Меню

Электрический ток в центрифуге

Электрический ток в жидкостях — теория, электролиз

То, что жидкости могут отлично проводить электрическую энергию, знают абсолютно все. И также общеизвестным фактом является то, что все проводники по своему типу делятся на несколько подгрупп. Предлагаем рассмотреть в нашей статье, как электрический ток в жидкостях, металлах и прочих полупроводниках проводится, а также законы электролиза и его виды.

Теория электролиза

Чтобы было легче понять, о чем идет речь, предлагаем начать с теории, электричество, если мы рассматриваем электрический заряд, как своего рода жидкость, стало известным уже более 200 лет. Заряды состоят из отдельных электронов, но те, настолько малы, что любой большой заряд ведет себя как непрерывного течения, жидкость.

Как и тела твердого типа, жидкие проводники могут быть трех типов:

  • полупроводниками (селен, сульфиды и прочие);
  • диэлектиками (щелочные растворы, соли и кислоты);
  • проводниками (скажем, в плазме).

Процесс, при котором происходит растворение электролитов и распадение ионов под воздействием электрического молярного поля, называется диссоциация. В свою очередь, доля молекул, которые распались на ионы, либо распавшихся ионов в растворенном веществе, полностью зависит от физических свойств и температуры в различных проводниках и расплавах. Обязательно нужно помнить, что ионы могут рекомбинироваться или вновь объединиться. Если условия не будут меняться, то количество распавшихся ионов и объединившихся будет равно пропорциональным.

В электролитах проводят энергию ионы, т.к. они могут являться и положительно заряженными частицами, и отрицательно. Во время подключения жидкости (или точнее, сосуда с жидкостью к сети питания), начнется движение частиц к противоположным зарядам (положительные ионы начнут притягиваться к катодам, а отрицательные – к анодам). В этом случае, энергию транспортируют непосредственно, ионы, поэтому проводимость такого типа называется – ионной.

Во время этого типа проводимости, ток переносят ионы, и на электродах выделяются вещества, которые являются составляющими электролитов. Если рассуждать с точки зрения химии, то происходит окисление и восстановление. Таким образом, электрический ток в газах и жидкостях транспортируется при помощи электролиза.

Законы физики и ток в жидкостях

Электричество в наших домах и технике, как правило, не передается в металлических проволоках,. В металле электроны могут переходить от атома к атому, и, таким образом нести отрицательный заряд.

Как жидкости, они приводятся в виде электрического напряжения, известного как напряжение, изменяемом в единицах – вольт, в честь итальянского ученого Алессандро Вольта.

Видео: Электрический ток в жидкостях: полная теория

Также, электрический ток течет от высокого напряжения в низкое напряжение и измеряется в единицах, известных как ампер, названных по имени Андре-Мари Ампера. И согласно теории и формулы, если увеличить напряжение тока, то его сила также увеличится пропорционально. Это соотношение известно как закон Ома. Как пример, виртуальная ампермерная характеристика ниже.

Рисунок: зависимость тока от напряжения

Закон Ома (с дополнительными подробностями относительно длины и толщины проволоки), как правило, является одним из первых вещей, преподаваемых в классах, изучающих физику, многие студенты и преподаватели поэтому рассматривают электрический ток в газах и жидкостях как основной закон в физике.

Для того чтобы увидеть своими глазами движение зарядов, нужно приготовить колбу с соленой водой, плоские прямоугольные электроды и источники питания, также понадобится ампермерная установка, при помощи которой будет проводиться энергия от сети питания к электродам.

ток и сольРисунок: Ток и соль

Пластины, которые выступают проводниками необходимо опустить в жидкость, и включить напряжение. После этого начнется хаотичное перемещение частиц, но как после возникновения магнитного поля между проводниками, этот процесс упорядочится.

Как только ионы начнут меняться зарядами и объединяться, аноды станут катодами, а катоды – анодами. Но здесь нужно учитывать и электрическое сопротивление. Конечно, не последнюю роль играет теоретическая кривая, но основное влияние – это температура и уровень диссоциации (зависит от того, какие носители будут выбраны), а также выбран переменный ток или постоянный. Завершая это опытное исследование, Вы можете обратить внимание, что на твердых телах (металлических пластинах), образовался тончайший слой соли.

Электролиз и вакуум

Электрический ток в вакууме и жидкостях – это достаточно сложный вопрос. Дело в том, что в таких средах полностью отсутствуют заряды в телах, а значит, это диэлектрик. Иными словами, наша цель – это создание условий, для того, чтобы атом электрона мог начать свое движение.

