Репозиторій ЧДТУ
Репозиторій ЧДТУ зберігає і дозволяє легкий і відкритий доступ до всіх видів цифрового контенту, включаючи текст, зображення, анімовані зображення, MPEG і набори даних
Дізнатися більше
Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/10173| Назва: | Вакуум-випарна установка для варіння ікри кабачкової |
| Автори: | Хандюк, Микола Васильович Погорілий, Анатолій Михайлович |
| Ключові слова: | Вакуум-випарний апарат;кабачкова ікра |
| Дата публікації: | 9-чер-2026 |
| Короткий огляд (реферат): | Мета КРБ полягає у: отриманні навиків конструювання вакуум-випарного апарату МЗС-320; аналізі і обґрунтуванні параметрів конструкції; отриманні навиків розрахунків параметрів шнекового транспортера Завдання роботи: аналіз ринку продукції; вивчення машинно-апаратурної схеми виробництва ікри кабачкової; вивчення кваліфікації закусочних і овочевих консервів; вивчення технічних вимог та умов на сировину, напівфабрикати і готову продукцію; вивчення процесу випарювання та конденсації у вакуум-випарних установках; вивчення класифікації випарних апаратів; вивчити конструкцію вакуумвипарного апарату МЗС-320; зробити розрахунок випарного апарату МЗС-320; розробити технологічний розділ виготовлення деталі муфта; розробити розділ з охорони праці. Об’єкт роботи. Процес варіння ікри кабачкової. Предмет роботи. Вирішення практичних завдань спрямованих на обґрунтування технологічного процесу варіння ікри кабачкової. |
| URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/10173 |
| Розташовується у зібраннях: | 133 Галузеве машинобудування (Обладнання харчових, торгівельних і машинобудівних підприємств) |
Файли цього матеріалу:
| Файл | Опис | Розмір | Формат | |
|---|---|---|---|---|
| КРБ Погорілий.pdf Restricted Access | Кваліфікаційна робота бакалавра (КРБ) складається з реферату, переліку умовних позначень, вступу, трьох розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. КРБ виконана на 86 сторінках, включає 148 формул, 11 рисунків, 13 таблиць, 18 літературних джерел та три додатки. | 1.61 MB | Adobe PDF | Переглянути/Відкрити Запит копії |
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
(повне найменування вищого навчального закладу)
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
(повна назва факультету)
Кафедра проектування харчових виробництв та верстатів нового покоління
(повна назва кафедри)
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА БАКАЛАВРА
на тему: ВАКУУМ-ВИПАРНА УСТАНОВКА ДЛЯ ВАРІННЯ ІКРИ КАБАЧКОВОЇ
Перший (бакалаврський)
(освітньо-кваліфікаційний рівень)
ГМск-22. 133026. 000. РПЗ
Виконав: здобувач вищої освіти групи ГМск-22
спеціальності 133 – Галузеве машинобудування
(шифр і назва спеціальності)
Обладнання харчових, торгівельних
і машинобудівних підприємств
(освітня програма)
Анатолій ПОГОРІЛИЙ
(ім’я та прізвище)
Керівник Микола ХАНДЮК
(ім’я та прізвище)
Рецензент Валентин ПОДА
(ім’я та прізвище)
Черкаси 2026
2
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
(повна назва факультету)
Кафедра проектування харчових виробництв та верстатів нового покоління
(повна назва кафедри)
Освітньо-кваліфікаційний рівень бакалавр
Спеціальність 133 «Галузеве машинобудування»
Спеціалізація «Обладнання харчових, торгівельних і машинобудівних підприємств»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
ЗАТВЕРДЖУЮ:
завідувач кафедри
Василь ОСИПЕНКО
(підпис ) (ім’я та прізвище)
« » 2026 року
ЗАВДАННЯ
на кваліфікаційну роботу бакалавра студенту
Анатолію ПОГОРІЛОМУ
(ім’я та прізвище)
1. Тема бакалавскої роботи: «Вакуум-випарна установка для варіння ікри кабачкової»
Керівник магістерської роботи: Микола ХАНДЮК, старший викладач
(ім’я та прізвище, науковий ступінь, вчене звання)
Затверджені наказом Черкаського державного технологічного університету від
«___»____________2026 року №_____
2. Строк подання студентом кваліфікаційної роботи бакалавра 12.06.2026 р.
3. Вихідні дані до кваліфікаційної роботи бакалавра: технологічні інструкції; робочі
інструкції; патенти; конструкторська документація, наукова та довідкова література
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно
розробити):
Реферат; перелік умовних позначень та скорочень, вступ;
Конструкторський розділ;
Технологічний розділ;
Розділ з охорони праці;
Загальні висновки, перелік використаних літературних джерел, додатки.
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)
Складальне креслення вакуум-випарного апарату МЗС-320;
Складальне креслення приводу вакуум-випарного апарату МЗС-320;
Функціональна та кінематична схема вакуум-випарного апарату МЗС-320 та
робоче креслення муфти;
Плакат методів обробки поверхні;
Плакат з охорони праці.
3
РЕФЕРАТ
Кваліфікаційна робота бакалавра (КРБ) складається з реферату, переліку
умовних позначень, вступу, трьох розділів, висновків, списку використаних джерел і
додатків. КРБ виконана на 86 сторінках, включає 148 формул, 11 рисунків, 13
таблиць, 18 літературних джерел та три додатки. Графічна частина складається з
трьох креслень та двох плакатів формату А1.
Мета КРБ полягає у: отриманні навиків конструювання вакуум-випарного
апарату МЗС-320; аналізі і обґрунтуванні параметрів конструкції; отриманні навиків
розрахунків параметрів шнекового транспортера
Завдання роботи: аналіз ринку продукції; вивчення машинно-апаратурної
схеми виробництва ікри кабачкової; вивчення кваліфікації закусочних і овочевих
консервів; вивчення технічних вимог та умов на сировину, напівфабрикати і готову
продукцію; вивчення процесу випарювання та конденсації у вакуум-випарних
установках; вивчення класифікації випарних апаратів; вивчити конструкцію вакуум-
випарного апарату МЗС-320; зробити розрахунок випарного апарату МЗС-320;
розробити технологічний розділ виготовлення деталі муфта; розробити розділ з
охорони праці.
Об’єкт роботи. Процес варіння ікри кабачкової.
Предмет роботи. Вирішення практичних завдань спрямованих на
обґрунтування технологічного процесу варіння ікри кабачкової.
Ключові слова: ВАКУУМ-ВИПАРНИЙ АПАРАТ, КАБАЧКОВА ІКРА,
ПРОДУКТИВНІСТЬ, МУФТА, ОХОРОНА ПРАЦІ.
4
ABSTRACT
The bachelor's qualification work (BQW) consists of an abstract, a list of symbols, an
introduction, three sections, conclusions, a list of sources used and appendices. The BQW
is made on 86 pages, includes 148 formulas, 11 figures, 13 tables, 18 literary sources and
three appendices. The graphic part consists of three drawings and two posters of A1 format.
Goal KRB consists of: acquiring skills in designing a vacuum evaporator MZS-320;
analyzing and justifying design parameters; acquiring skills in calculating screw conveyor
parameters
Job tasks: analysis of the product market; study of the machinery and equipment
scheme for the production of zucchini caviar; study of the qualification of snack and
vegetable canned goods; study of technical requirements and conditions for raw materials,
semi-finished products and finished products; study of the process of evaporation and
condensation in vacuum evaporation plants; study of the classification of evaporators;
study the design of the vacuum evaporator MZS-320; make a calculation of the evaporator
MZS-320; develop a technological section for the manufacture of a coupling part; develop
a section on labor protection.
Object of work. The process of cooking zucchini caviar.
Subject of work. Solving practical problems aimed at substantiating the technological
process of cooking zucchini caviar.
Keywords: VACUUM EVAPORATOR, ZUCCHINI CAVIAR, PRODUCTIVITY,
COUPLING, LABOR SAFETY.
5
ЗМІСТ
Перелік умовних позначень і скорочень………………………………………………..7
Вступ………………………………………………………………………………………8
РОЗДІЛ 1. КОНСТРУКТОРСЬКИЙ РОЗДІЛ……………………………………..…….9
1.1 Аналіз ринку продукції та обґрунтування вибору обладнання…………………9
1.2 Лінія виробництва овочевої ікри…………………………………………………11
1.2.1 Узагальнена машинно-апаратурна схема лінії……………………………..11
1.2.2 План варильної дільниці лінії виробництва кабачкової ікри………………13
1.3 Класифікація закусочних і овочевих консервів…………………………...……..15
1.3.1 Класифікація закусочних консервів………………………..………………..15
1.3.2 Класифікація овочевих консервів……………………………………………17
1.4 Технічні вимоги та умови на сировину, напівфабрикати і готову продукцію...18
1.5 Процес випарювання та конденсації у вакуум-випарних установках……...…..22
1.5.1 Сутність процесу випарювання в консервному виробництві……….…….22
1.5.2 Сутність процесу конденсації в консервному виробництві……………….26
1.6 Класифікація випарних апаратів……………………………………..…………..27
1.7 Вакуум-випарний апарат МЗС-320……………………………………….………29
1.8 Розрахунок вакуум-випарного апарату МЗС-320………………………………..35
1.8.1 Технологічний розрахунок вакуум-випарного апарату…………………….35
1.8.2 Кінематичний розрахунок приводу………………………………….………39
1.8.3 Розрахунок черв’ячної передачі………………………………………..……42
1.8.4 Розрахунок конденсатовідвідника…………………………………………..48
1.8.5 Тепловий розрахунок………………………………………...………..……..49
Висновки до розділу 1……………………………………………………………..….…53
РОЗДІЛ 2. ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗДІЛ…….……..…………………………………...54
2.1 Формулювання службового призначення……………………………….………54
2.2 Аналіз технологічності конструкції деталі………………………………..……..54
2.3 Вибір методів і кількості ступенів обробки поверхонь (МОП)……………..….55
2.4 Логічна оцінка варіантів МОД і вибір найбільш прийнятного…………………65
6
Висновки до розділу 2……………………………………………………………………66
РОЗДІЛ 3. ОХОРОНА ПРАЦІ…….………………..…………………………………...68
3.1 Небезпечні фактори при роботі теплових апаратів………………………….….68
3.2 Теплове (інфрачервоне) випромінювання……………………………………….68
3.3 Розробка теплоізоляції парової сорочки випарного апарату………….........….71
3.4 Розрахунок теплоізоляції парової сорочки…………………………….……..…79
3.5 Загальні правила безпеки для оператора вакуум-випарного апарату……...80
Висновок до розділу 3……………………………………………………………….….82
Загальні висновки……......................................................................................................84
Список використаних джерел……..................................................................................85
Додатки……………….……………………………….….................................................87
7
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ І СКОРОЧЕНЬ
ЧДТУ – Черкаський державний технологічний університет
КРБ –Кваліфікаційна робота бакалавра
РПЗ – Розрахунково-пояснювальна записка
ГМ – Галузеве машинобудування
МФК – Міжнародна фінансова корпорація (International Finance Corporation –
IFC)
МОП – Методи обробки поверхні
МОД – Методи обробки деталі
ISO – Абревіатура організації (International Organization for Standardization)
ДСТУ – Державний стандарт України
АПК – Агропромисловий комплекс
ККД – Коефіцієнт корисної дії
ЧВП – Черкаський виробничий підрозділ
ТОВ – Товариство з обмеженою відповідальністю
ГК – Група компаній
МОЗ – Міністерство охорони здоров’я
КМУ – Кабінет міністрів України
ОП – Охорона праці
AТ – Акціонерне товариство
ПЗВ – Пристрої захисного відключення
ЗІЗ – Засоби індивідуального захисту
ЗАО – Закрите акціонерне товариство
РПЗ – Розрахунково-пояснювальна записка
СР – Сухі речовини
ВА – Випарний апарат
БВУ – Багатокорпусна випарна установка
СЧ – сірий чавун
8
ВСТУП
Сучасний етап розвитку харчової промисловості України характеризується
масштабним технічним переозброєнням та інтенсифікацією виробничих процесів.
Впровадження високоефективних автоматизованих ліній, модернізація існуючих
потужностей та оптимізація допоміжних операцій є стратегічними напрямками
розвитку галузі. У контексті глобальних викликів, коли потреби споживачів у якісних
продуктах харчування зростають на тлі обмеженості енергетичних ресурсів,
особливої ваги набуває питання розробки та вдосконалення енергоощадного
технологічного обладнання.
Об’єктом дослідження є процес термічної обробки сировини у вакуум-випарній
установці МЗС-320, що входить до складу технологічної лінії з виробництва
кабачкової та баклажанної ікри.
Вибір саме вакуум-випарного апарата обумовлений його суттєвими
технологічними перевагами порівняно з традиційними варильними котлами
атмосферного типу. Процес випарювання у розрідженому середовищі дозволяє:
- Знизити температуру кипіння продукту, що запобігає термічній деградації
термолабільних сполук.
- Максимально зберегти біологічну цінність, зокрема вітамінний склад,
природний колір та автентичні органолептичні властивості овочевої суміші.
- Підвищити енергоефективність виробництва шляхом інтенсифікації
теплообміну та скорочення тривалості циклу варіння.
Метою бакалаврської роботи є аналіз роботи та модернізація вакуум-випарної
установки МЗС-320 з метою підвищення її продуктивності та оптимізації питомих
витрат енергоносіїв.
Для досягнення поставленої мети в роботі вирішуються такі завдання:
- Аналіз сучасного стану технології виробництва овочевих консервів.
- Проведення інженерних розрахунків параметрів роботи апарата МЗС-320.
- Обґрунтування конструктивних рішень, спрямованих на економію ресурсів та
покращення якості готової кабачкової ікри.
9
РОЗДІЛ 1
КОНСТРУКТОРСЬКИЙ РОЗДІЛ
1.1 Аналіз ринку продукції та обґрунтування вибору обладнання
Сучасний стан ринку переробки сільськогосподарської продукції
характеризується високим рівнем конкуренції та переходом до стратегічного
маркетингового управління. Нижче наведено ключові аспекти функціонування
галузі.
1. Конкурентне середовище та лідери ринку
Ринок чітко сегментований за продуктовими групами, де кожен із великих
гравців утримує лідерство у певній ніші:
- ГК «Верес»: один з лідерів у консервному виробництві (зелений горошок,
цукрова кукурудза, ікра кабачкова та баклажанна, гриби, кетчупи та ін.);
- ЗАТ «Чумак»: спеціалізація на томатній групі та кетчупах;
- ТМ «Ніжин»: домінування у сегменті консервованих огірків (за підтримки
логістичних потужностей компанії «Фоззі»);
- АТ «Волинь-Холдинг»: фокус на соусній групі (кетчупи);
- Регіональні заводи: Білоцерківський, Кам’янець-Подільський та інші
зберігають вузьку спеціалізацію на виробництві консервованого горошку;
2. Ключові проблеми галузі
Згідно з дослідженнями Міжнародної фінансової корпорації (МФК)
(International Finance Corporation – IFC) підприємства стикаються з двома критичними
бар’єрами:
- Технологічне старіння: понад 65 % виробників вважають зношеність основних
фондів головною перешкодою для розвитку. Це підтверджує актуальність вашої теми
щодо впровадження сучасних вакуум-випарних апаратів для виробництва ікри
кабачкової та баклажанної;
- Інвестиційний дефіцит: понад 75 % респондентів наголошують на гострій
потребі у залученні капіталу для модернізації виробництва.
10
3. Проблема сезонності та шляхи її подолання
Специфікою галузі є сезонний розрив між постачанням сировини та піками
споживчого попиту. Провідні компанії використовують три стратегії протидії:
- Диверсифікація асортименту: впровадження «всесезонних» продуктів
(майонези, гірчиця, соуси), що дозволяє завантажити потужності протягом усього
року;
- Ексклюзивність продукту: випуск товарів, попит на які не залежить від пори
року (наприклад зелений горошок, цукрова кукурудза, консервовані гриби);
- Вертикальна інтеграція: створення власних сировинних баз або тісна
кооперація з фермерами для стабілізації поставок.
4. Фактори успіху та прогноз розвитку
На основі аналізу стратегій успішних підприємств виділено наступні чинники
ефективності:
- Інтеграція: поєднання виробництва з торгівельними мережами;
- Маркетингова активність: перерозподіл бюджетів на користь медійної
реклами;
- Інтенсифікація: очікується, що ринок розвиватиметься не шляхом розширення
площ, а через впровадження високоефективних технологій переробки.
Враховуючи високу конкуренцію та вимоги до якості, використання вакуум-
випарної установки МЗС-320 для варіння ікри є стратегічно правильним кроком. Це
дозволяє підприємству не лише економити ресурси, а й випускати продукт, який за
своїми органолептичними показниками (колір, вітаміни) перевершує конкурентів, що
використовують традиційні відкриті методи варіння.
Структура пріоритетних напрямків розвитку підприємств консервної
промисловості зображені на рис. 1.1.
Оскільки аграрному виробництву притаманне таке явище як сезонність
виробничого процесу, то це не може не позначатися на діяльності переробних
аграрних підприємств. З іншого боку, для переробників фруктів та овочів існує також
сезонність попиту на продукцію. Отже, вони мають так спланувати свої дії, щоб
якнайменше відчути на собі (і своїх прибутках) вплив сезонності у постачанні
11
сировини та реалізації виробленої продукції. Аналіз досвіду боротьби з цими
явищами українських плодоовочевих переробних підприємств дозволить іншим
господарствам розробити свої заходи протидії сезонності.
