/
Текст
В. в. Белобородов, Л. И. Гордон
ТЕПЛОВОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ
предприятий
общественного
питания
Ы
1
Допущено Министерством торговли
СССР в качестве учебного пособия для
студентов технологических факультетов
торговых вузов
(бой
впо-
1КО-
вер-
ные
кон
1)
'еп-
1та,
!ек-
>ле-
JCT-
шу
аие
ви-
в
ре-
еп-
>ым
лдля
МОСКВА «ЭКОНОМИКА» 1983
ЬБК 36.99—5
Б43
Главы 1—3, 5—13 написаны проф., докт. техн,
наук В. В. БЕЛОБОРОДОВЫМ, главы 4,
14—22 — проф., докт. техн, наук Л. И. ГОРДОНОМ
Рецензент
канд. техн, наук А. А. ГУЗМАН
ак^. т—I яподскаа
ЧКмичная
!*• Н. А ЯсК -^СОВД
„ 3504000000^-159
В 011(01)—83 132—83
© Издательство «Экономика», 1983
Раздел 1
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ. ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ
ПРОДУКТОВ В ОБЩЕСТВЕННОМ ПИТАНИИ
Гл а в а 1
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРЕНОСА ТЕПЛА И МАССЫ
ВЕЩЕСТВА ПРИ НАГРЕВЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
1.1. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ
г
Теплопроводность как физическое явление представляет собой
перенос тепла беспорядочно движущимися микрочастицами, непо-
средственно соприкасающимися друг с другом. В газах и жидко-
стях передвигаются молекулы, в кристаллической решетке твер-
дых тел колеблются атомы, в мёталлах диффундируют свободные
электроны. К основному закону теплопроводности относится закон
Фурье, в соответствии с которым
—НГ’ (’•’)
on
где qt — плотность теплового потока, Вт/м2; 1 — коэффициент теп-
лопроводности, Вт/(м-К); t — температура, К; п — координата,
перпендикулярная поверхности переноса тепла, м, .. :
В правой части уравнения (1.1) стоит знак минус, так как век-
торы теплового потока qt и градиент* температуры dt/dn направле-
ны в противоположные стороны.
Коэффициент теплопроводности представляет собой количест-
во теплоты, переносимой через единицу поверхности в единицу
времени при градиенте температуры, равном единице. Уравнение
(1.1) верно в стационарных условиях, когда температура не зави-
сит от времени dt/dr=O, a dt/dn=const. В более общем случае, в
нестационарных условиях, когда температура изменяется во вре-
мени и по координате1, т. е. dt/dr^O и dt/dn =/= const, перенос теп-
ла теплопроводностью описывается уравнением Фурье:
1 При этом формируется так называемое температурное поле, под которым
понимается совокупность значений температуры в данный момент времени для
всех точек тела. - . . „,, ..........
1* 3
-^-<=aVst, (1.2)
к
где — — коэффициент температуропроводности, м?/с; с —
Ср
лэ д2
теплоемкость, Дж/ (кг • К); р — плотность, кг/м3; V’" —т + -г-г +
дх2 ду?
4—~—оператор Лапласа.
Внутри тела может генерироваться или поглощаться тепло,
например за счет химических реакций. В таких случаях рассмат-
ривается задача с внутренним источником тепла (соответственно
положительным или отрицательным) и уравнение (1.2) превра-
вдается в уравнение
~ =а V2/4-K Н.З)
UT ср
где Iq —источник тепла, Дж/(м3-с).
Коэффициент температуропроводности а является характерис-
тикой инерционных свойств тела, обусловленных распространени-
ем теплоты теплопроводностью. Тело с большим а быстрее на-
гревается и охлаждается.
Коэффициент теплопроводности влажного материала — экви-
валентный коэффициент теплопроводности — является суммирую-
щей величиной: ,
== 4" \(ОНП 4“ \<ОНВ Ч" \l Ч" (1.4 )
где Хо — коэффициент теплопроводности сухого твердого скелета
материала; ХКОнц—коэффициент кондукции (теплопроводности)
жидкости и паровоздушной смеси, находящихся в стационарном
(неподвижном) состоянии в порах материала; ХКОнв— коэффици-
ент, характеризующий перенос тепла за счет конвекции воздуха
внутри материала; Хл— коэффициент лучистой теплопроводности;
Хи — коэффициент, характеризующий перенос тепла за счет пере-
носа массы (влаги) внутри материала.
Имеются указания на то, что при диаметре пор меньше
0,5 мм величинами ХКОнв я Хл можно пренебречь.
Теплопроводность пищевых продуктов изучена достаточно хо-
рошо в виде значений Х(АЭКв) и а представлена в форме таблиц
и расчетных формул в справочной литературе.
1.2. ДИФФУЗИЯ
При тепловой обработке пищевых продуктов происходит пе-
ренос вещества внутри твердых тел и между твердым телом и
окружающей средой (жидкостью, паром). Массоперенос может
осуществляться в основном двумя способами — молекулярной и
конвективной (вихревой) диффузией, первая из которых отражает
МйкрОкинетику, а вторая —макрокинетику данного явления.
Движущей силой диффузии является разность концентраций
диффундирующего вещества.
Рассмотрим основные закономерности диффузии в жидкостях
(паре), которые в той или иной степени насыщают пищевой
продукт в процессе его тепловой обработки *.
Молекулярная диффузия как физическое явление представляет
перенос вещества посредством беспорядочного теплового движе-
ния его молекул, обладающих определенной кинетической энерги-
ей. Тепловое движение молекул тем активнее, чем большей кине-
тической энергией они обладают (последняя возрастает с увели-
чением температуры). В своем беспорядочном движении молеку-
лы диффундирующего вещества перемещаются в направлении от
большей их концентрации к меньшей, что объясняется стремле-
нием системы в целом к термодинамическому равновесию. Более
полная картина механизма молекулярной диффузии может быть
получена на основе теории строения жидкостей, представленной в
ряде опубликованных работ.
К основным законам молекулярной диффузии относятся пер-
вый и второй законы Фика. Первый закон отражает закономерно-
сти стационарной диффузии (концентрация от времени не за-
висит) и может быть представлен в следующем виде:
q =-Du—, (1.5)3
“ да
где qmi—плотность потока массы, кг/(м2;с); DM — коэффи-
циент молекулярной диффузии, м1 2/с; С — концентрация диффун-
дирующего вещества, кг/м3; п — координата, перпендикулярная
поверхности переноса вещества, м.
Второй закон отражает закономерности нестационарной диф-
фузии (концентрация зависит от времени и координаты) и запи-
сывается следующим образом:
-^ = DMV2C. (1.6)
О Т
Из уравнения (1.6) следует определение DM: коэффициент
молекулярной диффузии представляет количество вещества, пе-
реносимое в единицу времени через единицу поверхности при
градиенте концентрации, равном единице.
Исходя из предположения, что диффундирующие молекулы
имеют форму шара, Эйнштейн получил формулу для Df.
1
6 Г.Т'Г
N
(1.7)
где R — газовая постоянная;
Т — абсолютная температура;
1 Диффузия в собственно твердых телах в данной работе не рассматривает-
ся, так как этот вид диффузии обычно имеет место при окислении металлов
и т. п. процессах, не имеющих прямого отношения к тепловой обработке пище-
вых продуктов.
2 Знак «минус» в этом уравнении имеет тот же смысл, что и в уравне-
нии (1.1). —- -
N — число Авогадро, q — абсолютная вязкость растворителя;
г — радиус молекул диффундирующего вещества.
Другое выражение для Дм, в основе которого лежит так назы-
ваемая дырочная теория строения жидкости, получено в работе
Френкеля: - - ------ : .
“ 6to кт
(1.8)
где 6 — элементарное перемещение молекулы; то— период коле-
бание молекулы около равновесного положения; е — основание
натурального логарифма; w — энергия активации диффузии;
К — константа Больцмана.
Формула (1.7) более точна в тех случаях, когда размер мо-
лекул диффундирующего вещества значительно больше размера
1 молекул растворителя, а формула (1.8)—в тех случаях, когда
размеры молекул диффундирующего вещества и растворителя
соизмеримы.
Конвективная диффузия как физическое явление представляет
перенос вещества в виде небольших объемов его раствора. В от-
личие от молекулярной диффузии, для скорости которой основ-
ными являются свойства диффундирующего вещества и раствори-
теля, скорость конвективной диффузии зависит главным образом
от гидродинамических условий массопереноса: степени турбу-
лентности жидкости (пара), ее вязкости, геометрических характе-
ристик пор тела и т. п.
По аналогии с формулой (1.2) конвективный диффузионный
поток может быть выражен как
л _____ Г}
Q = — L) ------------,
ль, 1 оп
(1.9
где От — коэффициент конвективной, вихревой или турбулент-
ной диффузии, м2/с.
Тогда суммарный поток вещества за счет молекулярной и кон- (
вективной (или вихревой) диффузии можно будет записать сле-
дующим образом: ---
^=-(АН-£>г>-~ П.Ю) ’
on .
Записи в виде (4.9) и (1.10) чаще используются для описания
массопереноса внутри тел (для внутренней диффузии). Для
описания конвективной диффузии во внешней среде обычно при-
меняются другие формы записи, на чем мы остановимся ниже.
Отметим, что диффузия внутри тел протекает в подавляющем
большинстве случаев молекулярно. Только в области высоких
температур, близких к точке кипения экстрагирующей жидкости,
молекулярный механизм внутреннего массопереноса может быть
нарушен.
Внутренняя диффузия осложнена влиянием структуры мате-
риала. Структура ряда пищевых продуктов характеризуется опре-
деленной пористостью (различные по величине и форме поры), а
6
также наличием неразрушенных клеток. В процессе тепловой
обработки продуктов благодаря физико-химическим превращени-
ям веществ и т. п. могут образовываться вторичные структуры.
Влияние пористости продукта может быть проиллюстрировано
с помощью рис. 1.1. При этом следует .обратить внимание на
форму пор, их диаметр и сообщаемость с окружающей частицу
средой. При порах, открытых с обеих сторон й перпендикулярных
наружной поверхности (случай а), молекулы вещества, находя-
щиеся в порах или попавшие в них благодаря диффузии через
перегородки, чтобы попасть в окружающую среду, должны
Рис. 1.1. Харак-
тер пористости
продуктов (схе-
ма)
пройти внутри частицы минимальный путь, следовательно, и вре-
мя диффузии будет минимальным.
При порах, открытых с обеих сторон и расположенных под
углом к поверхности частицы (случай б), средний путь диффун-
дирования вещества больше, чем в случае а, следовательно, и вре-
мя диффундирования больше. Наконец, при порах, закрытых с
одной стороны (случай в), путь диффундирования вещества мо-
жет быть различным в зависимости от длины пор.
Кроме рассмотренных случаев (рис. 1.1), можно представить
себе поры, блокированные с одной или двух сторон веществом
частицы, различные по диаметру, с различной искривленностью
н т. п. Каждому из этих случаев будет соответствовать свое
значение коэффициента внутренней диффузии. Чем меньше диа-
метр пор и больше их искривленность (зигзагообразность), тем
больше частота столкновения диффундирующих молекул со стен-
ками пор, т. е. тем меньше скорость диффузии молекул к наруж-
ной поверхности частиц, и наоборот. Диффузия вещества через
мембраны клеток и возможные вторичные структуры происходит,
вероятнее всего, в соответствии с теорией равновесной сорб-
ции таким образом, что молекулы диффундирующего вещества
сорбируются материалом мембраны, диффундируют через нее н
десорбируются с другой ее стороны.
Все указанные выше факторы уменьшают коэффициент внут-
ренней диффузии вещества по сравнению с коэффициентом диф-
фузии в жидкости. При постоянном значении коэффициента
внутренней диффузии DB было введено соотношение
£)в=аОм, (1.11)
где а — постоянная величина,
Соотношение (1.11) имеет существенное значение для анали-
за зависимости эффективности экстракции извлечения веществ
при варке от температуры. '
Прн а = 1 ОВ=ОМ, что соответствует идеальной внутренней
структуре т'ела, в действительности не существующего, диффу-
зия внутри ничем не осложнена.
1.3. ВЛАГОПРОВОДНОСТЬ
Влагопроводность как физическое явление можно понимать
как перенос жидкости и пара молекулярным н молярным путем.
При этом имеются в виду следующие физические явления:
диффузия жидкости; диффузия пара; избирательная диффузия
жидкости под действием разности осмотических давлений; конвек-
тивная диффузия жидкости н пара.
К основному закону влагопроводности (в общем случае мас-
сопроводностн) относится выражение
qma-----W (1.12)
где qmu — плотность потока влаги в виде жидкости и пара в изо-
термических условиях, кг/(м2-с)-; Хт— коэффициент влагопровод-
ности (массопроводностн), кг/(мс-с-кг); 0 — потенциал массопере-
носа (аналог температуры при теплопроводности), кг/м.
В рассматриваемых изотермических условиях потенциал мас-
сопереноса является однозначной функцией влагосодержания U:
V0=— VtA (1.13)
где Cm= (<5U/<50)t — удельная изотермическая массоемкость.
Это дает возможность перейти к другой форме записи закона
(1.12)!
<7™= —^=-«mPoVu. (1.14)
ст Ро
где ро — плотность абсолютно сухого тела, кг/м3; ат—коэффи-
циент потенцналопроводностн вещества, мг/с.
Коэффициент потенцналопроводностн вещества от является
аналогом коэффициента температуропроводности а и характери-
зует инерционные свойства тела, обусловленные распространени-
ем массы вещества массопроводностью (влагопроводностью).
Тело с большим аш быстрее отдает вещество (воду) н быстрее им
насыщается.
Величина Хт равна
' ^=4,, + ^ (1.15)
ГД6 коэффициент массопроводностн жидкости; — ко-
эффициент массопроводностн пара.
В нестационарных условиях (ди/дтт^О, VU^ const) диффе-
ренциальное уравнение влагопроводности (массопроводности) по
аналогии с уравнениями (1.2) и (1.6) записывается как
(1.16)
дх
1.4. ТЕРМОВЛАГОПРОВОДНОСТЬ
Термовлагопроводность представляет собой «прсталкиваниеэ
жидкости и пара в направлении потока тепла благодаря расши-
рению защемленного воздуха при повышении температуры. Дви-
жущая сила этого явления — разность температур. Впервые оно
было открыто и обосновано А. В. Лыковым. Кинетический коэф*
фнциент этого явления — коэффициент термовлагопроводности или
термограднентный коэффициент 6ь представляющий изменение
влагосодержання прн изменении разности температур за один
градус (1/град). В соответствии со сказанным для плотности
потока влаги и изменения влагосодержання под действием тер-
мовлагопроводностн уравнения (1.14) и (1.16) перепишутся з ви-
де ' .
Ят1==' @т V t\ (1.17)
(1.18)
от
Как отдельно взятое явление термовлагопроводность в реаль»
ных условиях обычно не наблюдается; она протекает одновре-
менно с другими явлениями, главным образом с явлением влаго-
проводностн, при температуре ниже температуры кипения воды,
В этом случае плотность общего потока влаги равна
= + (1-19)
В развернутом виде для стационарных условий ,
Ят== От Ро V Лт 8fp0 Х7(1 • 20)
для нестационарных условий
(1,21)
О т
1. 5. ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ ПОТОКИ ВЕЩЕСТВА
Внутри пищевых продуктов при нх влаго-тепловой обра-
ботке могут наблюдаться фильтрационные потоки вещества, об-
разующиеся в результате переноса пара под действием нерелак-
снрованного1 давления паров, возникающего с ростом темпера-
туры (рис. 1.2, а), н переноса жидкости (смесн жидкости с паром)
1 Релаксация — от англ, relax (ослаблять).
под действием гидродинамического давления жидкости (смеси
жидкости с паром), возникающего при приложении внешних сил
(рис. 1.2,6). При ламинарном движении пара, жидкости или сме-
си жидкости с паром оба вида фильтрационного потока вешества
описываются одним законом — законом Дарси:
qmp----К,?Р. (1.22)
где КР — коэффициент фильтрационного переноса влаги, с; Р —
давление, Па.
Однако необходимо помнить о принципиальном различии при*
чин возникновения фильтрации паров под действием нерелакси-
М дх zx дх~о ех
Рис. 1.2. Фильтрационные ио-
токи в капиллярно-пористых
телах.
а) вара под. действием нерелак»
сироваиного давленая паров, воз-
никающего о ростом темпера-
туры;
О) жидкости . (смеси жидкости с
паром) под действием гидродина*
мического давления жидкости
(смеси жидкости с паром), воз-
никающего при приложении внеш-
них сил F
рованного давления и причин возникновения фильтрации жидко-
сти (смеси жидкости с паром) под действием гидродинамическо-
го давления жидкости (смеси жидкости с паром).
По мере роста температуры пищевого продукта происходит
углубление поверхности испарения влаги, & результате чего через
некоторое время поверхность испарения отступает внутрь тела от
его внешней поверхности на величину Дх. При этом в пределах
участка Дх пар фильтруется через пищевой продукт, который
обладает определенным сопротивлением фильтрации. Благодаря
этому.сопротивлению давление на границе испарения больше,
чем давление на внешней поверхности тела (Pil>P2), вследствие
чего возникает градиент давления dPfdx. При сопротивлении
фильтрации, равном нулю, давление релаксируется (Pi = P2),
скорость переноса пара становится бесконечно большой и уже
не оказывает влияния на скорость переноса вещества в целом.
Таким образом^ фильтрационный поток йаров под действием
нерелаксированного давления возникает с ростом температуры
при сопротивлении тела фильтрации, отличном от нуля, т. е.
зависит в основном от температуры, внутренней структуры тела
и свойств пара.
Гидродинамическое давление жидкости (смеси жидкости с
паром) возникает в результате приложения внешних сил (сдав-
ливания тела), при этом капилляры, содержащие жидкость
(смесь жидкости с паром), сужаются, их содержимое выдавли-
вается и давление жидкости внутри тела оказывается больше,
чем снаружи (Pd, > Pd2), в результате чего и возникает градиент
давления дРъ/дх. Это — типичный отжим, могущий протекать
при любой температуре, а не только при температуре, равной
иля выше температуры кипения жидкости. Иными словами,
фильтрационный поток жидкости (смеси жидкости с паром) под
действием гидродинамического давления возникает с ростом
внешнего давления при сопротивлении тела фильтрации, от-
личном от нуля, т. е. зависит в основном от величины внеш-
него давления, способности тела сопротивляться внешнему дав-
лению (компрессионных характеристик тела), внутренней струк-
туры тела и свойств жидкости (смеси жидкости с паром).
Отметим, что в рассматриваемом случае речь идет о слабом
(малоинтенсивном) отжиме, скорость которого можно сравнить
со скоростью массопереноса под действием влагопроводности,
термовлагопроводности и нерелаксированного давления паров,
причем под внешним давлением понимается как давление в бу-
квальном смысле слова, так и давление, возникающее под влия-
нием физико-химических превращений, например при набухании
капиллярно-пористых коллоидных тел. В итоге уравнение (1.22)
может быть разделено на два: для фильтрационного переноса
пара под действием нерелаксированного давления паров:
qmPp=-Kp^PP (1.23)
и для фильтрационного переноса жидкости (смеси жидкости с
паром) под действием гидродинамического давления:
Ягар D~ KDV Pg, (1 .24)
где Кд, Kd — соответственно коэффициенты фильтрационного пе-
реноса пара и жидкости (смеси жидкости с паром); Рр, Pd — не-
релаксированное давление паров и гидродинамическое давление
жидкости (смеси жидкости с паром).
Для нестационарных условий эти уравнения соответственно
могут быть записаны в виде
(1.25)
Ох
-^L=KdV*Pd. (1.26)
О т
J.6. КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛО- И MACCOOSMEH
Конвективны^ теплообмен как физическое явление представ-
ляет собой перенос тепла вместе с отдельными небольшими
(элементарными) объемами среды (жидкости, пара, газа). В от-
личие от молекулярного теплопереноса (теплопроводности) ско-
рость конвективного теплообмена, так же как и скорость конвек-
тивной диффузии, в основном зависит от гидродинамических усло-
вий теплопереноса. Конвективный теплообмен между данной
средой и поверхностью ее раздела (например, твердой стенкой) с
другой средой называется теплоотдачей,
В соответствии с законом теплоотдачи Ньютона плотность
теплового потока qt пропорциональна разности температур меж-
ду средой и поверхностью тела: _______
(1.27)
где а — коэффициент теплоотдачи, Вт/(с2-К).
Коэффициент теплоотдачи представляет собой количество теп-
лоты, отдаваемой единицей или единице поверхности (в зависи-
мости от направления потока теплоты) в единицу времени при
разности температур, равной единице *.
По аналогии с (1.27) для массоотдачи можно написать:
(1.28)
где р — коэффициент массоотдачи, м/с; ДС — разность концентра-
ций, кг/м3.
Коэффициент массоотдачи представляет собой количество ве-
щества, отдаваемого единицей или единице поверхности в единицу
времени при разности концентраций, равной единице.
1.7, СЛОЖНЫЙ ТЕПЛО- И МАССООБМЕН
При тепловой обработке пищевых продуктов обычно имеет
место одновременное протекание молекулярного и конвективно-
го тепло- и массообмена. Например, соответственно при передаче
Рис. 1.3. К выводу формулы
для коэффициента теплопере-
дачи
теплоты через стенку или при извле-
чении питательных веществ при вар-
ке различных продуктов (мяса, рыбы
и др.'). Иногда одновременно происхо-
дит и лучистая теплоотдача.
Передача теплоты может происхо-
дить через одно- или многослойную
стенку, причем под слоем стенки здесь
понимается слой металла (собственно
стенка аппарата), слой тепловой изо-
ляции, пленка жидкости (конденсата)
на поверхности стенки и т. п. Рас-
смотрим вначале двухслойную стенку
(рис. 1.3). Передача теплоты от пер-
вой, более нагретой среды, имеющей
температуру ti, к стенке с температу-
рой tcmi происходит с коэффициен-
том теплоотдачи си. Далее теплота
передается теплопроводностью через
слои стенки с толщиной соответственно 61 и 62 и коэффи-
циентами теплопроводности М и Х2. От наружной поверхности
второго слоя, имеющей температуру , передача теплоты ко
1 Расчет коэффициента теплоотдачи см. в гл. 4.
второй, менее нагретой среде с температурой t2 происходит с ко-
эффициентом теплоотдачи аг. Температура на границе раздела
слоев имеет некоторое промежуточное значение t'cm.
Отметим, что в общем случае теплота от первой среды к стен-
ке и от стенки ко второй среде может передаваться как кон-
векцией, так и с помощью инфракрасного излучения. Поэтому
я1 = а1К-|-(1.29)
®2 ==®2К-|_ (1.30)
где апо а2к — коэффициенты конвективной теплоотдачи; ain»
а2л — коэффициенты лучистой теплоотдачи.
Рассмотрим установившийся процесс теплопередачи, в котором
тепловые потоки на различных этапах теплопередачи равны по аб-
солютной величине и направлению.
В соответствии с уравнениями (1.1) и (1.27) тепловой поток
для различных этапов теплопереноса через стенку равен
(1.31)
Ч,—(1.32)1
ч,—(1.33)'
qt=*Atcm—Q- (1.34)
Сложив эти уравнения, получим
:—г~Ч---г «-<•> <1.зв>
l+i+A+±
«1 Ч О-ъ
Для многослойной стенки уравнение (1.35) будет иметь вид
<ь == —Z7----------и* <1 • 36>
1 S’ 1
+ . +
а1 (=1 *1 а2
в котором величина
называется коэффициентом теплопередачи. Единица коэффици-
ента теплопередачи
К] = Г----------1 Г__Вт 1
[ м2-с-град J [ м2-град J
1 Знаком минус в этих уравнениях пренебрегаем, так как иас интересуют
абсолютные значения тепловых потоков.
Коэффициент теплопередачи представляет собой количество
теплоты, переяосимойв единицу времени через единицу поверх-
ности при разности температур, равной единице. В соответствии
со сказанным основное уравнение теплопередачи приобретает вид
(/,—/,). (1.38)
По аналогии с теплопередачей рассмотрим массопередачу от
некоторой частицы, имеющей форму бесконечной пластины тол-
Ри& 1.4. Схема распределения по-
тенциалов и потоков массо- и теп-
лопереноса (соответственно <р и х)
из бесконечной пластины
щиной I (рис. 1.4). В соответст-
вии с представлениями о явлени-
ях на границе раздела в системе
«твердое тело — жидкость (газ,
пар)» у поверхности твердого те-
ла находится пограничный слой
толщиной б. Поэтому массопере-
дачу в целом можно подразде-
лить на три этапа: массоперенос
изнутри частицы к ее наружной
поверхности, молекулярную диф-
фузию через пограничный слой
среды (жидкости, пара, газа) и
массоотдачу от «наружной по-
верхности» 1 пограничного слоя в
движущуюся среду2. Пусть сред-
няя концентрация вещества (вла-
госодержание) Ui внутри пла-
стинки й данный момент време-
ни находится на некотором рас-
стоянии от ее поверхности, рав-
ном 1/п, где п — некоторый коэф-
фициент, обратное значение ко
торого (1/п) есть доля толщи-
ны пластины, равная расстоянию от некоторой точки со средней
концентрацией вещества (средним влагосодержанием) внутри
пластинки до ее наружной поверхности. Пусть концентрация ве-
щества у наружной поверхности пластинки будет равна U', у на-
ружной поверхности пограничного слоя — V", а концентрация
вещества в потоке — Uj. В соответствии с уравнениями (1.14),
(1.17), (1.23) и (1.24) общий поток массы внутри пластинки (пер-
вый этап массопередачи) вдоль оси X, перпендикулярной по-
верхности пластинки, можно представить в виде
Чт^* Яти~\~ ЧггнЛ" Яр 4“ Яр,** ”“^тпРе $<Ро“
* ОХ . ОХ
-КР
ЯРр „ <>PD
а?
(1.39)
• В действительности четкой границы ие существует, оиа размыта и явля-
ется областью перехода от молекулярного механизма ^ассопереноса к конвек-
тивному.
•В рассматриваемом частном случае (рис. 1.4) <p==U, а х=1, где U —
влагосодержанве, Т —• температура.
Составляющую потока вещества путем влагоироводности
(qmu) примем за базовую, а остальные составляющие выразим
в долях от нее. Тогда
= -ат^( 1+2 тД (+40)
дх \ s J
где f;, чР , чро — соответственно доли потоков путем термовла-
гопроводности, фильтрации паров под действием их. нерелаксиро-
ванного давления н фильтрации жидкости (смеси жидкости с
паром) под действием внешнего давления. По аналогии с получе-
нием формулы для коэффициента теплопередачи в уравнении
(1.39) опустим знаки минус. Концентрацию вещества будем вы-
ражать в объемных единицах (кг/м3). Тогда для трех этапов
массопередачи напишем:
(1=п \ ГГ _JP
п
а»М(^-и3).
Складывая эти уравнения, получим
Чт—К-т (Ui U2),
(1.41)
(1-42)
(1.43)
(1-44)
где
Ка=--------------------------------------!----------- (1.45)
I 0 1
пат f 1 + 2 7i I
\ i=2 J
и называется коэффициентом массопередачи, м/с.
Как видно из уравнения (1.44), коэффициент массопередачи
представляет собой количество вещества, переносимое в еди-
ницу времени через единицу поверхности при разности концен-
траций, равной единице.
Коэффициент массопередачи содержит все величины, являю-
щиеся количественными характеристиками трех этапов массопе-
реноса. По аналогии можно получить обобщенную формулу и для
коэффициента теплопередачи:
к,----------;—г* <Ь46>
!----Г- + У- + -
• I *=» \ X» а
+2 L. )
где к — некоторый коэффициент, обратное значение которого
(1/к) есть доля толщины пластины, равная расстоянию от неко-
торой точки со средней температурой внутри Властины до ее
наружной поверхности; 1 — коэффициент теплопроводности твер-
дой фазы; у„ «—доля плотности v-ro потока - теплоты от базо-
вого (за счет теплопроводности); —коэффициент теплопро-
водности вещества пограничного слоя; а —коэффициент теплоот-
дачи от наружной поверхности пограничного слоя к движущейся
среде.
Глава 2
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАГРЕВА ПРОДУКТОВ
В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ
2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ НАГРЕВА
./"Нагрев тел, в частности пищевых продуктов, в электромагнит-
ном поле'в принципе отличается от нагрева их за счет теплопро-
водности или конвекции^гем, что элементы среды, разделяющей
генераторы электромагнитных колебаний и объекты нагрева, как
правило, не участвуют в переносе теплоты. Поэтому в таких сис-
темах (генератор-*среда-*объект нагрева) тепловой поток не
является непрерывным и энергия переносится в виде электро-
магнитных колебаний. Теплота возникает в самих объектах на-
грева при их взаимодействии с электромагнитным полем^
При изучении оборудования, в котором для нагрева пищевых
продуктов используется электромагнитное0 Фоле,' нужно иметь в
виду три основных этапа (рис. 2.1 )$ производство, передачу и ис-
пользование энергии электромагнитного поля, базирующихся на
различных физических законах. Для инженера-технолога осо-
бенно важно знать причины и закономерности нагрева тел в элек-
тромагнитном поле, так как этот этап имеет непосредственное от-
ношение к формированию качества кулинарных изделий и произ-
водительности технологического оборудования.
/Электромагнитные волны соответствующей частоты v и длины
1, которые связаны соотношением
(2.1)
где с=2,998«108 м/с — скорость света в вакуумр, могут быть ис-
пользованы ^ 'общественном питании, для осуществления трех ос-
новных способов нагрева тел: инфракрасного (ИК), диэлектриче-
ского (ДЭ) и индукционного (ИД). Отметим, что при ИК- и ДЭ-
нагреве производится непосредственный нагрев пищевых продуктов,
тогда как при ИД-нагреве нагревается лишь какая-либо ферро-
магнитная часть аппарата, например днище сковороды, от которо-
го аа счет теплопроводности или конвекции происходит нагрев
собственного продукту. Это связано с характером взаимодействия
различных тел (продуктов, металлов) с электромагнитным полем
разной частоты, что в свою очередь определяется свойствами тел и
16 .
поля. На рис. 2.1 представлены лишь те части спектра электромаг-
нитных колебаний, которые преимущественно используются для
осуществления трех указанных способов нагрева. Спектр в це-
Рис. 2.1. Классификация способов иагрева тел в электромагнитном поле
лом значительно шире и включает, с одной стороны, космические
лучи (Х= (2--5) • 10~8 мкм), с другой — радиоволны (А,=5'107Ч-
•i-2-1010 мкм>). В него входят, кроме того, у-излучение, рентгенов-
ские лучи, ультрафиолетовые лучи, видимый свет и короткие
электрические волны. ,
-Переменное электромагнитное поле представляет Собой сово-
купность изменяющихся во времени, взаимно связанных и обу-
словливающих друг друга электрического и магнитного полей.
Главные параметры электромагнитного поля — напряженности
электрического Е и магнитного Н полей — векторные величины.
Физически переменное электромагнитное поле является одним
из видов материи. Как и всякая материя, электромагнитное поле
обладает энергией, массой, количеством движения и может пре-
вращаться в другие виды материи. Электромагнитное поле как
материя самостоятельно существует в виде электромагнитных
волн. Возмущения электромагнитного поля передаются в диэлект-
рике с огромной скоростью, в вакууме — со скоростью света.
Как будет показано далее, разработанные на этой основе ма-
шины и аппараты непрерывного и периодического действия, ис-
пользующие инфракрасный) и сверхвысокочастотный способы на-
грева пищевых продуктов, послужили важным вкладом в инду-
стриализацию отрасли общественного питания н способствовали
максимальному выходу готовой высококачественной продукции»—
кулинарных изделий.
2.2. ИНФРАКРАСНЫЙ НАГРЕВ
Диапазон инфракрасных излучений принято делить на три
поддиапазона: коротковолновый (ближний) с Х=0,774-1,4 мкм;
средневолновый (средний) с %= 1,44-3,0 мкм и длинноволновый
(дальний) с 71=3,04-1000 мкм1. Обычно для ИК-нагрева исполь-
зуются коротко- и средневолновый поддиапазоны и часть длинно-
волнового (до 5—6 мкм).
Инфракрасный нагрев осуществляется по схеме «теплота -*
луч-> теплота», т. е. вначале за счет нагрева излучателя в нем
генерируется энергия, после чего она передается в виде электро-
магнитных колебаний через среду (воздух, газ) к объекту нагре-
ва, в котором энергия электромагнитных колебаний вновь превра-
щается в теплоту.
Образование инфракрасной энергии в нагреваемом теле (гене-
раторе) происходит благодаря переходу электронов с одних энер-
гетических уровней иа другие, а также колебательным и враща-
тельным движениям атомов и молекул. Переходы электронов и
движение'атомов и молекул происходят при любой температуре
выше абсолютного нуля (—273° С), т. е. инфракрасное излучение
в принципе осуществляется при любой температуре, однако с ее
ростом интенсивность излучения увеличивается. Энергия излуче-
ния тела однозначно определяется его температурой.
Электромагнитное тепловое излучение носит двойственный ха-
рактер — волновой и корпускулярный. Волновой характер излу-
чения проявляется в его оптических свойствах — интерференции,
дифракции, поляризации, дисперсии лучей; корпускулярный—в
фотоэлектрическом эффекте, рассеянии световых лучей, закономер-
ностях излучения черного тела, нагреве тел.
По квантовой теории (Планк, Эйнштейн) генерирование лучи-
стой энергии и ее перенос между излучателем и объектом можно
рассматривать как поток материальных частиц (корпускул), назы-
ваемых фотонами. Масса фотона равна
где е — энергия фотона (квант энергии), Дж; h — постоянная
Планка (h=6,624-10~34 Дж-с).
В соответствии с квантовой теорией молекулы, атомы и электро-
ны могут обладать лишь определенными дискретными значениями
энергии, которые отличаются одно от другого на целое число
1 Термин «инфракрасный» происходит от латинского слова infra, что в пе-
реводе означает «под», «ввизу». Это соответствует расположению полосы инф-
ракрасного излучения в нижней части красного конца видимого спектра, если
электромагнитные излучения' расположить вертикально (сверху вниз) по мере
возрастания длины волны. Термины «ближиий», «средний» н «дальний» озна-
чают расположение соответствующего поддиапазона по отношению к видимому
спектру.
элементарных порций — квантов. Квант энергии равен или кра-
тен значению
s=b. (2.3)
Волновая природа лучистой энергии характеризуется длиной вол-
ны X, частотой v, периодам колебаний Т, скоростью распростране-
ния v, которые находятся между собой в соотношении
Лучеиспускательная способность тела характеризуется количе-
ством энергии ,Q, излучаемой единицей поверхности тела F в
единицу времени т во всем диапазоне длин волн (А=04-оо)5
£=#• (2.5)
Ft
Лучеиспускательная способность, отнесенная к длине волн в
интервале от К до A-|-dA, т. е. к интервалу длин волн dA, называ-
ется интенсивностью излучения и выражается отношением
, (2.6)
Связь между Е и I имеет вид
х=о
Источниками (генераторами) ИК-энергии могут быть излучатели,
в которых ИК-лучи возникают при нагревании тел с помощью
электроэнергии, получаемой в результате сжигания газа или ка-
кого-либо другого топлива. Одной из наиболее важных характе-
ристик генераторов ИК-энергии является длина волны максималь-
ного излучения, т. е. длина волны, которой соответствует макси-
мальная интенсивность излучения (рис. 2.2). Атах зависит от
температуры. Для абсолютно черного тела Ашах определятся по
закону Вйваз
X _ 2898
tnajt у *
(2.8)
Нагрев тела объясняется корпускулярным характером лучистой
энергии: фотон, падающий на тело, поглощается атомом веще-
ства или передает свою энергию электрону. Благодаря этому
увеличивается энергия^тепловых колебаний атомов, молекул и
тело нагревается.
Из рассмотрения баланса лучистой энергии (рис. 2.3) 1 легко
получить понятия о поглощательной (А), отражательной (R) и
пропускательной (D) способностях тела, которые соответственно
представляют собой доли потоков поглощенной, отраженной и
пропущенной энергии от общего потока энергии. Очевидно, что
А + /? + £>=1. (2.9)
Известно, что при А—1 тело считается абсолютно черным, при
R=1— абсолютно белым и при D=1 — абсолютно прозрачным
(проницаемым, диатермичным). В приро-
де не существует «абсолютных» тел. Реаль-
ные твердые и жидкие тела относятся к
так называемым серым, поглощательная
способность которых не зависит от частоты
(длины) волны падающей энергии, а луче-
испускательная- способность определяется
их химической природой, температурой и
состоянием поверхности.
Введенное выше понятие абсолютно
черного тела тесно связано с фундамен-
тальным законом теплового излучения —
законом Стефана — Больцмана, согласно
которому лучеиспускательная - способность
абсолютно черного тела пропорциональна абсолютной температу-
ре его поверхности в четвертой степени:
= (2.10)
Рис. 2.3. Баланс лучис-
той энергии
где ао=5,6686-10-8 Вт/(м2 *-К4)—постоянная излучения (постоян-
ная Стефана — Больцмана).
В технике обычно этот закон записывается так;
<2П>
где с0=5,67 Вт/(м2-К4) — коэффициент лучеиспускания абсолютно
черного, тела. .
1 На рис. 2.3 показана сильно упрощенная картина распределения лучистой
энергии. Вообще же следует различать потоки направленные, т. е. потоки с оп-
ределенной интенсивностью в некотором телесном угле d<o, диффузные (не со-
вершенно диффузные) — потоки с произвольным распределением интенсивности
в телесном угле <о<2л, полусферические (совершенно диффузные)—потоки с
распределением интенсивности в телесном угле <о=2л. В реальных условиях
ИК-нагрева пищевых продуктов в закрытых камерах, как правило, происходит
облучение диффузным и смешанным (диффузным и направленным) лучистыми
потоками.
Если ввести понятие степени черноты
е=вд, (2.12)
где Е — лучеиспускательная способность серого тела, то закон
Стефана — Больцмана может быть использован и для серых телз
Е=*Е0=еа0Т*=с(1Х, . (2.13)
у 1 Uv j
где с=04-5,67 — коэффициент лучеиспускания серого тела.
Количество теплоты, которое посредством излучения передает-
ся от более нагретого твердого тела к менее нагретому, может
быть, определено по уравнению
Q=c, ^4(—У?, (2.14)
'~2 |Д100/ \100/ ] r v '
где Tj, Т2 — соответственно температура более и менее нагретого
тела, К; С1-2=еПрСо — коэффициент взаимного излучения, в кото-
ром еПр — приведенная степень черноты, равная произведению сте-
пеней черноты обменивающихся лучистым теплом тел (егег);
F — поверхность излучения,’ м2; т — время, с; <р— средний угловой
коэффициент, который определяется формой и размерами участву-
ющих в теплообмене поверхностей, их взаимным расположением
в пространстве и расстоянием между ними.
Лучистая энергия, падающая на тело, проникает на опреде-
ленную его глубину. С увеличением глубины проникновения ин-
тенсивность лучистого потока падает по закону Бугера;
Zx=Zoexp( — ах), (2.15)
где 1Х—интенсивность лучистого потока, проникшего в вещест-
во на глубину х, Вт/м3; 1о — интенсивность потоку излучения, про-
никающего в материал (при х=0), Вт/м3; а — коэффициент пог-
лощения лучистого потока, м-1.
Закон Бугера точно описывает процесс пропускания энергии
только для монохроматического излучения и материалов, не рас-
сеивающих при этом энергии. Однако в реальных условиях наблю-
дается излучение в определенном спектре длин волн, а материа-
лы не только пропускают лучистую энергию на определенную глу-
бину, но и рассеивают ее. В этих условиях вводится коэффици-
ент суммарного ослабления (экстинкции) лучистого потока:
k=a-\-s, , (2.16)
учитывающий поглощение (а) и рассеивание (s) энергии.
В этих случаях экспоненциальные функции вида (2.15) носят
приближенный характер.
Таким образом, пищевые пррдукты как объекты инфракрас-
ного нагрева характеризуются терморадиационными (A, R, Dx)
и оптическими (a, s, k) свойствами. Свойства эти могут быть
спектральными, т. е. отнесенными к определенной длине волны
и обозначаемыми соответствующей буквой с индексом к, напри-
мер, Dx или ах , и интегральными, т. е. отнесенными ко всему взя-
тому диапазону длин волн и обозначаемыми соответствующей бук-
вой без индекса. Знание терморадиационных и оптических свойств
пищевых продуктов необходимо для выбора соответствующего ти-
па генератора излучения, расчета рабочих камер аппаратов с ин-
фракрасным нагревом и для определения продолжительности на-
грева продуктов' до их готовности.
Отметим, что способность пищевых продуктов поглощать и
рассеивать лучистую энергию зависит от диапазона длин волн
(частот). Так, при 1=0,4—1,1 мкм наблюдается значительное
рассеяние и слабое поглощение, при 1=1,4—мкм — среднее
рассеяние и поглощение и пря 1=3—12 мкм — слабое рассея-
Таблица 2.1
Глубина проникновения инфракрасной энергии
в пищевые продукты
Продует Глуби да про- никновения, мм
Лед (из дистиллированной воды) . 0,88 30
Хлеб ржаной 1,00 7
Хлеб пшеничный 1,00 11—12
Хлеб украинский . . 1.00 18—20
Тесто пшеничное (влажность 44%) .' 1,00 4
Сухарь ........ 1,00 4
Морковь 0,88 1,5
Сырой картофель 1,00 6
Сухой картофель 0,88 15—18
Томатная паста (влажность 70—80%) 1,00 1
Говяжье мясо 1,00 4—6
вне и сильное поглощение. Понятно, что между пропускательной
и поглощательной способностями наблюдается обратная зависи-
мость, так как если поверхностный слой хорошо поглощает лучи-
стую энергию, то проницаемость такого продукта невелика, и на-
оборот. Информацию об А и D можно получить, измеряя одну
из этих величин, например D, что чаще всего и делается.
На терморадиационные свойства пищевых продуктов сущест-
венное влияние оказывают их плотность и влажность. С ростом
плотности увеличиваются и Sj , благодаря чему уменьшается
Rx . Зависимость терморадиационных свойств от влажности опре-
деляется формой связи влаги с телом, оптическими свойствами
сухого вещества, структурой тела и состоянием его поверхности.
Dx с уменьшением влажности в области 1=0,4—1,4 мкм умень-
шается, а в области 1=1,4—1,5 мкм — повышается. С ростом
влажности в области 1=1,4—15,0 мкм Rx снижается, что связано
с большим значением для водыв этой области.
Спектральные Dr и Rx и интегральные D н R для продуктов
растительного происхождения по абсолютной величине больше,
чем для продуктов животного происхождения. Так, например,
соответственно Rx =20—34% н R=8—12%.
Терморадиационные характеристики пищевых продуктов изме-
няются в ходе тепловой обработки последних, так как при этом
22
происходят изменения их структуры и состояния поверхности
(цвета, шероховатости, влажности). Для большинства пищевых
продуктов при их тепловой обработке D уменьшается, a R увели-
чивается, однако эти изменения, как правило, невелики.
Как видно из изложенного, пищевые продукты обладают се-
лективными терморадиационными и оптическими свойствами, т. е.
они способны по-разному поглощать, пропускать, отражать и рас-
сеивать лучистую энергию в зависимости от длины волны (час-
тота колебаний).
Приведем данные о глубине проникновения лучистой инфра-
красной энергии в пищевые продукты (табл. 2.1), что полезно
знать для сщенки ИК-нагрева образцов продуктов различных раз-
меров и для тепловых расчетов соответствующей аппаратуры.
Как видно из табл. 2.1, инфракрасная энергия в большинство
пищевых продуктов проникает на небольшую глубину, т. е. основ-
ное ее количество выделяется в поверхностном слое. В резуль-
тате образуется специфическая поджаристая корочка, что являет-
ся характерным для ИК-нагрева пищевых продуктов.
23. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАГРЕВ
Нагрев пищевых продуктов в СВЧ-поле является сложным про-
цессом. Чтобы понять его физическую сущность, нужно предста-
вить вначале виды токов и тесно связанные с ним среды, в кото-
рых эти токи распространяются.
1. Ток смещения в вакууме1. Под этим током понимается изме-
нение во времени электрического поля в вакууме, приводящее к
образованию магнитного поля.
Ток смещения в вакууме не вызывает тепловых потерь, так как
«среда» (вакуум) непоглощающая. В вакууме распространение
электромагнитного поля происходит со скоростью света так, что
амплитуды векторов напряженностей электрического (Е) и маг-
нитного (Н) полей не уменьшаются, не затухают. Глубина про-
никновения электромагнитного поля в вакууме не ограничена,
т. е. равна бесконечности, поскольку энергия поля не расходует-
ся на взаимодействие с какими-либо частицами материи (в вакуу-
ме их нет). Понятие «ток смещения в вакууме» было введено в
1873 г. английским ученым Д. К. Максвеллом, которому принад-
лежит основная заслуга в изучении электромагнитного поля.
2. Ток смещения в идеальном диэлектрике. С точки зрения воз-
можного нагрева тела идеальный диэлектрик аналогичен вакууму,
а ток смещения в нем — току смещения в вакууме. Так же как и
вакуум, идеальный диэлектрик является непоглощающей средой
(т. е. глубина проникновения поля в него равна бесконечности)
1 Имеется в виду абсолютный вакуум, т. е. «среда» без материальных
частиц.
и некоторой материальной средой, скорость распространения
электромагнитного поля в которой меньше, чем в вакууме (мень-
ше скорости света).
3. Ток смещения в реальном (несовершенном) диэлектрике.
Этот вид тока иногда называют током поляризации. В реальном
диэлектрике энергия электромагнитного поля расходуется на по-
ляризацию молекул или (и) атомов, что приводит к его нагреву,
Реальный диэлектрик — среда поглощающая, в которой ампли-
туды векторов напряженностей электрического и магнитного по-
лей уменьшаются, а глубина проникновения электромагнитного
поля внутрь реального диэлектрика является конечной величиной.
4. Ток проводимости. Этбт ток представляет собой упорядо-
ченное движение электрических зарядов под действием сил поля.
Ток проводимости может возникать в полупроводниках, хоро-
ших проводниках и идеальных проводниках.
Под полупроводником понимается такая среда, в которой токи
проводимости и токи смещения сопоставимы по величине. Погло-
щающая среда в электромагнитном поле нагревается за счет то-
ков смещения и проводимости; глубина проникновения поля явля-
ется конечной величиной.
Под хорошим проводником понимается такая среда, в которой
токи проводимости намного больше токов смещения, так что
последними можно пренебречь.
'“Среда поглощающая в электромагнитном поле нагревается за
счет токов проводимости, глубина проникновения — конечная не-
большая величина (быстро нагревается поверхностный слой тела).
Наконец, под идеальным проводником понимается такая сре-
да, проводимость которой равна бесконечности. В идеальный про-
водник электромагнитная волна совсем не проникает: она полно-
стью отражается от него, а ток проводника становится поверхност-
ным током.
Заметим, что ток поляризации и ток смещения в вакууме и
идеальном диэлектрике могут иметь место только в переменных
во времени электрических полях, а ток проводимости — в посто-
янных и переменных во времени электрических полях. Из приве-
денного понятно, что в вакууме и идеальном диэлектрике ток про-
водимости равен нулю, а в реальном диэлектрике им можно пре-
небречь ввиду малой величины по сравнению с током смещения.
С электрофизической точки зрения пищевые продукты должны
быть отнесены к полупроводникам. При приложении внешнего
электрического поля в них возникают токи смещения, отражающие
диэлектрические свойства, и токи проводимости, отражающие
перемещение свободных зарядов. Последние всегда имеются во
влажных пищевых продуктах, поскольку основания, кислоты и со-
ли диссоциируют в воде, в результате чего образуются ионы и
возникает активная проводимость материала.
Эффект разогрева пищевых продуктов в сверхвысокочастот-
ном (СВЧ) поле связан в основном (но не полностью) с их ди-
электрическими свойствами, которые определяются поведением в
таком поле диполей. Диполи (дипольные молекулы и атомы) мо-
гут находиться в пищевом|продукте, например молекулы воды, и
возникать в нем под действием внешнего электрического поля.
Ориентация уже имевшихся диполей, а также возникновение но-
вых диполей и их ориентация под влиянием внешнего электриче-
ского поля составляют существо поляризации. Это явление зани-
мает центральное место в механизме возникновения теплоты в
тёлах, находящихся в СВЧ-поле. Ниже рассматриваются основные
виды поляризации.
Электронная, или оптическая, поляризация заключается в том,
что под влиянием электрического (электромагнитного) поля
электроны атома смещаются и дипольный момент его становится
больше нуля (в отсутствие поля дипольный момент таких атомов
равен нулю). К материалам, в которых наблюдается этот вид
поляризации, относятся диэлектрики, состоящие из отдельных
атомов. Такие материалы называют неполярными.
Инфракрасная, или ионная, поляризация характеризуется сме-
щением ядер атомов относительно' центров равновесия. Материа-
лы, у которых под влиянием поля возникает дипольный момент,
обусловленный инфракрасной и электронной поляризациями, назы-
ваются полярными. К таким диэлектрикам относятся ионные кри-
сталлы, у которых узлы решетки заняты ионами (Na+, С1~), и
большинство кристаллических солей.
Ориентационная поляризация заключается в ориентации по-
лярных молекул (диполей) под влиянием внешнего поля вдоль
этого поля.
Материалы, у которых наблюдаются все три вида поляризаций
(электронная, инфракрасная и ориентационная), называются ди-
польными.
Макроструктурная поляризация заключается в том, что в пре-
делах данного включения (макрочастицы) под влиянием внешне-
го электрического поля свободные электроны и ионы перемеща-
ются вдоль поля, благодаря чему это включение становится по-
добным огромной поляризованной молекуле со своим моментом.
Электролитическая поляризация возникает благодаря смеще-
нию ионов под воздействием поля, в результате чего образуются
области концентрирования (накопления) частиц с положительны-
ми и отрицательными зарядами. Этот вид поляризации наблюда-
ется в диссоциированных растворах.
Таким образом, момент сил, воздействующих на атомы, ионы,
молекулы и макрочастицы при помещении пищевого продукта во
внешне электрическое поле, равен
2И = Л/опт-|-Л4инф-4--Мор + ^макр + ^эл> (2.17)
где в правой части уравнения приведены соответственно моменты
сил„возникающие при оптической (электронной), инфракрасной,
ориентационной, макроструктурной и электролитической поляри-
зациях.
Отметим, что электронная (оптическая) поляризация следует
мгновенно за изменением внешнего электрического поля (иначе ее
называют упругой), т. е. процессы возникновения и исчезновения
внутриатомного электрического поля не могут вызвать заметных
потерь внешнего поля. Поэтому МОпт не может оказывать замет-
ного влияния иа нагрев тела. Макроструктурная и электролитиче-
Рис. 2.4. Схема взаи-
модействия электро-
магнитных колебаний
сверхвысоких частоте
пищевым продуктом
Ская поляризации также не могут играть боль-
шую роль в нагреве тела, так как эти виды
поляризации, связанные с перемещением заря-
женных частиц внутри довольно больших
включений (иа что требуется определенное
время), в электрическом поле достаточно вы-
сокой частоты не успевают завершиться за
период колебаний поля, т. е. в условиях высо-
кочастотного поля Ммакр и Мэл не успевают
возникнуть.
Указанное выше позволяет представить
пищевой продукт как диэлектрик, помещен-
ный во внешнее электрическое поле, напри-
мер между обкладками конденсатора, следу-
ющим образом (рис. 2.4). На. этом рисунке
двухатомная молекула представлена в виде
гантели и способна колебаться как осцилля-
тор (инфракрасная поляризация) и вращать-
ся как ротор (ориентационная поляриза-
ция). В реальном диэлектрике колебательные
и вращательные движения молекул связаны
с внутренним трением, в результате чего вы-
деляется теплота. Энергия внешнего поля, затраченная на поляри-
зацию диэлектрика, превращается в нем в теплоту, причем тепло-
та возникает во всем объеме материала, а ие только иа его по-
верхности. Поэтому ДЭ-нагрев часто называют объемным нагре-
вом.
В реальном диэлектрике полный ток смещения за счет электри-
ческих потерь, что связано со взаимным трением молекул, опере-
жает приложенное напряжение на угол <р < (в идеальном
электрике у=~\ (рис. 2.5), т. е. вектора тока смещения 1см
ди-
от-
стает от вектора емкостного тока 1е на угол —<р- Угол 6 ха-
рактеризует отставание поляризации от напряженности поля
и
называется углом диэлектрических потерь. Количество теплоты,
выделяющейся в единице объема диэлектрика в единицу времени
при воздействии на него СВЧ-поля, определяется как потеря
мощности в единице объема:
i
'=Т’
(2.18)
где Р — общая потеря мощности в диэлектрике объемом V,
26 •
• Известно, что
P±--UI CMcos<p, (2.19)
Рис. 2.5. Фазовые со-
отношения между то-
ком смещения и на-
пряжением в реаль-
ном диэлектрике
(2.24)
где U ।—напряжение.
Для тока смещения напишем:
/CM=wcU (2.20)
где ®=2nv—угловая частота поля; v — частота колебаний поля;
с ~ емкость диэлектрика.
Подставив (2.20) в (2.19), получим определе-
ния потери мощности в диэлектрике
РкLPс • coscp. (2.21)
Очевидно, что »
cos<p= sin(90—<р)= sin8. ~ (2.22)
Для диэлектриков угол б обычно мал, т. е,
' можно принять sin6«tg6.
С tgl. (2.23)
Так как V=Sd, где S — поверхность рабочей
части пластин конденсатора, d — расстояние
между ними, а для однородного поля U/d=
=Е—напряженность . поля и c=eS/4nd, то
из формулы (2.18) получим
p=Q5 е tg Е\
где а — относительная диэлектрическая проницаемость материала.
Если v выразим в Гц, Е — в В/см, то для р в Вт/см3 будем иметь
/>=0,556 • 10-I2etg8v£\ (2.25)
Относительная диэлектрическая проницаемость среды показыва-
ет, во сколько раз в данной среде по сравнению с вакуумом умень-
шается сила взаимодействия зарядов. Диэлектрическая проницае-
мость вакуума (электрическая постоянная) ео=8,85-10-12 ф/м.