Для того нужно использовать модульное устройство, проводники и металлические пластины, а далее действовать, как и в методе выше.

Проводники и вакуум Характеристика тока в вакууме

Применение электролиза

Этот процесс применяется практически во всех сферах жизни. Даже самые элементарные работы подчас требуют вмешательства электрического тока в жидкостях, скажем,

При помощи этого простого процесса происходит покрытие твердых тел тончайшим слоем какого-либо металла, например, никелирование иди хромирование Т.е. это один из возможных способов борьбы с коррозийными процессами. Подобные технологии используются в изготовлении трансформаторов, счетчиков и прочих электрических приборов.

Надеемся, наше обоснование ответило на все вопросы, которые возникают, изучая явление электрический ток в жидкостях. Если нужны более качественные ответы, то советуем посетить форум электриков, там Вас с радостью проконсультируют бесплатно.

Источник

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на промышленные центрифуги непрерывного и периодического действия всех типов, предназначенные для разделения жидких неоднородных систем (суспензий, эмульсий), отжима жидкой фазы из различных материалов в поле центробежных сил в химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной, пищевой, медицинской и других отраслях промышленности, а также для очистки коммунальных и промышленных стоков в очистных сооружениях.

Стандарт не распространяется на центрифуги для обработки материалов типа взрывчатых веществ, бытового назначения, экспериментальные и лабораторные.

Стандарт устанавливает общие требования безопасности промышленных центрифуг и методы испытаний.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 12.1.003-83 Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.1.010-76 Система стандартов безопасности труда. Взрывобезопасность. Общие требования

ГОСТ 12.1.012-90 Система стандартов безопасности труда. Вибрационная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.1.019-79 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты

ГОСТ 12.1.030-81 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление

ГОСТ 12.2.003-91 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.2.007.0-75 Система стандартов безопасности труда. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.2.062-81 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Ограждения защитные

ГОСТ 12.4.012-83 Система стандартов безопасности труда. Вибрация. Средства измерения и контроля вибрации на рабочих местах. Технические требования

ГОСТ 16504-81 Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения

ГОСТ 21130-75 Изделия электротехнические. Зажимы заземляющие и знаки заземления. Конструкции и размеры

ГОСТ 28705-90 Центрифуги промышленные. Технические требования

ГОСТ Р 12.4.026-2001 Система стандартов безопасности труда. Цвета сигнальные и знаки безопасности и разметка сигнальная. Назначение и правила применения. Общие технические требования и характеристики. Методы испытаний

ГОСТ Р 51330.11-99 (МЭК 60079-12-78) Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 12. Классификация смесей газов и паров с воздухом по безопасным экспериментальным максимальным зазорам и минимальным воспламеняющим токам

ГОСТ Р 51402-99 (ИСО 3746-95) Шум машин. Определение уровней звуковой мощности источников шума по звуковому давлению. Ориентировочный метод с использованием измерительной поверхности над звукоотражающей плоскостью

3 Требования безопасности

3.1 Центрифуги должны отвечать требованиям безопасности по ГОСТ 12.2.003 в течение всего срока службы (ресурса) как в случае автономного использования, так и в составе технических комплексов.

3.2 Срок службы (ресурс) должен быть указан в нормативной и эксплуатационной документации.

3.3 Основными источниками опасности для обслуживающего персонала при работе центрифуги являются:

— динамические нагрузки в узлах и деталях;

— электрический ток и заряды статического электричества;

— свойства центрифугируемых продуктов (пожаро- и взрывоопасность, токсичность);

— температура поверхностей отдельных узлов и элементов.

3.4 Материалы, применяемые для изготовления центрифуг, должны обеспечивать их расчетную прочность в течение срока службы (ресурса) с учетом рабочих условий: температуры, состава и характера среды (коррозионной активности, эрозионного воздействия и т. д.). Для центрифуг, эксплуатирующихся в условиях взрыво- и пожароопасных производств, в сборочных единицах, в которых возможно соударение и трение деталей, должны использоваться материалы, не вызывающие при взаимодействии образования искр.

Читайте также:  Что делать чтобы не било током после машины

3.5 Требования к конструкции центрифуг и их изготовлению (сварке, механической обработке, сборке, балансировке) и монтажу, при выполнении которых обеспечивается безопасная эксплуатация, должны соответствовать ГОСТ 28705.

3.6 Все вращающиеся или движущиеся части центрифуг, если они являются источниками опасности, должны иметь защитные ограждения в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.062. Защитные ограждения должны быть окрашены по ГОСТ Р 12.4.026.