Рисунок 1.1 – Пріоритетні напрямки розвитку переробних підприємств України
Групі компаній «Верес» у боротьбі з сезонністю попиту у першу чергу
допомагає розвиток всесезонних напрямків, а точніше продукції соусної групи:
майонезів, гірчиці, соусів, кетчупів.
1.2 Лінія виробництва овочевої ікри
1.2.1 Узагальнена машинно-апаратурна схема лінії
Потоково-механізована лінія виробництва кабачкової ікри являє собою
комплекс взаємопов’язаного обладнання, що забезпечує безперервний цикл
переробки сировини, термічну обробку та фасування готового продукту в герметичну
тару. Призначення лінії: виробництво ікри овочевої (кабачкової, гарбузової,
баклажанної та ін.).
Лінія потоково-механізована для виробництва ікри овочевої представлена на
рис. 1.2.
Основні етапи технологічного процесу на лінії можна розділити на три блоки:
І. Підготовче відділення;
ІІ. Теплова обробка та приготування;
ІІІ. Фасувально-пакувальне відділення.
12
1 2 3 4 5 6 8 17 18 20 21
7 9 11 12 13 14 22 23
10 15 16 19
1 – приймання сировини; 2 – машина для миття кабачків барабанно-щіткова ВК-
1. ПриймБанЩня сМиро;в и3н и–. елеватор-водовідділювач; 41 2–. Вреонтлиилякторвнаимйа шіиннсапдлеякмцитійтянзиелйе нті рВКа-нМБсВп1.ортер;
2. Машина для миття кабачків барабанно-щіточна ВК-БЩМ. 13. Машина для очищення цибулі від кожури ВК-КЧК.
5 – машина для нарізання кабачків; 6 – машина для бланшування ВК-КБА;7 –
3. Вологовідділювач. 14.Станція приготування тари.
4. Роликшовнийеікнсопвекиційн итйртарнанспоортретр.ер; 8 – машина для15 .пАовтдормаітбндоезунвналяьн о(-вноапвочвноююкч)и;й 9БЧ –-К ДмКі-с22т.кість для
5. Машина для нарізання кабачків К6-ФВПЗ-200. 16. Змішувач.
6. МапшеинраедмляішблауншвуавнаннняяВ; К1-К0Б А–. насос для дозуванн1я7.; З1ав1а н–та мжуавашльининйаш ндекл.я обробки коренеплодів;
7. Шн1ек2о в–ий втернантспиолртяетр.орна машина для миття зел18е.нЗіб;ір н1и3к- п–ід ігмріавашч дилня аікр ди.ля очищення цибулі від
8. Машина для подрібнення (вовчок) К6-ФВПЗ-200. ВК-КНМ 19. Насос для перекачування ікри.
9. Містккіостжьудлряип;е р1ем4іш у–в аснтняаВнКц-РіПя- 0п1.р10и. готування тар2и0;. Н1а5по в–н юавапча. рат дозувально-наповнюючий;
10. Насос1д6ля –д оззумваіншняу. вач; 17 – завантажувальний2 1ш. Авнтеокма;т 1д8ля –за зкрбуічрувнаниняк-БпЧ-іКд3іКг-8р9іАв.ач для ікри;
11. Машина для обробки коренеплодів. 22. Транспортер.
19 – насос для перекачування ікри; 20 – н2а3п. Ноавваннтюажвуавачч; а2вт1о к–ла ванвихтокомрзаинт бданлкяам из.акручування;
22 – транспортер; 23 – укладач банок в корзини.
Рисунок 1.2 – Потоково-механізована лінія виробництва овочевої ікри
На ділянці переробки кабачки і баклажани перекидачем контейнерів 1 (А9-
КДР) подаються в мийну машину 2 (Т1-КУМ-І або T1-КУМ-ІІІ) і елеватором для
відокремлення води 3 подаються на роликовий інспекційний транспортера 3 (КТВ),
де відбираються некондиційні плоди (битті, гнилі). Після інспекції сировина на
машині для нарізання 5 ріжеться на кружальця або на півкружальця (А9-КЛГ/2) і
елеватором подається в машину для бланшування 6 (ВК-КБА) або в паро-олійну піч
13
(АПМП-1) для бланшування чи обжарювання. Бланшовані чи обжарені кабачки або
баклажани шнековими транспортерами 7 подаються на вовчок 8 (К6-ФВП-160) для
подрібнення. Паралельно відбувається обробка коренеплодів в машина для обробки
коренеплодів 11, миття зелені в вентиляторній машині 12 та очищення цибулі від
лушпиння в машині для чищення. Підготовка скляних банок відбувається на станції
приготування тари 14.
На ділянці подрібнення, дозування і змішування компонентів ікри подрібнена
сировина з збірника 9 насосом для дозування 10 (для кабачків і баклажанів) подається
в змішувач 16 і завантажувальний шнек 17 подає ікру в збірник-підігрівач для ікри
18. Насос для перекачування ікри 19 подає підігріту масу в наповнювач 20. Після
цього наповнені банки укупорюються на паро-вакуумнній укупорювальній машині 21
(SLW-560). Пластинчастим транспортером 22 банки подаються на укладач банок в
корзини 23.
Коренеплоди, цибуля і томати поступають на протирання з інших ліній і
ділянок. Спеціальна ділянка передбачена для підготовки зелені. Дозатор суміші солі,
цукру і перцю забезпечується норією.
Технічна характеристика лінії: продуктивність лінії 40 туб в зміну, витрати пари
3500 кг/год; витрати води від 20 м3/год до 40 м3/год; тиск пари від 1 МПа до 1,7 МПа;
тиск води 0,3 МПа; встановлена потужність 70 кВт; лінію обслуговують від 18
чоловік до 20 чоловік; габаритні розміри 56700 х 7640 х 4500 мм; маса 40 000 кг.
1.2.2 План варильної дільниці лінії виробництва кабачкової ікри
Керуючись узагальненою машинно-апаратурною схемою лінії виробництва
овочевої ікри на ЧВП ТОВ «Віджи Продакшн», що входить до складу ГК «Верес»,
спроектований та побудований цех по виробництву ікри кабачкової, баклажанної та
гарбузової.
При проектуванні узагальнена машинно-апаратурна схема лінії виробництва
овочевої ікри з метою покращення автоматизації та механізації виробничих процесів
та збільшення продуктивності була розбита на відділення: приймально-підготовче;
фасувально-пакувального та склад готової продукції.
14
Фасувально-пакувального відділення складаються з дільниць:
- варильної дільниці;
- фасувальної дільниці;
- дільниці стерилізації.
На рис. 1.3 показана схема варильної дільниці фасувально-пакувального
відділення лінії виробництва ікри кабачкової, баклажанної та гарбузової.
1÷4 – змішувачі; 5÷ 8 і 10÷ 13 – вакуум-випарні апарати МЗС-320 для варіння;
8, 9 – вакуум-випарні апарати МЗС-320 для нагрівання перед фасуванням;
15 –поличний підіймач; 16 – площадка обслуговування вакуум-випарних апаратів
МЗС-320; 17 – площадка обслуговування змішувачів напівфабрикатів
Рисунок 1.3 – Схема варильної дільниці фасувально-пакувального відділення
15
На рис. 1.3 – показана схема варильної дільниці фасувально-пакувального
відділення. Напівфабрикати з кабачків чи баклажанів , моркви та ріпчастої цибулі
подаються гвинтовими насосами з приймально-підготовчого відділення згідно
рецептури в змішувачі (1÷4). Перемішані напівфабрикати гвинтовими насосами
подаються в вакуум-випарні установки МЗС-320 (5÷ 8 і 10÷ 13). Готова ікра
подається для підігріву перед фасування в апарати 9 і 14. На схемі також зображені
площадка обслуговування вакуум-випарних апаратів МЗС-320 16 та площадка
обслуговування змішувачів напівфабрикатів 17.
1.3 Класифікація закусочних і овочевих консервів
1.3.1 Класифікація закусочних консервів
Технічні вимоги та умови на сировину, напівфабрикати і готову продукцію
Закусочні консерви – це група овочевих консервів, які повністю готові до
споживання без додаткової кулінарної обробки. Їхньою особливістю є високий вміст
жиру (олії) та прянощів, що робить їх поживними та калорійними.
Класифікація закусочних консервів здійснюється за кількома ключовими
ознаками:
1. За технологією приготування та складом (основний поділ, що базується на
способі механічної та термічної обробки сировини).
- Овочі фаршировані: Обсмажені плоди (перець, томати, баклажани), наповнені
фаршем із обсмажених коренеплодів (морква, пастернак, цибуля) у томатному соусі;
- Овочі нарізані (шматочками): Овочі, нарізані кружальцями або скибочками,
залиті томатним соусом (наприклад, баклажани чи перець у томатному соусі);
- Овочева ікра: Продукт із подрібненої, обсмаженої маси овочів (кабачків,
баклажанів, гарбузів), змішаної з прянощами, олією та томатною пастою;
- Овочеві салати та вінегрети: Суміші різних овочів (капуста, огірки, морква,
буряк), нарізані та змішані в певній пропорції з додаванням олії та оцту;
- Овочеві закуски (рагу, лечо): Суміш овочів (перець, цибуля, томати) у вигляді
соусів або тушкованих шматочків.
16
2. За видом основної сировини (залежно від того, який овоч переважає у складі).
- Пасльонові: Баклажани, томати, солодкий перець;
- Гарбузові: Кабачки, патисони, гарбуз;
- Коренеплідні: Морква, буряк (рідше як основа, частіше у салатах);
- Бобові: Квасоля, зелений горошок у соусі або складі салатів.
3. За способом термічної обробки сировини.
- З обсмажуванням: Найпоширеніший метод для ікри овочевої та
фаршированих овочів. Овочі обсмажуються в олії до золотистого кольору
(температура від 120 °C до 140 °C);
- З бланшуванням: Овочі короткочасно обробляються парою або гарячою
водою (для салатів та деяких видів рагу);
- З пасеруванням: Легке прогрівання овочів (зазвичай цибулі та коріння) в олії
без утворення скоринки.
4. За видом заливки (соусу).
- У томатному соусі: Найпопулярніший вид для баклажанів та перцю;
- В олії (масляна заливка): Характерно для деяких видів салатів;
- У гострих або кисло-солодких соусах: Наприклад, лечо або овочеве рагу.
5. За способом консервування (фінальна обробка).
- Стерилізовані: Обробка при температурі понад 100 °C (в автоклавах).
Забезпечує тривале зберігання;
- Пастеризовані: Обробка при температурі нижче 100 °C. Застосовується для
овочевих салатів з додаванням кислоти (оцтової чи лимонної).
Порівняльна характеристика основних груп закусочних консервів приведена в
табл. 1.1.
Овочева ікра — це одна з найпопулярніших груп закусочних консервів, яка
виготовляється з подрібнених обсмажених або проварених овочів з додаванням олії,
томатної пасти та прянощів.
Головна особливість ікри – її висока калорійність та засвоюваність, оскільки
клітковина овочів у процесі виготовлення максимально подрібнюється та проходить
інтенсивну термічну обробку.
17
Таблиця 1.1 – Порівняльна характеристика основних груп закусочних консервів
Група Основні інгредієнти Консистенція
Ікра Кабачки/баклажани + олія + томат Однорідна, мазеподібна
Фаршировані Перець/баклажани + коріння + соус Цілі плоди з начинкою
Шматочки овочів у
Салати Суміш овочів + оцет + олія
вільному розсолі
Окремі шматочки в
Різані в соусі Баклажани кружальцями + соус
густому соусі
1.3.2 Класифікація овочевих консервів
1. Класифікація овочевої ікри за видом сировини.
- Кабачкова: Найпоширеніший вид. Має ніжну текстуру та світло-коричневий
колір;
- Баклажанна: Має більш пікантний смак із характерною легкою гірчинкою та
темніший колір;
- Гарбузова: Виготовляється за аналогічною технологією з кабачковою, має
солодкуватий присмак;
- Патисонова: Рідкісніший вид, близький за властивостями до кабачкової;
- Змішана (овочевий мікс): Може включати буряк, цибулю, солодкий перець та
інші овочі в різних пропорціях.
2. Технологічні особливості виробництва.
Процес створення ікри відрізняється від складністю термічної обробки:
- Обсмажування: Основна сировина (кабачки/баклажани) обсмажується у
великій кількості олії до втрати вологи та появи специфічного аромату;
- Подрібнення (протирання): Обсмажені овочі пропускають через вовчки або
протиральні машини з діаметром отворів від 0,8 мм до 1,5 мм, що створює ту саму
«мазеподібну» консистенцію;
- Уварювання (змішування): Масу змішують з пасерованою цибулею, морквою,
томатною пастою, сіллю, цукром та прянощами (перець чорний, запашний, іноді
зелень кропу або петрушки).
3. Якісні показники за ДСТУ.
Щоб овочева ікра вважалася якісною, вона має відповідати стандартам:
18
- Масова частка сухих речовин: Від 19 % до 21 %. Це показник того, що ікра не
«рідка» і добре увібрала в себе олію та соуси;
- Вміст жиру: Від 7% до 9%. Саме олія робить ікру ситною та надає їй блиску;
- Загальна кислотність: Не більше 0,5 %, щоб продукт не мав різкого кислого
смаку;
- Відшарування рідини: У якісній ікрі на поверхні не повинно бути вільної олії
чи води (допускається лише незначне виділення рідини при тривалому зберіганні).
4. Вимоги до консистенції.
Існує два основних типи консистенції ікри залежно від обладнання
підприємства:
- Класична (зерниста): Маса складається з дуже дрібних, але відчутних
шматочків овочів.
- Гомогенізована: Маса повністю однорідна, майже як крем. Такий ефект
досягається використанням спеціальних гомогенізаторів під високим тиском.
1.4 Технічні вимоги та умови на сировину, напівфабрикати і готову
продукцію
При виготовленні кабачкової та баклажанної ікри технічні вимоги регулюються
державними стандартами (зокрема ДСТУ 4498:2005 або технічними умовами
підприємства), а також нормами санітарної та харчової безпеки.
1. Вимоги до сировини та допоміжних матеріалів
Сировина повинна бути свіжою та відповідати наступним критеріям:
- Кабачки та баклажани: Мають бути технічного ступеня стиглості, без
механічних пошкоджень, ознак гнилі чи захворювань. Для кабачків краще
використовувати плоди з недорозвиненим насінням та ніжною шкіркою;
- Цибуля, морква, біле коріння: Повинні бути очищеними від землі, без
сторонніх домішок;
- Рослинна олія: Використовується рафінована соняшникова олія (згідно ДСТУ
4492:2017 «Олія соняшникова. Технічні умови»);
19
- Томатна паста: Має бути з вмістом сухих речовин не менше від 25 % до 30 %,
без сторонніх присмаків;
- Прянощі та сіль: Використовуються згідно з рецептурою (сіль екстра або
вищого ґатунку, чорний та запашний перець).
2. Вимоги до напівфабрикатів
На етапах переробки напівфабрикати повинні відповідати технологічним
картам:
- Обсмажена овочева маса: Овочі (морква, цибуля) мають бути обсмажені до
золотистого кольору в олії при температурі від 120 °C до 140 °C. Вміст жиру в
обсмаженій моркві має становити близько від 8 % до 10 %.
- Подрібнена маса: Після термічної обробки сировина пропускається через
протиральну машину або вовчок. Розмір часток повинен забезпечувати однорідну,
мазеподібну консистенцію.
- Суміш для фасування: Перед наповненням тари ікра має бути ретельно
вимішана в змішувачах з підігрівом до температури від 70 °C до 80 °C.
3. Вимоги до готової продукції
Готова ікра оцінюється за органолептичними та фізико-хімічними показниками
приведеними в табл. 1.2.
Таблиця 1.2 – Органолептичні показники
Показник Вимога
Однорідна, рівномірно подрібнена маса. Допускається
Зовнішній вигляд
наявність дрібних насінин.
Консистенція Густа, мазеподібна, не розтікається на плоскій поверхні.
Приємний, властивий обсмаженим овочам із прянощами, без
Смак і запах
сторонніх присмаків (гіркоти, кислинки).
Для кабачкової – світло-коричневий або жовтуватий; для
Колір
баклажанної – коричневий або буруватий.
Фізико-хімічні показники
- Масова частка сухих речовин: Від 19 % до 21 % (залежно від сорту);
- Масова частка жиру: Від 7 % до 9 %;
20
- Масова частка титрованих кислот: Не більше 0,5 % (у перерахунку на яблучну
кислоту);
- Вміст хлоридів (сіль): Від 1,2 % до 1,6 %;
- Вміст важких металів та пестицидів: Не повинен перевищувати гранично
допустимих рівнів згідно з МВЛ 5.08.07/1232 (методичні вказівки щодо гігієнічної
оцінки лакових покриттів і матеріалів, що використовуються для виготовлення
металевої тари (банок) та кришок).
