ПАКУВАЛЬНЕ ОБЛАДНАННЯ

Розрахунок поплавкових пристроїв

На рис. 3.94 наведена розрахункова схема поплавкового регулятора рівня рідини із такими позначеннями: Q„ — кількість рідини, що поступає в резервуар за одиницю часу; Qe — витрати рідини за одиницю часу; d — внутрішній діаметр трубки наповнення резервуара рідиною; D і Dp — діаметри поплавка і резервуару; «9 0, <9 к — швидкість рідини в трубці наповнення і в зазорі <5 між торцем трубки наповнення (сідло) і поверхнею клапана; п(І — число фасувальних пристроїв, що одночасно здійснюють фасування; z — умовно прийнята мінімальна висота стовпа рідини в лінії нагнітання; h — глибина занурення поплавка в рідину; Р„ — зусилля, з яким рідина тисне на клапан поплавка; R„ — Архімедова сила, що діє на поплавок з боку рідини.

Амплітуда коливання рівня рідини Н в резервуарі залежить від виконання двох умов:

• від рівності витрат Qe і поступлення Q„ рідини в резервуар за один і

той же проміжок часу;

• від якості герметизації, яка створюється мембраною поплавка при

зменшенні, або зупинці витрат рідини із резервуару.

При виконанні цих умов амплітуда коливань рівня буде знаходитись в межах висоти зазору 8, величина якого задається, виходячи із конструкції фасувального пристрою.

Чим менше S, тим стабільніше працює дозатор, тим менше відхилення в об’ємі дози при наповненні споживчої тари в різні періоди роботи фасувальної машини.

Витрати рідини визначаються продуктивністю машини, а кількість рідини, що поступає в резервуар, — діаметром труби для наповнення і швидкістю потоку <9 о.

Для нормальної роботи поплавкового регулятора потрібно, щоб

Qe-Qn (3.117)

При відкритому клапані, тобто <5^0, розрахункове значення діаметра труби подачі можна визначити:

;rva6° (ЗЛ18)

У даній формулі два параметри невідомі — діаметр труби і швидкість переміщення рідини в трубі.

Для запису другого рівняння з невідомими параметрами d0 і 9 0 розглянемо два перерізи 1-І і II—II в нагнітальній трубі. Із рівняння Бернуллі

^ + z+% *

7

запишемо:

де £ — коефіцієнт місцевого опору переміщення рідини в трубі нагнітання;

Л — коефіцієнт гідравлічного тертя переміщення рідини в трубі нагнітання;

у — питома вага рідини{p g).

Р, І()=Рабс~ РаПт — надлишковий тиск рідини в трубі нагнітання.

Із рівняння (3.119) видно, що найменше значення швидкості va буде при Рнд —> шіп, тобто при Рид = 0, тоді

,9(| = І - =' 'І2 'g 'z (3.120)

)е + л---

Розв’язавши разом рівняння (3.118) і (3.120), можна визначити dp'i&o.

Під час конструювання діаметр труби приймають більшим розрахун­кового (для зменшення числа Рейнольдса) із умови:

ё-d >П'^ ’ (3-121)

4

звідки

n-d2

dK>~^j-, (3.122)

де dK—конструктивне значення діаметра труби наповнення (приймається відповідно ДСТУ).

Роботу поплавкового регулятора можна характеризувати двома режимами: перший відповідає нижньому положенню поплавка, тобто 8^0; другий — верхньому, коли б = 0. Із цих двох режимів потрібно

встановити, за яких параметри поплавкового регулятора будуть

найбільшими.

Для першого режиму роботи зусилля Р„, що діє на мембрану поплавка, можна визначити із теореми імпульсів, попередньо прийнявши 6<dK та діаметр мембрани значно більший від діаметра труби наповнення витратного резервуару:

P„=m0-90=p-Qn-90, (3.123)

Відповідно до формули (3.123) зусилля, що сприймає мембрана поплавка, прямо пропорційне швидкості переміщення продукції в трубі нагнітання, тобто при збільшенні швидкості збільшується і зусилля.

185

Поряд із цим, якщо проаналізувати формулу (3.118), одержимо, що при збільшенні діаметра труби нагнітання швидкість переміщення продукції зменшується при сталому значенні тиску продукції. Таким чином, прийнявши збільшене значення діаметра труби dK, зменшуємо швидкість і тим самим Р„.

Другий режим роботи поплавкового регулятора характеризує умову герметичності клапана в момент зупинки видачі продукції у фасувальні пристрої. Гідростатичний тиск рідини в трубі, що діє на клапан поплавка можна визначити за формулою:

(3.124)

Із даної формули видно, що із збільшенням dK гідростатичний тиск рідини Р збільшується в квадратній залежності. Тобто за рівнозначних умов гідростатичне зусилля під час герметизації труби нагнітання буде більше, ніж зусилля стовпа рідини, що діє на клапан, коли зазор 6^0. А тому найбільш важкі умови роботи поплавкового регулятора будуть в момент зупинки роботи фасувальної машини, тобто забезпечення герметичності труби нагнітання.

Якщо припустити, що зусилля, яке діє на поплавок, є більшим ніж підйомна сила R„ поплавка, то відбудеться розгерметизація клапана і рівень рідини у витратному резервуарі суттєво збільшиться.

Використавши рівність зусиль, що діють на поплавок, визначимо діаметр поплавка:

звідки:

(3.125)

В процесі проведення розрахунків і конструювання може виникнути ситуація, що одержане значення діаметра поплавка потрібно зменшити.

У такому випадку потрібно зменшити Рп за рахунок встановлення вирівнювальних бачків, або збільшити Rn за рахунок приєднання до поплавка спеціальних механічних тяг, пружних елементів тощо.

Поряд із цим потрібно враховувати наступне, при фасуванні продукції рівень рідини у витратному резервуарі зменшується. Нормальним режимом роботи витратного резервуару вважають такий, за якого під 186
час фасування спрацьовує рівень рідини, що знаходяться між стінками витратного резервуару і поплавком, тобто

Qe=^-(D2p-D2)ph. (3.126)

4 р

Виходячи із цих міркувань, виходить, що чим більший діаметр поплавка, тим швидше витрачається рідина, тим швидше зменшується рівень рідини у резервуарі, що приведе до коливань дози у мірних стаканах. Вибір раціональних параметрів витратного резервуару за конструктором, який може або збільшити розміри витратного резервуару, що призведе до збільшення габаритів фасувальної машини, або технічно ускладнити конструкцію поплавкового регулятора.

Аналізом даних експлуатаційних випробувань встановлено, що нормальний, наближений до оптимального, режим роботи регулятора рівня можна досягти при виконанні таких умов:

• висота занурення поплавка в рідину повинна дорівнювати або бути дещо більшою величини зазору між клапаном і торцевою поверхнею труби нагнітання (д<И)'->

• об’єм рідини, що витиснутий поплавком, повинен витрачатися за час, достатній для відкриття клапана поплавкової системи (t ~ 1 с);

• технологічний запас рідини в резервуарі і діаметр витратного резервуару повинні бути достатніми для забезпечення мінімальної амплітуди коливання рівня продукції під час безперервної роботи фасувальної машини (в межах 5-10 мм).

При всіх рівних умовах перевага буде віддана конструкції регулятора рівня з найлегшим поплавком.