3.7 Среднеквадратические значения виброскорости на подшипниковых опорах, при которых эксплуатация центрифуг должна быть прекращена, с учетом поправочных коэффициентов, зависящих от конструктивных особенностей центрифуг, не должны превышать для центрифуг всех типов (кроме трубчатых) 45 мм/с, а для трубчатых центрифуг — 11,2 мм/с. Допустимые амплитуды виброперемещений фундаментов и перекрытий в рабочих зонах производственных помещений при эксплуатации центрифуг должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.1.012.

3.8 Шумовые характеристики центрифуг должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.1.003. При необходимости должны осуществляться мероприятия в соответствии с ГОСТ 12.1.003 по снижению уровня шума до значений, не превышающих допустимых для рабочих зон в производственных помещениях и на территории предприятий.

3.9 Электрооборудование центрифуг и пультов управления (при их наличии в конструкции) должно соответствовать требованиям ГОСТ 12.1.019, ГОСТ 12.2.007.0 и [1], а при использовании центрифуг в условии взрыво- и пожароопасных производств, кроме того, соответствовать классу помещений согласно [1].

Центрифуги и пульты управления должны быть заземлены в соответствии с требованиями [1], ГОСТ 12.1.030, ГОСТ 21130. Значение электрического сопротивления заземляющего устройства должно соответствовать требованиям раздела 4 ГОСТ 12.1.030.

3.10 Центрифуги, обрабатывающие взрыво- и пожароопасные вещества по ГОСТ Р 51330.11, должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.1.010 и [2], иметь герметизированное исполнение и эксплуатироваться с подачей инертного газа в рабочие полости при избыточном давлении не менее 1.5-10 -3 МПа.

3.11 Пуск герметизированных центрифуг должен осуществляться только после проверки их герметичности и продувки рабочих полостей и приемных емкостей инертным газом в количестве не менее трехкратного объема.

3.12 Температура на рукоятках и органах управления центрифуг не должна превышать 45 °С. На поверхности центрифуг температурой свыше 45 ° С должны быть нанесены сигнальные цвета и знаки безопасности по ГОСТ Р 12.4.026.

3.13 Системы автоматического управления и противоаварийной защиты центрифуг должны обеспечивать безопасную эксплуатацию, при этом в зависимости от типа и конструкции центрифуг должны выполняться следующие требования.

3.13.1 Невозможность включения главного привода центрифуги:

— при открытой крышке кожуха (для центрифуг периодического действия);

— при заторможенном роторе (для центрифуг с тормозом);

— при отсутствии подачи смазки (для центрифуг с централизованной системой смазки);

— при введенном в ротор выгрузочном устройстве механизма выгрузки (для центрифуг периодического действия);

— при отсутствии в кожухе минимального давления инертного газа (для центрифуг герметизированного исполнения).

3.13.2 Отключение главного привода:

— при падении давления в маслосистеме ниже допустимого;

— при перегрузке планетарного редуктора (для шнековых центрифуг);

— при внезапном срабатывании механизма движения выгрузочного устройства и введении выгрузочного устройства в ротор до того, как ротор достигнет пониженной частоты вращения для выгрузки (для подвесных и маятниковых центрифуг);

— при превышении допустимого значения вибрации ротора или других узлов в характерных точках.

3.14 На шкалах контрольно-измерительных приборов должны быть нанесены метки, указывающие предельно допустимые параметры.

3.15 На станине или корпусе центрифуги должна быть нанесена стрелка, указывающая направление вращения ротора, окрашенная в красный цвет по ГОСТ Р 12.4.026.

3.16 При ремонте центрифуг их электрическое силовое оборудование должно быть отключено, а на пусковом устройстве и в местах включения электрического питания должны быть вывешены предупреждающие знаки в соответствии с требованиями ГОСТ Р 12.4.026.

3.17 Дополнительные меры и требования по обеспечению безопасности при эксплуатации центрифуг в условиях конкретного производства могут быть назначены потребителем или органами надзора и вносятся в руководство по эксплуатации.

4 Методы испытаний

4.1 Испытания проводят для определения следующих показателей центрифуг:

— назначения — по таблице 1;

— надежности (наработка на отказ, ресурс до капитального ремонта);

— безопасности (в соответствии с требованиями раздела 3).