4. Умови фасування та стерилізації
- Тара: Скляні банки (СКО або «Twist-off») або металеві лаковані банки. Тара
має бути чистою та простерилізованою перед наповненням;
- Герметичність: Після закупорювання банки перевіряються на якість закатки
(вакуум);
- Стерилізація: Проводиться в автоклавах при температурі від 115 °C до 120 °C
за встановленою формулою (залежить від об’єму тари), що гарантує мікробіологічну
стабільність продукту.
Виконання цих вимог забезпечує термін придатності ікри до 2 років при
температурі від 0 до + 25 °C.
Термін придатності продукції, закупореної на вакуум-закатних машинах,
залежить не лише від самого способу закупорювання, а й від подальшої термічної
обробки (пастеризації або стерилізації). Вакуумне середовище всередині банки – це
критичний фактор, що запобігає окисленню жирів і розвитку аеробних бактерій.
1. Залежність терміну від способу обробки.
Закупорювання під вакуумом зазвичай виконується на автоматичних лініях
типу «Twist-off» (пароповітряний вакуум) або на вакуум-закатних машинах для
жерстяної тари;
- Стерилізована продукція (в автоклавах): Якщо продукт пройшов повну
стерилізацію при температурі вище 100 °C, стандартний термін придатності
становить 2 роки;
- Пастеризована продукція: Якщо продукт має високу кислотність (pH < 4.6) і
пастеризується від 85 °C до 95 °C, термін зазвичай становить від 6 місяців до 1 року;
21
- Продукція без подальшої стерилізації (гарячий розлив): У вакуумній тарі може
зберігатися від 3 до 6 місяців за умови дотримання суворого температурного режиму
( від 0 °C до + 10 °C).
2. Параметри вакууму для забезпечення придатності.
Для того, щоб термін придатності відповідав нормативному (наприклад, згідно
з ДСТУ 4498:2005 «Консерви. Ікра овочева. Технічні умови»), вакуум-закатна
машина повинна забезпечувати певні технічні показники:
- Залишковий тиск: У банці має бути створене розрідження в межах від 40 кПа
до 65 кПа;
- Температура фасування: Для ефективного створення вакууму продукт має
завантажуватися в машину при температурі не нижче від 70 °C до 80 °C. При
охолодженні пара конденсується, створюючи додатковий вакуум під кришкою.
Фактори, що впливають на термін придатності при вакуумуванні приведені в
табл. 1.3.
Таблиця 1.3 – Фактори, що впливають на термін придатності при вакуумуванні
Фактор Вплив на термін придатності
Найменша мікротріщина призводить до втрати вакууму та
Герметичність шва
псування продукту від 2 до 5 днів.
Для агресивних середовищ (ікра з томатом) потрібні
Якість кришки/лаку
кришки з кислотостійким лаковим покриттям.
Якщо центр банки не прогрівається при стерилізації, вакуум
«Холодна» пляма
не врятує від бомбажу (бродіння).
3. Контроль терміну придатності (вибраковка).
Після проходження вакуум-закатної машини та автоклава, продукція повинна
пройти період контрольної витримки на складі (зазвичай від 10 днів до 14 днів).
- Перевірка ввігнутості кришки: На кришках «Twist-off» або СКО візуально
помітна ввігнутість всередину. Якщо кришка плоста або «грає» – вакуум відсутній,
такий продукт не підлягає тривалому зберіганню;
- Стук-тест: При постукуванні по кришці має бути дзвінкий звук. Глухий звук
свідчить про наявність повітря або початок псування.
22
1.5 Процес випарювання та конденсації у вакуум-випарних установках
1.5.1 Сутність процесу випарювання в консервному виробництві
Випарювання – процес концентрування розчинів нелетких речовин
випаровуванням розчинника в процесі кипіння. Внаслідок випарювання із розчину
видаляється розчинник, а нелеткі речовини залишаються в розчині в незмінній
кількості, але в концентрованому стані. Випарювання дає змогу одержати не лише
концентровані розчини, а й перенасичені, в яких відбувається кристалізація з метою
виділення нелетких речовин у твердому вигляді (наприклад, кристалічного цукру,
кухонної солі тощо). У ряді випадків випарюванням користуються, щоб одержати
чистий розчинник (дистилят).
Випарювання широко застосовують у багатьох галузях харчової промисловості:
цукровій, крохмале-патоковій, консервній, молочній, кондитерській, пиво
безалкогольній, фармацевтичній тощо.
Процес випарювання здійснюють у випарних апаратах, що складаються із двох
основних елементів: нагрівальної камери і сепараційного простору (паросепаратора).
У нагрівальній камері теплота передється від теплоносія до киплячого розчину,
паросепараторі від киплячого розчину відділяється пара. Спрощену схему випарного
апарата показано на рис. 1.4, а, б.
На випарювання витрачається велика кількість теплоти. Як теплоносій
найчастіше використовують водяну пару, рідше димові гази.
У харчовій промисловості випарюванню найчастіше підлягають водні розчини,
тому випарений розчинник являє собою практично чисту водяну пару, що має назву
вторинної пари, яку доцільно використовувати повторно. Теплоносієм є, як правило,
водяна пара, яку називають нагрівною або первинною парою.
У процесі випарювання в міру концентрування змінюються фізичні властивості
розчину: зі збільшенням концентрації сухої речовини підвищуються густина,
в’язкість, температура кипіння розчину, знижується його теплоємність і
теплопровідність, що призводить до зниження коефіцієнта тепловіддачі й суттєво
впливає на температурний і гідродинамічний режими роботи апарата.
23
Концентрування розчину призводить до відкладання накипу (інкрустації поверхні
теплопередачі) і виділення кристалів розчинених речовин.
а – оболонковою; б – трубчастою;
1 – паросепараційний простір; 2 – нагрівальна камера;
Sп, Sк – витрати відповідно початкового i кінцевого розчинів;
хп , хк – концентрації сухих речовин відповідно у початковому i кінцевому розчинах;
D – нагрівна пара; W – вторинна пара; К – конденсат нагрівної пари.
Рисунок 1.4 – Схеми випарного апарата з нагрівальними камерами
Випарювання можна проводити при різному тиску, що дає змогу змінювати
температуру кипіння розчину. Випарювання при пониженому тиску дає можливість
знижувати температуру кипіння розчину. При підвищеному тиску температура
кипіння зростає і з’являється можливість використовувати вторинну пару, але це
може призвести до термічного розкладання ряду органічних речовин і кінцевий
продукт може набути небажаного смаку, запаху або навіть змінити хімічний склад.
Щоб зберегти якість термонестійких продуктів (особливо концентрованих),
випарювання слід проводити при найнижчих температурах, що досягається
застосуванням розрідження. Для цього вторинну пару треба або відсмоктувати
вакуумним насосом, або подавати в конденсатор, де вона конденсується при тиску,
нижчому за атмосферний.
Випарювання можна здійснювати в окремих випарних апаратах (ВА)
(однокорпусні випарні установки) або в ряді послідовно з’єднаних випарних апаратів
24
– у багатокорпусних випарних установках (БВУ). За режимом проведення процесу
розрізняють періодичне i безперервне випарювання. Періодичне випарювання
здійснюють в окремих апаратах, безперервне – як в окремих, так i в БВУ. При
періодичному випарюванні початковий розчин спочатку доводять до температури
кипіння. Під час кипіння розчин концентрується до заданого вмісту сухих речовин
(СР).
Періодичне випарювання застосовують у малотоннажних виробництвах, коли
потрібно досягти високих концентрацій розчинів, а також тоді, коли випарювання
супроводжується іншими технологічними процесами, що відбуваються в цьому
самому апараті (наприклад, кристалізацією).
При безперервному випарюванні маємо усталений процес у чaci, тобто в
установку безперервно в постійній кількості надходять початковий розчин i нагрівна
пара, а з установки також безперервно i в постійній кількості відводяться
концентрований розчин (кінцевий продукт), вторинна пара i конденсат нагрівної
пари.
Для випарювання 1 кг води в окремому aпapaтi потрібно від 1,03 кг до 1,1 кг
нагрівної пари. 3 такою витратою її можна погодитися лише тоді, коли випарювання
в однокорпусних апаратах зумовлене технологічними вимогами.
Економічність процесу випарювання можна підвищити, використовуючи
теплову енергію вторинної пари. Енергію вторинної пари можна використовувати в
БВУ i в однокорпусних установках з тепловим насосом.
До складу багатокорпусної випарної установки (рис. 1.5) входять кілька ВА,
з’єднаних послідовно за парою. Як нагрівну пару кожного наступного корпусу
використовують вторинну пару попереднього корпусу; первинною парою
обігрівається лише перший корпус. Щоб здійснився процес, температура кипіння
розчину в кожному наступному корпуci має бути нижчою за температуру вторинної
пари попереднього корпусу. Цю різницю температур створюють зниженням тиску в
кожному наступному корпyci відносно попереднього. За кількістю послідовно
з’єднаних корпусів БВУ бувають дво-, три-, чотирикорпусні та більше. Корпуси
установки нумерують від головного корпусу, в який подають первинну нагрівну пару.
25
І – перший корпус; ІІ – другий корпус; ІІІ – третій корпус;
Sп, Sк – витрати відповідно початкового i кінцевого розчинів;
хп , хк – концентрації сухих речовин відповідно у початковому i кінцевому розчинах;
D – нагрівна пара; W – вторинна пара; К – конденсат нагрівної пари.
Рисунок 1.5 – Схема багатокорпусної випарної установки
Найнижчий тиск має бути в останньому корпyci установки. Цей тиск може бути
вищим або нижчим за атмосферний. Створення розрідження в кінцевих ВА дає змогу
збільшити кількість корпусів БВУ завдяки збільшенню діапазону температурного
потенціалу (від температури нагрівної пари першого корпусу до температури
вторинної пари останнього корпусу).
Багаторазове використання теплоти нагрівної пари може бути здійснене також
завдяки застосуванню теплового насоса. Суть його полягає в тому, що утворена
вторинна пара (вся або її частина) стискається до тиску, який відповідає температурі
нагрівної пари, i знову подається на обігрівання того самого апарата, в якому вона
утворилася. Розрізняють теплові насоси двох видів:
1. термокомпресорний з використанням парового інжектора 1 (рис. 1.6, а);
2. механокомпресорний з використанням турбокомпресора 2 (рис. 1.6, б) або
будь-якого іншого механічного компресора (наприклад, поршневого).
Використовувати тепловий насос можна як в однокорпусних випарних
апаратах, так i в окремих корпусах БВУ. На рис. 1.6, а показано принципову схему
26
двокорпусної випарної установки з тепловим насосом (інжектором) у першому
корпусі.
i1, i2 – ентальпії вторинної i стиснутої пари, кДж/кг;
Dв , D0 – витрати вторинної i первинної пари підвищеного тиску
Рисунок 1.4 – Схеми випарних установок з тепловими насосами
1.5.2 Сутність процесу конденсації в консервному виробництві
Конденсацією називають процес перетворення пари (газу) в рідкий стан.
Зрідження пари відбувається під час її охолодження, а газу – стисненням з наступним
охолодженням. Процес конденсації широко застосовують у харчових виробництвах,
використовуючи теплоту конденсації пapiв у рекуперативних теплообмінниках з
паровим o6irpiвом, для зрідження аміаку i фреонів у холодильних установках,
спиртових пapiв i вуглекислого газу в спиртовому виробництві, для створення
розрідження у вакуумних установках тощо. Конденсація може бути самостійним
процесом, коли з пари чи газу отримують кінцевий або проміжний продукт
виробництва, i допоміжним, наприклад для створення розрідження.
Апарати, в яких відбувається конденсація, називають конденсаторами. Як
охолодний агент у них використовують воду, рідше – повітря та інші холодоносії. Далі
розглянуто процес конденсації пapiв.
Практично конденсація пари відбувається при стиканні її з поверхнею стінки,
яка їx розділяє, або безпосередньо з холодною водою. У першому випадку апарати
називають поверхневими конденсаторами, у другому – конденсаторами змішування.
27
1.6 Класифікація випарних апаратів
Технологічні вимоги, що обумовлюють температуру кипіння при
випаровуванні, початковий і кінцевий відсоток сухих речовин, а також фізико-
хімічні властивості випарюваного продукту і економічні показники (витрата пари,
електроенергії, витрата робочої сили і ін.), що характеризують процес
випаровування, привели до різноманіття конструкцій випарних апаратів і схем їх
роботи, що видно з класифікації, що приводиться.
Класифікація випарних апаратів проведена залежно від:
а) тиску над продуктом;
б) числа корпусів;
в) вигляду і способу використання енергії;
г) конструкції нагрівача, камери.
Класифікація випарних апаратів показана на рис. 1.5.
Ви п а р н і а п а р а т и
Ві д к р и т і а п а р а т и Ва к у у м - а п а р а т и
зм і й о в и к о в а дв о т і л ь н а
од н о к о р п у с н і ко м п р е с і й н і ба г а т о -
на г р і в а л ь н а на г р і в а л ь н а ко р п у с н і
ка м е р а ка м е р а
з д в о т іл ь н о ю з т р у б ч а т о ю з т р у б ч а т о ю
на г р і в а л ь н о ю вм о н т о в а н о ю з п а р а с т р у й - з х о л о д и л ь -
ви н о с н о ю
ни м т е п л о - ни м к о м -
ка м е р о ю на г р і в а т е л ь - на г р і в а л ь -
но ю к а м е р о ю ви м н а с о с о м пр е с о р о м
но ю к а м е р о ю
Рисунок 1.5 – Класифікація випарних апаратів
Відкриті випарні апарати, що працюють при атмосферному тиску над
продуктом, знаходять обмежене застосування через високу температуру кипіння.
28
Проте завдяки своїй простоті пристрою, малій вартості, нескладному і зручному
обслуговуванню і, часто високим теплотехнічним якостям (високі коефіцієнти
теплопередачі) ці апарати нерідко використовуються на заводах. До відкритих
випарних апаратів відносяться випарні чани різних розмірів, що мають, як правило
змієвикову нагрівальну камеру, і двутільні казани.
Випаровування, або концентрацію, харчових продуктів проводять переважно
під вакуумом, при температурах кипіння нижче 100 °С у вакуум-апаратах. Для
економії пари, води і електроенергії застосовують багатокорпусні випарні
установки, в яких легко здійснити і безперервність процесу випарки. Такі
установки зазвичай утворені з окремих корпусів – вакуум-апаратів.
Випарні апарати виготовляють з міді, латуні, і неіржавіючої сталі. Деталі, не
дотичні з продуктом (зовнішні чаші, опори, фланці, підшипники, вали мішалок і
т. п.), роблять із сталі. У ряді випадків для оберігання металевих стінок апаратів від
корозії при зіткненні з продуктом їх покривають оловом, хромом або емаллю.
Найбільш стійкою до дії кислот, що містяться в харчових продуктах, є емаль, якою
покривають сталеві стінки апаратів. Емальовані поверхні забезпечують найбільш
гігієнічні умови при переробці продуктів.
Нагрівальні камери випарних апаратів виготовляють з міді, латуні або
нержавіючої сталі. Ці матеріали володіють високою механічною міцністю і стійкі до
корозії. Для створення герметичних ущільнень в місцях з’єднань деталей апаратів
застосовують азбестовий картон, гуму, пароніт.
Для отримання продукту високої якості, який мав би натуральний колір,
смак, аромат і в якому зберігалися вітаміни, концентрацію проводять у вакуум-
випарних апаратах при температурах кипіння нижче 100 °С і тиску, меншому за
атмосферний. Найбільш простими є однокорпусні вакуум-випарні апарати. Для
створення первинного вакууму і підтримки його під час роботи апарату
використовуються конденсатор і вакуумні насоси.
Випаровування під вакуумом не тільки сприяє збереженню натуральних
властивостей продукту, але і дозволяє при нижчому тиску гріючої пари підтримувати
такий же температурний перепад, як у разі випаровування при атмосферному тиску.
29
Проте при випаровуванні під вакуумом потрібне складніше устаткування; крім
того, експлуатаційні витрати (витрата води, електроенергії), вартість ремонту і
обслуговування вищі.
1.7 Вакуум-випарний апарат МЗС-320
Одним з основних етапів виробництва ікри кабачкової є процес варіння в
вакуум-випарних-апаратах МЗС-320 виробництва ВАТ Монастерищенський
машинобудівний заводу. Апарат використовується як вакуум-випарний апарат при
приготуванні томатного пюре та пасти, різних соусів для овочевих та рибних
консервів, повидла, варення, розсолів для приготування маринадів, а також овочевих
та фруктових соків.
Випарний апарат МЗС-320 – це спеціалізована ємність, призначена для
ефективного нагрівання та перемішування продукту зображений на рис. 1. Його
основні компоненти включають корпус 1 та паровий відділ, які разом створюють
парову камеру 2, що забезпечує нагрівання продукту. Водяна пара подається через
патрубки 16. Відведення конденсату відбувається через спеціальний патрубок 20 у
нижній частині днища. Вторинні пари відводяться через патрубок 21.Привід 5, що
складається з електродвигуна 6, втулочно-пальцевої муфти 8 та редуктора 7,
встановлений на сферичній кришці 3 і приводить у рух мішалку 4 – вертикальний вал
з металевими лопатями, що забезпечує рівномірне перемішування. Для запобігання
виносу великих Апарат використовується як збірник-підігрівач, змішувач, вакуум-
випарний апарат при приготуванні томатного пюре і пасти, різних соусів для
овочевих і рибних консервів, повидла, варення, розсолів для приготування
маринадів, а також овочевих і фруктових соків.
