4.1. Гибкие автоматизированные производства [1989 Коробков В.И., Прытков В.Г. – Роботы и одежда]

Электромагнитный привод эффективнее электродвигательного в тех случаях, когда от него не требуется значительных усилий и подвижная часть рабочей машины имеет небольшой ход или малый угол поворота, так как в противном случае габаритные размеры и масса электромагнита превышают аналогичные величины двигательного привода. Конструкцию электромагнитного привода разрабатывают применительно к определённой рабочей машине и этим избегают применения передаточного устройства, благодаря чему установка получается простой и надёжной. Существующие конструкции таких производственных агрегатов представляют собой органическое объединение рабочей машины и электромагнитного двигателя.

В технологическом оборудовании пищевых предприятий электромагнитные устройства применяют в виде электромагнитов кратковременного действия в установках для периодического встряхивания и уплотнения пищевых продуктов, а также в качестве специфических электромагнитных двигателей, сообщающих возвратно-поступательное движение отдельным звеньям рабочих машин.

Несмотря на простоту конструкции, достаточную надёжность и долговечность электромагнитных устройств, не требующих особого ухода, им свойственны такие недостатки, как значительный шум при работе и большая масса электромагнитных вибраторов, устанавливаемых непосредственно на рабочих машинах. Производительность таких устройств регулируют изменением амплитуды колебаний, зависящей от напряжения питания обмотки электромагнита, а в некоторых случаях – изменением параметров самих производственных агрегатов.

Основной частью каждого электромагнитного устройства является электромагнит постоянного или переменного тока втяжного или поворотного типа (рис. 1.31, а, б), у которого возбуждение тока в обмотке вызывает перемещение или поворот подвижной части, называемой якорем, до установления номинального положения, если этому не препятствуют какие-либо внешние причины. Тяговое усилие F втяжного электромагнита и вращающего момента М поворотного электромагнита определяются соответственно графиками и которые являются тяговыми характеристиками электромагнитов. Форму этих кривых при необходимости можно заметно изменить, если придать концам якоря и стопа иную форму.

Рис. 1.31. Схемы и тяговые характеристики электромагнитов:

а – втяжного; б – поворотного.

При выборе электромагнита для рабочей машины необходимо стремиться к тому, чтобы его тяговая характеристика 1 примерно соответствовала аналогичной характеристике 2 этой машины и располагалась выше её (рис. 1.32).

Рис. 1.32. Расположение тяговых характеристик:

1 – электромагнита; 2 – рабочей машины.

Кроме того, нужно чтобы был обеспечен необходимый ход или поворот якоря в течение заданного времени, которые исчисляют с момента подачи напряжения на обмотку электромагнита до установления подвижной части в конечное положение. Это время, измеренное в секундах, сравнимо со временем установления тока в обмотке электромагнита

где – индуктивность обмотки электромагнита, Гн;

– сопротивление обмотки постоянному току, Ом.

При включении обмотки достигается однофазного электромагнита на постоянное напряжение сила тяги изменяется от нуля до номинальной, а при синусоидальном напряжении она изменяется периодически, что вызывает сильную вибрацию якоря, сопровождаемую неприятным шумом. Ослабление этих явлений достигается размещением на торце якоря короткозамкнутого витка, который охватывает часть магнитопровода (рис. 1.28, а, в). В этом витке переменный магнитный поток наводит ЭДС, под действием которой в нём возникает ток, возбуждающий свой магнитный поток. Поскольку последний не совпадает по фазе с основным магнитным потоком, результирующий магнитный поток не принимает нулевого значения, а это приводит к ослаблению вибрации якоря и снижению и снижению звукового эффекта.

Работа электромагнитных устройств в значительной степени зависит от напряжения, подводимого к обмотке электромагнита. При понижении напряжения уменьшается ток, а, следовательно, и сила тяги или вращающий момент. С повышением напряжения выше номинального ток возрастает, обмотка сильно нагревается, а срок службы изоляции сокращается.

Нагрев обмоток электромагнитов переменного тока, определяемый током, может превысить допустимую норму даже при номинальном напряжении. Это наблюдается при неплотном прилегании торцовой поверхности якоря к стопу либо при повышенном воздушном зазоре по отношению к расчётному, что приводит к снижению индуктивного сопротивления обмотки электромагнита, а следовательно, к увеличению тока (рис. 1.32, б).

На пищевых предприятиях электромагниты применяют для привода задвижек, клапанов, замков и т.п. Так, управление дроссельной задвижкой газопровода, удерживаемой в закрытом положении контргрузом (рис. 1.33, а), осуществляется включением и отключением обмотки электромагнита от источника электрической энергии. Аналогично действует запорный клапан (рис. 1.33, б), который при включённой обмотке электромагнита открыт, а при отключённой – под влиянием силы тяжести – закрыт. Установка регулирующего клапана в определённом положении (рис. 1.33, в) достигается регулированием тока в обмотке электромагнита.

Рис. 1.33. Однофазный электромагнит:

а – устройство; б – характеристики; в – короткозамкнутый виток.

На пищевых предприятиях электромагниты применяют для привода задвижек, клапанов, замков и т.п. Так, управление дроссельной задвижкой газопровода, удерживаемой в закрытом положении контргрузом (рис. 1.34, а), осуществляется включением и отключением обмотки электромагнита от источника электрической энергии. Аналогично действует запорный клапан (рис. 1.34, б), который при включённой обмотке электромагнита открыт, а при отключённой – под влиянием силы тяжести – закрыт. Установка регулирующего клапана в определённом положении (рис. 1.34, в) достигается регулированием тока в обмотке электромагнита.

Рис. 1.34. Электромагнитные устройства:

а – дроссельная задвижка; б – запорный клапан; в – регулирующий клапан.

Электромагнитные вибрационные устройства для разделения сыпучих смесей по размерам на фракции могут с успехом заменить просеивающие устройства с приводом от двигателя (рис. 1.35, а, б).

Рис. 1.35. Схемы просеивающих устройств с приводом от:

а – двигателя; б – электромагнитного вибратора: 1 – ситовый корпус; 2 – рама; 3 – подвесные пружины; 4 – тяга; 5 – приводной шкив; 6 – двигатель; 7 – электромагнитный вибратор.

Переход к вибропроводу устраняет быстро изнашиваемые детали и обеспечивает возможность конструирования простых в эксплуатации рабочих машин, требующих для изготовления меньшего количества материалов и занимающих меньше места.

Рис. 1.36. Электромагнитный вибратор:

1 – основание; 2 – электромагнит;

3 – болты; 4 – винтовые пружины;

5 – якорь; 6 – дополнительный груз.

Основной частью в них является электромагнитный вибратор с пружинной упругой системой (рис. 1.36), который основанием 1 крепится к корпусу просеивающей машины. На основании укреплены: электромагнит 2, обмотка которого питается переменным током, и два болта 3 с четырьмя винтовыми пружинами 4, между которыми зажат якорь 5. Последний находится на расстоянии 1…2 мм от магнитопровода электромагнита. Для увеличения массы якоря предусмотрен дополнительный груз 6, который устанавливают при использовании одного и того же вибратора для рабочих машин с различными характеристиками.

При питании обмотки электромагнита переменным током частоты 50 Гц якорь вибрирует, совершая 6000 колебаний в минуту, и передаёт их корпусу просеивающей машины. Если нужно уменьшить число колебаний якоря вдвое, обмотку электромагнита питают от сети переменного напряжения, через полупроводниковый диод, который пропускает только одну полуволну тока.

Поскольку в просеивающих машинах с приводом от двигателей, применяемых на мукомольных и комбикормовых заводах и других пищевых предприятиях, частота колебаний в минуту значительно ниже, то при переходе к электромагнитному виброприводу характер движения просеиваемых частиц изменяется, и они за один и тот же промежуток времени перемещаются в 6…7 раз быстрее (рис. 1.37).

При этом улучшаются условия просеивания, значительно повышается производительность сит, уменьшаются их размеры, отпадает надобность в устройствах для очистки просеивающих поверхностей, а это позволяет

создавать лёгкие малогабаритные просеивающие машины.

Рис. 1.37. Характер движения просеиваемых частиц по поверхности сита при: а – приводе от двигателя; б – наличии электромагнитного вибратора.

Электромагнитные вибраторы применяют для периодического встряхивания металлических стенок бункеров (рис. 1.38, а) с целью устранения зависаний пищевых продуктов, а также в агрегатах для витаминизации муки, где их устанавливают на носке смесителя растирателя (рис. 1.38, б), обеспечивая этим полную выгрузку витаминного концентрата.

Рис. 1.38. Расположение электромагнитного вибратора на:

а – стенке металлического бункера; б – носке смесителя-растирателя.

На предприятиях молочной промышленности используют электромагнитные установки с виброприводом при производстве российского, угличского и других сыров для отделения сыворотки, транспортировки сырного зерна, а также для равномерного распределения соли из бункера по ширине ленты при посоле зёрен сыра.

Электромагнитные устройства можно использовать для перекачки различных жидкостей, например, при помощи диафрагменного насоса с электромагнитным резонансным приводом, у которого обмотка электромагнита присоединена к переменному напряжению через конденсатор С (рис. 1.39).

Рис. 1.39. Диафрагменный насос с электромагнитным резонансным приводом: 1 – всасывающий трубопровод; 2 – всасывающий клапан; 3 – насос; 4 – якорь; 5 – электромагнит; 6 – упругая диафрагма; 7 – нагнетательный клапан; 8 – напорный трубопровод.

При увеличении тока в обмотке электромагнита 5 упругая диафрагма 6 с укреплённым на ней якорем 4 втягивается, всасывающий клапан 2 открывается, и перекачиваемая жидкость поступает из всасывающего трубопровода 1 в полость насоса 3. При уменьшении тока до нулевого значения диафрагма 6 выпрямляется и выталкивает жидкость через нагнетательный клапан 7 в напорный трубопровод 8.

Подбором параметров электрической цепи можно получить необходимое число колебаний в минуту диафрагмы насоса, определяющее его производительность. Такие насосы работают с КПД при коэффициенте мощности

Электромагнитный привод используют на пищевых предприятиях для виброконвейеров, транспортирующих сыпучие тела, лотковых питателей к дозаторам и весовым устройствам, а также в различных вспомогательных

Электрические источники света по способу генерирования лучистой энергии делятся на люминесцентные и температурные.К первой группе относятся газоразрядные лампы. Вторую группу составляют лампы накаливания.

Люминесцентные источники света более экономичны, поэтому в производственной практике преимущественное предпочтение отдают им.

Осветительные установки с лампами накаливания используются в том случае, если технико-экономический расчёт показывает нецелесообразность применения люминесцентных ламп. Достаточно широкое распространение ламп накаливания объясняется простотой эксплуатации и отсутствием специальных устройств для включения в электрическую сеть.

Электрические лампы накаливания.

Процесс преобразования тепловой энергии в лучистую осуществляется в лампах накаливания следующим образом. При прохождении тока через проводник (нить накала лампы) с достаточно высоким сопротивлением выделяется тепло, т.е. тепловое излучение (инфракрасный диапазон волн). Молекулы и атомы при этом совершают колебательные или вращательные движения.

Видимое излучение возникает только при больших температурах нити накала (100 К), когда возникает переход электронов с базисного уровня атома на более высокий и обратно. С повышением температуры нити накала увеличивается средняя величина кванта энергетического перехода и соответственно спектральный состав излучения. Связь длины волны с температурой излучения (нагрева) подчиняется закону смещения Вина:

где – – максимальная длина волны при заданной температуре , мкм;

– абсолютная температура, К.

Световая эффективность излучения К достигает достигает максимума при 6500К (рис. 2.1)

Рис. 2.1 – Зависимость световой эффективности от температуры излучателя

При этом световая эффективность излучения, т.е. доля светового потока в общем потоке излучения, составляет примерно 14 – 15%.

Температура нагрева нитей накаливания, выполненных из наиболее тугоплавкого металла – вольфрама, не может превышать 3660 К (температура плавления вольфрама). Этой температуре соответствует световая эффективность 4%.

В реальных условиях вольфрамовые нити накаливания нагреваются до температуры 2450 – 2900 К. Этим температурам соответствует световая эффективность не более 2%.

Отсюда следует, что лампа накаливания является источником света с очень низким КПД. Совершенствование этих ламп связано с повышением их световой эффективности, которая зависит от температуры нагрева нити лампы. Сложность решения этой проблемы заключается в том, что с повышением температуры вольфрамовой нити существенно интенсифицируется процесс испарения металла и сокращается срок службы лампы.

Устройство лампы накаливания показано на рис. 2.2. основным рабочим элементом лампы является нить накаливания из вольфрамовой проволоки, которая выполнена в виде спирали с целью снижения скорости испарения металла и уменьшения потерь тепла. В более совершенных (экономичных) лампах нить накаливания выполнена в виде двойной (биспиральные) или тройной (триспиральные) спирали. Подводящие электроды выполнены из никеля. Цоколь имеет резьбу для крепления в патроне.

Рис. 2.2. Конструкция лампы накаливания:

1 – стеклянная колба; 2 –спираль; 3 – крючки; 4 – линза; 5 – штабик; 6 – электроды; 7 – лопатка; 8 – штенгель; 9 – цоколь; 10 – изолятор; 11 – нижний контакт.

Лампы мощностью 1525 Вт – изготовляют вакуумными (тип В), а лампы мощностью 40 – 1500 Вт – газополные (типы: Г – моноспиральная, Б – биспиральная, К – газ наполнитель – криптон). Колбы ламп заполняют аргоном, с добавлением 12 – 16% азота или криптона (тип БК), что способствует уменьшению испарения накалённого вольфрама, а это позволяет увеличить температуру нити от 2100С, например в вакуумных лампах, до 2600С в газополных лампах, благодаря чему улучшаются электрические и световые параметры ламп и повышается их световая отдача. Инертный газ при максимально большом давлении (0,1 МПа) обеспечивает резкое (в 10 и более раз) снижение распыления вольфрама с нити накаливания.

На цоколе или колбе лампы указывается мощность и номинальное напряжение. В каталоге (ГОСТ 2239-79) приводится характеристика ламп: мощность (Вт), тип наполнения колбы и тела накала (В, Г, БК, Б), номинальный световой поток (лм) и размеры (длина и диаметр).

Средняя продолжительность горения лампы накаливания составляет 1000 ч.

Важной характеристикой ламп накаливания является световая отдачаН – отношение светового потока Ф к мощности лампы Р:

где – световая отдача лампы;

– световой поток лампы, лм;

– мощность потребления лампой электрической энергии, Вт.

Этот показатель зависит от температуры нити накала и колеблется для ламп накаливания от 11 до 18 лм/Вт.

Лампы накаливания чувствительны к изменению напряжения питающей сети. Так, при изменении напряжения сети на , световой поток изменяется на , световая отдача на и срок службы на .

Световая отдача электрических ламп накаливания общего назначения, предназначенных для освещения помещений и наружного освещения, номинальной мощностью 15…1000 Вт, рассчитанных на напряжение 215…225В, которым отвечает номинальный световой поток 105…18600 лм, монотонно возрастает с увеличением мощности и составляет соответственно 7…18,6лм/Вт при средней продолжительности горения не менее 1000 ч, отвечающей расчётному напряжению 220 В. Лампы с повышенной световой отдачей, колбы, которых заполнены смесью криптона и азота, имеют биспиральную нить и меньшие габаритные размеры, чем аналогичные лампы с заполнением колбы смесью аргона и азота (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Основные характеристики ламп накаливания

Повышение напряжения, хотя и увеличивает световой поток лампы, но её значительно сокращает продолжительность её горения. Снижение напряжения сопровождается заметным удлинением срока службы лампы и ощущаемым изменением спектра излучения, в результате чего освещаемые объекты приобретают изменённые цвета – жёлтый становится белым, тёмно-синий – чёрным и т.п. Так как глаз человека наиболее чувствителен к жёлто-зелёным лучам, которых в спектре излучений ламп накаливания мало, световой КПД этих ламп незначителен и составляет до 6%.

Лампы накаливания – наиболее надёжные источники света и работа их практически не зависит от температуры окружающей среды.

Кроме электрических ламп накаливания общего применения изготовляют зеркальные лампы номинальной мощностью 40…1000 Вт с глубоким или широким светораспределением, у которых на внутренней поверхности стеклянной колбы около цоколя нанесён тонкий слой серебра или алюминия, отражающий направленный световой поток, используемый для непосредственного освещения рабочих поверхностей достаточно высоких производственных помещений с тяжёлыми условиями окружающей среды. Средняя продолжительность горения зеркальных ламп составляет 750…1500 ч.

В приборах местного освещения и переносных источниках света применяют лампы накаливания номинальной мощностью 15…100 Вт, предназначенные для номинального напряжения 12…36 В.

Широкое распространение получили галогенные лампы накаливания, обладающие свойством регенерации вольфрамовой нити накала. В колбу добавляют йод. Пары йода от нити накала перемещаются к стенке колбы и образуют с частицами вольфрама йодистый вольфрам. Последний в зоне нити распадается на вольфрам (оседает на нити) и пары йода, которые снова перемещаются к колбе.

Срок службы галогенных ламп вдвое выше при несколько увеличенной световой отдаче.

В трубчатых кварцевых галогенных лампах накаливания, изготовляемых из нагревостойкого стекла в виде цилиндра диаметром 7…12 мм с вольфрамовой нитью, расположенной по его оси, номинальной мощностью 1000…5000 Вт и более, со световой отдачей 22 лм/Вт, происходит благодаря наличию в заполнителе – аргоне, криптоне или ксеноне – дозированного количества йода, непрерывная регенерация вольфрамовой нити, что обеспечивает среднюю продолжительность горения до 3000 часов.

Люминесцентные источники света.

В отличие от ламп накаливания люминесцентные источники света обладают более высокой экономичностью. Световая отдача этих источников света в зависимости от типа ламп составляет 9095 лм/Вт.

Вторым преимуществом этих ламп является продолжительный срок службы (10000 ч и более).

Процесс генерации светового излучения в этих лампах складывается из двух этапов.

Первый этап – сначала возбуждается электрический разряд в среде газа или паров металла (ртути). Возникающая при этом лучистая энергия воздействует на люминофор, нанесённый на внутреннюю поверхность колбы лампы. В результате фотолюминесценции возникает свечение люминофора. Электрический разряд в среде паров ртути преобразует примерно 2% подведенной электрической энергии в видимое излучение и 63% в ультрафиолетовое излучение. Остальная энергия – тепловые потери.

На втором этапе – ультрафиолетовое излучение в слое люминофора возбуждает интенсивное видимое излучение. КПД такого источника света составляет 2021%, т.е. 1/5 подведенной энергии преобразуется в энергию светового излучения.

Излучение люминесцентных ламп состоит из непрерывной полосы свечения люминофора, на которую накладывается линия излучения паров ртути.

В качестве люминофоров применяются различные соли: борат кадмия (малиново-красная полоса – фосфат кальция (синяя полоса и др. В зависимости от состава люминофора можно получить требуемую полосу спектра светового излучения.

По способу возбуждения электрического разряда в парах ртути люминесцентные источники света делятся на лампынизкого и высокогодавления.

В парах ртути при низком давлении (около 1 Па) свободные электроны под действием электрического поля разряда возбуждают или ионизируют атомы. При этом электроны возбуждённого атома переходят на более высокий уровень, с которого они очень быстро ( ) возвращаются на свой базисный уровень.

Такой процесс вызывает световое излучение на частоте, определяемой энергией, сообщённой атому (резонансное излучение). Таким образом, при низком давлении паров ртути возникает линейчатое световое излучение.