Таким образом, количество тепловой энергии, выделяющейся в
единице объема материала в единицу времени и выраженной в
Дж/(см3-с), согласно формуле (2.25) зависит от диэлектрических
свойств материала 8 и tg 6 и от параметров поля высокой часто-
ты v и Е.
Величины в и tgd могут рассматриваться как мера поглоще-
ния энергии внешнего электрического поля. Иногда онй объединя-
ются следующим образом:
/С=а . tg8, (2.26)
где К — коэффициент поглощения.
Кроме поляризации, при ДЭ-нагреве влажных пищевых продук-
тов за счет перемещения свободных зарядов возникает, как указы-
валось выше, ток проводимости 1пр, так чТо общий ток в полупро-
воднике
/=/см + /пр. ,(2.27)
В этой связи угол общих потерь 61 больше угла диэлектрических
потерь б и ф1<ф. Поэтому общее количество теплоты, выделяю-
щейся при ДЭ-нагреве, определяется суммой диэлектрических
потерь и потерь, связанных с возникновением проводимости.
Диэлектрические свойства пищевых продуктов и различных
материалов зависят главным образом от их природы, влажности,
температуры и частоты колебаний поля (табл. 2.2).
Таблица 2.2
Диэлектрические свойства некоторых продуктов
(v = 2400 МГц, t = 20°C)
Продукты Диэлектрические свойства
8 tg а К
Говядина 49 0,354 17,9
Треска 50,5 0,386 19,5
Куры I категории (измельченное мясо) 29 0,350 10,0
Картофель (Лорх) 56,7 0,268 15,2
Яблоки (Антоновка) 58,1 0,258 15,6
Малина (Мальборо) 54,1 0,250 13,6
Так, для таких упаковочных материалов, как полиэтилен и
^фторопласт, 6=24-2,2, тогда как для большинства пищевых про-
дуктов е=30—60 (табл. 2.2); исключение представляют жиры, для
которых 6=34-5. Поэтому продукты, упакованные в пленку, на-
греваются в СВЧ-поле, тогда как сама пленка и среда (воздух) за
счет электромагнитного поля практически не нагреваются. Отсю-
да ДЭ-нагрев иногда называют «холодным» нагревом, подчерки-
вая этим благоприятные условия труда (нет перегрева СВЧ-аппа-
ратов и окружающей среды).
С ростом влажности материала его с увеличивается, что впол-
не понятно, так как для воды е «80. Так же выглядит эта зависи-
мость и для К, однако для некоторых продуктов (мясо, треска)
при влажности 48—52% значение К становится постоянным.
Для большинства продуктов с ростом температуры е умень-
шается, что можно объяснить уменьшением е воды, а также неко-
торыми потерями воды. Зависимость К от температуры, как пра-
вило, обладает некоторым максимумом.
Как видно из табл. 2.3, с увеличением частоты колебаний
с, tg6, К уменьшаются, однако темп этого уменьшения сущест-
венно отстает от роста частоты (в приведенных в табл. 2.3 приме-
рах'К уменьшается приблизительно в два раза при росте у в де-
сять раз). Поэтому при увеличении v в соответствии с формулой
(2.25) . происходит быстрый нагрев пищевых продуктов. Однако
28
вопрос этот осложняется еще и тем, что с ростом v в соответствии
с формулой
Д,= 9,5^]°a . ' (2.28)
f И s tg8
происходит уменьшение глубины А проникновения СВЧ-поля
внутрь материала.
Таблица 2,3
Диэлектрические свойства некоторых продуктов
при различных частотах поля (t = 20°C)
Продукты Частота колебаний, МГц Диэлектрические свойства
е tgS К
Говядина (мышечная ткань) 300 54,2 0,653 35,4
3000 47,4 0,358 17,0 —
Треска (мышечная ткаиь) 300 58,2 0,630 36,7
3000 49,5 0,380 18,8 .
Отметим, что под А (для пищевых продуктов — см. табл. 2.4)
понимается расстояние, на протяжении которого амплитуда напря-
женности поля уменьшается в е раз, т. е. величина А является ме-
рой затухания напряженности, а следовательно, ,и количества об-
разующейся внутри тела теплоты, а не расстоянием, дальше
(глубже) которого СВЧ-поле вообще не проникает. Чем меньше А,
тем более интенсивно данный материал поглощает СВЧ-энергию.
Таблица. 2-4
Глубина проникновения СВЧ-поля внутрь пищевых продуктов
Продукты Глубина проникновения в мм на частотах, МГц
, 2375 915 433
Говядина постная 10 22 37
Жир свиной 90 230 320
Треска, судак 9 21 35
Картофель 12 25 46
Яблоки 10 24 48
Тесто 16 35 54
Сложный характер взаимодействия количества выделяющейся
теплоты (формула 2.25) и глубины проникновения СВЧ-полд
^формула 2.28) приводит к необходимости подбора материала
такой толщины, чтобы не наблюдалось перегрева его наружных
(при больших значениях К) и внутренних (при малых значени-
ях К) слоев. Например, при частоте 2400 МГц, что Характерно
для обработки пищевых продуктов, оптимальная их толщина опре-
деляется по приближенной формуле:
£=—4=» (2-29)
V к
где А — число, зависящее от свойств материала (для большин-
ства пищевых продуктов А=6—8).
В соответствии с формулой (2.25) напряженность поля Е су-
щественно влияет на величину поглощаемой энергии. Однако
при значительном увеличении напряженности7 может произойти
электрический пробой материала, что приводит к его порче.
Поэтому допустимая величина напряженности должна быть в
1,5—2 раза меньше напряженности, при которой происходит
электрический пробой материала.
^Отметим также, что объёмный характер ДЭ-нагрева ускоряет
тепловую обработку пищевых продуктов на порядок по сравнению
С традиционными методами их приготовления. Это является прин-
ципиальным преимуществом ДЭ-нагрева, благодаря которому он
нашел широкое применение для размораживания и разогрева го-
товых кулинарных изделий. Однако ДЭ-нагрев обладает и недо-
статком, заключающимся в отсутствии на поверхности изделий
специфической поджаристой корочки. Поэтому ДЭ-нагрев рекомен-
дуется применять в комбинации с ИК-нагревом и традиционными
методами тепловой обработки (жаренье на сковороде, в шкафу,
во фритюре).
2.4. ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ
В металлах током смещения можно пренебречь и рассматри-
вать распространение электромагнитного поля только за счет то-
ков проводимости. Металлы относятся к поглощающим средам
(хорошим проводникам), в которых глубина проникновения Д,
скорость распространения электромагнитных волн (так называе-
мая фазовая скорость) Уф и длина волны X соответственно равны
(2.30)
(2-31)
(2.32)
где V — частота колебаний, с-1; р — относительная магнитная про-
ницаемость среды, безр; ро—магнитная постоянная (|хо=4лХ
Х10-7 мкг/(А2-с2); т — проводимость среды, А2с3/(м3-кг). Отно-
сительная магнитная проницаемость среды р показывает, во
сколько раз магнитная индукция поля, созданного током в данной
среде, больше, чем в вакууме.
Из соотношений (2.30) и (2.32) очевидно, что
(2'М)
т. е. глубина проникновения меньше длины волны в проводнике в
2л раз.
Примеры численных значений 1, Уф и Д для некоторых метал-
лов приведены в табл. 2.5. Здесь же для сравнения приведены зна-
чения Л, Для вакуума. Магнитная проницаемость р, зависит от на-
Таблица 2.5
Зависимость длины волны Л, фазовой скорости
и глубины проникновения Д электромагнитных колебаний
в некоторых металлах от частоты колебаний »
V, с’’ 1. см V, см/с
сталь, t=300°C сталь. t=20°C медь, t=50°C вакуум сталь, 1=800°С
50 2500 10* 10‘ 44,6 6,33 3,16 0,316 4,46 0,633 0,316 ‘ 3,16-ГО** 6 0.85 0.425 4,25-1J-’ 6-10’ 1,2-10J 3-10’ 3-10* 2 230 15 500 31 650 3.16105 Продолжение
V, с’1 V. см/с Д, см
сталь, 1=20°С | медь сталь, t=800°C сталь, t=20°C медь
50 223 300 . 7.И 0,71 0,95
2500 1 550 2 125 1.0 0,1 0,13
10* 3 160 4 250 0,5 5-ГО-» 6,7-10’5
10* 31 600 42 500 5-10’5 5-10-» 6.710-5
пряженности магнитного поля, и поэтому приведенные в табл. 2.5
данные носят приближенный характер. Как видно из табл. 2.5,
скорость распространения электромагнитных колебаний относи-
тельно невелика (в вакууме она равна скорости света), но все-та-
ки достаточна для быстрого прогрева. Взаимодействие электро-
магнитного поля с металлами вызывает возникновение в нем ин-
дуктированных токов, • которые и приводят к его разогреву. В
практических условиях прогрев металла до температуры в не-
сколько сот градусов заканчивается в течение нескольких минут.
Быстро прогревается поверхностный слой, так как глубина
проникновения невелика.
В соответствии с этим количество тепловой энергии, выделя-
ющейся в металле, уменьшается в зависимости от глубины по экс-
поненциальному закону:
Д/, (2.34)
где Но — напряженность магнитного поля на поверхности металла
(z=0). .
На поверхности металла (z=0)
2аД
На глубине проникновения A '
„О Tji
(2.35)
(2.36)
Таким образом, в поверхностном слое металла толщиной А
выделяется
т
д Q==/Vo—Л/д=0,864——о =0,864Д/о,
2 бЛ
,(2.37)
т. е. 86,4% энергии электромагнитного поля. От поверхности ме«
талла внутрь теплота быстро распространяется путем теплопро-
водности, которая у металлов имеет большую величину.
Глава 3
КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ
ПРОДУКТОВ В ОБЩЕСТВЕННОМ ПИТАНИИ
3.1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В производстве продуктов общественного питания, как и во
всяком другом производстве пищевых продуктов, возникают яв-
ления различной физической природы (перенос теплоты, массы и
т. п.), протекающие с разными механизмами (молекулярным, кон-
вективным и т. п.). К таким явлениям относятся тепловые, диф-
фузионные, механические, гидромеханические, электрические и
другие, составляющие соответствующие процессы.
Сделаем основные определения на примере тепловых и диффу-
зионных явлений. Поэтому вначале перепишем, уравнение (1.2),
для одной оси xs
Уравнение (3.1) описывает перенос теплоты с молекулярным ме-
ханизмом (теплопроводностью) в любых телах (твердых, жидких
и газообразных) при любых условиях. Однако оно является слиш-
ком общим и не может быть непосредственно использовано для
определения температуры как функции других величин. Чтобы по-
лучить такую возможность, нужно решить уравнение (3.1) относи-
тельно t, а для этого необходимо из всей совокупности явлений
теплопроводности выделить некоторую группу, обладающую опре-
деленной общностью в ограниченных пределах. Выделение это
производится с помощью условий однозначности, которые включа*
|вт ^бметрическйе границы Тела (егоформу),
ныймомент времени (на «старте»), условия на границе тела е
внешней средой (граничные условия) И значения основных Коэф-
фициентов, характеризующих данные явления. Например,- услови-
ями однозначности в рассматриваемом случае могут быть:
1. Теплопроводность протекает внутри параллельных неограни-
ченных по площади плоскостей, расстояние между которыми рав-
но /, т. е. внутри неограниченной пластинки толщиной I.
2. В начальный момент времени температура внутри пластин-
ки толщиной I распределена равномерно (одна и та же в каждой
точке), т. е.
т=О, /=4; 0 < х < I.
3. В любой момент времени температура на границе раздела
фаз равна нулю: - . —
. т=т;; л=0;х—Z;/=0,
а теплопроводность внутри пластинки не тормозится отводом
теплоты от ее поверхности.
4. Коэффициент температуропроводности не зависит от темпе-
ратуры и координаты (пластинка изотропна): . ,
t, — t = 0 < х < I; const.
При указанных условиях однозначности уравнение (3.1) мо-
жет быть решено относительно t, при котором получается расчет-
ное-уравнение вида ?
t—f(t0,l,x,a,t), (3.2)
с помощью которого рассчитывается температура в данной точке
х внутри пластинки как функция времени т, коэффициента темпе-
ратуропроводности а, толщины пластинки I и ее начальной темпе-
ратуры ^. Естественно, что такой расчет должен соответствовать/
реальной физической картине. :'
Конкретные числовые значения х,I, т, t0, а й единственное
значение получаемого ответа выделяют из всего .огромного коли-
чества явлений одно единичное явление, , ,:
Совокупность числовых значений условий . однозначности - есть,
признак единичного явления. , '
Единичное явление протекает в совершенно конкретных усло-
виях, развитие и конечный результат его однозначно определяют-!
ся этими условиями. Единичное явление обладает только одному
ему присущими индивидуальными .особенностями - и протекает-
совершенно определённо. .
Буквенные значения условий, однозначности выделяют из боль-
шого числа единичных явлений группу явлений. Группа яцлеций;
щ следовательно, любое единичное явление дайной группы про-
текают по одному и тому же закону —в рассматриваемом слу-
чае—по уравнению (3.2), вид которого определяется условиям#,
однозначности. Общность условий однозначности есть признак
труппы явлений. 1
2 Закв» М- 267 j 33 v
Изменение условий однозначности всякий раз будет приводить
к иовой группе явлений. Однако механизм протекания всех групп
явлений, образующих класс, один и тот же, в рассматриваемом
случае — теплопроводность. Все группы явлений данного класса
описываются одним законом, например в случае теплопроводно*
сти — уравнением (3.1).
Единство механизма протекания есть признак класса явлений.
Класс явлений не обладает какими-либо условиями однознач-
иости. Например, уравнение (1.6), относящееся к явлениям мо-
лекулярной диффузии, описывает все явления этого класса, про-
текающие в природе и технике: молекулярную диффузию в твер-
дых телах, жидкостях и газах. Передача теплоты и вещества мо-
жет осуществляться не только молекулярными, но, например, и
конвективным путем, т. е. явления с различным механизмом про-
текания объединяются в явления одной физической природы (теп-
лопроводность и конвективный теплоперенос, молекулярная и
конвективная диффузия и т. п.). С другой стороны, явления раз-
личной физической природы могут протекать с одинаковым (ана-
логичным) механизмом (например, теплопроводность и молеку-
лярная диффузия).
Единство физической природы есть признак типа явлений.
3.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЯВЛЕНИЙ И ПРОЦЕССОВ
На рис. 3.1 представлена схема классификации явлений про-
изводства продуктов общественного питания. Как видно из это-
го рисунка, тип I — тепловые явления — включает 5 классов,
тип II — диффузионные явления — 3 класса. Именно эти типы и
классы явлений составляют существо процессов тепловой обра-
ботки пищевых продуктов н поэтому являются основой изучения
теплового оборудования.
В подавляющем большинстве случаев технологический процесс
состоит из совокупности явлений различных типов и классов, по-
следние в свою очередь включают различные группы и множе-
ство единичных явлений, или, говоря иными словами, типы и классы
явлений есть отдельные, взаимосвязанные стороны технологическо-
го процесса. В еще более общем виде можно представить, что
технологический процесс, как правило, есть совокупность явлений
различной физической природы.
Процессы принято классифицировать по главному типу явле-
ний. В связи с этим различают следующие процессы: I — тепло-
вые, II—диффузионные, III — механические, IV — электрические;
V — химические; VI — биохимические; VII—поверхностные и т. д.
Когда трудно в качестве главного выделить какой-либо тип
явлений, то соответствующие процессы рассматриваются как сме-
шанные: диффузионно-тепловые, механико-тепловые, электродиф-
фузионные и т. п.
К тепловым процессам относятся процессы передачи теплоты
через стенки (поверхности нагрева) аппаратов, разогрева аппа-
jTa-roB [выхода их на рабочий рё'жймУ,* пбтерь тепЙоты в Окружа-
ющую среду, размораживания и разогрева кулинарных изде-
лий и др.
К диффузионным процессам можно условно отнести варку
бульонов при постоянной температуре (при кипении бульона). К
механическим процессам относятся процессы перемешивания
продуктов, транспортирования продуктов, посуды, комплексных
обедов и др. Вообще же этот тип процессов протекает в основном
в механическом оборудовании, которое здесь не рассматривается,
К электрическим процессам относятся процессы индукционного
нагрева, нагрева проводников электрическим током, регулирова-
ния мощности электротепловых аппаратов, К химическим могут
быть отнесены процессы сжигания различного топлива.
В общественном питании трудно выделить чисто диффузи-
онные процессы, однако диффузионно-тепловые процессы распро-
странены очень широко и играют ведущую роль в обработке пи-
щевых продуктов. К ним можно отнести процессы жарки (в
шкафах, во фритюрницах и на сковородах), выпечки, варки при
изменяющейся температуре, пассерования, многие комбинирован-
ные процессы.
3.3. КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ
Явления, связанные с производством продуктов общественно-
го питания, несмотря на их многообразие, обладают некоторой
общностью. Эта общность, которая может быть распространена
на несколько типов явлений, и прежде всего на диффузионные
I С P f: Il T
и тепловые, заключается в единстве их кинетических1 законо*
мерностей. Последние можно сформулировать следующим обра*
Зом. •
Мгновенное значение скорости явления равно произведению
кинетического.коэффициента и градиента потенциала.
Под скоростью явления здесь понимается количество вещества
(в тепловых явлениях — теплоты), переносимого через единицу по-
верхности в единицу времени, т. е. понятие «скорость» идентич*
но понятию «плотность потока» (см. с. 3, 5 и др.).
Под потенциалом явления понимаются температура, концент*
рация (влагосодержание), давление. Под кинетическим коэф*
фициентом понимается скорость явлений при градиенте потен*
циала, равном единице. Это, например, коэффициенты теплопро*
водности, диффузии, фильтрации и т. и.
Общая математическая запись единства кинетических законо*
Мерностей будет выглядеть так:
I—LX, (3.3)
где I —скорость; L — кинетический коэффициент; X — градиент по-
тенциала.
, Эту общую запись целесообразно проиллюстрировать разными
типами явлений. Для этого рекомендуем выписать для одной оси,
например х, соответствующее уравнение для теплопроводности
(1.1); молекулярной диффузии (1.5), конвективной диффузии
- (1.9), влагойроводности (1.12), фильтрационного переноса пара
под действием нерелаксированного давления (1.23) и фильтраци-
онного переноса жидкости (смеси жидкости с паром) под дей-
ствием гидродинамического давления (1.24). <
В этих уравнениях qt, q^ qmi, qna, qmPp и ^ — соответствен-
но скорости теплопроводности, молекулярной, турбулентной диф-
фузии, влагопроводности (массопроводностн), фильтрационного
переноса пара под действием нерелаксированного давления и
фильтрационного переноса жидкости (смеси жидкости с паром)
под действием гидродинамического давления; X, DM, DT, Хщ, Кр,
Ко — соответствующие кинётическйе Коэффициенты; dtfdn, dCjdn,
дв/дп, дРр/дп и дРо/дп— градиенты соответствующих потенциа-
лов. ’ -
Как видно из изложенного, явления различной физической при-
роды (тепловые, диффузионные, гидродинамические), протекаю-
щие с различными механизмами, подчиняются одному и тому же
закону (3.3). В этом и состоит единство их кинетических законо-
мерностей.
1 Греческое слово kinetikos означает «относящийся к движению».
Глава 4
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ АППАРАТОВ
(КОНСТРУКТОРСКИЙ И ПОВЕРОЧНЫЙ)1
4.1. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС АППАРАТОВ
В период разогрева теплового аппарата, когда температурное
поле всех его элементов зависит от времени и температура как
самого аппарата, так и содержимого рабочего объема повыша-
ется, имеет место нестационарный (неустановивщийся) режим ра-
боты аппарата.
После окончания нестационарного периода разогрева аппарата
и стабилизации температурного поля во времени аппарат начина-:
ет работать в стационарном (установившемся) режиме2 *.
Тепловой баланс аппарата имеет следующий вид:
'QsQi+Q»+Q»+Q«H-Q»+Qe» (4.1)
где Q — общее количество теплоты, подведенной к аппарату;
Qi — полезная теплота, воспринимаемая содержимым рабочей ем-
кости аппарата; Qa — потеря теплоты с продуктами сгорания топ-
лива, покидающими аппарат; Qs — потеря теплоты в результате
химической неполноты сгорания топлива; Q< — потеря теплоты
вследствие механического недожога топлива в результате попа-
дания части горючих элементов в шлаки н золу; Qs — потеря теп-
лоты, отдаваемой окружающей среде наружными поверхностями
аппарата; Q6 — потеря теплоты на разогрев конструкции аппарата.
Потеря теплоты на разогрев конструкции аппарата имеет мес-
то лишь при нестационарном режиме его работы, когда темпе-
ратура всех элементов конструкции увеличивается. Для аппара-
тов с косвенным обогревом, имеющих теплогенератор, заполнен-
ный теплоносителем, при определении Q6 необходимо учитывать
теплоту, расходуемую на нагревание теплоносителя до его уста-
новившейся максимальной температуры (например, температуры
кипения).
Все составляющие теплового баланса, указанные в формуле
(4.1), имеют единицы измерения кДж, Дж или Вт.
В табл. 4.1 и 4.2 приводятся формулы для определения состав-
ляющих теплового баланса при обоих режимах работы аппарата
и при различных видах обогрева, используемых на предприятиях
общественного питания. Обозначения и единицы измерения к
табл. 4.1 и 4.2 приведены в табл. 4.3.
Потеря теплоты с продуктами сгорания, покидающими газо-
вый или твердотопливный аппарат, представляет собой разность
1 Общие сведения о тепловых аппаратах приведены в гл. 3, конструкции —
в разделах 3, 4, 5 в соответствии с утвержденной программой курса.
2 При этом внутри пищевого продукта происходит изменение его свойств
по времени, т. е. по отношению к продуктам процесс не ивляется стационарным.
Таблица 4.1
Виды обогрева Режимы Соетавляшщие теплового баланса, Вт
Q 1 Qi 0. Q. Qi Q« Q.
Электрический Нестацио- нарный Стационар- ный АГ, A4ce (t« — - *h).-4* (котлы) 0к“*н) (водонагре- ватели) 0 0 0 n 1=1 Z=tl /=1 0
Газовый Нестацио- нарный Стационар- ный VrQPH Так же Vr (SVcZy* — —a^V «бвозд^воэд) ^СО^СО^Г 0 Так же Так же
Паровой Нестацио- нарный Стационар- ный Dts (1п~~ ‘к) Так же 0 0 0 Так же Так же
Твердотоплив- ный Нестацио- нарный .Стационар- ный 5QPB Так же 5(SVc^- —tO возд^ воЗд) VCoW QupZB Так же Так же
Примечания: 1. т, с. 2. Qco — 12,81 • 10® Дж/м’ — теплота сгорания СО. 3. Qnp=-32,76-10’ Дж/кг — теплота сгорания го-
рючих элементов в провале. 4. Для некоторых других аппаратов полезная теплота определена в третьем и четвертом разделах.
5. Физический смысл приведенных формул ясен нз их описании, а также нз таблицы обозначений и единиц нзмерення величин,
входящих в указанные формулы. 6. Слова «так же» обозначают, что данная составляющая теплового баланса для данного вида
обогрева при обоих режимах определяется так же, как длн электрического обогрева.
Таблица 4.2
Виды обогрева Режимы Составляющие теплового баланса, кДж
Q . Qi Q. Q. Q. Qs 1 Q,
Электриче- ский Нестацио- нарный Стационар- ный ЗбООУУэТд 360(W9 'ИСв (1к <н уМг, ^8св (^К 1 0 0 0 x ~ “ x Ъ , ibda "Tg iTbda 1 " 1 ~ 1 * Ж a i € X x S ciG^i /=з! 0
Газовый Нестацио- нарный Стационар- ный vcrQpH * Так же Уиг(51/щух— аУ*У»Свовд^возд). УСГ(ЕУС1УХ — аУХ^«Свозд^во»д) 12310^«г 12810/cot/cT 0 Так же Так же
Паровой Нестацио- нарный Стационар- ный Оип Gn~'be) (In—he) Так же 0 0 / 0 Так же Так же
Твердотоп- ливный Примем со ному й стацис Нестацио- нарный Стационар- ный зния: 1, Вел тарному реж Z?°tQPb ичины при ст имам. Так же ационарном р Внт (SVcf>’x — аУХ^«С603Д^а03д) Вст(Е^ух-- “УХУоСвозд^зд) ежнме взнты при г 12810VCOB»T 12810VCOB=T e= 1 4, 2, № 32760zBHT 32760zB=T 1дексы «н» и Так же «с» относятся к н Так же естационар-
, ! * . .»«< , • Та б лица• 4.3
Обозначения иединицы измерения,
приведенные в табл. 4.1 и 4.2
Обозна- Единицы измерения
Величины чения табл. 4.1 • табл. 4.2
Время г С ч
Электрическая мощность Расход газа: N, Вт кВт
стационарные режим Vr м’/С м’/ч
нестационарный режим Расход твердого топлива: s м’/с М*
стационарный режим ..... В кг/с f кг/ч
нестационарный режим ..... в кг/с кг 1 кг
Масса воды в* котле . м кг
Теплоемкость: Дж/(кг>К) кДж/(кг-К)
воды . . св кДж/(м’-К)
воздуха . ^возд 1 Дж/(м’-К)
продуктов ёгорания с Дж/(кг-К) кДж/(кг-К)
элементов конструкции .... С1
Энтальпия: пара «... v - ; конденсата .......... Коэффициент теплоотдачи от на- Л | Дж/кг кДж/кг
ружных поверхностей аппарата : в окружающую среду % V ВтДм’-К) ВтДм’К)
Полная теплота парообразования Доля испарившейся воды от ее Дж/кг кДж/кг
, общей массы ......... Теплота сгорания: ¥ Он 1/с 1/4 кДж/м’ или кДж/кг
, низшая Дж/м’ или Дж/кг
1 м’ СО . . . . 1 кг горючих элементов в про- Осо . Дж/м’ кДж/м’ кДж/кг
вале Опр Дж/кг
Доля горючих элементов в прова- ле от расхода топлива ..... Объемы, отнесенные к 1 м’ сжн- 2 кг/кг КГ/КГ
гаемого газа, или 1,кг тв. то- плива:
а) теоретически необходимый объем воздуха ....... .У» | м’/м’ или м’/кг м’/М’ или м’/ыг
б) объем СО . . . . . ... . vco
в) объем продуктов сгорания SV
Масса j-ro элемента конструкции QJ КГ кг
Площадь 1-го элемента наружной
поверхности * . . Температура: F, м’ м1
' воды конечная ........ *к
воды начальная . . ...... »н
воздуха *возд
продуктов сгорания t ®с °C -
окружающей среды $окр
Элемента ограждения; средняя . . . . . . . . ... ' !
мйсймальиая.........
Расход воды.;.... . ... . Расход пара: DB кг/с кг/с КГ/Ч
стационарный режим Dn 1 кг/ч
нестационарный режим .... Dn кг/с / кг
< энтальпий5 продуктов сгорания и атмосферного воздуха, поступаю*
щего в камеру сгорания и подсасываемого в газовый тракт аппа-
рата; общее количество этого воздуха на единицу сжигаемого топ-
лива составляет a^Vo, где аух — коэффициент избытка воздуха в
конце газового тракта, a Vo — теоретически необходимое для ежи*
гання топлива количество воздуха, м3/м3 или м3/кг.
Потеря теплоты от химической неполноты сгорания Q3 связа*
на с наличием в продуктах сгорания горючих газов, главным об-
разом СО. Ее значение определяется количеством и теплотой его»
рания СО.
Потеря от механического недожога Q4 связана с тем, что часть
горючих элементов твердого топлива попадает в так называемый
провал через воздушные зазоры в колосниковой решетке и сме-
шивается со шлаками и золой в зольной коробке, а часть уносит»
ся в газоходы вместе с летучей золой.
Недожженные горючие элементы составляют долю z от массы
сожженного топлива и имеют теплоту сгорания, указанную в
табл. 4.1. г '
Потеря теплоты в окружающую среду Q$ определяется суммой
произведений коэффициентов теплоотдачи от. каждого элемента
наружной поверхности аппарата к окружающей среде, величины
его поверхности и разности температур между нею и окружа-
ющей средой. Температура наружной поверхности при стацио-
нарном режиме максимальная, при режиме разогрева — средняя
между максимальной температурой и температурой окружающей
среды.
Потеря теплоты на разогрев конструкции Qe в нестационарном
режиме представляет собой сумму произведений теплоемкости,
массы, и значения изменения температуры каждого элемента кон-
струкции аппарата, включая и промежуточный теплоноситель, за-
полняющий греющие полости.
Приведем ряд дополнительных пояснений.
Для водонагревателей непрерывного действия DB — это мас-
са проходящей через аппарат воды (обычно в течение 1 с или*
1ч);
tH и tB —начальная и конечная температуры воды, нагревае-
мой в аппарате, °C. В аппаратах, в которых вода доводится до
температуры кипения, tK=ts;
Ф —доля кипящей при стационарном режиме воды (в пищёва»
рочных котлах)., превращающейся в сухой насыщенный пар.
Обычно за 1 ч выпаривается 1% воды, находящейся в варочном
сосуде котла; ;
М-г-номинальная масса воды, заливаёмой в варочный сосуд,
кг; .
г — полная теплота парообразования, взятая при давлении в
рабочей камере (варочном сосуде), кДж/кг или Дж/кг;
св, с, Свозд—изобарная массовая теплоемкость воды и объем-
ная теплоемкость продуктов сгорания или атмосферного воздуха,
кДж/(кг-К) и кДж/(м3-К);
SV — объем продуктов сгорания при сжигании 1 м3 газа или
1 кг твердого топлива, м3/м3 или м3/кг;
tyx— температура продуктов сгорания при выходе из аппарата;
аух— коэффициент избытка воздуха в уходящих из аппарата
продуктах сгорания;
Vo — теоретическое количество воздуха, необходимое для ежи*
гания 1 м3 газа или 1 кг твердого топлива, м3/м3 или м3/кг;
1окр=1Возд — температура окружающей среды, °C; принимается
равной температуре окружающего воздуха;
12810 — теплота сгорания 1 м3 СО, кДж/м3;
Vco — объем СО в продуктах сгорания, м3, приходящийся на
1 м3 горючего газа или на 1 кг твердого топлива;
aoi —коэффициент теплоотдачи от i-ro элемента наружной по-
верхности аппарата в окружающую среду, Вт/(м2-К);
Тс=Тч-3600; при получении Qs в Вт-с—Дж и делении на 1000
получается результат в кДж. Поэтому перед знаком S в выраже-
нии для Qs имеется множитель 3,6 (в случае если т берется в ч);
Fi — площадь i-ro элемента наружной поверхности аппарата,
м2;
t“ax, —максимальная и средняя температуры i-ro элемен-
та при нестационарном режиме, °C. Обычно
t । ,тв»
окр+ J •
' 2
Cj — средняя изобарная теплоемкость j-ro элемента конструк-
ции аппарата, кДж/(кг-К);
Gj —масса j-ro элемента конструкции, кг;
Atj— изменение температуры j-ro элемента конструкции в не-
стационарном режиме;
32760 кДж/кг— теплота сгорания горючих элементов твердого
топлива, попавших в шлак и золу;
а.— масса этих элементов, приходящаяся на 1 кг сжигаемого
твердого топлива, кг/кг.
Для удобства сопоставления различных тепловых аппаратов
с целью выбора оптимальной конструкции и для лучшей воспро-
изводимости результатов испытаний аппарата теплотехнические
балансовые (калориметрические) испытания производятся с во-
дой, заменяющей пищевой продукт, для которой точно установле-
ны ее теплофнзические свойства.
Наиболее характерным показателем тепловой эффективности
аппарата является его коэффициент полезного действия при не-
стационарном процессе разогрева, в котором имеют место все ви-
ды потерь тепла. Этот показатель определяется как
Ча=§-. <4-2>
Q"
При этом Q«=DBcB • (95 — 20) кДж, где 95 н 20° С — стандар-
тизированные конечная и начальная температуры воды при опыт-
42
ном определении к. п. д. аппарата (т]а) в нестационарном режиме,
например для пнщеварочных котлов.
Для аппаратов, работающих при стационарном режиме, на-
пример проточных водонагревателей, С^=Овсъ • (tK — /н), где tK
и ta— фактические температуры воды при испытании аппарата,
°C.
По водяному эквиваленту можно оценивать к. п. д. также и
высокотемпературных жарочных аппаратов. Иногда для этой це-
ли используются различные масла.
Физический смысл формул, приведенных в табл. 4.1 и 4.2, ясен
из их структуры и дополнительного пояснения не требует.
Для определения полезной теплоты в стационарном процессе,
прн котором калориметрирующая вода, например, кипит и ее ко-
личество уменьшается в пищеварочном котле, пользуются выраже-
нием Qf=c? гМ, где <р — секундная или часовая доля испа-
рившейся воды, отнесенная к массе воды, залитой в котел, и со-
ответствующая убыли воды в результате оптимального процесса
варки пищевого продукта в так называемом режиме «тихого ки-
пения» (1 % за 1 ч),
4.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ИЗОЛЯЦИИ АППАРАТОВ
Коэффициент теплоотдачи ао от наружных поверхностей аппа-
рата (боковые поверхности, крышка, днище, постамент, армату-
ра, трубопроводная обвязка и т. д.) к окружающей среде,
Вт/(м2-К), включает лучистую и конвективную компоненты об-
щего теплообмена: <
где числитель представляет собой удельный лучистый тепловой
поток, выраженный законом Стефана — Больцмана, отдаваемый
i-м элементом наружной поверхности, имеющим температуру
Ti и степень черноты е, лучевоспринимающим поверхностям, ок-
ружающим аппарат н имеющим температуру Токр, принимаемую
равной температуре окружающего воздуха.
Степень черноты поверхности i-ro элемента определяется в за-
висимости от его материала и температуры по табл. 4.4 или спра-
вочным таблицам [39]: ---- 1
,к NuK
%к= —
где Nu — число Нуссельта, характеризующее теплоотдачу на гра-
нице «среда — стенка»; А — коэффициент теплопроводности возду-
ха при температуре окружающей среды, Вт/(м-К); находится по
[6, 39]; I — определяющий размер при теплоотдаче в условиях
свободной конвекции окружающего аппарат воздуха, м, равный
для["вертикального цилиндра или пластины — ее высоте, для го-
ризонтального цилиндра — диаметру, для горизонтальной пря-
моугольной пластины — ее меньшей стороне,
Nu=CRa'\ (4.4)
где Ra=GrPr —число Релея, равное произведению чисел Грасго-
фа и Прандтля; С и и —? постоянные, зависящие от режима сво-
Та б лица 4.4
Степень черноты материалов
Материал Алюминий полированный Алюминий окис ленный Сталь листовая шлифованная Сталь окисленная при 600 ®С Латунь окисленная
Температура, *С ... . Степень черноты, е. , . 200—600 0,04-0,06 100—600 0,20—-0,33 930 0,55 260 0,79 40—260 0,46—0,56
П родолжение
Материал Железо окисленное Асбест (картон) Кирпич шамотный Лак Краска масляная
Температура, *С . . . . Степень черноты, в. . . 125—525 0,78—0,82 40 0,96 1000 0,59 40—95 0,8-0,95 40 0,92—0,96
бодной конвекции, определяемого уровнем числа Релея (см. ниже).
Ог=$ —.число Грасгофа, характеризующее отношение
подъемной силы, обусловленной разностью плотностей среды, в
которой возникает свободная конвекция, к силам вязкости этой
среды. Разность плотностей вызывает конвективное перемешива-
ние' различно нагретых слоев среды, которому препятствует ее
' j 4" ^окр
вязкость. Физконстанты v, 0, р, X принимаются при * —---— •
Здесь ti — температура стенки, °C; .g — ускорение свободного
падения, м/с2; At=ti—t0Kp — температурный, перепад между по-
верхностью и окружающей средой, °; v — кинематическая вязкость
среды (вбздуха), м2/с; находится по справочным таблицам
[6,39].
(4.6)
где р — истинный коэффициент объемного расширения среды, в
которой происходит свободная конвекция, 1/К.
Для воздуха и продуктов сгорания, подчиняющихся с доста-
точной точностью уравнению Клапейрона pv=RT, р определя-
ется следующим образом:
, м. ,-. Р '
где в-—уДельньгй объем среды при температуре Т—Токр, м’/кг;
1 / dv\
р — абсолютное давление среды, Па; R — газовая постоянная,
Н-м/(кг-К).
/ р vp^ т‘ ‘
Для веществ, не подчиняющихся уравнению Клапейрона (во-
да, масла, кремнийорганические жидкости и т. д.), Р=£.-1- и его
нужно определять по соотношению (4.5).
Постоянные сип равны при
1 • 10"3 < Ra < 1 • 103; С=1,18; ;
8
1 • 103 <Ra< 1 • 10е; 0=0,50; л=-Ц
4
1 • 10е </?а< 1 • 10'3; 0=0,15; я=4< "
о
Последний режим характеризует естественную турбулентную
конвекцию, при которой теплообмен не зависит от определяю-
щего размера, т. е. является автомодельным, что вытекает йз
следующего. Согласно (4.4)
—=0,15 . . Рг =0,15 I •
А \ № / V va I
Отсюда А.—о,15 . следовательно, a=f (/);
л \ № /
в рассматриваемом случае a=a^ Рг=-^—число Прандтля, ха-
растеризующее физическое подобие и физические свойства врлпрст.
ва. Здесь р, — динамическая вязкость среды, омывающей поверх-
ность, Па-с; определяется по [6, 39] или табл. 4.6 при t0Kp;
р,=лф, где р — плотность вещества, кг/м3. >
Число Прандтля при t0Kp можно найти по табл., [6, 39} я
табл. 4.6. Для атмосферного воздуха Рг=0,7.
Для практических расчетов можно пользоваться эмпирической
формулой
%=9,7+ 0,07 ft-/окр), (4.6)
где для стационарного режима ^==1™* а для нестационарного
/Начетах
A = /c₽==_J—
’ ‘ 2
Здесь ’ .
ao=ao + ao> ВтДм’' Ю- . ’ -
Для обеспечения заданной температуры на наружной поверх-
ности изоляции, покрытой облицовочным кржухом, необходимо
подобрать ее тип и рассчитать толщину. Указанная температу-
ра определяется санитарно-гигиеническими требованиями, предъ-
являемыми к тепловому аппарату, и не должна - превышать
tsap=70°C при температуре окружающей среды, равной 20е С,
Таблица 4.5
Изоляционный материал' ПЛОТНОСТЬ, кг/м8 Коэффициент теплопровод- аости в сухом ахюшив, ВтДм-К) Допустимая температура применения, *C
Альфоль Зч-Ю 0,052- k0,00014t 350
Асбест 500 0,106- 1-0,000191 600
Асбокартон 1000 0,157-| 1-0,000141 450
Минеральная вата 150-J-400 0,04 Н -0,00017t 600
Стекловолокно (маты) ..... 1204-200 0,040-1 H0„0003t 450
Шамотный кирпич 1850 0,84-1 H0,0006t 1400
Пеношамот 950 0,28-j (-0,0002t 1350
Расчет изоляции тепловых аппаратов предприятий обществен-
ного питания можно вести, считая изолированную поверхность
плоской стенкой (рис. 4.1). Если изолируемая стенка омывается
изнутри аппарата средой, имеющей большой коэффициент теп-
лоотдачи, например насыщенным паром или водой, то темпера-
Изолируемая
.стенка
top
- Наружный
ч кожух
Изоляция s'изоляции
$5^
греющая
среда
Рис. 4.1. К расче-
ту изоляции
тура этой стенки ti может быть с достаточной точностью при-
нята равной температуре этой среды tCp. Тепловой поток, устрем-
ляющийся от греющей среды через изолированную поверхность
наружу, т. е. к окружающей среде, ^5=-~ где F — изолируемая
поверхность, м’. Толщина изоляции, м, определяется из следую-
щих соотношений!
=я "7“ (Л — ^нар) в ®о (Аир А>кр)>
О
отсюда
„ _ ИЛ — ^aapz (Л — ^нар)_________' M. y\
<*0 (4iap “ Азкр) {9,7 + 0,07 (/иар — ^окрЯ (^нар— Л>кр)
Некоторые используемые в тепловом оборудовании пред-
приятий общественного питания изоляционные материалы и их
характеристики приведены в табл. 4.5.
4.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНВЕКТИВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
НАГРЕВА АППАРАТОВ, ОМЫВАЕМОЙ КОНДЕНСИРУЮЩИМСЯ
ПАРОМ, ЖИДКОСТЬЮ ИЛИ ГАЗОМ
Эта поверхность (в м2) определяется как
. Mt’
(4.8)
где Qk—тепловая мощность конвективной поверхности нагре-
ва, Вт; к—Коэффициент теплопередачи от греющей среды к
нагреваемой, Вт/(м2-К); At —средний температурный перепад
между средами, К (At, K=At, °C),
Рис. 4.2. Температурный ход греющей и нагреваемой сред вдоль по-
верхности вагрева:
а — при конденсации пара; б — прямоток; в — противоток
Тепловая мощность представляет собой количество теплоты,
передаваемой в единицу времени через конвективную поверх-
ность нагрева, омываемую с обеих сторон греющей и нагревае-
мой средами.
Если за т часов передается Q кДж теплоты, то тепловая
мощность, Вт составит
QK=^
т-3600
Изменение температуры обеих сред, омывающих конвектив-
ную поверхность нагрева, может быть представлено рис. 4.2.
Вариант а характерен для паровых аппаратов, в которых насы-
щенный водяной (или иной) пар с температурой t8=const кон-
денсируется на поверхности нагрева, а конденсат не переохлажда-
нагреваемая epew (например, вода! девышае®
свою температуру по экспоненте от ta на входе в аппарат до U
на выходе из него. В этом случае, если определять средний
температурный, перепад At(°С) как среднелогарифмиче-
ский Ata, то <
(4.9)
где AtcsBste—ta — большая разность температур! AtM==ts—tK—
меньшая разность температур.
Вариант б наиболее часто встречается в прямоточмлх тепло-
обменниках, в которых температуры обеих сред (вода —вода, про-
дукты сгорания—воздух, продукты сгорания — вода и т. д.) из-
меняются по экспоненте. В этом случае в формулу (4.9) следует
подставлять Ato=ti—ta; AtM—12—tK.
Вариант в относится к противоточным теплообменникам, при-
чем AU определяется также по формуле (4.9), при этом Ato и
AU могут быть как на входе в теплообменник, так и на выходе
нз него.
Если Для упрощения расчетов принять температурный ход не
экспоненциальным, а линейным, то, как видно из пунктирных
прямых на рис. 4.2, средний арифметический температурный напор
Прй — < 2 можно с достаточной точностью считать, что
At* -
AU=AU. Поскольку для противоточных теплообменников, как это
видно из рис. 4.2,4^- < 2, то при прочих равных условиях темпе-
a t*
ратурный напор в них больше, чем в прямоточных, что позволяет
создавать более компактные аппараты с меньшей поверхностью
нагрева. Поэтому противоточная схема является более целесо-
образной.
Для плоских поверхностей нагрева, не загрязненных сажей и
золой со стороны продуктов сгорания и не покрытых накипью со
стороны воды, коэффициент теп лопереда чи определяется
из соотношений, приведенных в гл. 1. ’
Обычно для тонкостенных поверхностей нагрева б <0,003 м.
Учитывая, что коэффициент теплопроводности стали, из которой
обычно изготавливается стенка, Xs40 Вт/(м>К), величиной
JL.==:5i22?==7,5 , Ю~а можно пренебречь. Тогда формула для коэф-
фициента теплопередачи приобретает вид \ -
(4.10)
1,1
«I <4
Еслй. напрйм^р,' Вт7(й2-К^‘'(йбда^ЛёнКа)7^- aR
= 10 Вт/(м2-К) (стенка — воздух) * То •
k= .1О92-!°. « ю Вт/(м* • К)=а,.
1000+ 10
При ai>a» (пар — воздух, вода —воздух) к=а2.
При ai<Ca2 (продукты сгорания — вода или пар) ка^сц. В об-
щем случае к<ои и к<а2.
Рис. 4.3. К расчету
теплопередачи через
цилиндрическую стей-
ку:
а однослойную; б —
многослойную
При цилиндрических поверхностях нагрева с большим отно-
шением толщины стенки к диаметру формула (4.10) становится
тем более неточной, чём больше отношение^". Определим к для
этого случая.
Рассмотрим тепловой поток, выходящий наружу через пред-
ставленную на рис. 4.3, а цилиндрическую трубу с диаметрами
di и d2 и температурами на внутренней и наружной поверхностях
t) и t2, причем ti>t2. Тепловой поток, отнесенный к 1 м длины
трубы в единицу времени и называемый линейной плотности5,
теплового потока, согласно закону Фурье имеет выражение
л=-Х — . F=-X—.2wr.
’ dr dr
Отсюда
2 хХ г
Интегрируя это уравнение
i г\ 2«Х г’
получим
или
4 4 — — | п ^3
1 ’ 2хХ d.’
откуда
___ 2 хХ /, «\
Я — . (^1
1п —
Тогда
^=-7- И ^2 = ~
х d, и d.
где qi и q2 — плотности тепловых потоков на внутренней и наруж-
ной цилиндрических поверхностях, Вт/м2: qt и q,=f(d), но q¥=
¥=f(d).
Для трехслойной цилиндрической стенки (рис. 4.3, б)
1) _ Я 2 xX]
2) Z3-^ = _ Я In A;
2 xX3
3) _ Я 1пД
2xX3 ^3
где Xi, I2, Ъз — коэффициенты теплопроводности слоев, Вт/(м-К)
С другой стороны,
q = q, те = a, </c₽i — t,) те d, = q2 те = а3 те d4.
Отсюда 4)'.p S) ,=^~. FS а2 я d4
I Складывая левые и правые части уравнений (1—5), получим
t —t ^q{—— Ч------------— 1п^-4--7гт-1п^ +
СР| 4ср» *\а1Я4 2®Х, di 2nXj rfa
4-__1_1п^+——-1;
2 жХ, dt а^п dt)
отсюда тепловой поток, Вт/м, будет равен
1 < 1 . < 1 I А . 4,1
Ojd, + 2Х, 1П 4 + 2Х, 1П + 2Ха 1П dt +atdt
(4.11)
Здесь 1Р1 и 1Р, —температуры греющей и нагреваемой сред,
’С; bi и oj — коэффициенты теплоотдачи от греющей среды к
внутренней цилиндрической поверхности и от наружной цилиндри-
ческой поверхности к нагреваемой среде, Вт/(м2-К).
Для многослойной цилиндрической стенки с числом слоев, рав-
ным п, коэффициент теплопередачи, отнесенный к 1 м длины стен-
ки и выраженный в Вт/(м2-К), имеет вид
А—________________!______________(4.12)
1 Л 1 1п A-м 1
2XZ П dt a,da+l
Для определения k необходимо определить ои и аг.
1. Определение коэффициента теплоотдачи от чистого, насы-
щенного, неподвижного конденсирующегося пара к стенке.
Для вертикальной поверхности, на которой кон-
денсируется пар, режим течения конденсатной пленки [39] опре-
деляется безразмерным комплексом;
г—/(4.13)
\ т* / гр?
где кинематическая вязкость v, плотность р, теплопроводность 1
относятся к пленке при температуре насыщения te; At=ts—tCT;
tB и tCT — температуры насыщения и стенки; Н — высота поверхно-
сти, м; г —полная теплота парообразования, кДж/кг; g — ускоре-
ние свободного падения, м/с2.
При z<2300 (ламинарное течение пленки) средний коэффи-
циент теплоотдачи, Вт/(м2-К), равняется
““°’95 ffi* (4J4)
При z>2300 (течение пленки ламинарное в верхней части и
турбулентное в нижней)
ая=Т* [253+о,О69Рг0’5(г-23°())(-^-)0'25р4. (4.15)
Поправка, учитывающая зависимость физических свойств кон*
Д^нсай' ‘6т Температуры', выражаемся как ।
где индекс «ст» означает, что физконстанта конденсатной плен*
ки, например ц— динамическая вязкость, Па-с или число Прандт-
ля Рг принимается при температуре стенки. ФйзконсМанты без
индекса принимаются при температуре насыщения.
При конденсации пара на горизонтальных
трубах при ламинарном течении пленки по всей поверхности
a=O,725|'-^^'j0,25- ez. (4.16)
\-A td ] * \
Указанные уравнения для средних коэффициентов теплоотда*
чи а, Вт/(м2-К), справедливы при Рг>1 и f > 5. Здесь ср—•
изобарная теплоемкость конденсата, кДж/(кг-К).
Для упрощения расчетов можно использовать формулы, выве-
денные Нуссельтом исходя из параболического закона стекания
конденсатной пленки, толщина которой по мере стекания увели-
чивается, исходя из параболической конфигурации контура плен-
ки. Эти формулы не учитывают изменения физконстант пленки,
ее турбулизации и волнообразования при стеканий, а также взаи-
модействия пленки с паром.; при этом а, Вт/(м2-К), выражаются
как
аве₽т = 0,943
«гор—0.725
gr р2Х3
— /Ст)*р- d
(4.17)
(4.18)
Здесь физконстанты конденсатной пленки принимаются при сред-
ней ее температуре
j__ is *ст . ...
~ 2 ’ “ ' г
| Для наклонных поверхностей
4 .
“накл —«верт^ COS<p,
Где ф — угол между вертикалью и направлением движения плен-
ки. При наличии даже небольшого количества воздуха в паровой
среде теплоотдача значительно уменьшается.
Реальные значения аверт для рассматриваемых тепловых ап-
паратов составляют (2-ьЗ) • 103 Вт/(м2-К).
2. Средний коэфф ицие нт те п л о о т д а ч и при пу-
вырьковом кипении жидкости, смачивающей стенку
й условиях свободной конвекции в большом объеме, Вт/(м2«К),
определяется как
а'=876 • [ 1 Ц-4,64(—^-Y’16] q'^. (4.19)
ТА-Af1'* \PKfl L Айр/ J
кр
Здесь р и ркр-г-давление и критическое давление, МПа; Ткр —
критическая температура, К; М — молекулярная масса, кг; qc—плот-
ность теплового потока на стенке, Вт/м2. Уравнение справедли-
во при <0,9. Значения ркр, Ткр и М берутся по справочным
Аф ,
таблицам [6,39].
Средний коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении
воды в условиях свободной конвекции в большом объеме,
Вт/(м2-К), определяется при 0,1<:р<:3,0 МПа как
а=3,8 (10 />)’'•• ql'\
При 3,0<р<:20,0 МПа
«=0,60 (10 />)”'* • <7c's.
3. Коэффициент теплоотдачи от движущейся
среды (воды, газа) к стенке или наоборот определяется как
а=ак4-ал,т. е. как сумма конвективной и лучистой компонент..
Лучистая компонента имеет место, если среда содержит излу-
чающие газы (СО2) или водяные пары, находящиеся в газовом
потоке при относительно высокой температуре. Это, например,
относится к случаю движения продуктов сгорания. Для воды
ал=0-
Значение ак зависит от режима движения и характера омы-
вания поверхности иагрева движущейся средой (жидкой или га-
зообразной). Оно зависит также от направления теплового пото-
ка (нагревание или охлаждение), расположения поверхности на-
грева (вертикальное или горизонтальное), формы сечения канала,
наличия стабилизации потока направления движения пото-
ка и ряда других факторов. Для каждого конкретного случая
можно рекомендовать формулы, приведенные в [39] . Здесь же бу- •
дут приведены лишь основные случаи омывания и соответствую-
щие соотношения, которые с точностью, допустимой для расчета
рассматриваемой тепловой аппаратуры, могут быть распростране-
ны на характерные для нее схемы теплообмен^.
Конвективная компонента.
. . При турбулентном режиме течения жидкости или газа в пря-
мых круглых трубах
№=С/?е0’8 • Рг014ф. (4,20)
Здесь С=0,021 при 0,7^Рг< 1 и С=0,023 при 2^Рг<150.
— число Рейнольдса, характеризующее режим движения
(находится в пределах 104<Re<106).
w—скорость потока, м/с; da—Определяющий размер (эквива-
лентный диаметр), м.
, 4F X
где F—сечение канала, м2, и П — его смоченный пери-
метр, м; например для канала прямоугольной формы со сторо-
. 4аЬ 2а6 .
Для канала круглой формы с диаметром dd9=-i^=d.
4 х d
При Re ^2300 — режим ламинарный, при Re> 10000— турбу-
лентный.
Ламинарный режим характерен тем, что слои потока имеют
векторы скоростей, расположенные параллельно оси движения по-
тока. Профиль скоростей имеет параболический вид, при этом у
стенок канала скорость сильно уменьшена, в результате чего об-
разуется застойный или вяло движущийся пограничный слой, об-
ладающий существенным термическим сопротивлением и ухудша-
ющий теплоотдачу.
Турбулентный режим является вихревым с произвольным на-
правлением векторов скоростей отдельных слоев потока, но без
существенного уменьшения скорости у стенок канала. Частицы
вещества из ядра потока перемещаются к стенкам канала, а час-
тицы, находящиеся у стенок, проникают в ядро потока, в котором
идет интенсивное турбулентное перемешивание. Пограничный
слой разрушается, и теплоотдача по сравнению с ламинарным
режимом увеличивается.
, где при нагревании потока п==0,11 и при охлаж-
\ а /
дении потока п=0,25, рОт и ц определяются при температурах
стенки и потока. Физконстанты, входящие в формулу (4.20), бе-
рутся по справочным таблицам (39J или табл. 4.6 при средней
п Nui.
температуре потока. Отсюда ак=----.
1 *4
Число Нуссельта при ламинарном вязкостно-гравитационном
режиме движения жидкости в прямых круглых вертикальных тру-
бах при движении потока сверху вниз и охлаждении, а также сни-
зу вверх и нагревании определяется как
#«=0,35 (4.21)
здесь Pe=Re-Pr— число Пекле, Ra — число Релея.
Вычисленный по Nu коэффициент теплоотдачи отнесен к на-
чальному температурному напору At=tCT—1Ж, а в число Релея
входит среднеарифметический температурный напор между стен-
кой и потоком.
. „ /ст + /СР
Физконстанты в числах Ре и Ra находятся при /= ж ,
2
Я /<-п + 4 + 4
ж 2 2
1, входящую в Nu, определяют при t=tcT. Уравнение (4-21)
справедливо в диапазонах 20 < 130; Ре-у-<1100; 7-105^
=^Ra<4-108; Re<6300.