Для запобігання виносу великих часток продукту вторинною парою
передбачений уловлювач 10, закріплений на кришці. функцією передачі даних до
системи диспетчеризації.
Однокорпусний вакуум-випарний апарат періодичної дії МЗС-320 показано на
рис.1.6.
30
1 – корпус; 2 – парова камера; 3 – кришка; 4 – мішалка; 5 – привід мішалки;
6 – електродвигун; 7 – редуктор; 8 – втулочно-пальцева муфта; 9 – стойки;
10 – пастка; 11 – оглядові вікна; 12 – люк; 13 – манометр; 14 – підривний
клапан; 15 – мановакууметр; 16 – патрубок подачі водяної пари; 17 – патрубок
подачі продукту; 18 – патрубок відведення сокового конденсату; 19 – патрубок
вивантаження готового продукту; 20 – патрубок відведення конденсату;
21 – патрубок відведення вторинного пару
Рисунок 1.6 – Двотільний вакуум-випарний апарат МЗС-320
31
Соковий конденсат відводяться через триходовий кран 18. Безпеку парової
камери гарантують запобіжний клапан 14 та манометр 13. На кришці встановлений
мановакууметр 15.
Оператор може спостерігати за процесом через три оглядові вікна 11 та брати
проби за допомогою спеціального крана. Розвантаження апарату здійснюється через
спускний патрубок 19 з краном. Подача продукту через патрубок 17. Для миття та
обслуговування передбачений люк 12. Апарат встановлений на трьох стойках 9 або
кріпитися на двотаврових балках на площадці за допомогою кранштейнів.
Для розширення можливостей, МЗС-320 може комплектуватися шафою
керування з частотним перетворювачем для приводу мішалки та функцією передачі
даних до системи диспетчеризації.
Технічна характеристика вакуум-випарного апарату МЗС-320 представлена в
таблиці 1.
Таблиця 1.4 – Технічна характеристика вакуум-випарного апарату МЗС-320
Робочий об’єм апарату, л 1000
Об’єм парової камери, л 25,9
Розрідження, МПа 0,072 – 0,077
Поверхня нагріву, м2 3,66
Коефіцієнт теплопередачі, ВТ/(м2·°С):
при концентрації томатної маси від
15 % до 30 % сухих речовин 450 – 900
при концентрації фруктового пюре з
цукром від 11 % до 65 % сухих речовин 250 – 750
при концентрації фруктового пюре від 11
до 65 % сухих речовин без цукру 350 – 850
Робочий тиск в паровій камері, атм 4
Число оборотів мішалки в хвилину 47
Електродвигун:
потужність, кВт 3
число оборотів в хвилину 1420
Габаритні розміри, мм:
довжина 1750
ширина 1380
висота 3200
Вага, кг 1700
32
На вакуум-випарний апарат МЗС-320 встановлений конденсатовідвідник з
закритим поплавком «Главаармаліта» (традиційно це моделі типу 45ч12нж або
аналогічні чавунні фланцеві конструкції) складається з поплавка 1; важіль 2; вантажу
3; клапану 4; клапана для відведення повітря 5; дренажної пробки 6.
Принцип роботи конденсатовідвідника з закритим поплавком (наприклад,
виробництва «Главармаліта») базується на гідростатичній дії – використанні різниці
густини пари та конденсату. Це механічний пристрій, де рівень рідини безпосередньо
керує положенням випускного клапана.
Покроковий опис процесу:
1. Початковий стан (Пуск).
Коли система тільки запускається, корпус конденсатовідвідника порожній або
заповнений повітрям. Поплавок під власною вагою знаходиться у нижньому
положенні. Важільна система притискає клапан до сідла (отвору), закриваючи вихід.
2. Наповнення конденсатом
Конденсат, що утворюється в теплообміннику, потрапляє в корпус пристрою.
Оскільки це закритий поплавок (герметична порожниста куля), він має велику
плавучість. Як тільки рівень конденсату піднімається, поплавок починає спливати.
3. Відкриття клапана
Піднімаючись, поплавок тягне за собою важіль. Важіль передає зусилля на
клапан, відсуваючи його від сідла. Оскільки тиск пари в системі вищий за тиск у
конденсатній лінії, конденсат під дією цього перепаду тиску виштовхується через
відкритий отвір.
4. Режим безперервного відведення
Головна особливість цієї конструкції. Поплавок займає положення, при якому
швидкість виходу конденсату дорівнює швидкості надходження. Клапан «плаває»,
забезпечуючи модульоване (безперервне) відведення. Пара при цьому залишається
зверху, оскільки випускний отвір завжди знаходиться під шаром рідини (гідрозатвор).
5. Закриття
Якщо надходження конденсату припиняється, рівень рідини падає, поплавок
опускається, і важіль щільно притискає клапан до сідла, запобігаючи витоку пари.
33
Роль важеля (важільна система).
Важіль у конструкціях «Главармаліта» виконує дві функції:
1. Збільшення зусилля: Він дозволяє відносно невеликому поплавку долати
силу тиску пари, яка тисне на клапан і намагається тримати його закритим.
2. Забезпечення ходу: Перетворює невеликий рух поплавка на достатній зазор
між клапаном і сідлом для вільного проходу рідини.
Технічні особливості моделей «Главармаліта»:
- Матеріали: Корпус виготовлений з чавуну СЧ20 (марка сірого чавуну з
пластинчастим графітом, яка є однією з найпоширеніших у загальному
машинобудуванні та виготовленні трубопровідної арматури (зокрема корпусів
конденсатовідвідників «Главармаліта»), а внутрішні деталі (важіль, поплавок, сідло)
– з нержавіючої сталі, що важливо для довговічності в агресивному середовищі
конденсату.
- Гідрозатвор: Конструкція гарантує, що випускний отвір завжди занурений у
воду, що робить цей тип одним із найекономічніших щодо втрат пари.
Переваги:
- Безперервне відведення конденсату: На відміну від термодинамічних або
термостатичних моделей, поплавкові пристрої видаляють конденсат відразу після
його утворення, що виключає підтоплення теплообмінної поверхні;
- Висока продуктивність: Оптимально підходять для обладнання з великими
об’ємами конденсату та різкими коливаннями навантаження (наприклад, варильні
котли, калорифери);
- Стійкість до перепадів тиску: Вони ефективно працюють при змінному тиску
пари в системі, не потребуючи додаткових налаштувань;
- Відсутність впливу на температуру: Конденсат видаляється при температурі
насичення, що критично для процесів, де важливо підтримувати стабільно високу
температуру теплоносія;
- Ремонтопридатність: Конструкція «Главармаліта» зазвичай дозволяє
проводити технічне обслуговування (заміну поплавка або сідла) без демонтажу
всього корпусу з трубопроводу.
34
Недоліки:
- Чутливість до гідроударів: Закритий поплавок – це порожниста сфера або
циліндр. Сильний гідроудар може зім’яти поплавок, після чого він втрачає
плавучість, і пристрій перестає працювати (залишається закритим, конденсат не
видаляється);
- Ризик розморожування: Якщо конденсатовідвідник встановлений на вулиці
або в неопалювальному приміщенні, залишки води всередині корпусу при зупинці
системи можуть замерзти при мінусових температурах та при розмерзанні розірвати
корпус або поплавок;
- Габарити та вага: Моделі «Главармаліта» зроблені з чавуну, тому досить
масивні та важкі, що потребує надійних опор при монтажі системи трубопроводів з
запірною арматурою;
- Чутливість до забруднень: Різноманітні механічні домішки (пісок, продукти
корозії труб (іржа) окалина та зварювальний шлам) не вимиваються потоком, а
осідають на дні. З часом цей шар домішок може досягти рівня важільної системи,
обмежуючи амплітуду руху поплавка або повністю його блокуючи;
- Проблема «повітряних пробок»: Класичні поплавкові моделі без вбудованого
автоматичного повітровідвідника (термостатичного елемента) можуть блокуватися
повітрям при пуску системи.
Схема конденсатовідвідника зображена на рис. 1.7.
1 – поплавок; 2 – важіль; 3 – вантаж; 4 – клапан;
5 – клапан для відведенняповітря; 6 – дренажна пробка
Рисунок 1.7 – Конденсатовідвідник з закритим поплавком
35
1.8 Розрахунок вакуум-випарного апарату МЗС-320
1.8.1 Технологічний розрахунок вакуум-випарного апарату
1. Вихідні дані для розрахунку приведено в таблиці 1.5.
Таблиця 1.5 – Вихідні дані
Позиція елемента
Термін Корпус Сорочка
Обичайка Днище Обичайка Днище
Розрахунковий тиск ��, МПа * 0,4 0,4 4,0 4,0
Робочий тиск �� , МПа **
р 0,1 0,1 вакуум вакуум
Розрахункова температура ��, 0С* 200 200 200 200
Робоча температура �� 0
р, С** 142,9 142,9 142,9 142,9
Внутрішній діаметр ��, мм* 1200 1200 1300 1300
Товщина стінки по паспорту ��п,
* 6 8 6 8
мм
Мінімальна товщина стінки
5,0 8,2 5,9 7,4
елементу по вимірам �� , мм**
������
Коефіцієнт міцності зварних швів
* 0,8 0,8 0,8 0,8
��
Прибавка до товщини елемента на
1 1 1 1
плюсовий допуск ��0, мм**
Матеріал елементу* 12Х18Н10Т 12Х18Н10Т ВСт3 ВСт3
Відпрацьований ресурс ��, років** Сосуд виготовлено в 1990 році, даних про
попередню роботу немає.
* - паспортні дані
**- результати вимірювань
2. Товщина стінки обичайки корпусу під дією зовнішнього тиску,
розраховується по формулі:
�� > ���� + �� (1.1)
��к 1200
����к = 1,1 · �� · = 1,1 · 4 ∙ 105 · = 1,89 мм
(2 · ��) (2 · 140 ∙ 106)
де �� – розрахунковий тиск, �� = 0,4 МПа = 4 · 105Па;
��к – внутрішній діаметр корпусу, ��к = 1200 мм;
36
�� – допустиме напруження для Х18Н10Т, �� = 140 МПа = 140 ∙ 106 Па.
3. Товщина стінки днища, під дією зовнішнього залишкового тиску,
розраховується по формулі:
�� > ���� + �� (1.2)
��к 100
����д = �� · = 4 ∙ 105 · = 1,71 мм
(2 · ��) (2 · 140 ∙ 106)
де �� – розрахунковий тиск, �� = 0,4 МПа = 4 · 105Па;
��к – внутрішній діаметр корпусу, ��к = 1200 мм;
�� – допустиме напруження для Х18Н10Т, �� = 140 МПа = 140 ∙ 106 Па.
4. Товщина стінки обичайки сорочки, під дією внутрішнього тиску,
розраховується по формулі:
�� > ���� + �� (1.3)
��с 1300
����с = �� ∙ = 4 ∙ 105 ∙ = 2,01 мм
(2 ∙ �� ∙ �� − Р) (2 ∙ 160 ∙ 106
р ∙ 0,8 − 4 · 105)
де �� – розрахунковий тиск, �� = 0,4 МПа = 4 · 105Па;
��с – внутрішній діаметр обичайки сорочки, ��с = 1300 мм;
�� – допустиме напруження для ВСт3, �� = 160 МПа = 160 ∙ 106 Па.
��р – коефіцієнт міцності повздовжнього зварного шва, ��р = 0,8.
5. Розрахунковий діаметр одиничного отвору для обичайки парової сорочки, що
не потребує зміцнення, розраховується по формулі:
S − c 5,0
��0 = 2 ∙ ( − 0,8) √Dр ∙ (S − c) = 2 ∙ ( − 0,8) √1200 ∙ 5,0 = 261 мм
Sp 2,01
де (S − c) = �������� – мінімальна товщина стінки елемента по результатам
вимірювань, �������� = 5 мм;
37
Sp – розрахункова товщина стінки сосуду, Sp = ����с = 2,01 мм;
Dр – розрахунковий діаметр елемента сосуду, для циліндричної обичайки Dр =
Dр = 1200 мм.
6. Швидкість корозії – це глибина проникнення корозійного руйнування в
товщу металу за одиницю часу.
Швидкість корозії метала елемента апарату:
∆��
�� = , (1.4)
��
де ∆�� – фактичне зменшення товщини стінки, мм;
�� – термін експлуатації або час випробувань
Швидкість корозії металу та рекомендований допуск показані в табл. 1.6.
Таблиця 1.6 – Швидкість корозії металу та рекомендований допуск на корозію
Швидкість корозії Рекомендований
Матеріал Середовище
��, мм/рік допуск ����, мм
Нержавіюча сталь Слабоагресивне < 0,05 0,5 ÷ 1,0
Вуглецева сталь Вода, пара 0,1 ÷ 0,2 2,0 ÷ 3,0
Практично
Сплави (титан, нікель) Сильні кислоти < 0,01
відсутній
Вакуум безпосередньо не збільшує хімічну корозію, але він диктує стійкість
форми. Якщо стінка вакуум-випарного апарату стане занадто тонкою через корозію,
апарат може втратити стійкість (деформуватися) під дією зовнішнього атмосферного
тиску.
По цій причині для вакуумних апаратів:
- Допуск на корозію зазвичай приймається не менше 1 мм для нержавіючих
сталей та 2,0 ÷ 3,0 мм для вуглецевих сталей, навіть якщо розрахункова швидкість
корозії дуже низька;
- Термін служби апарата зазвичай закладається на рівні ��1 від 10 до 15 років.
38
7. Виходячи з таблиці 1.6 швидкість корозії металу вакуум-випарного апарату
МЗС-320: для обичайки корпусу ��1 = 0,05; для обичайки парової сорочки ��2 = 0,15;
для днища парової сорочки ��3 = 0,15.
8. Мінімально допустимі товщини із умови швидкості корозії:
�� = ���� + 4 · �� (1.5)
де ���� – розрахункова товщина елемента вакуум-випарного апарату, мм
Для обичайки корпусу:
��ок = ����к + 4 · ��1 = 1,89 + 0,05 · 4 = 2,09 мм
Для днища корпусу:
��дк = ����д + 4 · ��1 = 1,71 + 0,05 · 4 = 1,91 мм
Для обичайки сорочки парової камери:
��ос = ��с + 4 · ��2 = 2,01 + 0,15 · 4 = 2,61 мм
Для днища сорочки парової камери:
��дс = ����д + 4 · ��3 = 2,01 + 0,15 · 4 = 2,61 мм
9. Розрахунок на статичну міцність за умови міцності виконується по формулі:
2 · К1 · (�� − �� · ��1) · �� · [��]��
Р = [Р] = · �� =
���� + (�� − �� · ��1) · ��
2 · 1 · (5,9 − 0,05 · 12) · 0,8 · 140 ∙ 106
= · 0,7 = 6,9 ∙ 105 Па,
1200 + (5,9 − 0,05 · 12) · 0,7
39
де Р – розрахунковий тиск, Па;
[Р] – допустимий тиск для циліндричних обичайок і випуклих днищ, Па;
К1 – коефіцієнт, що залежить від форми елемента, для обичайок, К1 = 1;
�� – мінімальна товщина стінки по результатам вимірювань, �� = 5,9 мм;
�� – швидкість корозії, �� = 0,05;
��1 – термін служби апарата, ��1 = 12 років;
�� – коефіцієнт міцності зварних швів, �� = 0,8;
[��]�� – допустиме напруження при температурі 200 0С, [��]�� = 140 · 106;
���� = ��в – розрахунковий діаметр елемента сосуду, ���� = 1200 мм;
�� – коефіцієнт пониження міцності в зоні отворів, �� = 0,7;
1.8.2 Кінематичний розрахунок приводу
1. Кінематична схема вакуум – випарного апарату зображена на рисунку 1.8.
1 – електродвигун; 2 – муфта; 3 – редуктор; 4 – муфта;
5 – верхній підшипник; 6 – лопать; 7 – нижній підшипник
Рисунок 1.8 – Кінематична схема:
2. Вихідні дані:
Електродвигун АІР 100 L4 (аналог АО2-32-4), 3 кВт, 1430 хв⁻¹, IM 1081 (лапи),
IP55, ДСТУ IEC 60034-1:2019;
Редуктор Ч-160-31,5-52-1-2-В-У3, ДСТУ ГОСТ 2144:2009.
40
3. Потужність на валу І:
��1 = �� = 3 кВт,
де ��1 – потужність на валу І;
�� – вихідна потужність електродвигуна, �� = 3 кВт.
4. Потужність на валу ІІ:
��2 = ��1 · ��м = 3 · 0,99 = 2,97 кВт,
де ��2 – потужності на валу ІІ, �� = 3 кВт;
��м – ККД муфти, ��м = 0,99.
5. Потужність на валу ІІІ:
��3 = ��2 · ��ч = 2,97 · 0,7 = 2,079 кВт,
де ��3 – потужності на валу ІІІ;
��ч – ККД черв’яка, ��ч = 0,7.