При увеличении давления паров ртути (0,3 – 1,5 МПа) и плотности тока электрического разряда свободные электроны, обладающие большой энергией, переводят уже возбуждённые атомы на более высокие уровни. Переход атома в нейтральное состояние происходит в несколько ступеней. При этом расширяется линия излучения и создаётся непрерывный фон видимого излучения.

Люминесцентная лампа низкого давления – представляет собой стеклянную трубку 1 (рис. 2.3), на концах которой закреплены нити накала 3 из вольфрамовой проволоки. Нити накала служат также электродами при возбуждении электрического разряда. Концы нити накала выведены через цоколи 2 штырям 4.

Рис. 2.3. Конструкция люминесцентной лампы низкого давления:

1 – стеклянная трубка; 2 – цоколи; 3 – нити накала; 4 – штыри.

Внутренняя поверхность трубки покрыта тонким слоем люминофора. После откачки воздуха (давление 1 Па) в трубку для снижения распыления вольфрама с электродов и облегчения зажигания лампы вводится инертный газ аргон, а также определённое количество ртути.

Люминесцентные трубчатые лампы низкого давления по цветности излучения делятся на лампы белого света (ЛБ), тепло-белого света (ЛТБ), холодно-белого света (ЛХБ), дневного света (ЛД) и лампы дневного света с исправленной цветностью (ЛДЦ).

Таблица 2.2. Основные характеристики трубчатых люминесцентных ртутных ламп низкого давления

Налажено производство люминесцентных ламп типов ЛЕ, ЛЕЦ – естественно белого света и с повышенным качеством цветопередачи, а также цветных – красного, розового, жёлтого, зелёного и голубого света, применяемых для декоративного освещения.

На пищевых предприятиях при отсутствии высоких требований к цветопередаче используют преимущественно наиболее экономичные люминесцентные лампы типа ЛБ, имеющие наивысшую световую отдачу до 80лм/Вт, что значительно превышает тепловую отдачу ламп накаливания, которые сохраняют некоторое значение для освещения помещений с грубыми работами или там, где осуществляется общее наблюдение за ходом производственного процесса предприятия.

Схема включениялюминесцентной лампы низкого давления показана на рис. 2.4, а. В качестве элементов схемы входят стартер 2, дроссель 4 и конденсаторы 1, 6, 8. Трубчатые люминесцентные ртутные лампы низкого давления для зажигания требуют повышенного напряжения. Их включают в сеть переменного напряжения последовательно с балластным устройством в виде дросселя 4, стабилизирующего ток при дуговом разряде Стартер 2 представляет собой ионное реле (неоновую лампу). В колбе лампы, заполненной неоном, размещены два электрода. Один из электродов представляет собой биметаллическую пластину. В нагретом состоянии она замыкается со вторым электродом, а в холодном – размыкается.

Рис. 2.4 – Схемы включения люминесцентных ламп низкого давления:

а – одноламповая; б – двухламповая.

Процесс пуска лампы состоит из следующих этапов: подготовки лампы к зажиганию, возбуждения разряда в среде инертного газа и паров ртути и обеспечения устойчивого разряда в колбе лампы.

При включении лампы в сеть переменного тока возникает тлеющий разряд в колбе неоновой лампы стартера, (в колбе люминесцентной лампы разряд не возникает из-за низкого напряжения между её электродами). Биметаллическая пластина стартера (электрод) нагревается и выгибается до замыкания со вторым электродом. Замыкается цепь: сеть АВ, дроссель 4, электроды стартера 2 и электроды люминесцентной лампы 3.

Затем начинается второй этап – нагрев вольфрамовых нитей электродов до 8001000С и испарение ртути. Этот этап длится до тех пор, пока не разомкнутся электроды стартера (они охлаждались, поскольку тлеющий разряд после замыкания электродов прекратился).

Третий этап (зажигание лампы) начинается с момента размыкания электродов неоновой лампы. В дросселе 4 возникает большая ЭДС, и между электродами лампы 3 создаётся большая разность потенциалов, достаточная для зажигания лампы. В первый момент электрический разряд возникает в аргоне, а по мере испарения ртути – в парах ртути. Электроды стартера остаются разомкнутыми, так как напряжение зажигания неоновой лампы выше напряжения между электродами горящей лампы и ниже напряжения сети.

Под действием ультрафиолетовых лучей разряда в среде паров ртути люминофор начинает ярко светиться.

В схеме предусмотрен конденсатор 6 (С = 4…6 мкФ) для повышения коэффициента мощности установки до cos φ = 0,85…0,95, который за счёт дросселя 4 снижается до cos φ = 0,5 0,6. Этот конденсатор шунтируют разрядным резистором 5, обеспечивающим снижение напряжения до 50 В через 1 мин после отключения установки от питающей сети. Конденсатор 1 (С = 0,06 мкФ) – для подавления радиопомех стартера 2 лампы.

Особенностью люминесцентных ламп является наличие пульсации световогопотока, которая вызвана безынерционностью излучения электрического разряда. Частота колебаний светового потока равна удвоенной частоте изменения напряжения сети переменного тока. Изменение величины светового потока определяется длительностью послесвечения люминофора (отношение разности максимального и минимального значений светового потока за период изменения к средней величине) и составляет 27%.

Пульсация светового потока вызывает утомление зрения и стробоскопический эффект – искажение видимого состояния подвижных предметов. Например, деталь, вращающаяся с частотой пульсации светового потока, будет казаться неподвижной. При обслуживании таких установок могут возникнуть случаи производственного травматизма.

Для уменьшения пульсации светового потока люминесцентные лампы, находящиеся в одном помещении, включают на разные фазы трёхфазной сети, применяют также двухламповые схемы включения с искусственным сдвигом фаз. В цепи одной лампы за счёт дросселя ток отстаёт по фазе от напряжения, а в цепи второй лампы с помощью конденсатора создаётся опережающий по фазе ток. В результате можно подобрать сдвиги фаз такими, что максимальному световому потоку одной лампы будет соответствовать минимальный световой поток второй лампы.

В однофазной двухламповой установке с расщеплённой фазой устранены отмеченные недочёты и одновременно компенсирована реактивная мощность с улучшением коэффициента мощности (рис. 2.4, б).

В ней лампа с электродами 3, имеющая в своей цепи дроссель 6, питается отстающим током, а лампа с электродами 5, у которой в цепи находится конденсатор 8 – током, опережающим напряжение. Параллельное включение таких цепей при соответствующем подборе их параметров заметно ослабляет колебания светового потока, снижает этим стробоскопический эффект и позволяет довести коэффициент мощности установки до значения cos

Кроме стартерных схем пуска люминесцентных ламп, применяются бесстартерные (быстрого и мгновенного зажигания), обеспечивающие в момент пуска подачу на лампу повышенного напряжения (500 В и более).

Люминесцентные лампы ярче горят при температуре окружающей среды около 25 и нагреваются при этом до температуры не выше 50 Средняя продолжительность горения этих ламп не менее 12000…15000 ч, но к концу этого срока световой поток их снижается до 60% начального. Отклонение напряжения от номинального значения, частые включения и отключения, низкая температура окружающей среды заметно сокращают срок службы ламп. Крайне неблагоприятно сказывается снижение напряжения ниже 80% так как при этом люминесцентные лампы могут не зажигаться, начинают мигать, в результате чего происходит распыление окиси бария, покрывающего электроды, и лампа преждевременно выходит из строя. Люминесцентные лампы работают нормально в интервале температур от 5 до 50 Установка их в помещениях с температурой воздуха ниже 5 не допускается без специальных приспособлений. Поскольку световой КПД люминесцентных ламп намного выше, чем ламп накаливания, они позволяют значительно увеличить освещённость рабочих поверхностей и обеспечить высокое качество освещения без увеличения мощности светотехнической установки.

Люминесцентные лампы высокого давления. В этих лампах первый этап преобразования электрической энергии в энергию светового излучения осуществляется в кварцевой разрядной трубке, в которую вводится дозированное количество ртути и аргон под давлением около 1 МПа. Электрический разряд в среде паров ртути при высоком давлении вызывает излучение в широком диапазоне видимого спектра (за исключением красной части).

Второй этап преобразования – свечение люминофора.

Существует несколько разновидностей люминесцентных ламп высокого давления: ДРЛ (дуговая разрядная люминесцентная), ДРИ (дуговая ртутная йодная), НЛВД (натриевая лампа высокого давления) и др. Конструктивно эти лампы очень похожи. Отличительными особенностями являются различие газовой среды, в которой производится разряд.

Устройство газоразрядной люминесцентной лампы высокого давления рассмотрим на примере лампы ДРЛ (рис. 2.5)

Рис. 2.5 – Устройство газоразрядной люминесцентной лампы высокого давления ДРЛ:

1 – разрядная кварцевая трубка; 2 – электроды; 3 – стеклянная колба; 4 – цоколь.

Разрядная кварцевая трубка 1 с электродами 2 размещена в стеклянной грушевидной колбе 3. Последняя выполняет двойную функции: защищает трубку 1 от внешней среды и обеспечивает генерирование дополнительного светового потока с помощью люминофора, который нанесён на внутреннюю поверхность колбы. С помощью цоколя 4 лампа ввинчивается в патрон.

Видимый световой поток, возникающий в кварцевой трубке, проникает сквозь слой люминофора и складывается с потоком, генерированным под действием ультрафиолетовых лучей в слое люминофора. Состав люминофоров подбирают таким образом, чтобы в световом потоке был представлен весь спектр видимого излучения.

Световая отдача ламп ДРЛ составляет 40 – 55 лм/Вт, средняя продолжительность горения около 7500 ч.

Существенным недостатком этих ламп является длительный период загорания.

Устойчивый режим горения лампы с номинальным световым потоком устанавливается через 5 – 6мин, а повторный пуск возможен только после её остывания.

Таблица 2.3. Основные характеристики дуговых газоразрядных ламп высокого давления

В лампах ДРЛ в ртутный разряд вводят различные добавки (йодиды таллия, индия, натрия), которые обеспечивают лучшую цветопередачу и световую отдачу (70 – 95 лм/Вт.)

Несмотря на наличие люминофора цветопередача при освещении лампами типа ДРЛ, излучающими свет с явно выраженным зеленоватым оттенком, всё же не является удовлетворительной, в особенности при различении оранжевых и красных цветов, что заметно искажает цветопередачу человеческих лиц.

Металлогалогенные лампы типа ДРИ с достаточно белым светом внешне отличаются от ламп типа ДРЛ отсутствием люминесцентного слоя на колбе, лишённые этого недостатка, обладают значительно лучшим спектральным составом света за счёт добавления к парам ртути смеси иодидов натрия, таллия и индия, что повышает световую отдачу до 95лм/Вт, но сокращает среднюю продолжительность горения до 3000…10000ч.

Натриевые лампы высокого давления типа НЛВД, в них используется разряд в среде паров натрия при давлении около 200 Па, у них значительно улучшен спектр с преобладанием жёлтых лучей. Достоинством этих ламп является очень высокая световая отдача – 100 – 130лм/Вт при средней продолжительности горения порядка 10000…15000 ч.

Люминесцентным лампам высокого давления всех типов свойственен недостаток люминесцентных ламп низкого давления – пульсация светового потока. Для снижения пульсации их подключают поочерёдно к различным фазам трёхфазной сети переменного тока. Пуск и эксплуатация этих ламп осуществляются с помощью дросселей, которые обеспечивают стабилизацию тока в цепи лампы и повышения напряжения при пуске. В результате коэффициент мощности осветительной установки снижается примерно до 0,5. Для повышения коэффициента мощности необходимо подключить конденсаторы значительной ёмкости (при мощности лампы 250 Вт ёмкость конденсатора должна быть около 20 мкФ).

2.3. Определение мощности электрических источников света

После размещения светильников на плане цеха и установления высоты их подвеса над рабочей поверхностью следует определить мощность лампы светильника, обеспечивающего заданную освещённость. Освещённость рабочей поверхности, обеспечивающая нормальные условия труда, зависит от размера различаемого объекта, контраста его с фоном, степени отражения фона, системы освещения и типа источника света. Нормированные значения освещённости в люксах, отличающиеся друг от друга на одну ступень, определены шкалой: 0,2; 0,3; 0,5; 1; 2; 3; 5; 7; 10; 20; 30; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 1000; 1250; 1500; 2000; 2500; 3000; 3500; 4000; 4500; 5000.

Для удобства выбора нормированной освещённости в справочниках по проектированию электрического освещения обобщены отраслевые нормы для различных производственных процессов соответствующей отрасли промышленности (мукомольной, хлебопекарной, кондитерской, молочной, мясной, сахарной, спиртовой).

Наиболее простым, но наименее точным методом определения мощности источников света для общего равномерного освещения, является расчёт по удельной мощности, которая представляет собой мощность, выраженную в ваттах, отнесённую к 1 м² пола при заданной освещённости рабочей поверхности в люксах.

Эта величина для определённых групп помещений имеет мало изменяющееся значение, которое зависит от типа светильника, высоты его расположения над рабочей поверхностью, площади помещения, заданной освещённости рабочей поверхности, а также коэффициентов отражения потолка, стен и рабочей поверхности.

Потребную мощность лампы вычисляют по формуле

– удельная мощность, выбранная из соответствующей таблицы, Вт/м²;

– площадь производственного помещения, м²;

– число светильников в данном помещении.

Полученное значение округляют до стандартного и при этом заканчивают выбор ламп светильников.

Метод коэффициента использования светового потока является более точным методом расчёта потребной мощности равномерно распределённых ламп осветительных установок.

В этом случае лампу выбирают по световому потоку

где – рекомендованная освещённость рабочей поверхности, лк;

– площадь помещения, м²;

– отношение средней освещённости к наименьшей;

– коэффициент запаса;

– число светильников;

– коэффициент использования светового потока ламп на заданной высоте расположения их относительно рабочей поверхности.

Отношение средней освещённости к наименьшей является функцией многих параметров, но в основном оно зависит от светораспределения светильников и относительного расстояния между ними L/H, c увеличением которого сверх рекомендованных значений оно резко возрастает. При отношении L/H, не превышающем рекомендованных значений, следует для светильников с лампами накаливания и типа ДРЛ принимать а для светильников с люминесцентными лампами при расположении их в виде светящихся линий – .

Коэффициент запаса, учитывающий износ лампы и загрязнение светильника, выбирают в зависимости от пыльности помещения и числа чисток светильников в год. Так, для светильников с лампами накаливания этот коэффициент принимают k = 1,15…1,7, а при использовании газоразрядных ламп – k = 1,3…2,0.

Коэффициент использования светового потока для стандартных светильников определяют по таблицам, составленным применительно к конкретным их типам, высоте расположения источников света над рабочей поверхностью Н, коэффициентам отражения потолка , стен и рабочей поверхности , а также по отношению размеров освещаемого пространства, характеризуемого индексом помещения i.

Коэффициент отражения рабочей поверхности принимают обычно равным 10% и только при заведомо светлом её поле – 30%.

Индекс помещения вычисляют по формуле

где – площадь помещения, м²;

– высота расположения светильников над рабочей поверхностью, м;

и – соответственно длина и ширина помещения, м.

Во всех случаях полученное значение i округляют до ближайшего табличного значения.

Выбранная стандартная лампа должна иметь световой поток, отличающийся от расчётного не более чем на – 10 или 20%. При большем расхождении следует добиться лучшего совпадения световых потоков путём корректировки числа выбранных светильников.

Электростатические установки являются наиболее простыми технологическими установками, которые предназначены для разделения сыпучих смесей на компоненты, электрокопчения, нанесения консервирующих веществ на поверхности обрабатываемых пищевых продуктов и др.

Электростатическими установками называются такие устройства, в которых электрическое поле неподвижных электрических тел (электродов) воздействует на макрочастицы обрабатываемого вещества без изменения химического состава самих веществ. Технология, основанная на воздействии электрических полей на заряженные частицы металлов, взвешенных в газообразной или жидкой среде, в целях упорядочивания их движения для осуществления определённого технологического процесса называется электронно-ионной или аэрозольной технологией.

Характерными особенностями электронно-ионной технологии являются универсальность метода: любые материалы (как проводящие, так и изоляционные) могут быть наэлектризованы и в заряженном состоянии подвергнуты воздействию электрического поля, а также то, что материалы используются в диспергированном (мелко раздробленном) состоянии, что обеспечивает гибкое управление и организацию непрерывного процесса.

Электротехнологические процессы, протекающие в электростатических установках, могут быть подразделены на следующие группы:

– электросепарация – разделение сыпучих смесей на компоненты и фракции;

– электрофильтрация – отделение и осаждение посторонних частиц;

– электрофорез – движение наэлектризованных частиц под воздействием электрического поля;

– электроосмос – движение жидкости через капилляры или диафрагмы.

Используется в основном два способа электризации:

– контактная электризация, возникающая при соприкосновении и трении движущихся частиц обрабатываемого вещества, движущихся по материалопроводу, например, продуктов размола зерна, рудных и порошковых смесей;

– ионная (бесконтактная) электризация, создаваемая внешним электростатическим полем, окружающим взвешенные в газе или жидкости частицы.

Рассмотрим устройство и принцип действия некоторых электростатических установок.

Электростатическая установка для разделения сухих сыпучих смесей на компоненты – электростатический сепаратор – показана на рис. 3.1.

Установка состоит из лотка 2, встряхиваемого эксцентриком 3, двух электродов 4 и 5, приёмного устройства 6, ограничительного сопротивления 7, выпрямительного устройства 8 и повышающего трансформатора 9.

При скольжении сыпучей смеси, поступающей из бункера 1, по лотку происходит электризация отдельных частиц, которые, попадая в электрическое поле между электродами, отклоняются полем в зависимости от величины и знака их заряда, в результате чего ячейки приёмного устройства заполняются отсортированными частицами. Напряжение между электродами составляет 25 – 30 кВ.

Рис. 3.1. Схема электростатической установки для сепарации сухих сыпучих смесей.

Подобные электросепарирующие установки используются для сортировки любых сыпучих смесей, частицы которых заряжаются при скольжении по поверхности лотка. Производительность электростатических сепараторов зависит от ширины лотка и межэлектродного пространства.

Для электризации частиц в электросепараторах и других установках может быть использован так называемый метод электростатической индукции, когда электризация частиц происходит при контакте их с электродом. Частицы могут заряжаться, скатываясь по наклонной плоскости (электроду) (рис. 3.2, а) или проходя через электрод – сетку (рис. 3.2, б)

Рис. 3.2. Устройство для контактной электризации:

1 – бункер; 2 – наклонная плоскость; 3 – цилиндрический электрод; 4 – металлическая сетка; 5 – плоский электрод.

При этом методе проводящие порошки получают значительно больший заряд на единицу массы порошка, чем при других методах электризации, а диэлектрические материалы – наоборот. Этот метод используют также для электризации жидких материалов, например эмульсий, красок и т.д.

Мощность установки невелика и составляет до 500 Вт на 1 м ширины лотка.

Электростатические установки для осаждения твёрдых и жидких частиц – электрофильтры – широко применяются для высокоэффективной очистки больших объёмов газов.

Многие промышленные предприятия (металлургические, химические, цементные, заводы стройиндустрии, котельные, работающие на твёрдом топливе, и др.) являются источниками загрязнения окружающей среды. Они выбрасывали в атмосферу большое количество пыли, сажи, капель и брызг. Взвеси таких частиц могут иметь различную дисперсность. Крупнодисперсные частицы (размером более 1 мкм) могут быть удалены из газового потока в механических фильтрах, так называемых циклонах. Мелкодисперсные взвеси (аэрозоли) находятся во взвешенном состоянии даже при малых скоростях движения газа.

Такие частицы из газового потока наиболее эффективно удаляются в электрофильтре.