Тип центрифуги

Показатели назначения

дополнительные

Центрифуги:
осадительные и фильтрующие со шнековой выгрузкой осадка

Внутренний диаметр ротора (для конических и цилиндрических — наибольший; для многокаскадных — диаметр каждого каскада), мм

Длина ротора, мм

осадительные и фильтрующие с ручной, ножевой, гравитацион ной и контейнерной выгрузкой осадка (горизонтальные, подвесные, маятниковые, вертикальные, на жесткой опоре, труб чатые)

Средняя потребляемая мощность (для центрифуг периодического действия — средняя за цикл), кВт
Частота вращения ротора максимальная, рад/с (об/мин)

Объем ротора, дм 3 .

Масса загружаемого продукта, кг

фильтрующие с поршневой выгрузкой осадка

Длина ротора (для многокаскадных — длина каждого каскада), мм.

Толщина слоя осадка, мм

фильтрующие с вибрационной выгрузкой осадка

Амплитуда осевых колебаний ротора, об/мин (Гц)

4.2 Необходимость и последовательность проведения испытаний по определению отдельных показателей и характеристик устанавливают в технических условиях и программах и методиках испытаний, разработанных на конкретные типы центрифуг и утвержденных в установленном порядке.

Виды испытаний по — ГОСТ 16504.

4.3 Определение показателей надежности должно осуществляться на основании анализа эксплуатационных данных и результатов обследования работы центрифуг в производственных условиях.

4.4 Испытания на холостом ходу включают:

— внешний осмотр испытуемого оборудования, проверку монтажа ограждений механизмов и других устройств, обеспечивающих безопасность испытаний;

— опробование всех приводов и механизмов;

— проверку заземления, правильность присоединения электросиловых кабелей и коммутационных проводов;

— проверку работоспособности контрольно-измерительной и аварийно-блокировочной систем автоматического управления;

— определение шумовых и вибрационных характеристик;

— проверку герметичности соединений центрифуг, газоходов, трубопроводов.

4.5 Средства измерений и оборудование

4.5.1 Испытательные стенды должны обеспечивать проведение испытаний в объеме, предусмотренном настоящим стандартом и программой-методикой.

4.5.2 Измерительные средства, с помощью которых определяют результаты испытаний, должны применяться в условиях, установленных в эксплуатационной документации на эти средства, и иметь действующие клейма или документы о поверке.

4.5.3 Средства измерений, используемые при испытаниях, должны иметь класс точности измерений не менее (или погрешность не более) указанных в таблице 2.

Измеряемый параметр

Класс точности или погрешность средств измерения

Источник



VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2014

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИКИ ПРОЦЕССА ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ

Разделение суспензий и эмульсий в поле действия центробежных сил осуществляется во вращающихся аппаратах – центрифугах.

По фактору разделения Kp все центробежные машины делятся на два класса:

нормальные центрифуги Кр 3000.

По принципу действия выделяют центрифуги периодического и непрерывного действия.

Отстойная центрифуга. Основной элемент отстойной центрифуги – сплошной барабан, на вращающемся валу 2 (рис. 1.1). Суспензия по трубе 3, вводится в нижнюю часть барабана и под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам.

Непосредственно на стенке барабана твердые частицы образуют слой осадка, жидкость образует внутренний слой, и вытесняется из барабана поступающей на разделение суспензией. Осветленная жидкость переливается через край барабана в корпус 4, а затем удаляется из аппарата. По окончании процесса (слой осадка достиг определенной величины) центрифугу останавливают и в ручную выгружают слой осадка.

Разработаны непрерывно действующие центрифуги с механизированной выгрузкой осадка.

Сущность процесса отстаивания в центрифугах состоит в следующем. Пусть твердая частица находится в точке А (рис.1.1). Если предположить что частица мелкая и полностью увлекается потоком, то она со скоростью потока ωn движется в осевом направлении и в то же время под действием центробежной силы движется со скоростью ωо к стенке барабана. Следовательно, частица с результирующей скоростью ωр движется по криволинейной траектории, причем траектория АВ является предельной, при движении по которой твердая частица выделяется из потока. В этом случае должно выполняться условие . Время пребывания τпр можно оценить:

Читайте также:  Постоянный ток определение график

где H – высота барабана; V- объемный расход жидкости;

r1, r2 – соответственно радиусы вращения внутренней и наружной поверхностей слоя жидкости.

Время процесса осаждения τо в поле действия центробежных сил можно определить по формуле:

где d- диаметр частицы;

μ- коэффициент динамической вязкости среды;

ρr— плотность частицы;

ρc— плотность среды;

ω- угловая скорость вращения частицы.