Таблица 4.в
Теплофизическая характеристика продуктов сгорания
природного газа при нормальном атмосферном давлении
t, *с р, кг/м’ ср‘ кДж/(кг-К) Х-10’, Вт/(м.Ю ц-10*. Па-с ».10«. м’/с Рг
0 1,295 1,042 2,28 15,768 12,20 0,72 -
100 0,950 1,067 3,15 20,374 21,54 0,69
200 0,748 1,095 4,01 24,471 32,80 0,67
300 0,617 1,021 4,84 28,206 45,81 0,65
400 0,525 1,151 5,70 31,654 60,38 0,64
500 0,457 1,185 6,56 34,819 76,30 0,63
600 0,405 1,212 7,42 37,828 93,61 0,62
700 0,363 1,238 8,26 40,650 1 112,10 0,61
800 0,329 1,263 9,15 43,336 131,80 0,60
900’ 0,301 1,288 10,01 45,864 152,50 0,59
1000 0,275 1,304 10,90 47,314 174,30 0,58
1100 0,257 1,322 11,74 50,656 197,10 0,57 .
1200 0,240 1,339 12,63 52,938 221,00 0,56
При движении
жидкости в горизонтальных трубах
Ни<-0»1Ре±\°-' • Ra"-'
А 1 / \ н /
(4.22)
Здесь а отнесен к Ata и все физконстанты принимаются при
t= кроме Цст, принимаемой при tCT и р, при 1Ж=— g .
Уравнение справедливо при Re<3000; Pe~<120;106^Ra<
<13-#Г'2<Рг<10.
Для ламинарного потока и Рг-< Г (воздух, продукты сгорания)
Nii=0,17Re0'33 • Pr0,43 • Gr°-1 (_^L]o,2S. (4.23)
Здесь все физконстанты принимаются при/=—кроме Ргст,
принимаемого при tCT. Для продуктов сгорания природного газа-
можно воспользоваться табл. 4.6.
Лучистая компонента.
Лучистая’ компонента общего коэффициента теплоотдачи от
высокотемпературного газового потока, содержащего СО2 и Н2О,
иж стенкеопределяетея рд®п уравнению Стефана — Больцмана,
Вт/(м2-К);
100/ Д|Д100
^ст
(4.24)
Рис. 4.4. Степень черноты углекислого Таза СО2
Здесь Тг и Тст — абсолютные температуры газа и стенки, К;
а —поглощательная способность газа; еэф — эффективная степень
черноты стенки.
При степени черноты стенки ео=О,7—1 ее эффективная стёйень
Черноты составит
' евф = ~^- (ео+ 1)-
£fcr. <*тейёнь газ¥:?йрЙгЛ температуре fj. гйфедеияегсл / как
ег=есО: + ^ен8о~ДенгДе есо,— степень черноты CO2;eCOs=/(/>COi-ltT
и определяется по графику (рис. 4.4).
,. Рис. 4.5. Степень черноты водяного пара
Vn.c — объем йродуктов сгорания, отведенный к I м3 горючего
4,даза, м3/м3; Ра —полное давление газа, кПа, обычно равное ат-
мосферному; /=3,б— —толщина излучающего слоя, м,, где V —
F
объем, занятый продуктами сгорания, м3; F — поверхность, ограни-
чивающая этот объем, м2; р • 1 — интенсивность излучения.
< Mi)определяете wo графику рис. 4.5, Если полное
давление смеси отличается от атмосферйого, то значения есо и
ен4о * найденные по графикам рис. 4.4 и 4.5, должны быть умноже-
ны на поправочные коэффициенты cCOj и сн>0 (рис. 4.6,6 и в).
Р — поправка к ен>0 на парциальное давление Н2О —опреде-
ляется по графику рис. 4.6, а в зависимости отд,- • I и о„п.
г ilsU г HgU
При обычных технических расчетах взаимное излучение СО2 и
Н2О, учитываемое поправкой Дег, может he приниматься во вни-
мание.
Поглощательная способность газа при температуре стенки tCi
аг=асо, + ан,о ~ д
где
_ , /Тг\о,а _ . (ГЛ0-15
аСО,—ecoslr I » ЯН2О— ®Н2о( т I
есо2 ~f K/’cOs * ’ ^ст» Pl» гДе (Р со» ‘ Oz=(Pcos * 0 *
(определяется по графику рис. 4.4 и 4.6).
ен2о ~f [(Рн2о * ^ст(Рн2о + P)l> где (Рн2о ' 0/ =
—(л .
• г
(определяется по графику рис. 4.5 и 4.6).
При -^г-<0,8можно принимать аг=ег при t=tCT. Даг=Дег при
t=tcT. Для приближенных расчетов можно пользоваться форму-
лой (4.24), принимая еэф=1 и аг—ег при t=tCT.
Приведем приближенные значения коэффициентов теплопере-
дачи для теплообменных устройств предприятий общественного
питания (табл.\4.7 и 4.8),
Таблица 4.7
Коэффициент теплопередачи
Греющая среда Нагреваемая среда Характер теплообмена Обо- значе- ние Единица аз мережи Значения
Газ Газ Вода не кипящая Конденсирую- щийся пар Конденсирую- щийся пар Газ Вода Вода некипящая Вода Масло Вынужденное дви- жение То же Конденсация не- подвижного пара То же к к к к к Вг/(мг-К) Вт/(мг-К) Вт/(ма-К) Вт/(м®-К) ВтДм’К) <10 12—18 <400—500 <500 <250
Таблица 4.8
Коэффициент теплоотдачи »среда— стенка"
Среда Характер теплообмена Обозна- чение Единица измерения Значения
Газ Вынужденная конвекция “г Вт/(мг-К) <20
Вода некипящая Естественная конвекция в ограниченном объеме “в Вт/(м*-К) <1 соо
Вода кипящая Пузырьковое кипение в неограниченном объеме «в Вт/(м».К) <20000
Конденсирующийся насы- щенный водяной пар (содержащий воздух) Пленочная конденсация “п Вт/(м!-К) <10 000
Масло Вынужденная конвекция “м Вт/(м2-К) <400
Кремни йорга ническая жидкость Вынужденная конвекция ако Вт/(м2-К) <500
Конденсирующиеся пары органических теплоно- сителей Пленочиая конденсация “орг Вт/(ма-К) <2 000
4.4. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РА СЧЕТА ПОВЕРХНОСТИ
НАГРЕВА ПАРОВОГО АППАРАТА
1. Исходные данные: тип аппарата — водонагреватель непре-
рывного действия1; количество нагреваемой воды — D, кг/ч; на-
чальная и конечная температуры воды на входе и выходе водяных
труб —tB и tK, °C; энтальпия греющего пара на входе в аппарат
и непереохлажденного конденсата на выходе — in и iK, кДж/кг;
1 В’этом аппарате нагреваемая вода идет по пучку параллельных трубок,
обогреваемых снаружи конденсирующимся паром. Трубки заключены в наруж-
ный цилиндрический изолированный кожух [13].
Рис. 4.7. Принципиальная схема
парового водонагревателя:
1 — корпус; 5 — нижняя водяная рас-
пределительная коробка; 3 — нижняя
трубная доска; 4 — водяные трубы;
5 — верхняя трубная доска; б —
верхняя сборная водяная коробка;
7 — тепловая изоляция
»ягвюпература на иаружной^поверхностижзрляции tsap, ’С; темпера-
тура окружающей среды— t0Kp, °C.
; 2. Для конструкторского расчета определяются^ расход пара
D, кг/ч, и прверхность нагрева F, м2.
3. По формуле (4.9) с учетом рис. 4.2 определяется темпера-
турный напор Atn.
4. По формуле (4.13) определяется комплекс z и режим тече-
ния пленки.
5. В зависимости от значения z
по формулам (4.14), (4.15) или
(4.16) либо по упрошенным форму-
лам (4.17) или (4.18) определяется
средний коэффициент теплоотдачи
ап от конденсирующегося пара к
стенке.
6. Задаваясь диаметром и числом
водяных трубок или скоростью дви-
жения воды (0,1—0,5 м/с), опреде-
ляют число Рейнольдса.
7. В зависимости от числа Рей-
нольдса и направления течения во-
ды (вверх, вниз) по формулам
(4.20—4.22) определяются число
Нуссельта и коэффициент теплоот-
дачи ав от стенки к воде.
8. По формуле (4.10) или с уче-
том цилиндричности и слоя накипи
по формуле (4.12) определяется
коэффициент теплопередачи к от
пара к воде.
9. По табл. 4.1. определяется количество полезного тепла QJr
передаваемого паром нагреваемой воде.
10. По формуле (4.8) определяется поверхность, водяных труб.
11. С учетом п. 6 и 10 определяется высота водяных труб.
12. Производится эскизная компоновка аппарата и определя-
ются его размеры. Компоновка аппарата должна соответствовать
его принципиальной схеме (см. рис. 4.7).
13. По формуле (4.6) или по более точным формулам § 4.2
(Определение толщины изоляции аппарата) определяется коэффи-
циент теплоотдачи от наружных поверхностей изоляции (кожуха)
к окружающей среде.
? 14. Задаваясь типом изоляции по формуле (4.7), определяют
Се толщину и уточняют размеры аппарата.
15. По табл. 4.1 составляют тепловой баланс аппарата с уче-
том того, что Q2=Q3=Q4=Q6=0 (паровой аппарат непрерывно-
го действия).' ,
16. По. табл. 4.1 определяют Qs, а из теплового баланса- рас-
... ход пара Ьп- . J
Прй опреде^еййй к<йффйййейТбй 'Теплоотдачи от пара ж «т₽я-
ке и от стенки к воде необходимо предварительно задаться тем-
пературой стенки tCT. После определения ад и аа проверяется пра-
вильность принятой температуры стенки< исходя из соблюдения
равенства
«п^-^)=«в^ст-^р)- (4-25)
При расхождении более чем на 10% расчет ап и ав произво-
дится заново.
tCT и^—температура стеики и средняя температура воды, ° C.
17. При проверочном расчете в распоряжении расчетчика име-
ется аппарат с известными габаритами и размерами поверхно-
сти нагрева. Требуется определить, способна ли имеющаяся по-
верхность нагрева передать заданную тепловую мощность Qi-
1. 8. По вышеприведенным формулам, указанным при конструк-
торском расчете, определяют Д1я, ап, ав, к н полезное тепло
Qi=kFAt, а также Qg.
19. Из теплового баланса Dn(in—iK) =Qi+Q5 определяют рас-
ход пара Dn, кг/ч.
20. Из уравнения kFAtn=DB(tK—tH)-cB определяют расход во-
ды и сравнивают его с заданной производительностью водонагрева-
теля. Если аппарат отвечает заданным параметрам, то £)Расч>/>адан
Знак > должен укладываться в рамки 10%, т. е.
£)расч __ рзадан
^задай
100 < 10.
Пример расчета парового'аппарата приведен в [13].
4.5. РАСЧЕТ КАМЕР СГОРАНИЯ АППАРАТОВ
С ГАЗОВЫМ ОБОГРЕВОМ » .
1. И с х о д н ы е данные: задается конфигурация камеры сго-
рания и обусловливается наличие экранированных (водоохлажда-
емых): лучевоспринимающих поверхностей. Задаются тип газрго-
релочного устройства-и состав горючего газа, а также его низшая
теплота сгорания (Q₽, кДж/м®).
2. При заданном расходе газа VP, м3/ч, .требуется определить
температуру продуктов сгорания при выходе их из камеры сго-
рания в конвективный газоход.
t Камера сгорания — это пространство, окруженное обычно водоохлаждае-
мЫМи поверхностями (иногда стенки не нметбт водяного охлажден^)/В кото-
ром сжигается газ н развивается факел горелок [13]. <
w 3. Уравнение теплообмена в камере crop а-
ния имеет вид
e^io^-e^j+r-^o;
(Т \9
•"₽
(4.26)
(4.27)
100- Vr У VC₽
г
где Кт — топочное число; 5,67 — коэффициент поглощения абсолют-
но черного тела, Вт/(м2-К4); Тгор, trop— теоретическая температура
горения, К, °C; Нр — радиационная (лучевоспринимающая) по-
верхность нагрева, м2; Vr — расход газа на тепловой аппарат,
м3/с;0=------относительная (безразмерная) температура газов
'г°р
на выходе из камеры сгорания; Т —абсолютная температура
Т
этих газов, К; $ст~---—-----относительная температура стенки
вТрор
камеры сгорания; ТС1 — абсолютная температура стенки, К; а —
коэффициент структуры температурного поля; SVc —объем про-
дуктов сгорания иа I м3 сожженного газа, м3/м3; сго₽ — их средняя
объемная изобарная теплоемкость в интервале температур t" —
~trop, кДж/(м’-К).
4. Тепловой баланс аппарата и.расход топ-
лива. Для конкретного аппарата, например газового водонагре-
вателя, задаются величины, по которым можно определить
полезное тепло (тепловую мощность). В данном случае — это часо-
вая производительность по горячей воде DB, кг/ч, а также началь-
ная tH, °C, и конечная tK, °C, температуры воды. Тогда составля-
ющие теплового баланса определяются по формуле (4.1) и табл.
4.1. Если рассматриваемый водонагреватель является аппаратом
непрерывного действия, то расход газа, м3/ч, определяется из фор-
мулы
I/ Qi + Qa + Qg_______
r <S
Qi + Qs
(4.29)
где t1*— температура уходящих из аппарата продуктов сгорания
(ею предварительно задаются с последующей проверкой при рас.
чете конвективных газоходов — см. ниже).
5. Коэффициент полезного действия (сохранения
тепла) "камеры сгорания
. QF + QT
4=1------—;
для аппарата непрерывного действия Q*c=0; индекс кс относится
к камере сгорания.
6. Темпер а ту ра горения. Тепловой баланс камеры
сгорания записывается как
+ — У * 4ор — Аор-
Здесь ат — коэффициент избытка воздуха в камере сгорания (то-
почной камере) (см. гл. 14).
Отсюда ^гор=---^22---; для определения trop строится I—-t-диа-
°
грамма для данного вида топлива и различных коэффициентов-
избытка воздуха, увеличивающихся по мере движения продуктов
сгорания по аэродинамическому тракту аппарата вследствие под-
соса воздуха.
/=|l/co^co!+VN,cN,+ VHiO^tO+(«-l)^B)I -Z. (4.30)
Здесь в интервале температур от 0 до t °C теплоемкости являют-
ся изобарными, объемными и средними. Таким образом, I—f(t, а),
кДж/м3, а объемы компонент продуктов сгорания отнесены к 1 м3
сжигаемого газа. Величины Исо?, VN? VHO, Vo, м3/м3, определя-
ются по расчету объемов продуктов сгорания и теоретически не-
t
обходимого воздуха (см. гл. 14). Средние теплоемкости с(- нахо-
о т
дятся по справочным таблицам [6, 39] или табл. 4.6.
При различных t и принятых значениях 04, а.Ух и аср=
s= —------определяется I и строится I—t-диаграмма, с помощью
которой по значениям Irop и ат находится температура горения
(рис. 4.8). Обычно ат=1,2; аУ*=2,5; аср=1,85.
Определяя по предварительной эскизной компоновке камеры
сгорания величину радиационной поверхности Нр, м2, по форму-
ле (4.27) находим топочное число Кт. Для этого необходимо опре-
делит^ °₽ по соотношению
“ t" lTQp *
(4.31)
Здесь Г' —энтальпия продуктов сгорания, кДж/м3, при температу-
ре их на выходе из камеры сгорания (определяется по аср и t").
Физический смысл этого уравнения ясен из его структуры. Irop
'гор
и I" находим по I—t-диаграмме.^^ подставляем в формулу
(4.27) и. определяем Кт.
Обобщение многочисленных опытных данных по исследованию -
малогабаритных камер сгорания тепловых аппаратов предприя-
•vs г тяйобществелного питапияпрй сжигании газа, Твёрдого и жид*-
-кого топлива при различных избытках воздуха, типах •Ж’жРнфи* •
гурации камер, а также различном виде их экранирования водоох« .
лаждаемыми стенками привело к получению связи между приве»
Рис. 4.8. I-4-диаГрамма для продуктов cropанйя
московского смешанного газа
денной степенью черноты камеры сгорания е и топочным "шелом.
Кт в виде: - ;
е^АЦ-ЙК^. (4.32)
где коэффициенты А и В' являются различными функциями от« .
ношения высоты камеры сгорания к ёе эквивалентному днамёт-
ру4 ЖЙэ ТОйлйвй; вида<эхфавнрованйй/способа сжигания топлива.
На рис. 4.9 приведены графики для определения А и В при сжи-
ганий москдНскрТб смешанного газа" в пламенных инжекционных
горёйках с Полностью экранированной камерой сгорания высотой
/ нсэквивалентным диаметром <1э при водоохлаждаемом своде ка-
меры и вертикальном движении продуктов сгорания. Значения А
и В иеэкранированных камер приведены в [о]. Определив по
рис. 4.9 значения А и В, по формуле (4.32) определяем приве-
денную степень черноты камеры сгорания е, после чего находим ;
комплекс вКт. На Основе уравнения (4.26) построен график (рйсг j
4.W функциональной связи 0"==f(aKT), по которому находйй* |
значения i
е=ГиТ", J
1 гор ' I
низкого давления (камера его*
рання с охлаждаемыми стенками и сводом); 3 — инжекционная односопловая горелка
низкого давления (камера сгорания с охлаждаемыми стенками без свЬда); г
б — зависимость коэффициента В , от 1/d для московского смешанного газа; I — ин-
жекционная беспламенная горелка низкого давления (камеры сгорания о охлаждаемы’
ми стенками и сводом, без свода); 2 — инжекцяонная пламенная одиосопловая горелка
низкого давления (камеры сгорания о охлаждаемыми стенками н сводом, без свода)
io
09
09
°'7
OB
05
OB
0.3
SISI
45
Wrm^O.S
5 g з
S'S'S
fc й
- -^зЖси.
температуры продук-
тов сгорания на вы-
"J ходе из камеры его»
’Тга&,‘'фаНИЯ оТ произведе-
SP иия приведенной сте’
о
J——L—1——————u ± ..I - ) пени черноты камеры
1 2 3 ‘t 5-6 7 в 3 io 20 30 В0вп^9п н топочного числа
мер ы сгорания, который в конечном счете сводится К определению
температуры t", °C, продуктов сгорания на выходе изкамеры’сго-
рдййя при радиационной поверхности Нр* Меняя послеййШЬ при
3>{З^каз № 267
прочих равных условиях, можно получить иные значения t , умень-
шающиеся при увеличении Нр.
Теплота, выделенная в камере сгорания, составит
Qkc= Vr(Q₽—+ уо^в>- (4.33)
Полезная теплота, воспринятая в камере сгорания, равна
Ф1кС==Ркс”’“Фбкс Q«kc’
При проверочном расчете радиационная поверхность Нр при-
нимается по реальному аппарату, после чего указанным методом
проверяется значение t".
Если камера сгорания проектируется вновь, то величина Нр
принимается по конструктивным соображениям, ио так, чтобы в
результате приведенного расчета t" находилась в пределах 500—
ЮОО°С. Приведенная методика расчета малогабаритных камер
сгорания разработана ВНИИторгмашем и дает хорошее совпаде-
ние значений (" полученных расчетным и экспериментальным пу-
тем. Применение различных методик .расчета топочных камер кот-
лоагрегатов (нормативный метод ВТИ-ЦКТИ, методы ЭНИН,
МЭИ и др.) дает завышенные значения t", не соответствующие
экспериментальным данным для малогабаритных камер сгора-
ния. Это объясняется приспособленностью этих методов ж расче-
ту камер сгорания объемом от 100 м3 и выше. В этих, в основ-
ном экранированных, камерах конвективная компонента общего
теплообмена играет незаметную роль и данными расчетными
методиками не учитывается. Между тем в рассматриваемых ка-
мерах сгорания, имеющих объем, меньший на два и более поряд-
ка (<1 м3), конвективная компонента может превысить лучи-
стую, что и учитывается рассмотренной методикой, хорошо ап-
проксимирующей экспериментальные данные. Камеры сгорания
на твердом и жидком топливе рассчитываются аналогично, а со-
ответствующие расчетные графики приведены в [6].
4.6. РАСЧЕТ КОНВЕКТИВНЫХ ГАЗОХОДОВ (6, 7, 13]*
ржания и избыточный воздух, покидающий камеру
конвективные газоходы. Теплота, выде-
ленная при их охлаждениям^ этих газоходах, определяется как
Q«== (4.34)
Здесь Аа=аух—ат. В аппаратах непрерывного действия
Q<s=0 ; индекс к обозначает, что теплота относится к конвек-
тивным газоходам. Температура tT* была предварительно при-
1 Конвективные газоходы являются каналами, окруженными рабочими по-
верхностями нагрева теплового аппарата. По этим каналам движутся продукты
сгорания, омывают поверхность нагрева и передают им теплоту.
нята при определении расхода газа Vr при расчете камеры сго-
рания. В конце данного расчета она подлежит проверке. QiK =
—Qi — QiKC Q1k=Qk — Q5k — Q6k; поверхность нагрева конвективного
газохода
к А/’
где
A t =
Здесь tK и ta, °C, конечная и начальная температуры нагреваемой
воды.
Так как ав^аг, т. е. коэффициент теплоотдачи ст стенкй
конвективного газохода к воде на 1—2 порядка больше, чем
коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке, то
при чистых поверхностях и плоской стенке
“в 4- “г
ss а.г
то ,
Например, при dB=1000 Вт/(м2-К) и аг=10 Вт/(м2-К)
Вт/(м3 ‘ Ю-Так как в этом случае k^ar,
tCT= tBp = tH > т. e. температура стенки почти равна средней
температуре нагреваемой воды, особенно если она находится в
состоянии кипения (в парогенераторах технологических аппара-
тов), при котором «/°лы»а<в<“ , где U °C,— температура кипе-
ния; аг=ак4-ал. Так как для продуктов сгорания Рг<1, то для
турбулентного режима и движения газов в прямых круглых
каналах с охлаждаемыми поверхностями можно применить
формулу (4.35), близкую по структуре к формуле (4.20):
№=0,021 • /?/-8 • /У’43 - (V0’25. (4.35)
\ a ,S."
Для ламинарного режима можно воспользоваться формулой
(4.23). Таким образом ал опрр&^^Жя*
«Э “ I -».,..'./ 1'1.
(4.24). Физконстанты продуктов ; Сгорания, входящие в числа
подобия,. определяются по справочным таблицам (6,39) или
табл. 4.6 по средней их температуре, равной
^Р=/еР + А /„=/«₽, (4,36)
где ^р, t„ — средние температуры воды, продуктов сгора-
4 F
ния и стенки, °C; бэ=——• где F — сечение для прохода про-
дуктов сгорания, м2, а П — смоченный периметр газохода, м.
з*
67
г Ври опре^вйении ’режима.^движенияпроектов сгорания по
конвективному газоходу их скорость, м/с, находится как
- : Vr£V ', ?73+<СгР
в 3600/7 * 273 ’
где SV—-объем продуктов сгорания (включая избыточный воз-
дух) в м3 при нормальных условиях (0°С и ~ 100 кПа) на ,1 Й8
сжигаемого газа, м3/м3; SV определяется по расчету продуктов
сгорания, приведенному в гл. 14; Fr— живое сечение конвектив-
ного газохода, м2; предварительно определяется при проработке
его конфигурации. >
Проверка правильности определения F, м2 (конвективной по-
верхности нагрева) и предварительного выбора tyx производится
на основе соблюдения равенств
Уг<2 Vcr-% VcP*+bb VacM3aiB09a)-
~Q>K~Q^ (4.38)
При расхождении более чем на 10% расчет камеры сгора-
ния и конвективной поверхности идгрева повторяют, задаваясь
иным значением tyi. При этом учитывают, что для системы «Ка-
мера сгорания — конвективный газоход» имеет место
Q=Qkc+Qk; QiK; |
Q6-Q6kc+Q6k; Qe=QeKC+QeK. J ( '
4.7. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА
ГАЗОВЫХ АППАРАТОВ f 13]
Камера сгорания,
1. По заданному составу горючего газа определяют объем
продуктов сгорания, теоретически необходимое количество воз-
духа и низшую теплоту сгорания (см. гл. 14).
2. Составляют предварительную принципиально-конструктив-
ную (расчетную) схему аппарата и намечают размеры камеры
сгорания.
- ЗйДа&Ш«Оь’''температурой на поверхности изоляции каме-
ры и толщиной Стенки, определяют QskcH-Qskc • Последняя для
аппаратов непрерывного действия равна нулю.'
4. Определяют К.ТПД. камеры сгорания; задавшись температу-
рой уходящих продуктов сгорания, рассчитывают расход го-
рючего газа.
5. По справочным таблицам [6, 39] или табл, 4.6 находят
средние теплоемкости с всех компонент продуктов сгорания и
избыточного, воздуха при трех-четырех произвольных значениях
температуры в интервале от 0 до 2000 °C, например 500, 1000,
1500, 2000°C, Это нужно для построения I—t-диаграммы,
68
С^ояЫ^-да^флмму для прс^уктри сгорания. .Л, > и
7. Из теплового баланса камеры сгорания определяют; эд*
тальпию продуктов сгорания.
8. , По найденному значению энтальпии и ат по I—t-диаграмме
(рис. 4.5) определяют температуру горения.
9. Задаются значением t", °C, т. е. температурой продуктов
*^0рдния при выходе из камеры.
10. Цо формуле (4.31) и I—t-диаграмме определяют теплф-
емкость продуктов сгорания 2jVc в интервале от t до trOp.
11. Определяют топочное число, приняв размер радиацион-
ной поверхностипо расчетной схеме (см. п. 2).
12. По графикам рис. 4.9 находят значения чисел А н.В.
Отношение высоты к эквивалентному диаметру — камеры его-
рання принимают по расчетной схеме.
13. По значениям А и В и топочного числа по формуле (4.32)
определяют приведенную степень черноты камеры сгорания е.
! 14. Определяют произведение еКт. / ; ’
15. .По графику рис. 4.10 0"=ЦеКт) находят относительную
температуру 0". ;
16. Температуру среды на выходе из камеры сгорания в кон-
вективный газоход определяют как Т"=0"ТГор.. Значение t" сопо-
ставляют с ранее принятым (см. п. 9). Прн расхождении более
чем на 10% расчет повторяют с другим значением t".
17. Значение t" для рассматриваемых камер сгорания обыч-
но находится в пределах 500—1000 °C. При t"<c500°C расчетную
принципиально-конструктивную схему аппарата изменяют в сто-
рону уменьшения радиационной поверхности камеры сгорания
Нр, а при t"^> 1000° С — в сторону ее увеличения.
Конвективные газоходы (здесь рассматриваетсяодин газоход).
18. По тепловому балансу определяют общее и полезное
тепло в конвективном газоходе.
19. Составляют расчетную принципиально-конструктивную схе-
му конвективного газохода. дошка s.-.-:
20. Определяют средний (логарифмнческда){сн?й¥Яедатуррый
напор по формуле (4.9).
21. По формуле (4.37) вычисляют среднюю гдрйже-
ния продуктов сгорания по газохо^дури » -
22. Определяют эквивалентный диаметрдазрхода.
23. Находят число; Рейнольдса и определяют режим движе-
ния продуктов сгорания.
24. По формуле (4.35) и (4.23) определяют число Нуссельта и
конвективную компоненту коэффициента теплоотдачи.
25. Вычисляют среднюю температуру стенки и продуктов сго-
рания па формуле (4 36). . , . , -
=2ё. Определяют парциальные давденйя . трёхатомных Тйзо'в
и водяных паров (Pro, и ЙндХ Р .
27. Находят эффективную толщину излучающего газового
слоя (/).
28. Определяют степень черноты продуктов сгорания (рис. 4.4;
4.5; 4.6).
29. По формуле (4^4) определяют лучистую компоненту ко-
эффициента теплоотдачи.
30. Определяют суммарный коэффициент теплоотдачи от
продуктов сгорания к стенке газохода.
31. Вычисляют конвективную поверхность нагрева.
32. Проверяют правильность предварительно выбранного зна-
чения температуры уходящих продуктов сгорания по формулам
(4.38, 4.39). При расхождении более чем на 10% расчет камеры
сгорания и конвективного газохода повторяют прн иной tyx.
33. Определяют толщину изоляции и уточняют Qg.
34. Расчетную принципиально-конструктивную схему конвек-
тивного газохода приводят, если это требуется, в соответствие с
тепловым расчетом.
Методика расчета теплового аппарата, работающего на твер-
дом или жидком топливе, аналогична, но при этом в тепловом
балансе учитывают потери Q8 и Q< (табл. 4.1), а при расчете
камеры сгорания коэффициенты А и В находят по [6].
Проверочный расчет отличается от приведенного тем, что в
нем заданы радиационная и конвективная поверхности и . их кон-
фигурация, взятые по реальному аппарату, и в ходе расчета опре-
деляются t", tyx и расход топлива, обеспечивающий заданную
полезную тепловую мощность аппарата Q(.
При расчете аппаратов на электрическом обогреве поверх-
ности греющих элементов обычно не проверяют, а расчет сводят
к определению электротехнических параметров нагревательных
устройств, приведенному во втором разделе. При необходимости
определения поверхности нагрева электронагревателей, отдаю-
щих тепло окружающей среде, можно воспользоваться вышепри-
веденными формулами расчета конвективной и лучистой теплоот-
дачи. При этом температура на поверхности нагревателей прини-
мается на основании величины их удельной тепловой мощности.
Примерный расчет камеры сгорания и конвективных газоходов
приведен в (13).
4.8. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ И АЭРО ДИНАМИЧЕСКИ И РАСЧЕТЫ
Гидравлический расчет парового и водяного трактов.
Сопротивление тракта определяют как
ДР1==ДРд+ДРм, . (4.40)
где ДР, ДРд и ДРМ — потери давления (общая, по длине и на
преодоление местных сопротивлений), Па.
Для определения ДР задаются скоростью воды в пределах
0,5 м/с или пара в пределах 15 м/с. При этих скоростях падение
70
давления по тракту будет находиться в допустимых пределах
(ДР<20 кПа). По принятым скоростям определяют диаметры
паро-и конденсатопроводов.
ДРЛ=Х • — • (4.41)
л а3 2
v А . „ , t 0,3164 . а .
л=-^- (ламинарным режим); *—~о'(турбулентный ре-
жим). А зависит от формы сечения и находится по справочным
таблицам [6].
Для круглого сечения А=64. X—коэффициент трения; I — дли-
на прямого участка, м; da —эквивалентный диаметр, м; р — плот-
ность среды, кг/м3; w — ее скорость, м/с.
(4-42)
1 £
п
Здесь 2$ —сумма коэффициентов местных сопротивлений, за-
i
висящих от их типа (поворот, сужение, расширение, арматура
и пр. (.6).
Аэродинамический расчет газового тракта.
Потери давления (по длине и местные) определяют по форму-
лам (4.41; 4.42).
Общее сопротивление определяют как
ДР=ДРд4-ДРи +дрс, (4.43)
где
дЛ=Я(рв—РпсХ (4.44)
Здесь ДРс—самотяга, определяемая разностью плотностей наруж-
ного воздуха рв, кг/м3, и продуктов сгорания рп.с., кг/м3, умножен-
ной на высоту газового тракта Н, м. Плотность рп.о. берется при
их средней температуре. Самотяга увеличивает сопротивление
газового тракта При движении продуктов сгорания сверху вниз
(знак «+») и уменьшает при нх движении снизу вверх, т. е. в
направлении действия естественной тяги (знак .«—»). Пример-
ный аэродинамический расчет приведен в [13].
, . Глака. 5 •
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕПЛОВОМ ОБОРУДОВАНИИ
5.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Тепловое оборудование предназначено для доведения кулинар-
ных изделий до готовности, их разогрева и поддержания необхо-
димой температуры. -
Тепловые аппараты различного назначения и устройства со-
стоят из следующих основных частей- рабочей камеры, рабочего
v органа (органов), нагревательного устройства^ корпуса, основания
(постамента), тепловой изоляции, кожуха, арматуры, контрольно-
измерительных приборов и приборов автоматического регулиро-
вания. ' •”
Под рабочей камерой понимается та часть аппарата, в кото-
рой производится тепловая .обработка продуктов. В зависимости
от назначения аппарата рабочие камеры могут иметь различ-
ныеформу и размеры, например камеры шкафов для жаркими
выпечки, конфорки плит, Варочные сосуды котлов, камеры СВЧ-
аппаратов и т. п.
! . 'Рабочие камеры могут быть подвижными (электросковороды,
опрокидывающиеся котлы) и неподвижными (стационарные кот-
йы большой емкости, жарочные шкафы и т. п.).
ПбД рабочим органом аппарата понимается та его часть, в ко-
торой или с помощью которой происходит образование тепловой
энергии.
К важнейшим рабочим органам тепловых аппаратов относятся
газовые горелки, конфорки, трубчатые электронагреватели, топоч-
ные пространства.
6 электрических плитах рабочая камера и рабочий орган
совмещены в единой, конструкции — конфорке, в твердотопливных,
жидкотопливных й газовых плитах, наоборот, эти части конструк-
ции разъединены.
В электрических Жарочных и пекарных шкафах рабочие
органы (тэиЫ) находятся внутри рабочей камеры. Некоторые ти-
пы тепловой аппаратуры вообще не имеют рабочих органов. К ним,
например, относится пароварочная аппаратура, работающая - на
паре, поступающем из котельных промышленных предприятий или
из групповых парогенераторов. В этом случае образование теп-
ловой энергии, носителем которой является пар, происходит в со-
ответствующих котлах или парогенераторах.
К нагревательным устройствам относятся те части аппаратов,
, в которых происходит передача тепла от теплоносителя к стен-
кам рабочей кймеры. К нагревательным устройствам относятся
. р^бащки аппаратов с паровым обогревом, пароводяные рубашки
^лектропишева^Ьчцых котлов, топочные пространства огневых и
В огневой и газовой аппаратуре с непо-
' с^ёДСтвёнДым oojStjpj&Bo^ (без промежуточных теплоносителей)
рабочие органы и нагревательные устройства совмещены в единое
целое — топочное пространство?^ некоторых типов аппаратов на-
гревательных устройств вообще нет. К иим относятся пароВа-
рбчныё аппараты,’^Дботающие на остром паре (тепло кон-
денсирующегося пара передается непосредственно пищевому про-
дукту), и др. -
Корпус служит для монтажа на нем всех основных частей
аппарата. Он может быть различных размеров и формы. Корпус
аппарата устанавливается на основании (постаменте), которое
обычно представляет отливку нз чугуна различной формы или кар-
кас из уголковой стали.
!'правило, наяое»тж>ч,ад^гда*-
ружную поверхность рабочей камеры и, выполняет следующие
функции: уменьшает потери тепла в окружающую среду (повыша-
ет тепловой к.п.д. аппарата), предохраняет обслуживающийпер-
еонал от ожогов и способствует созданию комфортных условий
труда.
Кожух обычно покрывает рабочую камеру аппарата снаружи.
Он предохраняет тепловую изоляцию от различного рода воздей-
ствий (механических, окружающей среды) и придает аппарату
внешний вид, отвечающий требованиям технической эстетики* .
Арматура предназначена для пуска, остановки и правильной
эксплуатации аппарата, а также для регулирования его работы.
К арматуре относятся краны, вентили, задвижки, наполнительные
воронки с указателем уровня, предохранительные клапаны и др.
Специфичной для аппаратов предприятий общественного питания
арматурой являются двойной предохранительный клапан и пред-
охранительный клапан-турбиика.
Двойной предохранительный клапан (рис. 5.1) устанавливает-
ся на паровых рубашках аппаратов. Он выполняет две функции:
выпускает пар из паровой рубашки в атмосферу в случае подъема
его давления сверх допустимого и впускает воздух внутрь ру-
башки аппарата в случае образования в ней вакуума. Вакуум в
паровой рубашке возникает при конденсации пара, когда, напри-
мер, при остановке аппарата прекращается подача в него свежего
пара, а оставшийся в рубашке пар конденсируется за счет охлаж-
дения аппарата. Глубокий вакуум в рубашке недопустим, так
как при этом она испытывает большое внешнее давление, на ко-
торое ие рассчитана. При увеличении давления пара в рубащке
сверх допустимого преодолевается масса груза 5, паровой кла-
па[н 3 поднимается, и избыток пара выходит Вс атмосферу через
отверстие 4. Масса груза рассчитана на максимально допусти-
мое давление в рубашке котла. При возникновении в рубашке
аппарата вакуума приподнимается вакуумный клапан /, в ре-
зультате чего воздух начинает поступать в рубашку, уменьшая ' в.
ней глубину вакуума. 2*,.';
Предохранительный клапан-турбинка (рис/ОУУ Устанавлива-
ется на крышках неопрокидывающихся пйщШар%^14х, кбХЙрв*
Предназначен он для предотвращения поцыщеИц^
в котле (варочном сосуде) свер^ 2,5 кДсэ(§,о25 ати). ’и’ Для' от-
вода пара* который образуе/щг ., при кипении содержимого
котла? ... J У?? ,.
При увеличении давления пара-в э^эчном сосуде сверх
2,5 кПа клапан 7 поднимается, пар по ринтовым каиавкам устрем-
ляется через штуцер 6 к пароотводу, а шпиндель с кольцом 2
начинает вращаться, что свидетельствует о закипании содержи-
мого варочного сосуда.
Контрольно-измерительные приборы и приборы автоматического
регулирования предназначены для контроля режима . работы
аппарата (давления, температуры и других важнейших ларамет-
органа (органов), нагревательного устройства,, корпусу основания
‘(постамента), тепловой изоляции, кожуха, арматуры, контрольно-
измерительных приборов и приборов автоматического регулиро-
вания. '
Под рабочей камерой понимается та часть аппарата, в кото-
рой производится тепловая обработка продуктов. В зависимости
от назначения аппарата рабочие камеры могут иметь различ-
ные форму и размеры, например камеры шкафов для жарки; и
выпечки, конфорки плит, варочные сосуды котлов, камеры СВЧ-
аппаратов и т. п.
Рабочие камеры могут быть подвижными (электросковороды,
опрокидывающиеся котлы) и неподвижными (стационарные кот-
лы большой емкости, жарочные шкафы и т. п.).
Под рабочим органом аппарата понимается та его часть, в ко-
торой или с помощью которой происходит образование тепловой
энергии.
К важнейшим рабочим органам тепловых аппаратов относятся
газовые горелки, конфорки, трубчатые электронагреватели, топоч-
ные простр а нств а.
В электрических плитах рабочая камера и рабочий орган
совмещены в единой конструкции — конфорке, в твердотопливных,
жидкотопливных и газовых плитах, наоборот, эти части конструк-
ции разъединены.
В электрических жарочных и пекарных шкафах рабочие
органы (тэны) находятся внутри рабочей камеры. Некоторые ти-
пы тепловой аппаратуры вообще не имеют рабочих органов. К ним,
например, относится пароварочная аппаратура, работающая на
паре, поступающем из котельных промышленных предприятий или
из групповых парогенераторов. В этом случае образование теп-
ловой энергии, носителем которой является пар, происходит в со-
ответствующих котлах или парогенераторах.
К нагревательным устройствам относятся те части аппаратов,
в которых происходит передача тепла от теплоносителя к стен-
кам рабочей камеры. К нагревательным устройствам относятся
„ рубашки аппаратов с паровым обогревом, пароводяные рубашки
^лектропищеваррчных котлов, топочные пространства огневых и
разовых/ В огневой и газовой аппаратуре с непо-
’ средствённым' ppo^BPjM (без промежуточных теплоносителей)
рабочие органы и нагревательные устройства совмещены в единое
целое — топочное пространство/^ некоторых типов аппаратов на-
гревательных устройств вообще нет. К ним относятся парова-
рОчные аппараты, работающие на остром паре (тепло кон-
денсирующегося пара передается непосредственно пищевому про-
дукту), и др.
Корпус служит для монтажа на нем всех основных частей
аппарата. Он может быть различных размеров и формы. Корпус
аппарата устанавливается иа основании (постаменте), которое
обычно представляет отливку из чугуна различной формы или кар-
кас из уголковой стали.
Тепловая изоляция аппарата, как правило, наносится- .на; -да*-
ружную поверхность рабочей камеры и выполняет следующие
функции: уменьшает потери тепла в окружающую среду (повеща-
ет тепловой к.п.д. аппарата), предохраняет обслуживающий .пер-
сонал от ожогов н способствует созданию комфортных условий
труда.
Кожух обычно покрывает рабочую камеру аппарата снаружи.
Он предохраняет тепловую изоляцию от различного рода воздей-
ствий (механических, окружающей среды) и придает аппарату
внешний вид, отвечающий требованиям технической эстетики.
Арматура предназначена для пуска, остановки и правильной
эксплуатации аппарата, а также для регулирования его работы.
К арматуре относятся краны, вентили, задвижки, наполнительные
воронки с указателем уровня, предохранительные клапаны и др.
Специфичной для аппаратов предприятий общественного питания
арматурой являются двойной предохранительный клапан и пред-
охранительный клапан-турбинка.
Двойной предохранительный клапан (рис. 5.1) устанавливает-
ся на паровых рубашках аппаратов. Он выполняет две функции:
выпускает пар из паровой рубашки в атмосферу в случае подъема
его давления сверх допустимого и впускает воздух внутрь ру-
башки аппарата в случае образования в ней вакуума. Вакуум в
паровой рубашке возникает при конденсации пара, когда, напри-
мер, при остановке аппарата прекращается подача в него свежего
пара, а оставшийся в рубашке пар конденсируется за счет охлаж-
дения аппарата. Глубокий вакуум в рубашке недопустим, так
как при этом она испытывает большое внешнее давление, на ко-
торое не рассчитана. При увеличении давления пара в рубашке
сверх допустимого преодолевается масса груза 5, паровой кла-
пан 3 поднимается, и избыток пара выходит в. атмосферу через
отверстие 4. Масса груза рассчитана на максимально допусти-
мое давление в рубашке котла. При возникновении в рубашке
аппарата вакуума приподнимается вакуумный клапан 1, в ре-
зультате чего воздух начинает поступать в рубашку, уменьшая в.
ней глубину вакуума. 2'
Предохранительный клапан-турбинка (ри.С.;К2)?' устанавлива-
ется на крышках неопрокидывающихся пйщ)йар!6чпых котлов.
Предназначен он для предотвращения повуШеЙи# давления’ 'кара
в котле (варочном сосуде) ceepjj, 2,5 кПа"^б;028 ати) й для от-
вода пара, который образуе/сд^ прй" кипении содержимого
котла. ; ,
При увеличениидавления пара-в варочном сосуде сверх
2,5 кПа клапан 7 поднимается, пар по винтовым канавкам устрем-
ляется через штуцер 6 к пароотводу, а шпиндель с кольцом 2
начинает вращаться, что свидетельствует о закипании содержи-
мого варочного сосуда.
Контрольно-измерительные приборы и приборы автоматического
регулирования предназначены для контроля режима работы
аппарата (давления, температуры и других важнейших ларамет-
Рис. 5.1. Двойной пре-
дохранительный клапан!
1 — вакуумный клапан; 2 —
корпус клапана; 3 — паро-
вой клапан; 4 — отверстие
для выхода пара в атмос-
феру; 6 — груз; 6 — ко-
жух
Рис. 5.2. Предохранительный клапан-турбинка»
1 — крышка котла; 2 — шпиндель о кольцом; 3 —
фиксатор; 4 — ограничительное кольцо; 6 ~ корпус
клапана; 4 — штуцер для присоединения к паропро-
воду; 7 — клапан е винтовыми канавками (турбин-
ха); 8 — отражатель
ров), его регулирования и обеспечения безопасных условий экс-
плуатации аппарата; последнее в наибольшей степени относится
к аппаратам, работающим на газовом обогреве.
5,2, КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕПЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ
3 Тепловоеоборудоваиие предприятий общественного питания
может быть классифицировано до ряду признаков, важнейшими
из которых являются: технологическое назначение, способ обо-
грева, источник тепла (вид энергоносителя), принцип работы, кон-
структивное решение, степень автоматизации.
По технологическому назначению тепловое оборудование
подразделяется на универсальное и специализированное. К уни-
версальному оборудованию относятся плиты, так как на них мож<
но осуществить все способы тепловой обработки пищевых про-
дуктов (основные, вспомогательные и комбинированные).
Специализированное оборудование подразделяется на вароч-
ное, жарочное и вспомогательное. К варочному оборудованию
74
относятся котлы, автоклавы, вакуум-аппараты и т. п. Котлы ра-
ботают практически при атмосферном давлении, автоклавы — при
повышенном, вакуум-аппараты — при пониженном давлении (под
вакуумом). К жарочному оборудованию относятся сковороды,
фритюрницы и жарочные (пекарные) шкафы, к вспомогательно-
му— мармиты, тепловые стойки, ряд теплообменников.
В зависимости от способа обогрева тепловое оборудование
подразделяют на контактные и поверхностные теплообменники.
Последние в свою очередь могут быть подразделены на теплооб-
менники с непосредственным и косвенным обогревом.
Примером контактного оборудования, в котором нагрев пи-
щевого продукта происходит при непосредственном соприкосно-
вении с ним теплоносителя, могут служить пароварочные, аппа-
раты. В них пищевой продукт соприкасается с водяным паром,
который отдает свою теплоту продукту, при этом насыщенный пар
конденсируется и отдает продукту теплоту конденсации, а пере-
гретый пар, как правило, не конденсируется и отдает продукту
лишь теплоту перегрева или часть ее, что значительно меньше
теплоты конденсации. Однако при использовании перегретого па-
ра процесс можно осуществлять при более высокой температуре
и добиваться образования на поверхности продукта специфичес-
кой корочки. Другим примером контактного оборудования могут
служить фритюрницы, в которых обжариваемый продукт погру-
жен непосредственно в жир (фритюр), выполняющий в данном
случае, помимо других функций, и роль теплоносителя. К контакт-
ному оборудованию относятся и так называемые контактные
теплообменники, в которых жидкость нагревается при непо-
средственном соприкосновении с продуктами сгорания.
У теплообменников с непосредственным обогревом теплооб-
мен между греющей средой и обрабатываемым продуктом (те-
лом) происходит через разделительную стенку — поверхность на-
грева. К теплообменникам с непосредственным обогревом отно-
сятся плиты, кипятильники, а также пищеварочные котлы с непо-
средственным обогревом и поверхностные теплообменники с
непосредственным обогревом. У плит разделительная стенка, как
правило, двухслойная: первым слоем являёЙй~Ажарочная по-
верхность, вторым — дно наплитной посуды.
У поверхностных теплообменников 'обо-
гревом передача тепла от более нагретой среды к менее нагре-
той происходит через поверхность нагрева, расположение (ру-
башечные, кожухотрубные, элементные однокорпусные и др.) и
конфигурация (трубчатые горизонтальные, трубчатые вертикаль-
ные и др.) которой являются важнейшими признаками их клас-
сификации (рис. 5.3). Кроме того, эти теплообменники классифи-
цируются по направлению потока рабочих . сред, которое может
быть прямоточным и противоточным (рис. 5.4), а также по числу
ходов рабочих сред и жесткости конструкции.
У теплообменников с косвенным обогревом теплообмен меж-
ду источником тепла н пищевым продуктом происходит через
Классификация поверхностных теплоо^ментиов*.
1) по расположению поверхности, нагрева.
Рис. 5.3. Классификация поверхностных теплообменников с косвенным обогревом:
а рубашечные; б — кожухотрубные; в — элементные однокорпусные; а — элементные мно»'
гокорпусиые; д — погружные; е — оросительные; ж — трубчатые горизонтальные; з — верти»
кально-кожухотрубные; и — змеевиковые; к — комбинированные; л — пластинчатые; м ~ реб<
рнстые; н — спиральные
промежуточные теплоносители (вода, водяной пар, ВОТ, мине*
ральные масла).
К теплообменникам с косвенным обогревом относится ряд
конструкций пищеварочных котлов и сковород. У них. промежу-
точный теплоноситель находится в замкнутом пространстве —
между источником тепла и рабочей камерой. Косвенный обогрев
в отличие от непосредственного обладает тем преимуществом, что
Рис. 5.4. Схемы теплообменников!
а — прямоточного; б — противоточного
создает при жарке более равномерное температурное поле, пред-
отвращающее пригорание продуктов. К недостаткам косвенного
обогрева относится большая тепловая инерционность соответст-
вующей аппаратуры, т. е. более длительные ее нагрев и охлажде-
ние.
По источникам тепла (видам энергоносителя) различают
тепловое оборудование с огневым, газовым, паровым и электриче-
ским обогревом.
К огневому оборудованию принято относить оборудование,
работающее на жидком и твердом топливе. Главным элементом
этого оборудования является топка, в которой происходит сжи-
гание топлива. Обогрев поверхности нагрева происходит топоч-
ными газами и непосредственно пламенем. Оборудование с огне-
вым обогревом просто по конструкции и работает, как правило, на
местном топливе. Однако оно обладает низким к.п.д., кроме того,
в процессе его эксплуатации трудно регулировать тепловой ре-
жим и поддерживать надлежащие санитарно-гигиенические усло-
вия. —
Газовое оборудование по существу также^ЕНШкет быть отне-
сено к огневому, так как поверхности нагрева оЭёг'рйзаются в нем
продуктами сгорания и непосредственно пламенам.? Одна ко оно
условно выделяется в самостоятельную группу ввиду сущест-
венного конструктивного отличия от твердотопливного и жидко-
топливного оборудования (наличие таких специфичных элемен-
тов, как газовые горелки* относительная легкость автоматичес-
кого регулирования теплового режима, особые условия эксплуа-
тации).
Основным элементом оборудования с паровым обогревом явля-
ется нагревательное устройство, обычно конструктивно оформлен-
ное в виде рубашки. Это оборудование, как правило, работает на
насыщенном паре, который конденсируется в рубашке и отдает
теплоту фазового, превращения. В оборудовании с паровым обо-
гревом используется пар невысокого давления: 50 кПа (0,5 ати) —
в пищеварочных котлах и 2500 кПа (2,5 ати) — в автокла-
вах. Оборудование с паровым обогревом целесообразно исполь-
зовать на промышленных предприятиях с котельными установ-
ками.
У оборудования с электрическим обогревом основным элемен-
том является электронагреватель, в котором электрическая энер-
гия преобразуется в тепловую или энергию электромагнитного
поля. Оборудование с электрическим обогревом широко применя-
ется на предприятиях общественного питания, так как этот вид
энергии обладает рядом преимуществ по сравнению с другими
видами энергии. К числу преимуществ относятся: сравнительно
легкое преобразование электрической энергии в тепловую, быстрая
и экономичная передача энергии на далекие расстояния, возмож-
ность точного учета ее расхода, простота и надежность управле-
ния электротепловыми аппаратами, хорошие санитарно-гигиениче-
ские условия на производстве, относительно высокий коэффициент
полезного действия оборудования.
По принципу работы (способу действия) различают тепловое
оборудование периодического (прерывного), непрерывного и ком-
бинированного действия.
К оборудованию периодического действия относится такое
оборудование, в котором загрузка сырья и выгрузка готовой
продукции производятся прерывно, периодически. В оборудовании
непрерывного действия обе операции осуществляются непрерыв-
но. В оборудовании комбинированного действия одна из этих опе-
раций производится периодически, другая — непрерывно. На пред-
приятиях общественного питания наиболее широко распростране-
но оборудование периодического действия, однако все чаще начи-
нает применяться оборудование непрерывного действия, особенно
на предприятиях большой мощности, так как оно обладает рядом
существенных преимуществ: более высокой производительностью,
возможностью полной автоматизации всего технологического цик-
ла, более равномерной тепловой обработкой продуктов, что спо-
собствует улучшению их качества, и др.
По конструктивному решению тепловое оборудование может
быть подразделён^»-на несекциониое и секционное, немодулиро-
ванное и мёд^л^^ёйное.
Несекционное7 (ЙЙрудойаиие характеризуется различными
мощностью и размерами. Такбё1 оборудование обладает сущест-
венными недостатками: усложняет внедрение современных прин-
ципов проектирования предприятий, что приводит к нерациональ-
ному использованию оборудования; усложняет, а иногда и ис-
ключает возможность механизации производства; не позволяет
создавать поточные механизированные линии; требует для сво-
ей установки значительных площадей и обслуживания не только
с фронтальной, но и с боковых сторон.
Секционирование оборудования предусматривает изготовле-
ние отдельных секций, составляющих аппараты различной мощно-
сти в зависимости от производственной необходимости. В отдель-
ных случаях секции могут работать в качестве самостоятельных
аппаратов. Секционирование оборудования позволяет широко при-
менять единый размер аппаратов — модуль. В нашей стране за
модуль принята величина М = 100 мм. Длина и ширина секций
модулированного оборудования, образующих общий стол-настил,
должны быть кратны этому модулю. Обычно ширина напольного
оборудования равна 4 М. Высота комплекта модулированного
оборудования должна быть 850 мм±10 мм.
Исключение составляют двухсекционные жарочные и холо-
дильные шкафы и шашлычные печи, для которых высота приня-
та равной 1650 мм.
Несекционное оборудование обычно является и немодулиро-
ванным. Ранее выпускавшееся секционное оборудование, например
твердотопливные плиты ПСТ-1,5 и ПСТ-2,5, также не было мо-
дулированным.
В последние годы как в СССР, так и за рубежом широко
используется секционное модулированное оборудование. Оно об-
ладает рядом достоинств, к основным из которых ОТНОСЯТСЯ}
возможность осуществления последовательности и взаимосвязи
различных стадий технологического процесса; сокращение затрат
рабочего времени персонала на перемещение по кухне; улучшение
микроклимата, так как оборудование оснащено местными вен-
тиляционными отсосами; более широкое использование внутри-
цехового транспорта; повышение общей культуры производства?
упрощение монтажа, эксплуатации и ремонта в связи с унифика-
цией ряда узлов аппаратов; возможность подводки коммуника-
ций и обслуживания оборудования только с фронтальной сто-
роны.
По степени автоматизации тепловое оборудование подраз-
деляется на неавтоматизированное, полуавтоматизированное и
автоматизированное. При эксплуатации неавтоматизированного
оборудования (плиты, котлы, кипятильники, работающие на огне-
вом обогреве) контроль за его безопасной работой и соблюдени-
ем теплового режима производится обслуживанием персоналом.