Как и в электростатических сепараторах, здесь процесс имеет две стадии: электризация частиц, содержащихся в газе, и отклонение их с помощью электростатического поля.

Так как частицы в газовом потоке находятся во взвешенном состоянии, то невозможно привести их в соприкосновение с какой-либо поверхностью. Поэтому способ контактной электризации здесь неприемлем.

В электрофильтрах используют способ ионной электризации, который состоит в том, что имеющиеся в выбрасываемом газовом потоке заряженные частицы, сталкиваясь с аэрозолями, могут сообщать им электрические заряды и притягиваться вместе с ними электрическим полем к электродам противоположной полярности. Однако, возникающий при этом ток (поток частиц к электродам) очень мал из-за незначительного числа заряженных частиц в газе. Для увеличения числа ионизированных частиц создают коронный разряд, который резко увеличивает поток электронов. Именно эти электроны, порождённые коронным разрядом, сталкиваясь с аэрозолями, находящимися в потоке газа, и сообщают им электрические заряды (рис. 3.3).

Коронный разряд возникает в резко неоднородном электрическом поле, когда размеры одного из электродов (коронирующего) намного меньше другого, например, в системе двух концентрических цилиндров при отношении их радиусов более 10 или в системе провод – плоскость. В этом случае напряжённость электрического поля вблизи меньшего электрода (см. рис. 3.3) намного больше, чем у поверхности большего электрода, при достижении значения напряжённости 15 кВ/см и более вокруг электрода с малым радиусом начинается интенсивная ионизация газа. Эта зона начинает светиться, что указывает на начало коронного разряда (короны).

Обычно к коронирующему электроду 4 подводят отрицательный потенциал, а к внешнему (осадительному) электроду 5 – положительный. В этом случае аэрозоли 2 притягиваются к осадительному электроду. Так как зона короны относительно мала, то основная масса загрязнённого газа проходит между короной 3 и осадительным электродом 5. Поэтому подавляющая часть загрязнений оседает на внешнем электроде.

Рис. 3.3. Схема электризации и осаждения частиц в электрофильтре:

1 – источник постоянной ЭДС;

2 – частицы пыли в газе; 3 – границы короны; 4 – коронирующий электрод; 5 – осадительный электрод; 6 – электроны; 7 – положительные ионы;

8 – отрицательно заряженные ионы.

Конструкции электрофильтров могут быть различными. В зависимости от направления потока газов различают вертикальные и горизонтальные электрофильтры, а по конструкции осадительных электродов – трубчатые и пластинчатые. По способу удаленияосаждающихся на электродах частиц электрофильтры бывают сухие и мокрые.

В сухих электрофильтрах осевшие на электроды частицы удаляютвстряхиванием и под действием силы тяжести они осыпаются в бункер с последующим удалением из аппарата.

В мокрых фильтрах осевшие на электроды частицы смываются водой.

На рис. 3.4, а показана принципиальная схема трубчатого вертикального электрофильтра. Питание фильтра осуществляется от повышающего трансформатора 2 через выпрямитель 3. Напряжение на трансформаторе, а следовательно, и характеристики фильтра можно изменять с помощью регулятора 1. На рис. 2.4, б показана схема устройства пластинчатого горизонтального фильтра, в котором ряд коронирующих электродов 5 подвешен между двумя пластинами – осадительными электродами 4. Электрическое поле в пластинчатых электрофильтрах несколько слабее, чем в трубчатых электрофильтрах, но их проще изготавливать и здесь легче обеспечить встряхивание электродов.

Рис. 3.4. Устройство трубчатого (а) и пластинчатого (б) электрофильтров.

Повышающие трансформаторы электрофильтров выполняются в большинстве случаев однофазными на напряжение питания 380 В. Выходное напряжение может достигать 80 кВ. В современных электрофильтрах устанавливаются тиристорные регуляторы напряжения на ток 0,25 – 2,5 А, в зависимости от производительности электрофильтра.

Напряжение между электродами (кВ), при котором возникает корона, приближённо можно определить по эмпирической формуле

где – плотность очищаемого газа, кг/м³;

– радиус коронирующего электрода, мм;

– расстояние между электродами, мм.

Степень очистки (%) зависит от скорости дрейфа частиц в газе ( площади осадительных электродов (S, м²) и находится по формуле

где – коэффициент неравномерности распределения частиц по сечению электрофильтра;

– площадь осадительных электродов, м²;

V – объёмный расход газа, м³/с.

Степень очистки газа в электрофильтрах может достигать 99%, при незначительном расходе электроэнергии на очистку (до 0,3 кВт∙ч/тыс. м³) и малой потере давления газа в фильтре. Скорость движения частиц к осадительному электроду пропорциональна их размеру и квадрату напряжённости электрического поля. Следовательно, в электрофильтре в первую очередь осаждаются крупные частицы. Квадратичный характер зависимости скорости дрейфа от напряжённости поля свидетельствует о том, что целесообразно работать при максимально возможном напряжении, т.е. на границе искрового разряда.

Существенное влияние на качество очистки газов в электрофильтрах оказывает удаление осаждённой пыли с электродов. Возвращение в поток газа даже малой доли осаждённой пыли приводит к заметному ухудшению очистки. Повторный унос происходит при встряхивании электродов с отрывом частиц от электрода потоком газа, выбиванием их из осаждённого слоя при осаждении новых частиц. На повторный унос оказывают влияние конструкции электродов и другие факторы.

Для снижения повторного уноса необходимо обеспечивать определённую скорость газа с небольшой турбулентностью и равномерным распределением потока, сбрасывание пыли крупными блоками при встряхивании.

Степень очистки газов зависит также от конструкции коронирующих электродов, которые бывают гладкими и с фиксированными коронирующими точками (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Электроды для электрофильтров:

а – гладкие коронирующие;

б – коронирующие с фиксированными точками разряда;

в – осадительные.

Типовые гладкие электроды: круглые диаметром 2 – 4 мм, квадратные со стороной 3 – 4 мм и штыкового сечения, вписывающиеся в квадрат со стороной 4 – 5 мм. Наиболее распространёнными электродами с фиксированными коронирующими точками по длине являются: колючая проволока, пилообразные и игольчатые электроды. Игольчатые электроды при правильном выборе шага между иглами (40 – 80 мм) обеспечивают наибольшую мощность, потребляемую при коронном разряде, а, следовательно, и более высокую степень очистки.

В процессе работы электрофильтров в слое пыли накапливается заряд, так как пыль обладает большим удельным электрическим сопротивлением, и стекание заряда со слоя пыли на осадительный электрод происходит довольно медленно. В зоне электрофильтра в этом случае попадают положительные ионы, противоположные по знаку ионам, образующимся при коронном разряде. Разрядные процессы в высокоомном слое пыли, называемые обратной короной, оказывают существенное влияние на степень очистки газов. Для ослабления обратной короны в очищаемый газ вводят мелко распыленную воду, аммиак или другие реагенты, кондиционирующие поток газа, что снижает поверхностное и удельное электрическое сопротивление слоя пыли и обратный её унос. Положительный эффект даёт также снижение плотности тока основного коронного разряда при рациональном выборе параметров коронирующих электродов.

В ряде случаев удаляемая из электрофильтров пыль содержит ценные компоненты. В частности, в выбрасываемой металлургическими печами пыли содержатся серебро, цинк, сурьма, свинец, магний и др. Соединения этих элементов вредны для здоровья, а улавливание их с помощью электрофильтров кроме охраны окружающей среды даёт и экономический эффект. Например, при установке электрофильтра на крупном цементном заводе ежедневно регенерируется 120 т цементной пыли в одном фильтре при энергозатратах всего 1,9 кВт∙ч/т, что в десятки раз меньше энергозатрат на производство 1 т цемента.

Очистка газов от газообразных химических примесей в основном осуществляется: абсорбцией – поглощением при промывке газов жидкостями; адсорбцией – поглощением твёрдыми телами; переходомхимических соединений из газообразного состояния в твёрдое или жидкое состояние с последующим удалением полученных продуктов. При этих методах могут использоваться электрические и магнитные явления. Так, катодосорбционные эффекты – повышение адсорбционной способности твёрдых тел под воздействием потока электронов высокочастотного электрического разряда – применяются для получения газов особой чистоты, значительного увеличения ёмкости цеолитов и других адсорбентов. При высокочастотных разрядах в адсорбентах под действием потока электронов возникают радиационные центры адсорбции не только на наружной поверхности, но и внутри, что увеличивает их адсорбционную способность.

Повышения поглотительной способности адсорбентов можно достичь с помощью электрофореза.

Суть электрофореза состоит в том, что очищаемый газ подвергают действию электрического разряда. Под действием электрического поля, содержащиеся в газе примеси перемещаются к катоду. В результате в прикатодной зоне возникает локальная область с повышенной концентрацией примесного компонента. Если в эту зону поместить какой-либо адсорбент, то количество удаляемых из газа примесей возрастает.

Принципиальная схема установки, с помощью которой реализуется явление электрофореза, представлена на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Схема установки для очистки газа.

Очищаемый газ из ёмкости 1 подаётся в разрядную трубку 2. После создания в трубке разряда начнётся движение примесных компонентов к катоду, их концентрация в ёмкости снижается до наступления равновесия между концентрацией адсорбтива и адсорбата 3.

Химические примеси, находящиеся в газе в жидком состоянии (в виде тумана или сконденсированных паров), удаляются в электрофильтрах. Так, газы обжиговых печей цинковых заводов кроме содержат в парообразном состоянии соединения мышьяка ( селена (Se и Se ), серного ангидрида

Для улавливания тумана серной кислоты, сконденсированных паров двуокиси мышьяка и двуокиси селена газы из промывной башни направляют в мокрые электрофильтры. После второй ступени электрофильтров газы практически не содержат мышьяка, а содержание в них тумана серной кислоты снижается до 0,005 г/м³.

Обжиговые газы медеплавильных заводов сначала очищают в механических фильтрах, а затем в сухих горизонтальных многоподовых электрофильтрах. Электрофильтры работают при повышенной температуре (300 – 400

Газы шахтных печей медно-серных заводов, содержащие сернистый газ ( элементарную серу и её различные соединения (СОS, С ) и имеющие высокую температуру (400 – 500 , после очистки от грубой пыли в пылевых камерах очищают в сухих электрофильтрах. Осадительные и коронирующие электроды этих электрофильтров изготовляют из высокохромистой (до 25 – 26% Cr) стали, противостоящей воздействию паров элементарной серы при высоких температурах.

Газы алюминиевых и магниевых производств содержат много вредных примесей. Так, при электролитическом способе получения алюминия анодные газы, выделяющиеся из ванн, содержат фтористый водород, сернистый газ, окись углерода, а также пыль и смолистые погоны. В последних содержится канцерогенное вещество бензпирен.

Газы электролизёров очищают от пыли и смолистых веществ в двупольных горизонтальных электрофильтрах, а затем промывают слабым содовым раствором.

Таким образом, электрические методы очистки газов в любой отрасли промышленности обеспечивают высокую эффективность при удалении из газовых потоков пыли и примесей, находящихся во взвешенном состоянии.

Электростатические установки для разделения на компоненты суспензий и коллоидных растворов используются для обезвоживания коллоидных веществ и суспензий, плохо поддающихся титрованию: очистка воды, фруктовых соков, разделение водомасляных эмульсий, осаждение каучука из латекса, дубление кожи, пропитка тканей, обезвоживание каолина и т.д.

В коллоидных растворах, помещённых в электростатическое поле, наблюдается перемещение коллоидных частиц к одному из электродов и противоположно направленное течение жидкости. Процесс перемещения и выделения коллоидных частиц в электростатическом поле называется электрофорезом. При разделении объёма коллоидного раствора перегородкой, препятствующей перемещению частиц, но пропускающих жидкость, наблюдается явление электроосмоса. В этом случае жидкость переходит из одной части помещённого в электростатическое поле раствора в другую.

Электростатические явления электроосмоса и электрофореза объясняются тем, что на границе двух фаз: твёрдой или жидкой, несмешивающихся жидких или жидкой и газовой фаз – возникает двойной электрический слой. На поверхности твёрдой, жидкой или газообразной фазы адсорбируются молекулы или ионы, образуя слой катионов или биполярных молекул, находящихся в электролите. В электрическом поле заряженные частицы начинают двигаться к электродам противоположной полярности.

Электроосмотическая очистка применяется для удаления из воды примесей в виде растворимых солей, коллоидных частиц и суспензий. Этим способом можно очищать воду, содержащую в одном литре до нескольких сот миллиграммов сухого остатка, и получать чистую воду с очень малым содержанием примесей.

Установка для электроосмотической очистки воды состоит из десяти и более отдельных последовательно включённых ячеек (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Схема отдельной ячейки установки для электроосмотической очистки воды.

Каждая ячейка имеет две диафрагмы 8, делящие её на анодное 1, катодное 2 и среднее 3 отделения. Вода, предназначенная для очистки, поступает по трубам 4 в нижнюю часть трёх отделений первой ячейки. Из среднего отделения ячейки по трубе 5 вода поступает во вторую ячейку установки и т.д. С последней ячейки установки вода вытекает уже очищенная. Содержащиеся в растворе соли и другие ассоциируют на катионы и анионы Катионы движутся к катоду, а анионы – к аноду. В катодных пространствах вода становится щелочной, а в анодных – кислой. Из катодного и анодного отделений вода выводится по сточным трубам 6 и 7.

Диафрагмы для установки изготовляются из замши, керамики, пергамента и т.п.

Установки для электроосмотической очистки воды бывают различной мощности: 20, 80 и 200 литров очищенной воды в час. К ячейкам установки подводят электрический ток напряжением 110 и 220 В. На установке, состоящей из десяти ячеек, напряжение распределяется так: на первой группе из четырёх ячеек падает напряжение 55 В, на второй группе из трёх ячеек – 70 В, на третьей группе из двух ячеек – 110 В и на четвёртой группе из одной ячейки – 220 В.

Ячейки в каждой группе включаются последовательно, а группы – параллельно. Расход электрической энергии (кВт∙ч) можно приближённо подсчитать по эмпирической формуле ,

где – количество сухого остатка, мг, на 1 л очищаемой воды;

– напряжение на одну ячейку.

На 1 м³ очищенной воды расходуется до 15кВт∙ч энергии в зависимости от жёсткости воды. Размеры установки электроосмотической очистки воды мощностью 200 л/ч2,5

В промышленности широко применяется электрофорез для очистки и обезвоживания каолина, Чтобы очистить каолин от примесей кварца, слюды, пирата и т.п., его взмучивают в воде, прибавляют жидкое стекло или слабую щёлочь, после отстаивания удаляют грубые частицы. Полученную суспензию пропускают между электродами осмос-машины (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Схема осмос-машины для очистки каолина.

Частицы каолина при этом получают отрицательный заряд и переносятся к аноду, а кварц и другие примеси, получающие положительный заряд, – к катоду.

Под влиянием постоянного тока коллоидные частицы каолина осаждаются на фильтрованном полотне, которым покрыт анод, а вода вместе с примесями уходит из катодного пространства. На полотне анода накапливается чистый каолин с содержанием влаги до 35%. На очистку 1 т каолина расходуется 15 – 40 кВт∙ч электроэнергии.

Широкое распространение получил способ электрофоретического осаждения каучука из его эмульсий (латекса). В электрическом поле каучук принимает отрицательный заряд и в процессе электрофореза движется к аноду. Электрофоретическое осаждение каучука ведётся в аппаратах специальной конструкции или в осмос-машинах. Схема аппарата для осаждения каучука показана на рис. 3.9.

В ванне 1, наполненной латексом, движется на роликах бесконечная металлическая сетка, служащая анодом. Катод 2 располагается на дне ванны. Каучук, осаждённый на сетке, промывается струями воды 3 и сушится на сушильном столе 4, а просушенный каучук 5 с сетки снимается ножом 6.

Рис. 3.9. Схема аппарата для осаждения каучука:

1 – ванна; 2 – катод, расположенный на дне ванны; 3 – каучук, осаждённый на сетке;

4 – сушильный стол; 5 – просушенный каучук;

6 – нож.

С помощью электрофореза готовят водоупорные ткани, покрывают каучуком металлические изделия и т.д.

Эти установки по принципу действия и устройству аналогичны электростатическим установкам для окрашивания изделий. Однако технологические процессы обработки продуктов более сложные и предусматривают другие электротехнологические операции, в частности подогрев продукта инфракрасными излучателями, просушивание (подвяливание), пропекание. Несмотря на это, производственные процессы по сравнению с традиционными ускоряются в десятки раз при высоком качестве продукции, снижении потерь и при переработке.

Рис. 3.11. Вертикальный электрокоптильный агрегат:

1 – загрузочное окно; 2 – инфракрасные излучатели; 3 – цепной конвейер; 4 – разгрузочное окно; 5 – камера охлаждения; 6 – камера с инфракрасными излучателями; 7 – вытяжная труба; 8 – коптильная камера; 9 – дымогенератор.

Электрокопчение рыбы осуществляют в вертикальном электрокоптильном агрегате (рис. 3.11), куда мороженную мелкую рыбу после размораживания, подсаливания, мойки и обтекания, нанизанную на стальные шомполы, подают через загрузочное окно 1 на цепной конвейер 3. Пройдя зону инфракрасных излучателей 2, выполненных в виде нихромовых спиралей, нагретых током до температуры 700…900С, которые установлены по обе стороны ленты, рыба подсушивается и прогревается до температуры, близкой 40С. Далее она попадает в коптильную камеру 8, где по обе стороны ленты на изоляторах натянуты электроды из медного или нихромового провода диаметром 1…2 мм и длиной до 3 м. Между электродами, находящимися на расстоянии 25 см друг от друга и движущимся обрабатываемым продуктом, поддерживается постоянное напряжение 50 кВ, получаемое от выпрямительного устройства. Положительный полюс, соединённый с контуром заземления, присоединяют к корпусу конвейера, а отрицательный – к проволочным электродам. На отрицательно заряженных электродах, выполненных из тонких параллельных проволок, расположенных на расстоянии 140 мм друг от друга, создаётся высокий градиент потенциала, что вызывает появление вокруг проводов светящейся короны с интенсивным образованием ионов.

В коптильную камеру дым поступает от дымогенератора 9, а излишки его вместе с влагой выходят через вытяжную трубу 7. Под влиянием электростатического поля заряженные частицы дыма движутся к ленте конвейера, где оседают на рыбе. В результате этого процесс осаждения коптильных веществ, длящийся в обычных камерах несколько часов, а иногда суток, заканчивается на протяжении нескольких минут. Так осаждённые частицы дыма слабо диффундируют в середину толщи рыбы, и продукт имеет липкую, мажущую поверхность, его пропекают в камере 6 с инфракрасными излучателями в виде терморадиационных ламп. Этот процесс ускоряет диффузию коптильных веществ и способствует образованию плёнки, препятствующей вытеканию бульона, образующегося при варке рыбы. Затем рыба, нагретая до температуры около 80С, проходит камеру охлаждения 5 и через разгрузочное окно 4 выдаётся в виде готовой продукции, обладающей специфическим ароматом и вкусом копчения, практически не отличающимся от обычных.

При ведении технологического процесса постоянное напряжение 50 кВ необходимо поддерживать неизменным для обеспечения напряжённости электростатического поля около 4 кВ/см, при которой рыба после обработки приобретает золотисто-жёлтый цвет. Длительность подсушивания каспийской кильки составляет 2 мин, копчения – 3 мин, пропекания – 4 мин и охлаждения – 12 мин. Скорость ленты конвейера регулируют в пределах 0,3…2,5 м/с. Производительность агрегата по обработке каспийской кильки – 70…100 кг/ч, салаки – 200…250 кг/ч. Общая мощность инфракрасных излучателей 192 кВт, а расход энергии на обработку 1 кг салаки – около 0,3 кВт∙ч, что вполне оправдывает применение электрокопчения на рыбоперерабатывающих предприятиях.