Для отстойной центрифуги можно записать:

Решение (1.3) относительно V имеет вид:

Если осаждение происходит в тонком слое, то . Следовательно, формула (1.4) в пределе даст

Рис. 1.1. Расчетная схема процесса центрифугирования

Таким образом, производительность отстойной центрифуги равна произведению скорости осаждения частицы в поле действия центробежных сил на поверхность осаждения. Формула (1.5) дает оценку влияния основных параметров на процесс осаждения.

Определение мощности на валу центрифуги

Расход энергии для периодически действующей центрифуги должен быть рассчитан отдельно для пускового и рабочего периодов.

Максимальная мощность требуется в пусковой период, когда преодолевается инерция массы вращающихся частей центрифуги и загруженного материала. В рабочий период расход энергии снижается.

Полный расход энергии в центрифуге периодического действия складывается из следующих затрат:

а) На сообщение барабану необходимой скорости – Nб.

б)На сообщение кинетической энергии суспензии, поступающей на разделение, Nс.

в) На преодоление трения в подшипниках центрифуги – Nт.

г) На преодоление трения барабана о воздух – Nв.

Работа, затрачиваемая на сообщение барабану необходимой скорости, определяется по формуле:

где mб— масса вращающихся частей центрифуги, кг;

r2— внутренний радиус барабана, м;

ω- угловая скорость,

n- число оборотов барабана, об/мин.

Мощность, необходимая для вращения барабана

где τ- время разгона центрифуги, сек.

Работа, затрачиваемая на сообщение кинетической энергии суспензии, поступающей на разделение, определяется формулой

где mc— масса загруженной суспензии, кг;

Мощность, необходимая на сообщение кинетической энергии суспензии

где τ- время разгона центрифуги, сек;

— коэффициент, учитывающий дополнительный расход энергии на перемешивание суспензии в барабане. Для сахарных утфелей = 0,8.

Мощность, необходимая на преодоление трения в подшипниках,

где m- масса вращающихся частей центрифуги и суспензии, кг.

ωВ – окружная скорость на поверхности шейки вала центрифуги, м/сек,

где dВ— диаметр шейки вала, м;

n- число оборотов вала, об/мин;

μ- коэффициент трения, который может быть принят равным 0,3.

Мощность, расходуемая на преодоление трения барабана о воздух,

где Н – высота барабана, м;

D – диаметр барабана, м;

n- число оборотов барабана, об/мин.

Максимальная расчётная мощность на валу центрифуги

В рабочий период расход энергии значительно меньше

Определение производительности центрифуги

Производительность центрифуги по суспензии (л/час)

где ℓ- длина пути осаждения, м;

ηэ— коэффициент эффективности разделения;

ω— скорость свободного гравитационного осаждения твёрдых частиц, м/с;

Фактор разделения в поле действия центробежных сил определяется выражением

где ω – угловая частота вращения ротора, с -1 .

Производительность центрифуги по твёрдой фазе (кг/час)

где ρс — плотность суспензии;

с — концентрация твёрдых (дисперсных) частиц в суспензии,

Технические характеристики центрифуги

Центрифуга является центрифугой периодического действия с частотой вращения до 3000мин -1 (50 с -1 ), предназначенной для разделения неоднородных жидких систем плотностью до 2 г/см 3 в поле центробежных сил.

Центрифуга обеспечивает работу с максимальным объемом центрифугата – 150см 3 . Номинальный объем центрифугата — 100см 3 .

Центрифуга должна эксплуатироваться в закрытых помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями при температуре окружающего воздуха от +10 до +35°С и верхнем значении относительной влажности воздуха 80% при +25°С.

Климатическое исполнение центрифуги – УХЛ 4.2

Центрифуга имеет три фиксированные частоты вращения ротора (пробиркодержателя) (1000300)мин -1 , (1500300)мин -1 и (3000-300)мин -1 с сигнализацией устанавливаемой частоты.

Центрифуга обеспечивает блокировку включения двигателя при открытой крышке и блокировку открывания крышки при работающем двигателе.

Центрифуга обеспечивает автоматическое отключение двигателя через заданный интервал времени. Диапазон времени центрифугирования – от 1 до 99 минут с дискретностью 1 минута и допускаемым отклонением времени центрифугирования от заданного значения 2%.Цифровой индикатор отображает текущий интервал времени, оставшийся до отключения двигателя.

Фактор разделения, в зависимости от частоты вращения ротора, для ступеней:

Центрифуга оснащена 10-местным ротором (пробиркодержателем).

Питание центрифуги осуществляется от сети переменного тока:

Потребляемая мощность не более 200ВА.

Время раскрутки ротора до рабочей частоты не более 3мин.

