - показатель, влияющий на отношение человека (сотрудника) к данному прибору, а также на скорость приготовления пищи. Если пароварка будет удобна в использовании, то сотрудник, который готовит на ней пищу, будет делать это с удовольствием, не испытывая напряженность при работе с прибором. Удобно, если имеется индикатор, позволяющий следить за уровнем воды, и техническое решение пароварки обеспечивает возможность по мере необходимости доливать воду, не отключая прибор от электросети и не открывая крышку. Органы управления должны быть восприимчивы к прикосновениям, легко поворачиваться-переключаться

· Приготовление пищи - главный показатель качества пароварки. Варка на пару -- очень деликатный способ термообработки. Пища не подвергается воздействию очень высокой температуры, как при жарении или запекании. Благодаря этому в продуктах сохраняется намного больше витаминов. На пару можно готовить очень легкие низкокалорийные блюда -- в пароварку не придется добавлять никакого жира. Кроме того, обработка паром не приводит к образованию опасных для здоровья соединений -- канцерогенов.

· Приготовление пищи на пару выигрывает также перед варкой и тушением: Хотя при этих способах обработки температура не поднимается выше 100C, однако многие водорастворимые соединения, например некоторые витамины, микроэлементы и др. переходят в отвар. И даже если этот бульон потом не сливать, многие полезные вещества в растворенном виде быстро разрушаются. Паровая диета показана при многих заболеваниях сердечно-сосудистой системы, болезнях желудочно-кишечного тракта, аллергии и пр.

· Надежность -- это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования (ГОСТ 27.002--89. Надежность включает свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Показателями надежности являются вероятность безотказной работы, средняя наработка до отказа, интенсивность отказов и др. Для измерительных приборов важна точностная надежность, т. е. свойство сохранять точность измерения в заданных пределах в течение установленного времени при определенных условиях их эксплуатации.

· Безотказность -- свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени и наработки. Вероятность безотказной работы Р(t) -- вероятность того, что в заданном интервале времени t или в пределах заданной наработки не произойдет отказа в работе изделия.

· Долговечность -- свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Предельное состояние изделия определяется невозможностью дальнейшей эксплуатации вследствие неустранимого нарушения требований безопасности, неустранимого снижения эксплуатационных показателей и эффективности эксплуатации или нецелесообразности его восстановления. Показателями долговечности могут быть: назначенный ресурс, определяемый наработкой изделия, предельное состояние которого обусловлено достижением заданной наработки; назначенный срок службы -- срок службы изделия, предельное состояние которого обусловлено достижением заданной календарной продолжительности использования изделия по назначению.

· Ремонтопригодность -- свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

· Показатели технологичности характеризуют трудоемкость, материалоемкость и себестоимость изделия. Показатели стандартизации и унификации характеризуют соотношение продукции стандартными, унифицированными и оригинальными деталями, сборочными единицами, комплектами и комплексами. Показатели безопасности устанавливают требования по защите чело века в условиях аварийной ситуации, вызванной случайными нарушениями правил, изменением условий и режимов эксплуатации или потребления. Экологические показатели устанавливают требования по защите окружающей среды. Показатели транспортабельности включают вопросы упаковки, герметизации, крепления, погрузки, разгрузки, распаковывания и т. п., а также материальных и трудовых затрат на выполнение этих операций. Патентно-правовые показатели применяются при определении конкурентоспособности продукции.

1.5 Анализ основных технических решений

В работе [7] рассматривается компактная пароварка

Изобретение относится к устройствам для приготовления пищи на пару. Пароварка содержит варочный элемент с периферической боковой стенкой, который может быть размещен на цоколе в перевернутом положении. При этом периферическая боковая стенка, по меньшей мере, частично охватывает цоколь. При использовании нескольких варочных элементов варочные элементы вставляют друг в друга и размещают на цоколе в перевернутом положении. Технический результат направлен на создание пароварки с особенно компактной конфигурацией в сложенном состоянии.

Предлагаемое изобретение касается устройств для приготовления на пару («пароварок»).