Электрокопчение в поле коронного разряда позволяет получить продукцию, которая по консистенции и внешнему виду превосходит продукцию, получаемую обычным способом копчения.

Перспективно распространение опыта электрокопчения на предприятиях мясной и сыродельной промышленности.

Возможно, на рыбоперерабатывающих предприятиях осуществлять панировку рыбы в поле коронного разряда, что снижает расход муки в 1,5…2 раза против существующих норм и обеспечивает улучшение качества продукции за счёт образования тонкого равномерного и плотного слоя муки на поверхности рыбы.

Электростатические установки применяют для окраски и эмалирования металлических изделий в поле коронного разряда, а также для нанесения одно- и многоцветных смываемых и несмываемых этикеток на стеклянную тару с последующим клеем.

3.3. Установки магнитной и магнитноимпульсной обработки

Магнитные установки широко применяются для очистки продуктов и материалов для очистки продуктов и материалов от ферримагнитных примесей, магнитной обработки воды, магнитоабразивного шлифования и полирования, для обработки, для обработки теплообменных аппаратов от накипи и др. Интенсивно внедряется магнитоимпульсная обработка материалов: формообразование деталей, обжим, сборка, вырубка отверстий, сварка и т.д.

Очистка материалов от ферримагнитных примесей проводится для получения высококачественных продуктов и выполнения требований техники безопасности, исключения случаев попадания металлических предметов в рабочие органы обрабатывающих машин, возникновения искрообразования во взрывоопасной среде и т.п.

Для очистки обрабатываемых продуктов от ферримагнитных примесей на пищевых предприятиях применяют магнитные уловители – постоянные магниты или постоянно действующие магнитные сепараторы. Наиболее просты по конструкции магнитные уловители с постоянными подковообразными магнитами. Улавливающий орган в виде ряда подковообразных магнитов устанавливается в материалопроводах, самотёчных трубах, конусах под дозаторами и других местах.

Своевременное удаление ферримагнитных примесей необходимо для получения качественных пищевых продуктов и обусловлено требованиями техники безопасности во избежание поломки звеньев рабочих машин и возникновения искрообразования, которое во взрывоопасной среде может привести к взрыву большой разрушительной силы. Рабочий процесс в магнитных установках состоит из распределения поступающего продукта на магниты, улавливания и удержания ферримагнитных примесей магнитами и очистки их от уловленных примесей.

Магнитные колонки представляют собой устройства с неподвижно установленными поворотными или съёмными подковообразными магнитами из хромистой стали или магнитотвёрдых сплавов, а также с более дешёвыми и эффективными оксидно-бариевыми магнитами, которые уложены одноименными полюсами так, что образуют один сплошной широкий магнит (рис. 3.12).

Рис. 3.12. Магнитная колонка:

1 – приёмное отверстие; 2 – станина; 3 – блок магнитов; 4 – ось; 5 – выходное отверстие; 6 – винт-регулятор.

Магниты расположены с таким расчётом, чтобы поверхность их образовала с горизонтом угол 40 , что несколько превышает угол естественного откоса сепарируемого продукта. Ферримагнитные частицы, находящиеся в поступающем продукте, притягиваются к торцам магнитов, а затем периодически удаляются. Приставшие к магнитам ферримагнитные примеси приходится удалять вручную. Для этого прекращают подачу продукта, выводят из магнитной колонки соответствующий блок магнитов и очищают его торцы с помощью деревянного скребка не реже одного раза в смену. Постоянные магниты обладают недостаточной силой притяжения, которая постепенно по мере эксплуатации ослабевает. Магнитные колонки работают удовлетворительно при толщине мучных продуктов до 7 мм и зерна до 10 мм при равномерном распределении продукта по фронту магнитного аппарата.

Грузоподъёмность каждого подковообразного магнита следует проверять не реже одного раза в 10 дней, которая для магнитов из стали марки ЕХЗ не должна быть менее 120 Н, а из сплава магнико – 200 Н и сохраняться не менее 3…4 месяцев. При ослаблении грузоподъёмности магнита его подвергают намагничиванию от сети постоянного или переменного напряжения, причём в последнем случае пользуются специальными аппаратами, обеспечивающими кратковременный ток 70…200 А длительностью 0,003…0,005 с. На зерновых элеваторах магнитные колонки устанавливают после пропуска зерна через воздушно-ситовые сепараторы, на мукомольных и крупяных заводах – перед вальцовыми, шелушильными, шлифовальными и полировальными машинами, а также на линии контроля готовой продукции. На комбикормовых заводах эти устройства применяют перед измельчающими машинами, прессами и на выходе готовых комбикормов.

Магнитные колонки, отличающиеся простотой конструкции, имеют существенные недостатки, связанные с необходимостью непрерывного наблюдения за работой магнитов, ручным удалением извлечённых ферримагнитных примесей, периодической проверкой грузоподъёмности отдельных подков и их намагничиванием, а поэтому предпочитают заменять их более совершенными устройствами – электромагнитными сепараторами.

Электромагнитные сепараторы обладают значительно большей производительностью, позволяют полностью механизировать процесс удаления ферримагнитных примесей и более надёжны в работе. Конструкция электромагнитных сепараторов может быть различной.

Электромагнитный сепаратор с неподвижными наклонными электромагнитами (рис. 3.14), применяемый на мукомольных заводах для очистки муки от ферримагнитных примесей, имеет приёмное отверстие 7, крыльчатый побудитель 8, разрушающий образующиеся своды, питающий валик 10 и примыкающую к нему наклонную заслонку 9, которые обеспечивают равномерную, регулируемую механизмом 6, подачу муки с небольшой скоростью при постоянной толщине слоя к улавливающему органу – системе из 14 электромагнитов постоянного тока 11, расположенных в четыре ряда со ступенчатым экраном 5 из стальных наконечников и соединительных латунных полос, – по которому перемещается мука. Ферримагнитные примеси, приставшие к стальным наконечникам, снимаются скребком 4, совершающим возвратно-поступательное движение, и удаляются из сепаратора через боковые каналы, где собираются в ящики.

Рис. 3.14. Электромагнитный сепаратор с неподвижными наклонными электромагнитами.

Очищенная мука непрерывно выводится из сепаратора через отверстие 1. С прекращением питания обмоток электромагнитов постоянным током клапан 2 изменяет направление движения муки в отверстие 3.

Сепаратор имеет индивидуальный электропривод с трёхфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором номинальной мощностью 1 кВт, который вращает вентилятор, встроенный в сепаратор, для охлаждения электромагнитной системы. Обмотки электромагнитов, соединённые в два блока, получают питание от полупроводникового выпрямителя, который присоединён через понижающий трансформатор к сети переменного напряжения 380 В частоты 50 Гц.

Рис. 3.15. Схема устройства ленточного электромагнитного сепаратора.

Ленточный электромагнитный сепаратор (рис. 3.15) обеспечивает подачу продукта через отверстие 1 на ленту 2, охватывающую полый тонкостенный барабан 3, получающий вращение от трёхфазного двигателя через клиноременную, червячную и цепную передачи, что обеспечивает скорость ленты порядка 0,3…0,6 м/с. Внутри полого барабана, выполненного из диамагнитного материала, находится неподвижная электромагнитная система постоянного тока 4 с чередующейся по ходу продукта полярностью, что обеспечивает лучшую очистку продукта, чем в сепараторах без магнитного перемешивания. Электромагнитную систему фиксируют в определённом положении червячным механизмом при наладке работы сепаратора.

Продукт, перемещаясь вместе с лентой сепаратора, попадает в свой самотёк 5, а ферримагнитные примеси, притягиваемые электромагнитом, прижимаются к ленте и огибают барабан. Выйдя из сферы влияния электромагнита, они попадают в самотёк 6 для удаления.

Существенным недостатком электромагнитных сепараторов является прекращение их работы при повреждении цепи постоянного тока.

Обслуживание электромагнитных сепараторов сводится к периодическому контролю температуры обмоток электромагнитов и принятию мер, ограничивающих их перегрев выше установленных норм.

Существуют электронные приборы для определения наличия металла в сыпучих продуктах или в жидкостях с радиусом действия до 30 см и временем срабатывания до 0,0003 с, которые можно использовать при передаче муки и других сыпучих пищевых продуктов в производство, для контроля при разливе жидкостей, а также для учёта количества выпускаемых металлических банок.

Установки для магнитной обработки воды обеспечивают направленное изменение её физических свойств путём кратковременного воздействия магнитного поля небольшой напряжённости. Использование такой омагниченной воды улучшает технологические и биологические процессы, что сопровождается значительным экономическим эффектом.

Магнитная обработка воды несколько изменяет её поверхностное натяжение, вязкость, электропроводность и плотность, а также кристаллическую структуру шлама и отложений, которые становятся непрочными и легко отделяются от стенок теплообменных аппаратов.

Применение омагниченной воды приводит к разрушению, отслаиванию и обрушению старой накипи, что вызывает необходимость периодической чистки системы для удаления шлама.

Антинакипные свойства воды, прошедшей магнитную обработку, сохраняются несколько более суток, а затем утрачиваются. Поэтому рекомендуется время между обработкой воды и поступлением её в систему сокращать до минимума (не должно превышать 3…5 ч).

Устройства для магнитной обработки воды представляют собой статические многополюсные аппараты с кольцевыми постоянными магнитами с встречным расположением полюсов либо с цилиндрическими электромагнитами с наконечниками постоянного или переменного тока (рис. 9.6, а, б), обеспечивающими возбуждение магнитного поля с чередующимся направлением магнитных линий в пространстве, занятым водой.

Рис. 3.16. Схемы устройства многополюсных магнитных аппаратов для обработки воды:

а – постоянными магнитами:

1 – магнитопровод из стали армко; 2 – постоянные кольцевые магниты;

б – с электромагнитами:

1 – выводные зажимы;

2 – стальной корпус;

3 – латунный кожух;

4 – электромагнит.

Это поле многократно воздействует на воду, протекающую в кольцевом зазоре со скоростью 0,5…2,5 м/с, что отвечает пребыванию её в каждой магнитной зоне не менее 0,02…0,004 с. Такое воздействие не вызывает изменения химического состава воды, но приводит к тому, что находящиеся в ней соли не оседают на стенках теплообменных аппаратов, а выносятся потоком воды в виде взвешенных частиц – шлама. При работе таких аппаратов необходим постоянный контроль мутности воды – хорошей магнитной обработке отвечает мутная вода, поскольку тонкая взвесь долго не оседает, а прозрачная вода указывает на недостаточно эффективную обработку.

Производительность наиболее распространённых установок для магнитной обработки воды находится в пределах 2…200 /ч, а отвечающая им мощность потребления электрической энергии составляет соответственно 60…850 Вт. Однако существуют аналогичные установки, как на меньшую, так и на большую производительность, достигающую нескольких десятков тысяч кубических метров в час.

Применение магнитной обработки воды на молочных, ликёроводочных и других пищевых предприятиях позволило сократить число чисток теплообменных устройств примерно в два раза по сравнению с обычными сроками чистки.

Для очистки стальных поверхностей теплосиловых установок от накипи разработаны также аппараты с применением высокочастотного магнитного импульсного поля.

Невысокая стоимость магнитной обработки воды и значительное уменьшение отложений и инкрустаций на металлических поверхностях эксплуатируемых систем обуславливают большой экономический эффект, связанный с использованием омагниченной воды.

Магнитоимпульсные установки применяются для создания пластических деформаций в заготовках и изделиях из токопроводящих материалов под действием сильных периодических импульсов магнитных полей: магнитоимпульсная штамповка, обжим и раздача труб, сборка, пробивка отверстий, импульсная сварка и т.д.

Принцип действия магнитоимпульсных установок основан на взаимодействии мощных импульсов магнитных полей и возникающих в заготовках вихревых токов.

Рис. 3.17. Принципиальная схема установки для магнитоимпульсной обработки:

1 – индуктор; 2 – заготовка;

3 – ёмкостный накопитель;

4 – повышающий трансформатор;

5 – выпрямитель; 6 – автотрансформатор; 7 – разрядник.

Если поместить токопроводящую заготовку в индуктор (рис. 3.17) и пропустить по нему импульс тока большой амплитуды, то вокруг индуктора 1 создаётся мощный импульс напряжённости магнитного поля, энергия которого пропорциональна индуктивности катушки индуктора и квадрату тока в ней:

Это магнитное поле индуцирует в заготовке 2 соответствующий импульс вихревого тока, магнитное поле которого действует навстречу внешнему магнитному полю индуктора. Результатом такого взаимодействия магнитных полей является возникновение электромагнитных сил, направления которых определяются по правилу «левой руки» – перпендикулярны векторам магнитной индукции В и тока , т.е. создаётся давление на поверхность заготовки (показано стрелками). Это давление при сильных магнитных полях может достигать десятков тонн на квадратный сантиметр поверхности заготовки. В пустотелой заготовке уравновешивающее давление внутри отсутствует и энергия поля расходуется на механическую работу (деформация заготовки) и её нагрев. Давление (в МПа) на поверхности заготовки

где – индукция магнитного поля у поверхности заготовки со стороны индуктора и за заготовкой, т;

Гн/м – магнитная постоянная.

Повышение температуры поверхности заготовки рассчитывают по формуле

где – удельная теплоёмкость заготовки.

Скорость деформации заготовки

где – плотность обрабатываемого материала, кг/м³.

Длительность разрядного импульса выбирают такой, чтобы глубина проникновения магнитного поля в деформируемую деталь была меньше толщины её стенки. Для рассматриваемой схемы длительность импульса составляет 10 – 20 мкс.

Благодаря кратковременности импульса для получения больших усилий можно пропускать токи большой плотности (до А/м²), так как за очень малый промежуток времени проводники не успевают нагреваться до температуры, при которой теряются их прочностные свойства. Поэтому индукция достигает 80Тл, а для индукторов разового применения – 200 Тл. Эти значения во много раз превышают индукцию насыщения ферримагнитных материалов, поэтому они не используются в технике сильных полей. Такие высокие плотности тока и магнитной индукции сравнительно просто получают путём разряда конденсаторов.

Мощность источника питания можно определить по формуле

где – мощность, накапливаемая в зарядном контуре;

– время между разрядами, с;

– КПД зарядного контура (обычно

– напряжение заряда конденсаторов, кВ.

В качестве разрядников применяют воздушные разрядники, механические коммутаторы, срабатывающие при сближении электродов, или игнитроны (имеют управление разрядом). Зарядный контур (накопитель) заряжается от источника высокого постоянного напряжения, включающего в себя повышающий трансформатор, выпрямитель, устройства для регулирования зарядного напряжения, заземление и др.

Магнитоимпульсный метод обработки является весьма прогрессивным. Отсутствие инерционной среды, через которую обычно передаётся давление на обрабатываемую деталь а также распределение электродинамических сил по объёму заготовки и точное регулирование открывают широкие перспективы для внедрения таких установок.

Рис. 3.18. Разновидности магнитоимпульсной обработки:

1 – обрабатываемая деталь; 2 – индуктор; 3 – концентратор магнитного поля.

На рис. 3.18 показаны наиболее простые виды магнитоимпульсной обработки. Заготовка 1 может включаться непосредственно в цепь разряда (рис. 3.18, а). Электродинамические силы создаются здесь (показано стрелками) в результате взаимодействия тока в заготовке с магнитным полем, созданным током в обратном проводе, проложенным вблизи заготовки. При внесении индуктора 2 внутрь детали 1 (рис. 3.18, б) достигается эффект раздачи трубы. Для обработки деталей сложной формы применяются матрицы. Если необходимо осуществить местное деформирование, то магнитное поле перераспределяют, вводя в пространство между индуктором и заготовкой металлические концентраторы 3 (преобразователи поля), создающие в детали 1 участки высокого давления (на рис. 3.18, в показано стрелками).

На пищевых предприятиях применяют электрическую энергию не только для преобразования в механическую, но и для использования её с целью получения тепла.

Процесс преобразования электрической энергии в тепловую осуществляют в электротермических установках, которые позволяют точно и быстро регулировать температуру с помощью средств автоматики программного регулирования, а также обеспечивают быстрый пуск, остановку и переход на другой тепловой режим. Конструкция их приспособлена к требованиям технологического нагрева и является более безопасной по сравнению с приборами для сжигания топлива. Электротермические установки изготовляют номинальной мощностью от нескольких ватт до десятков тысяч киловатт при рабочей температуре до 3000С. Недостатком таких устройств является относительно высокая стоимость эксплуатации, что связано с установленным тарифом на электрическую энергию.

Электротермические установки бывают прямого и косвенного действия.

В электротермических установках прямого действия в нагреваемом теле, которое надёжно включают в электрическую сеть переменного напряжения промышленной частоты непосредственно или через понижающий трансформатор, возбуждается ток, что способствует быстрому выделению в теле тепла. Тепловой эффект определяется мощностью потребления электрической энергии с учётом потерь рассеяния тепловой энергии в окружающее пространство.

Прямой или электроконтактный, способ нагрева переменным током частоты 50 Гц применяют на рыбоперерабатывающих предприятиях для размораживания блоков с замороженной мелкой рыбой – килькой, салакой или сардинами с последующим приготовлением из неё деликатесной продукции в виде консервов в масле. Для этого блок с рыбой помещают между двумя параллельными перфорированными пластинами – электродами из нержавеющей стали, находящимися в ванне из диэлектрика, заполненной проточной водой. При переменном напряжении между электродами 380 В частоты 50 Гц дефростация заканчивается в течение 2…3 мин и сопровождается расходом энергии 0,8…1,2кВт∙ч на один блок.

Прямой способ нагрева переменным током частоты50 Гц нашёл применение в хлебопечении при заваривании водно-мучной болтушки, поскольку он обеспечивает равномерный прогрев всей массы, исключает её неоднородность, образование комочков, а также перегрев поверхностных слоёв частиц муки с одновременным установлением оптимальной температуры около 65С и незначительном расходе энергии. Возможна также электроконтактная выпечка пшеничного хлеба в форме из диэлектрика с двумя противоположными металлическими стенками, к которым подведено переменное напряжение 127 В частоты 50 Гц. Установившийся при этом переменный ток обеспечивает выпечку хлеба в течение 10 мин, причём он имеет гладкую необжаренную, корку без надрывов, трещин, морщин и эластичный мякиш. Упёк получается меньше обычного. Электроконтактный способ выпечки хлебных изделий представляет интерес при заготовке сухарей и бисквитов для тортов, где зажаренная корка не нужна.

Прямой способ нагрева воды электрическим током применяют в электродных электрических котлах, эксплуатация которых оправдана при дешёвой электрической энергии. Такие котлы могут быть использованы на консервных заводах и других пищевых предприятиях, потребляющих для технологических целей горячую воду и водяной пар.

Электроконтактный прессовый способ обработки плодов, овощей и ягод – электроплазмолиз – сводится к пропусканию обрабатываемых продуктов между встречно вращаемыми рифлёными вальцами – электродами, находящимися под переменным напряжением до 100 В частоты 50 Гц, в результате чего в обрабатываемом продукте возникает кратковременный ток, повреждающий протоплазменные оболочки, что увеличивает выход сока при прессовании и экономит пищевое сырьё.

В электротермических установках косвенного действия тепло выделяется в нагревательных элементах, которые находятся под действием тока и передают его нагреваемому телу лучеиспусканием, теплопроводностью и конвенцией. Эти элементы располагают внутри огнеупорной кладки печей, что способствует быстрому её разогреву до заданной температуры, определяемой требованиями технологического процесса.