При эксплуатации полуавтоматизированного ..зд^дования кон-
троль за его безопасной работой осуществляетс^^зтоматически, а
тепловой режим работы поддерживается Bpygggefk-K этому- ...виду
оборудования относятся газовые плиты, газоме котлы с ' непо-
средственным обогревом и др. Дри . эксплуатации автоматизиро-
ванного оборудования контроль за ег<^ безопасной работой и
соблюдением теплового режима производится автоматически.
К автоматизированному оборудованию’ относятся электричес-
кие котлы и жаровни, ряд газовых котлрв и жаровен, электроки-
пятильники и др.
Разобраться во всем многообразии оборудования позволяют
его индексация и типаж. Они необходимы также для упорядоче-
ния конструирования и производства оборудования, унификации
отдельных узлов и деталей.
Для теплового оборудования принята; буквенно-цифровая ин-
дексация. Первая буква индекса соответствует технологическо-
му назначению оборудования н подразделяет его на группы:.
К —котлы (кипятильники), П — плиты, Ф — фритюрницы, ИГ-
шкафы и т. п. Вторая буква индекса обозначает вид оборудо-
вания по одному из важнейших признаков классификации (кон-
структивное решение, принцип работы, технологическое назначен
вие и т. п.). Например, ПС — плиты секционные, КН —кипятиль-
ники непрерывного действия, КП — котлы пищеварочные и т. п.
Третья буква индекса соответствует виду энергоносителя:
КПТ — котел пищеварочиый твердотопливный, КНЭ — кипятиль-
ник непрерывного действия электрический и т. д. Моду-
лированное оборудование обозначается буквой М, например
АПЭСМ— аппарат пароварочный электрический-секционный мо-
дулированный.
Цифровая часть индексации выделяет основные типоразмеры,
при этом основанием для выделения типоразмеров является
характерный для данного оборудования параметр: для плит и
сковород — площадь жарочной поверхности в №, для котлов —
вместимость в дм3, для кипятильников—производительность по
кипятку в кг/ч и т. п. Например, КПЭ-60—котел пищеварочный
электрический вместимостью 60 дм3. Наконец, последняя цифра,
если она имеется, соответствует году серийного выпуска аппарата
данной конструкции: КНТ-200—68 — кипятильник непрерывного
действия твердотопливный производительностью 200 кг/ч конструк-
ции 1968 г.
5.3. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
К ТЕПЛОВОМУ ОБОРУДОВАНИЮ
К основным требованиям, которые предъявляются к тепло-
вому оборудованию, относятся следующие:
1. Возможность выполнения заданного процесса (процессов) в
соответствии ф,т^ебо.ваниями прогрессивной технологии. В аппа-
ратах должнодроизводиться оптимальное технологическое воз-
действие на обрабатываемый продукт, в результате которого он
доводится др при сохранении (создании) высокого ка-
чества, максимальной производительности оборудования и мини-
мальных потерях. ; и
2. Высокая технико-экономическая эффективность, которая
в конечном счете сказывается на росте производительности тру-
да, т. е. снижении затрат общественно необходимого труда на
единицу продукции. Повышение технико-экономической эффек-
тивности оборудования означает сокращение занимаемой им пло-
щади, расхода энергии, воды, пара, снижение стоимости изготов-
ления, монтажа, ремонта и эксплуатации оборудования.
3. Технологичность, т. е. соответствие конструкции и материа-
лов оптимальной технологии машиностроения в условиях мае-
сового производства. Технологичность оборудования должна вы-
держивайся в течение всего цикла его производства -^начиная
от заготовки деталей и кончая испытанием готовых машин и ап-
паратов. •
4, Унификация и нормализация деталей и узлов, максималь-
ное использование стандартизированных деталей и изделий, что
повышает серийность и технологичность оборудования. ;
5. Секционность, которая улучшает условия его эксплуатации,
экономит энергию, облегчает разборку, перемещение и сборку?
при монтаже и ремонте.
6. Соответствие требованиям техники безопасности и производ-
ственной санитарии, а также требованиям технической эстетики.
7. Автоматизация контроля и регулирования.
8. Техническое совершенство и надежность. На этом требо-
вании необходимо остановиться подробнее, так как оно имеет
особое значение для общественного питания, обладающего боль-
шим парком оборудования нескольких сотен наименований.
Техническое совершенство оборудования характеризуется вре-
менем, в течение которого оно по своим основным показателям
соответствует современному уровню развития техники.
Под надежностью машины или аппарата понимается их спо-
собность выполнять свои функции, сохраняя эксплуатационные
показатели в заданных пределах в течение требуемого проме-
жутка времени или требуемой наработки.
Наработка — это продолжительность или объем работы маши-
ны либо аппарата, измеряемые в единицах времени или весовых
(объемных) единицах.
Надежность машины или аппарата зависит от их безотказ-
ности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Коли-
чественно она может быть оценена как произведение вероятно-
сти безотказной работы в течение заданного времени и коэффи-
циента оптимального технического использования машины или
аппарата.
Под коэффициентом технического использования понимается
отношение наработки машины или аппарата в единицу време-
ни за некоторый период эксплуатации к сумме этой наработки и
времени всех простоев, вызванных техническИЙЧ’обслуживаИием
и ремонтами за тот же период эксплуатации; radeqSo > < 1 -
Отказ — событие, заключающееся в нару1йййй¥‘"работоспособ-
ности. Отказ может быть обусловлен конструктивными, техноло-
гическими и эксплуатационными дефектами.
По характеру все отказы можно подразделить на Две группы:
внезапные, являющиеся случайными событиями, и отказы, возни-
кающие вследствие естественного старения машины Или аппара-
та или предвиденного износа.
Работоспособность—это состояние машины или аппарата,
при котором они способны выполнять заданные функции в пре-
делах параметров, установленных требованиями технической до-
кументации.
Под безотказностью понимается способность машины или ап-
парата сохранять работоспособность в течение некоторой наработ-
ки без вынужденных перерывов.
Под долговечностью понимается способность машины или ап-
парата сохранять работоспособность до предельного состояния
с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ре-
монтов. Предельное состояние машины или аппарата оговарива-,
ется в технической документации. Оно определяется невозмож-
ностью их дальнейшей эксплуатации в связи со снижением эффек-
тивности или нарушением требований безопасности.
Долговечность характеризуется ресурсом или сроком службы.
Ресурс — это продолжительность работы (в часах, циклах и т.п.)
до предельного состояния или до одного из видов ремонта
(среднего или капитального); под ресурсом может пониматься
также период между ремонтами, гарантированный заводом-из-
готовителем. Срок службы—календарная продолжительность
эксплуатации машины или аппарата до возникновения пре-
дельного состояния или до списания.
Под ремонтоспособностью понимается способность машины или
аппарата быть приспособленными к предупреждению, обнаруже-
нию и устранению отказов и неисправностей путем проведения
технического обслуживания и ремонтов.
Наконец, сохраняемость — это свойство машины или аппарата
сохранять эксплуатационные показатели во время и после оконча-
ния срока хранения, а также при транспортировке в течение вре-
мени, установленного технической документацией.
Кроме общих требований, к отдельным видам теплового обо-
рудования предъявляются также частные требования. Например,
минимальная или оптимальная неравномерность распределения
температуры по поверхностям сковород, конфорок, внутри рабо-
чих камер шкафов и т. п.; обязательное наличие в газовой аппа-
ратуре автоматики безопасности; соответствие материалов, из
которых изготовляются тэны, условиям эксплуатации последних
и т. д.
“ J 5.4. ТЕПЛОНОСИТЕЛИ
Все теплоносители, используемые на предприятиях обществен-
ного питания, в зависимости от. класса оборудования могут быть
подразделены на группы: теплоносители для непосредственного
контакта с пищевыми продуктами — вода, водяной пар, жир,
влажный воздух; теплоносители для обогрева пищевых продуктов
через поверхность нагрева — вода, водяной пар, продукты сгора-
ния топлива и так называемые промежуточные теплоносители,
служащие для передачи теплоты от источников тепла (газовых
горелок» электронагревательных элементов и т. п.) к пищевым
продуктам,— вода, водяной пар, высокотемпературные органичес-
кие теплоносители (ВОТ), минеральные масла и др.
Наиболее широко в тепловых аппаратах различных классов
используются вода, водяной пар, влажный воздух и продукты
сгорания топлива.
Свойства воды и водяного пара могут быть проиллюстрирова-
ны с помощью диаграмм состояния термодинамической систе-
мы: р—v, Т — s и i — s, где р — давле-
ние, v — объем, Т — температура, s — эн-
тропия, i — энтальпия. Рассмотрим i — s-
диаграмму (рис. 5.5). Вначале дадим не-
которые определения. Под энтальпией по-
нимается такая функция состояния термо-
динамической системы, которая равна
Рис. 5.5. Свойства водяного пара на i—S-днаграммег
К — критическая точка; п1( а,, ав — состояние начала
кипения; Ь>, Ьг, Ьг — состояние сухого насыщенного па-
ра; хъ Zj, х> — линнн постоянной степени сухости пара;
Pi, Pi, Рг — линии давления насыщения; ti, ta, ta — со-
ответствующие температуры насыщения; Рк, <к — крити-
ческие давление .я температура; т — заданное состояние
сумме ее внутренней энергии и произведения давления и объема
системы:
i — u+pv,
где и — внутренняя энергия (см. раздел IV).
Энтальпия измеряется в Дж. Удельная энтальпия (старое
название — теплосодержание) измеряется в Дж/кг.
Энтропией называется функция состояния элемента системы,
дифференциал которой в элементарном обратимом процессе ра-
вен отношению бесконечно малого количества теплоты, сообщен-
ного данному элементу системы, к абсолютной температуре послед-
него. Размерность энтропии Дж/кг-К.
Под степенью сухости пара х понимается содержание массы
сухого насыщенного пара во влажном паре, т. е. в смеси пара и
кипящей воды. Критическая точка К — это точка, в которой сти-
рается различие между жидким и парообразным состоянием ве-
щества, в частности становятся равными их молярные объемы, а
удельная теплота парообразования и коэффициент поверхностного
натяжения обращаются в нуль.
В критической точке для вбды рк=22100кПа, ?и==374 °C.
Жирная линия от начала координат до критической точки К.
(рис. 5.5) соответствует состоянию начала кипения (х=0), об-
ласть слева от этой линии—состоянию воды в виде жидкости.
Продолжение этой линии от точки К вверх направо соответству-
ет состоянию сухого насыщенного пара (х=1). Область внутри
жирной кривой — влажный насыщенный пар со степенями сухо-
сти Xi<x2<x3<x. В точке т с заданным состоянием -.
В области насыщения («внутри» жирной линии) изобары и изо-
термы суть одни и те же линии aibit а2Ь2, а>зЬз> представляющие
собой'прямые, тангенс угла наклона которых определяет темпе*
ратуру. Область над линией сухого насыщения пара соответст-
вует, перегретому пару, изобары для которого, плавно сопрягаясь
вначале с прямыми области насыщения, далее в форме кривых с
выпуклостью, обращенной вниз, резко расходятся с изотермами,
последние, загибаясь вправо, асимптотически приближаются к
горизонтали i=const. Это связано с тем, что сильно перегретый
пар по своим свойствам приближается к идеальному газу, энталь-
пия которого однозначно определяется температурой (см. раз-
одел IV).
Состояние сухого насыщенного пара определяется только
давлением (или только температурой), влажного насыщенного
пара — давлением (или температурой) и степенью сухости, пере-
гретого пара —давлением и температурой. Зная эти величины,
из i — S-диаграммы легко найти энтальпию, которая непосредст-
венно входит в тепловые расчеты аппаратов.
В аппаратах, работающих на паре, используется главным об-
разом насыщенный влажный пар, так как состояние сухого на-
сыщенного пара неустойчиво (при охлаждении он превращается
во влажный, при нагреве — в перегретый), а коэффициент тепло-
отдачи от перегретого лара невелик.
Преимущества водяного пара состоят в возможности получе-
ния при его конденсации большого количества теплоты, по-
скольку энтальпия пара при атмосферном давлении в 6,5 раза
превышает энтальпию воды. Однако нагрев аппаратов до высоких
температур при использовании насыщенного пара практически
неприемлем в связи с сильным ростом его давления при увеличе-
нии температуры. Поэтому влажный насыщенный пар использует-
ся для варки, тогда как для жарки и выпечки он практически не
подходит *.
Свойства влажного воздуха видны из i — d-диаграммы (см.
рис. 5.6).
Влажный воздух принято характеризовать следующими пара-
метрами:
<р — относительная влажность, %;
tc — температура по сухому термометру, °C:
tM —темпё^тура по мокрому термометру, °C;
В —барамётрйчёскоё Давление, Па.
Относительной влажностькг-воздуха <р, или просто влажностью,
называется отношение массы водяного пара в 1 м3 воздуха к
максимально возможной массе водяного Пара, которая может
содержаться в 1 м3 влажного воздуха при тех же условиях (тем-
пература, барометрическое давление).
Величина ф характеризует способность воздуха насыщаться
влагой. Сушильная способность воздуха тем больше, чем мень-
ше <р.
* Более подробно свойства пара описаны в разд. IV.
&
Под температурой по сухому термометру tc понимается факти-
ческая Температура воздуха, по мокрому термометру tM — темпе-
ратура воздуха, отдающего в адиабатических условиях свою
теплоту испаряющейся влаге, при этом, естественно, температура
воздуха понижается. Обычно « лишь при полном насыще-
нии воздуха влагой (<р=100%) tM = tG. Величина tM чаще всего
определяется с помощью термометра, шарик которого смочен во-
дой (отсюда название tM).
Разность tc — tM=e называется потенциалом сушки и харак-
теризует способность воздуха отдавать теплоту, которая исполь-
зуется для испарения воды до полного насыщения воздуха,
i — d-диаграмма строится для определенного барометрического
давления, в нашем случае — для В=99,3 кПа.
На вертикальной оси ординат отложена энтальпия в кДж/кг.
Ось абсцисс составляет с осью ординат 135° (это чисто графиче-
ский прием, полезный для увеличения рабочей части поля диа-
граммы и удобства разворота кривых $=const). Для влагосодер-
жания d проведена вспомогательная горизонтальная ось. Таким
образом, линии с постоянной энтальпией (i=const) расположены
под углом 135° к оси ординат. На диаграмме, кроме того, нане-
сены изотермы (tc=const), линии постоянной температуры мо-
крого термометра (tM=const), кривые постоянной относительной
влажности воздуха ($=const) и линия парциального давления
водяного пара.
С помощью i— d-диаграммы можно определить следующие
параметры влажного воздуха: энтальпию i, относительную влаж-
ность ф, парциальное давление паров рп и сушильный потенциал е.
Например, при d = 32 г/кг и tc=55°C получим i= 140 кДж/кг,
Ф = 30%, рп=4,7 кПа и е= 18,4 °C (tM=36,6°C).
Как видно из диаграммы, линии с одинаковыми значениями tc
и tM пересекаются на кривой ф = 100%, что иллюстрирует тот
факт, что при ф = 100% сушильный потенциал е=0.
Отметим, что на предприятиях общественного питания вы-
печка и особенно жарка протекают при высоких температурах,
т. е. при больших значениях сушильного потенциала, что может
приводить к большим потерям влаги.
Изменение состояния смеси продуктов сгорания топлива с
парами воды и воздуха может быть также определено с по-
мощью I—d-диаграммы, ио, конечно, с другими численными зна-
чениями параметров.
В качестве промежуточных теплоносителей при нагреве до вы-
сокой температуры (выпечка, жарка) используются так называе-
мые высокотемпературные органические теплоносители (ВОТ), к
которым относятся дефенильная смесь и диарилметаны: дитолил-
метан (ДТМ) и дикумилметаН'’(ДКМ).
Дифенильная смесь» известная также под названием даутерм
А, состоит из 26,5% дифенила и 73,5% дифенилового эфира. Тем-
пература плавления дифенильной смеси 12,3° С, температура кипе-
ния при атмосферном давлении 258° С, начало разложения при
380—400° С. ДТМ затвердевает при —30----------36° С, ДКМ —
при —22-----24° С, а их температуры кипения соответственно
равны 296 и 335° С. ВОТ могут применяться как в однофазном
(жидком) состоянии, так и в двухфазном (жидкость — пар). При
их использовании можно получить высокую температуру без при-
менения высокого давления, что удешевляет соответствующие
аппараты. Так, давление насыщенных паров дифенильной смеси
при 200—400° С составляет лишь '/зо—7во давления насыщенных
паров воды. ВОТ представляют собой легкоподвижные жидко-
сти желтоватого цвета с резким характерным запахом, горящие
коптящим пламенем.
Для нагревания до высокой температуры, кроме ВОТ, на
предприятиях общественного питания, в частности на линиях тер-
мостатирования пищи с централизованным источником теплоты,
предложено использовать кремнийорганический теплоноситель
(полиметилксилоксан-1000А), основным преимуществом которого
является относительная дешевизна.
К фритюрным жирам, которые, помимо придания жареным
изделиям специфического вкуса, выполняют также функцию теп-
лоносителя, относится группа кулинарных жиров: собственно
фритюрный, Украинский, Белорусский и др. Это так называемые
комбинированные жиры, содержащие, кроме натурального расти-
тельного масла и растительного саломаса (продукт гидрирова-
ния— насыщения масла водородом), китовый саломас и нату-
ральные топленые животные жиры *.
При‘жаренье во фритюре продукт погружается в горячий жир,
который создает хорошие условия для теплопередачи и обеспе-
чивает равномерное образование румяной корочки по всей по-
верхности продукта. Основным, недостатком фритюрного жира
является его быстрая порча при нагреве до высокой температуры,
что требует его периодической замены свежим.
Минеральные масла — это темные или светло-коричневые жид-
кости, не имеющие запаха. В качестве промежуточных теплоно-
сителей применяются компрессионные масла марок 12-М и 19-Т,
цилиндровые марок 11, 24, 38 и 52. Минеральные масла явля-
ются продуктами переработки нефти; состав их зависит от ее
месторождения. Температура кипения минеральных масел нахо-
дится в пределах от 250 до 300° С. Минеральные масла исполь-
зуются только в однофазном (жидком) состоянии. К недостаткам
их относится значительное возрастание вязкости при длитель-
ном использовании и даже разложении масел под действием вы-
сокой температуры, что приводит к образовании^. поверхности
нагрева пленки, ухудшающей теплообмен. , ,
5. 5. МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ТЕПЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ
К материалам, используемым для изготовления теплового
оборудования, предъявляется ряд требований: они должны обес-
печивать надежность, минимальные габариты и массу оборудо-
. 1 Более' подробно с составом фритюрных жиров можно ознакомиться по
книге Т. П. Ильенко-Петровской и Э. Ф. Бухтаревон «Товароведение пищевых
жиров, молока и молочных товаров». М.,: Экономика, 1980.
4зйння;> соответствовать требованиям санитарного1 надзора,«особен-
на материалы, непосредственно контактирующие с пищевымииро-
’дУктамй; не должны подвергаться коррозии в результате контак-
та'с Пищевыми продуктами и разрушаться под влиянием мою-
111ЙХ Средств; должны легко очищаться от остатков продуктов.
По назначению материалы подразделяются на три группы: кон-
струкционные, теплоизоляционные и электротехнические. j
Конструкционные материалы предназначены для изготовления
деталей аппаратов (кожухов, станин, варочных сосудов, жароч-
ных поверхностей и т. п.). В качестве материалов используются
чёрные, цветные металлы, сплавы, различные полимерные мате-
риалы.
К черным металлам относятся чугуны и стали.
Чугун — железный нековкий сплав с содержанием (в %);
углерода — более 2; примесей марганца, кремния и серы — до
0,08; фосфора—до 2,5. Основная особенность его — хорошие ли-
тейные свойства, благодаря чему он используется в основном в
качестве конструкционного материала. При резании создается
высококачественная поверхность для узлов трения и неподвижных
соединений.
Для изготовления теплового оборудования чаще всего исполь-
зуется так называемый серый чугун, характеризующийся тем, что
бблыпая часть углерода в нем находится в виде свободно выде-
ленного графита, что придает серый цвет поверхности излома от-
ливок. В марках чугуна после букв, обозначающих его название
(СЧ— серый чугун), следуют цифры: первые две означают пре-
дел прочности при растяжении (в кгс/мм2), вторые две — при из-
гибе (также в кгс/мм2). Например, конфорки плит обычно изго-
товляют из чугуна СЧ18—36 и СЧ21—40. Всего в соответствии
с ГОСТ 1412—70 выпускается десять марок серого чугуна. Кроме
того, выпускается высокопрочный (ВЧ), ковкий (КЧ), жаропроч-
ный (ЖЧ) и другие марки чугуна.
Сталь—это сплав железа с углеродом (до 2%), поддающийся
ковке. В зависимости от химического состава различают сталь
углеродистую и'Легированную *. Углеродистая сталь подразделя-
ется на углербДистую обыкновенного качества и углеродистую ка-
чественную, ^ЭДИрДрованная— на низко-, средне- и высоколегиро-
чйЙн{^Й; ^ Ч1е¥йрёванных сталях содержание легирующих эле-
ментЬй сЬбтветс¥йек'нд Составляет: не более 3, от 3 до 5,5 и более
5,5%. Если легирующих элеМёЖов больше, чем железа, а содер-
жание последнего Составляет менее 50—55%, то такие стали на-
зывают сплавами, например жаропрочные сплавы, сплавы с высо-
ким омическим сопротивлением и т. п.
Названия сталей соответствуют входящим в их состав леги-
рующим элементам. По этому признаку различают сталь угле-
: ’ ligare (лат.) — связывать, соединять. В металлургии термин «легировать»
означает вводить в основвой металл добавку другого металла для улучшения
его свойств, например вводить в сталь хром, вольфрам и другие металлы.-'" _
родистую, хром истую, никелевую, хромоникелевую и т.; п.- Марки
качественных и легированных сталей, а также сплавов сострят
из букв русского алфавита и цифр, по которым можно опреде-
лять их состав. Например, марка 13Х14НЗВ2ФР расшифрорыра-
ется таким образом: числа перед буквенными обозначениями, со-
ответствуют содержанию углерода в сотых долях процента
(0,13% без указания символа углерода «У»); числа, стоящие по-
сле букв, указывают среднее содержание данного элемента в
целых процентах (хрома «X» 14%, никеля «Н» 3%, вольфрама
«В» 2%); после символов элементов, присутствующих в малых
количествах (фосфор «Ф», ртуть «Р»), их содержание ие указыва-
ется. Иногда в конце марки указывается вид вспомогательной
обработки стали или сплава, производимой для повышения Их
чистоты, например ВИП — переплав в вакуумных индукционных
печах. Обозначение марки стали углеродистой обыкновенного
качества проще: например, СтЗкп означает сталь с содержанием
3% углерода; индекс относится к степени раскисления стали при
ее получении («кп» — кипящая, «по — полуспокойная и т. п.). .
По свойствам и назначению стали и сплавы можно подразде-
лить на три группы:
коррозионно-стойкие, (нержавеющие), обладающие стойкостью
к электрохимической и химической коррозии (атмосферной, поч-
венной, щелочной, кислотной, солевой), к.коррозии под напряже-
нием И др.;
жаростойкие (окалиностойкие), обладающие стойкостью к хи-
мическому разрушению поверхности в газовых средах при темпера-
туре выше 550°С, работающие в ненагруженном или слабоца-
груженном состоянии;
жаропрочные, способные работать в нагруженном состоянии
при высоких температурах в течение определенного времени и
Обладающие при этом достаточной жаростойкостью.
Кроме того, различают теплоустойчивые стали, которые пред-
назначены для деталей, работающих в нагруженном состояний при
температуре до 600° С в течение длительного времени.
Из углеродистой стали обыкновенного качества.изготовляют
сварные корпусные детали, крышки, кожухи- укдругйе детали,,не
несущие больших нагрузок и не соприкасающ^с^’ , пц^е^Ми
продуктами. Качественные и легирован,ные.д?;к$<^!и ^плдд^р^и-
меняются в зависимости от условий эксплуатации,, величины "'на-
грузки, наличия или отсутствия контакта с пищевыми продуктами.
Так, для' изготовления деталей, испытывающих . большие на-
грузки (валы, шестерни, тяги, рабочие инструменты).’, применяют
качественные углеродистые и нержавеющие стали марок 45, 50,
40Х, 65Г, 15, 20Х, 12ХНЗ. Для изготовления деталей машин и
аппаратов, непосредственно контактирующих с пищевыми .про-
дуктами, применяют легированную конструкционную сталь марок
20Х и 4QX, инструментальную легированную сталь марок Х12, 9ХС
и 9ХВТ, высоколегированные коррозионно-стойкие, жаростойкие и
жаропрочные стали марок Х18Н9, Х18Н9-Т, 1X13 и др, : ,
Из цветных металлов для изготовления оборудования пред-
приятий общественного питания наиболее широко применяют
алюминий и его сплавы (с марганцем, магнием и кремнием).Соб-
ственно алюминий используют для изготовления посуды и де-
талей аппаратов, непосредственно контактирующих с пищевыми
продуктами. Для этих же целей применяют сплавы алюминия с
кремнием (силумины). Для лужения стальных деталей, непосред-
ственно контактирующих с пищевыми продуктами, используют
олово.
Пластмассы и некоторые другие синтетические материалы при»
меняют для изготовления деталей, испытывающих средние иагруз»
ки (шестерни, шкивы). Преимущество пластмасс — в их легкости,
аитикоррозионности, бесшумности в работе, технологичности. Од»
нако пластмассы обладают низкой термостойкостью, что затруд-
няет использование их для теплового оборудования.
Теплоизоляционные материалы применяют для уменьшения
потерь тепла в окружающую среду и снижения температуры
наружных поверхностей аппаратов.
Теплоизоляционные материалы бывают минерального (асбест,
глина, кизельгур, гипс), растительного (пробка, древесные опил-
ки, измельченный торф) и животного (шерсть, шелк, войлок) про-
исхождения.
По конструктивному оформлению все теплоизоляционные ма-
териалы можно подразделить на четыре группы: засыпные (пер-
лит в засыпке, торфяная крошка); мастичные (асбозурит, совелит
мастичный); оберточные гибкие (асботкань, маты и войлок из
минеральной ваты, альфоль); формовочные (скорлупы, цилиндры
и плиты из минеральной ваты, сегменты и торфоплиты, плиты
перлитовые).
Теплоизоляционные материалы должны отвечать следующим
требованиям: иметь низкие коэффициенты теплопроводности и
теплоемкости, небольшую плотность, высокую термостойкость,
достаточную прочность, низкую гигроскопичность, биостойкость,
антикоррозйоиность, безвредность, а также быть удобными при
монтаже и дешевыми.
Электротехщ^^ские. материалы могут быть подразделены иа
две основные группы: материалы с высоким удельным сопротив-
лением и электроизоляционные. ,
Материалы с высоким удельным сопротивлением предназна-
чаются для изготовления собственно нагревательных элементов,
в которых электрическая энергия' преобразуется в тепловую. По-
мимо высокого удельного сопротивления (1,0—1,5 Ом-мм2/м),
такие материалы должны иметь высокую температуру плавления,
незначительный температурный коэффициент линейного расши-
рения, быть стойкими к окислению при сильном и продолжитель-
ном нагревании в воздушной среде, выдерживать высокие темпе-
ратуры и резкие колебания их без изменения механических
свойств. Этим требованиям отвечают так называемые нихромы —
сплавы никеля с хромом и фехрали — железохромалюминиевые
сплавы (см. табл. 5.1). Наиболее широкое распространение полу-
чили нихромы, так как фехраль более хрупка в нагретом состоя-
нии и чаще выходит нз строя.
Электроизоляционные материалы не должны содержать ве-
ществ, которые при температуре 900—1250°С могут вступать в
химические реакции с нагревательными элементами. Кроме того,
Таблица 5.1
Марки и некоторые характеристики сплавов
для электронагревателей (ГОСТ 12766.1—5—77)
Марка1 Удельное электро- сопротивление, Ом-мма/м Предел проч- ности ярн раз- рыве, кгс/мм2 Относитель- ное удлинение после разрыва, % т рабочая мпература, °C предельная | плавления
Х13Ю4 1,18—1,34 900 1000' 1455
0Х23Ю5 1,29—1,45 66 23 1150 1200 1500
0Х23Ю5А 1,30—1,40 66 23 1175 1200 1500
0Х27Ю5А 1,37—1,47 67,6 15,9 1250 1300 1500
Х25Н20 0,83—0,96 — — 900 1100 —
Х15Н60 1,06—1,17 66 31,9 950 1100 1370
Х15Н60Н ! 1,06—1,17 — * — 1050 1100 ——
Х20Н80 • 1,03—1,16 66,7 45,4 1050 1100 1390
Х20Н80Н 1,03—1,16 — — 1150 1200 —
ЧО- алюминий. А — азот.
они должны обладать высокой электрической и механической проч-
ностью, иметь хорошую теплопроводность и малую влагопогло-
щаемость, обладать способностью противостоять резким колебани-
ям температуры. Этим требованиям отвечают периклаз (плавле-
ная окись магния), кварцевый песок, шамот (прокаленная и из-
мельченная огнеупорная глина), слюда, кварцевое стекло, фарфор
и керамика. Максимальной рабочей температурой является: для
периклаза — 1400—1700° С; шамота — 1400—1500; фарфора —
500 — 600° С.
5.6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ТЕПЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ,.
К основным технико-экономическим показателям теплового
оборудования относятся: производительность, тепловой коэффи-
циент полезного действия (к.п.д.), сущестренный параметр для
оборудования данного назначения (вместимость варочного сосу-
да, площадь жарочной поверхности и т. п.), установочная мощ-
ность, время разогрева, габариты, масса и ряд удельных показа-
телей— удельный расход энергии, удельные металлоемкость и
энергоемкость, удельный расход топлива, воды и т. п. Часть этих
показателей (площадь поверхности, мощность и т. п.) содержит-
ся в технических характеристиках оборудования, которые приво-
дятся в соответствующих главах.
К. важдейщим показателям теплового оборудования относится
.производительность.
. Под дроизводительностью аппарата понимается количество
продукции, которое он выпускает в единицу времени. Однако .это
понятие нуждается в уточнении. Различают теоретическую, техни-
ческую н эксплуатационную производительности аппаратов. Техни-
ческая и эксплуатационная производительности связаны с теоре-
тической следующими соотношениями:
&ех = Кт.иО: (5.1)
Qskc =^о.и Q> (5 • 2)
где Q — теоретическая производительность; QTex —техническая
производительность; Q3KC — эксплуатационная производительность;
Кг.и — коэффициент технического использования аппарата;
Ко й — Коэффициент общего использования аппарата.
Вполне понятно, что ни одни аппарат не может работать без
Остановок, отказов, ремонта и т.п., т.е. без потерь времени. Об-
Щие потери времени складываются из потерь первого, второго и
третьего рода.
Потери первого рода связаны с периодом обслуживания ап-
парата (регулировка, заправка, смазка, очистка и т. п.), в тече-
ние которого он не вырабатывает продукции. Кроме того, ряд
аппаратов начинает вырабатывать качественную продукцию толь-
ко при установившемся стабильном режиме, для чего также не-
обходимо определенное время.
Потерн второго рода связаны с отказами, т. е. нарушениями
работоспособности аппарата.
Потери первого и второго рода учитываются коэффициентом
технического использования аппарата Кт.и-
Потери третьего рода связаны с простоями аппарата по ор-
ганизационным причинам, не связанным с качеством . самого ап-
парата.
Потери первого, второго и третьего рода учитываются коэф-
фициентом общего использования аппарата Ко.и.
Под теоретической производительностью понимается количест-
во продукции, которое аппарат способен выпустить в единицу
Йрё&1ени без потерь времени любого рода; под технической произ-
водительностью—среднее количество качественной продукции,
Которое’ аппарат фактически выпускает в единицу времени при
наличии потерь времени шервоР®*и второго рода; под эксплуата-
ционной—-среднее количество качественной продукции, которое
аппарат фактическиИйыйускает в единицу времени с учетом по-
терь времени всех трех родов.
Теоретическая производительность является характеристикой
аппарата, его параметром, содержащимся в технической докумен-
тации. В дальнейшем под производительностью будет понимать-
ся именно теоретическая производительность.
Для аппаратов периодического действия Тт=Тр, где Тт — вре-
мя технологического цикла аппарата, Тр—время рабочего цнк-
’ла (время между двумя последовательными моментами выдачи
аппаратом единиц готовой продукции). ! J
Общей для Определения производительности является сле-
‘ дующая формула:
- (5.3)
Гт Гр
где Vp — рабочая емкость камеры, которая может быть выражена
в штуках, а также в единицах объема или массы, м3.
Если учесть, что рабочая емкость камеры
Vv=<f Ц>, (5.4)
а технологический цикл машины
7т=4+4бр+4’ ($•$)
где Vo — геометрическая (полная) емкость камеры, м3; <р — коэф-
фициент заполнения камеры; t3, t06p, tB— соответственно время
загрузки, обработки и выгрузки (в величину tB входит также
время зачистки или мытья аппарата, если эти операции необ-
ходимы), с, : ।
то расчетная формула для производительности аппарата пе-
риодического действия может быть представлена в следующем
виде:
Q=------. (5.6)
73 + /Обр + iB
Величина Vo определяется на основании геометрических раз-
меров рабочих камер машин, <р принимается по данным практи-
ческой эксплуатации, a t3, t06p, tB определяются по параметрам
режима работы аппарата.
В общественном питании аппараты периодического действия
часто характеризуются не по производительности, а по их основ-
ному параметру — вместимости рабочей камеры (теоретической
или рабочей).
Для аппаратов непрерывного действия, выпускающих штуч-
ную илн порционную продукцию, общей для расчета производи-
тельности является следующая формула:
q=^=-^-=—£—, .u. ; ,45 j)
*p *ДВ “г *OCT Г
где q — количество продукции, выпускаемой за цикл Тр,. в щт.,
кг нли м3; г — количество цикловоЯГр в единицу времени; t«B —
продолжительность движения транспортер# между остановками, с;
tocT — продолжительность остановки для нагрузки входного н
разгрузки выходного гнезда (секции) и для необходимых опера-
ций в промежуточных гнездах (секциях), с.
Для аппаратов непрерывного действия, из которых продукция
выходит сплошным потоком, общей для определения объемной ’
производительности является следующая формула:
у (5.8)
где F — поперечное сечение продуктового потока, м2; v — сред-
няя скорость продуктового потока, м/ч; L — длина рабочей ка-
меры, м; vp — вместимость рабочей камеры, м3.
Из приведенного выше следует, что основными путями повы-
шения производительности теплового оборудования являются:
улучшение (сокращение времени) обслуживания, повышение тех-
нического совершенства и надежности оборудования, увеличение
коэффициента использования оборудования путем улучшения
технологии и организации производства и повышение теоретиче-
ской производительности за счет сокращения технологического
цикла и увеличения вместимости рабочей камеры. Под коэффици-
ентом использования аппарата понимается отношение суммы про-
должительностей технологических циклов работы аппарата за
смену к продолжительности смены:
i=n
2 п
= , (5-9)
где TXl — продолжительность i-ro технологического цикла, 2;
п—число технологических циклов за смену; Т — продолжитель-
ность смены, ч.
Знание г]исп необходимо также для определения возможного
расхода электроэнергии, пара, топлива, воды и других показате-
лей за определенный промежуток времени (сутки, месяц и т. д.).
Тепловой к.п.д. оборудования представляет собой отношение ко-
личества полезно затраченной тепловой энергии к общим затра-
там энергии:
г)==-2э2»-==2У!1ОД.1 (5.10)
<?обш ЛГобщ
где Qnon, Nnon — соответственно количество полезно затраченной
теплоты или мощности; Q06m> N06m— общее количество затрачен-
ной теплоты или мощности.
Под полезно затраченной теплотой (мощностью) подразумева-
ется то количество теплоты (та часть мощности аппарата), кото-
рое расходуется непосредственно на приготовление пищи. Тепло-
вой к.п.д. является мерой использования тепловой энергии в
данном аппарате. По мере повышения степени использования
тепловой энергии к.п.д. аппарата увеличивается, но он никогда не
может стать больше 1 (больше 100%). Основной путь увеличе-
ния теплового к.п.д.— уменьшение потерь тепловой энергии за счет
лучшего сжигания топлива, сокращения потерь теплоты в окру-
жающую среду и на разогрев самого аппарата.
Под удельным расходом электроэнергии, пара, воды, газа или
другого топлива понимается их расход на один обед. Например, для
удельного расхода электроэнергии
Э=— . (5.11)
п ’
где А — общий расход энергии в кВт-ч за смену (рабочий день);
п — число условных обедов, приготовленных за смену (рабочий
день).
Удельная металлоемкость — это отношение массы металла, из
которого изготовлен аппарат, к существенному параметру данно-
го аппарата (площади жарочной поверхности, вместимости вароч-
ного сосуда и т. п.):
Мк
т= —;
V
(5.12)
1 F
где Ма — масса металла аппарата, кг; V — объем рабочей каме*
ры, м3; F — площадь жарочной поверхности, м2.
Удельная энергоемкость — это отношение номинальной мощно*
сти аппарата к его существенному параметру:
1 F
Удельная металлоемкость является важной характеристикой сте-
пени совершенства конструкции аппарата и рационального выбора
материалов для его изготовления; удельная энергоемкость также
является характеристикой степени совершенства конструкции ап*
парата.
• ОЙТ"*'1-
СШ9Н - t'C(J
Раздел 2
ТЕПЛОВЫЕ АППАРАТЫ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ
ОБОГРЕВОМ
Г л а в а 6
РАБОЧИЕ ОРГАНЫ ЭЛЕКТРОТЕПЛОВЫХ АППАРАТОВ
6.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЕЙ
По характеру своей работы рабочие органы электротепловых
аппаратов — электронагреватели — могут быть отнесены к пре-
образователям электрической энергии. В одних случаях они не-
посредственно преобразуют электрическую энергию в тепловую и
частично в электромагнитные колебания, в других — преобразуют
электрическую энергию в электромагнитные колебания, взаимо-
действие которых с объектом нагрева приводит к образованию
тепловой энергии. Таким образом, все электронагреватели можно
подразделить на три основных типа (рис. 6.1): преобразователи
электрической энергии непосредственно в тепловую, преобразова-
тели электрической энергии в электромагнитные колебания с про-
межуточным нагревом (ИК-генераторы) и преобразователи элект-
рической энергии в электромагнитные колебания (СВЧ-генераторы,
индукторы).
Электронагреватели первого типа по виду сопротивления
могут быть подразделены на жидкостные и металлические.
Жидкостные электронагреватели используют в электродных
пищеварочных котлах, в которых жидкая среда — электролит
(обычно водный раствор соды)-“5. является сопротивлением. Ток
подводится к погруженным в жидкую среду стальным или мед-
ным пластинам (электродам), при этом жидкая среда нагревает-
ся. Мощность этой группы электронагревателей зависит от удель-
ного сопротивления электролита, площади омываемых нм пла-
стин и расстояния между ними.
К преимуществам жидкостных электронагревателей относятся:
простота устройства, длительный срок службы электродов, от-
сутствие опасности перегорания электродов при понижении уровня
электролита (в этих случаях просто понижается мощность на»
Рис. 6.1. Схема классификации электронагревателей
гревателя), относительная простота регулирования теплового ре-
жима работы аппарата путем изменения уровня жидкости. Недо-
статок этой группы электронагревателей—изменение сопротивле-
ния электролита в зависимости от его концентрации, при этом,
естественно, изменяется и мощность нагревателя, что создает боль-
шие неудобства при эксплуатации соответствующих аппаратов.
Жидкостные электронагреватели не получили распространения на
предприятиях общественного питания. Поэтому мы не будем рас-
сматривать эту группу электронагревателей.
Электронагреватели с металлическим сопротивлением по
конструктивному оформлению подразделяются на открытые, за-
крытые (с доступом воздуха) и герметически закрытые (без досту-
па воздуха). К открытым электронагревателям относятся спира-
ли, заключенные в бусы, канавки керамических плиток и под-
вешенные на фарфоровых изоляторах. Они обладают простотой
изготовления и удобством замены спиралей, однако отличаются
небольшим сроком службы, так как не защищены от коррозион-
ного действия атмосферной влаги и механических повреждений.
Кроме того, при эксплуатации открытых электронагревателей име-
ют место повышенная опасность поражения током и пожароопас-
ность. Эти электронагреватели также не нашли широкого распро-
странения.
К закрытым электронагревателям относятся конфорки раз-
личных конструкций, к герметически закрытым—трубчатые элект-
ронагреватели (тэны) и ребристые электронагреватели (рэны).
Закрытые и герметически закрытые электронагреватели (тэны)
широко распространены на предприятиях общественного питания.
Второй тип электронагревателей (ИК-генераторы) можно под-
разделить на «светлые» и «темные» в зависимости от длины волны
максимального излучения и, следовательно, от температу-
ры нагрева генератора. К «светлым» относятся такие генерато-
ры, в спектре которых имеется видимое (светловое) излучение, а
Ашах—0,77—2,6 мкм. К этому типу генераторов относятся кварце-
вые инфракрасные излучатели с йодным наполнителем — КИ и
КИО (буква О означает, что излучатели имеют отогнутые кон-
цы, выводимые за пределы рабочей камеры аппарата и охлаждае-
мые воздухом), зеркальные сушильные лампы, силитовые элект-
ронагреватели (сэны) я др.
В генераторах типа КИ и КИО1 в качестве тела накала
служит вольфрамовая проволока диаметром 1,3—1,7 мм, которая
может нагреваться до температуры 2400^—2800 К. Сэны изготов-
ляют из силитокерамического снека, получаемого на основе карби-
да кремния с добавкой углерода. Они обладают повышенным
удельным сопротивлением в достаточной жаростойкостью. Их ра-
бочая температура колеблется в пределах от 1073 до 1773 К.
К «темным» относятся такие излучатели, в спектре которых отсут-
1 Конкретные марки этих генераторов, например К.И-220—1300 или
КИО-380—3500, включают соответственно напряжение (220 и 380 В) и мощ-
ность (1300 и 3500 Вт).
ствует вялимое излучение, а Хшах=2,6—4,3 мкм, что приблизи-
тельно соответствует температуре 670—1020 К. К этому типу ге-
нераторов относятся трубчатые электронагреватели (тэны), конфор-
ки, жарочные поверхности длит и сковород, стенки шкафов и т. п.
Как видно из изложенного, деление электронагревателей на
первый и второй типы условное, так как все тела, нагретые до
температуры выше абсолютного нуля, излучают электромагнитные
колебания, поэтому закрытые, герметически закрытые и особенно
открытые электронагреватели в воздушной среде являются од-
новременно и ИК-генераторами. В жидких средах и при контакт-
ном нагреве почти все количество теплоты от тэнов (рэнов) и
конфорок передается за счет конвекции и теплопроводности. По-
этому в этих условиях тэны (рэны) и конфорки с полным осно-
ванием могут быть отнесены только к первому типу электронагре-
вателей.
Обособленное место в классификации занимает третий тип
электронагревателей, в которых преобразование электрической
энергии в электромагнитные колебания происходит без промежу-
точного нагрева. Этот тип электронагревателей можно подразде-
лить на две группы: СВЧ-генераторы и индукторы. СВЧ-генерато-
ры подразделяются на генераторы с модуляцией электронов по
плотности и по скорости. К первой подгруппе относятся триоды,
ко второй — магнетроны (основной вид СВЧ-генератора, исполь-
зуемого для тепловой обработки пищевых продуктов). Магнетрон
обладает высоким клд, компактен, надежен в эксплуатации и не
требует сложных источников питания.
Различают индукторы, работающие на токах высокой часто-
ты (ТВЧ) и используемые в индукционных конфорках, и индук-
торы, работающие на токах промышленной частоты и используе-
мые в индукционной сковороде,
6. 2. УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЕЙ
Устройство электронагревателей первого типа показано на •
рис, 6-2—6.4.
Конфорка (рис. 6.2) состоит из следующих основных частей:
нагревательной спирали 4, заключенной в изоляцию 5 я уложен-
ной в специальные пазы — канавки 3, отделенные одна от дру-
гой ребрами 2; чугунной плиты’7, являющейся частью ее жароч-
ной поверхности (обычно плиты состоят из нескольких конфорок),
и теплоизоляции, сводящей к минимуму потери тепла через ниж-
нюю часть конфорки, которая включает стальной лист. 6, сталь-
ной кожух 7, воздушную прослойку 8 и изоляцию 9, состоящую
из двух слоев фольги и листового асбеста. Кожух 7 одновременно
служит несущей частью конфорки. Колодка 10 и шины 77 пред-
назначены для включения конфорки в электросеть.
Размеры выпускаемых в настоящее время прямоугольных кон-
форок в плане равны 417X295 мм (площадь 0,12 м2). Кроме то-
го, выпускаются конфорки диаметром 280 мм (площадь 0,06 м2).
Основными частями тэна (рис. 6.3,а) являются: спираль 3,
закрепленная на контактных стержнях 2 и помещенная в напол-
нитель 4, служащий для электроизоляции; оболочка //контакт-
ные устройства 6 для включения
в сеть; изоляторы 7 и герметик 5.
Рэн (рис. 6.3,6) в отличие от
тэна имеет ребристую поверх-
ность; других принципиальных
различий между ними нет.
Герметически закрытые
электронагреватели могут
иметь различную конфигура-
цию (рис. 6.4) в зависимости
от назначения и конструкции
аппаратов, в которых они ус-
танавливаются.
В соответствии с ГОСТ
13268—74 тэны предназначены
Рис. 6.2. Прямоугольная чугунная кон-
форка для электроплит:
1 — чугунная плита; 2 — ребра; 3 — па-
вы-канавки; 4 — нагревательная спираль;
5 — изоляция; 6 — стальной лист с одно-
слойной прокладкой из алюминиевой фоль-
ги; 7 — стальной кожух; в — воздушная
прослойка; 9 — изоляция из двух слоев
фольги и, листового асбеста; 10 — колодка;
11 — шииы
для нагрева различных сред
путем теплообмена, излучения,
конвекции и теплопроводности
и должны изготовляться с но-
минальной мощностью от 0,05
до 25,00 кВт, развернутыми
длинами L от 250 до 6300 мм
и номинальными диаметрами
D от 8 до 16 мм. Обозначения
и номинальные длины контактных стержней в заделке должны со-
ответствовать указанным в табл. 6.1.
Для. общественного питания тэны выпускаются в воздушном,
водяном и масляном исполнениях, предназначенными соответст-
венно для подогрева воздуха в жарочных и пекарных шкафах,
подогрева воды в мармитах, пароварочных аппаратах, парогене-
раторах котлов и т. п. и для подогрева жира во фритюрницах.
В соответствии с этим тэны обладают различными характери-
стиками: режимом и температурой нагрева среды, материалом для
изготовления оболочки (собственно трубки), удельной мощ-
ностью и средним ресурсом (табл. 6.2).
, Добавим также, что при работе тэна в средах с вынужденной
конвекцией его удельные мощности могут быть повышены соот-
ветственно увеличению коэффициента теплоотдачи среды. При
Рис. 6.3. Герметически за-
крытые электронагреватели:
а — трубчатый электрический
нагреватель (тэн); Ln — пол-
ная длина тэна; L — разверну-
тая длина трубки; LA — ак«
тивная длина; LK — длина
контактных стержней в задел-
ке; D — диаметр тэна; 1 —
оболочка; 2 — контактный стер-
жень; 3 — спираль из прово-
локи' сопротивления; 4 — на-
полнители (периклаз); 5 — гер-
метик; 6 — контактное устрой-
ство; 7 — изолятор;
б — ребристый электрический
нагреватель .(рэн): Ln — пол-
ная длина рэна; LA — актив-
ная длина; LB в, LB н — дли-
на внутреннего и наружного
контактных выводов; D — диа-
метр рэна
температуре на оболочке тэна не более 250 С для сред С, О и Э
допускается в качестве материалов оболочки использование алю-
миниевых сплавов. Допускается также применение и других ма-
териалов для оболочки тэна
при условии соблюдения тре-
бований ГОСТ 13268—74.
Конкретные сочетания па-
раметров с размерами тэна
(номинальная мощность,
удельная мощность, разверну-
тая длина, диаметр и др.)
ГОСТ 13268—74 не регламен-
тирует: они определяются
предприятием, которое произ-
водит эти тэны.
Наконец, интересно рас-
смотреть, ИЗ чего слагаются рис 54 Тэны различных конфигураций
условные обозначения тэна;
а) в числителе:
первые цифры — развернутая длина тэна, см;
буквы — длина контактных стержней согласно табл. 6.1;
вторые цифры — диаметр тэна, мм;
б) в знаменателе:
первые цифры — номинальная мощность тэна, кВт;
буквы — нагреваемая среда согласно табл. 6.2;
вторые цифры — номинальное напряжение, В.
Например, условное обозначение тэна 25А8/0, 10П220 ГОСТ
13268—74 читается следующим образом." трубчатый электронагре-
ватель с развернутой длиной 25 см, длиной контактных стержней
40 мм, диаметром 8 мм, номинальной мощностью 0,10 кВт, удель-
ной мощностью не более 11 Вт/см2 и номинальным напряжением
Таблица 6.2
Характеристика тэгов различного исполнения по ГОСТ 13268—74
Удельная мощность Вт/см5. не более Нагреваемая среда Обозначение нагре- ваемой среды ——— Характер нагрева Материалы оболочки тэиа 1 Средний ресурс тзна, ч
9 Вода, слабые раст- воры щелочей и кислот X п р ю Нагрев, кипячение Медь и латунь Нержавеющая сталь марки 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632—72 Сталь марок 10 и 20 по ГОСТ 1050-74 Алюминиевые сплавы 6 000 10 000 6 000 6 000
2,2 Воздух и прочие га- зы и смеси га- зов с Нагрев в спокойной воздушной среде до температуры на обо- лочке тэна 450 °C Сталь марок 10 и 20 по ГОСТ 1050—74 10 000
5,0 т Нагрев в спокойной воздушной среде до температуры на обо- лочке тэна от 450 до 700 °C Нержавеющая сталь марки 12Х18Н1 ОТ по ГОСТ 5632—72 10 000
5,5 о Нагрев с среде с дви- жущимся со ско- ростью не менее 6 м/с воздухом до температуры на обо- лочке тэна 450 °C Сталь марок 10 и 20 по ГОСТ 1050—74 10000
6,5 к То же Нержавеюща я сталь марки 12Х18Н10Тпо ГОСТ 5632-72 10 000
2,5 э Нагрев в среде с дви- жущимся со скоро- стью менее 6 м/с воздухом до темпе- ратуры- на оболочке тэна 450 °C Сталь марок 10 и 20 по ГОСТ 1050—74 10000
5,1 н То же до температу- ры на оболочке тэна от 450 до 650 °C Нержавеющая сталь марки 12X18Н10Т по ГОСТ 5632—72 10 000
3,0 Жиры пищевые, масла минераль- ные и Нагрев в ваннах и со- судах ДО темпера- туры на оболочке тэна 300 °C Сталь марок 10 и 20 по ГОСТ 1050—74
220 В, предназначенный для работы в водной среде, а также
в слабых растворах щелочен и кислот.
Устройство электронагревателей второго типа (ИК-генерато-
ров) изображено на рис. 6.5 и 6.6.
Силитовые электронагреватели (сэны) переменного сечения
(рис. 6.5, а) изготовляют из мелкозернистого кремния; постоянно-
го сечения (рис. 6.5,6)—из крупнозернистого. Сэны (табл. 6.3)
имеют ряд достоинств: малый инерционный период (30 с), нагрев
до высокой температуры, боль-
шой ,срок службы. Однако во-
дяной пар существенно (на
20—30%) снижает срок служ-
бы сэнов. Поэтому сэны иног-
да помещают в кварцевую
трубку, что увеличивает срок
их службы до 3000 ч.
Керамические электрона-
греватели состоят из спирали
и керамической трубки. Спи-
раль может располагаться как
внутри, так и снаружи (рис.
6.6,а) керамической трубки и
состоять из одного или двух
металлов (биспираль, напри-
мер хромоникелевая). Спектр
излучения керамического
электронагревателя со спира-
лью на трубке, естественно,
складывается из спектров из-
лучения трубки и спирали.
Рис. 6.5.
«а /зо
6
ИК-генераторы из карбида
кремния:
а — мелкозернистые (цилиндрические н
спиральные);
б — крупнозернистые
Трубчатые кварцевые электронагреватели с вольфрамовой
проволокой (рис. 6.6,6) обладают повышенной мощностью, скон-
центрированной в трубке малого объема. Это обеспечивает высо-
кую плотность теплового лучистого потока — 6—10ХЮ4 Вт/м2
' Таблица 6.3
Характеристики силитовых электронагревателей
Нагреватели Длина ра- бочей час- ти, мм Диаметр рабочей части, мм Общая длина на- гревателя, мм Длина вы- вода, мм pg Ч) и S * « X — я я Ж 4SS Длина манжеты, мм Напряже- ние, Б Сила тока, А
Мелкозернистые
12X250X250 250 12 750 — 18 250 60 20—40
8X200X150 200 8 500 —- 14 150 60 15—30
8X250X100 250 8 450 — 14 100 75 15—30
8X180X150 Трубчатый спи- ральный 55/40Х200Х75 180 8 480 — 14 150 75 15—30
200 55/40 350 «—• 70 20—40
Крупнозернистые
КНС-32/711 560 32 711 130 99—110 40—80
КНЛ-16/320 230 16 320 45 — 90 25—40
КНЛ-12/320 230 12 320 45 —• —• 90 25—40
й практическую безынерционность (выход на рабочий режим
длится всего лишь несколько десятых долей секунды). Вольфра-
мовая проволока, находящаяся в кварцевой герметичной трубке,
внутри которой создан вакуум, нагревается до высокой температу-
Рис. 6.6. ИК-генераторы
с металлическими спира-
лями:
а — биспираль на керами-
ческой трубке: 1 — отвер-
стие; 2 — трубка; 3 —- спи*
раль; 4 — контактная плас*
тина; б, в — КИ-220—1000,
КИО-220—250: 1 — ввод; 2—
цоколь; 3 — фольговое зве-
но; 4 —- молибденовый
ввод; 5 —- кварцевая труб-
ка; 6 — спираль; 7 —- воль-
фрамовая поддержка; г —
лампа ИКЗ: 1 — цоколь;
2 —- виутреииее покрытие;
3 — спираль; 4 — стекляи*
иая колба; д — кварцевый
генератор с хромоникелевой
спиралью: 1 — вывод; 2 —
керамический изолятор; 3—
спираль; 4 — трубка
ры (2400—2800 К). Генераторы типа КИ и КИО изображены на
рис. 6.6,6, в. Генераторы типа КИО отличаются от генераторов
типа КИ своими отогнутыми концами, которые выводятся за пре-
делы рабочей камеры аппарата, т. е. зоны действия высокой тем-
пературы, и охлаждаются воздухом. Это предохраняет молибдено-
вые выводы от окисления, а трубку от растрескивания. Продолжи-
тельность работы кварцевых генераторов с вольфрамовой нитью
в зависимости от их типа изменяется в пределах от 2000 до 5000 ч.