Пароварки обычно содержат варочную камеру, расположенную на основании для производства водяного пара. Это основание может содержать или нет автономное средство нагревания воды. Варочная камера обычно содержит одну или несколько расположенных друг над другом варочных емкостей, закрытых крышкой. Эти варочные емкости содержат дно с отверстиями для прохода пара, а также периферическую боковую стенку. Дно варочной емкости может быть съемным, чтобы увеличить размер варочной камеры. Если требуется, специальный резервуар для сбора сока может быть размещен под варочной емкостью.



Рисунок 1 Компактная пароварка

Для того чтобы уменьшить габариты таких устройств, ранее использовали вставляемые друг в друга варочные емкости. Во время варки размер варочных емкостей в устройстве увеличивается от основания к верху устройства. В устройстве, сложенном после использования, порядок размещения варочных емкостей является обратным, т.е. их размер уменьшается от основания к верху. Такое расположение позволяет уменьшить высоту устройства после его складывания. Однако высота этого устройства в сложенном положении после использования превышает высоту подобного устройства, содержащего только одну варочную емкость.

Для более компактного размещения была предложена пароварка с устанавливаемыми один на другой варочными емкостями, в котором основание для производства пара может разместиться в самой маленькой варочной емкости. Однако недостатком такого технического решения является то, что в варочной емкости приходится размещать дно основания, обычно находящегося в контакте с рабочей поверхностью. Таким образом, приходится поднимать основание данного устройства, которое может еще содержать воду. Кроме того, шнур электропитания, выходящий из основания данного устройства, мешает такому размещению. Также нежелательно, что данное устройство в сложенном положении опирается на нижнюю часть варочной емкости. Такие технические решения являются неудобными с точки зрения размещения и очистки и могут вызвать гигиенические проблемы, если пользователь окажется недостаточно внимательным.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать пароварку с особенно компактной конфигурацией в сложенном состоянии.

Другая техническая задача этого изобретения состоит в том, чтобы создать пароварку с особенно компактной конфигурацией в сложенном состоянии, не требующую сложных манипуляций.

Еще одна задача изобретения состоит в том, чтобы создать пароварку с особенно компактной конфигурацией в сложенном состоянии, не требующую сложных операций по ее очистке.

Эти задачи решаются посредством пароварки, содержащей варочный элемент с периферической боковой стенкой, способный размещаться на цоколе, включающем основание для производства пара, на котором может устанавливаться резервуар для сбора сока и/или варочная опора, причем варочный элемент может быть размещен на цоколе в перевернутом положении, а упомянутая периферическая боковая стенка в этом случае по меньшей мере частично охватывает цоколь. Такое конструктивное решение позволяет получить особенно компактную конфигурацию в сложенном состоянии. Кроме того, в данном случае пользователю не требуется совершать манипуляций с цоколем пароварки для получения этой конфигурации. Упомянутый варочный элемент может содержать дно для образования варочной емкости. При этом дно варочного элемента может быть съемным. Варочный элемент также может не иметь дна. Варочная опора располагается между варочным элементом и основанием для производства пара. Варочная опора может занимать очень малую высоту.

Предпочтительно, варочный элемент содержит дно, опирающееся на цоколь, когда варочный элемент расположен на цоколе в перевернутом положении. Такое расположение позволяет исключить контакт боковых стенок варочного элемента с рабочей поверхностью. Это расположение позволяет также исключить заклинивание боковых стенок варочного элемента в боковых стенках цоколя пароварки. При этом варочный элемент образует варочную емкость.

Предпочтительно, предлагаемая пароварка может содержать несколько установленных друг на друга варочных элементов, каждый из которых содержит боковую периферийную стенку, причем эти варочные элементы могут вставляться друг в друга для получения компактной конструкции в сложенном состоянии. При этом наименьший варочный элемент располагают на цоколе пароварки, а другие варочные элементы устанавливают поверх него и по мере увеличения их размера. Варочный элемент, расположенный в самом верхнем положении, представляет собой наибольший варочный элемент. Эти варочные элементы могут входить в перевернутом положении друг в друга для компактного складывания пароварки.