В лабораториях пищевых предприятий электротермические установки косвенного действия встречаются в виде муфельных печей, вакуумных сушильных аппаратов, термостатов и др.

На предприятиях молочной и винодельческой промышленности применяют электропастеризаторы косвенного действия, представляющие собой аппараты, в стенки которых встроены нагревательные элементы, Ток, разогревая эти элементы, обеспечивает передачу тепла жидкости, находящейся в аппарате или протекающей через него. Расход энергии при этом невелик и составляет до 0,1кВт∙ч на 1 л пастеризуемой продукции.

На рыбоперерабатывающих предприятиях для пастеризации икры красной рыбы используют электропастеризаторы косвенного действия с автоматическим регулированием температуры с точностью .

Более мощные электротермические установки применяют в хлебопечении, кондитерском производстве, предприятиях общественного питания и камбузах речных и морских судов.

Электрические печи для выпечки хлебобулочных и кондитерских изделий по сравнению с другими печами имеют ряд преимуществ, поскольку размеры их и конструкция могут быть приняты в полном соответствии с требованиями технологического процесса при полном отсутствии воздействия печных газов на изделия, что создаёт чистоту и удобство обслуживания, простоту в позонном регулировании температуры и не сложный переход от одного теплового режима к другому из-за малой теплоаккумулирующей способности при достаточно высоком КПД порядка 0,6…0,8 и расходе энергии на выпечку 1 кг хлеба около 0,25…0,30 кВт∙ч. Такие печи получают питание от трёхфазной сети с переменным напряжением 380 В частоты 50 Гц и имеют большей частью трубчатые герметически закрытые электрические нагреватели.

Трубчатый герметический электрический нагреватель (рис. 3.19) состоит из цельнотянутой стальной или латунной трубки диаметром 7…15 мм, длиной 250…6300 мм и толщиной стенки 1,0…1,5 мм, внутри которой по оси находится хромоникелевая спираль, выполненная проводом диаметром 0,1…1,5 мм и запрессованная в термоустойчивой электроизоляционной массе – кристаллической окиси магния, или периклазе, являющейся хорошим диэлектриком и проводником тепла от спирали к стенке трубки.

Рис. 3.19. Трубчатый электронагреватель:

1 – металлическая трубка; 2 – наполнитель;

3 – нихромовая спираль; 4 – контактный стержень; 5 – керамический изолятор.

Выводы от спирали в виде стальных контактных стержней, изолированных керамическими изоляторами предназначены для присоединения к питающей сети с помощью металлических гаек с шайбами. Герметизация трубки влагонепроницаемым термостойким лаком позволяет надёжно эксплуатировать такие устройства при температуре 400…850С зависимости от допустимой удельной мощности на их поверхности и характера нагреваемой среды. Сопротивление изоляции каждого нагревательного элемента должно быть не менее 10 Мом.

Трубчатые электрические нагреватели различной конфигурации: прямые, U-образные и др. изготовляют номинальной мощностью 0,05…25 кВт и используют при напряжении 127 или 220 В. Срок службы их при рабочей температуре 500С составляет около 4000…8000 ч. Корпусы трубчатых нагревателей, находящихся в эксплуатации, должны быть надёжно заземлены

В высокочастотных термических установках обрабатываемый продукт помещают в переменное электрическое поле между двумя металлическими пластинами – электродами (рис. 3.20), которые присоединяют к высокочастотному генератору мощностью несколько десятков или сотен киловатт в зависимости от требований технологического процесса. Воздействие этого поля происходит при отсутствии электрического контакта между электродами и продуктом, поскольку последний быстро разогревается из-за непрерывного смещения электрических зарядов в атомах и молекулах. Выделение тепла происходит по всему объёму обрабатываемого продукта вне зависимости от его теплопроводности и формы при одновременном прекращении жизнедеятельности микроорганизмов и сокращении времени его стерилизации. Скорость нагрева в высокочастотном поле во много раз больше по сравнению с прочими способами нагрева, а пригорание обрабатываемых продуктов полностью устранено. При этом окружающие детали технологического оборудования остаются холодными, что равносильно отсутствию тепловой инерции нагревательного устройства.

Рис. 3.20. Схема установки для термообработки пищевых продуктов в переменном электрическом высокочастотном поле.

Высокочастотные термические устройства используют не только для нагрева, но и для сушки пищевых продуктов, которая отличается высокой скоростью подвода тепла и интенсивным парообразованием в обрабатываемых продуктах. Такой вид обработки целесообразно проводить в условиях вакуума, когда сам процесс протекает при невысокой температуре порядка 12…20С, благодаря чему сохраняется высокое качество пищевых продуктов.

Пищевые продукты, подвергнутые кратковременной тепловой обработке, сохраняют естественные вкусовые качества, а также содержание витаминов не только после воздействия переменного электрического высокочастотного поля, но и в процессе длительного хранения.

Количество энергии, поглощаемое продуктом, находящимся в переменном электрическом высокочастотном поле, определяется активной мощностью

Поскольку в рассматриваемых установках сдвиг фаз между напряжением и током близок к , полагая, что где – угол диэлектрических потерь, активную мощность можно представить так:

где – частота тока высокочастотного генератора; – ёмкость системы;

– напряжение, подведенное к электродам.

Для компенсации реактивной мощности высокочастотной термической установки, работающей с опережающим током, следует включать соответствующие индуктивные катушки с возможно малым активным сопротивлением обмоток.

Из последнего выражения видно, что для получения достаточной активной мощности, обеспечивающей генерирование тепла во всём объёме обрабатываемого продукта, следует увеличить частоту до нескольких десятков мегагерц, так как применять слишком высокое напряжение недопустимо, поскольку оно может привести к электрическому пробою продукта, находящегося между электродами.

Большое значение для термической обработки имеет форма электродов, между которыми находится обрабатываемый продукт, поскольку от неё зависит закон распределения электрического поля, а следовательно и равномерность распределения тепла по всему объёму нагреваемого продукта. Для каждого технологического процесса разрабатывают различные конструкции электродов, удобные для изготовления и эксплуатации.

Эксплуатация высокочастотных термических установок особой экономичностью не отличается, поскольку высокочастотные генераторы работают при сравнительно низком КПД порядка 0,5…0,6, вследствие чего электрическая энергия высокой частоты обходится в 1,7…2 раза дороже, чем электрическая энергия, отпускаемая из сетей энергосистем.

Для уменьшения электромагнитных полей рассеяния, создающих радиопомехи, всю высокочастотную термическую установку, в том числе и обрабатываемый продукт, надлежит надёжно экранировать.

На пищевых предприятиях высокочастотные термические установки используют для размораживания рыбы, мяса, овощей, фруктов, ягод и других замороженных продуктов. Преимуществами такого технологического процесса являются: резкое сокращение времени на обработку, равномерный прогрев продукта и устранение порчи его поверхностного слоя. Высокая себестоимость высокочастотной обработки вынуждает иногда заменять её электроконтактным нагревом переменным током частоты 50 Гц, например, при дефростации мелкой рыбы, замороженной в блоках.

В кондитерском и хлебопекарном производствах высокочастотный нагрев пищевых продуктов сочетают с другими способами нагрева, в частности с инфракрасным облучением, что зачастую снижает расход энергии и способствует улучшению качества выпускаемой продукции. Так, при обжарке ореховых ядер предварительный радиационный подогрев осуществляют электронагревателями, работающими на переменном токе частоты 50 Гц, а завершают процесс обработки в переменном электрическом поле высокой частоты. Хлеб, выпеченный в высокочастотном поле в течение нескольких минут, остаётся светлым, с румяной коркой, полученной при облучении инфракрасными лучами, обладает приятным ароматом и отличается сохранением витаминов.

Перспективно использовать сверхвысокочастотные термические установки периодического действия для быстрого приготовления пищи из сырых продуктов и размораживания, заранее приготовленных и замороженных блюд по новой технологии без использования воды, что сохраняет витамины и минеральные соли. Пища при этом не разваривается, форма и цвет продуктов остаются первоначальными. В пищевых продуктах, обработанных сверхвысокочастотным способом, происходит более сильный распад белков на аминокислоты, вследствие чего такие установки в первую очередь следует применять в больницах, диетических столовых и детских кухнях. Приготовление пищи сверхвысокочастотным способом основано на использовании электрической энергии переменного тока частоты 2450 МГц, обеспечивающей более высокую скорость прогрева, чем применяемые частоты 915 и 433 МГц, гарантирующие большую глубину проникновения энергии в продукт. Такой способ нагрева обходится значительно дешевле, чем на обычных электрических плитах, но несколько выше или равен по стоимости приготовления пищи на газе.

В сверхвысокочастотных печах тепловая обработка осуществляется с помощью электромагнитной энергии, получаемой от магнетронного генератора, являющегося составной частью установки, который включают нажатием соответствующей кнопки, находящейся на передней панели печи (рис. 3.21).

Пищевые продукты, подлежащие тепловой обработке, помещают в диэлектрическую посуду, вносят в рабочую камеру, которую закрывают дверцей. После нажатия кнопки включения печи, пользуясь реле времени, задают продолжительность тепловой обработки и этим обеспечивают начало технологического процесса, при котором в рабочей камере возбуждённое сверхвысокочастотное электромагнитное поле, воздействуя на обрабатываемые продукты, вызывает быстрый их разогрев. По истечении заданного времени срабатывает реле времени, рабочая камера отключается и прекращается тепловая обработка продуктов. Некоторые печи имеют встроенные инфракрасные излучатели с отдельным реле времени, которые применяют для образования корки на обрабатываемых пищевых продуктах. Наличие двух реле времени позволяет полностью автоматизировать технологический процесс. Длительность приготовления пищи в сверхвысокочастотных печах измеряется минутами, так как нагрев обрабатываемых продуктов происходит практически без внешнего теплообмена.

Рис. 3.21. Сверхвысокочастотная печь периодического действия:

1 – переключатели уровня мощности; 2 – жалюзи; 3 – реле времени; 4 – кнопка включения генератора; 5 – кнопка включения печи; 6 – рабочая камера;

7 – обрабатываемый продукт;

8 – диэлектрический съёмный лоток;

9 – дверца; 10 – ручка дверцы.

Сверхвысокочастотные термические установки периодического действия разделяют на установки малой – до 1,5 кВт, средней – от 1,5 до 5,0 кВт и большой мощности – свыше 5,0 кВт, которые работают с КПД 0,4…0,5. По производительности их относят к установкам малой – 5…10 кг/ч, средней – 15…40 кг/ч и большой производительности – от 50 кг/ч до нескольких тонн в час.

Поскольку сверхвысокочастотные печи по принципу действия не имеют горячих поверхностей, условия труда обслуживающего персонала облегчаются. В этих печах всегда предусматривают защиту людей от действия высокочастотного поля.

Сверхвысокочастотные термические установки непрерывного действия – конвейерные и роторные, – отличающиеся высокой эффективностью, можно использовать на пищевых предприятиях для размораживания, нагрева, сушки, стерилизации, пастеризации, консервирования и дезинсекции различных продуктов. Однако в каждом конкретном случае следует обосновать возможность и целесообразность применения токов сверхвысокой частоты с приведением соответствующих технико-экономических расчётов.

Инфракрасные лучи, невидимые глазом человека, непосредственно примыкают к красному участку видимой части спектра и характеризуются непрерывным диапазоном частот электромагнитных колебаний от до Гц. Они не рассеиваются в пространстве, подчиняются законам оптики, способны проникать в глубину многих тел и в результате поглощения вызывать их нагрев. Глубина проникновения инфракрасных лучей зависит от свойств нагреваемого материала, его структуры, характера поверхности и длины волны.

Инфракрасные лучи разделяют на лучи коротковолнового диапазона с длиной волн от 0,76 до 2,5 мкм, средневолнового диапазона – от 2,5 до 25 мкм и длинноволнового диапазона – от 25 до 750 мкм, причём верхний предел использования этих волн для технических целей ограничивают 15 мкм, при котором реализуется максимум поглощения инфракрасных лучей.

Для коллоидных капиллярно-пористых продуктов, таких как тесто, хлеб, мука или зерно, глубина проникновения инфракрасных лучей может быть от десятых долей до нескольких миллиметров. Это проникновение приводит к тому, что продукты, подвергаемые воздействию инфракрасного облучения, нагреваются быстрее, чем при методах теплового воздействия, при которых нагрев всегда начинается с поверхности. Передача тепла от источников инфракрасного излучения к нагреваемому продукту происходит без заметных потерь в окружающую среду. Это объясняется тем, что воздух толщиной несколько метров является для инфракрасных лучей практически абсолютно прозрачным, что позволяет получить большую концентрацию тепловой энергии, обеспечивающую высокую скорость нагрева продукта. При тепловой обработке большинства пищевых продуктов состояние их поверхности не остаётся постоянным: изменяется цвет, степень шероховатости и т.п.

Простейшие источники инфракрасного излучения – лампы накаливания, эксплуатируемые при пониженном напряжении, дают преимущественно поток инфракрасных лучей и незначительную долю световых лучей, а нагретые тела с относительно низкой температурой поверхности – только инфракрасные лучи. Первые называют светлыми излучателями, а вторые – тёмными.

В промышленных установках в качестве источников инфракрасного излучения применяют терморадиационные лампы, кварцевые и трубчатые излучатели, керамические и металлические плиты, трубы, а также беспламенные газовые горелки, успешно конкурирующие с электрическими излучателями.

Терморадиационные газополные лампы (рис. 3.22) номинальной мощностью 250 и 500 Вт, предназначенные для напряжения 127 или 220 В, имеют вольфрамовую спираль, температура которой поддерживается током около 1600…2200С, т.е. значительно ниже, чем в лампах накаливания, применяемых для освещения, что обеспечивает преобразование свыше 85% подведенной электрической энергии в инфракрасное излучение и длительный срок службы таких ламп порядка 5000 ч.

Рис. 3.22. Терморадиационная газополная лампа:

1 – вольфрамовая спираль; 2 – алюминиевая шайба; 3 – зеркальная поверхность; 4 – прозрачная или матированная поверхность стеклянной колбы.

Существуют терморадиационные лампы с двумя и тремя спиралями, что позволяет включать их по разным схемам и этим быстро изменять плотность инфракрасного излучения в отдельных зонах термической установки. Колбы этих ламп выполняют в форме параболоида, как из обыкновенного, так и термоустойчивого стекла. Последние перспективны для использования на пищевых предприятиях, поскольку при быстром охлаждении колбы не лопаются. Часть внутренней поверхности прозрачной или матированной стеклянной колбы излучателя покрывают тонким металлическим слоем, который представляет собой зеркальную поверхность, являющуюся рефлектором, обеспечивающим равномерное распределение инфракрасных лучей по диаметру лампы.

Терморадиационные лампы отличаются малой тепловой инерцией и допускают быстрое и лёгкое регулирование облучения по зонам и времени, чем не обладают тёмные излучатели. Однако ламповые излучатели – хрупкие и малопрочные, в особенности, когда они выполнены из обыкновенного стекла. Повышению эффективности использования терморадиационных ламп способствует доукомплектование их металлическими или стеклянными отражателями сферической, параболической, гиперболической или эллиптической формы с расположением ламп в главном фокусе этих устройств, что обеспечивает почти параллельный поток излучения, направленный на обрабатываемые пищевые продукты.

Трубчатые герметические электрические нагреватели (рис. 3.23) по отдаче потока инфракрасных лучей уступают терморадиационным лампам, но гораздо надёжнее их в работе. Для лучшей концентрации этого потока им придают оптическую систему – отражатель в виде параболического алюминиевого цилиндра с полированной поверхностью, по фокальной оси которого расположен нагреватель. Кварцевые излучатели открытого исполнения изготовляют в виде негерметизированных трубок из кварца диаметром 18…20 мм, длиной 400…2000 мм, внутри которых находится легко заменяемая хромоникелевая спираль, нагреваемая током до температуры 800…1100С (рис. 9.14). Номинальная мощность таких излучателей составляет 500…7500 Вт при расчётном напряжении 220 В. Направленность излучения обеспечивают применением зеркальных металлических рефлекторов.

Рис. 3.23. Кварцевый излучатель с хромоникелевой спиралью:

1 – контактный стержень; 2 – керамический изолятор; 3 – хромоникелевая спираль; 4 – кварцевая трубка.

Газонаполненные кварцевые излучатели имеют накаливаемое тело в виде вольфрамовой спирали, помещённой в запаянную трубку из кварца диаметром около 10 мм, длиной 250…1000 мм, заполненную инертным газом с незначительной добавкой паров йода. Температура спирали 2100…2500С поддерживается током. В таких лампах свыше 85% поглощаемой энергии трансформируется в энергию потока инфракрасных лучей. Наличие в трубке паров йода приводит к тому, что испарившийся со спирали вольфрам не оседает на её внутренней поверхности, а вновь осаждается на спираль. Номинальная мощность газонаполненных кварцевых излучателей составляет 500…4500 Вт при расчётном напряжении 127, 220 или 380 В, а средний срок службы их около 5000 ч.

Основное преимущество кварцевых излучателей – высокая прозрачность кварца для инфракрасных лучей и способность его выдерживать быстрые переходы от одной температуры окружающей среды к другой, а также возможность увеличения интенсивности излучения по сравнению с терморадиационными лампами в 30…50 раз.

Силитовые излучатели – цилиндрические стержни из полупроводниковых химических соединений диаметром 4…32 мм и длиной 55…1220мм, разогреваемые током, до температуры 800…1500С. Их изготовляют номинальной мощностью 180…8800 Вт при расчётном напряжении 30…110 В. Плотность инфракрасного излучения и равномерность его распределения от нагретого стержня определяется рефлектором, концентрирующим и направляющим инфракрасные лучи на обрабатываемый продукт.

Керамические излучатели изготовляют с хромоникелевой спиралью, расположенной внутри керамической трубки диаметром 15…20 мм и длиной 200…700 мм, а также с моно – или биспиралью, навитой по наружной поверхности такой же трубки. Инерционность керамических излучателей составляет 2…2,5 мин.

Панельные излучатели представляют собой чугунные плиты с залитыми в них трубчатыми герметическими нагревателями и характеризуются большой тепловой инерционностью.

Инфракрасные лучи используют в различных печах пищевых предприятий, в том числе в кондитерских и хлебопекарных печах с ленточными конвейерами, где применяют светлые и тёмные излучатели.

Рис. 3.24. Печь с терморадиационными лампами для выпечки печенья и кексов: а – продольный разрез по последней секции перед выгрузкой;

б – поперечный разрез.

В печи туннельного типа длиной 19 м с терморадиационными лампами (рис. 3.24) выпечка печенья и кексов осуществляется на стальной ленте конвейера шириной 0,8 м и толщиной 1,2 мм, которая получает движение от трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором номинальной мощностью 1,1 кВт через вариатор, позволяющий регулировать скорость ленты в соответствии с требованиями технологического процесса. Над лентой размещены 720 излучателей, а под ней – 360. Номинальная мощность каждого излучателя – 250 Вт, а всей установки – 270 кВт. При перегреве стальной ленты конвейера излучатели автоматически отключаются. Для максимального отражения лучей терморадиационных ламп верхняя и нижняя обшивки по всей длине печи изготовлены из листового алюминия толщиной 2 мм.

Тепловой режим печи регулируют с пульта управления включением отдельных групп терморадиационных ламп. Продолжительность выпечки печения в зависимости от содержания жира и сахара составляет 2,5…3,5 мин. а производительность печи – до 5 т печения в смену при удельном расходе энергии до 0,5 кВт∙ч на 1кг изделий. При выпечке твёрдых кексов, бисквитов солёной соломки и других изделий толщиной до 10 мм удельный расход энергии возрастает до 2 кВт∙ч/кг.