Время непрерывной работы не менее 180мин, с последующим перерывом не менее 60мин.

Масса центрифуги с комплектом запасных частей и принадлежностей – не более 10кг.

Габаритные размеры центрифуги – не более 460х405х270мм

Средняя наработка центрифуги на отказ – не менее 1500ч.

Средний срок службы центрифуги до списания – не менее 5 лет.

Центрифуга по требованиям к электрической безопасности изготовлена по классу защиты 1 тип Н по ГОСТ 12.2.025-76.

Корректированый уровень звуковой мощности центрифуги при измерительном расстоянии 1м не превышает 71дБА.

Описание схемы установки. Устройство центрифуги

Сборочный чертёж центрифуги представлен на рис. 1.2.Основание представляет собой металлический диск, на котором закреплён пластмассовый корпус центрифуги. На основание через резиновые амортизаторы опирается электродвигатель привода центрифуги. На валу привода установлен десятиместный ротор (пробиркодержатель).

Пространство, в котором вращается ротор, образовано крышкой центрифуги с прозрачным окном сверху и камерой. Центрифуга снабжена электромагнитным устройством, блокирующем крышку открывания при вращении ротора.

Указания мер безопасности

1.Загружать ротор центрифугата свыше 150мл.

2.Работат с разностью масс более 2г в диаметрально противоположных гильзах или общей разностью масс в роторе более 10г.

3.При работе со стеклянными пробирками, загружать их центрифугатом плотностью более 1,5г/см 3 .

4.Применять нестандартные пробирки.

Рис. 1.2. Сборочный чертеж центрифуги

1 — корпус, 2 — шасси, 3 опора, 4 — плата управления, 5 — плачи питания, 6 — панель, 7 — опора, 8 — кронштейн, 9 – пробиркодержатель, 10 — механизм блокировки, 11 — кабель питания, 12 — электродвигатель, 15 — шайба, 16 — втулка, 17 — втулка, 18 — ось, 19 — колпак. 20 — камера, 21 — головка, 22 — головка, 23 – то- житель, 24 – лепесток, 25 — лепесток, 26 — скоба, 27 — скоба, 28 — фальшпанель, 29 — шильдик, 30 — крышка, 31 — колпак, 32 — гильза, 33 — диафрагма, 34 манжета, 52 — вставка плавкая, 53 — держатель вставки плавкой.

Принцип работы электрической схемы

Электрическая принципиальная схема центрифуги (рис.1.3) представляет собой систему автоматического управления электродвигателем привода центрифуги без обратной связи по частоте вращения.

Электрическая принципиальная схема центрифуги состоит из следующих функциональных узлов:

А) генератор тактовых импульсов (ГТИ) на микросхеме DD1;

Б) узел счетчиков (УС) времени работы на микросхемах DD2, DD3;

В) дешифратор кода (ДК) на микросхемах DD4, DD5;

Г) цифровой индикатор (ЦИ) HG1;

Д) коммутатор режимов работы (КРР) на микросхеме DD6;

Е) узел блокировки крышки (УБК) центрифуги на элементах DD8 и транзисторе VT1;

Ж) формирователь импульсов (ФИ) управления симистором на микросхеме DА1;

3) стабилизатор напряжения (СН) на микросхеме DА2;

И) платы питания А2;

К) механизм блокировки АЗ.

Электрическая принципиальная схема центрифуги работает следующим образом:

После нажатия кнопки SВ8 (сеть) поступает напряжение на понижающий трансформатор Т1, с вторичной обмотки которого напряжение через диодный мост VD9, разделительный диод VD8, поступает на СН. Выпрямленное и сглаженное от пульсаций напряжение подается на схему управления центрифуги.

При включении центрифуги на выводе 4 DD6 появляется логическая 1, которая записывается по входу DЗ триггера и происходят начальные установки режимов центрифуги. С выхода QЗ DD6 логическая 1 обнуляет счетчики DD2 и DDЗ, а с выхода Q3 DD6через диод VD2 сбрасывается RS триггер УБК, на выводе 3 DD8 устанавливается логическая единица, а на выводе 11 DD8 — логический ноль. Через промежуток времени, определяемый элементами R14, С7 на выводе 3 DD8 устанавливается уровень логического нуля, который записывается по входу D3DD6 и в дальнейшем в работе центрифуги не участвуют. На цифровом индикаторе высвечивается значение «00» и непрерывно горит индикатор «СТОП» — VD4. По входам D0. D2 микросхемы DD6 записаны значения логической единицы, так как кнопки SBЗ. SB5 отпущены. Транзистор VТ1 закрыт и электромагнит КN1 на блоке АЗ отпущен, что позволяет открыть крышку центрифуги.