Предпочтительно, предлагаемая пароварка содержит крышку для закрывания варочного элемента, наиболее удаленного от цоколя, причем крышка содержит юбку, способную охватывать нижнюю часть периферической боковой стенки упомянутого варочного элемента, когда он расположен в перевернутом положении. Такое выполнение позволяет защитить дно верхнего перевернутого варочного элемента, установленного на другой варочный элемент, или дно единственного варочного элемента, установленного на цоколе пароварки, при сохранении приемлемой компактности. Кроме того, такая конструкция позволяет исключить попадание пыли в один или более варочных элементов, а также исключить ее попадание внутрь цоколя.

Предпочтительно, для лучшей устойчивости упомянутой крышки ее юбка опирается на нижнюю часть боковой периферической стенки упомянутого верхнего варочного элемента, расположенного в перевернутом положении.

Предпочтительно также резервуар для сбора сока содержит боковые углубления, для облегчения его захвата.

Предпочтительно также упомянутые средства для захвата расположены на верхней части одного или нескольких варочных элементов. Такое выполнение позволяет сохранить компактность сложенной стопки варочных элементов, облегчая захват одного или нескольких из них. Предпочтительно также, упомянутый цоколь содержит съемное устройство для заполнения. Это позволяет совместить компактность сложенной пароварки с легкостью ее заполнения водой.

Предпочтительно, упомянутое съемное устройство для заполнения расположено под резервуаром для сбора сока. Это позволяет обеспечить лучшую компактность, чем размещение в нагревающем основании. Действительно, при его размещении под резервуаром для сбора сока, это устройство занимает только часть поверхности этого резервуара, тогда как при его размещении внутри нагревающего основания вся поверхность нагревающего основания должна быть поднята на определенную высоту для исключения проблем герметичности, затрудняющих заполнение до уровня размещения съемного устройства для заполнения. Вследствие этого, при одинаковой емкости для воды, размещение съемного устройства для заполнения под резервуаром для сбора сока позволяет обеспечить несколько меньшую высоту.

Также предпочтительно, съемное устройство для заполнения расположено под приподнятым участком дна резервуара для сбора сока. Такое техническое решение позволяет оптимизировать габариты упомянутого резервуара, не ограничивая при этом его вместимость.

В соответствии с предпочтительным вариантом съемное устройство для заполнения содержит заслонку, размещенную под дном резервуара для сбора сока.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом съемное устройство для заполнения может содержать подвижную боковую стенку, образующую желоб для заполнения. Эта боковая стенка может быть подвижной, например, относительно горизонтальной оси вращения.

Также, предпочтительно, эта заслонка установлена с возможностью поворота относительно оси вращения под дном резервуара для сбора сока. Также могут быть рассмотрены и другие варианты, например, заслонка, установленная с возможностью скольжения.

Предпочтительно, кольцевая наружная боковая стенка упомянутого цоколя охватывает чашу для риса, расположенную в перевернутом положении на цоколе. Такое размещение позволяет сохранить хорошую компактность пароварки в собранном состоянии, несмотря на размещение дополнительного оборудования.

Также, предпочтительно, указанная чаша для риса содержит ручку, размещенную выше приподнятого участка дна резервуара для сбора сока. Такое выполнение позволяет совместить компактность и простоту захвата.

Также, предпочтительно, для облегчения установки устройства для заполнения упомянутая выше ручка выступает из боковой поверхности чаши для риса, боковая поверхность которой является изогнутой внутрь этой чаши для риса.

Согласно варианту выполнения, варочный элемент, размещенный в перевернутом положении на цоколе, опирается на чашу для риса.

Также, предпочтительно, упомянутое основание содержит средства для захвата.

В работе [8] рассматривается ТЭН с защитой от первичной накипи

ТЭНы с собственной защитой от первичной накипи относятся к области теплотехники и обладают свойством предупреждения образования солевых отложений (накипи) на его оболочке при нагреве и кипячении воды. ТЭН может быть использован при производстве различных электрических водонагревателей, использующих ТЭНы. Изобретение обеспечивает повышенный срок службы ТЭНов с существенным увеличением температуры их применения. ТЭН с собственной защитой от первичной накипи содержит нагревательный элемент в виде изогнутой спирали, концы которой соединены с контактными стержнями, запрессованной вместе с ними и наполнителем в ферромагнитную оболочку, герметизированную в торцах и снабженную на концах электрическими изоляторами и элементами крепления к корпусу водонагревателя, и генератор магнитного поля, в качестве которого используется спираль нагревательного элемента, указанная спираль нагревательного элемента выполнена, по крайней мере, из двух смежных одинаковых секций, смежные секции спирали имеют противоположные направления навивки. В другом варианте исполнения смежные секции имеют одинаковые направления навивки и отделены друг от друга прямолинейным или зигзагообразно изогнутым участком из того же проводника, что и спираль. Внутрь витков каждой из секций спирали введен ферромагнитный прямолинейный стержень.