6. Потужність на валу ІV:
��4 = ��3 · ��п1 · ��п2 = 2,079 · 0,99 · 0,98 = 2,017 кВт,
де ��4 – потужності на валу ІV;
��п1 – ККД підшипника 1, ��п1 = 0,99;
��п2 – ККД підшипника 2, ��п2 = 0,98.
7. Розрахунок кількості обертів на валу І і ІІ:
�� = ��1 = ��2 = 1430 хв−1,
де �� – частота обертання електродвигуна;
��1 – частота обертання на валу І;
��2 – частота обертання на валу ІІ.
41
8. Розрахунок частоти обертання ІІІ і ІV валів:
��2 1430
�� = �� = = = 45,4 хв−1
3 4 ,
�� 31,5
де ��3 – частота обертання на валу ІІІ;
��4 – частота обертання на валу ІV;
��2 – частота обертання на валу ІІ;
�� – передаточне відношення редуктора, �� = 31,5.
9. Крутний момент:
��
��кр = 9550 · , (1.6)
��
де ��кр – крутний момент; Н · м;
9550 – коефіцієнт для переведення одиниць;
�� – номінальна вихідна потужність електродвигуна, �� = 3 кВт;
�� – номінальна частота обертання електродвигуна, �� = 1430 хв−1.
10. Крутний момент на валу І:
��1 3
М1 = 9550 · = 9550 · = 20,04 Н · м.
��1 1430
11. Крутний момент на валу ІІ:
��2 2,97
М2 = 9550 · = 9550 · = 19,84 Н · м.
��2 1430
12. Крутний момент на валу ІІІ:
��3 2,079
М3 = 9550 · = 9550 · = 440,8 Н · м.
��3 45,04
42
13. Крутний момент на валу ІV:
��4 2,017
М4 = 9550 · = 9550 · = 427,7 Н · м.
��4 45,04
1.8.3 Розрахунок черв'ячної передачі
1. Вихідні дані:
Одноступінчатий редуктор загального призначення з архімедовим черв’яком;
Потужність, що передавається, ��2 = 2,97 кВт;
Частота обертання черв’яка, ��4 = 1430 хв−1;
Передаточне відношення, �� = 31,5;
Навантаження – постійне;
Робота – нереверсивна, безперервна;
Термін служби передачі – �� = 10000 год.
Примітка: максимальне навантаження, що діє короткочасно, при пуску в два
рази більше номінального.
2. По довідниках вибираємо матеріал черв’яка і вінця черв’ячного колеса.
Приймаємо для черв’яка сталь 45 з гартуванням до твердості HRC 45 – 50 і подальшим
шліфуванням витків. Редуктор загального призначення, тому в цілях економії дорогої
олов’яної бронзи приймаємо матеріал вінця колеса бронза марки БрАЖ 9-4 згідно з
ДСТУ 18175:2009 – це безцинкова олов’яна бронза, легована алюмінієм (9 %) та
залізом (4 %) з відливання в пісок із механічними властивостями: ��т = 200 МПа та
��в = 400 МПа.
3. Приймаємо число заходів черв’яка черв’ячної передачі ��1 = 1 і ККД
черв’ячної передачі ��ч = 0,7.
4. Крутний момент на валу колеса:
��2 ∙ �� ∙ ��
3 2 2,97 ∙ 31,5 ∙ 0,7
M2 = 9550 ∙ 10 ∙ = 9550 ∙ 103 ∙ = 437 ∙ 103 Н ∙ м
��1 1430
43
5. Швидкість ковзання:
3 �� 3 437 ∙ 103
2
��с = 0,0004 ∙ �� √ м
1 ∙ √ = 0,0004 ∙ 1430 ∙ = 4,34 ⁄
1000 1000 с
6. При даній швидкості необхідний ступінь точності 8-й.
7. Контактна напруга, що допускається:
[��н] = 300 − 25 · ��с = 300 − 25 · 4,34 = 191,5 МПа
8. Контактна напруга, що допускається, при розрахунку на дію максимального
навантаження:
[��нм] = 2 · ��т = 2 · 200 = 400 МПа
9. Напруга вигину, що допускається для нереверсивного навантаження, при
базовому числі зміни напруги [�� 0
��]0 = 102 МПа ������ = 106.
10. Сумарне число циклів навантажень:
��2 1430
������ = 60 ∙ ∙ ��ч = 60 ∙ ∙ 10000 = 27,24 ∙ 106.
�� 31,5
11. Коефіцієнт довговічності:
9 �� 9 6
���� 10
К���� = √ = √ = 0,69.
�� 6
���� 27,24 ∙ 10
11. Напруга, що допускається, на вигин:
[����] = [����]0
0 ∙ К���� = 102 ∙ 0,69 = 70,38 МПа.
44
12. Напруга, що допускається, на вигин при розрахунку на дію максимального
навантаження:
[������] = 0,8 ∙ ��Т = 0,8 ∙ 200 = 160 МПа.
13. Число зубів черв’ячного колеса:
��1 = ��1 ∙ �� = 1 ∙ 31,5 = 31,5.
приймаємо ��1 = 32, тобто задовольняється умова.
14. Коефіцієнт діаметру черв’яка:
�� = 0,25 · ��1 = 0,25 · 32 = 8.
що відповідає стандартному значенню ��.
15. Коефіцієнт, що враховує розподіл навантаження по ширині вінця, ��н�� = 1.
16. Коефіцієнт, що враховує динамічне навантаження:
��н�� = 0,3 + 0,1 ∙ �� + 0,02 ∙ ���� = 0,3 + 0,1 ∙ 8 + 0,02 ∙ 4,34 = 1,187.
17. Визначаємо міжосьову відстань передачі з умови контактної витривалості:
2
�� 3
2 170
���� = ( + 1) · √�� ∙ �� · �� · ( ) =
�� 2 � � ��
[�� ] · 2
�� ��
2
32 3 170
= ( + 1) · √437 ∙ 103 ∙ 1 · 1,187 · ( ) = 147,3.
8 32
191,5 ·
8
18. Модуль зачеплення:
2 ∙ ���� 2 ∙ 147,3
�� = = = 7,4.
��2 + �� 32 + 8
45
Приймаємо �� = 7,0 мм.
19. При стандартному модулі міжосьова відстань:
�� ∙ (��2 + ��) 7 ∙ (32 + 8)
���� = = = 140 мм
2 2
20. Ділильний кут підйому черв’яка:
γ = 7о07'30''
21. Ділильні діаметри:
черв’яка:
dω1 = �� · �� = 8 · 7 = 56 мм.
черв’ячного колеса:
����2 = �� ∙ ��2 = 7 ∙ 32 = 224 мм.
22. Розрахункова швидкість ковзання:
�� · ����1 · ��1 3,14 · 56 · 1430
��с = = = 4,22 м/с,
60000 · cos �� 60000 · cos 7о07′30′′
що більше раніше прийнятої орієнтовної швидкості �� м
с = 4,34 ⁄с, тому необхідно
уточнити параметри передачі.
23. При швидкості ��с = 4,22 м⁄с допустиме контактне напруження дорівнює
[��′
н] = 190 МПа.
24. Ступінь точності передачі, що рекомендується, при ��с = 4 м⁄с – 7-а.
46
25. Коефіцієнт динамічного навантаження при швидкості �� = 4,22 м
с ⁄с і сьомій
ступені точності:
��′
���� = 0,3 + 0,1 · �� + 0,02��с = 0,3 + 0,1 · 8 + 0,02 · 4,22 = 1,184
26. Приведений кут тертя при роботі бронзового колеса в парі із сталевим
черв’яком при νс = 4,19 м⁄с дорівнює ��′ = 1о20′.
27. ККД передачі:
tan �� tan 7о07′30′′
��′ = (0,96 ÷ 0,96) · = 0,955 · = 0,81
tan(�� + ��′) tan(7о07′30′′ +1о20′)
28. Фактичний крутний момент на валу черв’ячного колеса:
�� · �� · ��′
��′ 3 2
2 = 9550 · 10 · =
1430
2,97 · 31,5 · 0,81
= 9550 · 103 · = 506 · 103 Н · мм.
1430
29. По уточнених параметрах [��′
н] = 190 МПа, ��′
���� = 1,184, ��′
2 = 506 Н · мм
та замість розрахункової міжосьової відстані ���� = 147,3 прийнято ��′
�� = 160 (що
враховує можливість передачі черв’ячним колесом більшого крутного моменту),
доцільно перевірити контактне напруження:
�� 3
2
170 + 1
�� = · √ ��
Н �� ( ) · ��′
2 · ��Н�� · ��′
�� =
2 ����
��
32 3
170 + 1
= · √( 8 ) · 506 · 1,0 · 1,184 = 170 МПа < 190 МПа.
32 160
8
47
30. Перевіряємо контактну міцність зуба колеса при дії максимального
навантаження:
M2 437 · 103
��нм = ��н · √ ′ = 170 · √ = 158 МПа.
�� 506 · 103
2
31. Перевіряємо витривалість зубів черв’ячного колеса на вигин. Заздалегідь
знаходимо еквівалентне число зубів колеса:
��2 30
��э = = = 30
������3�� 0.99323
32. Коефіцієнт форми зуба колеса ���� = 1,76.
33. Напруження згину:
2��2 ∙ ��������
���� = ∙ ���� ∙ �� ∙ �� =
1.2 ∙ �� ∙ �� ∙ �� ���� ����
2 1
2 ∙ 437 ∙ 103 ∙ 0,9932
= ∙ 1,76 ∙ 1,0 ∙ 1,184 = 17,2 МПа < [����] = 70,38 МПа
1,2 ∙ 224 ∙ 56 ∙ 7
34. Перевіряємо міцність зуба на вигин при дії максимального навантаження:
M2 437 · 103
����М = ���� ∙ ′ = 17,2 ∙ = 14,9 МПа < [����М] = 160 МПа
��2 506 · 103
33. Приймаємо параметри передачі:
��1 = 1; ��2 = 32; ��1 = 56 мм; ��2 = 224 мм; ���� = 160 мм.
48
1.8.4 Розрахунок конденсатовідвідника
Для вакуум-випарного апарату МЗС-320 найбільш раціональним слід вважати
конденсатовідвідник з відкритим поплавком.
Продуктивність такого конденсатовідвідника залежить від площі перерізу
випускного клапана і різниці між тиском пари до і після конденсатовідвідника.
Потрібно визначити діаметр клапанного отвору конденсатовідвідника,
встановленого після випарного апарату.
Для розрахунку задаємося вихідними даними користуючись паспортними
даними.
Вихідні дані:
Витрата конденсату ��1 = 0,25 кг/с (900 кг/год);
Тиск до конденсатовідвідника р1 = 1 Н/м2;
Тиск після конденсатовідвідника р3 = 0,4 Н/м2 ;
Приймаємо коефіцієнт швидкості �� = 0,82;
Коефіцієнт витрати �� = 0,88;
Коефіцієнт заповнення клапанного перерізу �� = 0,7.
1. Втрати тиску в клапанному отворі:
∆р = (1 − ��2) · (р1 − р3) = (1 − 0,822) · (1 − 0,4) = 0,2 Н/м2
2. Тиск в клапанному отворі:
р2 = р1 − ∆р = 1 − 0,2 = 0,8 Н/м2
3. Кількість вторинної пари, що утворилася:
і1 − і2 181, 3 − 171,9
�� = ��1 = 900 ∙ = 17,3 кг/год
��2 489,4
де і1 – теплоутримання конденсату до конденсатовідвідника, і1 = 181,3 ккал/кг;
і2 – теплоутримання після конденсатовідвідника, і2 = 171,9 ккал/кг;
49
ккал
��2 – питома теплота пароутворення, ��2 = 489,4 .
кг
4. Площа клапанного отвору:
�� ��1 − ��
�� = + =
0,72 ∙ �� ∙ �� ∙ √р2 · ��2 50 · �� · �� ∙ √р1 − р3
17,3 900 − 17,3
= + = 18,46 мм2
0,72 ∙ 0,7 ∙ 0,88 ∙ √8,1 ∙ 4,13 50 ∙ 0,7 ∙ 0,88 ∙ √10 − 4
де р2 – тиск пари р2 = 8,1 кг/см2;
��2 – щільність , ��2 = 4,13 кг/м3 .
5. Діаметр клапанного отвору:
4�� 4 ∙ 18,46
�� = √ = √ = 4.9 мм
�� 3,14
Приймаємо випускний клапан з діаметром �� = 5 мм може забезпечити
нормальну роботу теплового апарату в тому випадку, якщо поплавок матиме такі
розміри і таку вагу, при яких клапанний отвір своєчасно відкриватиметься і
закриватиметься.
1.8.5 Тепловий розрахунок
Визначаємо парову продуктивність вакуум-випарного апарату. Апарат працює
безперервно, уварюючи кабачкову (баклажанну) масу від �� = 4,4 % до �� = 15 %
сухих речовин. Початкова температура продукту, що завантажується ��1 = 70 ˚C.
Розрідження в апараті �� = 89326 Н/м2. Температура оточуючого повітря ��п = 70 ˚C.
Тиск гріючого пару рп = 0,1Н/м2 і степінь його сухості �� = 0,98. Коефіцієнт
теплопередачі �� = 1116,5 Вт/(м2 · град). Зовнішня поверхня сепаратора ��с = 20 м2,
калоризатора ��с = 18 м2. Поверхня нагріву апарата �� = 60 м2.
50
1. Тиск в середині апарату:
760 − �� 760 − 670
p = = = 0,122 кг/см2 (12,2кН/м2)
735,6 735,6
При тиску p = 12,2 кН/м2 (0,122кг/см2) температура кипіня води дорівнює
�� = 49,4 ˚C .
2. Температура кипіння маси:
��2 = �� + ∆��д = 49,4 + 1,6 = 51˚C
де р2 – температурна депресія, яка при концентрації 15 % складає 1,6 ˚C;
�� – температура кипіння маси в апараті.
3. Витрата тепла на нагрів маси, що завантажується:
��1 = �� · �� · (��2 − ��1) = 1000 ∙ 4,0 · (51 − 70) = −76,1 ∙ G кДж/с
де �� – маса продукту що завантажується в кг;
�� – теплоємність продукту 4,5 %-ної маси, �� = 4,0 дж/(кг ∙ ˚C),.
Так як температура маси, що завантажується (70 ˚C), вище температури її
кипіння, то в середині апарату виділяється тепло, що використовується на
випарювання вологи, і перша частина витрати тепла ��1 при розрахунках має знак
мінус.
3. Кількість випареної води:
�� 4,5
�� = �� · (1 − ) = �� · (1 − ) = 0,7 · �� кг/с.
�� 15
4. Витрата тепла на випарювання води:
��2 = �� · �� = 0,7 · �� ∙ 2382 = 1667 · �� кДж/с
51
де: �� – маса випареної вологи, �� = 0,7 · �� кг;
�� – теплота випаровування, при тиску вторинних парів p = 12,2 кН/м2 теплота
пароутворення, �� = 2382 кДж/кг .
5. Втрати тепла в навколишнє середовище з поверхні апарата:
Сумарний коефіцієнт тепловіддачі:
�� ′
0 = 9,77 + 0,07 · (�� ′
ст − ��п) = 11,6 Вт/(м2 · ˚С).
де �� ′
ст – температура поверхні стінки випромінювання, �� ′
ст = 51 ˚С;
��п – температура повітря, ��п = 51 ˚С.
��′ = �� ′
3 0 ∙ ��вип ∙ (�� ′
ст − ��п) = 11,6 ∙ 20 ∙ (51 − 25) = 6047 Дж/с = 6,047 кДж/с
де ��0 – сумарний коефіцієнт тепловіддачі, �� 2
0 = 11,6 Вт/(м ∙ ˚С));
��вип – поверхня випромінювання, ��вип = 20 м2.
6. Температуру поверхні стінки апарату вважаємо рівній температурі кипіння
маси: �� ′
ст = 51˚C.
7. Кількість тепла, що передається від пари до продукту:
�� = �� ′
1 + ��2 + ��3 = −76,1 ∙ �� + 1667 ∙ �� + 6,047 = 1591 ∙ �� + 6,047 кДж/с
8. Продуктивність апарата визначаємо із загального рівняння теплопередачі:
�� = �� ∙ �� ∙ ∆��
де ∆�� – різниця між температурами кипіння сировини і пару, ˚C.
9. Різниця між температурами кипіння сировини і пару:
∆�� = ��п − ��2 = 99,1 − 51 = 48,1 ˚C
52
10. Рівняння балансу:
1591 ∙ �� + 6,047 = 60 ∙ 1116,5 ∙ 48,1.
звідки:
�� = 2,02 кг/с (7272 кг/год).
11. Сумарний коефіцієнт тепловіддачі:
��″ ″
0 = 9,77 + 0,07 · (��ст − ��в) = 9,77 + 0,07 · (99,1 − 25) = 15 Вт/(м2 ∙ ˚C).
де ��″
ст – температура поверхні стінки рівна температурі пару, ��″
ст = 99,1.
12. Втрати тепла в оточуюче середовище:
��″
3 = ��″
0 ∙ �� ″
к ∙ (��ст − ��в) = 0,015 ∙ 18 ∙ (99,1 − 25) = 20 кДж/с = 17200 ккал/год.
