Файл: Ярмолинский, Д. А. Элементы конструкций автоматов линий розлива вин монография.pdf

£С= Я 4- + 2?М.

а

Резервуары для вина и поплавковые устройства. Во всех известных автоматах розлива, относящихся к категории кару­ сельных машин, обязательным конструктивным элементом яв­ ляется вращающийся на главном валу расходный резервуар с дозирующими или разливочными приборами и поплавковой системой, поддерживающей при розливе постоянный уровень жидкости в баке. Особое значение приобретает работа поплав­ ковой системы при розливе жидкости «по объему», так как коле­ бания уровня в расходном резервуаре отражаются на точности дозирования вина в бутылку. В изобарометрических и вакуум­ ных разливочных машинах (а также в изобарометрических при розливе вина «по уровню»), поплавковый регулятор уровня управляет работой газовых и жидкостных клапанов, золотнико­ вой системой и косвенно влияет на точность наполнения буты­ лок вином.

Поэтохму остановимся на конструкциях расходных резервуа­ ров с поплавковыми устройствами, применяемыми в автоматах для розлива тихих жидкостей по объему.

100

В автоматах ЮМ (17М, 19М) напорный резервуар имеет литое днище, съемную стальную крышку и медную обечайку, в которой помещается разливаемая жидкость. Внутренняя по­ верхность резервуара покрыта полудой. По окружности днища резервуара расположено двенадцать отверстий для прохода дозировочных стаканов. Для поддержания постоянного уровня жидкости в резервуаре имеется поплавковый регулятор (рис. 39). В нижней части он опирается на шарик, а в верхней проходит через сальник, укрепленный в крышке резервуара. Двумя регулировочными болтами поплавок соединен с полым цилиндрическим золотниковым клапаном.

Рис. 46. Поплавковый регулятор автомата ВАР-6

101

ника, через которые жидкость начнет поступать в резервуар до заранее отрегулированного уровня; при определенном поло­ жении клапан перекроет окна, отчего подача жидкости пре­

кратится.

Расходный резервуар к автомату ВАР-б (рис. 40) состоит из жидкостного бака 1, уровень вина в котором автоматически поддерживается поплавковым регулятором 2. Регулятор уровня имеет трубу 3, через которую в резервуар поступает жидкость, и поплавок 4 с резиновым клапаном 5, прекращающим поступ­ ление жидкости, в случае повышения уровня.

Происходит это следующим образом. Резиновый клапан закреплен в специальной металлической направляющей 6, имеющей продольные полукруглые вырезы, через которые жид­ кость проходит из трубы в резервуар. Направляющая может вертикально перемещаться по трубе 3 под действием планки 7, укрепленной в дне поплавка. С повышением уровня жидкости поплавок поднимается и увлекает вверх направляющую 6 до тех пор, пока резиновая мембрана клапана не упрется в седло тру­ бы 3 и перекроет поступление жидкости в резервуар. При по­ мощи специальной гайки 9, расположенной на крышке 8, можно перемещать поплавок в резервуаре и таким образом регулиро­ вать уровень жидкости. Дно резервуара имеет кольцевой коллек­ тор 10, с которым сообщаются дозировочные приборы 11.

Для расчета оптимальных размеров жидкостного резервуара и элементов поплавкового регулятора уровня воспользуемся схе­ мой на рис. 41.

Введем некоторые обозначения: Qn— количество поступаю­ щей жидкости; Qp — расход жидкости; d —внутренний диаметр наполнительного патрубка; D и Dp— диаметры поплавка и

Рис. 41. Расчетная схема для определения оптималь­ ных размеров поплавково­ го регулятора уровня

1 0 2

резервуара; v0 и ук — скорость движения жидкости в наполни­ тельном патрубке и в щели; п — число дозировочных приборов; z — минимальная высота столба жидкости в нагнетательной линии; б — размер щели, образуемой мембраной поплавка и седлом клапана; h — глубина погружения поплавка в жидкость; Рп— сила давления поступающей жидкости на мембрану по­ плавка; Rn—Архимедова сила, действующая на поплавок.

