книги / Прикладная теория колебаний

под первым грузонесущим органом находится вспомогательная балка второго грузонесущего органа. Грузонесущие органы и вспомогательные балки опираются через рабочие упругие связи 4 на станину. Привод установки осуществляется эксцентриковым вибратором 5, шатуны которого соединяются с реактивными массами.

Втрехмассной машине (рис. 7.6, е) с последовательным расположением грузонесущих органов 1 и эксцентриковым приводом 2 грузонесущие органы опираются с помощью упругих связей 3 на уравновешивающую раму 4, которая изолируется от опорных конструкций с помощью амортизаторов 5. Привод осуществляется эксцентриковым вибратором, соединенным с одним из грузонесущих органов.

Втрехмассной машине с параллельным расположением грузонесущих органов и эксцентриковым приводом (рис. 7.6, ж) грузонесущие органы 1 опираются с помощью упругих связей 2 на уравновешивающую раму 3, изолированную от опорных конструкций амортизаторами 4. Привод одного из грузонесущих органов осуществляется эксцентриковым вибратором 5. Второму грузонесущему органу колебания сообщаются реактивно.

Крупные вибрационные транспортирующие машины часто выполняются четырехмассными, состоящими из двух двухмассных секций (рис. 7.6, з, и). При этом привод устанавливается только на одной секции, вторая приводится в действие реактивно. Четырехмассная машина с эксцентриковым приводом включает в себя две секции. Каждая состоит из грузонесущего органа 1, опорных стоек 2, реактивной массы 3, рамы, установленной на амортизаторах 4, и рабочих упругих связей 5; рамы обеих секций связываются друг с другом с помощью соединительной тяги; привод осуществляется с помощью эксцентрикового вибратора 6, установленного на одной из секций. Достоинством машин, выполненных по данной структурной схеме, является возможность создания установок значительной дли-

161

ны. Система допускает простую передачу возмущающей силы через соединительную тягу.

Сушка в виброкипящем слое является чрезвычайно эффективным процессом, также эффективно протекает и охлаж-

дение. В виброустановках кондуктивного действия, при кото-

ром передачу тепла продукту или его отвод осуществляют через поверхности теплообменника, рабочий орган выполняется в виде герметичной конструкции, имеющей двойные стенки, между которыми пропускается охлаждающая или подсушивающая среда. В этом отношении их устройство подобно конструкции грузонесуших органов вибрационных конвейеров, предназначенных для перемещения горячих продуктов. Кондуктивный способ передачи тепла имеет ряд достоинств, так как при его использовании можно полностью изолировать рабочую камеру от попадания в нее теплоносителя. Сушка может производиться при малых скоростях продуваемого над слоем продукта газа, пониженных давлениях и в вакууме. Испаряющаяся жидкость может возвращаться в технологическую линию пищевого производства.

Сравнительные экспериментальные исследования по сушке сахара на тарельчатой, барабанной и вибрационной сушилках с кондуктивным обогревом показали, что сушка в виброкипящем слое протекает в 2–3 раза быстрее и при этом достигается более низкая конечная влажность продукта.

В установках конвективного действия обрабатываемый продукт входит в контакт с охлаждающей или обогревающей струей воздуха или газа, которые в данном случае являются одновременно и теплоносителями, и влагопоглотителями. В соответствии с этим рабочие органы вибросушилок и виброохладителей этого типа могут выполняться без специальных рубашек. Поскольку для обеспечения высокого качества сушки необходимо распределение материалов тонким ровным слоем, применяются рабочие органы с очень низкими боковыми стенками.

162

В вибрационных сушилках так называемый сушильный агент продувается над слоем или через слой обрабатываемого продукта. В первом случае движение агента осуществляют в противотоке, прямотоке или перпендикулярно направлению перемещения продукта. В установках второго типа поток агента может быть направлен снизу вверх или сверху вниз.

Подачу газа над слоем в основном применяют для быстровысыхающих продуктов, перемещение которых в вибросушилках осуществляют тонким слоем. Сушку продуктов, медленно отдающих влагу, ведут в толстом слое, через который продувают агент. При этом улучшаются теплообменные процессы и структура виброкипящего слоя (интенсифицируется процесс кипения).

В вибрационных сушилках конвективного действия, в которых для повышения эффективности действия осуществляют пропускание подсушивающей среды через слой обрабатываемого продукта, используют рабочие органы с двойным днищем. Второе днище выполняется с поперечными щелями наподобие жалюзи, в которые проходит движущийся в канале между днищами воздух или газ. В целом рабочий орган выполняется герметичным, что устраняет потери подсушивающей среды.