Рисунок 2 ТЭН с защитой от первичной накипи

Изобретение относится к области теплотехники и предназначено для предупреждения образования солевых отложений (накипи) на оболочках трубчатых электронагревателей (ТЭНов) при нагреве и кипячении воды, а также может быть использовано при производстве различных электрических водонагревателей, использующих ТЭНы.

Первичная накипь, образующаяся на оболочках ТЭНов, в 3-5 раз уменьшает срок их службы за счет перегрева их спиралей и оболочек. Особенно большие проблемы с первичной накипью возникают при непрерывном нагреве и кипячении жесткой проточной воды, когда скорость ее образования на оболочках достигает 0,2-0,4 мм в сутки, а срок службы ТЭНов не превышает одного месяца.

Для оболочек ТЭНов (малых поверхностей нагрева) задача борьбы с первичной накипью решается в промышленности не так часто и в основном за счет предварительной химической водоподготовки или магнитной обработки воды. Но эта проблема сегодня становится актуальной, т.к. в последние годы резко увеличивается количество потребителей, использующих электроэнергию для нагрева и кипячения воды в бытовых и промышленных условиях. Поэтому решение проблемы защиты оболочек ТЭНов от первичной накипи с начала их эксплуатации без дополнительного сложного оборудования водоподготовки, а за счет простых электротехнических устройств, позволило бы в несколько раз увеличить срок их службы, сэкономить сотни миллионов киловатт электроэнергии и уменьшить влияние на природу.

В работе [9] рассматривается Термовыключатель ТЭНа

Изобретение - термовыключатель предназначено для обеспечения безопасной работы ТЭНа у потребителя. Основным рабочим органом термовыключателя является плавкая вставка. Она расположена в изолирующей трубке. Термостойкие упругие шайбы обеспечивают центровку плавкой вставки в корпусе ТЭНа. Центрирующие шайбы после прокатки ТЭНа на станке находятся в напряженном состоянии и при расплавлении плавкой вставки, сжимаясь, обеспечивают разрыв электрической цепи сразу в двух местах и отключение ТЭНа. Соединение плавкой вставки с нагревательной и компенсирующей спиралями произведено путем обжатия витков на металле вставки, что обеспечивает надежный контакт как электрический, так и тепловой, влияя на надежность работы изобретения. Между нагревательной спиралью 5 и плавкой вставкой 1 нет дополнительных элементов, что обеспечивает улучшение условий теплопередачи к исполнительному органу - плавкой вставке. Для уменьшения теплопотерь в соединении плавкая вставка - контактный стержень у предлагаемого изобретения предусмотрена специальная компенсационная спираль, имеющая незначительную теплопроводность. У предлагаемого изобретения производится дополнительно механический разрыв расплавленного металла вставки двумя упругими шайбами, что обеспечивает надежность работы термовыключателя.



Рисунок 3 Термовыключатель ТЭНа

Область техники

Изобретение - термовыкпючатель ТЭНа (трубчатого электронагревателя) предназначен для отключения ТЭНа от источника электроэнергии при температуре рабочей поверхности оболочки, превышающей номинальное значение, до момента его разрушения

Уровень техники

Прототипом изобретения является термовыключатель ТЭНа АООТ "Электросила" (см. Официальный бюллетень Комитета Российской Федерации по патентам и товарным знакам, 1995 г, №23, с.272, патент №2042285) Термовыключатель АООТ "Электросила" и предлагаемое изобретение предназначены для отключения ТЭНов при возникновении аварийных ситуаций, т.е. при перегреве оболочки до температур, превышающих номинальные значения.