В настоящее время выпускаются или находятся в эксплуатации
генераторы следующих марок: КИ-220—1000—1, КИ-220—1300,
КИ-380—3300, КИ-380—4500, КИО-220—2500, КИО-220—2500—2,
КИО-220—2500—3, КИО-220—2500—4, КИО-380—3500, КИО-
220—2500—5.
Трубчатые кварцевые электронагреватели с хромоникелевой
спиралью (рис. 6.6, д) обладают меньшей температурой нагрева
проволоки (1350—1570 К) и меньшей продолжительностью горе-
ния. Это в основном связано с тем, что хромоникелевая спираль
(Х20Н80Т, ОХ27Ю5А) помещена в негерметичную кварцевую
трубку (диаметр 18—20 мм). Кварцевая трубка предохраняет
обслуживающий персонал от поражения током, а спираль от про-
Таблииа 6.4
Основные характеристики зеркальных ламп
Лампы Напря- жение, В Мощ- ность, Вт Диаметр колбы, мм Общая длина, мм Высота цвето- вого центра, мм Срок службы, ч Вид колб
ИКЗ-127—£00—1 127 500 127 185 29 5000 Прозрачная
ИКЗК-127—500 127 500 127 185 29 5000 Красная
ИКЗ-127—500 127 500 180 267 60 5000 Прозрачная
ИК 3-220— 250 220 250 127 185 29 5000 Прозрачная
ИКЗК-220—250 220 250 127 185 29 5000 Красная
ИКЗ-220— ECO 220 500 180 . 267 60 5000 Прозрачная
висания и охлаждения конвективным воздушным потоком. Элект-
ронагреватели данного типа используются в конвейерных печах
ПКЖ и электрогрилях ГЭ'-З, ГЭ-4 и ГЭ-5.
Наконец, к данному типу электронагревателей (ИК-генерато-
ров) относятся зеркальные лампы (рис. 6.6, г, табл. 6.4). Онипред-
Рнс. 6.7. Электрона-
греватели третьего ти-
па:
Магнетрон (I) 1 — ка*
тодиые ножки; 2—мед-
ные перемечки; 3 — резо-
наторы; 4 — анод; 5 —
петля связи; 6 —коакси-
альные линии; 7 —за-
щитный диэлектрический
колпак. Структурная схе-
ма индукционной кофор-
КИ (И):
1 — сеть с током про-
мышленной частоты; 2 —
выпрямитель; 3 — вы-
сокочастотный трансфор-
матор: 4 — блок управ-
ления; 4' — блок управле-
ния, воздействующий на
выпрямитель; 5 — индук-
тор; 6 — настил; 7 —на-
плитная посуда
ставляют собой стеклянную колбу особой (так называемой пара-
болоидной) формы с внутренним зеркальным покрытием. Внутри
колбы помещена вольфрамовая спираль, нагревающаяся до
1902^2500 К.
{Устройство электронагревателя третьего типа (магнетрона)'
показано на рис. 6.7 (I). Принцип действия магнетрона упро-
щенно можно представить следующим образом. Между катодом
в анодом имеется электрическое поле, вдоль которого движутся
электроны (от катода к аноду по радиусу). Перпендикулярно пло-
скости электрического поля действует магнитное поле, отклоняю-
щее электроны от радиального, направления таким образом, что
электронное облако начинает вращаться в зазоре между катодом
и анодом. Электроны, проходя вблизи щелевых зазоров резонато-
Таблица 6.5
Некоторые характеристики магнетронов
Магнетроны Выходная мощность, кВт Частота, МГц Анодное напряжение, кВ Диодный ток, А Охлаждение к. п. д., %
М-571 2,5 2375 4,0 0,35 Водяное 55
Мощный 5,0 ' 433 6,5 1,1 65
М-165 0,8 2450 4,0 0,3 Воздушное 66
CL-6787 2,5 915 4,1 1,5 Водяное 55
МО-22 1,1 2450 2,3 0,8 Воздушное —
L-3858 2,5 2450 7,0 0,52 Водяное 68
ВМ-15 2,5 915 14,0 3,0 83
7-Ш2 1,6 2450 4,0 0,9 55
55125 1 f 5,0 2450 6,5 1,5 57
ВМ-251 25,0 892 14,0 4,0 83
ЕМ-15 25,0 915 14,0 3,0 83
L-5046 10,0 2450 8,0 2,0 V 65
ров, возбуждают в последних импульсы наведенного тока, поле
которого в свою очередь влияет на траекторию электронов. Пара-
метры магнетронов (геометрические размеры, анодное напряже-
ние, ток, напряженность магнитного поля) подбираются таким
образом, что в течение положительного полупериода переменного
электрического поля, наведенного в зазорах резонатора, замед-
ляется большее количество электронов, чем ускоряется в течение
отрицательного полупериода. Иными словами, часть кинетической
энергии электронов передается высокочастотному электрическому
полю резонаторов, а энергия возникающих в системе резонаторов
колебаний особым образом (с помощью индуктивной петли или
щели связи) подается к внешней нагрузке, т. е. к нагреваемому
телу. Таким образом, энергия внешнего постоянного электрическо-
го поля, приложенная между катодом и анодом, преобразуется
в конечном счете в магнетроне в энергию сверхвысокочастотных
колебаний.
Конструктивно магнетрон состоит из двух основных частей:
цилиндрического диода и рабочего магнита. На сильно упрощен-
ном рис. 6.7 магнит вообще не показан, а диод изображен не
полностью: на наружной поверхности анода должны быть водяная
рубашка или ребра — для охлаждения анода. Сам по себе анод —
это массивный медный цилиндр, со стороны внутренней поверхно-
сти которого симметрично расположено четное число объемных
резонаторов, связанных с межэлектродным пространством щеле-
выми зазорами. Характеристики магнетронов приведены
в табл. 6.5.
Структурная схема использования электронагревателя второй
группы третьего типа (ТВЧ-индукторы) показана на рис. 6.7 (II).
Переменный ток промышленной частоты посредством выпрямите-
ля, трансформатора и блоков управления трансформируется в ток
высокой частоты (17—40 кГц), с помощью которого индуктором
создается переменное магнитное поле. Последнее наводит в дне
наплитной посуды индуктированный ток, вызывающий его нагрев.
Индукционные конфорки обладают рядом существенных пре-
имуществ по сравнению с обычными закрытыми конфорками. К их
числу относятся:
1) высокая надежность (ресурс исчисляется десятками тысяч
часов);
2) низкая тепловая инерционность (дно наплитной посуды на-
чинает нагреваться одновременно с включением конфорки);
3) высокий к. п.д., что приводит к низким удельным расходам
электроэнергии;
4) высокая безопасность в процессе эксплуатации (рабочая по-
верхность— настил сильно не нагревается, поэтому исключаются
случаи ожогов о раскаленную жарочную поверхность, как это слу-
чается при эксплуатации обычных конфорок);
5) возможность полной автоматизации работы конфорки.
Хотя индукционная конфорка перспективна, ее широкому внед-
рению препятствуют определенные факторы: сложность устрой-
ства, относительно высокая стоимость, необходимость использо-
вания специальной посуды (из нержавеющей стали, чугуна, фос-
форного железа, титана). Одним из направлений упрощения
устройства (структурной схемы) конфорки является перевод ее на
токи промышленной частоты.
6.3. СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЕЙ
Работа электротеплового оборудования с электронагревателя-
ми 'первого типа основана на способности проводников нагревать-
ся при прохождении через них тока. При этом количество выде-
ляющегося тепла равно
(бЛ)
где Q — количество тепла (энергии), Дж; Р—мощность нагрева-
тельного элемента, Вт; т— продолжительность нагрева, с; U—на-
пряжение, В; R —сопротивление нагревательного элемента, Ом.
Таким образом, количество тепла, выделяющегося в проводни-
ке, прямо пропорционально квадрату напряжения и продолжи-
тельности нагрева и обратно пропорционально сопротивлению.
Из выражения 6.1 следует, что регулировать мощность тепло-
вых аппаратов, которая непосредственно влияет на количество
выделяющегося тепла, можно путем регулирования напряжения
и сопротивления. Обычно регулируют мощность, изменяя сопро-
тивление нагревательного элемента, так как регулирование напря-
жения при больших мощностях влечет за собой увеличение габа-
ритов и стоимости автотрансформаторов.
Для однофазных электротепловых аппаратов, электронагрева-
тельные элементы которых обычно состоят из двух секций одина-
кового сопротивления, регули-
рование мощности производит-
ся за счет различного соедине-
ния этих секций (рис. 6.8).
При этом возможны три сту-
пени нагрева: сильный, сред-
ний и слабый. При сильном
нагреве секции включаются
параллельно, при среднем —
включается только одна сек-
ция, при • слабом — секции
включаются последовательно.
Если через Rc обозначить со-
1(сил)
О ft II(cpeSl
Ш(слаб)
противление одной
вит:
Рис. 6.8. Электриче-
ские схемы регулиро-
вания мощности (на-
грева) в электротеп-
ловых аппаратах:
в — для однофазных
аппаратов с соотношени-
ем' 4:2:1; б — для
трехфазиых аппаратов с
соотношением 6 : 1
секции, то
(сил.)
2 поел,
(слаб)
полное сопротивление соста-
п Rc
при параллельном включении — сильный нагрев;
при включении одной секции R = Rc — средний нагрев;
при последовательном включении R = 2RC — слабый нагрев.
Тогда для мощности соответственно будем иметь:
сильный нагрев -Рсил = 2-^-;
АС
П __ U*
средний нагрев ^ср—
слабый нагрев Рсла6=— .
2 Rz
Если поделить эти равенства друг на друга, то получим соот-
ношение мощностей нагревательных элементов при различных сту-
пенях регулирования:
PcM:Pcp:^a6=4:2:l,
т. е. в соответствии с формулой (6.1)—соотношение количеств
выделяющего тепла.
При включении трехфазных аппаратов, число нагревательных
элементов у которых, как правило, кратно трем, в симметричную
«звезду» или «треугольник» их мощность может быть определена
по формуле
Р=3 Рф=3£/ф/ф • cos<p$, (6.2)
где Рф — мощность одной фазы, Вт; U$—-фазное напряжение, В;
1ф — ток фазы, А; соэфф — коэффициент мощности; для электро-
нагревательных элементов, обладающих активным сопротивле-
нием, он равен 1.
Соотношения между фазными и линейными значениями для
трехфазной симметричной системы равны:
для симметричной «звезды»
/Л=/Ф; ил=\Гъи$
для симметричного «треугольника»
^л=^Ф; /л = ‘|/~з’/ф.
Тогда при соединении в симметричную «звезду»
U2
Рд=ЗЦ,/ф=-Ь
Кс
при соединении в симметричный «треугольник»
U2
рд=3б/ф/ф=з-^.
Соотношение мощностей
Р -р — 3:1,
т. е. сильный нагрев будет иметь место при соединении нагрева-
тельных элементов в «треугольник», слабый — в «звезду». В трех-
фазных электротепловых аппаратах регулирование мощности мо-
жет быть и в соотношениях 6:1 и 9: 1. Для достижения соотноше-
ния 6: 1 включение секций производится в «треугольник» при на-
пряжении сети 3 ~ 220 В или в «звезду» при напряжении сети
3N ~ 380 В (сильный нагрев) с последовательным включением
двух секций на напряжение 220 В (слабый нагрев). Для дости-
жения соотношения 9: 1 включение секций производится в «тре-
угольник» при напряжении сети 3 ~ 220 В или в «звезду» при на-
пряжении сети 3N ~ 380 В (сильный нагрев) с последовательным
включением трех секций (слабый нагрев).
Описанные схемы подключения используются. Главным обра-
зом для электронагревателей первого типа.
6.4. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЕЙ
При расчете электронагревателей обычно нужно знать их мощ-
ность, напряжение, схему подключения и материал, из которого
изготовлен собственно нагревательный элемент (спираль). Мощ-
ность электронагревателя определяется на основании мощности
аппарата или его определенного узла (жарочная поверхность,
шкаф) и числа нагревателей в нем. Мощность аппарата находится
из теплового баланса как сумма полезно использованной теплоты
в единицу времени и потерь теплоты за то же время. Расчет основ-
ных параметров собственно спирали (диаметр, длина, шаг и т. п.)
электронагревателей первого и второго типов 1 приведен ниже.
Расчет электронагревателей первого типа
Расчет закрытого электронагревателя (конфорки)
1. Мощность одной спирали
р Р Р к
тп п
(6.3)
где Р — мощность жарочной поверхности, Вт; Рк— мощность од-
ной конфорки, Вт; m — число конфорок; п — число спиралей в кон-
форке.
2., Электрическое сопротивление спирали
/?сп = ^, (6.4)
“СП
где U — номинальное напряжение, В.
3. По известной величине Rcn легко определить длину и диаметр
проволоки спирали:
где р — удельное сопротивление материала спирали, Ом-мм2/м
(для нихрома при 700—900° С р=1,1—1,2 Ом-мм2/м); I — длина
активной части проволоки, мм; s — сечение проволоки, мм2;
d—диаметр проволоки, мм.
Из формулы (6.5) получим
(6,6)
Для определения по формуле (6.6) значения I обычно задаются
значением d. При этом, как показали исследования, для обосно-
вания выбора значения d руководствуются следующими сообра-
жениями.
* Расчет электронагревателей третьего типа (СВЧ-генераторов, индукторов)
здесь ие рассматривается, так как это относится к специфической области
электроники,
Чтобы с уменьшением d сохранить мощность спирали, а следо-
вательно, и конфорки неизменной (заданной по технологическим
соображениям), следует согласно формулам (6.5) и (6.6) умень-
шить и I. Благодаря этому происходит экономия дорогостоящего
материала (нихрома, фехрали). Однако, с другой стороны, умень-
шение d и I приведет к увеличению мощности спирали, приходя-
щейся на единицу ее поверхности (поверхностной мощности), что
в свою очередь вызовет рост температуры спирали, т. е. увеличе-
ние скорости ее окисления (снижение срока службы). Для спира-
лей из сплавов Х20Н80 и ОХ27Ю5А скорость окисления до тем-
пературы 670° С изменяется очень слабо, после чего начинается ее
быстрый рост, чему соответствует оптимальное d = 0,9 мм.
4. По оптимальным значениям 1 и d определяется число витков
спирали:
= 1,07 к (Dc+2rfX (6.7)
где 1„— длина витка спирали, мм; бгп — наружный диаметр витка
спирали, мм; Dc — диаметр стержня намотки спирали, мм; 1,07—
коэффициент, учитывающий увеличение диаметра витка спирали
(из-за остаточной деформации) при снятии ее со стержня намотки.
5. На основании числа витков спирали пв и длины канавки для
ее укладки /к, что известно из параметров конструкции конфорки,
определяется шаг укладки спирали:
(6.8)
«в
Расчет герметически закрытого электронагревателя
(тэиа)
1. Мощность одного тэна, а значит, и мощность одной спирали
определяются по формуле
/>=—, (6.9)
т
где Р — мощность суммы всех тэнов в аппарате, Вт; m — количе-
ство установленных тэнов.
2. Электрическое сопротивление спирали тэна Rсп» ДЛЙНЭ ЗКТйВ-
ной части проволоки 1, ее диаметр d и количество витков пв рас-
считываются соответственно по формулам (6.4), (6.6) и (6.7).
3. Шаг намотки витков определяется из очевидного соот-
ношения
А = (6.10)
«в
где La — длина активной части трубки после опрессовки
1 На конечной стадии изготовления тэнов происходит их опрессовка, в ре-
зультате чего некоторые характеристики тэнов изменяются.
ш
4. Расстояние между витками
10 LB — nBd
Ц,^В -
«в
(6.11)
5. Из формулы (6.11)' можно получить формулу для расчета
коэффициента плотности намотки витков:
£= А = -2±^==-1°А.. (6.12)
d - d nBd
Отсюда получаем другое выражение для а:
a=d(k — l). (6.13)
Расстояние между витками должно превышать в два-три раза
диаметр проволоки спирали, что обеспечивает нормальные усло-
вия для отвода от нее теплоты.
6. Выбор диаметра проволоки спирали тэна, так же как и при
расчете конфорки, должен производиться с учетом температуры
ее нагреНа, которая может быть рассчитана по формуле
(6.14)
где tmp — температура поверхности трубки, °C; At — разность тем-
ператур между спиралью и трубкой, °C.
7. Температура поверхности трубки определяется графически,
в частности для воздушных тэнов — на основании ее зависимости
от удельной поверхности нагрузки (рис. 6.9,а,б), рассчитываемой
по формуле
w (6.15)
Т ST в DLa
где St — площадь активной поверхности тэна, см2; D — наружный
диаметр трубки после опрессовки, см.
8. Разность температур определяется с помощью номограммы
(рис. 6.9, в) в зависимости от коэффициента плотности намотки
витков kt коэффициента теплопроводности изоляции Л и геометри-
ческих характеристик тэна:
где DBH — внутренний диаметр трубки, мм; dB — средний диаметр
витка спирали, мм.
Непосредственно из номограммы определяется значение
At/qe, где qe — удельный тепловой поток на единицу длины тэна,
Вт/см. Значение qe определяется из отношения
<7е = А <6J7>
после чего рассчитывается Atз - f
A#=AL.^e, (6.18)
Че
а по формуле (6.14) рассчитывается температура спирали тэна.
Рис. 6.9. Теплотехнические
характеристики тэиов:
а — зависимость температуры
поверхности трубки тэна, нахо-
дящегося в спокойной воздуш-
ной среде, от удельной по-
верхностной нагрузки; б —- то
же. но в движущейся с раз-
личной скоростью воздушной
среде; в —- номограмма для
определения перепада темпера-
тур между спиралью и труб-
кой
Расчет электронагревателей' второго типа
Расчет ИК-геиераторов с газополиой (герметичной)
кварцевой трубкой
Для выполнения данного расчета, кроме мощности генератора
и номинального напряжения, необходимо еще знать и температуру
спирали, которая тесным образом связана с удельным сопротив-
лением проволоки рт (Ом'М) и плотностью ее излучения R»
Таблица 6.6
Тииервтура сшралв. К 1000 12Ю 1400 иге 1800 2000 2200 2400 2600 280& 3000
Плотность - излучения (RT-10’*), Вт/ма . . 0,602 1,66 3,83 7,74 14,19 24,04 38,2 57,7 83,8 117,6 160,5
Удельное сопротивле- ние (рт« 10*)» Ом-и . . 24,93 30,98 43,55 50,05 56,67 63,48 70,38 77,49 84,70 92,04 99,54
(Вт/м2)—важнейшими параметрами расчета ИК-генераторов,
Обычно температурой спирали задаются, а по табл. 6.6 опреде-
ляют рт и Rr.
Конструктивные схемы, необходимые для расчета, показаны
на рис. 6.10.
1. Диаметр проволоки спирали определяем по формуле
<619>
р
где 1~-----потребляемый генератором ток, А; Р—мощность
генератора, Вт; UH — номинальное напряжение сети, В; £ — коэф-
фициент излучения спирали; к — коэффициент, учитывающий от-
ношение мощности, рассеиваемой через газ, к номинальной мощ-
ности генератора (см. рис. 6.10, г).
Коэффициент р, принимаемый по табл. 6.7, зависит от коэффи-
циента шага kin=s/dnPt где s — шаг спирали.
Т а бли ца 6.7
I 1.1 1.2 1Д 1,4 1Д 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0
0,5 0,6 0,66 0,7 0,74 0,76 0,78 0,80 0,82 0.S4 0,85
Коэффициент шага кш принимают из конструктивных сообра-
жений в пределах 1,3—1,7. Слишком малое значение кш может
привести к местным перегревам и снижению излучательной спо-
собности спирали.
2. Длину проволоки спирали определяем по формуле
(6-20)
3. Длина спирали
................................. , - (6.21)
где kc=Dc/dnp — коэффициент сердечника; Dc — диаметр сердеч-
ника спирали, м.
Ln
г
Рнс. 6.10. Схемы н график к расчету конструктивных параметров
генераторов ИК-излучения:
а — спирального тела излучения; б —- генератора КИ; в — кварцевого
• генератора с хромоникелевой спиралью; г — график для коэффициента К
Значение кс, так же как и кш, выбираем по конструктивным со-
ображениям в пределах 3,0—6,0. Слишком малое значение кс при-
водит к увеличению длины спирали.
4. Диаметр спирали
<U=2<UDc=4A+2). (6.22)
5. Шаг спирали
s=dn/№ (6,23)
6. Число витков спирали
п=^. (6.24)
S
7. Полная длина генератора
(6.25)
где 1паес — длина пассивного конца генератора, м; 1Ц—длина цо-
коля генератора, м.
По конструктивным соображениям (1Пасе+1ц) = (304-35) -КУ-3 м.
Диаметр кварцевой трубки DT= (84-10) - den-
Расчет ИК-генераторов с открытой (негерметйчной)
кварцевой трубкой
Особенность работы таких генераторов состоит в потере ими
определенного количества теплоты на нагрев воздуха в трубке
и на компенсацию охлаждения спирали вводами. Это может быть
учтено введением в формулы (6.19) и (6.20) для расчета диаметра
и длины проволоки спирали энергетического к. п. д. вместо сомно-
жителя (1 —к). Энергетический к. п. д. выбирается в пределах
т]э = 0,65—0,80. Плотность излучения хромоникелевой проволоки,
которая обычно используется в подобных электронагревателях,
определяется по формуле
/?т=етсо(О,О1 Т)\ (6.26)
где 6т = о,7—0,8 — степень черноты хромоникелевой проволоки;
Со — коэффициент излучения абсолютно черного тела; Т — темпе-
ратура излучающего тела, К.
Длину, диаметр, шаг, число витков спирали и полную длину ге-
нератора рассчитываем по тем же формулам [(6.21)— (6.25)],
Диаметр кварцевой трубки генератора Dt — (1,1—1,2) dcn.
Глава 7
ПИЩЕВАРОЧНЫЕ АППАРАТЫ
7.1 КОТЛЫ
Пищеварочные котлы предназначены для варки первых блюд,
каш, овощей, кипячения молока и т. п. В отрасли почти исклю-
чительно применяются котлы периодического действия, работа ко-
торых основана на кипячении соответствующих продуктов в
жидкой среде — воде, молоке, бульоне.
Варка в жидкой среде независимо от способа действия^ соот-
ветствующего аппарата основана на физико-химических превраще-
ниях веществ, входящих в состав продукта, которые протекают
под действием теплоты и влаги, а варка бульонов — еще и на за-
кономерностях экстрагирования (извлечения) питательных ве-
ществ из твердой фазы в жидкую. Пищеварочные котлы могут
быть с непосредственным и косвенным обогревом. Машинострои-
тельной промышленностью серийно выпускаются лишь котлы
с косвенным обогревом (рис. 7.1), способ действия которых со-
стоит в том, что варочный сосуд обогревается паром, образующим-
ся в парогенераторе, при этом пар конденсируется, отдавая тепло-
ту конденсации стенкам варочного сосуда, и в виде конденсата
стекает обратно в парогенератор.
Варочные сосуды котлов обычно имеют цилиндрическую форму
с плоским, выпуклым или вогнутым днищем. Основным парамет-
116
ром такого сосуда считается его диаметр D. Остальные парамет-
ры— высоту цилиндрической части Н и высоту стрелки1 h — из
конструктивных и эксплуатационных соображений выбирают на
основании соотношений: H/D=0,3—1,2 и h/D=0,05—0,1. В послед-
нее время появились котлы с варочным сосудом в форме парал-
лепипеда.
Рис. 7.1. Схема устройства электриче-
ского котла с косвенным обогревом:
1 — парогенератор; 2 — тэи; 3 —• тепловая
изоляция; 4 — кран уровня; 5 —• наруж-
ный котел; 6 — крышка; 7 —• варочный со-
суд; 8 — пароводяная рубашка; 9 — ко-
жух; 10 — откидной болт; 11 — клапан-
турбиика; 12 — прокладка; 13 —• мано-
метр; 14 — наполнительная воронка; 15 —
двойной предохранительный клапан; 16 —
сливной «Гран; 17 — сетка; 18 — основание
По конструктивному оформлению электрические пищеварочные
котлы подразделяются на опрокидывающиеся и неопрокидываю-
щиеся. Опрокидывающиеся котлы, т. е. котлы с опрокидывающим-
ся варочным сосудом, имеют относительно небольшую вмести-
мость. К ним относятся КПЭ-40, КПЭ-60, КПЭСМ-60. Неопроки-
дывающиеся котлы К.ПЭ-100, КПЭ-160 и КПЭ-250 обладают боль-
шей вместимостью.
Основными частями пищеварочного котла являются: варочный
сосуд, парогенератор, пароводяная рубашка, постамент, арматура
(двойной предохранительный клапан, клапан-турбинка, который
устанавливается на крышках неопрокидывающихся котлов, напол-
нительная воронка, электроконтактный манометр, кран уровня во-
ды— в парогенераторе).-У опрокидывающихся котлов, кроме то-
го, имеется механизм опрокидывания. Снаружи котлы покрыва-
ются теплоизоляцией и декоративным кожухом.
Ниже приведены конструкции наиболее типичных котлов на
электрическом обогреве: опрокидывающегося котла КПЭ-60
(рис. 7.2), опрокидывающегося модулированного котла КПЭСМ-60
(рис. 7.3) и неопрокидывающегося (стационарного) котла с гер-
метической крышкой КПЭ-ЮОГ (рис. 7.4).
Котел КПЭ-60. Варочный сосуд котла изготовлен из нержавею-
щей стали, сверху он закрывается съемной крышкой. Варочный
сосуд помещен в наружный котел со съемным днищем, в которое
вмонтированы три тэна. Пространство между наружным котлом
и варочным сосудом является пароводяной рубашкой, в которую
1 Высоту шарового сегмента.
-------' Рис. 7.2. Котел пищеварочный электрический КПЭ-бО:
в — котел; б — муфта подвода пара к арматурной стойке; в — механизм поворота
котла: 1 — варочный сосуд; 2 — борт; «? — теплоизоляция; 4 — электроконтактиый ма-*
нометр; 5 — наполнительная воронка с краном; 6, 9 — неподвижные трубы; 7 — на*
жимная гайка; 8, 28 — нажимные втулки; 10 — правая цапфа; И — червячное колесо*
12 — червяк; 13 — поворотная труба: 14 — станина вилкообразная; 15 — кран уров<
ня; 16 — болт заземления; 17 — дно кожуха; 78 — тэн; 79 — дно пароводяной ру«
башки; 20 — наружный котел; 21 — кожух; 22 — левая .цапфа; 23 — увор; 24 — тру*
бопровод для заполнения котла водой; 25 — вентиль; ' 26 — поворотный кронштейн*
27 — поворотный кран; 29 — сальниковая набивка; 38 — шнонка; 31 — маховик
через наполнительную воронку заливается кипяченая вода. Между
кожухом и наружным котлом помещена теплоизоляция — мятая
алюминиевая фольга. Узлы котла смонтированы на. чугунной вил-
кообразной станине. Опрокидывающий механизм котла состоит из
червяка и червячного колеса с ручным приводом.
В нижней части котла установлен кран уровня, соединенный
с полостью рубашки, с помощью которого в ней происходит конт-
роль уровня воды. Уровень воды в пароводяной рубашке не дол-
жен быть выше уровня крана н ниже уровня тэнов (защита от
«.сухого хода», недопущение работы тэнов, не покрытых водой).
Рис. 7.3. Котел пищеварочный
электрический секционный мо-
дулированный КПЭСМ-60:
а — общий вид; б — разрез:
1 — левая тумба; 2 — дно; 3 —
тэны; 4 — сигнальная лампа «Нет
воды»; 5 — кнопка «Пуск»; 6 —-
кнопка «Стоп»; 7 — лампа «Сильно»; 8 — лампа «Слабо»; 9 — пакетный переключав
тель; 10 — электрод защиты от «сухого хода»; 11 — кожух; 12 — трубка, соединяю-
щая пароводяную рубашку с контрольно-измерительными приборами; 13 — варочный со-
суд; 14 — электроконтактный манометр; 15 — корпус; 16 — прямоугольный стол; 17 —
предохранительный клапан; 18 — червячный сектор; 19 — червяк; 20 — правая тумба
Опрокидывающиеся электрические котлы имеют станцию
управления в виде отдельного металлического шкафа, в которой
смонтирована вся аппаратура автоматического управления, за ис-
ключением электроконтактиого манометра. Регулирование тепло-
вого режима котла и защита его от «сухого хода» осуществляют-
ся автоматически.
Автоматическое регулирование теплового режима котла произ-
водится с помощью электроконтактиого манометра ЭКМ (рис. 7.5),
включенного в электрическую схему котла. С помощью стрелок
минимального и максимального пределов давления пара устанав-
ливаются нижний и верхний пределы давления в рубашке. Вклю-
чение тэнов на полную или малую (!/6 часть полной) мощность
происходит при замыкании манометрической стрелкой соответ-
ствующих контактов: когда замыкается верхний контакт (мано-
метрическая стрелка совмещается со стрелкой максимального пре-
дела давления), тэны включаются на малую мощность, и наобо-
рот. Автоматическая защита от «сухого хода» осуществляется
с помощью электрода, находящегося в парогенераторе на опреде-
ленном уровне. При понижении уровня воды в парогенераторе
ниже допустимого (при оголении тэнов) цепь между электродом
и корпусом размыкается, тэны выключаются и одновременно вклю-
чается на панели соответствующая сигнальная лампочка.
Котел пищеварочный может работать в двух режимах, которые
задаются тумблером, находящимся на станции управления.
Режим I — доведение содержимого котла до кипения на полной
мощности и автоматический перевод его на малую мощность для
доваривания. В таком режиме котел работает при варке супов,
борщей и других блюд.
Режим II — доведение содержимого котла до кипения на пол-
ной мощности и доваривание его за счет аккумулированного теп-
ла (при этом котел отключен от электрической сети). В таком ре-
жиме котел работает при варке каш, кипячении молока, варке ма-
Котел КПЭСМ-60’ (рис. 7.3). Ниже
приведены особенности этого котла.
1. Котел модулированный, т. е. его га-
бариты (см. табл. 7.1) кратны единому
модулю по длине (она равна пяти моду-
лям), а ширина и высота соответствуют
ГОСТ 18914—73.
2. Корпус котла прямоугольной фор-
мы с двумя тумбами: в правой располо-
жен механизм опрокидывания котла и
некоторые коммуникации, в левой —
станция управления котлом. На лицевую
сторону левой тумбы выведены: кнопки
«Пуск» (черная), «Стоп» (красная), сиг-
нальные лампы «Сильно» (зеленая),
каронных изделии.
а
Рис. 7.4. Котел пищеварочный электрический КПЭ-100Г:
а — общий вид; б — устройство:
1 — парогенератор; 2 — постамент; 3 — кран уровня; 4 — край сливной;
5 — облицовка; 6 — корпус котла; 7 — варочный сосуд; 8 — электрокон^
тактный манометр; 9 — клапан-турбинка; 10— крышка; // — откидной
болт; 12 — заливная воронка; 13 — предохранительный клапан; 14 — про-
тивовес; 15 — трубопроводы
«Слабо» (желтая), лампочка «Нет воды» и переключатель для
установки режима работы котла (как и котел КПЭ-60, котел
КПЭСМ-60 может работать в тех же двух режимах).
3. Котел устанавливается на регулируемых по высоте ножках.
Рис. 7.5. Электроконтактный манометр ЭКМ:
1 — контрольная стрелка минимального предела давле-
ния; 2 — манометрическая стрелка, показывающая дав-
ление пара в пароводяной рубашке; 3 — контрольная
стрелка максимального предела давления пара; 4 — шка-
ла манометра; 5 — отверстие для ключа, устанавливаю-
щего стрелки максимального и минимального давления
пара
4. Котел обычно является частью технологической модулиро-
ванной линии, располагаемой пристенно или по островному прин-
ципу, но может использоваться и как отдельный аппарат.
Котел КПЭ-ЮОГ (рис. 7.4). Ниже приведены особенности это-
го котла.
1. Котел неопрокидывающийся.
2. Варочный сосуд закрыт герметичной крышкой, на которой
установлен клапан-турбинка. Крышка уравновешена противо-
весом.
Аппарат с пластинчатым транспортером. Аппарат (рис. 7.6)
предназначен для механизации процессов варки некоторых изде-
лий (макароны, рис, картофель, фрикадельки) в кипящей воде.
Рис. 7.6. Автоматизированный аппарат фирмы «Кюпперсбуш» для
варкн продуктов в кипящей воде:
/ — загрузочная течка; 2 — цепная звездочка; 3 — транспортирующие
пластины; 4 — транспортная цепь; 5 — узел для получения кипятка; 6 —
отверстие для отвода пара; 7 — переливное отверстие; 8 — электромотор;
У — приспособление для пропарки аппарата; 10 — переливной патрубок;
11 — разгрузочная течка; 12 — автоматически действующая тележка для
загрузки; 13 — раздаточная обогреваемая тележка
Транспортер действует прерывисто: во время загрузки и вы-
грузки его ячеек и в течение собственно варки он остается непо-
движным. В зависимости от вида приготовляемой пищи аппарату
задается определенная программа работы, которая выполняется
автоматически.
В состав данного аппарата входит узел 5 для приготовления
кипятка, работающий на паре невысокого давления (от 30 до
Таблица 7.1
Техническая характеристика электрических пищеварочных котлов
Показатели Единица изме- рения Котлы
КПЭ-40 КПЭ-60 КПЭСМ-60 кпэ-юог (КПЗ-100) кпэ-юог (КПЭ-160) ' КПЭ-250Г (КПЭ-2501
Вместимость котла Время закипания содержимого дм* 40 60 60 100 160 250
варочного сосуда, не более Максимальное давление в паро- ч 1,0 1,0 0,75 1,0 1,0 1,0
водяной рубашке Мощность электронагревате- кПа 50 50 50 50 50 50
лей:
в период разогрева . . . в период варки («тихого кВт кВт 6,0 8,0 9,45 15,0 21,0 30,0
кипения») 1,00 1,33 1,05 2,5 3,5 5,0
Род тока Трехфазный •
Напряжение в сети В Э-ч.220 или 3N-4.380 3-4.220 или 3N-X.380
Количество тэнов Габариты: шт. 3 3 3 6 6 6
длина ММ 945 945 1050 990 1120 1120
ширина мм 640 640 840 920 1110 1110
высота мм 1110 1110 860 ИЗО ИЗО 1300
Масса1, не более кг 103 ПО 170 210 290 330
1 Дается без станции управлежя (за исключением котла КПЭСМ-50 ).
50 кПа), который вырабатывается в электрическом парогенерато-
ре. В аппарате производятся непрерывная регенерация воды и си-
стематический контроль свежести поступающей воды. В случае
необходимости остатки пищи удаляются с помощью пропарки
аппарата.
Обслуживает аппарат один человек. В его обязанности входят
наблюдение за загрузкой аппарата и своевременная замена пол-
ной раздаточной тележки пустой.
Мощность аппарата 6 кВт; производительность в кг/ч: по ма-
каронам— 500, рису — 400, картофелю — 230—280; время варки —
соответственно 13, 22 и 35 мин.
Основные характеристики котлов приведены в табл. 7.1,
7.2. АВТОКЛАВЫ
Автоклавы предназначены для варки блюд, требующих дли*
тельной тепловой обработки: бобовых, каш, бульонов из костей.
Давление внутри варочного сосуда достигает 200 кПа, температу-
ра 120—140° С, что позволяет существенно (в 1,5—3 раза) сокра-
тить продолжительность процесса варки.
Серийно выпускается электрический автоклав АЭ-1 (рис. 7.7).
Принципиально он не отличается от электрических котлов. Неболь-
Рис. 7.7. Автоклав АЭ-1:
1 — парогенератор; 2 — нагревательный элемент (тэн); 3 — пароводяная рубдшказ
4 — кран сливной; 5 — теплоизоляция; 6 — сетка загрузочная; 7 — варочный сосуд;
8 — резаввшя прокладка; 9 — откидной болт; 16 — краж для скуска пара; // — крыш«
ка; 12 — противовес; 13 — предохранительный клапал; 14 — заливная воронка; 15 —*
электроконтактный манометр; 16 — мановакуумметр; 17 — вентили; 18 — кран урсяйя
шие отличия состоят в следующем: в автоклаве имеется сетка
с ручками, в которую загружаются кости (впрочем, в некоторых
современных котлах имеются подобные сетки); на крышке авто-
клава установлен мановакуумметр, служащий для контроля за
процессом варки и давлением в варочном сосуде перед его раз-
грузкой, а также кран, который должен быть открыт в начале
варки для выпуска холодного воздуха из варочного сосуда и по
окончании варки для выравнивания давления в варочном сосуде
и окружающей среде.
Так же как и в электрических котлах, в автоклаве АЭ-1 име-
ются двухступенчатое регулирование нагрева и защита тэнов от
«сухого хода».
Техническая характеристика автоклава АЭ-1
Полезная вместимость, дм’.................. 60
Рабочее давление в пароводяной ру-
башке, кПа......................... 250
Количество трубчатых электронагрева-
телей, шт................................... 3
Напряжение, В...................... 3—220, 50 Гц
или 3N~380 50 Гц
Количество ступеней нагрева........ 2
Потребляемая мощность, кВт:
га высшей ступени нагрева........ 10,8
га низшей ступени иагрева........ 1.2
Гремя разогрева до закипа) ия при пол-
юй загрузке полезной вместимости,
мин....................................... 45
Габариты, мм:
длина.................................. 820
ширина.................................. 880
высота '............................... 1245
Масса станции управления, кг ... . 17,6
Масса автоклава со станцией управле-
ния, кг ... .............................. 235
7.3. ПАРОВАРОЧНЫЕ АППАРАТЫ
Тепловая обработа пищевых продуктов в пароварочных аппа-
ратах относится к диффузионно-тепловым процессам и характери-
зуется наличием тепло- и массообмена с окружающей средой.
Принцип работы пароварочных аппаратов состоит в том, что пар,
получаемый в парогенераторах, непосредственно контактирует
с пищевыми продуктами в рабочих камерах, при этом насыщен-
ный пар, конденсируясь на поверхности продукта, образует на ней
плёнку конденсата, через которую теплота передается за счет теп-
лопроводности. При использовании перегретого пара пленка кон-
денсата образуется на поверхности продукта лишь в начале про-
цесса (при первоначальном прогреве), после чего она испаряется,
и теплообмен между продуктом и перегретым паром происходит
за счет конвекции. В настоящее время в основном используется
варка в среде насыщенного пара.
При варке на пару по сравнению с варкой в воде существенно
снижается потеря продуктами пищевых веществ. Кроме того, как
видно из табл. 7.2, заметно сокращается время варки и уменьша-
ются потери массы, особенно при использовании перегретого пара.
Прогрев продуктов при варке на пару имеет три основных
периода, что хорошо видно на примере варки овощей (рис. 7.8).
Первый период — период прогрева продукта, его продолжитель-
ность в основном определяется геометрическими размерами про-
дукта и составляет 5—10 мин.
Второй период — период постоянной скорости процесса (тем-
пература изменяется линейно). В этом периоде теплота расходует-
124
Таблица 7.2
Сравнительные данные варки продуктов в среде пара и в воде
Изделия Масса» г Влажный насыщенный пар Перегретый пар Барха в воде
т=оя °г- Р=0,98-10’’Па Т=120 "С; Р—2,06-10= Па Т=200 °C; - Р=2,03-10» Па
1 Время вар-! ки, мин Потери, % Время вар- ки» мин Потери. % Время вар- ки, мин Потери, % Время вар- ки, мин Потери, %
Мясо куском (тол- щина 10 мм) Мясо крупнокуско- но 16 35,5
вое (толщина 50 мм) .... 600 28 37,7
Бифштекс рубле-
ный (диаметр 50 мм) .... 110 20 36,3
Треска куском Морской окунь 120 15 13,6
(тушками) . . . 150 14 12,2
Минтай (Тушками) 120 8 13,6
Курица 200 24 27,0
Биточки куриные 75 16 25,0
14 33,2 10 36,0 18 38,4
22 35,3 .16 31,5 40 38,0
17 34,5 14 29,7 20 40,4
11 12,5 7 10,0 16 19,4
11 9,0 9 7,8 16 15,0
6 10,8 .6 8,2 10 14,4
16 24,3 16 25,3 32 30,0
16 25,3 11 24,0 18 29,0
ся на испарение влаги с поверхности продукта и на нагрев самого
продукта. Продолжительность этого периода для разных продук-
тов различная.
Третий период — период убывающей
скорости процесса — характеризуется
выравниванием температуры по объему
продукта и приближением ее к темпера-
туре греющей среды.
Варка на пару широко используется
в диетическом и детском питании.
В настоящее время в нашей стране
серийно выпускаются только паровароч-
ные аппараты АПЭСМ-1 и АПЭСМ-2.
Устройство этих аппаратов одинаково,
различаются они лишь количеством сек-
ций (соответственно одна и две). Аппа-
раты этого типа работают практически
при атмосферном давлении, точнее при
очень небольшом избыточном давлении
(2,5—7,5 кПа, или 0,025—0,075 ати).
Аппарат пароварочный АПЭСМ-2
(рис. 7.9). Основными узлами этого ап-
парата являются: две секции каждая из
Рис. 7.8. Зависимость тем-
пературы в центре изделия
от времени при варке ово-
щей влажным насыщенным
паром: .
1 — морковь; 2 т- свекла; 3 —
картофель
которых состоит из двух варочных камер, изготовленных из нер-
жавеющей стали; электрический парогенератор; трубопроводы, со-
единяющие парогенератор с варочными камерами и блок уп'рав-
Б~Б
Рис. 7.9. Аппарат дароварочиый АПЭСМ-2:
1 — крышка; 5, 3, 4 — дверн; 5 — рама; 6 — ложка; 7 — дампа сигнальная
«Нет воды»; 8 — лампа сигнальная «Нагрев»; 9 — выключатель; 10 — пере-
кяпватеяь; 11 — секция; 12, 13 — аарачкые каикри; 14, 15 — ирогияш; 16 —
уголок; 17 — амодной клеммник; 13 — реле давления; 19 — коробка питательная;
2Й, 21, 22, 23 — трубопроводы, 54 — трав; SS — ваыок; 36 — критика; 77 —
электронагреватель трубчатый; 28 — кожух; 29 — кран; 40 — ларогеяератор
ления с пакетным переключателем и сигнальными лампами.
Внутрь варочных камер помещают перфорированные противни с
продуктами. Конденсат, образующийся при варке, отводится по
трубопроводу в канализацию. Мощность регулируется с помощью
пакетного переключателя в соотношении 4:3:2: 1; сильный на-
грев — параллельное включение всех четырех тэнов, средний на-
грев— параллельное включение трех или двух тэнов, слабый на-
грев — включение одного тэна.
Техническая характеристика АЛЭСМ-2
Общая вместимость варочных камер, и9 . . . 0,37
Полеаиая вместимость варочных камер, ма . , . 0,2
Количество варочных камер, шт............... 4
Производительность (по картофелю), кг/ч 75
Номинальная мощность, кВт.................. (О
Род тока . ... ,....................., . Переменный
трехфазгый
Напряжение, В............................. 220 или
S8D/220
Время разогрева, мин.............. 20
Средняя рабочая температура в камере, °C 95
Габариты, мм:
длина...................................... 830
ширина .................................... 800
высота................................... 1630
Масса, иг................................... 240
Автоматизированные пароварочные аппараты типов ЛЕЕ
и АДЕ (атюматы) * 1 (рис. 7.10). Аппараты выпускаются фирмой
Кюпперсбуш а предназначены для нарки продуктов при давлении
200 кПа (1 ати) в функциональных емкостях. Аппарат работает
периодически по заданной программе и имеет следующий цикл: за-
грузка функциональных емкостей с продуктами в рабочую камеру;
варка продуктов на пару при избыточном давлении; снижение дав-
ления пара в рабочей камере путем подачи в нее по касательным
к стенкам холодной воды; выгрузка функциональных емкостей
с готовой пищей. По данным фирмы, время варки в аппарате по
Рис. 71®. Схема устройства автоматизированного пароварочного
аппарата:
1 — зжгуузочдая телеали е ф^яшдаяеазатат емкостям» пи «Гастрояор-
му»; 2 — подъемная дверца; 3 — врисаосойлеияе, открывающееся пнев-
матически; 4 — роликовый транспортер; 5 — подача пара от парогенера*
тора; 6 — ендаея* для рвспмтеяис хололио* iaau* е целью блстрей кш-
девсации. пара после варки; 7 — электромагнитные^ стопор для освобожде-
ния енкостей; S — разгрузочная тележка с текжяазоляци^; Sf — точка
подсоединена» раэируэочиой тележка; 10 — рычаг для открывания дверей
сравнению с варкой в воде сокращается на 50% и колеблется от
2,5—3,5 мин (рыба) до 42—48 мин (столовая свекла). Выпу-
скается много модификации данного аппарата с производительно-
стью по картофелю от 28 до 168 кг/ч.
1 Название, па-видимому, происходит от сочетания слова «ати» (нем.
«atfi») — единица измерения избыточного давления и слова «автомат»; буквы
А, Д и Е соответствуют определенным признакам. А — атюмат, Е (вторая бук-
ва)— модель для обслуживания спереди, Д—модель коридорного типа,
Е (третья буква) — модель с электрическим парегевератором.
7.4. КОФЕВАРКИ
Приготовление напитка, так же как и варка бульонов, основа-
но на экстрагировании вкусовых и ароматических веществ в си-
стеме «твердое тело — жидкость». В качестве твердой фазы слу-
жат измельченные зерна кофе, в качестве жидкости — кипящая
или близкая к кипению (но кипяченая) вода. Экстрагирование
вкусовых и ароматических веществ водой может осуществляться
различными методами: настаиванием. с перемешиванием, когда
ь сосуд загружается порция порошка кофе, заливается кипящей
ьодой и доводится до кипения, п^и этом перемешивание произво-
дится самой кипящей водой (этот метод часто используется в бы-
ту); многократной перколяцией1, когда вода многократно за счет
рециркуляции проходит через слой молотого кофе, извлекая из
него достаточно полно, вероятно до равновесия между содержа-
нием экстрагируемых веществ в твердой и жидкой фазах, вкусо-
вые и ароматические вещества (этот метод реализован в кофе-
варках КВЭ-7); однократной перколяцией, когда вода лишь один
раз при атмосферном или повышенном давлении (последний спо-
соб иногда называют фильтрационным) проходит через слой мо-
лотого кофе; при атмосферном давлении (по этому способу рабо-
тают, например, кофеварки типа «Бонамат» голландской фирмы
Верхайен); при повышенном давлении (повышенной температу-
ре)— так называемые экспресс-кофеварки, например венгерская
«Будапешт», итальянская «Монако» фирмы Конти и др.
Последний способ приготовления кофе, н особенно при повы-
шенном давлении, получил наибольшее распространение в миро-
вой практике. По-видимому, это связано с тем, что для обеспече-
ния наилучших вкусовых качеств кофе необходимо не максималь-
ное, что достигается многократной перколяцией, а оптимальное
извлечение, вкусовых и ароматических веществ при определенном
соотношении их в экстракте (готовом кофе), для чего достаточно
однократной перколяции при повышенной температуре.
Кофеварка КВЭ-7 (рис. 7.11). Основными деталями кофеварки
являются: фильтр, в который засыпается молотый кофе; варочный
сосуд вместимостью 7 л; колпак с циркуляционной грубой и элек-
тронагревательный элемент мощностью 2,6 кВт. Кипяток, увле-
каемый пузырьками пара, поднимается по циркуляционной трубе
вверх и с помощью отражателя разбрызгивается по поверхности
кофе, затем перколирует через его слой и, экстрагируя при этом
вкусовые и ароматические вещества, стекает вниз. Цикл повто-
ряется многократно. Готовый кофе можно отпускать через
4—5 мин после выключения нагревательного элемента.
Экспресс-кофеварки. Основным узлом кофеварок является го-
ловка (блок-кран) для приготовления и дозирования напитка, ко-
торая изготавливается с различными вариантами привода: ручным
(рис. 7.12,а), гидравлическим (рис. 7.12,6), паровым (рис. 7.12,в).
1 percolate (англ.) — фильтровать, процеживать, просачиваться.
с помощью насоса (рис. 7.12,г). Кроме головки, к основным ча-
стям кофеварок относятся кофемолка и водогрейный котел. В го-
ловках экспресс-кофеварок вода под давлением 500—800 кПа про-
талкивается через слой кофе, находящегося в сетке. Способ дей-
ствия головки состоит в следующем.
Рис. 7.11. Кофеварка электрическая КВЭ-7:
J — разборный кран; 2 — терморегулятор; 3 — лампа сигнальная; 4 —
отражатель; 5 — крышка; б — фильтр; 7 — циркуляционная труба; 8 —
варочный сосуд; 9 — кожух; Ю — колпак; It — электронагревательный
элемент; 12 — переключатель; 13 — етолнк
При ручном приводе рукояткой-рычагом с помощью зубчатого
колеса поднимается кверху шток вместе с поршнем (на штоке
имеются зубья, входящие в зацепление с зубьями колеса), и кипя-
ток из водогрейного котла по патрубку попадает под поршень. При
отпускании рукоятки поршень под действием пружины продавли-
вает порцию кипятка через1 слой кофе, одновременно перекрывая
патрубок, соединяющий корпус головки с водогрейным котлом,
благодаря чему кипяток не может возвратиться в котел.
При гидравлическом приводе за счет установки трехходового
крана в определенное положение вода из водопровода поступает
под поршень гидропривода и поднимает шток вместе с поршнем
головки. При этом порция кипятка поступает внутрь головки,
а трехходовой кран поворачивается так, что внутренняя полость
гидропривода соединяется с канализацией; далее процесс проте-
кает так же, как и при ручном приводе.
При паровом приводе за счет установки крана (14) в опреде-
ленное положение кипяток попадает внутрь корпуса, после чего
подается пар, который продавливает кипяток через слой кофе.
При использовании насоса последний в питательном баке, вы-
полняющем одновременно функцию ресивера (сосуда, сглаживаю-
5 Заказ № 267 129
щего толчки давления), создает определенное избыточное давле-
ние, под действием которого вода через змеевик, в котором она
нагревается до кипения, через кран, открывающийся с помощью
кнопки, попадает внутрь головки и проталкивается через слой
Температура напитка автоматически поддерживается с по-
мощью терморегулятора в пределах 60—80° С.
Рис. 7,12. Устройство
головки (блок-краиа)
вкспресс • кофеварки
с различными спосо-
бами создания дав-
ления в головке:
а — пружиной е руч-
ным приводом; б — пру-
жиной с гидроприводом;
/4
2
1
О
12
11
io
8
2
Из Водопровода
13
21
17 10
пара
В
19 20
в — давлением
4
3
г
А В капали за. -
цию
/5
10
из водопровода.
- - . - — . —-------- —г- « водогрейном котле; г — насосом:
чашка; 2 — быстросъсмнов сито С- кофе; 3 —‘ поршень; 4 — шток; 5 — пружина;
зубчатое колесо; 7 — рукоятка привода; 8 — корпус; 9 — патрубок для забора
воды иа водогрейного котла; 10 — водогрейный котел; И — грех ходовой кран; 12 —
поршень гидропривода; 13 — корпус гидропривода; м — кран; 15 — трубка для за-
бора пара из водогрейного котла; 16 — кнопка; 17 — змеевик; /S — манометр; 19 —
насос; 20 — питательный бак; 21 — регулятор давления
6
кофе. Этот тип головки используется, например, в экспресс-кофе-
варке «Будапешт» (рис. 7.13).
Работает экспресс-кофеварка «Будапешт» следующим образом.
Вода насосом через питательный блок (на рис. 7.13 не показан)
и умягчитель воды ио змеевику через водогрейный котел нападает
в коллектор, разводящий ее по головкам (на рис. 7.13 их показано
три), В каждой головке с помощью клапанов кипяток либо попа-
дает на слой молотого кофе, либо проходит мимо в сливную ли-
нию конденсата и далее в канализацию. Паровое сопло служит
для прогрева кофейных чашек и продувки фильтра держателя
паром. Как видно из рис. 7.13, кофеварка снабжена контролирую-
щей (термометры, манометры), предохранительной (предохрани-
тельный клапан) и запорной (вентили) арматурой. Кроме того,
питательный бачок (ресивер) снабжен манометром и реле давле-
ния, автоматически поддерживающим заданное давление воды
р бачке. Аналогично работает венгерская кофеварка «Омния-
люкс* Из ВНР в СССР поставляются также экспресс-кофеварки
с ручным («Касино») и гидравлическим («Касино-мокка», «Бала-
тон-люкс») приводом.
Рис. 7.13. Принципиальная схема работы экспресс-кофеварки «Бу-
дапешт»;
1 — блок-кран; 2 — шкала термометра; 3 — чувствительный элемент тер-
мометоа* 4 10 16 — вентили; 5 — водогрейный кот.ел; 6 — предохрани’
тельный ’ клапан; 7 - манометр; 8 - змеевнк; 9 - водомерное стекло;
II — коллектор; 12 — паровое сопло; 13 — чаша-держатель, 14 — умяг-
читель воды; 15 — линия подачи холодной воды; П — тэн; 18 — гнльза
для отбора горячей воды; 19 — линия отвода конденсата
Кофеварка «Бонамат» (рис.
7.14). Кипяток равномерно раз-
брызгивается по поверхности кофе,
перколирует через его слой и извле-
кает вкусовые и ароматические ве-
щества. Дозирование кипятка про-
исходит автоматически по заданной
программе (на 12, 36, 72 чашки ко-
фе и т. д.). Выпускаются различные
модификации этих кофеварок с
мощностью от 2,3 до 24,4 кВт и
производительностью до 240 л/ч.