Амплитуда колебания уровня жидкости в резервуаре зави­ сит от двух условий:

1) от постоянства расхода Qp и поступления Qn жидкости

врезервуар за одно и то же время;

2)от качества герметизации, создаваемой мембраной по­

плавка при уменьшении или прекращении расхода жидкости из резервуара.

При соблюдении этих условий амплитуда крлебания уровня будет находиться в пределах высоты щели б, размер которой задается исходя из конструкции дозировочного прибора. Чем меньше б, тем стабильнее' работает дозатор, тем меньше откло­ нение в объеме дозы при наполнении бутылки в разные периоды работы разливочного автомата.

Расход жидкости определяется по паспортной производитель­ ности автомата, а количество жидкости, поступающей в резер­ вуар, по диаметру наполнительного патрубка и скорости по­ тока vQ. Для нормальной работы поплавкового регулятора не­ обходимо, чтобы

Qp "С Qa-

При открытом клапане диаметр наполнительного патрубка можно определить по формуле

Скорость потока находится из уравнения Бернулли для сече-

I и I I — I I :

1

Vо —

£ + Я —

d

103

В этих формулах: /?абс, Ратм и ршЗб — соответственно абсолютное, атмосферное и избыточное давление; £— коэффициент местных сопротивлений; %■—коэффициент гидравлического трения.

Наименьшая скорость поступления жидкости в резервуар будет тогда, когда расходная емкость располагается почти на одном уровне с резервуаром, т. е.

Р min

V.

У

В то же время наихудшие условия для создания герметиза­ ции наполнительного патрубка будут при максимальном давле­ нии жидкости в подводящей к автомату трубе, воспринимаемом мембраной поплавкового клапана.

Для определения величины усилия Ра за время dt восполь­ зуемся уравнением теоремы импульсов:

Ра = m0v0— 2vKmKcos а1г

где т0 и тк — соответственно масса жидкости, проходящей по наполнительному патрубку и выходящей из него за единицу вре­ мени; а —угол конусности струи, вытекающей из клапана.

Для облегчения расчета примем диаметр мембраны клапана большим по размеру, чем в наполнительном патрубке, а высоту щели 6 — минимально возможную, причем 8<^d и тогда уравне­ ние (150) окончательно примет вид

так как а = 90° (р — плотность жидкости).

Поскольку работу поплавкового регулятора можно условно разделить на два этапа, соответствующие нижнему и верхнему конечному перемещению поплавка, необходимо определить вели­ чины усилий, воспринимаемых мембраной при открытом (первый этап) и закрытом (второй этап) клапане.

Для первого этапа справедливо уравнение (27).

При истечении жидкости из наполнительного патрубка изме­ нение скорости движения связано с изменением диаметра при заданном давлении в магистрали.

Обычно конструктивный диаметр патрубка dK принимается больше расчетного d из соображений уменьшения числа Рей­ нольдса потока и с тем, чтобы

С другой стороны, увеличение диаметра приводит к измене­ нию условий герметичности затвора в период закрытия клапана &соответствии с уравнением

104

где Ра — сила гидростатического давления жидкости в наполни­

тельном патрубке (Рп численно равно /?п); р — гидростатиче­ ское давление в подводящей магистрали в данный момент вре­ мени; у — удельная сила тяжести жидкости.

Анализируя уравнения (27) и (28), можно заметить, что на первом этапе работы поплавкового регулятора с увеличением диаметра патрубка (с уменьшением скорости потока v0 при постоянном поступлении жидкости Qn) сила действия потока на поплавок, а следовательно, сила реакции поплавка Rn умень­ шается. С другой стороны, на втором этапе увеличение диа­ метра патрубка приводит к увеличению силы давления жидкости на поплавок и соответственно реакции поплавка.

Характер зависимости реакции поплавка от диаметра пат­ рубка в обоих случаях можно проследить на графике (рис. 42), построенном в соответствии с этими уравнениями.