Сущность изобретения

Изобретение - термовыключатель ТЭНа имеет следующее устройство. Рабочий орган - плавкая вставка 1 располагается внутри изолирующей трубки 2. С обеих сторон на концы плавкой вставки 1 установлены упругие центрирующие шайбы 3. К одному из концов плавкой вставки 1 подключена нагревательная спираль 5, к другому - компенсационная спираль 4. Обе и спирали противоположными от термовыключателя концами подключены к контактным стержням 6, которые служат для подключения к источнику электроэнергии. Вся конструкция, то есть: нагревательная спираль 5; термовыключатель, включающий в себя плавкую вставку 1, изолирующую трубку 2, упругие изолирующие шайбы 3 и компенсационную спираль 4; контактные стержни 6 - помещена в корпус ТЭНа 7, который заполнен специальным наполнителем 8.

После сборки указанным выше образом ТЭН пропущен через прокатный станок, чтобы уплотнить наполнитель.

Изобретение - термовыключатель работает следующим образом. При номинальном значении температуры рабочей поверхности оболочки корпуса ТЭНа плавкая вставка 1 постоянно находится в зоне температур, исключающих ее разрушение, т.к. окружающая среда обеспечивает нормальный теплоотвод, и она работает как простой проводник.

При возникновении аварийной ситуации, повышении температуры оболочки корпуса ТЭНа выше номинального значения, резко возрастает уровень тепловой энергии в зоне крепления нагревательной спирали 5 и плавкой вставки 1. В результате чего плавкая вставка 1 расплавляется, упругие центрирующие шайбы 3, которые после прокатки находятся в напряженном состоянии, разрывают расплавленный металл плавкой вставки 1 и ТЭН отключается от источника электрической энергии.

То, что в предлагаемом изобретении, в отличие от прототипа, отсутствует дополнительная деталь в соединении нагревательной спирали 5 с плавкой вставкой 1 (у прототипа нагревательную спираль крепят к специальному латунному наконечнику, с другой стороны к этому наконечнику крепят плавкую вставку), электрическое соединение плавкой вставки 1 и контактного стержня 6 осуществляют посредством компенсационной спирали 4, имеющей незначительное сечение и теплопроводность (у прототипа плавкая вставка крепится непосредственно к контактному стержню), способствует более быстрому распространению тепловой энергии от нагревательной спирали 5 к плавкой вставке 1, предотвращает ее потери на контактном стержне 6, а разрыв расплавленного металла плавкой вставки 1 производится в двух местах упругими центрирующими шайбами 3, обеспечивает более надежную работу термовыключателя в отличие от прототипа.

В работе [10] рассматривается ТЭН и способ его изготовления

Изобретение относится к трубчатым электронагревателям и способу их изготовления. Нагреватель содержит трубку, в которой размещены нагревательная спираль, камера с термовыключателем, по торцам которой установлены шайбы из слюдопласта. Трубка заполнена с обоих концов до камеры изоляционным наполнителем. Термовыключатель выполнен из легкоплавкого припоя с флюсом. Особенность изготовления состоит в том, что шайбу из слюдопласта выполняют диаметром, равным внутреннему диаметру необжатой трубки, а затем обжимают трубку до внешнего диаметра цилиндрической части камеры.

Изобретение относится к бытовым электронагревательным приборам.

Известен трубчатый электронагревательный элемент (1) с термовыключателем, содержащий трубку, в которой расположены нагревательная спираль, термовыключатель, выполненный в виде плавкой вставки, заключенной в камеру, и наполнитель.

Конструктивные особенности термовыключателя предусматривают применение его только в насыпных трубчатых электронагревательных элементах, получаемых способом заполнения трубчатого электронагревательного элемента наполнителем из изоляционного материала без дальнейшего обжатия на меньший диаметр. Для данных трубчатых электронагревательных элементов из-за низкой плотности наполнителя характерны большие потери тепловой энергии, более низкие электроизоляционные свойства, уменьшение срока службы. Кроме того, недостатком является сложность технического исполнения термовыключателя применительно к малогабаритным трубчатым электронагревательным элементам.

Известен трубчатый электронагревательный элемент (2) с установленным в нем термовыключателем в форме стержня, заключенным в камеру, соприкасающуюся внешней поверхностью с внутренней поверхностью трубки нагревателя и закрытую с торцов изоляционными шайбами. Трубка заполнена наполнителем. Термовыключатель контактирует с наполнителем с одной стороны.