Конструктивные схемы рабочих органов вибрационных сушилок приведены на рис. 7.7. Сушилка (рис. 7.7, а) состоит из плоского днища 1, под которым находится канал 2, по которому перемещается горячая среда (вода или воздух); сушилка накрыта кожухом 3 с загрузочным 4 и разгрузочным 5 отверстиями. Испаряемая влага вместе с воздухом удаляется через отверстие 6. Направление движения паров воды изображено стрелками, а направление прямолинейных гармонических колебаний рабочего органа с амплитудой А и частотой ω обозначено А, ω. Следует отметить, что наряду с прямолинейными гармоническими колебаниями рабочий орган может совершать и более сложные: бигармонические, полигармонические, двух-

163

итрехкомпонентные. Такие колебания обычно обеспечивают повышенную эффективность процесса сушки.

Вибрационные сушилки с кондуктивным методом передачи тепла обрабатываемому продукту находят широкое применение в пищевых производствах, например для сушки сахара. Нагреватели могут также выполняться в виде системы труб, расположенных в слое обрабатываемого продукта перпендикулярно или продольно его перемещению. Для его нагрева обычно применяют пар низкого давления, продукты сгорания топлива, нагретый воздух или электронагреватели. Сушка сахара

имуки в виброкипящем слое при кондуктивном подводе тепла к продукту позволяет резко уменьшить вынос продукта из рабочей камеры и досушивать до низкой конечной влажности при высокой интенсивности процесса испарения влаги, обеспечивает равномерность сушки муки и исключает образование агрегатов частиц. Если продолжительность перемещения продукта по установке меньше времени протекания процесса, применяют несколько последовательно расположенных установок или каскадные устройства.

Применение виброкипящего слоя позволяет существенно сократить общий расход воздуха на создание взвешенного (кипящего) слоя и сократить затраты тепла в процессе сушки.

Урабочего органа конвективной сушилки, показанной на рис. 7.7, б, днище выполнено из сетки 1, через которую по каналу 2 подается нагретый воздух. Проходя через слой обрабатываемого продукта, находящегося в состоянии виброкипения, горячий воздух с парами влаги удаляется через отверстие 3. Продукт подается через люк 4, а высушенная масса удаляется через разгрузочное отверстие 5.

Днище рабочего органа сушилки может быть выполнено в виде жалюзи (рис. 7.7, в) или ступенчатой поверхности

(рис. 7.7, г).

Применяются также вибрационные сушилки и охладители с внешними источниками подвода тепла или охлаждающей

165

среды (рис. 7.7, д). Продукт, подлежащий сушке, подается через люк в рабочий орган и под действием вибрации интенсивно «взвешивается», постепенно перемещаясь к разгрузочному отверстию. Сушка продукта осуществляется инфракрасными нагревателями, закрепленными в стационарных невибрирующих частях сушилки.

Вибрационное перемещение обрабатываемого продукта в охладителе (рис. 7.7, е) осуществляется по лотковой поверхности. Короб с двойным дном служит для подвода хладагента к поверхности лотка, соприкасающейся с обрабатываемым продуктом. Сыпучие продукты эффективно охлаждаются при отводе тепла от лотка разбрызгиванием на его нижнюю поверхность холодной воды. Система орошения состоит из коллектора 3 и форсунок 4, из которых вода разбрызгивается на нижнюю поверхность лотка. Основное достоинство такой системы по сравнению с водяными рубашками состоит в том, что охлаждающая вода, отбирая тепло у лотка, стекает вниз на днище короба, и на ее место все время поступают новые порции холодной воды. Если обрабатываемый продукт допускает непосредственный контакт с водой, система орошения, состоящая из коллектора 1 и форсунок 2, размещается над транспортирующим лотком.

В таких же вибрационных установках продукт может промываться, обезвоживаться, гранулироваться и подвергаться другим видам технологической обработки.

7.3.2. Вибрационные подъемники

Перемещение грузов вертикально вверх, которое может осуществляться с одновременной их технологической обработкой, производится вибрационными транспортно-техноло- гическими машинами с винтовым рабочим органом (рис. 7.8). По назначению они подразделяются на три основных типа: виброподъемники; устройства, в которых перемещаемый про-

166

дукт подвергается технологической обработке; питающие, накапливающие и дозирующие установки (вибрационные бункеры, питатели, дозаторы).

Рис. 7.8. Вибрационные транспортные машины с винтовым рабочим органом

167

На рис. 7.8, а приведена схема одномассного виброподъ-

емника с электромагнитным приводом. Он состоит из рабоче-

го органа 1, установленного с помощью упругой системы 2 на опоре. Колебания рабочему органу в вертикальном направлении сообщает электромагнитный вибратop, активная часть 3 которого жестко крепится к рабочему органу, а реактивная 5 свободно подвешена на упругой системе 4. Вертикальные колебания вибратора преобразуются в крутильно-поступательные колебания рабочего органа вследствие направления экстремальной жесткости упругой системы под углом к вертикальной оси виброподъемника.