Из графика следует, что для принятых при построении его диаметрах патрубка реакция поплавка в период истечения жид­ кости всегда оказывается меньше необходимой реакции на вто­ ром этапе и наиболее тяжелые условия работы поплавка создаются при прекращении расхода жидкости и закрытии кла­ пана. В тех случаях, когда усилие, воспринимаемое мембраной, оказывается больше подъемной силы поплавка, происходит раз­ герметизация клапана и уровень жидкости начинает подни­ маться. Следовательно, диаметр поплавка должен быть опреде­ лен из уравнения

Рп’ = Ra = УhF = y h ^ ~ .

Может оказаться, что полученный диаметр поплавка пре­ вышает размеры резервуара, который не может быть больше

105

начальной окружности дозировочных приборов, определяемой по ГОСТ (при наружном расположении дозаторов).

Вэтих случаях необходимо снизить давление в магистрали установкой дополнительного уравнительного бачка или спе­ циального механического приспособления к поплавку в виде реактивной тяги. Одно из таких приспособлений с разгрузоч­ ным устройством, показанное на рис. 43, используется в автома­ тах ВАР-8 и Д9-ВРМ-6 [41].

Вновой конструкции поплавкового регулятора уровня на­

правляющая 1 с резиновым клапаном-мембраной 2 связана тягой 3 с верхней мембраной 4. Последняя укреплена на тяге гайкой 5, которая опирается на внутренний уступ фланца б, удерживая тягу в заданном положении при опущенном поплавке. Концы мембраны 4 за­ креплены на фланце и за­ крыты крышкой 7 с по­ мощью винтов 8. Поло­ жение поплавка можно регулировать, уменьшая или увеличивая длину тя­ ги вращением гайки 11.

При поднятом поплав­ ке 10 давление жидкости воспринимают сразу обе мембраны, причем верх­ няя через тягу прижима­ ет поплавок вместе с кла­ паном, герметизируя па-

¥

1 г

Рис. 43. Поплавковый регулятор уровня

106

трубок 9. Клапан открывается сразу при понижении уровня жидкости в резервуаре, когда поплавок опускается под дейст­ вием собственной силы тяжести.

Кроме того, как известно, при понижении уровня вина в ре­ зервуаре (из-за вытекания вина в бутылки) прежде всего «срабатывает» объем жидкости W, заключенный между стен­ ками расходного резервуара и поплавком:

W = ~-(D p — D)2h.

Следовательно, чем больше диаметр поплавка, тем быстрее расходуется вытесненный объем жидкости, тем резче пони­ жается уровень в резервуаре и изменяется доза в мерном стакане.

Таким образом, с одной стороны, нужно стремиться к уве­ личению объема жидкости W (т. е. к уменьшению диаметра поплавка), а с другой стороны из ранее приведенного анализа следует, что диаметр поплавка не может быть меньше расчет­ ного для обеспечения герметизации клапана.

Оптимальная работа регулятора уровня достигается при соблюдении следующих условий:

1)высота погруженной части поплавка равна или немного больше величины щели между клапаном и наполнительным патрубком;

2)объем вытесненной жидкости расходуется за время, необ­ ходимое для открытия клапана (около 1с);

3)технологический запас жидкости в резервуаре и диа­ метр расходного бака обеспечивают минимальную амплитуду

конструкция регулятора уровня с наиболее легким поплавко­ вым устройством.

Ряд узлов разливочных автоматов подлежит унификации: узел загрузки бутылок; узел выгрузки бутылок; узел направ­ ляющих бутылок; узел разливочных устройств; узел подъемных (столиков) плунжеров; узел привода; узел дистанционной по­ дачи бутылок.

ОСНОВЫ РАСЧЕТА РАЗЛИВОЧНЫХ М АШ ИН

Определение производительности. Производительность раз­ ливочной машины зависит от ее конструктивных элементов, кинематики механизмов и гидравлических параметров системы. С увеличением количества наполнительных приборов или ско­ рости вращения карусели производительность машины воз-

107