Недостатком конструкции является то, что теплопередача к стержню при неправильной эксплуатации нагревательного элемента (перегреве) недостаточна, что ухудшает потребительские свойства изделия сказывается на эффективности срабатывания термовыключателя.

Известен способ изготовления трубчатого электронагревательного элемента [2] согласно котоpому нагревательную спираль помещают в трубку, с одного конца вводят камеру с термовыключателем и торцовыми шайбами, а с противоположного конца до камеры в трубку засыпают изоляционный наполнитель и обжимают трубку до внешнего диаметра цилиндрической части камеры.

Недостатком данного способа является невозможность размещения термовыключателя в контакте с изоляционным наполнителем с двух сторон, так как при обжатии трубчатого электронагревательного элемента термовыключатель выходит из строя. В связи с тем, что трубчатый электронагревательный элемент заполняют изоляционным наполнителем только с одной стороны и контактирует термовыключатель с наполнителем только с одной стороны, эффективность срабатывания термовыключателя значительно снижается.

Задачей изобретения является улучшение потребительских свойств.

Задача достигается за счет того, что в трубчатом электронагревательном элементе, содержащем трубку, в которой расположена нагревательная спираль, термовыключатель в форме стержня, заключенного в камеру, соприкасающуюся внешней боковой поверхностью с внутренней поверхностью трубки электронагревателя, с торцовых сторон снабженную шайбами из изоляционного материала, причем трубка заполнена изоляционным наполнителем от одного конца до камеры, шайбы выполнены из легкоразрушающегося материала, например слюдопласта, термовыключатель выполнен из легкоплавкого припоя с флюсом, а изоляционным наполнителем трубка заполнена и от другого конца камеры.

Задача достигается также за счет того, что по способу изготовления трубчатого электронагревательного элемента в трубку помещают нагревательную спираль, с одного конца вводят камеру с термовыключателем и торцовыми шайбами, а с противоположного конца до камеры в трубку засыпают изоляционный наполнитель и обжимают трубку до внешнего диаметра цилиндрической части камеры, причем указанные торцовые шайбы, разрушающиеся при обжатии, выполняют из легкоразрушающегося материала, например слюдопласта, диаметром, равным внутреннему диаметру необжатой трубки, а до обжатия засыпают трубку изоляционным наполнителем и от первого конца до камеры.

Трубчатый электронагревательный элемент содержит трубку 1, в которую встраивается нагревательная спираль 2 и термовыключатель в форме стержня, представляющий собой плавкую вставку 3, выполненную из припоя с флюсом, заключенную в камеру 4. Средняя часть камеры выполнена цилиндрической из изоляционного материала. Внутренний диаметр цилиндрической части камеры 4 больше диаметра стержня плавкой вставки 3, в результате в камере создается свободный объем 5, который с торцовых сторон ограничивается шайбами 6, выполненными из изоляционного материала (например, слюдопласт, миканит), который при приложении незначительных радиальных нагрузок разрушается, не деформируя плавкую вставку.

Наружный диаметр шайбы 6 равен внутреннему диаметру трубки 1 нагревателя до обжатия (фиг. 1). Внутренний диаметр шайбы 6 на 0,2-0,3 мм больше диаметра стержня плавкой вставки 3. Плавкая вставка проходит через шайбы 6, цилиндрическую камеру 4 и с помощью втулок 7 и 8 соединяется со спиралью 2 и выводом 11. Затем в трубку нагревателя с обеих сторон засыпается изоляционный материал наполнитель 9.

При такой конструкции термовыключателя образуется объем 10, свободный от наполнителя.

Рисунок 4 Трубчатый электронагреватель

В работе [11] рассматривается комплект посуды для приготовления пищи на пару.

Использование: в домашних условиях для приготовления пищи на пару. Сущность изобретения: комплект посуды состоит из полипропиленового корпуса с крышкой и вкладышем, толщина стенок всего комплекта составляет 1,5 - 2 мм. Количество рядов отверстий может меняться. Предлагаемое устройство является комплектом полипропиленовой посуды из трех предметов. Предназначено для приготовления паровым способом пищи: мяса, рыбы, овощей, пельменей.