13. Витрати тепла:
��1 = −76,1 ∙ G = −76,1 · 2,02 = 152,2 кДж/с
��2 = 1667 · �� = 1667 · 2,02 = 3334 кДж/с
14. Загальна витрата тепла:
�� = �� + �� + ��′ + ��″
заг 1 2 3 3 = −152,2 + 3334 + 6 + 20 = 3203 кДж/с
15. Витрата гріючого пару:
��заг 3208
��п = = = 1,45 кг/с = 5220 кг/год
��п − ��к 2626 − 415
де ��п – ентальпія гріючого пару, ��п = 2626 дж/кг;
��к – ентальпія конденсату, ��к = 415 дж/кг.
53
Висновки до розділу 1
У результаті виконання конструкторського розділу було проведено аналіз
технологічного процесу виробництва овочевої ікри та огляд вакуум-випарного
апарату МЗС-320. За результатами роботи можна зробити висновки:
1. Обґрунтовано вибір обладнання: На основі аналізу сучасного ринку та
машинно-апаратурної схеми лінії виробництва кабачкової ікри встановлено, що
використання вакуум-випарного апарата МЗС-320 є оптимальним для умов середніх
та великих консервних підприємств. Апарат забезпечує необхідну інтенсивність
перемішування та рівномірність нагріву продукту;;
3. Виконано технологічні розрахунки: Розраховано продуктивність апарата та
витрати пари. Встановлено, що для забезпечення заданого циклу виробництва площа
поверхні нагріву апарата відповідає технологічним потребам лінії;
4. Розраховано привід: У результаті кінематичного розрахунку підібрано
електродвигун та розраховано черв’ячну передачу приводу мішалки. Параметри
передачі забезпечують стабільний крутний момент, необхідний для перемішування
в’язкої овочевої маси при заданій частоті обертання;
5. Оптимізовано систему відведення конденсату: Проведено розрахунок
конденсатовідвідника (з закритим поплавком). Визначено необхідний діаметр
клапанного отвору (сідла), що гарантує безперервне відведення конденсату при
максимальних пускових навантаженнях, запобігаючи підтопленню парової сорочки
та зниженню коефіцієнта теплопередачі;
6. Підтверджено теплову надійність: Тепловий розрахунок показав, що обрана
товщина стінок апарата (матеріал СЧ20) та ізоляційне покриття забезпечують
мінімальні втрати тепла в навколишнє середовище (ККД апарата становить не менше
95 %), що свідчить про енергоефективність прийнятих конструкторських рішень.
54
РОЗДІЛ 2
ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗДІЛ
2.1 Формулювання службового призначення
Муфта призначена для передачі крутного моменту від ротора електродвигуна
на вал мішалки, також муфта виконує запобіжну функцію машини від
перевантаження, зменшує вібрації в процесі роботи. Матеріал муфти – сталь 45.
Основна конструкторська база – Ø35H8, допоміжні конструкторські бази – Ø40H8.
2.2 Аналіз технологічності конструкції деталі
1. Визначимо кількість поверхонь, які відповідають певному квалітету та
занесемо в таблицю 2.1.
Таблиця 2.1 – Визначення кількості поверхонь даного квалітету
Квалітет 8 9 11 14
Кількість розмірів 2 1 6 3
2. Коефіцієнт точності, який визначається за формулою:
1 1
Кт = 1 − = 1 − = 0,8
Аср 5,11
де ��сер – середній квалітет точності поверхонь деталей, ��сер = 5,11.
3. Середній квалітет точності поверхонь деталей:
∑��
��=1 ���� · �� 8 · 2 + 9 · 1 + 11 · 6 + 14 · 3
��сер = = = 5,11
26 26
4. Визначення кількості поверхонь даної шорсткості показано в табл. 2.2.
55
Таблиця 2.2 – Визначення кількості поверхонь даної шорсткості
Шорсткість ����2,0 ����3,2 ����5,0 ����6,3
Кількість поверхонь 2 1 2 7
5. Коефіцієнт шорсткості, який визначається за формулою:
1 1
Кш = 1 − = 1 − = 0,42
Бср 2,36
де Бср – середнє значення шорсткості поверхонь даної деталі
6. Середнє значення шорсткості поверхонь даної деталі:
2,0 · 2 + 3,2 · 1 + 5,0 · 2 + 6,3 · 7
Бср = = 2,36 мкм
26
7. Коефіцієнт використання матеріалу:
��д 0,235
Квм = = = 0,78
��з 0,3
де ��д – маса деталі, ��д = 0,225 кг;
��з – маса заготовки, ��з = 0,3 кг.
8. Виходячи з значень ��сер = 5,11; Бср = 2,36 мкм; Квм = 0,78Квм – деталь
технологічна.
2.3 Вибір методів і кількості ступенів обробки поверхонь (МОП)
Розробляємо маршрутну схему поетапної механічної обробки поверхонь деталі.
Результати представляю у вигляді таблиці 2.3.
Принципова схема маршруту обробки деталі (МОД) є початковим орієнтиром,
який визначає послідовність всіх операцій, необхідних для перетворення заготовки
56
на готову деталь. Вона деталізує, в якому порядку будуть виконуватися різні види
обробки, такі як різання, термічна обробка, гальваніка, слюсарні роботи та контроль
якості. Цей план створюється на основі загальноприйнятих підходів, описаних у
спеціалізованій літературі, які поділяють технологічний процес на чітко визначені
етапи.
Нумеруємо поверхні деталі та показуємо на схемі обробки поверхонь деталі
(рис. 2.1).
Рисунок 2.1 – Ескіз деталі з номерами поверхонь.
Визначаємо точність обробки пронумерованих поверхонь. Заносимо результати
до маршрутної таблиці обробки поверхонь деталі таблиці 2.3.
Таблиця 2.3 – Маршрутна таблиця обробки поверхонь деталі.
Номери поверхонь
Квалітети
1 2 3 4 5 6 7 8 9
17
16
15
Етапи обробки 14
12
11
9
Чистова обробка 8
7
Тонка обробка 6
57
Визначення числа ступенів обробки на основі розрахунків загального
уточнення:
�� ��
з ��з ��1 ����−1
�� = = · · … · = ��1 · ��2 · … · ���� = ∑ ���� , (2.1)
��д ��1 ��2 ���� ��=1
де �� – загальне уточнення;
���� – окремі і-ті ступені уточнення;
�� – число ступенів обробки;
��з – допуски параметрів, що розглядаємо відповідно до заготовки деталі;
��д – допуски параметру, що розглядаємо відповідно до і-го ступеня заготовки.
Розкладаючи загальне уточнення на ступені потрібно врахувати:
- для першого ступеня чорнової обробки – �� < 6;
- для проміжних ступенів напівчистової обробки – �� = 3 ÷ 4;
- для ступенів чистової обробки – �� = 1,5 ÷ 2.
Для найбільш прийнятного вибору числа ступенів використовую формулу:
log ��
�� = . (2.2)
0,46
Поверхня 1, розмір Ø40 H8(+0.039), допуск на розмір заготовки ��з = 0,62 мм.
Визначимо розрахункове уточнення за формулою:
��з 0,62
��р = = = 15,89
��д 0,039
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
log �� log 15,89
�� = = = 2,6 ≈ 3
0,46 0,46
58
Варіанти МОП:
- розточування чорнове (IT12) ��1 = 0,25 мм;
- розточування напівчистове (IT9) ��2 = 0,062 мм;
- розточування чистове (IT7) ��3 = 0,039 мм.
��з 0,62
��1 = = = 2,48
��1 0,039
��1 0,62
��2 = = = 4,03
��2 0,039
��2 0,062
��3 = = = 1,59
��3 0,039
��1 · ��2 · ��3 = 2,48 · 4,03 · 1,59 = 15,89 ≥ ��р = 15,89
- свердління (IT12) ��1 = 0,25 мм;
- зенкерування (IT9) ��2 = 0,062 мм;
- розверстування напівчистове (IT7) ��3 = 0,025 мм.
��з 0,62
��1 = = = 2,48
��1 0,039
��1 0,62
��2 = = = 4,03
��2 0,039
��2 0,062
��3 = = = 2,48
��3 0,025
��1 · ��2 · ��3 = 2,48 · 4,03 · 2,48 = 24,79 ≥ ��р = 15,89
Поверхня 2, розмір Ø36Н8(+0,039), допуск на розмір заготовки ��3 = 0,62 мм.
Визначимо розрахункове уточнення за формулою:
��з 0,62
��р = = = 15,89
��д 0,039
59
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
log �� log 15,89
�� = = = 2,6
0,46 0,46
Варіанти МОП:
- розточування чорнове (IT12) ��1 = 0,062 мм;
- розточування напівчистове (IT9) ��2 = 0,039 мм;
- розточування чистове (IT7) ��3 = 0,025 мм.
��з 0,62
��1 = = = 10
��1 0,062
��1 0,062
��2 = = = 1,59
��2 0,039
��2 0,039
��3 = = = 1,56
��3 0,025
��1 · ��2 · ��3 = 10 · 1,59 · 1,56 = 24,8 ≥ ��р = 15,89
- свердління (IT12) ��1 = 0,25 мм;
- зенкерування (IT9) ��2 = 0,062 мм;
- розверстування напівчистове (IT7) ��3 = 0,025 мм.
��з 0,62
��1 = = = 2,48
��1 0,25
��1 0,25
��2 = = = 4,03
��2 0,062
��2 0,062
��3 = = = 2,48
��3 0,025
��1 · ��2 · ��3 = 2,48 · 4,03 · 2,48 = 24,79 ≥ ��р = 15,89
60
Поверхня 3, 4 розмір 110(-0,22), допуск на розмір заготовки ��з = 0,87 мм.
Визначимо розрахункове уточнення за формулою:
��з 0,87
��р = = = 3,95
��д 0,22
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
log �� log 3,95
�� = = = 1,29
0,46 0,46
Варіанти МОП:
- фрезерування чорнове (IT12) (IT12) ��1 = 0,35 мм;
- фрезерування напівчистове (IT10) ��2 = 0,14 мм.
��з 0,87
��1 = = = 2,49
��1 0,35
��1 0,35
��2 = = = 2,5
��2 0,14
��1 · ��2 = 2,49 · 2,5 = 6,2 ≥ ��р = 3,95
Варіанти МОП:
- фрезерування чорнове (IT12) ��1 = 0,35 мм;
- фрезерування напівчистове (IT10) ��2 = 0,14 мм.
��з 0,87
��1 = = = 2,49
��1 0,35
��1 0,35
��2 = = = 2,5
��2 0,14
��1 · ��2 = 2,49 · 2,5 = 6,2 ≥ ��р = 3,95
61
Поверхня 5, розмір 60(-0,19), допуск на розмір заготовки ��з = 0,74 мм.
Визначимо розрахункове уточнення за формулою:
��з 0,74
��р = = = 3,89
��д 0,19
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
log �� log 3,89
�� = = = 1,2
0,46 0,46
Варіанти МОП:
- точіння на прохід (IT10) ��з = 0,12 мм:
��з 0,74
��1 = = = 6,17
��1 0,12
��1 = 6,17 ≥ ��р = 3,89
- точіння на прохід (IT10) ��з = 0,12мм:
��з 0,74
��1 = = = 6,17
��1 0,12
��1 = 6,17 ≥ ��р = 3,89
Поверхня 6 розмір 50(-0,19), допуск на розмір заготовки ��з = 0,74 мм.
Визначмо розрахункове уточнення за формулою:
��з 0,74
��р = = = 3,89
��д 0,19
62
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
log �� log 3,89
�� = = = 1,2
0,46 0,46
Варіанти МОП:
Варіанти МОП:
- точіння на прохід (IT10) ��з = 0,12 мм:
��з 0,74
��1 = = = 6,17
��1 0,12
��1 = 6,17 ≥ ��р = 3,89
- точіння на прохід (IT10) ��з = 0,12мм:
��з 0,74
��1 = = = 6,17
��1 0,12
��1 = 6,17 ≥ ��р = 3,89
Поверхня 7 розмір �� = 12Н9 (+0,043) допуск на розмір заготовки ��з = 0,78 мм.
Визначмо розрахункове уточнення за формулою:
��з 0,78
��р = = = 4,18
��д 0,043
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
log �� log 4,18
�� = = = 1,3
0,46 0,46
63
Варіанти МОП:
- довбання (IT9) ��1 = 0,043 мм:
��з 0,18
��1 = = = 4,18
��1 0,043
��1 = 4,18 ≥ ��р = 4,18
- довбання (IT9) ��1 = 0,043:
��з 0,18
��1 = = = 4,18
��1 0,043
��1 = 4,18 ≥ ��р = 4,18
Поверхня 8 розмір �� = 10+0,015 допуск на розмір заготовки ��з = 0,36 мм.
Визначмо розрахункове уточнення за формулою:
��з 0,36
��р = = = 1,5
��д 0,153
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
log �� log1, 5
�� = = = 0,82
0,46 0,46
Варіанти МОП:
- фрезерування (IT10) ��1 = 0,058:
��з 0,36
��1 = = = 6,2
��1 0,058
64
��1 = 6,2 ≥ ��р = 1,5
- стругання (IT11) ��1 = 0,09:
��з 0,36
��1 = = = 4
��1 0,09
��1 = 4 ≥ ��р = 1,5
Поверхня 9, розмір Ø12Н11(-0,11) допуск на розмір заготовки ��з = 0, мм.
Визначмо розрахункове уточнення за формулою:
��з 0,7
��р = = = 6,36
��д 0,11
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
log �� log6, 36
�� = = = 1,74
0,46 0,46
Варіанти МОП:
- свердлити на прохід (IT12) ��1 = 0,018 мм;
- зенкерувати на прохід (IT10) ��1 = 0,07 мм T2 = 0,07 мм:
��з 0,7
��1 = = = 3,89
��1 0,18
��1 0,18
��2 = = = 2,57
��2 0,7
��1 · ��2 = 3,89 · 2,57 = 10 ≥ ��р = 6,36
65
- свердлити на прохід (IT12) ��1 = 0,018 мм;
- розточити на прохід (IT9) ��1 = 0,043 мм:
��з 0,7
��1 = = = 3,89
��1 0,18
��1 0,18
��2 = = = 4,18
��2 0,043
��1 · ��2 = 3,89 · 4,18 = 16,3 ≥ ��р = 6,36
Всі вище розраховані дані заносимо в табл. 2.4та показані на плакаті МОП
ГМ22.133026.004. КРБ графічної частини кваліфікаційної роботи.
Таблиця 2.4 – Методи обробки поверхні деталі муфта
2.4 Логічна оцінка варіантів МОД і вибір найбільш прийнятного
Критеріями вибору варіанта технологічного процесу є:
1. Оцінка доцільності прийнятого метода виготовлення заготовки;
2. Забезпечення заданої точності по всім розмірам, а також заданих параметрів
шорсткості;
66
3. Можливість використання стандартного різального, вимірювального
інструменту і пристроїв;
4. Число, складність технологічного обладнання, пристроїв, різальних і
вимірювальних інструментів;
5. Оцінка можливості автоматизації операцій і процесу в цілому.
Матеріал деталі – Сталь 45 ДСТУ 7809:2015. Заготовку отримуємо з круга
стального прокатного методом.
За другим маршрутом обробки деталі забезпечення точності розмірів по
лінійним розмірам більша за рахунок меншої кількості установок та переустановок.
Параметри шорсткості в обох маршрутах однакові.
Скорочення трудомісткості виготовлення деталі забезпечується за рахунок
скорочення основного часу шляхом запровадження більш точного методу лиття; по-
друге допоміжного часу, часу на переналадку верстатів за рахунок використання
верстатів з числовим програмним керуванням, а також за рахунок зменшення
кількості спеціальних верстатних пристроїв.
Висновки до розділу 2
У результаті виконання технологічного розділу було проведено комплексний
аналіз вихідних даних та розроблено стратегію виготовлення деталі. На основі
проведених досліджень можна зробити такі висновки:
- Службове призначення: На основі аналізу функціональних особливостей
деталі для передачі крутного моменту від черв’ячного редуктора до валу на якому
кріпиться мішалка сформульовано її службове призначення. Визначено основні
конструкторські бази та уточнено технічні вимоги до точності розмірів, взаємного
розташування поверхонь і параметрів шорсткості, що забезпечують надійну
експлуатацію виробу.
- Технологічність конструкції: Проведено якісний та кількісний аналіз
конструкції деталі на технологічність. Встановлено, що деталь є технологічною:
забезпечено вільний доступ інструменту до поверхонь обробки, уніфіковано
67
конструктивні елементи (фаски, радіуси заокруглення), а обраний матеріал має
задовільні показники оброблюваності різанням.
- Методи обробки (МОП): Обґрунтовано вибір методів і послідовності обробки
поверхонь. Враховуючи заданий тип виробництва та вимоги креслення, було
визначено необхідну кількість ступенів обробки (чорнова, напівчистова, чистова) для
досягнення заданого квалітету точності та параметрів шорсткості Ra.
- Оптимізація маршруту: Шляхом логічної оцінки декількох варіантів
маршрутів обробки обрано найбільш раціональний. Вибраний варіант забезпечує
мінімальну кількість установ, максимальну концентрацію операцій та високу
продуктивність праці при забезпеченні заданої якості виготовлення деталі.
Таким чином, розроблений технологічний маршрут є технічно обґрунтованим і
створює фундамент для подальшого проектування операцій та розрахунку режимів
різання.