Основными преимуществами кондитерских печей с инфракрасными излучателями являются: высокое качество выпекаемых изделий, сокращение времени выпечки почти в два раза, уменьшение удельного расхода энергии по сравнению с печами с обычным электрообогревом, возможность удобного регулирования теплового режима и изменения его в различных зонах пекарной камеры, а также введение таких печей в поточные автоматизированные линии.

Аналогичные установки применяют для сушки пастильно-мармеладных изделий, сухофруктов, чая и других пищевых продуктов. На кондитерских фабриках используют конвейерные установки для комбинированной сушки и обжарки инфракрасным излучением и одновременным воздействием переменным электрическим полем высокой частоты таких пищевых продуктов, как бобы, какао, ядра ореха, миндаля и кунжута.

Хорошие результаты получаются при выпечке хлеба в туннельных печах с комбинированным обогревом инфракрасными лучами и воздействием переменного электрического поля частоты 10…30 МГц, где металлический под и расположенную над ним металлическую решётку присоединяют к высокочастотному генератору, а между решёткой и перекрытием печи устанавливают инфракрасные излучатели со ступенчатым регулированием их мощности, в то время как интенсивность высокочастотного нагрева изменяют плавно. При этом середина выпекаемых изделий нагревается за счёт диэлектрических потерь, а обогрев их внешних поверхностей и образование корки необходимого колера обеспечивается потоком инфракрасных лучей. Время выпечки хлеба в такой печи составляет 10…20 мин. Хлеб хорошо пропекается, имеет эластичный мякиш и равномерную пористость. Объём его на 10…15% больше по сравнению с хлебом, выпеченным в обычной печи и, будучи стерилизованным, сохраняет свежесть в течение 3…5 дней, не плесневеет даже при хранении в течение нескольких месяцев. Удельный расход энергии составляет 0,35…0,45

Существуют хлебопекарные печи, которые имеют только инфракрасный обогрев. У них под неподвижный, под которым находится около 60% светлых излучателей, а остальные – над ним. Продолжительность выпечки хлеба большого развеса в таких печах в два раза быстрее, чем в обычных, а расход энергии составляет до 0,35 кВт∙ч на 1 кг изделий.

Установки с инфракрасным излучением применяют на пищевых предприятиях при обжарке, копчении, варке и подсушке мясных и рыбных изделий, сушке муки, зерна, виноградных семян и других зернопродуктов, при пастеризации молока, пива, фруктовых соков, для ускорения длительно протекающих технологических процессов по старению и созреванию вин, ликёров и др., а также при обработке фруктов и овощей, причём в отдельных случаях вместо электрических излучателей применяют беспламенные газовые горелки, которые при наличии дешёвого природного газа отличаются высокими экономическими показателями.

При работе с инфракрасными излучателями недопустимо превышать уровень облучённости обслуживающего персонала выше 350 Вт/ .

При эксплуатации светлых излучателей необходимо применять защитные экраны из алюминия, окрашивать стеклянные поверхности аппаратов в красный цвет, а также пользоваться очками с соответствующими светозащитными фильтрами.

Ультрафиолетовые лучи, невидимые глазом человека, непосредственно примыкают к фиолетовому участку видимой части спектра и характеризуются непрерывным диапазоном частот электромагнитных колебаний от до Гц. Эти лучи пропускаются тонким слоем воздуха, но задерживаются обыкновенным стеклом. Они вызывают сильную ионизацию воздуха, интенсивные фотоэлектрические и химические явления, а также биологические действия. Свойства ультрафиолетовых лучей зависят от частоты электромагнитных колебаний или от длины волны.

Ультрафиолетовые лучи коротковолнового диапазона с длиной волн от 0,20 до 0,28 мкм обладают сильным бактерицидным действием и используются на пищевых предприятиях для улучшения санитарно-гигиенических условий, для стерилизации, стимулирования и угнетения биологических процессов и химических реакций. В частности, лучи этого диапазона применяют для дезинфекции помещений, воздуха, воды, рабочих столов, посуды, инструментов, одежды и пр. Малые дозы облучения стимулируют развитие плесневых грибков. Периодическое облучение различных пищевых продуктов увеличивает срок их хранения и позволяет обойтись без холодильных установок. Так, коротковолновое ультрафиолетовое облучение мяса позволяет хранить его не в замороженном виде, а при обычной температуре и оно остаётся сочным и свежим. Облучение мандаринов и лимонов снижает поражение плесенью. Лучи этого диапазона используют для дезинфекции в установках по уничтожению амбарных вредителей. Широкое применение облучения пищевых продуктов ограничено недостаточной изученностью реакций, которые вызывают ультрафиолетовые лучи. Поэтому следует строго соблюдать рекомендуемый технологический режим с одновременным контролем режима работы источников ультрафиолетового излучения.

Ультрафиолетовые лучи средневолнового диапазона с длиной волн от 0,28 до 0,32 мкм вызывают покраснение и загар кожных покровов и способствуют образованию витамина Д в организме человека и животных, а также в таких пищевых продуктах, как мука, молоко, дрожжи и др.

Ультрафиолетовые лучи длинноволнового диапазона с длиной волн от 0,32 до 0,40 мкм применяют для возбуждения светящихся веществ в сигнальных устройствах и для люминесцентного анализа, позволяющего по цвету и яркости флуоресцирующих поверхностей пищевых продуктов, облучаемых в затемнённом помещении, судить об их качестве. Так, свежие белые куриные яйца флуоресцируют красным цветом, а лежалые – голубым.

Источниками ультрафиолетового излучения являются газоразрядные бактерицидные и ртутно-кварцевые лампы.

Бактерицидные лампы номинальной мощностью 15…60 Вт, рассчитанные на напряжение 127 или 220 В частоты 50 Гц, изготовляют из увиолевого стекла, хорошо пропускающего лучи с наибольшим бактерицидным действием, которым отвечают волны длиной 0,254 мкм. По своему устройству, действию и схеме включения они не отличаются от трубчатых люминесцентных ртутных ламп низкого давления, но не имеют на стенках покрытия люминофором. Средний срок службы их 1500 ч, после чего бактерицидный поток снижается 50% номинального.

Облучение открытыми, незащищёнными бактерицидными лампами допустимо только при отсутствии в помещении людей, так как оно вредно действует на глаза и может вызвать ожог кожи.

Рациональное использование бактерицидных ламп возможно при наличии алюминиевых облучателей с полированной отражательной поверхностью, которые обеспечивают широкое пространственное распределение излучения в верхнюю или нижнюю полусферу при защитном угле (рис. 3.25, а, б).

Рис. 3.25. Облучатели: а – отражённого излучения; б – прямого излучения.

Первые обеспечивают отражённое излучение и при высоте подвеса более 2 м над уровнем пола применяются для дезинфекции воздуха в помещениях, где находятся люди, а вторые – прямое излучение, допустимое в присутствии людей, при высоте подвеса до 0,7 м над уровнем пола, в противном случае люди должны покинуть помещение на время включения установки. Число ламп для облучения устанавливают из расчёта 0,3…2,5 Вт на 1 помещения, но при наличии в помещении людей – не более 1 Вт/ .Для успешной дезинфекции облучаемый поток воздуха должен перемешиваться с остальной массой в результате конвенции со скоростью 0,10…0,15 м/с.

В производственных помещениях следует включать бактерицидные лампы с облучателями отражённого излучения на 30…60 мин через каждые 2 ч работы, в результате чего погибает свыше 60% микробов, исчезают неприятные запахи и труд становится более производительным.

Перспективно использовать специальные проточные установки, монтируемые в водопроводную сеть и обеспечивающие непосредственное соприкосновение бактерицидных ламп с водой, чем достигается максимальный стерилизующий эффект. Обеззараживание воды бактерицидным действием ультрафиолетового облучения, действующего на бактерии, находящиеся в воде, имеет ряд преимуществ перед химическими методами, в частности перед обеззараживанием питьевой воды обработкой хлора, так как ультрафиолетовое облучение не изменяет вкусовые качества воды и не влияет на её физико-химические свойства.

Ртутно-кварцевые лампы высокого давления номинальной мощностью 220…1000 Вт предназначены для напряжения 127 или 220 В, представляют собой трубки из кварцевого стекла, заполненные инертным газом с капелькой ртути. Они обеспечивают достаточно широкий спектр излучения ультрафиолетовых лучей с наиболее выраженными волнами длиной 0,365 мкм и поэтому применяются в установках для генерирования электромагнитных колебаний средне- и длинноволнового диапазонов. Эти лампы часто используют с фильтрами из чёрного увиолевого стекла, задерживающими видимые и пропускающими ультрафиолетовые лучи, в установках для люминесцентного анализа пищевых продуктов.

При работе с ультрафиолетовыми излучателями обслуживающий персонал должен соблюдать необходимые меры предосторожности от возможных ожогов кожных покровов и предохранять глаза от действия ультрафиолетовых лучей защитными очками с густо-синими или тёмными стёклами и прилегающей манжеткой вокруг.

Электролизные установки

При производстве вин и плодоягодных соков свежеотжатый сок, полученный с помощью прессов непрерывного действия, содержит большое количество взвешенных частиц и требует длительного отстоя или сепарирования. Использование при этом механических очистительных устройств отрицательно влияет на перерабатываемый продукт, так как он при этом насыщается кислородом воздуха, и качество его ухудшается. Поэтому рационально использовать электрофлотационный способ удаления взвешенных частиц, в основе которого лежит электролиз.

Электролиз воды приводит к выделению на электродах сепаратора, называемого электрофлотатором, мельчайших пузырьков водорода и кислорода, из которых первые используют для подъёма взвешенных частиц винодельческой продукции с последующим их удалением с поверхности жидкости, а вторые отводят от электрофлотатора трубой наружу.

Рис. 3.26. Схема устройства электрофлотатора непрерывного действия.

В электрофлотаторе непрерывного действия для осветления плодоягодного сока (рис. 3.26) на дне, на слое водонепроницаемого лака 8 находится графитовый анод 7, над которым расположен катод 1 в виде проволочной сетки из нержавеющей стали. Между электродами находится пористая диафрагма 9, обеспечивающая отвод кислорода, выделяющегося при электролизе на аноде, по трубе 5 наружу. К электродам подводят постоянное напряжение порядка 30…60В с тем, чтобы плотность тока при электролизе была около 200 А/ . Процесс сепарирования желательно проводить при температуре осветляемой жидкости около 50…60С.

Сок, подлежащий обработке, подают по перфорированной трубе 2 в первую приёмную секцию. Для перехода его из одной секции в другую в перегородках по всей их ширине предусмотрены отверстия щелевидной формы для снижения скорости протекания жидкости. Зигзагообразный путь сока в электрофлотаторе обеспечивает наилучшие условия прилипания к взвешенным частицам пузырьков водорода, выделившихся на катоде, которые затем поднимаются на поверхность, где образуют пенную шапку, удаляемую конвейером 3. Труба 4 служит для отвода водорода наружу, а сток 6 – для выхода осветляемой жидкости. Подбором размеров отдельных секций и конструкцией самих электродов удаётся обеспечить различную плотность тока по секциям, в результате чего в первой секции удаляются наиболее крупные взвешенные частицы, а в последующих – более мелкие. Электросепарирование позволяет снизить содержание взвешенных частиц в виноградном соке до 1%. Производительность электрофлотатора составляет 4 т сока в час с 1 площади катода.

Кратковременное сепарирование, длящееся 15…20 мин, при охвате электролизом незначительного объёма протекающей жидкости, практически не оказывает влияния на содержание инвертного сахара, титруемой кислотности, сухих, дубильных и красящих веществ, аминного азота, щёлочности золы, а также на изменение рН. Электрофлотационная очистка не влияет на вкусовые качества сепарируемой жидкости и может с успехом применяться на пищевых предприятиях для осветления различных жидкостей.

Основными достоинствами описанного метода являются: простота конструкции аппарата, несложность оборудования, небольшой расход энергии и возможность одновременно с осветлением жидкости осуществить её деаэрацию.

В электрофлотаторах, используемых для очистки сточных вод пищевых предприятий, диафрагму 9 не применяют, в результате чего в осветляемую жидкость попадают пузырьки водорода и кислорода, что обеспечивает определённое бактерицидное действие.

Экономическая эффективность обезжиривания сточных вод мясокомбинатов достаточно высока, поскольку удаётся при этом извлечь до 90…95% жира.

Электролизные установки используют на жироперерабатывающих комбинатах в гидрогенезационных цехах для получения водорода, необходимого для перевода жидких жиров в твёрдые.

Теоретический расход воды на образование 1 водорода и 0,5 кислорода составляет 0,805 кг, а практически несколько больше из-за уноса паров воды вместе с газами и испарениями. Вода для электролиза должна предварительно очищаться, иметь удельное сопротивление не менее 60Омсм и содержать сухого остатка не более 7 мг/л. Так как чистая перегнанная вода оказывает большое сопротивление току, для увеличения её электропроводности к ней добавляют едкие щёлочи. Электролиз 25…29% – ного раствора едкого калия или 16…18% – ного раствора едкого натрия при температуре 60…65С и несколько выше проводят в электролизёрах – электролизных ваннах, наполненных электролитом, в который погружены металлические электроды.

Промышленные типы ванн бывают с монополярными и биполярными электродами. В ваннах первого типа одна половина электродов присоединена к положительной шине, а другая – к отрицательной; в ваннах второго типа электрическую энергию подводят только к двум крайним электродам, которые сами являются монополярными, а остальные – биполярными (рис. 3.27, а, б).

Рис. 3.27. Схемы устройства ванн для электролиза воды с электродами:

а – монополярными; б – биполярными.

Аноды электролизёров выполняют из никелированной стали, а катоды – из обыкновенной листовой. Для начала выделения водорода необходимо, чтобы разность потенциалов между соседними электродами ванны была больше 1,23 В, а практически её принимают равной 2…4 В.

Ванны с монополярными электродами работают при напряжении 2…2,5 В и токе до 20000 А, что соответствует мощности до 50 кВт. Такие ванны соединяют между собой последовательно для возможности питания их от стандартного постоянного напряжения 110 или 220 В. Плотность тока при плоских электродах принимают равной 200…400 А/ , при пластинчатых – до 1500 А/ и перфорированных – до 2500 А/ их геометрической проекции.

Ванны с биполярными электродами более компактны, удобны в отношении устройства силовой сети, но требуют лучшей изоляции токопроводящих частей, ремонт их более сложный. Разделение газов в электролизёрах в одних случаях достигается применением асбестовой диафрагмы Д, находящейся между анодом А и катодом К, проницаемой для ионов и почти непроницаемой для пузырьков газа, а в других – при помощи колоколов (рис. 3.28, а, б).

Водород и кислород, полученные электролизным путём, направляют на промывку для освобождения от следов электролита, а также на дальнейшую очистку и собирают в газгольдеры. Если кислород на предприятии не используют для технологических процессов, то его сжимают и нагнетают в баллоны для дальнейшей реализации.

Расход энергии для получения 1 водорода и 0,5 кислорода составляет 4,5…9,0 кВтч и зависит от конструктивных особенностей электролизёра. Часть электрической энергии преобразуется в электролизёре в тепло, которого в зависимости от размеров аппарата может быть избыточно или недостаточно для поддержания оптимальной температуры раствора. В связи с этим ванны снабжают тепловой изоляцией и устройствами подогрева или охлаждения электролита. КПД современных электролизёров порядка 0,6…0,8.

Рис. 3.28. Схемы устройств электролизеров:

а – с диафрагмой; б – с колоколами.

На пищевых предприятиях, выпускающих готовую продукцию в герметической консервной таре из белой жести, целесообразно в жестянобаночных цехах, где накопляются металлические отходы, содержащие дефицитное олово, применять электролизные установки для его утилизации (рис. 3.29).

Рис. 3.29. Схема электролизной установки для съёма олова с отходов белой жести.

Электролитический способ съёма олова с обрезков белой жести обеспечивает выход чистого олова в размере 1,2…2% по отношению к массе отходов жести.

Технологический процесс сводится к подготовке отходов, электролизу и обработке катодного осадка. Перед электролизом отходы жести прессуют в пакеты по 25…30 кг каждый, подвешивают их на положительные шины ванн, окружают с двух сторон стальными листами, которые соединяют с отрицательными шинами. Ванны, установленные на изоляторах, заливают электролитом, представляющим собой 10% – ный раствор едкого натра. Установку из n последовательно соединённых ванн питают от источника постоянного напряжения с таким расчётом, чтобы плотность тока была до 130 А на 1 поверхности катода при температуре электролита 75…80С, которую поддерживают змеевиками, обогреваемыми паром. Перед включением установки нужно проверить наличие в электролите олова, которого должно быть не менее 3…5 г на 1 л раствора. Длительность электролиза составляет 3…6 ч. Замыканием отдельных однополюсных выключателей можно вывести соответствующие ванны из электрической цепи.

Осаждённое на катодах губчатое олово промывают от щёлочи и хранят в стальной посуде, заполненной водой. Перед плавкой его брикетируют на гидравлических прессах до плотности 5500…6000 кг/ , затем плавят в тиглях при температуре 350…400С, очищают от образовавшейся на поверхности золы и разливают в подогретые формы. Полученные болванки массой около 15 кг используют в жестянобаночных цехах для пайки тары.

Выход олова при электролизе составляет 85…90% количества, находящегося в отходах белой жести, а расход энергии на этот процесс составляет около 5 кВт на 1 кг чистого олова.

Ультразвуковые установки

Акустические колебания с частотами выше 2∙Гц не воспринимаются человеческим ухом и относятся к ультразвуковым колебаниям, скорость распространения которых в газах, жидкостях и твёрдых телах в значительной степени зависит от свойств самой среды.

Распространение ультразвуковых колебаний высокой интенсивности в жидкости приводит под действием растягивающих усилий к образованию шарообразных кавитационных каверн, которые в дальнейшем под влиянием сил поверхностного натяжения и последующего сжатия захлопываются и образуют мощную гидравлическую волну с местными повышениями давления до нескольких сотен атмосфер. Эта волна разрушающе действует на близко расположенные твёрдые поверхности, вызывает появление разнонаправленных потоков жидкости в особенности у поверхности раздела жидкой и твёрдой фазы, а также сообщает значительное ускорение взвешенным в жидкости частицам. Эти явления, связанные с физическими свойствами среды, в которой возбуждено ультразвуковое поле, используют на пищевых предприятиях для интенсификации различных технологических процессов, повышения производительности труда, улучшения качества готовой продукции и удлинения сроков её хранения.

Ультразвуковые колебания упругих сред возбуждают с помощью различных излучателей, из которых наиболее распространёнными для пониженных частот являются магнитострикционные – электромагнитные устройства с никелевым, пермендюровым или ферритовым магнитопроводом, а для повышенных частот – пьезоэлектрические с керамикой титанита бария или кварцевой пластиной, снабжённых металлическими электродами.

Присоединение излучателей к источнику электрической энергии высокой частоты вызывает возникновение переменного магнитного поля магнитострикционных излучателей, которое приводит к периодическому изменению геометрических размеров магнитопровода, а переменное электрическое поле пьезоэлектрических излучателей сказывается на соответствующем изменении размеров керамики или пластины. Эти периодические изменения размеров активных частей излучателей, составляющие обычно стотысячные доли их первоначальных размеров, возбуждают ультразвуковое поле в окружающей упругой среде. Возбуждение ультразвуковых колебаний в жидкой среде осуществляется излучателями непосредственно через пластину или акустические трансформаторы с мембраной на конце для защиты активного элемента от кавитационного разрушения или химического воздействия агрессивных сред. Для увеличения мощности излучения, вибрирующие части нескольких излучателей объединяют одной диафрагмой и получают сложный, более мощный излучатель ультразвуковых колебаний.