7.5. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПИЩЕВАРОЧНЫХ
АППАРАТОВ
Правильная эксплуатация обо-
рудования предприятий обществен-
ного питания вообще, и пищевароч-
Рис. 7.14. Схема работы кофе-
варки «Бонамат»:
1 — напорный бачок; 2 — кипятиль-
ннк; 3 — дозатор кипятка; 4 — рас-
пределитель кипятка; 5 — фильтр со
слоем молотого кофе; 6 — сборник
готового кофе; 7 — разборный кран
ных аппаратов в частности, должна
обеспечить, кроме выполнения ими основного технологического
назначения, максимальное повышение эффективности и безопас-
того» пара; ав — при наличии в
паре воздуха) от концентрации
воздуха в паровой рубашке (е)
котла КПЭ-60 (данные Грудано-
ва и др.)
ности их работы. При эксплуатации пищеварочных аппаратов по-
вышение эффективности их работы может быть достигнуто за
счет выполнения следующих правил:
1. Максимально возможное и своевременное удаление воздуха
из тех частей аппаратов (рубашка, рабочие камеры), в которых
происходит теплоотдача путем кон-
денсации пара. Присутствие возду-
ха в паре, даже в небольших коли-
чествах, сильно уменьшает коэффи-
циент теплоотдачи при конденсации
пара (рис. 7.15). Для удаления воз-
духа при заполнении рубашки во-
дой и разргреве аппарата открыва-
ется воздушный кран, если он име-
ется, воздушный клапан двойного
предохранительного клапана или
кран наполнительной воронки. Вре-
мя выдержки этих кранов (клапа-
нов) в открытом состоянии должно
соответствовать данным инструкции
по эксплуатации аппарата.
2. Оптимальное заполнение па-
роводяной рубашки водой (до кра-
на уровня). При заполнении паро-
водяной рубашки водой следят
за краном уровня и, как только из
него начнет вытекать вода, прекра-
щают ее добавление. Необходимость оптимального заполнения
пароводяной рубашки следует из того, что при ее переполнении
(заполнение выше крана уровня) снижается доля поверхности
варочного сосуда, через которую передается теплота фазово-
го превращения пара, и соответственно возрастает доля поверх-
ности, через которую передается часть теплоты воды. Так как
изменение энтальпии воды, и особенно ее некоторой, в боль-
шинстве случаев небольшой, части, из-за невысокой разности тем-
ператур между теплоносителем и содержимым варочного сосуда
значительно меньше теплоты фазового превращения пара, то при
переполнении рубашки водой падает тепловая мощность аппара-
та, т. е. увеличиваются время его разогрева и время основной
технологической операции, что равнозначно снижению производи-
тельности аппарата. При заливке в рубашку недостаточного коли-
чества воды возникает опасность оголения тэнов парогенератора
(«сухой ход» тэнов), что может привести (а при наличии автома-
тически действующей защиты обязательно приводит) к отключе-
нию нагревательных элементов аппарата.
3. Залив в пароводяную рубашку дистиллированной или хотя
бы кипяченой воды. При заливе сырой воды на поверхностях на-
грева и на тэнах оседают соли, что приводит к снижению тепло-
передачи.
4. Своевременное включение тэнов на полную или малую мощ-
ность либо их отключение. Выполнение этого правила (в ряде со-
временных котлов переключение с полной мощности на малую
происходит автоматически) приводит к экономии электроэнергии
и рациональному ведению технологического процесса.
5. Полное использование рабочих камер аппаратов. Нецелесо-
образно, например, эксплуатировать пароварочный аппарат
АПЭСМ-2 при загрузке продуктами не всех его камер или при
неполной загрузке какой-либо камеры. Это же относится и.к за-
полнению продуктами варочных сосудов котлов и автоклавов, ра-
бочий объем которых должен использоваться полностью (уровень
жидкости на 8—12 см ниже верхней кромки сосуда).
6. Своевременная очистка (мытье) рабочих камер аппаратов.
Эта операция должна выполняться при смене продуктов, особенно
при их несовместимости. Например, после варки рыбного супа
варка молочного супа должна начинаться только после тщатель-
ного мытья варочного сосуда. В данном аппар-ате целесообразно
приготовлять по возможности один и тот же вид изделий. При
этом происходит существенная экономия теплоты и отпадает не-
обходимость в частом мытье рабочих камер.
Безопасные условия эксплуатации пищеварочных аппаратов в
значительной мере обеспечиваются установленной на них армату-
рой: двойным предохранительным клапаном, клапаном-турбинкой,
электроконтактным манометром и др. Обеспечение электробезопас-
ности достигается надежным соединением корпусов аппаратов
с заземляющим контуром, хорошим состоянием контактных соеди-
нений, пусковой аппаратуры, защитой электропроводов от механи-
ческих повреждений, установкой плавких предохранителей и т. п.
Все эти условия обеспечения электробезопасности относятся к лю-
бому электротецловому оборудованию, поэтому в дальнейшем мы
их повторять не будем.
Если при работе котла возникает необходимость открыть его
герметично закрытую крышку, то приблизительно за 5 мин до
этого следует выключить тэны, благодаря чему небольшое избы-
точное давление в варочном сосуде упадет. Запрещается открывать
крышку автоклава в процессе его работы. Открывать крышку
можно лишь после выключения электронагревателей и сброса из-
быточного давления с помощью продувочного крана.
Опрокидывающиеся котлы поворачиваются лишь после их от-
ключения. '
В процессе эксплуатации пищеварочных аппаратов нужно сле-
дить за исправной работой арматуры, в частности за тем, чтобы
в клапане-турбинке, пароотводе и сливном кране не скапливались
частички пищи.
Глава 8
АППАРАТЫ ДЛЯ ЖАРКИ И ВЫПЕЧКИ
8.1. СКОВОРОДЫ
Основным элементом любой сковороды являете» ее жарочная
поверхность. По способу обогрева жарочной поверхности разли-
чают сковороды с непосредственным (без промежуточного тепло-
носителя) и косвенным (с промежуточным теплоносителем) обо-
гревом. Оба типа сковород обычно изготовляют с опрокидываю-
щейся чашей. Кроме того, сковороды бывают модулированными и
Рис. 8.1. Сковорода СНЭ-0,2
1 — щиток вводной; 2 — станина; 3 — нагреватель-
ный элемент; 4 — пе реи лчочз тель; 5 — теплоизоля-
ция; ft — чаша сковороды; 7 — крышка; 8 — кожух;
9 — маховик
немодули рованн ыми.
Ниже приведены
схемы устройства раз-
личных сковород:
СНЭ-0,2 с непосредст-
венным обогревом
(рис. 8.1), сковороды
электрической секци-
онной модулированной
СЭСМ-0,2 с непосред-
ственным обогревом
(рис. 8.2) и сковороды
электрической с кос-
венным обогревом
СКЭ-0,3 (рис. 8.3).
На всех этих сково-
родах жарка произво-
дится основным спосо-
бом.
Сковорода СНЭ-0,2.
Состоит она нз жароч-
ной чаши, установлен-
ной на вилкообразной
станине, и механизма
опрокидывания. Чаш.»
изготовлена из серого
чугуна. Нагреватель-
ный элемент ее нахо-
дится под чашей и с нижней стороны изолирован тепловой изоля-
цией.
Мощность сковороды регулируется пакетным переключателем
в соотношении 4:2:1. Сковорода устанавливается непосредствен-
но на полу помещения и крепится к нему анкерными болтами, для
чего в основании станины имеются отверстия.
Сковорода СЭСМ-0,2. Сковорода выполнена в виде прямоуголь-
ной чугунной чаши, установленной на двух тумбах. Снаружи чаша
облицована стальными листами. В правой тумбе размещен червяч-
ный механизм поворота, позволяющий опрокидывать чашу (пово-
рачивать ее на 180°), в левой — панель с электроаппаратурой. За-
данная температура пода поддерживается с помощью терморегу-
лятора, термобаллон которого смонтирован на задней стороне
чаши, а лимб выведен на ее переднюю облицовку. По достижении
Рис. 8.2. Сковорода электрическая секционная модулированная
СЭСМ-0,2:
1 — чаша; 2 — спирали электрические; 3 — тумба; 4 — пружины растя»
гкенля; 5 — кронштейн; 6 — механизм отрокидывэяия; 7 — жапфа; 5 —
рама; 9 — панель с электроаппаратурой
заданной температуры, установленной с помощью лимба терморе-
гулятора, автоматически отключается 3/4 установленной мощности
сковороды, а на панели гаснет желтая сигнальная лампа. Остается
включенной ’/4 ^мощности. При падении температуры ниже уста-
новленной терморегулятор включает сковороду на полную мощ-
ность, при этом загорается желтая сигнальная лампочка. Горя-
щая зеленая сигнальная лампочка указывает на то, что аппарат
включен.
На базе сковороды СЭСМ-0,2 создана сковорода с индукцион-
ным нагревом токами промышленной частоты. Внешний вид и га-
бариты сковороды СЭСМ-0,2 остались неизменными, но под дни-
щем чаши вместо нихромовых спиралей в бусах установлены ин-
дукторы особой конструкции, работающие на токах промышлен-
ной частоты. Под воздействием переменного электрического тока
в катушках индукторов возникает переменный магнитный поток,
благодаря чему они становятся источниками электромагнитного
поля. При взаимодействии с электромагнитным полем чугунное
днище чаши нагревается так, как это описано в разделе 2.4.
Как видно из табл. 8.1, по основным показателям дэаботы ско-
ворода с индукционным обогревом является более совершенным
Таблица 8.1
Основные показатели работы сковороды с индукционным
обогревом и СЭСМ-0,2
Типы сковород Средняя тем- пература иа жарочной по- верхности, ®С Время разо- грева, мин Неравномер- ность темпе- ратурного поля, °C Мощность нагревателя, кВт Расход элек- троэнергии, кВт-ч
Сковорода с ин- 20 0 0 9,00 0
Аукционным 100 2,3 15 8,00 —
обогревом 180 6 20 7.18 0,71
250 12 38 6,20 1,35
СЭСМ-0,2 20 0 0 6,25 0
100 10 35 6,25 — .
180 22 60 6,25 2,2
250 34 80 6,25 3.5
Таблица 8.2
Техническая характеристика электросковород основных марок
Показателя Единица измере- ния Сковороды
СНЭ-0,2 СНЭ-0.5 СЭСМ-0,2 СЭСМ-0.5 СКЭ-0,3
Площадь пода за грузов- 0,48
ной чаши Полная вместимость ча- м8 0,18 0,2 0,5 0,3 •
ши . . дм8 30 80 36 90 48
Число ступеней нагрева 3 4 3 3 —
Установочная мощность Соотношение мощности кВт 5 13 6 12 9
по ступеням нагрева —— 4:2:1 4:3:2:1 4:3:1 4:3:1
Напряжение ...... Время разогрева до ра- в 220 3-^220 или 3N^380 3^220 или 3N--380 З-к.220 или 3N-X-380 3^220 или 3N^380
бочей температуры . . Габариты: мин 20 25 20 25 25
длина мм 980 1490 1050 1470 1350
ширина мм 615 965 840 840 860
высота ....... мм 1000 920 860 860 880
Масса ........ кг 130 190 185 275 (без теп- лоноси- теля)
аппаратом по сравнению с серийно выпускаемой сковородой
СЭСМ-0,2. К этому следует добавить, что существенно повышена
надежность аппарата: время безотказной работы индукторов со-
ставляет 30000—40000 ч, тогда как для спиралей электросково-
род с непосредственным обогревом оно равно всего лишь 3000—
4000 ч.
Сковорода СКЭ-0,3. Отличительной особенностью сковороды
является наличие у нее рубашки, в которую заливается промежу-
точный теплоноситель (масло цилиндровое марки «52»). Рубашка
1350
Рис. 8.3. Сковорода электрическая СКЭ-0,3:
1 — лист нижний; 2 — щит распределительный; 3 — панель электроуправлення;
4 — пакетный выключатель; 5 — терморегулятор; 6 — микропереключатель; 7 —
пружина микропереключателя; 8 — тумба левая; 9 — цапфа левая; 10 — ко*
жух протнвия; 11 — противень; 12 — промежуточный теплоноситель; 13 — сет*
ка для выемкн продуктов; 14 — тэн; 15 — крышка противня; 16 — цапфа пра*
вая; 17 — тумба правая; 18 — сектор; /5 — червяк; 20 — маховичок; 21 — ме*
ханиэм поворота; 42 — пробка сливной трубки; 23 — сборник
представляет собой замкнутое пространство между чугунной ча-
шей и кожухбм из тонколистовой стали. Кожух цапфами опира-
ется на чугунные тумбы. На передней стенке кожуха смонтирова-
ны тэны (6 шт.). Температура жарочной поверхности также регу-
лируется с помощью терморегулятора.
Техническая характеристика электросковород приведена в
табл. 8.2. Отметим также, что косвенный обогрев обеспечивает бо-
лее равномерное распределение температуры по поверхности пода,
чем непосредственный обогрев. Так, при косвенном обогреве раз-
личие между максимальной (в центре чаши) и минимальной (на
периферии чаши) температурами составляет 10—20° С, тогда как
при непосредственном обогреве это различие достигает нескольких
десятков градусов (см. табл. 8.1). С другой стороны, косвенный
обогрев удорожает изготовление аппарата, повышает его массу и
требует тщательной герметизации рубашки.
8.2. ЖАРОВНИ
Жаровня вращающаяся электрическая ЖВЭ-720. .Жаровня
(рис. 8.4), предназначена для выпечки блинчиков-полуфабрикатов,
обжаренных с одной стороны. Основными частями ее являются:
Рис. 8.4. Жаровая вращающаяся электрическая ЖВЭ-720:
I — противень; 2 — скоба; 3 — лапки корпуса подшипника.; 4 — рейка зубчатая;
6 — отсекатель; .6 — нож; 7 — скребковый нож; 8 — ролики; 9 — пружинное уст-
ройство; 10 — кронштейн; Ц — жарочный барабан; 12 — клеммники электронагре-
вателя’, 13 — электронагреватель; 14 — кассета; 15 — термоэлектрический термометр; 16-
бак для теста; 17 — крышка; 18 — сито; /9 — лоток; 20 — кран; 21 — шланг; 22 — быстро-
съемный фиксатор; 23 — сборник; 24 — милливольтметр; 25, 28 — цепные передачи;
26 — пружина; 27 — кривошип; 29 — электродвигатель; 30 — двухступенчатый пер-
вичный редуктор; 31 — зубчатое колесо; 32 — звездочка; 30 — провод многожиль-
ный; 34 — переходной клеммник, 35 — стайка; 36, 37 — крышки съемные
система для подачи и распределения теста по поверхности жароч-
кого барабана, включающая бак для теста и распределительный
лоток; собственно жарочный барабан, обогреваемый изнутри
ИК-генераторами типа «спираль в кварцевой трубке», собранными
ь кассету; механизм для съема с барабана прожаренной блинной
ленты и деления ее на части, включающий скребковый нож, нож
для нарезки блинной ленты и отсекатель; привод с редуктором и
цепными передачами; станина. Тесто из бака через кран попадает
в лоток, прижимаемый к барабану быстросъемным фиксатором.
В межстенном пространстве лотка циркулирует вода, благодаря
чему на поверхнсстъ барабана попадает охлажденное тесто, не
прилипающее к ней. Из лотка по находящемуся внутри него же-
лобу с уклоном тесто попадает на смазанную жиром поверхность
вращающегося барабана и совершает путь, равный дуге окружно-
Рис. 8.5. Вращающая-
ся жаровня электри-
чеекая Шпаковского
ВЖШЭ-675:
а — общий вид; б — схе-
?
ма устройства:
1 — рама; 2 — приемный лоток; 3 — бачок для теста; 4 — жароч*
ный барабан; 5 — металлический лист; 6 — электродвигатель; 7 —
червячный редуктор; 8, It — цепные передачи; * — пружина; 10 —
ралих; 12 — корытообразный' поддон; 13 — пгтргубот для- ягла-«р» по-
дачи воды; 14 — сливной, патрубок; /5—края /6 — сетка-фильтр;
77 — тэн; 18 — кронштейн; 19 — самозатачивающийся скребковый
нож; 20 — направляющие; 21 — отрезиой нож; 2'1 — блинная лента;
23 — отсекатель; 24 — зубчатая рейка; 25 — ауб**агое кол-есо; 26 —
подшипники
сти с углом 270°, затем снимается с нее скребковым ножом и ре-
жется на части ножом для нарезки блинной ленты с помощью
отсекателя, который периодически прижимает ее к вожу. Темпе-
ратура на поверхности барабана поддерживается автоматически
с помощью термоэлектрического термометра, имеющего скользя-
щий контакт с барабаном, и милливольтметра. Температура по-
верхности устанавливается с помощью стрелки милливольтметра.
Вращающаяся жаровня электрическая ВЖШЭ-675. Жаровня
(рис. 8.5) по устройству и принципу действия аналогична жаровне
ЖВЭ-720; от последней отличается в основном типом нагреватель-
ных элементов (тэны вместо кварцевого ИК-генератора) и отсут-
ствием автоматического регулирования температуры жарочной
поверхности барабана, Техническая характеристика жаровен при-
ведена в табл. 8.3.
Автомат для жарки фирмы Кюплерсбуш Автомат непрерывно-
го действия (рис. 8.6) предназначен для жарки котлет,, эскалопов,
печени, картофеля и т. п. как основным, способом,, так и во фри-
тюре. В последнем случае он снабжен тележкой с маслом и рецир-
куляционным насосом.
Изделия из зоны загрузки поступают на верхнюю жарочную
поверхность, поджариваются с одной стороны и в зоне перевора-
чивания поворачиваются на 180°; на нижней жарочной поверхно-
Рнс. 8 6. Схема устройства автомата для жарки:
1 — транспортная тележка с емкостями по «Гастронорму»; 2 — рецир«
куляциоииый насос; 3 — тележка для отвода (сбора) горячего жира;
4 — скрепер (пластинчатый транспортер); S — зона загрузки; 6 —•
верхняя жарочная поверхность; 7 — инжняя жарочная поверхность;
3 — электронагреватели; 9 — аона переворачивания о направляющей
пластиной; Ю — подъемный механизм; И — электродвигатель; 12 —
регулятор скорости (времени жарки)
Таблица 8.3
Техническая характеристика жаровен
Показатели Единица измерения Жаровни
ЖВЭ-720 ВЖШЭ-675
Производительность по блинчикам . . . шт./ч 720 625
Размеры блинчиков .... мм 280X240 280X210
Номинальная мощность: электронагревателей ........ кВт 15,0 15,0
электродвигателя ... , кВт 0,4 0,4
Количество нагревателей ШТ, 9 15
Род тока Напряжение сети . в Трехфа зный пере менный 3^,220 или 3N^380
Рабочая температура на поверхности жарочного барабана •с 160—190 160—190
Вместимость бака для теста л 30 30
Время разогрева до рабочей температуры мин 20—25 20—25
Частота вращения барабана об/мин 1,9 1,9
Габариты: длина мм 1000 960
ширина мм 700 760
высота ..... мм 1300 1300
Масса . , . кг 250 240 .
сти они прожариваются с другой стороны и выгружаются в функ-
циональные емкости, находящиеся на тележке. При жарке во
фритюре насос через систему труб, заканчивающихся наконечни-
ком, направляет на жарочные поверхности необходимое количе-
ство масла. Определенная высота его слоя поддерживается с по-
мощью двух регулируемых по высоте переливов. Масло после
фильтрации возвращается в тележку-резервуар, откуда дополни-
тельно подогретым вновь возвращается в аппарат.
Таблица 8.4
Техническая характеристика жарочных автоматов фирмы «Кюпперсбуш
Показатели Единица измерения Автоматы
ЕВА'-065 | ЕВА-100 | ЕВА-120
Производительность:
котлеты панированные массой
150 г шт./ч 1100 1100 1600
свиные эскалопы массой 140 г шт./ч 1000 1000 1450
бифштексы массой 130 г . . шт./ч 1400 1400 2000
Мощность нагревателей . . . кВт 67 100 120
Мощность мотора Мощность обогревателя тележ- кВт 0,37 0,37 0,37
ки для циркуляции масла . . кВт •— 3,25 3,25
Мощность мотора рециркуля- кВт 0,22 0,22
ционного насоса •>*
Габариты: 3410
длина мм 2790 2790
ширина ММ 875 875 875
высота мм 1190 1190 1190
Масса пустого аппарата . . . кг 1000 1000 1000
1 Примечание. Марка ЕВА означает Electrlsche Bratautomat (нем.) (электрический
жарочный автомат).
Время жарки изменяется в широких пределах в зависимости
от вида кулинарных изделий: от 6 мин (бифштекс, сосиски) до
12—14 мин (панированные котлеты, свежая панированная рыба).
Аппарат для жарки выпускается в различных модификациях
(табл. 8.4).
8.3. ФРИТЮРНИЦЫ
Как показали исследования, при жарке во фритюре перенос
теплоты внутри продукта осуществляется теплопроводностью,
осложненной на всем протяжении процесса переносом влаги
в основном в виде пара под действием избыточного давления.
Одновременно было установлено, что главной движущей силой
массопереноса является разность значений нерелаксируемого дав-
ления внутри и снаружи продукта, а влагопроводности и термо-
влагопроводности принадлежит незначительная роль.
При жарке картофеля во фритюре было установлено, что ру-
мяная корочка, образующаяся на поверхности продукта, обладает
значительно меньшими значениями коэффициента фильтрационно-
го переноса пара, чем мякоть. А так как фильтрационный перенос
пара под действием нерелаксированного давления является глав-
ным в массопереносе, то становится ясным., почему продукты, об-
жаренные во фритюре, обладают наряду с румяной корочкой и
сочной (не высушенной) мякотью.
Одной из главных проблем жарки во фритюре является мак-
симально возможное снижение степени окисления жира. Поэтому
Рис. 8.7. Фритюрница электрическая секционная модулированная
ФЭСМ-20:
/ — регулируемые ножки; 2 — рама; 3 — облицовка; 4 — тэнодержатель;
5 — тэн; б — жарочная ванна; 7 — сетчатая корзина; 8 — термобаллон;
9 — датчик реле температуры; 10 — фильтр; 11 — кран; 12 — бачок
жир должен контактировать с кислородом воздуха при повышен-
вой температуре (температуре жарки) ограиичеиное время. Ока-
зывается наряду с другими мероприятиями решению этой пробле-
мы может способствовать создание так называемого «идеального»
жарочного аппарата — аппарата, в котором жир оставался бы при-
годным для использования сколь угодно долго. Такой аппарат
должен соответствовать соотношению
100 М - <¥дрп **~ ^нач
Gy h '
(8.1)
где М — первоначальная масса жира в аппарате, кг; G — произ-
водительность аппарата по готовому продукту, кг/ч; у — содержа-
ние жира в готовом продукте, %; Хдоп — предельное допустимое
значение содержания продуктов окисления в жире, %; Хнач — со-
держание продуктов окисления в жире в начале процесса, %;
b — коэффициент, характеризующий темп изменения качества жи-
ра (темп окисления) и зависящий от температурного режима жар-
Рис. 8.8. Фритюрница непрерывного действии ФНЭ-40'.
а — общий вид; б — кинематическая схема; в — разрез фритюрницы:
1 — жарочная ванна; 2 — каркас; 3 — разгрузочная лопатка; 4 — шнек; 5
дверцы; 6 — цепной транспортер; 7 — бункер; 8 — разгрузочный лоток; 9 —
панель; 10 — перфорированный лист; 11 — таны; 12 — цепная передача; 13 —
шкив; 14 — редуктор; 75 — электродвигатель; 16 — сливной край; 17 — бачок;
18 — щиток с электрической аппаратурой управления; 19 — электроконтактный
термометр; 20 — переключатели; 21 — лопатка, аахватыва'ющая продукт; 22 —
зубчатая передача; 23 — цепная передача
ки, термической стабильности жира, конструктивных особенностей
аппарата, вида обжариваемого продукта и др., °/о/ч.
Во всех фритюрницах теплообмен между жиром и продуктом
осуществляется за счет естественной конвекции.
По способу действия различают фритюрницы периодического
и непрерывного действия. К первым относятся фритюрница элек-
трическая секционная модулированная ФЭСМ-20 и фритюрницы
ФНЭ-10 и ФНЭ-5 с непосредственным электрическим обогревом,
ко вторым — фритюрница ФНЭ-40 и так называемый фритомат.
Фритюрница ФЭСМ-20. Основным рабочим узлом фритюрницы
(рис. 8.7) является жарочная ванна с тэнами и погружаемой в нее
сетчатой корзиной для продуктов. По высоте жарочная ванна де-
лится тэнами на две зоны: верхнюю, горячую, с температурой жи-
ра 170—180° С и нижнюю, «холодную», с температурой жира око-
ло 90° G. Наличие «холодной» зоны способствует более длитель-
ному использованию жира, так как, контактируя в ней с осыпав-
шимися через сетчатую корзиику мелкими кусочками продукта,
жир не подвергается глубоким нежелательным изменениям, что
могло бы иметь место при высокой температуре. Снизу жарочная
ванна заканчивается стаканом с фильтром, служащим для очист-
ки сливаемого жира от частиц продукта.
Фритюрница ФНЭ-10 конструктивно мало отличается от фри-
тюрницы ФЭСМ-20. Фритюрница ФНЭ-5 относится к малогабарит-
Таблица 8.5
Техническая характеристика фритюрниц периодического действия
Показателе единица измерения Фритюрницы
ФЭСМ-20 ФНЭ-10 ФНЭ-5
Производительность по сырому картофелю. кг/ч 12 6 3,5
Единовременная загрузка , . . кг 1 •-» 0,5
Количество масла, заливаемого в жзрочную ванну , . , , . дм’ 20 10—12 8
Номинальная мощность. . . . кВт 7.5 3,9 4
Род тока .......... Переменный трехфазный
Напряжение в 220 или 220 220
Рабочая температура масла в жарочной ванне ...... •с 380/220 170—180 180 180
Время разогрева масла до ра- бочей температуры мин 20 25 25
Габариты: длина мм 420 420 420
ширина мм 840 570 630
высота мм 930 900 275
Масса . кг 90 52 25
ному секционному модулированному оборудованию и устанавли-
вается на подставке в пристенной линии (табл. 8.5). У фритюрни-
цы ФНЭ-5 нет «холодной» зоны.
Фритюрница непрерывного действия ФНЭ-40. Из загрузочного
бункера (рис. 8.8) продукт с помощью лопаток цепного транспор-
тера перемещается наклонно вверх и попадает в ванну с жиром.
В нагретом жире продукт перемещается с помощью медленно вра-
щающегося шнека, приводимого в движение от электромотора. На
конце шнека находится разгрузочная лопатка, сбрасывающая го-
товый продукт на разгрузочный лоток. Фритюрница ФНЭ-40 уста-
навливается на крупных предприятиях общественного питания для
жарки картофеля и рыбы.
Производительность при жарке, к:/ч.
картофеля..........•................. 30
рыбы «фри».................... . . 45
Продолжительность жарки;
картофеля................................. 4 мин
при t-180—200 °C
рыбы «фри».............................. 4 мин
Количество жира, заливаемого в ванну,
дм3................................... 40
Установочная мощность, кВт............ 17
Общая мощность тэнов жарочной ванны,
кВт ..............................• . 16,8
Количество тэнов, щ г................. 6
Частота вращения вала шнека, об/мин 1,25
Время разогрева жира до рабочей темпе-
ратуры, мин , ....................... 20—25
Максимальная температура жира в рабо-
чей ванне, °C............................... 200
Габариты, мм:
длина.................................... 2С80
ширина.................................... 450
высота.................................. 1125
Масса фритюрницы, кг......................... 200
Помимо описанных фритюрниц, используется аппарат непре-
рывного действия для жарки кулинарных изделий во фритюре,
схема которого приведена на рис. 8.9.
8.4. ЖАРОЧНЫЕ И ПЕКАРНЫЕ ШКАФЫ
Жарочные и пекарные шкафы принадлежат к одному из наи-
более широко распространенных типов теплового оборудования
предприятий общественного питания. В последние годы процессы
жарки и выпечки стремятся производить в одном аппарате, в свя-
зи с чем создаются универсальные жарочно-пекарные шкафы.
В шкафах основным способом теплообмена между теплоносите-
лем и продуктом является конвективный теплообмен, который
может быть естественным и принудительным. В^ соответствии
с этим и все шкафы подразделяются на две большие группы: шка-
фы с естественным и принудительным (обычно под действием вен-
тилятора) движением теплоносителя.
Шкафы с естественным движением теплоносителя очень про-
сты по конструкции. Обычно они состоят из одной или нескольких
рабочих камер, обогреваемых тэнами. Шкафы с принудительным
движением теплоносителя много сложнее и значительно эффектив-
—>[fej организации
[условия двиене~\
]ния потока ,
[условия
[нагнетатель^, \камера\
-] ный канал_____| '^нагревах
ускоренный
нагрев
традиционный
разогрев
Совокупности электрически*
жарочно-пекарных шкафов с
принудительным движением
теп доносит едя
[[с1лцчест6а~\
\вентиляторов;
скорость
j Р_азагр£ба
•*>
[^сносов [рабочая!
\овогревау\ камера^
Т~~" 1---
J~ конвек- [неханиэсГ^У
тивный. ! ’мия погру-\
~ !^{зочно-раэ-1
^Г, овин 1
^вентилятору
47 несколько ~|
. \оентиляяюрову
[схена двин/е-\
потока р
Апапаплепь-L
*1 пая ,
^n&^l ^ГхаЛ'У
1 - I , зациеи
। колодного !
' I воздуха |.
спирало
кварцевые
лампы
[св Ч—нагре/ГУ
*\+конвектив-\
\НЬ1й_обагрев_^
[азродинамй^,
7 ческай
I обогрев ।
[вез механик
[количество^
j секций__j*.
Гчоследава
\_тельная
Г исл'овйя "I
>! движения л
] потока ]
коаксиаль-
ные нагре-
ватели
вид тепл о-
носителя
воздух
снеси воздуха
ц пару
Г" односек^У
\_иионные_j
нн ого се к - [
с организа-
цией
вез органи-
зации
Й 5
” S S
IL
Рис. 8.10. Схема классификации электрических жарочно-пе-
карнЫх шкафов с Принудительным движением теплоносителя
нее шкафов с естественным движением теплоносителя. Состоят
они, как правило, из трех основных узлов: нагнетательного кана-
ла, камеры нагрева теплоносителя и рабочей камеры. В мировой
практике имеется много модификаций таких шкафов. Разобраться
в их многообразии поможет разработанная автором совместно
с канд. техн, наук Горбачевым К. М. схема их классификации,
изображенная на рис. 8.10. На этой схеме изображены также шка-
фы со смешанным способом обогрева, включающим и конвектив-
ный: радиационно-конвективный (PKJ, ИК-обогрев в потоке хо-
лодного воздуха, СВЧ-нагрев совместно с конвективным, а также
аэродинамический обогрев. Под аэродинамическим обогревом по-
нимается такой обогрев, когда нагрев теплоносителя происходит
за счет сжатия его потока.
Для шкафов с принудительным движением теплоносителя глав-'
ним признаком различия является схема движения теплоносителя
Рис. 8.11. Схемы конструкций жарочно-пекарных шкафов с принуди-
тельным движением теплоносителя:
а — последовательным; б — параллельным; в — смешанным; г — осевым:
1 — рабочая камера; 2 — противни; 3 камера нагрева; 4 — нагреватель-
ные элементы; 5 — нагревательный канал; 6 — электродвигатель; 7 — вен-
тилятор; 8 — корпус; 9 — теплоизоляция; 10 — облицовка; 11 — парогенера-
тор; 12 — парораспределительная труба; 13 — инфракрасный нагреватель;
14 — решетка
в рабочей камере. По этому признаку шкафы могут быть подраз-
делены на четыре группы (рис. 8.11).
В шкафах с последовательной схемой движения теплоносителя
(рис. 8.11,а) происходит интенсивный нагрев изделий, располо-
женных на верхних противнях, в то время как изделия на нижних
противнях обогреваются недостаточно вследствие снижения тем-
пературы теплоносителя в верхней части аппарата. В результате
происходит неравномерная тепловая обработка продуктов. Распо-
ложенный сверху инфракрасный излучатель делает этот недоста-
ток еще большим.
Шкафы с параллельным (рис. 8.11,6), смешанным (рис.8.11,в)
й осевым (рис. 8.1'1, г) движением теплоносителя обладают зна-
чительно большей равномерностью тепловой обработки продуктов.
Особенно это относится к шкафам с осевым движением теплоноси-
теля, в которых возможно «перемешивание» и выравнивание тем-
пературы по слоям в нагнетательном канале.
Рассмотрим наиболее характерные конструкции шкафов с есте-
ственным и принудительным движением теплоносителя.
Жарочно-пекарные шкафы с естественным движением
теплоносителя
Шкаф жарочный электрический секционный модулированный
двухкамерный ШЖЭСМ-2К. Каждая камера шкафа (рис. 8.12)
обогревается верхними и нижними тэнами. Последние расположены
Рнс. 8.12. Шкаф жарочный электрический секционный модулирован-
ный ШЖЭСМ-2К:
а — общий вид; б —разрез (без верхней камеры): /—'Дверца инвен-*
тарного шкафа-подставки; 2 — рама; 3 — дверпа жарочного шкафа; 4 —
ручка; 5 — верхняя секция; 6 — рукоятка поворота шибера заслонки;
7 — лнмб терморегулятора; 8 — сигнальные лампы; 9 — рукоятки пере-
ключателей; 10 — панель управления; // — отверстия для воздушного
охлаждения электроаппаратуры; 12 — инжняя секция; 13 — инвентарный
шкаф-подставка; 14 — сварная рама; 15 — регулируемые по высоте иож<
кн; 16 — верхние тэны; /7 — жарочная камера; 18 — противень; 19 —
теплоизоляция; 20 — решетка; 21 — нижние тэны; 22 — подовый лист
под подовым листом. В каждой камере имеются два противня.
Продукты, помещаемые в верхний и нижний противни, находятся
в неодинаковых условиях. Нижние поверхности продуктов нагре-
ваются приблизительно одинаково за счет контакта с поверхно-
стями противней. Верхние поверхности продуктов, расположенных
на нижних противнях, нагреваются за счет конвективного тепло-
обмена с воздухом, в то время как верхние поверхности продук-
тов, расположенных на верхних противнях, дополнительно нагре-
та б л и ц а 8.6
Техническая характеристика шкафов с естественной циркуляцией
теплоносителя
Показатели Единица измерения Шкафы
ШЖЭСМ-2К ШК-2А ШПЭСМ-3 эш-зм
Установочная мощность , . . кВт 9,6 9,0 15,6 16,2
Напряжение сети В 3 %. 220 или 314^380
Количество рабочих камер . Количество тэнов: ШТ, 2 2 3 3
общее шт. 12 16 39 36
в одной камере Максимальная температура в шт. 6 8 13 12
рабочей камере Время разогрева до макси- •с 350 350 280 280
мальиой температуры . . . Внутренние размеры рабочей камеры: мин 50 100 60 70
длина ММ 480 550 10Э0 1010
ширина мм 670 700 760 860
высота , Габариты шкафа: мм 300 300 180 180
длина мм 830 1010 1200 1438
ширина мм 800 940 1040 1110
высота . мм 1500 1580 1630 1610
Масса шкафа кг 210 310 520 550
ваются за счет лучистого теплового потока. Поэтому жарка в по-
добных шкафах протекает неравномерно и требует периодического
переворачивания продуктов на противнях.
Регулирование температуры воздуха в камерах шкафа произ-
водится с помощью терморегулятора ТР-4К, который состоит из
двух основных узлов: манометрического датчика и механизма пе-
реключения. ТР-4К — регулятор с двухпозиционным электрокон-
тактным устройством; по достижении температурой воздуха задан-
ного значения (устанавливается с помощью лимба, находящегося
снаружи аппарата) контакты размыкаются и происходит отключе-
ние тэнов, при падении температуры ниже заданного значения
происходит замыкание контактов и включение тэнов, благодаря
чему температура воздуха в камере поддерживается на постоян-
ном (в пределах чувствительности терморегулятора) уровне.
К шкафам с естественной конвекцией теплоносителя (воздуха)
относятся также шкаф жарочно-кондитерский ШК-2А, шкаф пе-
карный ШПЭСМ-3, пекарный шкаф ЭШ-ЗМ. Принципиально
устройство этих шкафов не отличается от устройства шкафа
ШЖЭСМ-2К. Техническая характеристика этих шкафов приведена
е табл. 8.6.
Жарочно-пекарные шкафы с принудительным движением
теплоносителя
Зарубежными фирмами выпускается большое число модифика-
ций шкафов данного типа, особенно интенсивно разрабатываются
шкафы с использованием двух теплоносителей—-нагретого возду-
ха и водяного пара, а также их смеси. Один из таких шкафов
имеет смешанную схему движения теплоносителя (рис. 8.13}.
Теплоноситель подается двумя вентиляторами вдоль функцио-
нальных емкостей с кулинарными изделиями. Обогреватели теп-
лоносителя мощностью 12 кВт расположены концентрически по
отношению к лопастям вентилятора. Благодаря простоте конструк-
ции рабочая камера изнутри легко очищается от остатков продук-
тов. Температура внутри ка-
меры шкафа при использо-
вании в качестве теплоно-
сителя сухого или влажно-
го воздуха либо смеси воз-
духа с паром — до 250°C,
насыщенного водяного пара
при атмосферном давле-
нии— около 100 °C.
В последнее время раз-
работан шкаф с конвектив-
ным обогревом, принципи-
t
Рис. 8.13. Жарочно-пекарный шкаф с принудительным движением теплоноси-
теля (воздух, водяной пар, смесь воздуха с паром):
а — общий вид; б — схема расположения арматуры управления н регулирования:
/ — переключатель привода заслонки вентиляционного отверстия; 2 — четырехпоэнцион-
ный переключатель (выключено» включен обогрев камеры, водяной бани, одновременно
камеры и водяной бани); 3 —сигнальная лампа (загорается при пуске аппарата),
4t 7 — таймеры обогрева водяной банк; 5 — терморегулятор камеры; 6 — сигнальная
лампа обогрева камеры; 8 — сигнальная лампа обогрева водяной бани; 9 — сигнальная
лампа защиты обогревателей водяной бани от холостого хода; 10 — сигнальная лампа
помех & обогреве камеры и водяной бани, 11 — вентиль подачи воды; 12 — вентиль
для слива воды
альная схема которого приведена на рис. 8.14. Преиму-
щества данной конструкции по сравнению с ранее известными
состоят в следующем.: температура потока теплоносителя па входе
е рабочую камеру равномерна (приблизительно одинакова во всех
точках) благодаря установке в нагнетательном канале тур-
булизующих пластин); расположение турбулизующих пла-
Рис. 8.14. Принципиальная схема шкафа с при-
нудительным движением теплоносителя (ЛИСТ
имени Ф. Энгельса)»
I — вентилятор; 2 — тэны; S — турбулизующая
пластина; 4 -*• нагнетательный канал; 5 — рабочая
камера; б — отклоняющие пластины; 7 — решетка
стин способствует снижению потерь тепла в окружающую среду;
отклоняющие пластины на входе в рабочую камеру расположены
так, что обеспечивают поступление воздушного потока на поверх-
ность изделий под определенным углом (угол атаки), обусловли-
вающим наиболее быстрый и равномерный нагрев изделий. Благо-
даря указанным преимуществам продолжительность разогрева
шкафа сократилась на 15%, увеличилась на 17% его производи-
тельность при одновременном сокращении на 10% времени тепло-
вой обработки, удельный расход электроэнергии снизился на 22%.
8.5. ЭКСПЛУАТАЦИЯ АППАРАТОВ ДЛЯ ЖАРКИ И ВЫПЕЧКИ
В процессе эксплуатации жарочно-пекарных аппаратов следует
выполнять основные приемы, обеспечивающие уменьшение расхо-
да и сохранение качества пищевого жира и готовых изделий.)
К этим приемам относятся: строго горизонтальное расположение
жарочных поверхностей сковород, что способствует их равномер-
ной смазке жиром; своевременная (через каждые 40 ч работы)
замена отработанного жира во фритюрницах свежим; равномерная
смазка жиром поверхностей жаровен; правильная установка
(обычно с помощью лимбов терморегуляторов) температуры в ра-
бочих камерах аппаратов, что является важнейшим условием вы-
сокого качества готовых изделий; соблюдение продолжительности
процесса в соответствии с рекомендациями технологических ин-
струкций; равномерная и полная загрузка рабочих камер и жароч-
ных поверхностей изделиями. ;
Кроме того, необходимо соблюдать следующие требования:
нельзя включать аппараты (сковороды, жаровни, фритюрницы)
без жира, так как это может привести к перегреву жарочных по-
верхностей и преждевременному выходу из строя тэнов; при экс-
плуатации фритюрниц рекомендуется периодически проверять пра-
вильность работы терморегуляторов, поскольку нагрев масла выше
180° С приводит к образованию в нем повышенного количества
продуктов окисления, что может оказаться вредным для человека.
При эксплуатации вращающихся жаровен необходимо с помощью
регули-ровки пружин обеспечить плотное прилегание скребкового
ножа к поверхности барабана: несоблюдение этого требования
может привести к тому, что блинная лента не отделится от по-
верхности барабана и возле скребкового ножа образуется «гар-
мошка», что потребует остановки аппарата. При ослаблении цепи
привода вращающихся жаровен барабан начнет вращаться нерав-
номерно, что приведет к неравномерному выпеканию блинной лен-
ты. {Дда-уменьшения потерь теплоты дверцы шкафов в процессе
их эксплуатации следует открывать на минимально короткий срок.
Безопасная эксплуатация жарочно-пекарных аппаратов связа-
на главным образом с электробезопасностью, основные правила
которой приведены в § 7.5.
Глава 9
ПЛИТЫ
Плиты относятся к универсальному тепловому оборудованию,
так как позволяют осуществлять все основные технологические
операции по тепловой обработке продуктов: варку, жарку, туше-
ние и т. п. По конструктивному оформлению электроплиты можно
подразделить на секционные модулированные и несекционные.
9.1. СЕКЦИОННЫЕ МОДУЛИРОВАННЫЕ ПЛИТЫ
Секционные модулированные плиты (табл. 9.1), подразделяют-
ся на плиты, приготовление изделий на которых осуществляется
в наплитной посуде, и на плиты с приготовлением изделий непо-
средственно на жарочной поверхности. К первым относятся плиты
ПЭСМ-4, ПЭСМ-4Ш, ПЭСМ-4ШБ, ПЭСМ-2 и ПЭСМ-2К, ко вто-
рым— плиты ПЭСМ-1Н и ПЭСМ-2НШ. Кроме того, имеется груп-
па малогабаритных секционных модулированных плит (ПНЭН-0,2
и ПНЭК-2), которые используются на предприятиях общественно-
го питания с барным (буфетным) методом обслуживания.
Плита электрическая секционная модулированная ПЭСМ-4ШБ
с жарочным шкафом и бортами. Плита (рис. 9.1). состоит из жа-
рочной поверхности, включающей четыре прямоугольные конфорки
(блок конфорок), и жарочного шкафа, обогреваемого сверху и
снизу тэнами. Боковые борта служат для перемещения наплитной
посуды. Жарочная поверхность и шкаф смонтированы на раме,
расположенной на четырех регулируемых по высоте ножках. Жа-
рочная поверхность подъемная, что необходимо для обеспечения
152
доступа к клеммам конфорок и пакетных переключателей. Под жа-
рочной поверхностью расположен поддон для сбора пролитой жид-
кости. Шкаф плиты представляет собой жарочный шкаф с есте-
ственной циркуляцией теплоносителя (воздуха),-обогреваемый
шестью тэнами (по три снизу и сверху с
раздельным включением). В камере шка-
фа температура автоматически поддер-
живается с помощью терморегулятора
ТР-4К. На панели справа от камеры
шкафа расположены ручки его переклю-
чателей, лимб терморегулятора, ручка
управления заслонкой, перекрывающей
отверстия для отвода паров из камеры,
и сигнальные лампы.
Рис. 9.1. Плита электрическая
секционная модулированная
ПЭСМ-4ШБ:
а — общий вид; б — разрез:
1 — регулируемая иожка; 2 — двер-
ца жарочного шкафа; 3 — рукоятка
переключателя; 4 — борт плиты; 5 —
лимб терморегулятора ТР-4К; 6 —
сигнальная лампа; 7 — панель уп-
равления; 8 — сварная рама; 9 —-
внутренний короб; 10 — наружный
короб; 11 — заслонка; 12 — патру-
бок; 13 — облицовка; 14 — петля;
15 — упор; 16 — конфорка; 17 —
стол; 18 — переключатели ТПКП;
19 — поддон; 20 — верхние тэны; 21—
жарочный шкаф; 22 — пружина;
23 — нижние тэны; 24 — подовый
лист
9.2. НЕСЕКЦИОННЫЕ ПЛИТЫ
К несекционным плитам относятся плиты ЭП-2М, ЭП-7, ЭП-8,
ЭП-4 (табл. 9.2) и др. Эти плиты относятся к плитам с приготов-
лением изделий в наплитной посуде.
Плита электрическая ЭП-2М. Жарочная поверхность плиты
(рис. 9.2) состоит из шести прямоугольных конфорок, две из кото-
рых, расположенные посередине, имеют мощность по 4,5 кВт, а че-
тыре периферийные — по 3,5 кВт. Жарочный шкаф обогревается
восемью тэнами — по четыре сверху и снизу; температура в шкафу
регулируется с помощью терморегулятора ТР-4К. Корпус плиты
представляет собой сварную конструкцию, облицованную стальны-
ми эмалированными листами.
' Таблица 9.?
Техническая характеристика секционных модулированных электроплит
Показатели Единица измере- ния Плиты
ПЭСМ-4 •| ПЭСМ-4Ш ПЭСМ-4ШБ ПЭСМ-2 ПЭСМ-2К ПЭСМ-1Н ПЭСМ-2НШ
Площадь жарочной поверх-
ности м* 0,48 0,48 0,48 0,24 0,12 0,24 0,48
Количество конфорок . . . Количество жарочных шка- шт. 4 4 4 2 2 1 2
фов Количество инвентарных шт. — 1 1 — — — 1
шкафов шт. 1 —— 1 1 1
Номинальная мощность , . Род тока Напряжение Рабочая температура: кВт В 14 18,8 Пе 18,8 эеменн 220 7 ый тре тли 38( 3,8 хфазны /220 3,6 12
поверхности конфорок . . •с 450 450 450 450 450 300 300
жарочного шкафа .... •с — 350 350 — — —- 350
Время разогрева Внутренние размеры жароч- ного (инвентарного) шкафа: МИН 60 60 60 60 60 60 60
длина мм 740 480 480 320 320 320 480
ширина . мм 690 670 670 690 690 690 670
высота Габариты: . мм 355 300 300 355 355 355 300
длина мм 840 840 1050 420 420 420 840
ширина мм 840 840 840 840 840 840 840
высота мм 860 860 860 860 860 860 860
Масса кг 210 250 280 НО 90 НО 260
Рис. 9.2. Электриче-
ская плита ЭП-2М:
/ — жарочный шкаф;
2 — дверцы; 3, 4 — ру*
коятки переключателей
шкафа; 5 — поддон; 6 —
поручни; 7 — регули*
рующий винт; Я, W —
конфорки; 9 — бортовая
поверхность; // — пе*
реключатель конфорки;
12 — нижние тэны; 13 —
подовый лист; 14 —
верхние тэны
Таблица 9.2
Техническая характеристика кесекционныл плит
Пок азатели Единица измерения Плиты
ЭП-2М | 311-7 | ЭП-8 ап-4
Площадь жарочной поверхности Количество конфорок Количество жарочных шкафов Номинальная мощность Роа тока ...... Напряжение . Максимальная температура: поверхности конфорок жарочного шкафа Время разогрева Габариты: дляда ширина . высота ........ Масса мй ШТ. шт. кВт В °C °C мин мм мм мм КГ 0,9 6 I 25,5 Пере 350 1730 1430 810 390 0,3 2 t 9,8 менный 220 или 1090 836 800 220 0,15 1 1 5,5 трехф 3W25 350 600 810 635 90 0,23 4 1 9,2 азный Ю 380 350 60 1040 810 810 142
ЭЛ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПЛИТ
Основными правилами эксплуатации плит являются:
1. Соответствие дна наплитной посуды жарочной поверхности.
При этом имеется в виду двоякое соответствие: в идеале плоскость
дна наплитной посуды и жарочной поверхности должны быть рав-
ны и плотно, без зазоров, прилегать одна к другой.
При этих условиях могут быть обеспечены максимальные зна-
чения производительности и теплового к. и. д. плиты, точнее ее
жарочной поверхности. Однако в производственной обстановке
эти условия в полной мере не выполняются. Как правило, площадь
дна наплитной посуды меньше площади жарочной поверхности,
т. е. часть теплоты отдается непосредственно окружающей среде—•
воздуху, что существенно снижает тепловой к. п. д. При эксплуа-
тации секционных плит имеется возможность в отдельных случаях
повысить степень использования жарочной поверхности путем со-
средоточения наплитной посуды на определенной секи,ни, выклю-
чив при этом все остальные. Однако полное использование пло-
щади жарочной поверхности при применении обычной наплитной
посуды из-за круглой формы и различных размеров ее дна, ие сов-
падающих в большинстве случаев с формой и размерами жароч-
ных поверхностей или отдельных конфорок, в производственных
условиях недостижимо. Такая возможность появляется при работе
с функциональными емкостями на специальном оборудовании пред-
приятий- доготовочных (см. гл. 13): при использовании соответ-
ствующих друг другу функциональных емкостей и типоразмеров
плит может быть обеспечено равенство площадей дна наплитной
посуды и жарочной поверхности.
Вопрос о контакте между дном наплитной посуды и жарочной
поверхностью является более сложным.’Как показали исследова-
ния кафедры ТТО ЛИСТ имени Ф. Энгельса, распределение тем-
пературы по жарочной поверхности, конфорок плит неравномерное
(рис. 9.3): вдоль оси симметрии, т. е.
Рис. 9.3. Распределение тем-
пературы на поверхности кон-
форок электроплит:
а — плита ПЭСМ-4Ш:
7 — по продольной оси симметрии;
2 — на расстоянии 73,5 мм от оси
симметрии; 3 — иа расстоянии 20
мм от края конфорки;
б — плита ЭП-2М:
7 — по продольной оси симметрии;
2 — на расстоянии 92,5 мм от оси
симметрии; 3 —- иа расстоянии
20 мм от края конфорки
ностью и дном наплитной
посередине конфорки, температуры
значительно выше, чем на краях кон-
форки. Это связано с тем, что на кра-
ях конфорки теплоотдача происходит
не только от собственно жарочной по-
верхности, но и от боковой (торцевой)’
поверхности (потери-теплоты в окру-
жающую среду), в результате чего
периферийные участки конфорки ох-
лаждаются до более низкой темпера-
туры. Эти зависимости в принципе
верны и для жарочной поверхности,
состоящей из нескольких включен-
ных конфорок. Такая жарочная по-
верхность может рассматриваться как
одна «большая» конфорка. Неравно-
мерное распределение температуры
приводит вследствие термоупругости
к неравномерной деформации тела
конфорки по ее площади — конфор-
ка «вспучивается» (рис. 9.4), т. е. на-
рушается тесный контакт между дном
наплитной посуды и жарочной поверх-
ностью.
Прогиб конфорки максимален в
ее центре и возрастает с увели-
чением неравномерности распределе-
ния температуры; обычно он состав-
ляет несколько десятых долей милли-
метра (рис. 9.5).
В результате описанных явлений
теплообмен между жарочной поверх-
посуды становится сложным: контакт-
ным и конвективным, причем часть теплоты, естественно, исполь-
зуется на нагрев воздуха. Это приводит к снижению теплового
к. п. д. плиты и нагреву окружающей среды. Уменьшить отрица-
тельное влияние недостаточно плотного контакта между жарочной
поверхностью и дном наплитной посуды можно за счет содержа-
ния их в хорошем состоянии: жарочная поверхность должна быть
ровной, гладкой, без трещин; дно наплитной посуды — ровным (не
искривленным, без вмятин) и чистым. Кроме того, существенное
значение имеет равномерная загрузка жарочной поверхности, что
приводит к уменьшению неравномерности ее нагрева и, следова-
тельно, к уменьшению прогиба.
Появление прогиба конфорки в результате термоупругости яв-
ляется одной из причин выхода конфорки из строя. Дело в том,
что при многократном повторении этого явления (включение-
рыключение конфорки происходит довольно часто) в месте макси-
мального прогиба возникает так называемая усталость металла,
в результате чего он разрывается, в образовавшуюся трещину
Рис. 9.4. Схема расположения наплитной посуды
на поверхности конфорки:
1 — конфорка холодная; 2 — конфорка нагретая (пос-
ле прогрева); 3 *• наплнтная посуда; I ~ половина
длины (ширины) конфорки] W —• прогиб конфорки
попадает жидкость и происходит короткое замыкание и перегора-
ние спирали.
2. При эксплуатации электроплит нужно избегать попадания
жидкости на жарочную поверхность. Если жидкость проливается
на разогретую поверхность, возникает тепловой удар: пролитая
Рис. 9.5. Зависимость прогиба
(W) в центре рабочей поверхно-
сти конфорки плиты ПЭСМ-4Ш
от неравномерности нагрева (At)
жидкость (вода) интенсивно испаряется, при этом быстро отво-
дится большое количество теплоты, поверхность в этом месте силь-
но охлаждается по сравнению с ее другими участками и возникаю-
щие термоупругие деформации могут привести к разрыву металла
и образованию в теле конфорки трещины. Часть жидкости попа-
дает на поддон, испаряется с него и увлажняет электроизоляцию
конфорки. Поэтому наплитную посуду не следует заполнять более
чем на 80% ее полного объема; в случае необходимости следует
вытирать поддон.
3. Правила эксплуатации шкафов плит аналогичны правилам
эксплуатации жарочно-пекарных шкафов (см. раздел 8.5).
Глава 10
КИПЯТИЛЬНИКИ И ВОДОНАГРЕВАТЕЛИ
10.1 КИПЯТИЛЬНИКИ
Устройство электрокипятильника представлено на рис. 10.1.