68
РОЗДІЛ 3
ОХОРОНА ПРАЦІ
3.1 Небезпечні фактори при роботі теплових апаратів
Аналіз показав, що найбільш небезпечними факторами при роботі теплових
апаратів для випарювання сировини на підприємствах консервної промисловості є
вибухи апаратів та трубопроводів, що працюють під тиском, які можливі при:
- введенні в них гострої пари з метою барботування рідини, що в них міститься;
- високотемпературному обігріві апаратів з водними розчинами або з рідинами
із високою пружністю пари;
- подачі в зачинений апарат, що містить воду, продукти, температура яких
перевищує 110 °С;
- потраплянні (аварійному) повітря всередину розігрітих дистиляційних
апаратів для жирних кислот;
В перших трьох випадках небезпека вибуху виникає при припиненні відведення
з них пари та збільшенні тиску до небезпечних меж.
Потрапляння повітря в дистиляційні апарати, заповнені парами жирних кислот
при температурі вище 150 °С, може призвести до їх вибуху та до тяжких наслідків.
3.2 Теплове (інфрачервоне) випромінювання
Ефект дії інфрачервоних випромінювань залежить від довжини хвилі, яка
впливає на глибину їх проникнення. У зв’язку з цим інфрачервоне випромінювання
підрозділяється на три області (згідно класифікації Міжнародної комісії з освітлення):
А, В, С.
До області А відносяться випромінювання з довжиною хвилі від 760 нм до 1500
нм, до області В від 1500 нм до 3000 нм і до області С не більше 3000 нм.
Перша область інфрачервоних випромінювань володіє великою проникністю
через шкіру і позначається як короткохвильове інфрачервоне випромінювання, а
69
наступні дві області як довгохвильові. Довгохвильове інфрачервоне випромінювання
поглинається переважно в епідермісі, тоді як видимі і ближні інфрачервоні промені в
основному поглинаються кров’ю в шарах дерми і підшкірної жирової клітковини.
Пропускання, поглинання і розсіяння променистої енергії залежить як від
довжини хвилі, так і від тканин живого організму. Дія інфрачервоних променів при
поглинанні їх в різних шарах шкіри зводиться до нагрівання її, що призводить до
переповнювання кровоносних судин кров’ю і посилення обміну речовин.
Збільшується вміст фосфору і натрію в крові, змінюється морфологічний склад крові
– зменшення числа лейкоцитів і тромбоцитів, поява аглютинінів (це специфічні
антитіла (зазвичай білки класу IgM або IgG), які здатні викликати склеювання
(аглютинацію) частинок, що несуть антигени (еритроцити, бактерії тощо) в крові,
відбувається поляризація шкіри людини. Інфрачервоні випромінювання впливають
на функціональний стан людини, його центральної нервової системи, проводять зміни
в серцевосудинній системі. Відзначається різке почастішання серцебиття,
підвищення максимального і пониження мінімального артеріального тиску,
почастішання дихання, підвищення температури тіла і посилення потовиділення,
захворюваність сердечно судинної системи і органів травлення.
Довгохвильові інфрачервоні випромінювання, проникаючи в очні середовища,
поглинаються слізною рідиною і поверхнею рогівки і викликають теплову дію.
Короткохвильові інфрачервоні випромінювання поглинаються кришталиком, є
причиною катаракти. Таким чином, інфрачервоні випромінювання, впливаючи . на
око, можуть викликати цілий ряд патологічних змін; коньюктивіти, помутніння і
васкуляризацію рогівки, депігментацію радужки, спазм зіниць, помутніння
кришталика, опік сітківки і хоріоретиніт («снігова сліпота»).
Найбільш важкі ураження викликають короткі інфрачервоні випромінювання.
При їх інтенсивній дії на непокриту голову може відбутися так званий сонячний удар,
головний біль, запаморочення. почастішання пульсу, прискорення дихання,
затемнення і втрата свідомості, порушення координації рухів, важкі ураження
мозкових оболонок і мозкових тканин аж до вираженого менінгіту і енцефаліту. При
тривалому перебуванні людини в зоні інфрачервоного випромінювання. як і при
70
систематичній дії високої температури відбувається різке порушення теплового
балансу в організмі. Порушується робота терморегулювального апарату,
посилюється діяльність серцевосудинної і дихальної систем, посилюється
потовиділення, відбуваються втрати потрібних організму солей. Збіднення організму
водою викликає згущування крові, погіршується живлення тканин і органів. Втрата
організмом солей позбавляє кров здатності утримувати воду, що приводить до
швидкого виведення з організму знов випитої рідини. Порушення водно-сольового
балансу викликає так звану судорожну хворобу, що характеризується появою різких
судом переважно в кінцівках. Порушення теплового балансу викликає захворювання,
зване тепловою гіпотермією або перегрівом. Це захворювання характеризується
підвищенням температури тіла, що досягає у важких випадках від 40 °С до 41 °С і
вище, рясним потовиділенням, значним почастішанням пульсу і дихання, різкою
слабкістю, запамороченням, зміною зорового відчуття, шумом у вухах і часто
втратою свідомості.
При систематичних перегрівах відзначається підвищена сприйнятливість до
простудних захворювань. Спостерігається зниження уваги, наступає відчуття
розслаблення, різко підвищується стомлюваність, знижується продуктивність праці.
Таким чином інфрачервоні випромінювання впливають на організм людини,
порушуючи його нормальну діяльність, викликаючи серйозні ускладнення.
Тепловий ефект дії опромінювання залежить від безлічі чинників: від спектру
випромінювання, інтенсивності потоку опромінювання, величини випромінюючої
поверхні, розміру опромінюваної ділянки організму, тривалості опромінювання, його
переривчастої, одяг і тому подібне Очевидно, що чим більше величина
опромінюваної ділянки, чим довший період опромінювання і чим ближче
опромінювана ділянка організму до найбільш важливих життєвих органів, тим важче
ефект дії.
Враховуючи біологічну активність інфрачервоного випромінювання міри
боротьби з ним мають величезне значення для поліпшення умов праці. Для
визначення ефективності захисту від інфрачервоного випромінювання необхідно
знати інтенсивність опромінювання.
71
Орієнтовна допустима щільність потоку енергії інфрачервоного
випромінювання приведена в таблиці 3.1.
Таблиця 3.1 – Щільність потоку енергії інфрачервоного випромінювання
Допустима інтегральна
Області
Довжина Допустима щільність щільність потоку енергії
інфрачервоного
хвилі, нм потоку енергії, Вт/м2 інфрачервоного
випромінювання
випромінювання, Вт/м2
А 760-1600 100
В 1500-3000 100 350
3000-4500 175
С
4500-10000 350
Інтенсивність інфрачервоної радіації необхідно вимірювати на робочих місцях
або в робочій зоні поблизу джерела випромінювання. Якщо робочі мають
безпосередні робочі місця при стабільних джерелах, доцільно заміряти інтенсивності
випромінювання на різних відстанях від джерела радіації з однаковими інтервалами і
визначати тривалість опромінювання робочих. Оскільки інфрачервоні
випромінювання нагрівають навколишні поверхні, створюючи вторинні джерела
тепловиділення, то вимірювання інтенсивності випромінювання необхідно
проводити не лише на постійних робочих місцях, а й у контрольних точках робочої
зони, а також у місцях можливого перебування персоналу протягом зміни.
Інтенсивність інтегрального теплового випромінювання вимірюється
актинометріями, а спектральні інтенсивності випромінювання інфрачервоними
спектрометрами типу ІКС-10, ІКС-12, ІКС-14 та актинометрія Носкова. Для
вимірювання малих величин (від 2 Bт/м2 до 3 Bт/м2) інтенсивності випромінювання
(від слабо нагрітих тіл або від сильних джерел, розташованих далеко від робочої зони)
застосовують срібно-вісмутовий термостопчик Молля.
3.3 Розробка теплоізоляції парової срочки випарного апарату
Захист від теплового випромінювання. Способи захисту від променистого тепла
наступні: теплоізоляція гарячих поверхонь, охолоджування тепловипромінюючих
72
поверхонь, екранування джерел випромінювання, застосування повітряного душування,
застосування СІЗ (засобів індивідуального захисту), організація раціонального режиму
праці і відпочинку і ін.
Теплоізоляція є ефективним і найекономічнішим заходом не тільки щодо
зменшення інтенсивності інфрачервоного випромінювання від нагрітих поверхонь
(печей, судин, трубопроводів і ін.), але і загальних тепловиділень, а також для
запобігання опікам при дотику до цих поверхонь і скороченням витрат палива. По
санітарних нормах, що діють, температура нагрітих поверхонь устаткування і огорож на
робочих місцях не повинно перевищувати 45 °С. При цьому частка інфрачервоного
випромінювання з пониженням температури зменшується, завдяки чому інтенсивність
опромінювання персоналу при забезпеченні теплоізоляції знижується в значно
більшому ступені, чим загальне тепловиділення. Велике значення має застосування
внутрішнього теплоізоляційного футерування для зниження робочих температур
конструкцій і устаткування.
Температура парової сорочки випарного апарату перевищує норму, тому
проведемо розробку теплоізоляції. Для цього проведемо огляд теплоізоляційних
матеріалів та проведемо розрахунок теплоїзоляції.
Теплоізоляційні матеріали призначені для захисту від проникнення тепла або
холоду. Це звичайно дуже пористі матеріали, що мають густину не більше 600 кг/м3 і
низьку теплопровідність не більше 0,18 Вт/(м.К).
Теплопровідність – властивість матеріалу передавати теплоту від однієї
поверхні до іншої. Теплопровідність характеризується кількістю теплоти (Дж), що
проходить через матеріал завтовшки 1 м. площею 1 м2 протягом 1 с при різниці
температур на протилежних поверхнях матеріалу 1 °С.
Коефіцієнт теплопровідності залежить від хімічного складу і структури,
ступеня і характеру пористості, вогкості і температури при яких відбувається процес
передачі тепла.
Теплоізоляційний матеріал вибираємо за такими властивостями:
вологостійкість; екологічність; можливість застосування для складних
багатоступінчатих поверхонь; економічність; безпечність; ефективність.
73
Розглянемо декілька видів теплоізоляції поверхонь.
1. «Корунд»
Рідка теплоізоляція– це сучасний полімерний композитний матеріал, який після
висихання утворює еластичне покриття з високими термоізоляційними та
антикорозійними властивостями. Його часто називають «теплоізоляційною фарбою».
Технічні характеристики теплоізоляції «Корунд» приведені в табл. 3.2.
Таблиця 3.2 – Технічні характеристики теплоізоляції «Корунд»
Параметр Значення
Теплопровідність ~ 0,0012 Вт/(м·К) (заявлено виробником)
Колір Білий (можливе колірування)
Температура експлуатації від мінус 60 °C до плюс 250 °C (пікові до +260 °C)
Адгезія до сталі, бетону, цегли, пластику
Час висихання «на відлип» Від 2 до 6 годин
Повне висихання шару (1 мм) 24 години
Витрата ~ 1 літр на 1 м² (при товщині шару 1 мм)
Висока (не тріскається при температурних
Еластичність
деформаціях)
Корунд надтонка теплоізоляція, що складається з високоякісного акрилового
з’язного елементу, оригінальній розробленій композиції каталізаторів і фіксаторів,
керамічних надтонкостінних мікросфер з розрядженим повітрям. Крім основного
складу в матеріал вводяться спеціальні добавки, які виключають появу корозії на
поверхні металу і утворення грибка в умовах підвищеній вологості на бетонних
поверхнях. Ця комбінація робить матеріал легким, гнучким, розтяжним, таким, що
володіє відмінною адгезією до поверхонь, що покриваються. Матеріал по
консистенції що нагадує звичайну фарбу, є суспензією білого кольору, яку можна
наносити на будь-яку поверхню.
Після висихання утворюється еластичне полімерне покриття, яке володіє
унікальними в порівнянні з традиційними ізоляторами теплоізоляційними
властивостями і забезпечує антикорозійний захист. Унікальність ізоляційних
властивостей «Корунд» – результат інтенсивної молекулярної дії розрідженого
повітря що знаходиться в порожнистих сферах. «Корунд» повністю сертифікований і
74
відповідає заявленим характеристикам. Як відомо, теплопровідність повітря невелика
– 0,0262 Вт / м.
Ефективність 1 мм шару «Корунду» за термічним опором часто порівнюють з
50 мм мінеральної вати, проте фахівці рекомендують враховувати умови конвекції та
конкретний тип поверхні.
В Україні рідка теплоізоляція класифікується не як класичний утеплювач (як
пінопласт чи вата), а як захисне покриття:
1. ДСТУ Б В.2.7-171:2008 (Будівельні матеріали. Суміші мастичні та
шпаклівні).
2. ДСТУ Б В.2.7-126:2006 (Суміші будівельні сухі модифіковані). Оскільки
Корунд постачається у вигляді готової суспензії, він проходить випробування за
параметрами адгезії, в’язкості та стійкості до зовнішніх чинників.
3. Пожежна безпека: Зазвичай відповідає групі Г1 (низька горючість) або НГ
(негорючі, залежно від модифікації), що дозволяє використовувати його на об'єктах з
високими вимогами до безпеки.
4. Санітарні норми: Матеріал є екологічно безпечним і дозволений для
використання всередині житлових приміщень та на об’єктах харчової промисловості.
Основні модифікації:
- «Корунд» Класик: Для металевих поверхонь, трубопроводів, запірної
арматури.
- «Корунд» Фасад: Має підвищену паропроникність, розроблений спеціально
для бетонних та цегляних стін.
- «Корунд» Антикор: Дозволяє нанесення безпосередньо на іржу (попередньо
видаливши пухкий шар).
- «Корунд» Зима: Можна наносити при температурах до мінус 10 0С (на відміну
від інших видів, які потребують плюсової температури під час монтажу та
експлуатації).
Особливості застосування
- Підготовка: Поверхню треба знежирити та очистити від пилу.
75
- Інструменти: Наноситься пензлем, валиком або апаратом безповітряного
розпилення.
- Пошаровість: Не рекомендується наносити шар товщиною понад 0,5 мм за
один прохід, оскільки це може призвести до утворення «кірки», яка перешкоджатиме
виходу вологи.
Рисунок 3.1 – Схематичне зображення теплоізоляційного матеріалу «Корунд»
Корунд є непоганим «тепловим» ізолятором. Проте, відома теплопровідність
керамічних сфер з розрядженим повітрям – не більше 0,00083 Вт/м·К). Вміст
мікроскопічних керамічних сфер в матеріалі «Корунд» від 75 % до 90 % залежно від
модифікації Ефективність утеплювача безпосередньо залежить від товщини: чим
товще шар утеплювача, тим краще. Товщина теплоізоляційного шару надтонкого
теплоізолятора «Корунд» варіюється від 1 мм до 6 мм, подальшого збільшення
практично не впливає на його ефективність.
2. Армофол
Багатофункціональний матеріал з тепловідбивною поверхнею. Непроникний,
два шару алюмінієвої фольги, армовані полімерною сіткою. З’єднання латексом.
Тепловідбивний багатофункціональний матеріал.
Технічна характеристика представлена в табл. 3.3.
76
Таблиця 3.3 – Технічна характеристика Армофолу
Упаковка: Рулони
Товщина, см. 0,30
Тип B
Температура
0 – 40 + 150
використання С
Використання Гідроізоляція, пароізоляція, вітрова ізоляція і тепловий бар’єр.
Ремонт і будівництво (фундаменти, бані, криші). Утеплення міст
для спання в екстремальних умовах, в туристичних походах, на
дачах, на рибалці. Одіяло для екстремальних випадків та ін.
Примітки Виріб є не шкідливим для здоров’я і навколишнього середовища.
3. Скляна вата (скловата)
Сировина: ті ж матеріали, що і для виробництва скла: кварцовий пісок, вапняк
або крейда. сода або сульфат натрію, а також скляний бій. Тонке скляне волокно для
текстильних матеріалів одержують витяганням з розплавленої скломаси.
Більш грубе волокно застосовують для теплової ізоляції. Воно виготовляється
дуттям та центробіжним шляхом. Його називають скляна вата. Густина вати 125 кг/м3,
теплопровідність �� = 0,052 Вт/(м · К).
Промисловість випускає супертонке скловолокно густиною до 25 кг/м3 і
теплопровідністю �� = 0,03 Вт/(м · К). Властивості: скляна вата практично не дає
усадки в конструкціях, волокна її не руйнуються при тривалих струсах і вібрації. Вона
погано проводить і добре поглинає звук, морозостійка, хімічно стійка.
Скляні мати, напівжорсткі та жорсткі плити, а також фасонні вироби на основі
із синтетичних смол мають щільність від 20 кг/м3 до 200 кг/м3, �� = 0,05 Вт/(м · К).
Вони застосовуються для теплоізоляції захисних конструкцій виробничих будівель,
печей, трубопроводів, устаткування, апаратури, різних засобів транспорту при
температурі ізольованих поверхонь від мінус – 60 0С до + 180 0С.
4. Піноскло
Піноскло виготовляють із подрібненого в порошок скла шляхом спікання та
спучування за допомогою газоутворювачів із подальшим відпалом. Піноскло у
вигляді плит має густину не більше 300 кг/м3, теплопровідність �� = 0,093 Вт/(м · К).