Рис. 3.30. Ультразвуковой генератор.

Излучатели присоединяют к ультразвуковым генераторам (рис. 3.30), представляющим собой электронные генераторы с выходным напряжением 20…500 В регулируемой частоты от 2 кГц до 6 МГц, выходной мощностью от 0,1 до 60 кВт и КПД порядка 0,4…0,6, которые получают питание от одно – или трёхфазной сети переменным напряжением 220 или 380 В частоты 50 Гц.

На пищевых предприятиях ультразвуковые установки используют при приготовлении эмульсий, когда необходимо равномерно распределить частицы смешивающихся между собой жидкостей, а также для получения дисперсий, где твёрдые частицы вещества должны быть равномерно распределены в жидкой среде, например, при приготовлении маргарина, майонеза, диетических молочных продуктов. Эти процессы ведутся на аппаратах со встроенными излучателями ультразвуковых колебаний при оптимальной температуре водных растворов 40…60С и частоте ультразвука 5…40 кГц, что обеспечивает получение значительно более стойких эмульсий и дисперсий с основной массой частиц до 1 мкм, в то время как при обычной технологии эти продукты получают с более крупными частицами. Одновременно ультразвуковое воздействие разрушает в обрабатываемых продуктах микрофлору, а это способствует большей стойкости при их хранении.

Воздействие ультразвука при кристаллизации приводит к увеличению скорости процесса и образованию мелких кристаллов, что представляет значительный интерес для интенсификации таких технологических процессов, как кристаллизация сахара, винного камня, аскорбиновой кислоты и др.

Продолжительность существующего технологического процесса по выработке осветлённого виноградного сока, связанная с удалением винного камня и осветлением, которая длится 2…3 месяца, может быть доведена до 2…3 суток, если охлаждённый виноградный сок подвергать одновременному перемешиванию мешалкой с электроприводом и действию ультразвукового поля частоты 20…22 кГц в течение 4…8 ч.

Кратковременное воздействие ультразвука частоты 19 кГц на охлаждённые вина, обработанные оклеивающим веществом – бентонитом, с одновременным перемешиванием мешалкой способствует значительному сокращению срока осветления, созревания и старения, облагораживает и улучшает их аромат, что при обычной технологии достигается при соответствующем многолетнем хранении вин.

Применение излучателей ультразвука на разливочных автоматах создаёт вибрации бутылок перед их укупоркой, что способствует повышению стойкости пива и различных безалкогольных напитков, а также приводит к образованию пены, уменьшающей количество воздуха в горлышках бутылок.

Ультразвуковые установки используют в молочной промышленности для гомогенизации и пастеризации молока, в бродильной и безалкогольной промышленности – для обеззараживания производственной воды, в консервной промышленности – для стерилизации консервов, поскольку ультразвуковые колебания в течение нескольких секунд оказывают разрушающее действие на бактерии. Этот метод позволяет вести технологический процесс без нагрева с сохранением натурального вкуса, запаха и витаминов в обрабатываемых продуктах. Ультразвук применяют при обработке производственной воды для предупреждения отложения солей жёсткости на стенках теплообменных аппаратов.

Ультразвуковая мойка и очистка деталей и узлов машин и аппаратов пищевых предприятий с трудно отмываемыми загрязнениями – жировыми плёнками и липкими остатками продуктов, благодаря механическому воздействию кавитационных каверн, обеспечивает степень очистки на 99,5…100%. Такую операцию проводят в ультразвуковых ваннах ёмкостью до 1 , заполненных щелочным раствором при температуре 70…80С, в дне которых установлено до 12 излучателей мощностью по 1,5 кВт каждый. Стеклянная тара консервной, молочной, винодельческой и других отраслей пищевой промышленности проходит обработку в автоматизированных ультразвуковых моечных машинах (рис. 3.31), а также в агрегатах карусельного и конвейерного типов, которые обеспечивают высокое качество мойки.

Рис. 3.31. Автоматизированная ультразвуковая моечная машина.

Внедрение ультразвуковых установок для интенсификации технологических процессов пищевых предприятий должно быть подкреплено технико-экономическими расчётами, а к самим установкам предъявлены требования, обеспечивающие простоту, удобство и надёжность их в работе.

Помимо использования ультразвуковых колебаний в технологических процессах их применяют также в специальных ультразвуковых приборах для наблюдения, контроля и измерения различных параметров физико-химических процессов пищевых предприятий.

Установки электрооглушения

На предприятиях мясной промышленности применяют различные электротехнические устройства и установки, предназначенные для подготовки животных и птиц к убою.

Так, на мясокомбинатах для подгона скота к месту переработки обычно применяют электропогонялку, состоящую из дюралюминиевого корпуса, пластмассового наконечника с двумя латунными контактами на конце и размещённых внутри корпуса аккумуляторной батареи на напряжение 6 В, индукционной катушки, прерывателя и кнопки управления с замыкающими контактами. Длина электропогонялки 0,7 м, а масса её около 1 кг. К животному прикасаются контактами электропогонялки и нажатием кнопки управления замыкают цепь аккумуляторной батареи. Благодаря работе прерывателя в индукционной катушке наводится ЭДС порядка 1500…3000 В и животное, получив неприятное воздействие без каких-либо повреждений вследствие малой мощности источника энергии, начинает двигаться к боксу, где производится оглушение.

Оглушение, или приведение животных в бессознательное состояние, перед убоем применяют для облегчения технологических операций по закаливанию и обескровлению и осуществляют переменным током частоты 50 или 2000…2400Гц. Соответствующие электротехнологические установки обеспечивают установление такого режима, при котором оглушение вызывает временный паралич животных, но не приводит их к смерти, так как это ухудшило бы процесс обескровления и затруднило бы обработку туш.

Оглушение крупного рогатого скота выполняют на аппаратах переменного тока частоты 50 Гц, допускающих с помощью переключателя ступенчато регулировать напряжение оглушения в пределах от 70 до 180 В. Это напряжение подводят к животному, находящемуся в металлическом боксе, копьём из нержавеющей стали, укреплённым на стеке, выполненным в виде трубки из изоляционного материала и соединённым с аппаратом шланговым проводом (рис. 3.32, а).

Рис. 3.32. Приспособления для электрооглушения:

а – стек; б – вилка.

Технологический процесс ведут обычно при напряжении оглушения 70…90 В, которое вызывает ток 0,5…1 А, поддерживаемый в течение 20…50 с, что обеспечивает оглушение животного, после чего его закалывают и обескровливают.

Оглушение свиней проводят на установках переменного тока, состоящих из однокорпусного преобразователя частоты и соединённой с ним шланговым проводом вилки в виде металлической трубки, которая заканчивается двумя металлическими контактами, налагаемыми в области височных или теменных костей черепа животных не более чем на 15 с (рис. 3.32, б). На трубке, которая при работе должна быть заземлена, укреплена кнопка управления с замыкающими контактами включения вилки на переменное напряжение 200…250 В частоты 2000…2400 Гц, получаемого от генератора, встроенного в корпус преобразователя частоты и приводимого во вращение трёхфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором, получающим питание от трёхфазной сети с переменным напряжением 380 В частоты 50 Гц. Мощность преобразователя составляет около 2 кВт.

В птицеперерабатывающей промышленности оглушение птиц обычно осуществляют во время движения их на конвейере с помощью различных аппаратов, где используют переменное напряжение 350…950 В, под которым птицы находятся в течение 12…30 с. Это напряжение оглушения получают от регулируемого повышающего трансформатора, питаемого от сети переменного напряжения 220 В частоты 50 Гц. В некоторых аппаратах в качестве контактного электрода используют воду, находящуюся в изолированном резервуаре, что позволяет снизить напряжение оглушения до 15…220 В. Оглушение кроликов выполняют с помощью специальных аппаратов и устройств при переменном напряжении 36…220 В частоты 50 Гц, под которым в зависимости от типа применяемого устройства, животные находятся в течение 2…60 с, а затем поступают на убой.

Установки электрооглушения животных и птиц должны быть оборудованы необходимыми электроизмерительными и сигнальными приборами, облегчающими проведение технологического процесса и гарантирующими безопасность персоналу, занятому на этой операции.

К числу прогрессивных технологий относятся светолучевая и плазменная обработка материалов и изделий.

Генерируемый лазером когерентный луч, обладающий огромной мощностью, при взаимодействии с веществом способен оказывать интенсивное тепловое воздействие. В точке фокусирования луча может происходить почти мгновенное расплавление и испарение вещества, что используется для технологических целей: прошивания большого числа отверстий и щелей в листовом материале любой твёрдости и вязкости, сварки деталей из различных сплавов, резки материалов при крое изделий и т.д. Применение светолучевой (лазерной) обработки во многих случаях многократно повышает производительность, позволяет полностью автоматизировать технологические процессы, улучшает условия труда.

Когерентные лучи создаются в оптически активных средах, атомы которых легко возбуждаются, переходя на более высокий энергетический уровень, а затем самопроизвольно возвращаются на низкий уровень, отдавая приобретённую ими энергию в виде излучения строго определённой, соответствующей конкретному материалу, длины волны. В зависимости от среды, в которой протекают процессы, ведущие к возникновению когерентного светового потока, различают твёрдотельные, газовые и жидкостные лазеры.

В твёрдотельных лазерах в качестве активной среды используют рубин (оксид алюминия с добавкой 0,5% трёхвалентного хрома), стекло с примесями неодима (до 5%), алюмоиттриевый гранат с неодимом и другие, в газовых – азот или углекислый газ.

На рис. 3.33 приведена схема устройства лазера на кристалле рубина. Рубиновый стержень 2 помещён внутри эллиптического отражателя 4 с полированной зеркальной внутренней поверхностью. На фокальной оси эллипса параллельно стержню расположена ксеноновая импульсная лампа 3 (лампа накачки), которая питается от импульсного источника питания 1. Источник питания совместно с ёмкостным накопителем формирует электрические тока длительностью от долей до десятков миллисекунд и амплитудой тока до которые подаются через блок разряда на лампу накачки. Зажигание лампы осуществляется от автоматического ключа в цепи конденсатора. Возникающие в рубине лучи 5 отражаются от зеркальных линз 6 и в конечном итоге через систему фокусирующих линз 7 выходят на обрабатываемое изделие 8. С помощью оптических линз 7 лучи лазера можно фокусировать в точку или линию. В первом случае в заготовке получаются круглые отверстия, во втором – линейные. Длительность импульса излучения лазера составляет 0,2 – 5 мс, частота 1 – 10 Гц.

Рис. 3.33. Устройство лазера на кристалле рубина:

1 – импульсный источник питания;

2 – рубиновый стержень; 3 – импульсная лампа (лампа накачки); 4 – эллиптический отражатель; 5 – лучи; 6 – зеркальные линзы; 7 – фокусирующие линзы; 8 – обрабатываемое изделие.

Такой режим позволяет получить высокую концентрацию энергии в импульсе (несколько десятков киловатт) при небольшой средней мощности.

Средняя выходная мощность лазера ограничена главным образом высокой чувствительностью активных элементов (особенно рубина) к нагреву. Для увеличения выходной мощности применяют водяное охлаждение.

Твёрдотельные лазеры применяют для неэнергоёмких технологических процессов – точечной сварки тонких материалов, обработки тонких плёнок в химической и лёгкой промышленности. Для выполнения энергоёмких процессов, таких, как резка толстых диэлектрических материалов и тканей, сварка швом и других, применяют более мощные газовые лазеры на азоте или углекислом газе. Чтобы газ не нагревался, его непрерывно прокачивают и охлаждают. Лазеры на углекислом газе имеют более высокий КПД, чем другие, но их недостатком является то, что излучение лежит в инфракрасном диапазоне (10,6 мкм). Инфракрасное излучение многие материалы поглощают слабо.

Для увеличения поглощения их покрывают обмазками на основе графита или фосфатов с высоким коэффициентом поглощения.

Плазменной обработкой материалов называют группу операций, в которых для технологических целей используют определённым образом сформированный мощный поток ионизированного газа (плазмы), развивающий в месте соприкосновения с обрабатываемым материалом высокие температуры (от нескольких тысяч до десятков тысяч градусов). Устройства, в которых формируется плазма, получили название плазмотронов. В плазмотроне электрическая дуга (сильноточный электрический заряд), взаимодействуя с газовой средой, образует высокотемпературную плазму. По принципу действия плазмотроны подразделяют на два основных типа:

– с переносом дуги (с дугой косвенного действия) (рис. 3.34, а и б);

– без переноса дуги (с дугой прямого действия) (рис. 3.34, в).

Рис. 3.З4. Устройство плазмотрона:

1 – электрод; 2 – сопло (канал); 3 – вода; 4 – дуга; 5 – электрод (является соплом); 6 – струя (факел); 7 – обрабатываемое изделие.

В плазмотроне первого типа дуга 4 горит между электродом 1 из тугоплавкого материала (вольфрам, графит) и охлаждаемым водой 3 соплом 2 или электродом 5, который также является соплом, но отделён от канала. Проходящий через дугу газ ионизируется и выходит из сопла в форме струи 6 (факела) плазмы. В плазмотроне второго типа (рис. 2,33, в) дуга 4 горит между вольфрамовым электродом 1 и обрабатываемым изделием 7. Струя плазмы в этом случае совпадает со столбом ртути. Для устойчивой работы плазмотрона и повышения долговечности сопла электрическую дугу обжимают дополнительным потоком газа (вихревая стабилизация) или применяют другие методы.

В качестве рабочих газов применяют аргон, гелий, азот, их смеси и воздух. Мощность плазменной струи, и напряжение дуги регулируют опусканием или подъёмом электрода 1 из канала 2.

Наиболее широкое применение плазменная струя нашла для резки материалов, не поддающихся обычным способам резки (кислородной, дуговой или газофлюсовой): нержавеющей стали, алюминия, меди, керамики, а также для сварки металлов, неметаллических изделий и их сочетаний. Плазменное технологическое оборудование отличается высокой производительностью, малыми габаритами и позволяет реализовать многие технологические процессы в таких отраслях промышленности, как химическая, металлургическая.

Схемы электроснабжения

Система электроснабжения – комплекс электротехнических устройств, состоящий из источников электрической энергии, трансформаторных, преобразовательных и распределительных подстанций, а также линий, по которым эта энергия передаётся приёмникам.

Каждая система электроснабжения должна бесперебойно подавать энергию приёмникам в необходимом количестве и надлежащего качества, т.е. номинального напряжения и номинальной частоты при достаточной экономичности, как по первоначальным затратам, так и по эксплуатационным расходам.

Пищевые предприятия, не нуждающиеся в большом количестве горячей воды или водяного пара для технологических целей, как правило, получают питание электрической энергией от трёхфазных линий энергосистем при частоте переменного тока 50 Гц по различным схемам, зависящим от категории, мощности и расположения приёмников, характера и удалённости источника энергии, от местных условий и специальных требований.

В энергосистемы входят электростанции – тепловые (ТЭС), включая районные (ГРЭС),атомные (АЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ и АТЭЦ), гидроэлектрические (ГЭС) и гидроаккумулирующие (ГАЭС), подстанции, линии напряжением от 110 кВ и выше, а также тепловые сети. Такой электрический комплекс единым режимом, непрерывным производством и распределением энергии обеспечивает бесперебойное качественное энергоснабжение всех потребителей.

В системе электроснабжения различают систему внешнего и внутреннего электроснабжения.

Система внешнегоэлектроснабжения включает в себя все электротехнические устройства, начиная от источника электрической энергии до подстанции пищевого предприятия, куда эта энергия поступает при напряжении 6…22 кВ, значение которого выбирают исходя из мощности предприятия, удалённости его от сетей энергосистемы на основе технико-экономических расчётов.

Система внутреннего электроснабжения охватывает элементы распределения электрической энергии на территории пищевого предприятия при напряжении, зависящем от мощности и протяжённости заводских сетей. Электроснабжение пищевых предприятий мощностью до 100кВт можно осуществлять от понизительной трансформаторной подстанции ТП общего назначения, находящейся от него на расстоянии до 200м, которая подаёт электрическую энергию к распределительным пунктам РП и одновременно обеспечивает энергией другие предприятия при том же напряжении 0,4 кВ (рис. 4.1, а).

При большей мощности или при расположении предприятия от понизительной трансформаторной подстанции свыше 200 м такая система нерациональна, так как при ней имеют место значительные затраты на кабели вторичного напряжения и заметно возрастают потери энергии в них. Это заставляет подводить электрическую энергию на территорию пищевого предприятия при напряжении 6 или 10 кВ к собственной, здесь же расположенной понизительной трансформаторной подстанции ТП, обеспечивающей подачу вторичного напряжения 0,4 кВ к распределительным пунктам приёмников РП (рис. 4.1, б).

Рис. 4.1. Схемы электроснабжения пищевых предприятий:

а – от близко расположенной трансформаторной подстанции;

б – от подстанции, находящейся на территории предприятия.

Кабель К предусматривают для питания энергоёмких приёмников, использующих непосредственно первичное напряжение 6 или 10кВ.

При электроснабжении пищевых комбинатов, состоящих из нескольких производственных корпусов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, целесообразно использовать несколько понизительных трансформаторных подстанций ТП, расположенных в отдельных корпусах, с питанием их глубокими вводами первичного напряжения 6 или 10 кВ, что сокращает расход цветного металла и уменьшает потери энергии в сетях вторичного напряжения 0,4 кВ (рис. 4.2 а, б).

Такие трансформаторные подстанции получают питание от главной распределительной подстанции ГРП (рис. 4.2, а) или от главной понизительной подстанции ГПП (рис. 4.2, б), находящихся на территории пищевого предприятия. Первая схема электроснабжения целесообразна при первичном напряжении 6 или 10кВ, а вторая – при напряжении 35, 110 или 220 кВ.

От главной распределительной подстанции ГРП энергия поступает к цеховым трансформаторным подстанциям ПТ, которые преобразуют её и передают к цеховым распределительным пунктам РП при напряжении 0,4 кВ. При наличии главной понизительной подстанции ГПП напряжение сети энергосистемы 35…220кВ снижают на 6 или 10 кВ, а затем при этом же напряжении её распределяют по цеховым трансформаторным подстанциям ТП.

Рис. 4.2. Схемы питания цеховых трансформаторных подстанций:

а – от главной распределительной подстанции;

б – от главной понизительной подстанции.

Для повышения надёжности электроснабжения в схемах предусматривают кабельные связи между трансформаторными подстанциями, что даёт возможность при аварии обеспечить питание наиболее ответственных приёмников от соответствующей подстанции на время, необходимое для выполнения ремонтных работ.

В редких случаях пищевые предприятия получают электрическую энергию от собственной электростанции или используют систему смешанного электроснабжения, т.е. от неё и существующей энергосистемы.

Классификация приёмников

Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) приёмники в отношении обеспечения надёжности электроснабжения разделяют на три категории.

К 1-й категории относят ответственные приёмники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, нанести значительный ущерб народному хозяйству, привести к повреждению дорогостоящего основного оборудования, массовому браку продукции, расстройству сложного технологического процесса, нарушению функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.

К 2-й категории относят приёмники, для которых перерыв в электроснабжении связан с массовым недоотпуском продукции, простоем рабочих, технологического оборудования и промышленного транспорта, нарушением нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

К 3-й категории относят все остальные приёмники, которые не подходят под определение приёмников 1-й и 2-й категорий.

Электроснабжение приёмников 1-й категории при любой аварии должно быть сохранено и автоматически восстановлено, для чего необходимо обеспечить питание приёмников от двух независимых источников, каждый из которых может полностью обеспечить необходимое количество энергии. В частности, при небольшой мощности приёмников 1-й категории в качестве второго источника питания можно использовать передвижную электростанцию либо предусмотреть питание их от ближайшей трансформаторной подстанции с независимым электроснабжением и автоматическим включением резерва при аварии с основным источником энергии.