Изобретение поясняется чертежом, где изображена плоскодонная кастрюля с ручками. На верхней половине боковой стенки сделаны 6 рядов отверстий диаметром 3 мм, интервал 10 мм. Отверстия 2, 4, 6 рядов смещены по горизонтали на 5 мм относительно 1-го ряда.



Рисунок 5 Посуда для приготовления пищи на пару

Габариты комплекта обуславливаются размерами диаметра конфорки бытовой электрической плиты. Размер наружного диаметра кастрюли зависит от диаметра конфорки. В зависимости от размеров конфорок комплект может быть изготовлен в нескольких модификациях.

Новизна конструкции состоит в совмещении сковороды с дуршлагом, т.е. двух предметов в один. Вкладыш (фиг. 3) выполнен в виде полуконической миски с опорным буртиком, отогнутым на 90^о относительно вертикальной оси. На верхней половине боковой стенки на высоте 15-20 мм от буртика сделана перфорация: 6 рядов отверстий диаметром 3 мм с интервалом 10 мм. Причем 2, 4, 6 ряды сверлятся со смещением на 5 мм по горизонтали, относительно 1-го ряда.

Принцип действия. На дно кастрюли наливается вода, доводится до кипения. В кастрюлю вставляется вкладыш с пищей, закрывается крышкой, подогревается. Пар, поступающий через отверстия, доводит пищу до готовности.

Комплект обеспечивает приготовление пищи паровым способом, где калории собственным соком не вывариваются в воду, а остаются на дне вкладыша, чем улучшают качество и вкус пищи. Равномерное поступление пара через шесть рядов отверстий ускоряет приготовление пищи по сравнению с жарением на сковороде на 1/4.

Комплект состоит из трех предметов, прост в эксплуатации, легко компонуется, легко моется. Может быть изготовлен из дешевых материалов. Вследствие этого может быть изготовлен серийно, что обеспечивает дешевизну изготовления. По сравнению с аналогом (Патент США N 3141455, 1984) комплект более констpуктивен и технологичен.

2. РАСЧЕТЫ ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ

2.1 Тепловой расчет аппарата

Тепловой расчет пароварки производится для нестационарного и стационарного режимов работы. В данном случае для нестационарного режима:

; (2.1)

где - полезно используемое тепло, Дж;

- потери тепла на нагрев окружающей среды, Дж;

- потери тепла на разогрев конструкции пароварки, Дж.

Полезно используемое тепло определяется:

; (2.2)

где - Максимальное количество воды в варочном сосуде при принятом коэффициенте заполнения, кг;

- теплоемкость воды, (Дж/(кг •°С)), = 4187 Дж/(кг •°С);

- конечная и начальная температура воды соответственно, °С. В проектируемой пароварке вода доводится до кипения т.е. °С, а начальная температура заливаемой воды в сосуд °С.

Максимальное количество воды в нагревочном сосуде при принятом коэффициенте заполнения

=0,81

для того, чтобы вода расширившись при нагревании, не переливалась через кромку варочного сосуда, заполняют содержимым на 80 - 90 %:

; (2.3)

где - плотность воды, кг/м³, при °С, , принимаю для простоты расчета;

- объем нагревочного сосуда проектируемой электрической пароварки, л.

Тогда максимальное количество воды в нагревочном сосуде:

кг.

Полезно используемое тепло:

Дж.

Потери тепла на нагрев окружающей среды:

; (2.4)

где - коэффициент теплоотдачи от i - го элемента наружной поверхности аппарата в окружающую среду, Вт/(м²•К);

- площадь i - го элемента наружной поверхности аппарата, м²;

- время работы аппарата, мин = 30 •60 = 1800 сек;

- средняя температура i - го элемента ограждения за период разогрева, °С;

- температура воздуха в помещении равная начальной температуре ограждений, °С.

Коэффициент теплоотдачи определяется:

; (2.5)

Cредняя температура i - го элемента ограждения за период разогрева:

; (2.6)

Cредняя температура для боковой поверхности пароварки:

°С.

Cредняя температура для поверхности крышки:

°С.

Тогда коэффициент теплоотдачи кожуха:

;

Коэффициент теплоотдачи крышки:

.