Піносклом називають скло, що має пористу (комірчасту) структуру. Пористість
77
складає від 80 % до 95 %. Піноскло має високі теплоізоляційні якості:
теплопровідність від 0,058 Вт/(м·К) до 0,128 Вт/(м·К), високу міцність і
водостійкість, повну негорючість, морозостійкість і легкість механічної обробки:
легко пиляється, ріжеться, піддається свердлінню, в нього можна забивати цвяхи.
Температуростійкість від 300 0С до 400 0С, для безлугового скла від 800 0С до
1000 0С. Розміри окремих пір в комірчастому склі коливається від десятих часток
міліметра до 3 мм. Об’ємна маса піноскла від 100 кг/м3 до 200 кг/м3.
Застосовується для ізоляції стін і перекрить, утеплення промислових і
цивільних будівель, а також для ізоляції камер холодильників і гарячих поверхонь
теплових установок.
5. Вермикуліт
Сипкий пористий матеріал у вигляді лускових частинок золотистого кольору,
одержуваних прискореним випаленням до спучування (від 900 0С до 1000 0С0С)
вермикуліта – гідрослюди, що містить між елементарними шарами зв’язану воду.
Пара, що утворюється з цієї води, розсовує пластинки слюди, збільшуючи первинний
об’єм зерен від 15 до 20 разів і більш.
Температура плавлення вермикуліта 1300 0С. При крупності зерен від 5 мм до
15 мм густина коливається від 80 кг/м3 до 150 кг/м3. При більш дрібних зернах вона
збільшується до 400 кг/м3. Теплопровідність до 100 0С рівна від 0,048 Вт/(м·К) до 0,10
Вт/(м·К), а при 400 0С рівна від 0,14 Вт/(м·К) до 0,18 Вт/(м·К),.
6. Перліт
Одержують шляхом випалення перліту. Для виготовлення спученого перліту
сировиною служать вулканічні склоподібні породи (перліт, обсидіан), що містять
невелику кількість гідратної води (від 3 % до 5 %). Перліт – кисле вулканічне скло що
містить воду. При швидкому нагріві від 3 хв до 5 хв. до температури від 900 0С до
1200 0С вода переходить в пару і спучує розм’якшену породу: вона розпадається на
окремі кулясті зерна із збільшенням в об’ємі від 5 до 10 разів і більш (пористість зерен
від 80 % до 90 %). Насипна щільність перлітового піску коливається від 75 кг/м3 до
250 кг/м3. Теплопровідність при 25 0С складає від 0,046 Вт/(м.К) до 0,08 Вт/(м.К).
Спучений вермикуліт і перліт використовують у вигляді теплоізоляційних засипок
78
при температурі ізольованих поверхонь відповідно від – 260 0С до + 1100 0С
(вермикуліт) і 800 0С (перліт). На їх основі в суміші з терпкою речовиною одержують
і бетонних суміші розчинів, з яких формують теплоізоляційні вироби (плити,
шкаралупи, сегменти, цеглини) або виконують теплоізоляційні, звукопоглинальні і
декоративні штукатурки. На основі перлітового піску і щебня одержують
конструктивно-теплоізоляційні матеріали.
7. Полотно з супертонкого базальтового волокна БСТВ
Базальтове волокно (базальтова вата) – це волокнистий матеріал, що
складається з хаотично розташованих волокон, утримуваних у структурі силами
механічного переплетення та міжатомної взаємодії».
Характеристика:
- матеріал з відмінними тепло- і звуко- ізоляційними властивостями;
- негорюча, вогнестійка, пожежобезпечна;
- екологічно чисте (не містить феноломісткого зв’язуючого);
- витримує температуру вживання від – 269 °С до +1100 °С ;
- не піддається старінню (термін експлуатації понад 50 роки);
- хімічно стійка, нетоксична;
- стійка по відношенню до мікроорганізмів і гризунів, не гниє;
- не створює додаткового дифузійного опору конструкції завдяки високому
коефіцієнту паропроникності;
- володіє низькою гігроскопічністю (не вбирає вологу з повітря);
- стійка до вібрацій (не руйнується).
Таблиця 3.3 – Технічні показники супертонкого базальтового волокна БСТВ
Властивість Од. вимір. Величина
Густина кг/м3 20 – 21
Середній діаметр волокна мкм не більше 2,0 – 3,0
Масова частка не волоконних включень % не більше 4,8 – 8,0
Масова частка вологи % не більше 2,0
Теплопровідність при 25 °С Вт/(м·К) 0,038
Теплопровідність при 125 °С Вт/(м·К) 0,070
Теплопровідність при 300 °С Вт/(м·К) 0,12
Гранична температура використовування °С 1100
79
Область використання:
- Теплоізоляція горищ, мансард, стельових перекрить.
- Теплоізоляція підлоги, стель між лагами (без навантаження).
- Теплова ізоляція промислового обладнання.
- Теплова ізоляція в суднобудуванні.
3.4 Розрахунок теплоізоляції парової сорочки
Для розрахунку теплової ізоляції парової сорочки зобразимо її схему на рис. 3.2.
Рисунок 3.2 – Схема теплоізоляції парової сорочки
Коефіцієнт теплопровідності сталі ��сталі, Вт/м∙град.:
��сталі ≈ 50 Вт/(м ∙ ℃).
Коефіцієнт теплопровідності матеріалу корунд ��корунд, Вт/м∙град.:
��корунд ≈ 0,0012 Вт/(м ∙ ℃).
Густина інфрачервоний потоку, Вт/м2, через циліндричну стінку довжиною �� =
0,7 мм з діаметром ��2 = 1,216 м і температурою внутрішньої і зовнішньої поверхонь
відповідно:
Ф1 248921
Е1 = = = 93132,3 Вт⁄
2 ∙ �� ∙ ��2 ∙ �� 2 ∙ 3,14 ∙ 0,608 ∙ 0,7 м2
80
2 ∙ �� ∙ (��1 − ��2) ∙ �� 2 ∙ �� ∙ (110 − 95) ∙ 0.7
Ф1 = = = 248921 Вт
1 ��2 1 1,216
∙ ���� ∙ ����
��сталі ��1 50 1,2
Після теплоізоляції:
2 ∙ �� ∙ (��1 − ��3) ∙ 0,7 2 ∙ �� ∙ (110 − 45) ∙ 0.7
Ф2 = = = 104,43 Вт
1 �� 1 �� 1 1,216 1 1,22
∙ ���� 2 + ∙ ���� 3 ∙ ���� + ∙ ����
��сталі ��1 ��корунд ��2 50 1,2 0,0012 1,216
Густина потоку:
Ф2 104,43
Е2 = = = 38,94 Вт⁄ 2 < 100 Вт⁄ .
2 ∙ �� ∙ ��3 ∙ �� 2 ∙ 3,14 ∙ 0,61 ∙ 0,7 м м2
3.5 Загальні правила безпеки для оператора вакуум-випарного апарату
Для оператора вакуум-випарного апарату МЗС-320 (який часто
використовується в лініях виробництва кабачкової ікри або молочних продуктів)
правила безпеки базуються на роботі з надлишковим тиском, вакуумом, парою та
обертовими механізмами.
Нижче наведено структурований перелік загальних правил безпеки:
1. Вимоги перед початком роботи
- Перевірка КВП: Переконатися у справності мановакуумметрів, термометрів та
запобіжних клапанів;
- Герметичність: Перевірити стан ущільнювальних прокладок люків та з’єднань
трубопроводів;
- Заземлення: Візуально перевірити цілісність заземлювального контуру
корпусу апарату та електродвигуна привода мішалки;
- Санітарний стан: Переконатися, що всередині апарату відсутні сторонні
предмети після миття.
81
2. Безпека під час експлуатації
- Контроль тиску: Не допускати перевищення робочого тиску пари в гріючій
камері (сорочці) понад встановлену норму (зазвичай 0,3 МПа для даного типу
обладнання);
- Запобігання опікам: Забороняється торкатися неізольованих ділянок
паропроводів та гарячих частин корпусу. Робота має проводитися у відповідному
спецодязі;
- Робота з вакуумом: Набір вакууму та подачу пари здійснювати плавно, щоб
уникнути гідравлічних ударів та викиду продукту в конденсатор;
- Спостереження: Постійно стежити за рівнем продукту через оглядове скло, не
допускаючи утворення піни та потрапляння продукту у вакуум-систему.
3. Робота з механічними вузлами
- Мішалка: Категорично забороняється відкривати люк апарату або проводити
будь-який ремонт при працюючій мішалці;
- Блокування: Система повинна мати блокування, що унеможливлює запуск
привода при відкритій кришці.
4. Вимоги після закінчення роботи
- Скидання тиску: Потрібно спочатку перекрити подачу пари, потім зняти
вакуум (вирівняти тиск із атмосферним) і лише після цього відкривати люки;
- Охолодження: Очищення та миття апарату проводити тільки після його
охолодження до температури від 40 °C до 45 °C.
5. Аварійні ситуації
- Негайне зупинення;
Апарат має бути вимкнений у разі:
- Виходу з ладу манометра або запобіжного клапана;
- Появи сторонніх шумів чи вібрації в приводі мішалки;
- Різкого падіння вакууму або протікання продукту чи пари через ущільнення;
- Виявлення напруги на корпусі («пробиття» на масу).
Також необхідно дотримуватися вимог:
- Двері електрощита повинні бути закриті на спецключ;
82
- До роботи з вакуум-випарним апаратом МЗС-320 допускаються лише особи,
що пройшли спеціальне навчання (курси) по техніці безпечного обслуговування;
- Повинні бути виконані і строго дотримуватися при експлуатації вакуум-
випарного апарату МЗС-320 всі вимоги «Правил протипожежної безпеки»;
- Чищення і мащення механізмів при роботі вакуум-випарного апарату МЗС-
320 забороняється;
- Забороняється ремонт або регулювання електроапаратури і
електричних приладів на ходу без зняття напруги ;
- Забороняється робота при знятому огородженні приводу вакуум-
випарного апарату МЗС-320;
- При зупинці вакуум-випарного апарату МЗС-320 на довгий час або на час
технічного обслуговування повинні бути вжиті заходів по надійному (додатковому)
відключенні апарату від електромережі і пару.
Висновки до розділу 3
У даному розділі було проведено комплексний аналіз умов безпечної
експлуатації теплових апаратів, зокрема вакуум-випарної установки, та розроблено
заходи щодо мінімізації впливу шкідливих виробничих факторів на оператора.
Основні результати роботи:
- Ідентифікація ризиків: Виявлено основні небезпечні фактори, серед яких
ключовими є підвищена температура поверхонь обладнання, ризик термічних опіків,
надлишковий тиск у паровій сорочці та інтенсивне інфрачервоне випромінювання;
- Захист від теплового випромінювання: Встановлено, що тривалий вплив
інфрачервоних променів може призвести до порушення терморегуляції організму та
професійних захворювань. Як основний засіб колективного захисту обґрунтовано
необхідність застосування ефективної теплоізоляції;
- Інженерні розрахунки: Здійснено проектування та розрахунок
теплоізоляційного шару парової сорочки випарного апарату. Вибір оптимального
матеріалу та товщини ізоляції дозволив знизити температуру зовнішньої стінки до
83
нормативних 45 °C (згідно з ДСТУ), що не тільки забезпечує безпеку персоналу, але
й значно підвищує енергоефективність установки шляхом зменшення втрат тепла в
навколишнє середовище;
- Операційна безпека: Сформовано чіткий регламент безпечної роботи для
оператора, що включає вимоги до підготовки обладнання, контролю параметрів тиску
та вакууму, а також порядок дій у разі виникнення аварійних ситуацій.
Реалізація запропонованих технічних рішень (розрахункова теплоізоляція) та
дотримання правил техніки безпеки дозволяють створити умови праці, що
відповідають чинним нормам охорони праці, мінімізують ризик виробничого
травматизму та забезпечують надійну роботу теплового обладнання.
84
ЗАГАЛЬНИЙ ВИСНОВОК
У результаті виконання роботи було розглянуто вакуум-випарний апарат МЗС-
320 для лінії виробництва овочевої ікри. Основні підсумки роботи полягають у
наступному:
- Конструктивна досконалість: Обґрунтовано ефективність використання
апарата МЗС-320, виконано перевірочні розрахунки його продуктивності та
нагрівальної здатності. Проектування приводу мішалки та системи відведення
конденсату забезпечує стабільну роботу обладнання при високих навантаженнях та
максимальну інтенсифікацію теплообміну (ККД 95 %).
- Технологічна ефективність: Розроблено раціональний технологічний процес
виготовлення ключової деталі приводу муфти. Оптимізація маршруту обробки та
вибір методів базування гарантують високу точність виготовлення при мінімальних
витратах часу та ресурсів, що підтверджує технологічність конструкції.
- Експлуатаційна безпека: На основі теплових розрахунків запроектовано
систему теплоізоляції, яка знижує температуру зовнішніх поверхонь до безпечного
значення 45 °C. Це, разом із розробленим регламентом безпечної експлуатації,
мінімізує ризики виробничого травматизму та вплив шкідливих факторів на
оператора.
85
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. ДСТУ 4683:2006. Консерви. Ікра овочева. Технічні умови. – Київ :
Держспоживстандарт України, 2007. – 18 с.
2. Бачевський П. П. Процеси та апарати харчових виробництв : підручник / П.
П. Бачевський, Р. А. Прянішніков. – К. : Центр навчальної літератури, 2019. – 456 с.
3. Бурдо О. Г. Тепломасообмінні процеси та апарати харчових виробництв / О.
Г. Бурдо, І. І. Безбах. – Одеса : Поліграф, 2015. – 312 с.
4. Машини та апарати харчових виробництв : у 2 кн. / за ред. І. Ф. Малежика. –
К. : НУХТ, 2014. – Кн. 1. – 520 с.
5. Обладнання підприємств переробної та харчової промисловості / під ред. М.
В. Киселевського. – Вінниця : ВНТУ, 2017. – 380 с.
6. Теплотехнічні розрахунки процесів випаровування : методичні вказівки /
уклад. В. М. Світлий. – Львів : Львівська політехніка, 2021. – 84 с.
7. НПАОП 0.00-1.81-18. Правила охорони праці під час експлуатації
обладнання, що працює під тиском. – К. : Держпраці, 2018. – 120 с.
8. Технологічне обладнання плодоовочепереробних підприємств / О. Ю.
Соколов та ін. – Х. : Світ, 2018. – 290 с.
9. Соколов В. І. Основи конструювання та розрахунку деталей машин : навч.
посібник. – К. : Основа, 2020. – 410 с. (щодо розрахунку черв'ячної передачі).
10. Охорона праці в галузі : навч. посіб. / К. Н. Ткачук, М. О. Халімовський та
ін. – К. : Основа, 2016. – 432 с.
11. Богомолов О.В., Гурський П.В., Богомолова В.П. Курсове та дипломне
проектування обладнання переробних і харчових підприємств: Навч. посібник для
студ. вищих навч. закл. – Х. : Еспада, 2005. – 429 с.
12. Ванін В.В., Бліок А.В., Гнітецька Г.О. Оформлення конструкторської
документації: Навч. Посіб. 3-вид. –К.: Каравела, 2004. – 160 с.
13. Домарецький В.А., М.В. Остапчук, А.І. Українець. За ред. А.І. Українця.
Технологія харчових продуктів. Підручник для студентів вузів. – К.: НУХТ, 2003. –
572 с.
86
14. Методичні рекомендації до практичних занять з дисципліни: «Машини для
транспортування харчової продукції» для студентів 3 курсу спеціальності 133
Галузеве машинобудування усіх форм навчання /Укладач Л.М. Мізнік, М.В. Хандюк
– Черкаси: ЧДТУ, 2020. – 67 с.
15. Обладнання підприємств переробної та харчової промисловості/ Гулий І.С.,
Пушанко М.М., Орлов Л.О. та ін. – Вінниця: Нова книга, 2001.–576с.
16. Серьогін О.О., Пономаренко В.В., Люлька Д.М. Технологічне обладнання
харчових виробництв: Конспект лекцій для студентів напрямку підготовки
«Інженерна механіка» (спеціальності «Обладнання переробних і харчових
виробництв») денної та заочної форми навчання. – К.: НУХТ, 2011. – 160 с.
17. Методичні рекомендації до практичних занять з дисципліни: «Технологічне
обладнання харчових та торгівельних підприємств» для здобувачів освітнього
ступеня бакалавр зі спеціальності 133 «Галузеве машинобудування» освітньо-
професійної програми «Обладнання харчових, торгівельних та машинобудівних
підприємств» всіх форм навчання /Укладачі В.І. Осипенко, О.В. Батраченко Л.М.
Мізнік, М.В. Хандюк – Черкаси: ЧДТУ, 2021. – 78 с.
18. Методичний посібник щодо написання та захисту кваліфікаційної роботи
бакалавра для здобувачів освітнього ступеню бакалавр спеціальності 133 «Галузеве
машинобудування» освітня програма «Обладнання харчових, торгівельних і
машинобудівних підприємств» [Електронний ресурс] / [упоряд. Василь Осипенко,
Олександр Батраченко, Лариса Мізнік, Микола Хандюк]; М-во освіти і науки
України, Черкас. держ. технол. ун-т. – Черкаси : ЧДТУ, 2023. – 45 с.