Электрокипятильники (аппараты непрерывного действия) работа-
ют по принципу сообщающихся сосудов. Этими сосудами являют-
Рис. 10.1. Пршщмдиальиая скема ^леюрокипя*
тилышка. непрерывного действия:
1 — трубопровод подачи холодной воды; 2 — водо-
нагреватель; 3 — тэн; 4 — сборник кипятка; 5 —
переливная труба; 6 — патрубок (отверстие)., со-
единяющий сборник кипятка с питательным бач-
кам; 7 — поплавок питательного клапана; 8 —
питательная труба; 9 — .сигнальная труба; 10 —
водоразборный крав-; 11 — корпус
ся питательная коробка и кипятиль-
ный сосуд с переливной трубой. Уров-
ни жидкости в питательной коробке
и переливной трубе взаимно уравно-
вешиваются, однако они не одинако-
вы: в переливной трубе при работа-
ющем кипятильнике уровень жидко-
сти большещем в питательной коробке. Объясняется это тем, что,
13 15 16 17
во-первых, температура воды в переливной трубе выше (плотность
воды меньше), так что для уравновешивания давления столба
жидкости в коробке и питательной трубе требуется большая высота,
во-вторых, в переливной трубе находится смесь жидкости с паром
(плотность ее меньше плотности жидкой воды), что в свою очередь
требует увеличения высоты столба в переливной трубе. В перелив-
ной трубе кипяток увлекается вверх пузырьками пара и, выры-
ваясь из трубы, с помощью отбойника направляется в сборник
кипятка. В настоящее время выпускаются кипятильники КНЭ-25,
КНЭ-50 и КНЭ-100 (табл. 10.1).
Кипятильник непрерывного действия электрический КНЭ-50.
Кипятильник (рис. 10.2) состоит из сварного металлического кор-
пуса. Внутри корпуса смонтирова-
ны питательная коробка, кипятиль-
ный сосуд и сборник кипятка, при-
чем последние два выполнены в
виде единого цилиндрического со-
суда и разделены перегородкой, в
которую вварена переливная тру-
ба. В конструкцию кипятильника
Рис. 10.2. Кипятильник непрерывного дейст-
вия электрический КНЭ-50:
1 — сигнальная труба;. 2 — патрубок с за*
глушкой для промывания кипятильника; 3 —
тэн; 4 — дно; 5 — щиток: 6 — питательная
труба; 7 — автоматическое пусковое устрой-
ство АПУ; 8 — электрод ЭЗ; 9 — клеммиая ко-
лодка; 10 — электрод Э1: 11 — колпачок;
12 — поплавок; 13 — электрод Э2; 14 — руч-
ка-гайка; 15 — отражатель; 16 — крышка;
/7 — переливная труба; Z5 — сборник кипятка;
19 — рычаг клапана; 20 — питательная ко-
робка; 21 — сигнальная лампа; 22 — перего-
родка; 23 — корпус- 24 — водоразборный кран;
25 — труба, подающая воду из водопровода;
26 — водонагреватель; 27 — основание
входят различные электроды. Назначение электродов: Э1 уста-
новлен тга дне питательной коробки и предназначен для защиты
тэнов от «сухого хода» (при понижении уровня воды в питатель-
Т а б ли п а 10.1
Техническая характеристика электрических кипятильников
Показатели Единица измерения Кипятильники
КНЭ-25 | КНЭ-50 | КНЭ-100
Производительность по кипятку (при разности температур отбираемого кипятка и поступающей воды 90 °C, не менее) дм’/ч 25 50 юо
Номжальная мощность кВт 3 6 12
Напряжение в сети В 3-4.220 или 35 --Х.380
Время до первого выброса кипятка иэ перекидной трубки МИН 10—15 10—15 20
Объем сборника кипятка ...... дма 7,6 7,6 22
Г абариты: длина . . . мм 622 702 524
ширина мм 427 427 514
высота мм 303 303 1255
Масса кг 16,4 17,2 43
ной коробке ниже электрода Э1 тэны обесточиваются); Э2 и ЭЗ
установлены в сборнике кипятка соответственно на максималь-
ном и минимальном уровнях (по достижении кипятком в сбор-
нике максимального уровня тэны отключаются, «минимального —
включаются). Кипятильники КНЭ-25 и КНЭ-100 по конструкции
аналогичны кипятильнику КНЭ-50.
10Д. ВОДОНАГРЕВАТЕЛИ
Водонагреватели (табл. 10.2) предназначены для нагрева воды
до температуры не ниже 70?С (но не до кипения). Такая вода
используется для технологических и санитарных целей.
Таблица 10.2
Техническая характеристика водонагревателей
Показатели Единица измерения Водонагреватели
НЭ-1А НЭ-1Б
Производительность при температуре по- ступающей воды не ниже 7 °C .... . дм3/'ч 160 80
Вместимость резервуара дм3 33 25
Температура нагретой воды °C 90—95 90—95
Номинальная мощность кВт 18 12
Напряжение сети В 3~~220 3N-.380
Количество тэнов ШТ. 9 6
Габариты: длина ММ- 605 605
ширина мм 385 385
высота мм 675 6С0 .
Масса кг 65 60
Рис. J 0.3. Водонагреватель НЭ 1Б:
/ _ патрубок для присоединения к
водопроводу; 2 — кожух; 3 — водо-
нагреватель; 4 — теплоизоляция; 5 —
патрубок для отвода горячей воды;
б — крышка для крепления тэнов;
7 — датчик термосигнализатора; 8 —
съемная крышка; 9 — пульт автома-
тического управления; 10 — тэн; 11 —
сигнальная лтмпочка; 12 — термоснг-
нализатор
Электрический водона-
греватель НЭ-1Б. Водона-
греватель (рис. 10.3) устро-
ен очень просто: он пред-
ставляет собой вертикаль-
ный цилиндрический сосуд
с патрубками для входа хо-
лодной воды и выхода горя-
чей, внутри которого уста-
новлены тэны. Вода нагревается от тэнов при движении ее через
сосуд. Тэны смонтированы на крышке сосуда. Температура воды
на выходе регулируется автоматически с помощью термосигнали-
затора ТСМ-100. Водонагреватель НЭ-1А устроен аналогично.
10.3. ЭКСПЛУАТАЦИЯ КИПЯТИЛЬНИКОВ И ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ
Правильная эксплуатация кипятильников и водонагревателей
должна обеспечивать их максимальную производительность и за-
данную температуру воды на выходе. В связи с тем, что темпера-
тура поступающей воды изменяется в довольно широких преде-
лах, вводятся понятия нормальной (для кипятильников) и стан-
дартной (для водонагревателей) производительности.
Под нормальной производительностью кипятильника понимают
его производительность по кипятку, который получается при тем-
пературе поступающей воды 10°С (вода нагревается на 90°С).
Это так называемый нормальный кипяток. Расход теплоты на по-
лучение 1 кг нормального кипятка равен 377 кДж (90 ккал). Нор-
мальная производительность определяется по формуле
(10.1)
где Пдк •— действительная производительность кипятильника, кг/ч;
t], t2— соответственно температура воды на входе в кипятильник
и выходе (t2=100°C) из него, °C.
Под стандартной производительностью водонагревателя пони-
мается его производительность по воде, нагретой от 10 до 90° С.
Расход теплоты на получение 1 кг такой воды равен 335 кДж
'(80 ккал). Стандартная производительность определяется по фор-
муле
(10.2)
где Вдв — действительная производительность водонагревателя,
кг/ч; ti, 1г — соответственно температура воды на входе в водона-
греватель и выходе из него, ° С.
Производительность и температура воды на выходе из кипя-
тильника в основном определяются положением поплавка пита-
тельного клапана, а также состоянием пробки (прокладки) кла-
пана и поверхности тэнов.
Правильному положению поплавка питательного клапана соот-
ветствует уровень воды в переливной трубе, который на 0,06—
0,08 м ниже кромки переливной трубы. Если этот уровень выше,
то в сборнике кипятка может накапливаться теплая вода, а не
кипяток. Если этот уровень ниже, то в сборник кипятка поступает
много пара и производительность по кипятку резко падает.
При выходе из строя пробки (прокладки) клапана из сигналь-
ной трубки вытекает холодная вода. В этом случае следует заме-
нить поплавок или резиновую пробку (прокладку) питательного
клапана.
На поверхностях тэнов, стенках переливной трубы и резервуа-
ров откладывается слой накипи. Это приводит к уменьшению про-
изводительности кипятильника и сокращению срока его службы.
Для удаления накипи с тэнов кипятильники после окончания рабо-
ты рекомендуется промывать холодной водой. При попадании хо-
лодной воды на нагретые тэны возникает «тепловой удар», что
приводит к быстрому изменению геометрических размеров тэнов,
благодаря чему с их поверхности отделяется накипь. Кроме того,
один раз в два-три месяца следует вынимать из кипятильника
тэны для очистки их от накипи. Необходимо, однако, отметить, что
эффективного средства борьбы с накипеобразованием пока нет.
Глава 11
АППАРАТЫ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ПРОДУКТОВ
В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ
11.1. АППАРАТЫ С ИНФРАКРАСНЫМ НАГРЕВОМ
Электрические аппараты с инфракрасным нагревом подразде-
ляются на аппараты периодического и непрерывного действия.
К первым относятся грили (табл. 11.1) и универсальные жарочные
шкафы, ко вторым — конвейерная жарочная печь.
Электрический гриль ГЭ-3. Гриль (рис. 11.Г) представляет со-
бой жарочный шкаф в форме параллелепипеда с ИК-генераторами
в виде хромоникелевой спирали, заключенной в кварцевую трубку.
В рабочей камере на приводном валу с квадратным гнездом укреп-
ляется вертел с двумя раздвижными держателями и набором из
восьми шпажек для шашлыка. Обжаривание шницелей, котлет,
отбивных и других изделий может производиться на решетках,
которые входят в комплект гриля. Рабочая камера гриля закры-
вается откидной дверцей из термостойкого стекла.
Электрический гриль ГЭ-2. Гриль имеет две рабочие камеры:
верхнюю—жарочную н нижнюю — тепловую. В жарочной камере
под потолком установлены пять ИК-тенераторов (КИ-220-1000).
Кулинарные изделия крепятся на пяти вилкообразных вертелах,
совершающих сложное движение: вокруг собственной оси и вокруг
оси двух дисков, па которых они закреплены. Это движение осу-
ществляется с помощью планетарной передачи и обеспечивает рав-
номерное обжаривание продуктов. Температура в жарочной каме-
ре поддерживается терморегулятором. В нижней части жарочной
камеры установлен нагревательный элемент мощностью 300 Вт, на
который помещается кусок дерева, выделяющий ароматические ве-
щества, придающие готовому изделию специфические вкус и запах.
Нижняя (тепловая) камера обогревается тремя тэнами общей
мощностью 1050 Вт, в ней готовые изделия поддерживаются в го-
рячем состоянии.
Универсальные жарочные шкафы Ш>ЖЭ-0,51 и ШЖЭ-0,85. Шка-
фы (табл. 11.2) состоят соответственно из трех и пяти камер,
в каждой из которых помещено
по одному противню,
Обогрев камер Производится
с помощью ИК-генераторов (них-
ромовая спираль в кварцевой
трубке), расположенных в верх-
ней и нижней частях камеры.
Температура внутри камер регу-
лируется с помощью датчиков —
реле температуры в диапазоне от
Рис. ИЛ. Электрический гриль ГЭ-3:
а — общий вид; 6 — конструкция:
/ — дверца; 2 — вертел; 3 — ИК-на-*
гренатель^ 4 — отражатель; 5 — пул ьт
управления; 6 — шпажки; 7 — держ
телъ; 9 — шнур; § — основание
100 до 300 °C. Шкафы предназначены для жарки, выпечки и дове-
дения до готовности кулинарных изделий и работают с использо-
ванием функциональных емкостей. Эти шкафы являются частью
Таблица 11.1
Техническая характеристика электрических грилей
Показатели Единица измерена Грили
ГЭ-2 гэ-з
Обшая мощность кВт 6,5 1,73
Мощность ИК-генераторов кВт 5,0 1,65
Мощность электродвигателя кВт 0,15 0,08
Количество генераторов ШТ. 5 2
Напряжение в 220 220-
Количество шпажек ШТ. — 8
Скорость вращения вилок (шпажек): вокруг своей оси об/мин 9 2—2,5
вокруг оси диска об/мин 6 —
Количество рабочих камер шт. 2 1
Габариты: длзна мм 870 500
ширина мм 760 295
высота мм 1850 330
Масса кг — 15
Таблица 11.2
Техническая характеристика шкафов с ИК-нагревом
Показатели Единица измерения Шкафы
ШЖЭ-0,51 ШЖЭ-0.85
Суммарная площадь противней, не менее м2 0,51 0,85
Количество противней ' . . . . шт. 3 5
Номинальная мощность . . кВт 8 12
Время разогрева воздуха рабочей ка- меры до 300 °C, не более МИИ 35 35
Габа риты: длина мм 1 00
ширина мм 8 >00
высота (с подставкой) мм 1500
Масса (без подставки) кг 120 140
параметрического ряда универсальных шкафой с инфракрасным
нагревом, включающего шкафы с числом противней 3, 5, 6, 8, 9 и
10, что соответствует предприятиям общественного питания раз-
личной мощности.
Печь конвейерная жарочная ПКЖ. Печь (рис. 11.2) представ-
ляет собой аппарат непрерывного действия. Основными узлами
его являются: конвейер, собственно жарочная камера и блоки
(верхний и нижний) ИК-генераторов. В рабочем режиме цепной
транспортер, на котором установлены противни с изделиями, со-
веитиляционно - фильтрующее
устройство; 5 — конвейер; 6 — жарочная камера; 7, 9 — блоки верхних и нижних
генераторов; 8 — стол загрузки; 10 — штепсельная розетка; 11 — реле времени; 12 —
электродвигатель; 13 — редуктор; 14 — ведущий вал конвейера; 15 — рефлектор; 16 —
ИК'Геиераторы; 17 — металлическая сетка
вершает шаговое (прерывистое) движение, что достигается с по-
мощью специального реле времени. ИК-генераторы, собранные в
блоки по 6 шт. (мощность блока 4,5 кВт), изготовлены в виде
хромоникелевой спирали, помещенной в кварцевую трубку. Снизу
генераторы защищены металлической сеткой, исключающей попа-
дание стекла на продукт. Противни имеют размер 420X285 мм.
Сверху продукты обогреваются за счет лучистой энергии, снизу —
путем контакта с нагретыми противнями. Печь используется на
крупных предприятиях общественного питания для жарки полу-
фабрикатов из мяса.
Техническая характеристика ПКЖ
Производительность, шт/ч..................
Потребляемая мощность, кВт................
Мощность электродвигателя, кВт............
Мощность одного генератора, кВт...........
Количество генераторов, шт................
Скорость движения транспортера, м/мин . .
Напряжение в сети, В......................
Габариты, мм:
длина ....................................
ширина .................................
высота..................................
Масса, кг.................................
1500—2000
58,8
0,27
0,75
78
0,57
380
4400
868
1400
934
11.2. АППАРАТЫ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМ НАГРЕВОМ
Аппараты с диэлектрическим нагревом предназначены для
быстрого разогрева охлажденных блюд, размораживания и разо-
грева замороженных блюд, доведения до готовности полуфабрика-
тов. Благодаря проникновению энергии электромагнитного поля
внутрь продуктов происходит их быстрый нагрев, продолжитель-
ность которого измеряется минутами. В обрабатываемых продук-
Рис. 11.3. Внешний
вид СВЧ-шкафов:
а — «Электроника-2000»
(СССР); б — «Магда»
(ПНР); в — ГУМ-25
(ЧССР); г — «Шарп»
R-1501 (Япония); д —
«Амана» RRS-2 (СЕТА)
тах хорошо сохраняются витамины и минеральные вещества.
СВЧ-аппараты используются и в диетическом питании. Энергия
электромагнитного поля в рабочей камере аппарата поглощается
продуктом практически полностью, т. е. к. п. д. аппаратов этого
типа высок. В мировой практике используются СВЧ-аппараты раз-
личных модификаций, некоторые из которых показаны на
рис. 11.3.
Рис. 11.4. Способы подвода энергии в рабочую камеру СВЧ-шкафов:
а — снизу; б — сверху:
1 —рабочая камера; 2 — дверца; 3 — отверстие для ввода энергии; 4 — волновод;
5 — магнетрон
Как видно из табл. 11.3,, большинство СВЧ-аппаратов относит-
ся к аппаратам малых габаритов и малых объемов рабочих камер,
однако их производительность благодаря высокой интенсивности
самого процесса достаточно большая.
7 Устройство СВЧ-печей легко понять из рис. 11.4. Отметим, что
волновод не является обязательным элементом конструкции: маг-
ветрон может подсоединяться непосредственно к камере (рис. 11.5).
Показанный на рисунке дисектор представляет собой своего рода
отражатель, частота вращения которого для различных марок
СВЧ-печей колеблется в пределах от 10 до 60 мин-1. Вращение
дисектора приводит к определенному сдвигу по фазе между векто-
рами напряженности электрического и магнитного полей, в резуль-
тате чего энергия поля «перемешивается» и происходит более рав-
номерная тепловая обработка продуктов.
Интенсивное облучение обслуживающего персонала СВЧ-энер-
гией нежелательно. Однако ниже некоторых значений уровней
плотности потока СВЧ-энергии облучение безопасно для человека.
Так, при частоте 2400 МГц облучение считается безопасным, если
при длительном воздействии плотность потока не превышает
0,01 Вт/см2. Правилами эксплуатации СВЧ-аппаратов установлены
значительно более низкие предельные значения плотности потока
энергии: для промышленных аппаратов — 10-5 Вт/см2, для быто-
Рис. 11.5. Схема СВЧ-шка-
фа:
1 — подставка; 2 — .нагрузка;
3 — камера; 4 — дисектор;
5 — микроэлектродвигатель; 6^-
магнетрон; 7 — ограждение
магнетрона
СО
со
tf
S
е;
\о
ехническая характеристика аппаратов с диэлектрическим нагревом
Исполнение о <у & CD О ф ф ф о о х а х о я X £ я e _ X УЗ Д X в х Ч " * * л к; -а ч ч о О Ь О Н о н С Q X U С ф СО СО 03 G3 со со XX X X X X
Охлаждение магнетрона CD О ’X’ X О э - х « * * * • 8 В? я » 2? =* < о 8 CQ
"OJW ‘ВХОХЭВЬ HBhOgBd 2375 2450 2450 2450 2450 2400 2450 2375 2450 2450
ХМ ‘ВЭЭВДО О С Ю О Ю О to О О — ооююоюоюоо СО — — —
Габариты, см рабочей камеры вхоэгта I LQ СЧ —< CN О СП I I 00 1 со со ей со сч » | сч
внийит 1 О О —* — о о L 1 — 1 СО СО ю LO I 1 СО
ени1Л£ / Ю Ю еф LQ 04 L 1 О 1 eq сч со со о сч 1 1 сч
S ст <D К вхоэна оечь-соаооечюоь- OOC©LQ^-LQO^OtOb*cO
внисЬйп ОСОЮООСОООЮО 00 ^LQLQLQ’4j-0O0Ob-0OM- GO
виие'В' oocqtotootooxco -4J* CD LQ LQ LQ b- CO LO CO 00 —
igs ‘чхэонтпоге-ьдз • «ю LO ю СЧ CO CO CO- rf о CQ О О Г- СЧ —Г -Н о" •— —’ СЧ CQ сч СЧ G>
хая ‘ЧАэедйпоге ввизвгдайхоц о—< Ю О to СЧ —» О СО LO Ю СО' СЧ СЧ оГ tfiT —*
U
Ьй
вых —10~® Вт/сми, что, естественно, гарантирует безопасность их
использования.
Вместе с тем основой правил эксплуатации СВЧ-аппаратов яв-
ляются мероприятия, предотвращающие повышение утечки элек-
тромагнитной энергии. Это блокировки съемных панелей облицов-
ки и дверок рабочих камер: при снятых и неплотно закрепленных
панелях или неплотно закрытой дверце магнетрон не включается.
Кроме того, пары, образующиеся в ходе тепловой обработки про-
дуктов, отводятся из рабочих камер аппаратов, иногда с приме-
нением вентиляторов.
Глава 12
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ АППАРАТЫ
К группе, вспомогательных тепловых аппаратов относятся аппа-
раты для поддержания пищи в горячем состоянии, линии прилав-
ков самообслуживания и механизированные линии комплектации и
выдачи обедов. Хотя эти аппараты по своему технологическому
назначению и относятся к вспомогательным, их использование
сказывает большое влияние на производство и реализацию кули-
нарных изделий в целом, и прежде всего на пропускную способ-
ность (быстроту обслуживания посетителей) предприятий обще-
ственного питания. Линии прилавков самообслуживания и механи-
зированные линии состоят не только из собственно электротепло-
вых аппаратов, поэтому их включение в данную главу является
условным.
12.1. АППАРАТЫ ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ ПИЩИ
в горячем состоянии
К аппаратам для поддержания пищи в горячем состоянии (не-
которые из этих аппаратов используются и для подогрева) отно-
сятся мармиты, термостаты, термосы и тепловые сквозные шка-
фы. Особенно широко используются в общественном питании мар-
миты как напольного '(для первых и для вторых блюд), так и на-
стольного исполнения. К мармитам для первых -блюд относятся
электроплиты ЭПМ-ЗМ и ЭПМ-5, к мармитам для вторых блюд —
мармиты стационарные электрические секционные модулирован-
ное МСЭСМ-50, МСЭСМ-50К, МСЭСМ-55, МСЭСМ-60, МСЭСМ-80
и МСЭСМ-110 (для хранения гарниров и соусов) и мармиты ста-
ционарные электрические МСЭ-55, МСЭ-55К, МСЭ-80, МСЭ-80К,
МСЭ-110 и МСЭ-110К (вторые блюда хранятся в тепловых шка-
фах, несоусные блюда — в противнях) *.
1 Цифры в этих марках означают рабочую вместимость мармитниц в дм3,
буква К — круглую в сечении мармитницу (в мармитах без буквы К мармитни-
цы в сечении прямоугольные).
Мармит ЭПМ-5 (электроплита мармитная). Мармит (рис. 12.1)
используется в столовых самообслуживания. Выполнен он в виде
открытого прилавка с нагревательной поверхностью из трех круг-
лых конфорок мощностью 1,25 кВт каждая, а также со столом и
Рис. 12.1. Мармит ЭПМ-5 (электроплита мармитная):
1 — рама; 2 — щиток вводной; 3 — переключатель; 4 — конфорка; 5 —
стол; 6 — полка; 7 — втулка.для подвода кабеля; 8 — болт заземления
Рис. 12.2. Мармит стационарный электрический секционный модулированный
МСЭСМ-60:
1 — тепловой шкаф; 2 — сливная труба; 3 — воздушный зазор: 4 — ванна; 5 — тэн;
6 — полка шкафа; 7 — парогенератор; 8 — клапан-поплавок; 9 — корпус; 10 — мар-«
митиица; 11 — каркас; 12 — ножка
полкой. Мармит ЭПМ-ЗМ выполнен в виде плиты с одной прямо-
угольной конфоркой мощностью 2,5 кВт.
Стационарный электрический секционный мармит МСЭСМ-60.
Мармитницы у мармита МСЭСМ-60 (рис. 12.2) погружены в ван-
ну и подогреваются паром из парогенератора. В конструкцию мар-
мита входит тепловой шкаф. Вода в парогенераторе и воздух в
шкафу обогреваются тэнами.
По конструкции мармиты марок МСЭСМ принципиально не от-
личаются от мармитов марок МСЭ. Различия состоят лишь в га-
баритах, наличии полки для тарелок с пищей и стола-полки для
годносов.
Для всех мармитов соблюдаются примерно одинаковые режи-
мы работы: время разогрева до рабочего состояния 40—50 мин,
температура в мармитницах 70—85° С, температура в тепловом
шкафу 60—70° С.
Шкаф тепловой сквозной ШТС-М. Шкаф используется на пред-
приятиях общественного питания крупных промышленных пред-
приятий. Он предназначен для поддержания в горячем состоянии
первых, вторых и третьих блюд, которые устанавливаются на те-
лежках-стеллажах. Последние вкатываются в шкаф с двух сторон
через двери. Собственно шкаф — полый параллелепипед, собран-
ный из двух боковых облицовок, каждая из которых состоит из
шести сваренных между собой облицовок. Между облицовками на
панелях из асбоцемента установлены тэны общей мощностью
7,7 кВт. Шкаф имеет потолок, двери и пол, расположенный на
уровне пола предприятия общественного питания, что облегчает
перемещение тележек-стеллажей при загрузке и разгрузке шкафа.
Заданный тепловой режим (60—75° С) поддерживается автомати-
чески с помощью электромагнитного термометра. В тепловую ка-
меру объемом 3,45 м3 вкатываются две тележки типа ТС-1М или
ТС-2М. Время разогрева камеры до рабочей температуры не бо-
лее 55 мин.
12.2. ЛИНИИ ПРИЛАВКОВ САМООБСЛУЖИВАНИЯ
Линии прилавков самообслуживания (ЛПС) представляют со-
бой ряд отдельных прилавков, установленных в определенной по-
следовательности В целом они образуют стойку для раздачи го-
товых блюд. ЛПС применяются на предприятиях общественного
питания с самообслуживанием.
ЛПС подразделяются на два типа: с последующей оплатой
(ЛПС-Б и ЛПС-БТ) и для раздачи комплексных обедов по або-
нементам или предварительно оплаченным чекам (линии ЛПС-Г
и ЛПС-Д). Устройство ЛПС представлено на рис. 12.3. ЛПС в за-
висимости от назначения могут включать различные прилавки и
сборудование: прилавок ЛПС-1 для подносов; прилавок ЛПС-2
для холодных и сладких блюд; прилавки-мармиты ЛПС-3, ЛПС-16,
ЛПС-17 для вторых блюд; прилавок ЛПС-5 для горячих напитков;
прилавок ЛПС-6 для столовых приборов; прилавок-кассу ЛПС-7;
прилавки-мармиты ЛПС-10, ЛПС-11 для первых блюд; прилавки
ЛПС-20, ЛПС-21 с выжимным устройством для тарелок; тележки
ЛПС-20Т, ЛПС-21Т с выжимным устройством для тарелок; при-
лавки ЛПС-22 с выжимным устройством для стаканов; тележки
ЛПС-23Т с выжимным устройством для подносов; прилавок-кассу
ЛПС-24.
12.3 МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ ЛИНИИ КОМПЛЕКТАЦИИ
И ВЫДАЧИ ОБЕДОВ
Механизированные линии подразделяются на две группы: ли-
нии для непрерывного отпуска обедов — ЛККО-2 «Поток»,
МЛКО-И «Прогресс», «Темп» и линии для циклического отпуска
обедов (линии с накопителя-
ми) — ЛКНО «Эффект», «Сла-
вянка» и др. Рациональное ис-
пользование этих линий по срав-
нению с линиями ЛПС позволя-
ет сократить обеденное время с
30—40 до 15—20 мин, увеличить
реализацию продукции собствен-
ного производства примерно на
50—60% и сократить затраты на
обслуживание на 25—30%.
Механизированная линия
представляет собой конвейер, об-
служиваемый комплектовщица-
ми обедов, с расположенным ря-
дом с ним соответствующим обо-
рудованием (рис. 12.4; 12.5). По
мере движения подносов на
транспортере комплектовщицы
ставят на них блюда, формируя
из них комплексный обед опреде-
ленной цены. На натяжной сек-
в л г-4
12 гЧ—। вЦтР4
Рис. 12.4. Линия МЛКО-Н «Про-
гресс» (4 комплектовщицы — I, П,
Ш, IV):
1 — мармит электрический для первых
блюд МЭП-60; 2 — тележка с выжим-
ным устройством для суповых мисок
ТМ-240; 3 — стол для подносов; 4 — стел-
лаж для хлеба и столовых приборов;
5 — шкаф-стеллаж для напитков; б —
сгс-л-етеллаж для напитков; 7 — мар-
мит электрический для гарниров МЭП-20
или МЭП-35; в — мармит электриче-
ский для соусов; 9 — тележка с вы-
жимным устройством для тарелок
ТМТ-120; 10 — мармит электрический
для вторых несоусных блюд МЭП-6;
И — мармит электрический для мяса
к первым блюдам МЭП-6; 12 — цепной
конвейер
ции транспортера установлен механизм, который обеспечивает
его остановку в случае, если поднос в конце транспортера не
будет снят посетителем. Механизированные линии обычно ис-
Рис. 12.5. Линия ЛКНО-2 «Эффект» (6 комплектовщиц—I, II, III,
IV, V..VI):
1 — мармит электрический МЭП-60 для первых блюд; 2 — тележка ТМ-240
с выжимным устройством для суповых мисок; 3 — тележка ТП-120 с выжим*
иым устройством для подносов; 4 — мармит МЭП-20 или МЭП-35 электри*
ческий для гарниров; 5 — тележка ТБ-240 с выжимным устройством для ба<
раичиков; 6 — мармит электрический МЭП-6 для вторых блюд; 7 — мар-
мит электрический МЭП-20 для соусов; 8 — тележка ТЗ-120 с выжимным уст*
ройством для холодных аакусок; 9 — тележка ТСП-300 для столовых прибо*
ров; 10 — тележка ТС-120 с выжимным устройством для сладких блюд; И —
транспортер комплектации обедов ТКО-5; 12 — стойка накопительная разда*
точная СНР-6; 13 — тележка для хлеба
Ритм комплектации обедов — 4,5 с. Производительность линии — 750 обед/ч
пользуются в столовых крупных промышленных предприятий
и учреждений. Как правило, устанавливают не менее двух линий
для обеспечения одновременной выдачи двух различных комплекс-
ных обедов.
Глава 13
ТЕПЛОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ С ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ
ЕМКОСТЯМИ
13.1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЕМКОСТИ
Функциональные емкости предназначены для хранения, приго-
товления, транспортировки и раздачи продуктов. Они применяются
на всех операциях данного технологического процесса без пере-
кладывания или с перекладыванием пищи минимальное число
раз. Это резко повышает уровень механизации труда в обществен-
ном питании. Так, без использования функциональных емкостей
продукт при его движении от места доставки сырья до места раз-
дачи готовой пищи перекладывается в среднем восемь раз, а при
приготовлении, например, картофельного пюре с использованием
функциональных емкостей — всего один раз.
Размеры функциональных ёмкостей, контейнеров для их хра-
нения и транспортировки, а также оборудования для приготовле-
ния, холодильного хранения и раздачи готовых изделий, оборудо-
Т а б ли на 13.1
Термины- определения и обозначения функциональных емкостей
Термины Определения Обозначения
Емкость для пищи Емкость для хранения, приготовления, транспортировки и раздачи пищи Е Ч Л
Вкладыш перфори- рованный Емкость с перфорированными стен- ками и днищами для варки, приго- товления на пару, а также тран- спортировки, хранения и раздачи пищи м Доооооо/ \ о о о о о / \ о о о о о о/
Крышка Приспособление для закрывания ем- костей и вкладышей <
и [X
[1 Ч U
Противень
Емкость для выпечки и жарки кули-
нарных и кондитерских изделий,
а также для хранения полуфабри-
катов и готовых продуктов
Решетка
Поднос
Приспособление для размещения на
нем при дефростапии, выпечке и хра-
нении пищевых продуктов непосред-
ственно, а также в таре
Емкость для транспортировки гото-
вых блюд, а также для установки
порционных блюд при раздаче
вания буфетов и баров и вспомогательного оборудования соответ-
ствуют друг другу и строго регламентированы стандартами СЭВ
(соответственно СТСЭВ 763—77, СТСЭВ 762—77 и СТСЭВ
764—77), что позволяет организовать высокомеханизированный
поток продуктов от предприятий пищевой, мясо-молочной промыш-
ленности, рыбного и плодоовощного хозяйства до предприятий об-
Рис. 13.1. Габариты функциональных
емкостей
шественного питания и внутри послед-
них, которые при этом превращаются в
предприятия-доготовочные.
Формы функциональных емкостей,
их определения и обозначения приве-
дены в табл. 13.1.
Основными размерами функциональных емкостей являются га-
бариты: длина L; ширина В; высота Н. Функциональные емко-
сти — емкости модулированные. Модуль установлен по длине и
ширине и равен 530X325 мм. Габариты функциональных емкостей
определяются в соответствии с рис. 13.1 и табл. 13.2.
Высота функциональных емкостей также регламентируется
стандартом СДВ. Основные размеры в зависимости от высоты
функциональных емкостей должны соответствовать данным табл.
13.3.
Табл и ц а 13.2
Размеры функциональных емкостей по модулю
Условные номера функ- циональных емкостей Модули Размеры функциональной емкости, мм
длина ширина
0 2 650 530
1 1 530 325.
2 2/3 354 325
3 1/2 325 265
4 1/3 325 176
5 1/4 265 162
6 1/6 176 162
7 1/9 176 108
Таблица 13.3
Предпочтительные размеры функциональных емкостей
Функциональная емкость Н, мм Условный номер функциональной емкости
0 I 2 3 4 5 6 7
20 X X
65 X X
Емкость для пищи 100 X X X X X X X
150 X X X X X X
200 X X X
Вкладыш перфориро- ( 140 X X
ванный \ 190 X
Крышка 0 X X X X X X X
Противень 20 X X
Решетка 0 X X
Поднос 20 X X
П рижечавие. Раамером ,С" обозначена толщина гонструквдонкого материала.
К материалам, применяемым для изготовления функциональ-
ных емкостей, предъявляются следующие требования: они долж-
ны быть разрешенными для соприкосновения с пищевыми продук-
тами и устойчивыми к воздействию температур от 223 до 573 К,
13.2. КОМПЛЕКТ ТЕПЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ j
В соответствии со СТСЭВ 764—77 под тепловым технологиче-
ским оборудованием понимается оборудование, предназначенное
для тепловой обработки пищевых продуктов (варка в воде или на
пару, выпечка, жарка, разогрев и т. д.). Это секционное модули-
рованное оборудование, сконструированное в виде секции в соот-
ветствии с единым модулем. Для оборудования, работающего
с функциональными емкостями, установлен единый модуль —
100 мм, которому должны быть кратны длина L и ширина В:
L, 5=100 • п,
где коэффициент краТности п = 1, 2, 3...
В обоснованных случаях для L допускается п = 4,5.
Ширина оборудования В не должна превышать 900 мм, высо-
та Н —2000 мм. Высота до рабочей поверхности Н равна 900 мм
(допускается 850 мм).
Предпочтительные размеры теплового оборудования показаны
на рис. 13.2. Внутренний объем оборудования, в котором осу-
ществляются процессы тепловой обработки непосредственно или
в функциональных емкостях (функциональный объем), должен со-
ответствовать размерам функциональных емкостей.
В соответствии со стандартом СЭВ Люберецким СКБТМ раз-
работан комплект электротеплового и вспомогательного оборудо-
вания, в состав которого входят: котлы КЭ-100, КЭ-160 и КЭ-250;
устройства электрические варочные УЭВ-40 и УЭВ-60; плиты
ПЭ-0,17, ПЭ-0,51 и ПЭ-0.51Ш; шкафы ШЖЭ-0,51 и ШЖЭ4),85;
пароварочный аппарат АПЭ-0,23; сковороды СЭ-0,22 и СЭ-0,45;
фритюрница ФЭ-20; местные вентиляционные отсосы МВО-1,2,
М.ВО-1,6, МВО-2, МВО-0,5; вставки В-500, В-400 и В-300; ферма
ФП-1,2; столы производ-
ственные СП-1200,
СПММ-1500 и СПМ-
1500.
Конструирование это-
го оборудования осуще-
Рис. 13.2. Предпочтительные
размеры модулированного теп-
лового оборудования
L = 500, 900, 1000, 1500 мм;
В = 900 мм, Н = 900 мм
стойки для вентиляционных отсосов
(рис. 13.3), и монтаж на подставке
Рис. 13.3. Модулированное тепло»
вое оборудование на металло-
конструкции»
1 — фермы; 2 — жарочные шкафы:
3 — вставки; 4 — местные вентиля-
ционные отсосы
ствлялось на основе блоч-
ной системы в двух вариан-
тах: монтаж оборудования
на металлоконструкции,
выполняющей роль под-
ставки и одновременно
при групповой компоновке
при установке каждого дан-
ного аппарата отдельно (не в блоке). Оборудование использует-
ся на предприятиях-доготовочных в соответствии со схемой (рис.
13.4), Особенностью устройства этого оборудования является
адаптация формы и размеров его рабочих камер и органов (функ-
циональных объемов, площадей жарочных поверхностей и т. п.)
к формам и размерам функциональных емкостей. Так, например,
варочные сосуды стационарных, передвижных котлов и варочных
устройств — прямоугольные, размеры площадей жарочных по-
верхностей плит и сковород позволяют обеспечить максимальное
их использование и т. п.
Применение комплекта оборудования с функциональными емко-
стями позволяет механизировать трудоемкие процессы приготов-
ления и раздачи пищи, увеличить коэффициент использования
рабочих поверхностей и объемов, снизить материале- и энергоем-
кость оборудования, существенно сократить производственные пло-
щади под оборудование. Использование такого оборудования по-
вволяет повысить производительность труда и улучшить каче-
ство пищи.
Кроме того, применение на предприятиях общественного пита-
ния оборудования, приспособленного для работы с функциональ-
ными емкостями, способствует максимальной ликвидации перева-
лок продукции в процессе ее приготовления и транспортирования.
Создаются благоприятные условия для механизации подъемно-
транспортных работ. Это особенно важно, если учесть, что в об-
щественном питании в основном заняты женщины.
Внедрение данного вида оборудования является одним из важ-
нейших направлений индустриализации общественного питания на
базе комплексной механизации и автоматизации важнейших про-
изводственных процессов.
Рис. 13.4. Схема использования комплекта модулированного оборудования на предприятиях - доготовочных:
1 — передвижные контейнеры; 2 — передвижные стеллажи; 3 — Комплект теплового оборудования; 4 — подъемная тележка;
5 — передвижной котел; 6 — жарочный шкаф; 7 — пнщеварочный котел; 8 — передвижной котел; 9 — холодильный шкаф;
10 — тележка с подъемной платформой; 11 — передвижной мармнт; 12 — передвижной тепловой шкаф; 13 — варочное устройст-
во;. 11 — линия самообслуживания
Раздел 3
ГАЗОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Глава 14
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГАЗОВОМ ОБОГРЕВЕ
И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАЗА
Целесообразность сжигания газа в технологических аппаратах
предприятий общественного питания подтверждается следующими
двумя примерами. Первый пример: в табл. 14.1 дается определе-
ние стоимости энергоносителя, необходимого для доведения до
кипения воды, содержащейся в варочных сосудах электрического
р газового пищеварочных котлов одинаковой вместимости.
Таблица 141
Вид обогрева Величины
Вмести- мость варочного сосуда, дм3 Время доведения воды до кипения, ч Расход энергоно- сителя, кВт-ч, м3/ч Стоимость 1 кВтч электро- энергии, коп. Стоимость 1 м3 при- родного газа, еоп. Стоимость энергоносителя, затраченного на процесс доведения во- ды до кипения коп.
Электрический . . 250 1 30 2 2-30=60
Газовый 250 1 5 '— 2 2-5=10
Таким образом, стоимость энергетической составляющей экс-
плуатационных расходов при использовании газового котла
в шесть раз меньше, чем при применении электрического1.
Второй пример: сравним также оба эти котла по коэффициенту
использования тепла. Электрический пищеварочный котел полу-
чает электроэнергию из сети, в которую она поступает от электри-
ческих станций, объединенных в энергетические кольца. В настоя-
щее время (и в ближайшем будущем) основными поставщиками
электроэнергии в эти кольца являются мощные базовые конден-
1 В практике эксплуатации газовых и электрических аппаратов расходы на
топливо в последних в 7—8 раз выше.
сационные электростанции. В паровом котле вырабатывается пере-
гретый водяной пар с давлением 23 МПа и температурой 560° С,
который поступает в турбину н, вращая ее ротор, расширяется до
абсолютного давления 3—5 кПа. На одном валу с турбиной рас-
положен электрогенератор, отдающий электроэнергию в кольцо.
Пар после турбины конденсируется, проходя по трубкам конденса-
та б ли ц а 14.2
Год Добыча газа, млрд. м3/год Длина магистральных газопроводов, тыс. км Диаметр магистраль- ных газопроводов, мм
1960 60 20 5С0
1970 170 70 1020
1980 400 140 1220
19901 780 225 1420
1 Перспективные величины.
тора, омываемым проточной водой. Конденсат перекачивающими
насосами вновь подается в паровые котлы и превращается в пар.
При конденсации пара с охлаждающей водой теряется до 65%
тепла, выделившегося при сжигании топлива в паровом коТле; при
наличии сложной регенеративной системы подогрева питательной
воды паром, отбираемым в небольшом количестве из цилиндров
турбины, и сверхкритических его начальных параметрах к. п. д.
подобной станции не превышает 35% и в среднем составляет30%.
Подобные станции работают в основном на природном газе и
жидком топливе. К. п. д. электрических пищеварочных котлов не
превышает 80%. Таким образом, общий коэффициент использова-
ния тепла, выделяющегося прн сжигании топлива, составляет
г: = т1эС-т111к = 0,3 0,8 = 0,24 (24%).
Если же сжигать газ непосредственно в газовом пищеварочном
котле, то этот к. п. д. превысит 60%.
Поэтому наряду с электрическим оборудованием на предприя-
тиях общественного питания в целях экономии энергоресурсов це-
лесообразно использовать н газовое оборудование, несмотря на его
большую сложность, необходимость в газовых сетях н коммуника-
циях, высокие требования к приборам, обеспечивающим безопас-
ную эксплуатацию.
Основным газовым топливом, используемым в промышленно-
сти, коммунальном хозяйстве и на предприятиях общественного
питания, служит сухой природный газ, основной горючей
компонентой которого является метан (СН4).
О динамике добычи этого газа и росте газовых магистралей
свидетельствуют данные, приведенные в табл. 14.2.
В 1970 г. доля газового топлива в общем топливном балансе
страны равнялась 24,6%, в 1975 г.— 33%, причем коммунально-бы-
товые потребности составили около 6% общего количества добы-
того природного газа. Одной из наиболее достоверных гипотез
образования природных газов и нефти является органическая,
согласно которой первоисточником являются растительные и жи-
вотные организмы, подвергшиеся длительному воздействию биохи-
мических и геологических процессов. Схема газоносного слоя
изображена на рис. 14.1. Между газоупорными (а) и газонефтенос-
ными (б) слоями могут скапливаться либо сухие газы, запирае-
ИрАяь земли.
УраИень земли.
Рис. 14.1. Схемы газо- и нефтеносных пластов:
а — газоносный пласт; б — газонефтеносный пласт
мые снизу гидрозатвором грунтовых вод (а), либо жирные газы,
находящиеся над поверхностью нефти, имеющей снизу также под-
пор грунтовых вод (б). Если уровень грунтовых вод ниже поверх-
ности земли на 1000 м, то газы имеют давление около 10 МПа
и с этим давлением выходят наружу при бурении скважины. При
выходе на поверхность давление нефти снижается до атмосфер-
ного и содержащийся в ней газ в количестве 200—400 м3 на 1 т
отделяется от нефти и направляется на газобензиновые заводы
для получения бензинов и сжиженных газов. Газ, получаемый при
добыче нефти, называется попутным или жирным. Он содержит
тяжелые углеводороды и имеет низшую теплоту сгорания (см.
ниже) до 50 000 кДж/м3. Кроме метана (СН4), жирные газы со-
держат предельные углеводороды, этан (С2Н6), пропан (С3Н8),
бутан (C4Hio), пентан (C5Hi2), а также непредельные углеводоро-
ды с общей формулой CmH2m.
Природный сухой газ содержит до .98% метана. В Москве,
например, к природному газу подмешивается некоторое коли-
чество искусственного газа, получаемого на Расторгуевском кок-
согазовом заводе.
Характерный состав московского смешанного газа: СН4 —
95,28%; СО2 —0,12; СО —0,25; N2 —2,76; О2 —0,61; Н2 —0,92;
CmHu —0,06%.
2 = 100,00%. Содержание влаги 10 г/м3, низшая теплота сгора-
ния 33500 кДж/м3.
Получаемый из скважины сухой газ транспортируется к местам
потребления по магистральным газопроводам на расстояние в не-
180
сколько тысяч километров. Когда его давление упадет до 2 МПа,
установленные на магистрали газотурбинные компрессорные под-
качивающие станции повысят его до 7 МПа для дальнейшей транс-
портировки. В городах- газ распределяется по газовым сетям низ-
кого (^5 кПа), среднего (5—300 кПа) и высокого (300—
1200 кПа) давления. К первым подсоединяются коммунально-бы-
товые потребители и газовые аппараты предприятий общественно-
го питания, ко вторым — небольшие котельные и промышленные
предприятия, к третьим — крупные промышленные печи и энерге-
тические паровые котлы. Наиболее известные газовые месторож-
дения— Газлинское, Тюменское, Шебелинское, Дашавское, Став-
ропольское. Большие запасы природного газа обнаружены в
Западной Сибири, в Уренгойском месторождении, которые, по
данным института геологии Сибирского отделения АН СССР,
составляют значительную часть разведанных запасов природно-
го газа.
Примерами магистральных газопроводов являются трассы
«Средняя Азия (Газли) — центр» протяженностью свыше 3000 км
при диаметре труб 1020 мм, «Ставрополь — Москва — Ленин-
град»— около 2000 км, «Газли — Урал — Сибирь», «Дашава —
Киев — Львов» и др.
Помимо природных газов, промышленное применение, в особен-
ности в Западной Европе, не имеющей запасов природного газа,
находят искусственные газы, к которым в основном относятся кок-
совый и генераторный газы и их модификации. /
Коксовый газ получается при коксовании каменных углей с целью по-
лучения кокса для доменных процессов. При коксовании измельченный каменный
уголь нагревается без доступа воздуха до 1100° С в коксовальных печах. При
этом уголь разлагается с выделением горючих газов и смол. В результате оста-
ется твердый спекшийся углерод, образующий крупные и прочные куски кокса.
Основными горючими компонентами коксового газа являются водород и окись
углерода. Низшая теплота сгорания коксового газа 16 000—19 000 кДж/м3,
примерный средний состав в % по объему: Н2— 57,60%; СН4 — 22,60; CmHn—
1,90; СО —6,80; СО2 — 2,30; О2 —0,80; N2 — 8%; Q₽ = 16700 кДж/м3.
При температуре 700° С в коксовальных печах можно получить полукоксо-
вый газ с основными горючими компонентами: СН4— 54%; Н2 — 20%; Q£ =
=27 000 кДж/м3.
Генераторный газ вырабатывается в газогенераторах, представляю-
щих собой шахтную печь с расположенной внизу колосниковой решеткой. На
решетку загружается толстым слоем газифицируемый (обычно бурый) уголь.
Под решетку подается воздух, или смесь воздуха, с водяным паром, или смесь
кислорода с водяным паром. В первом случае получается «воздушный» газ с
основными горючими компонентами: Н2—11%; СО—25% и с QP=6500 кДж/м3.
Во втором случае — «паровоздушный» газ с Н2 — 50%; СО — 37%; QP —
= 10 300 кДж/м3. В третьем случае при применении парокислородиого дутья под
давлением га 2 мПа — «парокислородный» газ с Н2 —53%; СО — 23; СН4 —
15%; = 15 700 кДж/м3.
В газогенераторах при продувке воздухом толстого слоя угля интенсивно
образуется СО из-за искусственно организованной неполноты сгорания топлива.
Непосредственно над колосниковой решеткой образуется в основном СО2, кото-
рый, проходя через слой раскаленного угля, находящегося над зоной горения,
восстанавливает СО согласно реакции СО2+С = 2СО, где С — раскаленный уг-
лерод топлива.
Если, кроме воздуха, под решетку подается и водяной пар, то его взаимо-
действие с углеродом приводит к реакции Н2О+С —Н2+СО. Кроме того, вслед-
ствие термического разложения топлива образуется некоторое количество мета-
на и других углеводородов.
Сжиженный газ, состоящий из пропана (>90%) и бутана, содержит-
ся в баллонах в виде жидкой среды, над поверхностью которой находится ее
насыщенный иар при давлении 0,8—1 МПа и температуре 20° С. По мере выхода
паровой фазы через вентиль из баллона и сжигания ее в горелке жидкая фаза
испаряется и пространство над ней остается заполненным насыщенным паром
при том же давлении. Теплота сгорания около 92 000 кДж/м3.
Любой газ представляет собой смесь, включающую такие ком-
поненты, как Нг, N2, О2, СО2, SO2, СО, H2S, СН4, CmHn, где горю-
чими являются: водород (Н2), окись углерода (СО), сероводород
(H2S), метан (СН4), а также тяжелые непредельные (CmH2m)
и предельные (СтН2т+г) углеводороды с общей формулой
CmHn.
В состав этих углеводородов входят этан, пропан, бутан, пен-
тан, этилен (С2Н4), пропилен (С3Нб), бутилен (С4Н8) и другие
тяжелые CmHn углеводороды, в которых т>2 и п>6; они служат
компонентами сжиженных газов, в которых преобладает пропан.
Газовая смесь, которую представляет собой сухой природный
газ, подчиняется законам идеальных газов, и в частности уравне-
нию Клапейрона и закону Дальтона; согласно последнему
п
Pl’
2=1
(14.1)
где р — полное давление смеси, обычно равное атмосферному;
pi — парциальное давление i-й компоненты, равное давлению, ко-
торое она оказывает на стенки сосуда, занимая весь его объем при
температуре смеси. Каждая компонента равномерно распределена
по объему, и общее давление смеси на стенки складывается из
импульсов молекул всех компонент, ударяющихся о стенки
сосуда.
Если сообщить i-й компоненте полное давление смеси р при ее
температуре, то она займет парциальный объем Vi, определяемый"
по уравнению Бойля — Мариотта: pV1=plV, где V — полный объем
п п
смеси. Отсюда = Pi^ или с Учетом формулы
1=1 i=i
" V. п
'(14.1) Vi—V Обозначим—-через п, тогда V у rt— 1/или
1=1 У z=i'
Смесь обычно выражается в виде процентного по объему со-
става компонент как п-100% и т. д. Плотность смеси р может
быть выражена как
<=i
так как в 1 м3 смеси входит Vt=n м3 i-й компоненты (парциаль-
ный объем). Поскольку масса килограмм-молекулы (Моля) равна
молекулярной массе, то плотность выразится как р=—— кг/м3,
где ц— молекулярная масса, кг.
Тогда на основе формулы (14.2) — = у г,- ———,
Г- v " (р- v>i
где о— удельный объем, м3/кг.
По закону Авогадро, объем молей газов, подчиняющихся зако-
ну Дальтона, при одинаковых условиях одинаков; для нормаль-
ных условий он равен 22,4 м3. Отсюда молекулярная масса смеси
(14.3)
z=i
Если газовая смесь находится при давлении р и температуре t,
отличных от нормальных (рНОрм=Ю1 кПа, 1цоРм = 273о С), то со-
гласно закону Гей — Люссака плотность, кг/м3, составит
273 р ...
Р Рнорм 97„ , , • (14.4)
273 + t риорм
Если газовая смесь содержит в 1 м3 d г/м3 влаги, то ее плот-
ность определяется как
Рвлажи=р( 1-— —- (14.5)
Гвлажн 1{Ю0 '
Здесь 805 г/м3 — плотность водяного пара; —-------объем паровой
805
компоненты влажного газа, приходящийся на 1 м3 смеси; 1—
805
м3 — парциальный объем сухого газа, находящегося в 1 м3 влаж-
d
1000’
ного газа;
кг/м3 — масса водяной (паровой) компоненты в
I м3 влажного газа.
Основной характеристикой топлива является его теплота сго-
рания, т. е. теплота, выделяющаяся при сжигании 1 м3 газа или
1 кг твердого или жидкого топлива. При сгорании топлива все
компоненты, содержащие водород, при реакции с кислородом возду-
ха образуют сильно перегретый водяной пар согласно формулам:
2Н2Ч-О2=2Н2О; 2H2S+3O2=2H2O-}-2SO2;
СН4+2О2=:СО2+2Н2О;
Cm/4+(m+-7-)o3=/nCO2+~H2O. (14.6)
В камерах сгорания давление обычно близко к атмосферному,
а температура в результате горения топлива превышает 1000° С«
Поэтому получающийся при сжигании топлива водяной пар силь-
но перегрет. В смеси с продуктами сгорания он покидает каме-
ру и движется по конвективному тракту аппарата к месту выхо-
да в атмосферу. Если водяной пар в аппарате не конденсируется,
то тепло, выделяющееся при конденсации, не используется. Если
же этот пар в аппарате конденсируется, а конденсат переохлаж-
дается, то дополнительно выделяется используемая теплота кон-
денсации и переохлаждения конденсата. В связи с этим различа-
ют высшую и низшую теплоту сгорания.
Высшая теплота сгорания (Qp)—это теплота, выделя-
ющаяся при сгорании единицы объема или массы топлива при
условии, что продукты сгорания (включая водяной пар) охлажда-
ются до температуры окружающей среды; при этом дополни-
тельно выделяется теплота конденсации пара и переохлаждения
конденсата.
Низшая теплота сгорания (Q?) — это теплота, выделя-
ющаяся при сгорании единицы объема или массы топлива при
условии, что продукты сгорания (включая водяной пар) охлаж-
даются до температуры, при которой водяной пар еще не конден-
сируется. Таким образом,
+ (14-7)
где Gn — масса водяного пара, образующегося при сгорании объ-
емной или массовой единицы топлива, кг; г — полная теплота па-
рообразования (конденсации), кДж/кг; ср — изобарная теплоем-
кость воды в интервале между температурой насыщения (ts ° С)
и температурой окружающей среды (t0Kp °C), кДж/(кг-К). В
справочной литературе условно принимают, что r+cp(ts—t0KP) =
=2500 кДж/кг (600 ккал/кг). Индекс р означает, что тепло-
та сгорания относится к полному (рабочему) составу газовой
смеси.
Высшая теплота сгорания экспериментально определяется в
калориметре путем сжигания топлива и охлаждения продуктов
сгорания до температуры окружающей среды. Выделившееся при
этом тепло калориметрируется проточной водой и относится к
объемной или массовой единице топлива [5].
Gn определяется по формуле (14.6) с учетом влажности топ-
лива и воздуха (см. ниже).
Низшая теплота сгорания сухого газа определяется как
т
QS=S (14.8)
7=1
где — теплота сгорания j-й компоненты смеси; г;- — ее объемная
доля; ш—число горючих компонент.