Читайте также:  Бьет токам телевизионный кабель

С помощью кнопок SB1 и SB2 устанавливается необходимое время работы центрифуги. При нажатии кнопки SB1 импульсы частотой 2 Гц с вывода DD1 поступают на тактовый вход микросхемы DD2, и происходит перебор значений единиц минут. Выбрав нужное значение, отпускают кнопку SB1. Аналогичным способом выставляются значения десятков минут с помощью кнопки SВ2.

Рассмотрим принцип работы центрифуги на скорости 1000 об/мин. Пуск центрифуги возможен только при закрытой крышке, когда нажат микропереключатель SВ7 (замкнуты контакты 1-3 SВ7). При этом контакт 3 платы Ф1 соединен с общим приводом. При нажатии кнопки SВЗ напряжение логического нуля через контакты кнопки подается на вывод 14 DD6. На выводе Q0 DD6 появляется логический 0 и загорается светодиод VD5. На выводе появляется уровень логической 1, на выводе 9 DD7 — уровень логического нуля, который перебросит RS триггер на DD8 в единичное состояние. На выводе З DD8 установится уровень логического нуля, а на выводе 11 DD8 — логическая единица, которая запирает диод VDЗ и открывает транзистор VТ1. При этом срабатывает электромагнит KN1 и блокирует открывание крышки. На выводе 4 DD8 появляется уровень логической единицы, которая гасит светодиод VD4 и «защелкивает» триггеры DD. На выводе 9 DD1 появляется уровень логической единицы, который через вывод 12 DD7 запрещает дальнейший счет минутных импульсов, а также через дифференцирующую цепочку С8, R29 записывает в триггер D0 DD6 логическую 1 . Напряжение на выводе Q0 DD6 становится равным нулю и перестает поступать напряжение на ФИ. Логическая 1 с вывода 9 DD7разрешает прохождение импульсов частотой 2 Гц на светодиод VD4, который начинает мигать, что свидетельствует о включении режима «СТОП» центрифуги, но включенном режиме блокировки крышки на время остановки ротора центрифуги.

По истечении 1 минуты импульс с вывода 10 DD1 через конденсатор СЗ сбрасывает RS триггер на микросхеме DD8 в исходное состояние. При этом опускается электромагнит KN1, начинает непрерывно светиться светодиод VD4.

Остановку центрифуги можно произвести, не дожидаясь окончания установленного времени работы, с помощью кнопки СТОП SB6. При этом вывод 6 DD6 соединяется с общим приводом и по входу D0 DD6 записывается логическая 1. Центрифуга входит в режим остановки так же, как и при отработке установленного времени работы.

При случайном открытии крышки центрифуги произойдет замыкание контактов 1-2 микропереключателя SВ7, что аналогично нажатию кнопки СТОП SВ6, и центрифуга входит в режим остановки, аналогично выше описанному.

Работа центрифуги возможна в режиме работы без часов (бесконечный режим работы). Это возможно при нажатии одной из кнопок SВЗ. SВ5 при установке на цифровых индикаторах значения «00». При этом на выводе 6 DD7 присутствует напряжение логической единицы, которое блокирует прохождение минутных импульсов через вывод 10 DD7. В этом режиме остановка центрифуги возможна нажатием кнопки СТОП SВ6. появляется логический 0, что разрешает появление на выводе 10 DD1 минутных импульсов. Минутные импульсы с вывода 10 DD7 через резисторы RЗ, R4 подаются на счетные входы DD2, DDЗ, при этом происходит обратный счет времени работы центрифуги от установленного значения.

Напряжение с вывода Q0 DD6 подается на ФИ, собранный на микросхеме DA1. На вывод 2 DА1 подаются синхронизирующие сетевые импульсы с диодного моста VD9 через резистор R37. При переходе сетевого напряжения через 0 закрывается выходной ключ микросхемы DА2 (вывод 7) и начинается зарядка конденсатора С15 через резисторы R31, R34 до напряжения срабатывания компаратора К1 (вывод 6) микросхемы DА1. При срабатывании компаратора на выводе 3 DA1 формируется импульс управления, который через конденсатор С18, согласующий трансформатор Т2 и резистор R40 подается на управляющий вход симистора VD11. Через открытый симистор сетевое напряжение подается на двигатель М1. Одновременно открывается выходной ключ микросхемы DA2 (вывод 7) и конденсатор С15 быстро разряжается. Время заряда конденсатора определяется сопротивлением резисторов R31, R34. Таким образом, изменяя сопротивление резистора R34, можно изменять время заряда С15 и изменять угол открывания симистора VD11. Сопротивление резистора R34 при настройке подбирается таким образом, чтобы нагруженный ротор центрифуги развивал скорость 1000 об/мин.