К приёмникам 1-й категории на пищевых предприятиях относят основные производственные агрегаты крупных мукомольных заводов, зерновых элеваторов и хлебозаводов большой производительности, являющихся объектами важного народнохозяйственного значения, крупных мясокомбинатов и мясоперерабатывающих предприятий, молочных и молочноконсервных комбинатов, взрывоопасных цехов масложировых и спиртовых заводов, аммиачные компрессоры холодильных установок, а также насосные станции производственного и противопожарного водоснабжения, центральные компрессорные и котельные, устройства аварийного и эвакуационного освещения, собственных нужд электростанций и подстанций.

Подавляющее большинство приёмников пищевых предприятий относят ко 2-й категории, для которых в отдельных случаях допустим перерыв в электроснабжении длительностью порядка 30 мин и даже 1 ч. Для них в схемах электроснабжения предусматривают резервирующие устройства в виде кабельных линий между трансформаторными подстанциями или прокладку резервной линии, рассчитанной на 30…50% мощности предприятия, что обеспечивает при необходимости питание основных приёмников.

Приёмники некоторых пищевых предприятий небольшой производительности, а также приёмники различных вспомогательных и подсобных цехов, отделений и служб, ремонтно-механических мастерских и складов относят к 3-й категории – для них продолжительность перерыва в электроснабжении не должна превышать одних суток.

Следует иметь в виду, что в пределах одного цеха могут быть приёмники разных категорий, что требует в каждом отдельном случае разработки соответствующих схем электроснабжения.

Выбор элементов электроснабжения пищевого предприятия выполняют по расчётной мощности на отдельных участках, которая отвечает максимальной нагрузке в течение 30 мин и обуславливает наибольший нагрев каждого элемента.

При ориентировочных расчётах и разработке проектных заданий расчётная активная мощность силовых приёмников предприятия или цеха следующая:

,

где – удельный расход электрической энергии (табл. 4.1);

– производительность предприятия или цеха за год в единицах продукции;

– число часов использования расчётной активной мощности в течение года, которое отвечает числу часов работы силовых приёмников с неизменной мощностью при расходе электрической энергии, равном фактическому.

Число часов использования расчётной активной мощности в течение года зависит от типа предприятия и степени использования технологического оборудования во времени. Так, для силовых приёмников основного производства мукомольных и крупяных заводов а для складов готовой продукции – 5000 ч. Для зерновых элеваторов – 3000 ч, предприятий хлебопекарных изделий – 5200 ч, кондитерских фабрик – 3000 ч, сахарных заводов – 2880 ч, предприятий по производству растительного масла и гидрогенизации жиров – 6000 ч. Для предприятий по производству спирта – 4000 ч, виноградных вин, шампанского, пива и безалкогольных напитков – 3000…3500 ч, коньяков – 5000…6000ч, а также предприятий по производству плодоовощной продукции – 3000…3500 ч. Что касается предприятий мясомолочной и рыбной промышленности, то эта величина составляет для мясокомбинатов – 3500…4700 ч, молочных заводов – 4800…6800 ч и предприятий по производству рыбных изделий – 3500…5000 ч.

В среднем по пищевым предприятиям принимают а предприятиям холодильной промышленности – 4000 ч.

Расчётную электрическую нагрузку предприятия или цеха можно определить по установленной мощности силовых приёмников и коэффициенту спроса, что даёт удовлетворительные результаты, когда число приёмников достаточно велико, а крупные из них не создают в общей нагрузке длительных максимумов.

Установленная мощность отдельного двигателя является его номинальной мощностью которую он развивает на валу при номинальном напряжении. При этом мощность потребления электрической энергии, или присоединённая мощность, составит

где – номинальная мощность потерь в двигателе;

– номинальный КПД двигателя.

Полная расчётная мощность двигателя

где – номинальный коэффициент мощности двигателя.

Для двигателей повторно-кратковременного режима его номинальную мощность приводят к продолжительности включения

Для электрических печей, нагревательных приборов ламп накаливания и электролизных установок установленная и присоединённая мощности одинаковы.

Расчётную активную мощность группы однородных по режиму работы приёмников, отнесённую к источнику питания, можно определить методом коэффициента спроса, при условии, что крупные приёмники не создают длительных максимумов в общей нагрузке, по формуле

а расчётную реактивную мощность найти так:

где – коэффициент спроса по активной мощности для данной группы приёмников;

– число приёмников;

– коэффициент реактивной мощности, соответствующий коэффициенту мощности этой же группы приёмников.

Коэффициент спроса учитывает одновременность работы и степень нагрузки двигателей, их КПД и потери в электрической сети от источника до приёмника.

Ориентировочные коэффициенты спроса и мощности для некоторых групп однотипных приёмников имеют следующие значения:

Насосы и вентиляторы……………………………… 0

Конвейеры……………………………………………

Электрические печи с резисторами……………….

Сварочные трансформаторы……………………….

Определяя для разнородных по режиму работы групп однотипных приёмников активные расчётные мощности …, а затем – реактивные расчётные мощности …,, находят полную расчётную мощность на шинах вторичного напряжения цеховой трансформаторной подстанции

где – коэффициент разновремённости максимумов нагрузок, принимаемый равным от 0,85 до 0,95;

– число групп приёмников, однородных по режиму работы.

Выбор значения коэффициента спроса силовой нагрузки пищевых предприятий для определения их полной расчётной мощности затруднителен вследствие непрерывного технического прогресса в пищевой промышленности, связанного с внедрением механизации и автоматизации, а также техническим перевооружением предприятий. Завышение коэффициента спроса приводит к увеличению первоначальных затрат на приобретение и монтаж электрооборудования, а также на эксплуатационные расходы в связи с увеличением расхода электрической энергии на покрытие потерь в элементах электрооборудования и некоторым снижением коэффициента мощности установки. При выборе коэффициента спроса ниже фактического не удаётся обеспечить проектную производительность пищевого предприятия из-за перегрузки трансформаторов подстанции и другого электрооборудования, входящего в систему электроснабжения. Обычно при проектировании системы электроснабжения коэффициент спроса выбирают несколько выше его фактического значения, что впоследствии даёт возможность несколько расширить производства. Ниже приведены ориентировочные значения коэффициента спроса силовой нагрузки для некоторых пищевых предприятий:

Мукомольные заводы обойного помола………………………………0,75…0,80

Мукомольные заводы сортового помола………………………………0,70…0,75

Крупяные заводы…………………………………………………………0,65…0,70

Комбикормовые заводы…………………………………………………0,40…0,65

Склады готовой продукции……………………………………………..0,40…0,50

Зерновые элеваторы……………………………………………………..0,45…0,50

Хлебоприёмные пункты…………………………………………………0,35…0,50

Хлебозаводы……………………………………………………………..0,55…0,60

Макаронные фабрики……………………………………………………0,65…0,70

Кондитерские фабрики………………………………………………….0,60…0,65

Сахарные заводы…………………………………………………………0,50…0,60

Предприятия по производству растительного масла, маргариновой

продукции и майонеза……………………………………………………0,60…0,70

Предприятия по производству спирта, виноградных вин, шампанского

и коньяков…………………………………………………………………0,55…0,65

Пивоваренные заводы с цехом безалкогольных напитков……………0,55…0,60

Предприятия плодоовощного производства……………………………0,50…0,60

Мясокомбинаты………………………………………………………….0,55…0,70

Предприятия по переработке птицы……………………………………0,55…0,65

Предприятия по производству молока и молочных продуктов………0,50…0,70

Предприятия по переработке рыбы и морепродуктов…………………0,40…0,50

Холодильники……………………………………………………………0,50…0,70

При отсутствии данных об установленной мощности отдельных двигателей можно суммарную установленную мощность их определить по производительности основного технологического оборудования. Так, для мукомольных заводов на 1 т перерабатываемого зерна в сутки необходима установленная мощность двигателей электроприводов основного технологического оборудования припомолах пшеницы: многосортных – 2,75…3,2 кВт, односортного 85% – 2,0…2,2 кВт и обойного – 1,0 кВт, а при помолах ржи: односортного 63% – 2,2 кВт, двухсортного 15 65% и односортного 87% – 1,75 кВт и обойного – 1,2 кВт. На крупяных заводах с внутрицеховым механическим транспортом для переработки 1т зерна в крупу в течение суток требуется для проса – 0,7 кВт, риса, гречихи игороха – 1,8 кВт, ячменя: в перловую крупу – 5,0 кВт, в ячневую крупу – 1,7 кВт, овса – 2,3 кВт и кукурузы – в пятиномерную крупу – 3,0 кВт

Для зерновых элеваторов на 1 т суммарной производительности всех ковшовых элеваторов в час необходимо: на мельничных элеваторах – 0,6…0,9 кВт и на хлебоприёмных элеваторах – 1,0…1,5 кВт. Для освещения и прочих вспомогательных приёмников мельничных комбинатов необходима дополнительная мощность, равная 10…15% установленной мощности основного технологического оборудования.

Более точно электрические нагрузки определяют на стадии технического и рабочего проекта методом упорядоченных диаграмм, при котором расчётную активную мощность группы разнородных по режиму работы приёмников предприятия или цеха находят так:

где – коэффициент максимума активной мощности;

– число приёмников;

– коэффициент использования активной мощности, равный отношению средней активной мощности приёмника за наиболее нагруженную смену к его установленной мощности .

Для определения коэффициента максимума активной мощности находят групповой коэффициент использования активной мощности

и приведенное , или эффективное число приёмников

которое представляет собой число однородных по режиму работы приёмников одинаковой установленной мощности, обуславливающих ту же расчётную нагрузку, что и группа действительных приёмников, различных по номинальной мощности и режиму работы.

Пользуясь вычисленными значениями и а также кривыми (рис. 4.3), находят коэффициент максимума активной мощности , который даёт возможность найти расчётную активную мощность .

В том случае, когда приведенное число приёмников , расчётную реактивную мощность находят по формуле

а если оно то эту величину определяют так:

где коэффициент реактивной мощности определяют по коэффициенту мощности , отвечающему приёмникам данного режима работы.

Полную расчётную мощность со стороны первичного напряжения трансформаторной подстанции можно найти по формуле

где – коэффициент, зависящий от коэффициента мощности приёмников, который при = 0,6…1 имеет значения соответственно 1,09…1,02;

– полная расчётная мощность со стороны вторичного напряжения трансформаторной подстанции.

Рис. 4.3. Графики зависимости коэффициента максимума активной мощности от эффективного числа приёмников при различных коэффициентах использования активной мощности.

Электрическая нагрузка на шинах вторичного напряжения главной распределительной трансформаторной подстанции ГРП или главной понизительной трансформаторной подстанции ГПП предприятия определяется суммой нагрузок на шинах вторичного напряжения цеховых трансформаторных подстанций ТП, потерь в них и в заводских сетях с учётом несовпадения максимумов нагрузок по этим подстанциям во времени. Эта нагрузка является основанием для выбора электрооборудования трансформаторных подстанций, а также марок и сечений соответствующих проводов и жил кабелей. Нагрузка, создаваемая всеми приёмниками пищевого предприятия со стороны первичного напряжения главной понизительной трансформаторной подстанции ГПП, получится, если к её нагрузке со стороны вторичного напряжения прибавить потери в установленных на ней трансформаторах.

Основными руководящими документами для правильной организации эксплуатации электрохозяйства являются «Правила устройства электроустановок», «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей», «Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правила пользования электрической энергией», которые являются обязательными как для энергоснабжающих организаций, так и для потребителей электрической энергии независимо от их ведомственной принадлежности.

Пользование электрической энергией допускается только на основании типового договора, заключаемого между энергоснабжающей организацией и предприятием, установки которого присоединены к сетям энергоснабжающей организации с чётким разграничением балансовой принадлежности электрических сетей и эксплуатационной ответственности сторон. Предприятие имеет право присоединять к своим сетям установки напряжением до 1000 В в пределах мощности, указанной в договоре, без дополнительного разрешения энергоснабжающей организации, а выше 1000 В только с её разрешения. Энергоснабжающая организация имеет право при необходимости вводить лимиты по мощности для предприятий, которым планируется в установленном порядке отпуск электрической энергии. При наличии у предприятия собственной электростанции ему устанавливают суммарный план потребления электрической энергии с определением того, сколько электрической энергии должна отпустить энергоснабжающая организация, и какая часть её должна быть выработана собственной электростанцией. Предприятие обязано по требованию энергоснабжающей организации при наличии определённой ею технической возможности присоединять к своим сетям установки других потребителей электрической энергии.

Все вновь присоединяемые и реконструируемые установки должны быть обеспечены проектной и технической приёмно-сдаточной документацией и после испытания, проведенного совместно с монтажной организацией, при наличии соответствующего электротехнического персонала и лица, назначенного ответственным за электрохозяйство, предъявлены для осмотра и допуска её в эксплуатацию представителю органов энергетического надзора – инспектору энергоснабжающей организации, предписания которого строго обязательны для своевременной ликвидации предприятием замеченных недочётов.

После проверки и установки расчётных приборов учёта активной и реактивной энергии на границе раздела сетей энергоснабжающей организации и предприятия, а также заключения договора на пользование электрической энергией, энергоснабжающая организация подаёт напряжение для эксплуатации установок предприятия, но не несёт ответственность за их нормальное функционирование, поскольку обязанности по эксплуатации возлагаются на электротехнический персонал предприятия.

Предприятие несёт полную ответственность за техническое состояние, технику безопасности и эксплуатацию всех установок, присоединённых к её сетям, за рациональное использование и экономию электрической энергии, за соблюдение её качества и поддержание соответствующей оперативной дисциплины, а также за своевременное выполнение предписаний представителей органов энергетического надзора.

Для обеспечения надёжной, экономичной и безопасной эксплуатации установок предприятия необходимо производить систематическую проверку состояния и ремонт всего электрооборудования в установленные нормами сроки, совершенствовать систему электроснабжения с соблюдением утверждённого режима потребления электрической энергии и обеспечением необходимого её учёта, проводить мероприятия по регулированию суточного графика нагрузки для обеспечения экономичных режимов работы производственных агрегатов и компенсирующих установок. Кроме того, предприятие обязано обеспечить обслуживание всех установок персоналом требуемой квалификации, организовать его обучение со снабжением необходимыми справочными материалами, инструкциями, защитными средствами и инструментом, а также разрабатывать и осуществлять мероприятия противоаварийные, противопожарные и по технике безопасности. Предприятие должно гарантировать беспрепятственный допуск в любое время суток представителей энергетического надзора для контроля за режимом потребления электрической энергии, её рациональным использованием и проверки технического состояния электрохозяйства, а при аварийных разгрузках в энергосистеме безоговорочно выполнять все её требования о снижении или отключении нагрузки либо ограничения потребления электрической энергии. Обо всех неисправностях расчётных приборов учёта электрической энергии, авариях и повреждениях основного электрооборудования, поражениях электрическим током людей и животных, а также дефектах электрооборудования энергоснабжающей организации, размещённого на территории предприятия, надлежит немедленно сообщать энергоснабжающей организации.

Предприятия обязаны представлять энергоснабжающей организации отчётность о расходе электрической энергии, выполнении норм расхода её и других энергетических показателях, предусмотренных действующими положениями о порядке представления отчётности, а также вести записи суточного расхода электрической энергии и фактической нагрузки в часы максимума энергосистемы в пронумерованном и прошнурованном журнале. Два раза в год необходимо представлять энергоснабжающей организации суточные графики активной и реактивной нагрузок за характерный рабочий зимний и летний дни.

Общее техническое руководство электрохозяйством предприятия осуществляет главный электрик, который совместно с подчинённым ему электротехническим персоналом обеспечивает эксплуатацию электрических станций и подстанций, компенсирующих устройств, магистральных и распределительных сетей, распределительных устройств, электроприводов производственных агрегатов, электротехнологических установок и других приёмников электрической энергии, осуществляет надзор за всеми электротехническими установками, организует ремонт электрооборудования с изготовлением необходимых запасных частей.

Все лица до назначения на самостоятельную работу по обслуживанию электротехнических установок должны под руководством опытного работника данного предприятия пройти производственное обучение на рабочем месте для приобретения практических знаний, ознакомления с оборудованием, изучения правил по технической эксплуатации и технике безопасности, соответствующих производственных инструкций и дополнений, обеспечивающих качественную и безопасную работу по занимаемой должности. По окончании обучения и проверке знаний в квалификационной комиссии каждый работник оперативного и оперативно-ремонтного персонала должен под руководством опытного работника пройти стажировку в роли дублёра сроком не менее 2-х недель, после чего он может быть допущен к самостоятельной работе. Для ремонтного персонала работа в качестве дублёра не требуется.

Периодической индивидуальной проверке знаний в квалификационной комиссии подвергаются:

– персонал электролабораторий;

– лица по непосредственному обслуживанию действующего электрооборудования или проведению наладочных, электромонтажных, ремонтных работ или профилактических испытаний;

– а также персонал, оформляющий распоряжения и организующий эти работы, – один раз в год;

– а инженерно-технические работники, не связанные с оперативной работой в действующих электротехнических установках, – один раз в три года.

В квалификационные комиссии входят не менее 3-х человек, определяемых категорией квалифицируемого работника. Так, для лица, ответственного за электрохозяйство предприятия, и его заместителя, инженера по технике безопасности в состав комиссии входят:

– главный инженер или руководитель предприятия – председатель, представитель энергетического надзора энергоснабжающей организации и представитель технической инспекции профсоюза;

– для начальников электроцехов, начальников лабораторий и старших мастеров-электриков производственных цехов – лицо, ответственное за электрохозяйство, или его заместитель – председатель, представитель отдела техники безопасности, представитель отдела главного энергетика;

– для остального инженерно-технического персонала – лицо, прошедшее проверку в комиссии и имеющее V квалификационную группу, а для установок напряжением до 1000 В – IV квалификационную группу – председатель, представители отделов главного энергетика, отдела техники безопасности и месткома.

Каждому работнику, успешно прошедшему проверку, выдают установленной формы удостоверение на право обслуживания тех или иных электротехнических установок с проведением определённых работ на них и присваивают ему соответствующую квалификационную группу по технике безопасности от II до V включительно. Если работник в процессе работы допустил нарушение правил и инструкций, он должен пройти внеочередную проверку знаний. При неудовлетворительной оценке знаний повторная проверка разрешается не ранее чем через 2 недели. Персонал, показавший неудовлетворительные знания при третьей проверке, не допускается к работе с электрифицированными установками и должен быть переведен на другую работу, не связанную с обслуживанием электрооборудования.

Все лица, обслуживающие электрохозяйство, должны хорошо знать схему электроснабжения, конфигурацию сетей внутреннего электроснабжения и в соответствии с занимаемой должностью и выполняемой ролью в электрохозяйстве уметь быстро и безопасно ликвидировать возникающие аварии на электротехнических установках, иметь навыки тушения пожаров и оказания первой помощи пострадавшим от действия электрического тока.

ЛИТЕРАТУРА

1. Иванов А.А. Электрооборудование пищевых предприятий. – К.: Вища школа, 1985. – 287 с.

2. Иванов А.А. Справочник по электротехнике. – К.: Вища школа, 1984. – 304 с.

3. ОстапенковА.М., Птушкин А.Т. Электрооборудование пищевых предприятий. – М.: Агропромиздат, 1989. – 215 с.

4. Ястребов П.П., Смирнов И.П. Электрооборудование и электротехнология. – М.: Высшая школа, 1987. – 199 с.

Составил к.т.н. доцент кафедры электромеханики ОНАПТ

Галиулин А.А.