В некоторых конструкциях виброподъемников реактивная масса резонансного вибратора жестко устанавливается на фундаменте машины. Там же крепится упругая система, обычно выполняемая в виде рессор, расположенных вокруг рабочего органа под углом к его продольной оси. На рис. 7.8, б представлена схема подъемника, электромагнитный вибратор которого сообщает рабочему органу колебания под углом к его продольной оси. Подъемник состоит из рабочего органа 2, подвешенного на амортизирующей упругой системе 1 к несущим конструкциям. Для обеспечения симметричности возмущающей силы на рабочем органе устанавливаются два или три вибратора, активные части 3 которых жестко крепятся к рабочему органу, а реактивные 5 соединяются с ними через упругие элементы 4.

Резонансные виброподъемники с электромагнитным при-

водом обычно бывают небольших размеров и имеют ограниченную мощность; в этом случае упругие колебания рабочего органа незначительны и не представляют опасности для его надежности. Следует иметь в виду, что в виброподъемниках с электромагнитным приводом упругие колебания особенно велики, так как собственные частоты колебания конструкции близки к вынужденным. На рис. 7.8, в показана схема подъемника с приводом от мотор-вибраторов.

168

На рис. 7.8, г приведена схема виброподъемника со специальным вибратором, четырехили шестидебалансным, создающим возмущающую силу, направленную вдоль оси рабочего органа, и возмущающий момент вокруг этой оси. Подъемник состоит из рабочего органа, подвешенного к несущим конструкциям с помощью амортизирующих упругих связей, корпус инерционного вибратора жестко крепится в нижней части грузонесущего органа. Возмущающая сила и возмущающий момент, необходимые для приведения в действие подъемника, могут быть созданы двухшарнирным маятниковым вибратором. Принципиальная схема виброподъемника с двухшарнирным маятниковым вибратором приведена рис. 7.8, д.

Подъемники с протяженным рабочим органом могут быть выполнены по схеме с резонаторами, которые снижают напряжения в элементах конструкции. Принципиальная схема виброподъемника с инерционным приводом и резонаторами приведена на рис. 7.8, е. Он состоит из рабочего органа, который подвешен или опирается на амортизирующую упругую связь; в нижнем конусе к рабочему органу крепится инерционный вибратор, генерирующий прямолинейную возмущающую силу, действующую по вертикальной оси подъемника. Вдоль рабочего органа с определенным шагом установлены резонаторы, состоящие из наклонных к оси рабочего органа рессор и подвижных масс, соединенных с рессорами упругими связями. Вибратор сообщает рабочему органу продольные колебания, которые возбуждают колебания масс резонаторов вдоль оси рессор. Реактивные усилия деформации упругих связей передаются через рессоры рабочему органу. Горизонтальные составляющие этих усилий создают возмущающие моменты вокруг оси грузонесущего органа. Настройка колебательной системы подъемника осуществляется на резонансный режим, при этом движение реактивных масс резонаторов и грузонесущего органа происходит в противофазе.

169

Резонансный режим работы позволяет создавать подъемники со значительной длиной рабочего органа. Это объясняется тем, что опасные упругие крутильные колебания рабочего органа снижаются при равномерном распределении возмущающих крутящих моментов по высоте установки. При этом рационально используется достаточно высокая продольная жесткость рабочего органа в качестве силового элемента для передачи продольных колебаний с последующим их преобразованием в крутильные.

Находят применение и виброподъемники с эксцентрико-

вым приводом. Последний позволяет создавать большие амплитуды колебаний рабочего органа и снижать частоту возмущения, что увеличивает отстройку от собственных частот элементов конструкции. Меньшие действующие ускорения позволяют с помощью эксцентрикового привода возбуждать колебания в установках большей массы.

Схема такого подъемника показана на рис. 7.8, ж. Он состоит из центральной неподвижной колонны 1, установленной на станине 2, на которой смонтирован двухшатунный эксцентриковый привод 3 с шатунами 4 и 5, крепящимися по бокам рабочего органа 6. Шатуны смонтированы на эксцентриковом валу, эксцентрики которого смещены относительно друг друга на 180°. Грузонесущий орган упругой системой 7 крепится к центральной колонне и с помощью наклонных шатунов 8, задающих направление колебаний, – к станине. Шатуны привода необязательно должны быть установлены в направлении колебаний рабочего органа, а могут располагаться и горизонтально (рис. 7.8, з). На рис. 7.8, и приведена схема виброподъемника, эксцентриковый привод 1 которого сообщает рабочему органу 2, установленному на станине, с помощью направленной упругой системы 3 вертикальные колебания. Необходимые поступательные и угловые колебания рабочего органа создаются применением упругой системы, экстремальная жесткость которой направлена под углом к его продольной оси.

170