При достижении установленного времени работы центрифуги, когда показания цифровых индикаторов достигнут значения «00», на выводе 6 DD7.

Экспериментальная часть

Цель работы

Ознакомиться с устройством, принципом действия, электрической схемой, системой автоматики отстойной центрифуги периодического принципа действия.

Рассчитать центробежную силу, фактор разделения, время центрифугирования, производительность, расход энергии на валу центрифуги.

Проанализировать зависимость качества продукции от энергозатрат.

Определить энергоемкость целевого продукта.

Порядок выполнения работы

Подготовить раствор эмульсии. Для этого в стакане объемом 200мл 3 растворить 50 грамм мела при помощи электромагнитной мешалки.

Залить по 100мл 3 при помощи медицинского шприца попарно в пробирки и закрыть крышку.

В зависимости от рассчитанного времени центрифугирования, на приборной панели выбрать при помощи кнопок время центрифугирования.

Выбрать минимальную частоту вращения при помощи кнопок выбора.

Запустить установку при помощи кнопки «Пуск».

По истечении времени центрифугирования достать пробирки и взвесить осадок и отделенную жидкость.

Провести эксперимент при концентрации 70 грамм мела на 200мл 3 воды и 90 грамм на 200мл 3 воды.

В момент пуска при помощи ваттметра измерить мощность (), расходуемую на пуск (выход на режим) установки.

Также измерить мощность в ходе работы установки (рабочий режим) .

Обработка результатов и составление отчета

Заполнить таблицу 1.1.

Т а б л и ц а 1.1. Результаты измерений

Источник

Центрифуга (устройство расчеты)

Что такое центрифуга Центробежные механизмы

ЦентрифугаЕсли при некоторой скорости движения тела по окружности центростремительная сила оказывается недостаточной, то тело будет двигаться по инерции в направлении скорости, т. е. по касательной к окружности.

При этом оно будет удаляться в центробежном направлении. Это явление используется в так называемых центробежных машинах. К ним относятся, например, молочный сепаратор, сушильная машина и т. п., а также центрифуга, широко применяемая в медицине для осаждения частиц, взвешенных в различных биологических жидкостях, например, для отделения форменных элементов от плазмы крови.

Как устроена лабораторная центрифуга

Основу простейшей лабораторной центрифуги (рис. 2, а) составляет вертикальный валик B, приводимый во вращение электромотором Э. На валик насажен ротор с подвижными хомутиками, в которые вставляются пробирки П с подлежащей осаждению взвесью. При вращении вращении валика с достаточно большой скоростью пробирки располагаются горизонтально, как показано на рис. 2, б, и находящаяся в них взвесь приводится в движение по окружности с большой скоростью.

Пример устройства работы центрифугиЦентростремительная сила, которая действует при этом на взвешенные в жидкости частицы, создается силами молекулярного сцепления между ними и частицами окружающей их жидкости (сама жидкость связана с центром окружности через пробирки и хомутики). Если при некоторой скорости вращения ротора сила сцепления между частицами и жидкостью станет недостаточной, частицы будут отрываться от жидкости и постепенно оседать на дно пробирки.

Ротор с гнездами для пробирок расположен в корпусе К с крышкой, которая крепится к нему болтами Б. В основании аппарата находятся детали питания электродвигателя: дроссель Д и реостат Р для включения и регулировки скорости вращения ротора. Ротор имеет три ступени скорости вращения: 1000, 1500 и 2500 об/мин.

Как проверяют центрифугу

Действие центрифуги оценивают путем сравнения центростремительного ускорения, которое развивается в ней при наибольшей скорости вращения ротора, с укоренным силы тяжести. Например, центростремительное ускорение, развиваемое в медицинской центрифуге, при скорости вращения N =3000 об/мин на расстоянии R=10 см от центра вращения составляет 10 4 м/сек 2

Это ускорение превышает ускорение свободного падения тел примерно в 1000 раз. В современных ультрацентрифугах число оборотов достигает до 50 000 в минуту. В подобной центрифуге центростремительное ускорение будет превышать ускорение силы тяжести в 200 000 раз. Подобные ускоре ния никакими другими средствами достигнуты быть не могут.

Источник