Боковая поверхность пароварки определяется как боковая поверхность цилиндра:

; (2.7)

м².

Поверхность крышки и верхней горизонтальной поверхности пароварки определяется как площадь круга:

 (2.8)

м².

Тогда потери тепла на нагрев окружающей среды:

Дж.

Потери тепла на разогрев конструкции пароварки определяется:

; (2.9)

где - масса, кг;

- теплоемкость материала, (Дж/(кг •°С);

- конечная и начальная температура соответственно, °С.

Потери тепла определяются на разогрев конструкции пароварки.

Данный сосуд выполнен из полипропилена плотность которого , а теплоемкость . Конечная температура .

Тогда масса варочного сосуда:

кг.

Крышка выполнена из полипропилена плотность которого , а теплоемкость . Температура на крышке пароварки .

Тогда масса крышки:

 кг.

Объем основания с ТЭНом определяется по следующей формуле:

(2.10)

Наружная поверхность пароварки выполнена из полипропилена, плотность которого , а теплоемкость . Температура воды в парогенераторе .

Тогда масса основания с ТЭНом:

кг.

Объем теплоизоляции определяется по следующей формуле:

м³; (2.11)

Теплоизоляция выполнена из альфоли плотность которого , а теплоемкость .

Тогда масса теплоизоляции:

кг.

Объем воды в парогенераторе определяется по следующей формуле:

 м³; (2.12)

Плотность воды , а теплоемкость . Температура воды в парогенераторе °С.

Тогда масса воды:

кг.

Тогда потери тепла на разогрев конструкции пароварки:

Тогда расход теплоты на нестационарный режим работы пароварки по формуле (1):

Дж.

2.2 Расчеты основных элементов конструкции

Необходимая площадь нагрева пароварки определяется:

; (2.13)

где Q - количество тепла, которое надо передать через поверхность нагрева в единицу времени;

к - коэффициент теплоотдачи для случая передачи теплоты от паровоздушной смеси к воде, К = 2900 Вт/(мІ•?С);

- время работы аппарата, мин = 30 •60 = 1800 сек;

- среднелогарифмическая разность температур.

Количество теплоты, переданное через поверхность нагрева:

; (2.14)

МДж.

Среднелогарифмическая разность температур определяется:

(2.15)

где - температура воды в парогенераторе, ?С;

, - начальная и конечная температура воды соответственно, ?С;

Тогда необходимая площадь нагрева:

Коэффициент полезного действия пароварки при нестационарном режиме работы определяется:

(2.16)

Таблица 1 Данные для расчета основных элементов конструкции

Показатели	Обозначение	Величина	Примечание
1	2	3	4
Коэффициент заполнения варочного сосуда		0,81	Для того, чтобы вода расширившись при нагревании, не переливалась через кромку варочного сосуда, заполняют содержимым на 80 - 90 %. В расчет принимаем =0,81
Максимальное количество воды в варочном сосуде при принятом коэффициенте заполнения, кг		2,46
Температура воздуха в помещении, °С		18
Время разогрева пароварки, мин		30
Температура на крышке пароварки при нестационарном режиме работы, °С		90
Размеры парогенератора:
диаметр, мм		100
высота, мм		20
Начальная температура воды, °С		20
Температура кипения воды в варочном сосуде, °С		100

Коэффициент теплоотдачи определяется:

; (2.17)

где t - температура внутренней поверхности изоляции, °С;

t - температура воздуха, °С.

.

Удельные потери тепла пароваркой:

; (2.18)

2.3 Силовой расчет аппарата

Мощность нагревательных элементов при нестационарном режиме работы пароварки:

; (2.19)

где - расход теплоты на нестационарный режим работы пароварки;

- время работы аппарата, мин = 30 •60 = 1800 сек;

кВт.

Учитывая мощность тэнов, принимаем рассчитанную мощность за максимальную кВт.

Тогда время разогрева составит:

; (2.20)

Для рассчитываемой пароварки максимальную мощность Р целесообразно принять равной 1,7 кВт.

Для расчета ТЭНа необходимо иметь сведения о его мощности Р, напряжении в электрической сети U, удельных нагрузках на поверхности трубки и поверхности спирали W_n.

...