Значения Qy МДж/м3, горючих компонент: Нг—10,8; SO—12,6;
СН4—36,0; С2Н6—83,8; С3Н8—91,3; С4Н10—118,5; С5Н12-146,0;
H2S — 23,5.
Перерасчет низшей теплоты сгорания сухого газа на низшую
рабочую теплоту сгорания газа с влажностью d на 1 м3 газа про-
изводится по формуле
(14.9)
где 1------объем сухой части влажного газа, имеющего объем
805 ?
1 м3.
При определении расхода топлива и других теплотехнических
расчетах рассматриваемого оборудования в основу кладется низ-
шая теплота сгорания. Объясняется это выходом продуктов сго-
рания из аппарата при температуре, при которой не происходит
конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания,
ибо эта конденсация недопустима, так как вызывает коррозию
металлических частей газового тракта и нарушает нормальную
работу газовых горелок. При разработке нового аппарта поверх-
ность нагрева для предотвращения конденсации рассчитывают
так, чтобы температура уходящих продуктов сгорания t>'x (см. гл.
4) была бы не ниже 180° G. При более низкой температуре воз-
можна локальная (местная) конденсация в местах контакта во-
дяных паров с водоохлаждаемыми стенками конвективного га-
зохода.
Естественно, что при определении расхода топлива по Qp его
значение будет больше, чем по
Температура воспламенения газовоздушной смеси
имеет важное значение для организации процесса сжигания топ-
лива.
Это понятие имеет смысл только применительно к смеси го-
рючей компоненты с воздухом, но отнюдь не к горячей компонен-
те как таковой. Окисление горючих компонент может вяло про-
текать и при низких температурах. С их повышением скорость
реакций окисления возрастает вплоть до температуры воспламе-
нения; при ее достижении скорость резко увеличивается и начи-
нается самопроизвольный процесс горения без притока тепла из-
вне. При этом теплопотери газовоздушной смеси в окружающую
среду компенсируются, а в зоне горения выделяется теплота, обес-
печивающая протекание процесса. Итак, температура воспламене-
ния газовоздушной смеси — это та минимальная температура, при
которой смесь воспламеняется и горит самопроизвольно без при-
тока тепла извне.
При сжигании смеси СН4 с воздухом она равна 645° С, для
H2S — 290° С. Ускорение реакции горения происходит лишь в том
случае, если выделяемое тепло Q превышает теплопотерю в окру-
жающую среду Qs, прогрессирует горение при dt —) > 0, величина
\ Qs/
Q пропорциональна объему газовоздушной смеси V, а теплопоте-
ря — поверхности этого объема F, т. е. — пропорционально
т121ь
При равном тепловыделении и одинаковых объемах камер са-
воспламенение наступает раньше в шаровой камере с макси-
V л
мальным — затем в кубической и позднее в камере в виде длин-
Та блица 14.3
Г орючнй газ или смесь
Тип смеси
о
Е
О
Е
О
Е
О
Е
О
Смесь с воз- f Kj
духом 1 К 2
Смесь с кис- ( К,
лородом I К2
12,5
74,0
15,5
94,0
5,3
15,0
5,1
61,0
3,0
12,5
3,0
66,0
2,2
9,5
2,3
55,0
1.9
8,5
1,8
48,0
21,0
74,0
5,5
31,0
ного параллелепипеда или цилиндра, т. е. с уменьшением диамет-
ра сосуда условия для самовоспламенения смеси ухудшаются
V Q
из-за малого соотношения — и т. е. в результате сильного
влияния теплопотерь.
При определенном диаметре канала, называемом критическим,
зажженная смесь гаснет. Например, для стехиометрических (см.
ниже) смесей метана с воздухом критический диаметр канала ра-
вен 2 мм. Это явление впервые было использовано Г. Деви, соз-
дателем безопасных шахтерских пламенных ламп, в которых
камера сгорания была окружена сеткой с ячейкой, имеющей диа-
метр ниже критического, что препятствовало проникновению пла-
мени лампы через сетку и его контакту со взрывоопасной смесью,
если такозая имелась в шахте. Пределы воспламенения газовоз-
душной смеси определяются концентрацией горючей компоненты.
При концентрации ниже Ki % по объему смесь не воспламенится
из-за малого количества горючего газа, а при концентрации вы-
ше К2 % —из-за недостатка воздуха.
Оптимальные условия для самовоспламенения горючей смеси
создадутся при ее стехиометрическом составе, т. е. когда в сме-
си находится количество воздуха, необходимое для ее полного
сгорания. При этом температура воспламенения будет мини-
мальной. Значения Ki и К2 при t—20° С приведены в табл. 14.3
[17, 26].
К1 и Кг могут быть определены по формуле Ле Шателье:
(14.10)
где Ki — нижний или верхний концентрационные пределы (Ki или
Кг) i-й горючей компоненты. Эта формула применима для смесей
с малым количеством инертных газов (N2, СО2, Н2О). В против-
ном случае пределы Ki~Кг сужаются и могут быть найдены по
графикам [21].
С увеличением температуры газовоздушной смеси пределы
Ki—Кг расширяются, а при температурах, превышающих темпе-
ратуру воспламенения, газовоздушная смесь сгорает в наиболее
широких концентрационных пределах. На температуру воспламе-
нения влияют также качество перемешивания горючих компонент
с воздухом, форма и размеры камеры сгорания, тип смесительно-
го устройства, давление газовоздушной смеси. Например, при
повышении давления от 0,1 до 20 МПа концентрационные преде-
лы Ki—Кг растут от (5—15) до (3—60), т. е. приблизительно в
шесть раз, в основном из-за роста Кг; при росте температуры от
20 до 700° С концентрационные пределы метано-воздушной смеси
расширяются от (5,3—15) до (3—20), т. е. приблизительно в 1,7
раза.
Скорость распространения пламени является
важным фактором процесса сжигания топлива. При так называе-
мом ламинарном горении смешения газа с воздухом происходит
только путем молекулярной диффузии. При турбулентном горении
это смешение имеет вихревой характер вследствие соударения сло-
ев газа и воздуха при их неупорядоченном движении. Наиболее
четкой физико-аналитической интерпретации поддается ламинар-
ное горение, закономерности которого в определенной мере могут
быть отнесены и к турбулентному горению. При выходе из огне-
вого отверстия горелки одного лишь горючего газа все необходи-
мое для его сжигания количество воздуха подводится за пре-
делами огневого отверстия в камере сгорания путем диффузии
воздуха в газовую струю и посредством конвективного перемеши-
вания газа и воздуха. Вид факела при этом схематично представ-
лен на рис. 14.2, а.
Из огневого отверстия диффузионной газовой горелки выходит
только горючий газ, образуя почти правильный конус 1. Затем к
газу в камере сгорания постепенно подмешивается путем диффу-
зии и конвекции воздух, образуя конус горения 2. Последний име-
ет вытянутую форму, что объясняется в разделе, описывающем
газовые горелки (см. рис. 15.2). Инжекционный факел, схема ко-
торого Приведена на рис. 14.2, б, имеет три конуса, средний 4 из
которых образован факелом горения газовоздушной смеси, вы-
ходящей из огневого отверстия 6 и состоящей из горючего газа
и первичного воздуха, инжектируемого смесительным устройством
инжекционной газовой горелки (см. раздел «Газовые горелки»).
Внутренний конус 3 образуется этой смесью до начала ее горе*
ния; последнее происходит на его границах. На границах же ко*
Рис. 14.2. Диффузионный и инжекционный факелы:
а — схема диффузионного факела: 1 —• конус газа; 2 — конус горения; б —
схема инжекционного факела: 3 — газовоздушная смесь; 4 — конус горения
с участием первичного воздуха; 5 — конус догорания с- участием и вторич-*
ного воздуха; 6 — огневое отверстие; в — фронт ламинарного горения ин-
жекционного факела: 1 — огневой канал; 2 — векторы скорости выхода га-
зовоздушной смеси; 3 — конус фронта горения; г — векторы скоростей фрон-
; та горения
нуса 4 образуется основной фронт горения смеси газа и первич-
ного воздуха. Наружный конус 5 является зоной догорания газо-
воздушной смеси с участием и вторичного воздуха, подмешивае-
мого к факелу, начиная с границ конуса 4 и по всей зоне конуса
5 путем диффузии и конвекции. Конусы (/, 2, 3 и 4) хорошо вид-
ны, хотя имеют различные светимости и прозрачность (см. 15.2).
Рассмотрим границы конуса 4, являющегося основным фронтом
горения газовоздушной смеси инжекционной горелки. При лами-
нарном горении он может быть представлен правильным кону-
сом, изображенным на рис. 14.2, в. Эпюра скоростей ламинарного
инжекционного факела состоит из параллельных вертикальных
векторов скорости смеси газа и первичного воздуха 2. Скорость
смеси на поверхности 3 фронта горения wc (см. рис. 14.2, г)
можно разложить на нормальную wH=wccos(p и тангенциальную
wT компоненты. Первая характеризует скорость подхода смеси по
нормали к фронту горения, вторая — скорость движения смеси
Вдоль этого фронта. Скоростью распространения пламени при ла-
минарном горении wp называется та скорость, с которой ламинар-
но движущаяся газовоздушная смесь прогревается до температу-
ры воспламенения. Фронт горения 3 будет стабильным, т. е. не ста-
нет менять своего положения относительно огневого отверстия 1
при wH=wp (при равных по величине, но противоположных по
направлению указанных скоростях). При wH<wp фронт горения
будет приближаться к устью огневого отверстия и проникать
внутрь его, что соответствует явлению проскока пламени. При
wH^>wp произойдет обратное явление, т. е. фронт горения удалит-
ся от огневого отверстия, конус факела оторвется от него и горе-
ние станет неустойчивым (отрыв пламени). Условие устойчивости
фронта горения характеризуется равенством
л d'd
=w . 1/см. (14.11)
Здесь d0 и F — диаметр основания, м, и боковая поверхность
фронта горения, м2; VCM — секундный объем газовоздушной смеси,
вытекающей из огневого отверстия, м3/с; wc и wH — среднеинте-
гральные по конусам горения скорости wc и wH, м/с, Таким обра-
зом, при устойчивом горении в любой точке поверхности конуса
горения (фронта горения) нормальная составляющая скорости га-
зовоздушной смеси wH равна скорости распространения пламени,
нормально направленной от указанной поверхности в сторону, про-
тивоположную wB.
Наибольшей скоростью распространения пламени обладает
стехиометрическая водородно-воздушная смесь (wp=4,88 м/с),
наименьшей — метано-воздушная (wp=0,67 м/с). Подогревание
смеси вызывает увеличение wp, а ее охлаждение — уменьшение.
По этой причине скорость распространения пламени максимальна
вблизи вершины конуса горения и минимальна у устья огневого
отверстия. При переходе ламинарного факела в турбулентный
длина его вследствие увеличения скорости истечения смеси из ог-
невого отверстия увеличивается до некоторого максимума, после
чего конец факела завихряётся. Затем турбулизация охватывает
факел по всей его длине, которая стабилизируется независимо от
дальнейшего увеличения скорости [21].
Турбулентный факел приобретает размытый прерывистый вид
и пульсирующий режим.
Теоретически необходимое количество кис-
лорода и воздуха для полного сжигания 1 м3 горючего га-
за в м3/м3 определяется на основании реакций горения горючих
компонент:
1/0 =0,5-^ 4-0,5 —4-2^4-1.б —+
°2 100 100 100 100 \ 4 /
хс^о2> (14.12)
100 100
1/0 =У0=—— • vo =4,76 Vo. (14.13)
Здесь Н2, СО и т. д. горючие компоненты газа, выраженные в
процентах по объему. Коэффициенты в формуле (14.11) получены
на основе реакций горения:
2Н24-О2=2Н2О; 2СО4-О2=2СО2;
СН44-2О2=2СО24-Н2О;
CmH„4-(m+—Vo2=mCO24--^H2O.
\ 4 / 2
Так как согласно закону Авогадро объемы молей при одина-
ковых условиях равны, то на один объем Н2 приходится 0,5 объе-
ма О2, а на один объем CHU — 2 объема О2 и т. д.
Теоретический объем воздуха м3/м3 можно определить по при-
ближенным формулам, пригодным для инженерных расчетов:
при QP < 10,467 МДж/м3 К,=0,21 Q₽; (14.14)
при QP > 10,467 МДж/м3 Уо=О,2б Q₽. (14.15)
Эти значения соответствуют стехиометрическому составу газо-
воздушной смеси, в которой коэффициент избытка воздуха
т. е. избытка воздуха нет и его действительный объем Уд
равен теоретически необходимому Vo-
Ko эф фицие нт избытка в оз д у х а ат в камерах сгора-
ния (топках) зависит от вида топлива (газа), а также от типа
газогорелочного устройства и камеры сгорания. Для рассматри-
ваемых газовых анпаратов ат= 1,05—1,6. Необходимое для сжига-
ния газа количество воздуха должно обеспечивать надлежащую
полноту сгорания. В соответствии со строительными нормами и
правилами (СНИП) содержание в продуктах сгорания СО-)-
H-H2-j-CH6 при а— I и организованном отводе продуктов сгорания
не должно превышать 0,15% по объему. Так как природный газ
ие имеет запаха, для обнаружения его утечки газу придают рез-
кий запах посредством введения одоранта — этилмеркаптана в ко-
личестве. 0,2-10-8 объемной доли.
Объем продуктов сгорания 1 м3 газа в м3/м3 опре-
деляется следующим образом:
1/пс= V'ne + УВп>
где Упс, У*с, Увп — соответственно объемы продуктов сгорания,
сухих продуктов сгорания и водяных паров, получаемые при сго-
рании 1 м3 газа, м3/м3.
^с=^ + (а-1)У0,
где УС объем сухих продуктов сгорания без воздуха. Второй
псо
член правой части — это объем избыточного воздуха, кислород ко-
торого не участвовал в реакциях горения.
^c = VR02+FKs’
где Уко и УК! — объемы трех- и двухатомных газов в сухих про-
дуктах сгорания, приходящиеся на 1 м3 сжигаемого газа.
yR0 =0,01 (СО + СО2 + SO2 + HaS 4- CM, + £rnCmtf„). (14.16)
В скобках указан объемный процент тех компонент горючего га-
за, которые либо являются трехатомными, либо образуют их при
горении. Наличие в скобках нетрехатомных газов (СО, СН4,
CmHn) объясняется тем, что при их сгорании получается равное
по объему количество трехатомных продуктов сгорания. При сжи-
гании углеводородов объем трехатомных продуктов сгорания пре-
вышает их объем в m раз:
СтНл +1т 4- —О2=т СО2 -ф — Н2О,
\ 4 / 2
т. е. 1 молю СО, H2S, СН4 соответствует равный по объему 1 моль
СО2, SO2, а 1 молю CmHn соответствуют т молей СО2. Так как по
закону Авогадро объемы молей при одинаковых условиях равны
(при нормальных условиях 22,4 м3), то становится ясной форму-
ла (14.16).
I/r=O,79 1Zo + ^, (14.17)
где 0,79 Vo — объем азота, содержащегося в теоретически необхо-
димом количестве воздуха и освободившегося в результате реак-
ции горения, м3/м3, а —объем азота в горючем газе, м3/м3.
Оба объема отнесены к 1 м3 сжигаемого газа. Весь этот азот
вместе с собственно продуктами сгорания проходит по всему аэро-
динамическому тракту газового аппарата.
1/вп=0,01 (Н2 + 2 СН4 + 2 СтН„) + 0,00124 (rfr + а VЛ). (14.18)
Здесь dr и dB — влагосодержание горючего газа и воздуха, г/м3.
Эта формула объясняется так же, как и формула (14.16):
2Н2 + О2=2Н2О; СН4 + 2О2 = СО2 + 2 Г1,О;
СтН„-ф//п + — 1 • О2 = тпСО2 + —Н2О,
\ 4 / 2
t. e. ва 1 моль H$ приходится 1 моль Н2О, СН*— 2 моля Н20,
CmHn-----^-моля Н2О, 0,00124 м3/г — удельный объем водяных па-
ров в продуктах сгорания.
Связь между объемами продуктов сгорания при нормальных
условиях (рн= 101,4 кПа, ТЯ=273К) Т« и условиях, отлича-
ющихся от нормальных (р, кПа, Т, К) Н»’ст на основании законов
идеальных газов представлена формулой
^сТ= ^н’ Т“ (14.19)
2/о р
где t=(T—273)°С.
Г л а в a 15
ГАЗОПРОВОДЫ И ГАЗОВЫЕ ГОРЕЛКИ
15.1. ГАЗОПРОВОДЫ
Как было отмечено в гл. 14, предприятия общественного пита-
ния присоединяются к газовой сети низкого давления (до 5 кПа)
(см. рис. 15.1, а) [23]. Эта сеть имеет наружные или уличные уча-
стки либо внутренние участки, расположенные на территории
Рис. 15.1. Газопровод:
а — схема газопровода: 1 — ог*
раждение территории предприятия;
2 — городская сеты 3 — отключа*
ющее устройство; 4 — уровень зем-
ли; 5 — подземный внутренний
газопровод; 6 — стена здания; 7 —
газовый ввод; 8 — запорное уст*
ройство; 9 — газовый стояк; 10 —
разводящий внутрицеховой газо*
провод; 11 — газовый подвод я
тепловому аппарату; 12 — газовый
кран перед тепловым аппаратом;
13 — разводящий газопровод, под*
водящий газ к стоякам;
газорегуляторного пункта: 1 — га»
зопровод среднего давления; 2 — задвижка;
3 — фильтр; 4 — предохранительный клапан;
5 — регулятор давления; 6 — газопровод низ»
кого давления
предприятия общественного питания 5 и внутри здания. Ввод на
территорию снабжен отключающим устройством 3, от которого
отходит подземный газопровод 5, прокладываемый по террито-
рии предприятия до ввода в здание. Ввод в здание 7 представля-
ет собой участок, соединяющий подземный газопровод, проходя-
щий по территории, с отключающим устройством 8 в виде за-
движки, расположенным, внутри здания. От отключающего устрой-
ства отходит разводящий газопровод 13, распределяющий газ
между вертикальными газопроводами (стояками) 9. К последним
присоединяются цеховые газопроводы 10, от которых делаются
отводы к тепловым аппаратам И (рис. 15.1, а).
Городская газовая сеть низкого давления представляет собой
кольцевой газопровод, выполненный из сваренных между собой
стальных труб, заглубленных в грунт и покрытых антикоррозион-
ной битумной изоляцией. Глубина прокладки делается больше
глубины промерзания грунта и при всех условиях составляет не
менее 0,8 м. Сеть низкого давления получает газ от сети средне-
го давления через регуляторные станции, схема которых приве-
дена на рис. 15.1, б и дополнительных пояснений не требует. На
участках среднего и низкого давлений установлены контрольные
манометры. В регуляторе давления осуществляется дрос-
Рис. 15.2. Арматура»
а — схема задвижки: 1 — корпус»
2 — фланцы; 3 — полотно; 4 —
уплотнения; 5 — шток; 6 —• верх»
ний фланец; 7 — резьбовая втул-
ка; 8 — штурвал; 9 — букса; 10 —•
сальниковая набивка;
б — проход газопровода сквозь
перекрытие и етеиу: 1 — газопро-.
вод; 2 — прокладка; 3 — гильза; -
4 — перекрытие или стена (при
повороте рисунка на 90’); б —
алебастровая заделка;
в — пробочный кран: 1 — натяж-
ная тайка; 2 — корпус е резьбо-
выми штуцерами; 3 — наконечник
под ключ; 4 — пробка; fi — про-
рези в пробке;
г — вентиль: 1 — корпус; 2 — пе-
регородка; 3 — штуцера; 4 — сед-
ло; 5 — тарелка; б — шпиндель;
7 — штурвал; 8 — букса; 9 —
сальниковая набивка; 10 — резь-
бовая втулка
селирование потока газа среднего давления до уровня, необходи-
мого для сети низкого давления, и автоматическое поддержание
этого уровня при переменном расходе газа.
Предохранительный клапан перекрывает доступ га-
зу в газопровод потребителя при давлении, выходящем за установ-
ленные нижний и верхний пределы.
Фильтр служит для очистки газа от пыли и прочих загряз-
нений и выполняется в виде корпуса с сетчатой съемной перего-
родкой, заполненной конским волосом, пропитанным минераль-
ным маслом.
Задвижка (рис. 15.2, а) имеет литой чугунный корпус 1
с присоединительными фланцами 2. Проход газа может быть пе-
рекрыт стальным полотном 3, если оно опущено, как показано на
рисунке. В местах 4 полотно уплотнено, что устраняет утечку га-
за в зазоры между полотном и направляющими. Полотно, пред-
ставляющее собой прямоугольную пластину, соединено со штоком
5, имеющим резьбовое соединение со втулкой 7, связанной с кор-
пусом. Вращением штурвала 8 перемещают шток с полотном в
вертикальном направлении. Место выхода резьбового сочленения,
соединенного со штурвалом, из корпуса уплотнено с помощью
буксы 9, нажимающей на сальниковую набивку 10 путем ввинчи-
вания буксы в корпус.
Газовый ввод в здание представляет собой стальнуютру-
бу диаметром 2^50 мм и прокладывается ва глубине 2>О,8 м под
землей, проходя через цокольную часть здания. В конце -ввода
устанавливается задвижка (при диаметре трубы 100 мм) или
пробочный кран (при d<100 Мй).
7 Заказ № 267
Узлы прохода газопроводов сквозь стены и перекрытия здания
представлены на рис. 15.2,6. При проходе через перекрытия а =
— 50 мм, через стены — а—30 мм. Перед тепловым аппаратом на
подводящем газопроводе должен быть установлен пробочный кран,
конструкция которого ясна из рис. 15.2, в. Из-за больших усилий
поворота пробочные краны применяют для газопроводов диамет-
ром до 70 мм. При 70<d<100 мм устанавливают вентили, прин-
ципиальная схема которых понятна из рис. 15.2, г.
Его отличие от описанной выше задвижки заключается в заме-
не ее полотна тарелкой 5, опускающейся на седло 4, в результа-
те чего закрывается проход газу через вентиль.
После монтажа газопровода его подвергают испытаниям на
плотность и прочность. Газопроводы низкого давления, применяе-
мые на предприятиях общественного питания, испытывают на
прочность сжатым воздухом с абсолютным давлением 200 кПа
и на плотность—120 кПа. Газопровод пригоден при падении дав-
ления ^0,1 кПа в час. По окончании испытаний исправный газо-
провод окрашивают желтой масляной краской. Монтаж и испыта-
ние газопроводов и газовых тепловых аппаратов производятся
специализированными организациями под наблюдением Госгор-
технадзора.
При утечке газа из неисправного газопровода (или тепловых
аппаратов) может образоваться взрывоопасная концентрация га-
зовоздушной смеси. Если при этом появится источник воспламе-
нения (зажженная спичка, искра выключателя и т. п.), смесь мо-
жет взорваться, ибо в случае ее воспламенения не в потоке, а в
состоянии покоя (в замкнутом объеме) скорость распростране-
ния пламени может достичь 3500 м/с, что приведет к почти мгно-
венному взрывному сгоранию смеси и тяжелым аварийным по-
следствиям.
Поэтому газопровод и тепловые аппараты должны подвергать-
ся систематическому профилактическому обследованию с целью
выявления и устранения мест утечки газа. Утечка газа выявляет-
ся путем смачивания мыльной водой соединений газопровода,
аппарата и предполагаемых мест утечки. Утечка газа связана так-
же с вредным его воздействием на организм человека. Такие га-
зы, как СО и Ня, в большом количестве входящие в состав искус-
ственных газов, оказывают отравляющее действие на организм,
а СОя и природные сухие газы, содержащие в основном метан,—
удушающее, ибо вытесняют из помещения воздух.
В здании газопровод должен быть проложен с минимальным
количеством поворотов и иметь минимальную длину во избежание
недопустимого падения давления газа. На участке «газовый ввод—-
наиболее удаленный тепловой аппарат» падение давления не долж-
но превышать 15% давления на газовом вводе. Сопротивление га-
зового тракта подсчитывается по приведенным в гл. 4 формулам
(4.40,4.41).
При определении общего сопротивления газопровода можно
также использовать метод эквивалентных длин, суть которого за*
ключается в замене местных сопротивлений сопротивлениями по
длине участка, имеющего длину, «эквивалентную» местному со-
противлению.
. > 1э р W1 , о w3 - , id,
=’ • -4-. откуда /9 = —;
а 2. 2 А.
i + 2 i9,
Ьр=^ра + Ьрм = Х--------. -t|2=X • (15.1)
п
где /пр=^ + 2 —приведенная длина рассчитываемого уча-
i=t
стка газопровода, м.
я п п
при 5=1 z9I=y;
15.2. ГАЗОВЫЕ ГОРЕЛКИ
Типы и общие требования
Газовые горелкн, применяемые в рассматриваемом оборудова-
нии, служат для подачи в камеру сгорания теплового аппарата
горючего газа (диффузионные горелки), либо горючего газа, час-
тично смешанного с воздухом (инжекционные пламенные горел-
ки, называемые также горелками частичного смешения), либо го-
рючего газа, полностью смешанного с воздухом, необходимым для
его полного сгорания (инжекционные беспламенные горелки, на-
зываемые также инжекционными радиационными горелками, или
инжекционными горелками полного смешения). В случае если
весь воздух, необходимый для полного сгорания газа, подается
в горелку принудительно, термины «беспламенные» или «радиаци-
онные» горелки, т. е. «горелки полного смешения», дополняются
термином «с принудительной подачей воздуха».
На предприятиях общественного питания газовые горелки ра-
ботают обычно на сухом природном газе, подаваемом из сети низ-
кого давления при ^5 кПа. Например, для Москвы это давлений
составляет в среднем 1,3 кПа с диапазоном изменения от 0,9 кПа
(при максимальном потреблении газа в дневное время, в часы
пик) до 1,7 кПа (при минимальном потреблении газа в ночное
время). Газовые горелки должны удовлетворять следующим тре-
бованиям [17, 26].
1. Обеспечивать полноту сгорания газа. Содержание окиси уг-
лерода в сухих продуктах сгорания ^0,15% по объему при коэф-
фициенте избытка воздуха аУх=1 и принудительном отводе про-
дуктов сгорания в дымоотводящий канал.
Для .горелок бытовых газовых плит и беспламенных горелок
эта величина составляет ^0,05% при отводе продуктов сгорания
в дымоход и С0,02 % —для бытовых плит с выделением продуктов
сгорания в помещение.
2. Обеспечивать полное сжигание заданного количества газа
с минимальным для данного типа горелок избытком воздуха.
3. Обеспечивать подвод в зону горения требуемого количества
газа или газовоздушной смеси,
4. Обеспечивать высококачественное смешение газа с возду-
хом при принятом методе сжигания.
б. Создавать необходимую температуру как в зоне горения,
так и в камере сгорания в целом.
6. Обеспечивать возможность плавного регулирования тепловой
мощности, т. е. теплоты, выделяемой в единицу времени.
7. Иметь для данного типа горелок максимальный коэффици-
ент их предельного регулирования по тепловой мощности; послед-
ний является отношением максимальной тепловой мощности к ми-
нимальной. Максимальная тепловая мощность составляет 0,9 мощ-
ности, соответствующей верхнему пределу устойчивости работы
горелки, минимальная — 1,1 мощности, соответствующей нижне-
му пределу устойчивости. Верхний предел устойчивости определя-
ется отрывом пламени при работе горелки выше этого предела,
а нижний — проскоком пламени при работе ниже этого предела.
8. Иметь уровень шума, не превышающий 85 дБ на расстоя-
нии 1 м от горелки и на высоте 1,5 м от пола.
9. Иметь удобную для монтажа конструкцию, минимальную
массу и габариты при
я
196
всех предыдущих условий.
10. Иметь насадку, со-
ответствующую форме ка-
меры сгорания.
Рассмотрим основные
виды горелок низкого дав-
ления, используемых в
большей или меньшей сте-
пени в тепловых аппара-
тах предприятий общест-
венного питания.
Рис. 15.3. Газовые го- \
редки:
а — диффузионная го-
редка: 1 — газопровод;
2 — насадка; 3 — огне-
вое отверстие; 4 — фа-
кел; б — фронт горения;
6 — газ; б — инжек-
ционная пламенная го-
релка: I —. газопровод
с краном; 2 — регуля-
тор первичного возду-
ха; 3 — сопло; 4 — кон-
фузор; S — горловина;
б — диффузор; 7 — на-
садка; в — .огневые, ка-
налы; в типы газо-
горелочных сопел
Диффузионные газовые горелки
Диффузионные Базовые горелки (рис. 15.3, а, б, в) состоят из
насадки 2 с огневыми отверстиями 3 и подводящего газопровода
с краном 1. Насадка — это отрезок трубы, один конец которой за-
варен, а через другой подается из газопровода газ, распределяю-
щийся затем по огневым отверстиям. Последние представляют со-
бой сверления (в насадке) диаметром d=l4-5 мм, расположенные
с шагом s= (5—6) d. Для большей равномерности распределения
газа между огневыми отверстиями необходимо иметь минималь-
ное аэродинамическое сопротивление насадки, сечение которой це-
лесообразно принимать равным 1—1,5 суммарного сечения огне-
вых отверстий:
/7н=ф/7о=(1-1>5)/7о.
Таким образом,
Дн=ф или
4 4
где D — диаметр насадки, м; п — число огневых отверстий.
В диффузионной горелке газ смешивается с воздухом за пре-
делами насадки, т. е. в камере сгорания. При этом воздух цод-
мешиваётся к газовой струе путем диффузии и конвективного пе-
ремешивания, которому способствуют разрежение в камере сго-
рания и разница между температурами слоев воздуха, близких
к факелу и удаленных от него. Поверхность факела должна быть
такой, при которой к газу сможет подметаться воздух в количе-
стве, необходимом для его сгорания. Подмешивание воздуха за-
канчивается в пределах факела, при этом точка пересечения по-
верхности факела с его вертикальной осью определяет высоту фа-
кела. Конус 1 представляет собой газ, выходящий из огневого
отверстия и начинающий гореть на поверхности конуса. Внутри
этого конуса газ еще не горит.
Внутри факела образуется углерод и выделяется сажа, факел
приобретает светимость и становится непрозрачным. Его Значи-
тельная высота (длина) обусловлена как необходимой для под-
мешивания воздуха поверхностью, так и временем образования
горючей газовоздушной смеси. Этот факел обладает повышен-
ной лучистой компонентой общей теплоотдачи
в камере сгорания. Диффузионное горение протекает устой-
чиво. Проскока пламени в горелку не может быть, ибо в ней нет
воздуха. Отрыв пламени благодаря постепенному подмешиванию
воздуха до стехиометрического состава, т. е. до величины, необ-
ходимой для полного завершения реакций горения, происходят при
больших скоростях (и, следовательно, тепловых мощностях), чем
в горелках с предварительным смесеобразованием.
Таким образом, диффузионные горелки имеют широкий
п р ед елр егу л и ро в а и и я тепловой мощности.
Диффузионный факел, заполняющий камеру сгорания по высоте,
сйособствует созданию в ней равно ме р н о г о е р а т у р-
ного поля. Конструкция горелки из-за отсутствия смеситель-
ного устройства предельно проста. Насадка может иметь не толь-
ко форму трубы, но и любую другую конфигурацию, соответствую-
щую форме камеры сгорания. Вместе с тем горелка обладает ря-
дом недостатков: диффузионно-конвективное смесеобразование
требует повышенного коэффициента избытка воздуха, достигаю-
щего значения а=1,6, что приводит к понижению температуры в
камере сгорания и охлаждению факела, имеющего значительную
площадь соприкосновения с воздухом.
Высокий факел создает необходимость в высокой камере сго-
рания, ибо если факел будет контактировать с относительно хо-
лодными поверхностями, это приведет к выделению на них угле-
рода в виде сажи и, следовательно, к химической неполноте сго-
рания. Так как современные компактные тепловые аппараты пред-
приятий общественного питания имеют в большинстве случаев низ-
кие камеры сгорания, диффузионные горелки в них используются
редко. Однако в отопительных и промышленных печах они нахо-
дят широкое применение. Использование за рубежом искусствен-
ных газов с малой теплотой сгорания Q? <20 МДж/м3 позволяет
применять диффузионные горелки и в рассматриваемой аппарату-
ре, так как в этом случае высота факела значительно ниже, чем
при сжигании природного газа с QJJ > 35 МДж/м3.
При малой тепловой мощности диффузионных горелок лами-
нарный факел имеет четкие очертания. При большой тепловой
мощности этих горелок, обслуживающих промышленные установ-
ки, имеет место турбулентный факел, в котором перенос тепла и
смешение газа с воздухом происходят путем турбулентной диф-
фузии. Контуры факела меняют очертания, расплываются, отрыва-
ются микрофакелы. Все это расширяет фронт горения и во много
раз по сравнению с ламинарным режимом увеличивает скорость
распространения пламени. Длина турбулентного факела [21], мм;
11(14-ИВ.-^И. (15.2)
₽г
Здесь d — диаметр огневого отверстия, мм; рв и рг—плотности
воздуха и газа, кг/м3.
Шаг огневых отверстий насадок диффузионных горелок низко-
го давления определяется условиями беспрепятственного подхода
воздуха, находящегося в камере сгорания, к газовой струе и фа-
келу. При слишком малом шаге и трехрядном расположении ог-
невых отверстий это условие нарушится, в результате чего факел
удлинится, что может привести к неполноте сгорания. При этом
средний ряд отверстий будет работать особенно плохо. Таким
образом, число рядов огневых отверстий не должно превышать
2, минимальный шаг должен обеспечивать надлежащий подход
воздуха, а максимальный — надежный переброс пламени с одно-
го огневого отверстия на другое при зажигании горелки.
Инжекционные газовые горелки
А. Односопловые инжекционные горелки частичного смещения
(пламенные). Эти горелки изображены на рис. 15.3,6. Они под-
сасывают часть воздуха, смешивают его с газом и подают (инжек-
тируют) эту смесь в насадку с огневыми отверстиями. Воздух,
инжектируемый горелкой, называется первичным и составля-
ет 30—70% теоретически необходимого, т. е. u=a'V0 м3/м3. и —
объемная кратность инжекции — показывает количе-
ство первичного воздуха в м3, засасываемого одним м3 газа; а'=
=0,3—0,7 — коэффициент инжекции.
Таким образом, в самой горелке подготавливается смесь газа
с первичным воздухом, способная воспламеняться н гореть. Ее
окончательное дожигание происходит с участием вторичного
воздуха, который подмешивается к факелу путем диффузии я
конвективного перемешивания. Этот воздух поступает из атмосфе-
ры в камеру сгорания благодаря создаваемому там разрежению.
Структура факела, стабилизировавшегося над огневым отверсти-
ем, показана иа рис. 15.3,6. Благодаря частичной подготовке смеси
для сгорания факел имеет малые высоту и поверхность, обуслов-
ленные необходимостью подмешивания лишь вторичного воздуха.
При этом коэффициент избытка воздуха a = 1,15—1,20 зна-
чительно меньше, чем для диффузионной горелки, что повыша-
ет температуру факела до 1550° С, а значит, и температуру в ка-
мере сгорания.
Фронтом горения является поверхность конуса 4. Конус 5 ха-
рактеризует процесс догорания газовоздушиой смеси с участием
вторичного воздуха. В факеле нет частиц сажи, поэтому он про-
зрачный, несветящийся, зеленовато-голубого цвета. Поскольку фа-
кел имеет малую высоту, инжекционные горелки частичного
смешения наиболее широко распространены в газовом оборудо-
вании, имеющем низкие камеры сгорания.
Наличие в смесительном устройстве горелок газовоздушной
смеси обусловливает возможность проскока пламени и хлопка.
Проскок пламени имеет место в случае, если нормаль-
ная к фронту горения составляющая скорости газовоздушной
смеси wB становится значительно меньше скорости распростране-
ния пламени wp (14.2, г), причем wn=f(wc), где wc — скорость вы-
хода газовоздушной смеси из огневого отверстия (см. формулу
(14.11)). Практически это происходит при чрезмерном уменьшении
количества подаваемого в горелку газа. Тогда пламя «в погоне»
за слишком медленно поступающей смесью устремляется внутрь
огневого отверстия, что приводит к горению смеси у устья сопла,
подающего газ. При этом газовая струя почти не подсасывает пер-
вичный воздух н горение протекает с большим химическим недо-
жогом. Газ при этом следует выключить. В односопловой пламен-
ной инжекционной горелке проскок пламени может произойти
при уменьшении подачи газа по сравнению с расчетной в 10—
12 раз. При этом давление газа может снизиться до нескольких
десятков Па.
•Хлопок происходит при быстром выключении газа. При этом
пламя также проскакивает внутрь смесительного устройства, в
результате чего находящаяся там смесь газа с первичным возду-
хом взрывается так, как если бы она находилась в замкнутом
объеме, т. е. с шумом, который тем сильнее, чем больше тепловая
мощность горелки. Хлопок мощных горелок сопровождается по-
вышением давления в камере сгорания и выбросом пламени к
фронту обслуживания горелки. Для предотвращения хлопка при
выключении горелки сначала нужно прекратить доступ первичного
воздуха, переведя горелку иа диффузионный режим работы, а за-
тем выключить подачу газа. Так как при этом в смесительном
устройстве уже не будет воздуха, хлопок не произойдет.
Отрыв пламени от огневого отверстия происходит либо
при чрезмерном повышении давления газа перед горелкой, либо
при слишком большом поступлении первичного воздуха (чрезмер-
но открыт регулятор первичного воздуха) или вторичного воздуха
(слишком велико разрежение в камере сгорания). При этом воз-
никает неравенство wa^Wp, что приводит к отрыву факела от ог-
невого отверстия. Пламя приобретает беловатый цвет и с шумом
неустойчиво горит. Для ликвидации отрыва следует уменьшить по-
дачу газа и, если нужно, первичного воздуха, прикрыв регулятор,
и вторичного, уменьшив заслонкой разрежение в аппарате. При
недостаточном поступлении первичного и вторичного воздуха фа-
кел удлиняется и приобретает красно-желтый цвет.
Рассмотрим схему и расчет односопловой инжекционной го-
релки частичного смешения (см. рис. 15.3, б).
Газопровод 1 с краном подает газ к соплу 3. Сопло предна-
значено для придания газовой струе необходимой кинетической
энергии, обеспечивающей подсос первичного воздуха с требуемым
коэффициентом инжекции о'. Обычво скорость газа при выходе
из сопла составляет 50 м/с. Сопло представляет собой сужающе-
еся отверстие в наконечнике, крепящемся к устью газопровода
(рис. 15.3, в). Его конфигурация характерна для «дозвукового:»
сопла.
Наиболее употребительным является сопло, изображенное
справа. Струя газа, вытекающая из сопла с указанной скоростью,
увлекает за собой окружающие ее слои воздуха, а на место по-
следних под действием атмосферного давления поступает новое
количество воздуха, также увлекаемое струей газа.
Ковфузор 4 служит для подсоса воздуха с минимальным со-
противлением на входе. Он обычно выполняется в виде усеченного
конуса с углом 0=30°.
Регулятор первичного воздуха 2 перекрывает вход
первичному воздуху в конфузор. Обычно он выполняется в виде
диска, перемещающегося по резьбе вдоль оси горелки.
Горловина 5 служит для смешения и выравнивания ско-
ростей Газа и первичного воздуха. При этом в разных точках се-
чения горловины концентрация смеси неодинакова: иа оси пре-
обладает газовая компонента, у стенки = воздушная,
Диффузор 6 выравнивает концентрацию газовоздушной
смеси путем ее торможения. Он является усеченным конусом с уг-
лом а=8°. При движении смеси вдоль диффузора скорость ее
уменьшается. Уменьшаются полный и динамический напоры и
возрастает статический напор. При этом выравнивается концент-
рация. Указанный угол является максимальным, при котором диф-
фузор имеет минимальную длину, но еще не происходит отрыва
струи от стенок.
Насадка 7 предназначена для равномерного распределения
газовоздушной смеси между огневыми отверстиями. Ее конфигу-
рация обычно соответствует форме камеры сгорания.
Огневые отверстия в формируют микрофакелы, равно-
мерно распределенные по насадке. Они находятся либо в насадке,
либо в цилиндрических приливах высотой около 5 мм. Благодаря
последним уменьшается возможность проскока пламени, так как
смесь, проходя через каналы в приливах, имеет более низкую
температуру, чем в случае выхода ее из отверстий насадки. Ско-
рость выхода газа из сопла в м/с определяется как
где р — избыточное давление газа перед соплом, Па; р — плотность
газа, кг/м3; <р — скоростной коэффициент, определяемый конфигу-
рацией сопла. Эта формула вытекает из уравнения
где£=——; р' и р& — абсолютное давление газа перед соплом и
<Р3
атмосферное давление, Па; £ — коэффициент сопротивления при
проходе газа через сопло, включающий все виды сопротивлений;
<р=—г—г. Единицы измерения скорости вытекают из следующего}
V £
Па = Н/м2; Н = кг • м/с3.
Для сопла типа «а> <ра=0,80, для типа «б» фб=0,87, для типа
«в» фв=0,87 при оптимальном отношении -^-=0,55.
Коэффициент инжекции
(1СМ — лг
, а и2 и2
а = —— а= .
. 20,9 Vo
(15.4)
где 0^“'—количество Ог, м3, в газовоздушной смеси, приходящееся
на 1 м3 газа, выраженное в %;OJ — количество Оз, м3 в 1 м? га-
за, %; ...... - ••
20,9 Vo — количество Ог, м3, в теоретически необходимом коли-
честве воздуха, приходящемся на 1 м3 газа, выраженное в %.
Так как УСВ1« Уг(1 + Ио), то на 1 м3 газа приходится
(1 + «' 1/а), м3, смеси газа с первичным воздухом. Тогда 05“'==
= О2СМ«(1 4-а'У0), где Oj“—количество Ог, м3, в газовоздушной
смеси, отнесенное к 1 м3 ее. Подставляя это выражение в (15.4),
получим , 0™4-(14-а'Ц>)-02г а «и ——. 20,9 Vo
отсюда Оом — О, а' = 1 £_ (15.5) (20,9 — 05м) Vo
Диаметр сопла определяется из уравнения неразрывности
струи:-
d-l/— 4-£-Z
3600 4 V 3,14-3600.»
^0,019
(15.6)
где Vr — расход газа через сопло диаметром d (м), м3/ч.
Аналогично определяется диаметр огневых отверстий!
тс dn —
чюе—— ~ivaF‘; ®н—тЮрСсм. формулу (14.11)).
Здесь с?о (м)—диаметр и «—число огневых отверстий. Средняя
скорость выхода газовоздушной смеси из огневых отверстий wc н
скорость распространения пламени wp связаны указанным соотно-
шением, где F — поверхность фронта горения. Чем больше а', тем
меньше we, что следует из рис. 15.4,а, составленного из условий
отрыва пламени при превышении указанных значений а>с.
Значения скорости отрыва пламени могут быть определены
[26] из формулы
®отр= С, (а')-3 • ®4'5. /А)0’5, (15.8)
где С1=4,5-10~3, а — коэффициент температуропроводности пламе-
ни. Из уравнения (15.7) определяется диаметр огневых отверстий
do при их числе п. Чем больше а', тем меньше шаг огневых от-
верстий, который может быть выбран по рис. 15.4, б, на котором
дана зависимость среднего рекомендуемого значения шага огне-
вых отверстий для сухого природного газа в зависимости от их
диаметра и коэффициента инжекции. С увеличением последнего
шаг уменьшается, так как уменьшается количество вторичного
воздуха и для его беспрепятственного подмешивания к факелу
достаточен малый шаг. Например:
при d0—2 мм/—) =3,75, если а'=0,4, и 2,25, если а'=0,8;
\ /ср
при <Z0=6 мм (—I =3,10, если а'=0,4, и 2,25, если а' = 0,8.
\ d0 / ср
Рекомендуемый максимальный диаметр огневого отверстия
составляет 3,5 мм. При этом проскок пламени будет еще за-
труднен, но при больших диаметрах его вероятность возрастает.
Огневые отверстия могут иметь также форму щели, ширина кото-
рой исходя из условий проскока пламени не должна превышать
2,5 мм. При этом шаг щелей зависит
5
4
3
2
1
0
от их условного диаметра и значения
а' и определяется по табл. 15.1 (ОСТ
27—67—299—76) [32].
Если стороны щели-имеют разме-
ры а и b (мм), то условный диаметр
(мм) определяется из равенства
Приведем методику рас-
чета газогорелочных на-
садок с круглыми огне-
выми отверстиями [32]:
а) предельное значе-
ние числа Рейнольдса
газовоздушной смеси на
грани отрыва пламени
Рис. 15.4. К расчету горелок:
а — зависимость скорости газовоз-
душной смеси от диаметра огневого
отверстия для сухого природного
газа и односопловой инжекцион-
ной горелкн;
б — зависимость шага огневых
отверстий от нх диаметра при
различных коэффициентах инжек-
ции цля сухого природного газа и
односопловой инжекционной горел-
ки;
в — к расчету смесительной части
пламенной односопловой инжек-
ционной горелки
ftr.e. максимальное его значение, при превышении которого прои-
зойдетотрыв):
^Отр=1480<’' • • К* • К*, (15.9)
где d0 — диаметр огневого отверстия, мм; Кем, Кок, Код—Крите-
рии смеси, огневого канала, огневой дорожки; Ci и Сг—- постоян-
ные.
Та блица 15.1
Среднее расстояние между огневыми отверстиями
Диаметр (условный диаметр) отвер- стия. мм круглыми щелевыми
az»0,4 а'=0,в azsc0,4 a'’=0,6
2 7,5 5,5
3 10,5 7,0 7,0 6,0
4 13,5 9,5 7,5 6,5
5 16,5 12,5 9,0 8,0
6 19,0 15,5 10,5 9,5
ЛГвм= ——. Это уравнение, полученное на основе экспери-
(I + a Vo)3
ментов, справедливо в диапазоне Ксм=0,09—0,35 и а'=0,45—0,95.
^<«==0,354 —, где h —высота огневого канала, мм.
При
— > 2,4 С, =0,0; при --<2,4 С, =0,162.
do da
Ko,=0,16(a' +1,48) —; при — > 1,5(2,63-а')
d0 d0
Cs=0; при —<1,5(2,63-а') Cs=-l,06;
d0
б) предельная скорость выхода газовоздушной смеси из огне-
вого отверстия, при которой еще не будет отрыва пламени, опре-
деляется из соотношения
/?еотр=^^-° или ® (15.10)
v а0
Кинематическая вязкость газовоздушной смеси v (м2/с) опреде-
ляется как
> (is.nj
* г=1
где п и Vf — объемная доля и кинематическая вязкость i-й компо-
ненты смеси;
в) допустимая удельная тепловая мощность одного огневого,
отверстия, Bt/mm2s
(15.12)
1100
Здесь К=--------------концентрация газа в его смеси с первич-
1 + a' Vo
ным воздухом;
г) минимальное число огневых отверстий
(15-13>
где Q — тепловая мощность горелки, Вт; fo — сечение огневого от-
верстия, мм2. Для обеспечения устойчивой работы горелки ~
«= Ы «т1п: (15.14)
д) тепловое напряжение огневых отверстий, Вт/мм2;
q=s-----У
It (ГО
(15.15)
п
4
и для рассматриваемых горелок находится в пределах 6—
18 Вт/мм2. Если огневые отверстия выполняются в приливах, то
высота последних принимается /i^d0, но не более 13 мм. Прн
двухрядном расположении огневых отверстий шаг между рядами
s'=2s и отверстия располагаются в шахматном порядке.
Большее число рядов не рекомендуется из-за ухудшения до-
ступа вторичного воздуха к внутренним рядам.
Геометрические размеры смесительной час-
т и рассматриваемой горелки определяются следующим образом
(рис. 15.4, в).
Диаметр горловины определяется из уравнения сохранения ко-
личества движения при смешении потоков газа и первичного воз-
духа;
w рт + wB« рв=w си (рг+а рв),
где w, wB, wcm — скорости газа, воздуха и смеси, м/с. Так как воз-
дух подсасывается из атмосферы газовой струей, то его началь-
ная скорость wB=0. Отсюда
Vr Vr (1 + и) . . .
,2 * Рг- (Рг Н- ® Рв)'
А я а2 к и*
3600—- 3600—-
4. 4
Произведя сокращения и поделив обе части уравнения на рг, по-
лучим
D—dl/ (1-}-к)(1-|-к—) , (15.16)
Г Рг
где D и d —диаметры горловины и сопла, м. •
Входной диаметр конфузора DK= (1,5—2)-D, выходной диа-
метр диффузора Вд= (2—2,2)'D, Длина горловины,, по опытным
данным, составляет /«3D. При этом в горловине удовлетворитель-
но выравниваются скорости газа и воздуха. Исходя из рис. 15.4, в
/ __ ~ ® , ____ DK — D
» •'К а 9
где а=6—8°; р = 30°.
Как показали опыты, при принятых D«, 1К, Da, 1д имеют место
плавный подсос воздуха с небольшим аэродинамическим сопротив-
лением в конфузоре и хорошее выравнивание концентраций при
отсутствии отрыва струи от стенок в диффузоре; при этом длины
1д и 1К— минимальные. Конфузор плавно сопрягается с горлови-
ной, имеющей радиус закругления г=(3—5)D.
Инжекционные односопловые горелки частичного смешения
(пламенные) выполняются из чугунного литья или в виде сварной
стальной конструкции. В обоих вариантах они имеют большие
габариты и массу. Это обусловливается несовершенным принципом
смешения газа с первичным воздухом. Между тем современные
модульные тепловые аппараты предприятий общественного пита-
ния конструируются исходя из условий предельной компактности
и минимальной металлоемкости. Это обусловило целесообраз-
ность применения в их камерах сгорания более совершенных и
компактных газовых горелок, рассматриваемых ниже.
Б. Многосопловые инжекционные горелки частичного смеше-
ния (пламенные) с периферийной подачей газа. 1. Горелки без
закрутки газовоздушной смеси. На рис. 15.5, а
изображена четырехсопловая горелка. Число сопел может быть
увеличено до 8. Большее увеличение не дает заметного улучшения
инжекции н уменьшения длины смесителя, ио усложняет конст-
рукцию (рис. 15.5, б). Диаметр смесительной трубы D носит наз-
вание «калибра». L=3D, т. е. длина смесителя равна трем калиб-
рам. Каждая газовая струя, вытекающая из сопел под углом
Ф1==30° к оси горелки, подсасывает свою порцию первичного воз-
духа, поступающего через открытый торец горелки. Благодаря
этому перемешивание газа с воздухом и выравнивание концентра-
ций газовоздушной смеси протекают более интенсивно и закан-
чиваются на значительно меньшей длине по сравнению с одиосоп-
ловой горелкой. Эпюра скоростей в диффузоре последней имеет
параболический характер со значительным падением у стенки.
В многосопловой горелке имеет место турбулентное перемеши-
вание и эпюра скоростей не имеет «завалов» у стенки смеситель-
ной трубы (рис. 15.5, в). Благодаря этому проскок пламени к соп-
лам этой горелки затруднен, а пределы регулирования тепловой
мощности расширены. Так, тепловая мощность может быть умень-
шена в 20 раз без проскока пламени. Эксплуатация этих горелок
свидетельствует об их устойчивой работе при понижении давле-
ния газа перед соплами с 1300 до 50 Па.
2. Горелки с закруткой газовоздушной сме-
си (рис. 15.5,г). Для того чтобы отмеченные выше преимущества
206
Рис. 15.5. Многосопловые
инжекционные горелки:
а — смесительное устройстве
многосопловой горелки без за-
крутки газовоздушной смеси:
1 — смеситель; 2 ~ сопла; 3 —
газовый короб; 4 — подсоеди-
няемая обычная насадка с ог-
невыми отверстиями;
б — зависимость длины смеси*
теля от числа сопел;
в — эпюры скоростей: 1 в
диффузоре односопловой го-
релки; 2 — в смесителе много-
сопловой горелки;
г — смесительное устройство
многоёопловой горелки с за-
круткой газовоздушной смеси:.
1 — смеситель; 2 сопла;
3 — газовый короб; 4 — под*
соединяемая обычная насадка
с огневыми отверстиями
ГаЗ
многосоплового принципа (малые габариты и масса, хорошая ин-
жекция, широкие пределы регулирования) еще более возросли,
указанные горелки, разработанные лабораторией газового обору-
дования и автоматики ВНИИторгмаша, были по предложению
кафедры оборудования МИНХа имени Г. В. Плеханова модерни-
зированы: помимо угла наклона оси сопел к оси горелки ф1=30°
был введен угол <р2=20—30° между осью сопла и радиусом, пере-
секающим эту ось. Благодаря этому газовые потоки из сопел при-
обрели тангенциальное направление по отношению к вообра-
жаемой окружности, расположенной внутри смесительной трубы и
изображенной пунктиром. При этом создается закрутка газовоз-
душных потоков, что в два раза уменьшает длину L=1,5D сме-
сительной трубы, ибо интенсифицируются перемешивание и вырав-
нивание концентраций газовоздушной смеси. Оба типа многосоп-
ловых горелок изготавливаются серийно для комплектации ими
тепловых аппаратов предприятий общественного питания.
Диаметр сопел многосопловых горелок (м) определяется из
соотношения, аналогичного (15.6):
</«0,019]Л—. 05.17)
3600 4 , V nw
где п — число сопел.
Диаметр калибра определяется из уравнения сохранения ко-
личества движения потоков до и после смешения с учетом углов
наклона потоков до и после смешения по отношению к оси кана-
ла, вдоль которого движется газовоздушная смесь. При этом ко-
лйчество движений засасываемого атмосферного воздуха с нуле* ?
вой начальной скоростью принимается равным нулю.
Vr е Ц- (1 + И) . ,
------г—~- • COS?1 . COS ср, . £prS=-£—Е_(р 4-«р );
Л иг Я D*
^п.~ 3600 —
4 4
cos yt« cos ср2ё _ 1 + и (]tu. Рв
/мР D3 ( "Г рг/
“В/ п (1 + М)(1 + и —}
D=d W ------------------Ы., (15.18)
Г cos spj «COS <p2«s
где п — число сопел; § — коэффициент аэродинамического сопро* .
тивления, учитывающий соударение струй вследствие их иепарал*
лельиости (наличия углов ф( и ф2).
Принимается, что-—»= 1,1.Для горелок без закрутки ф2=0 и
С03ф2=1.
Для ускорения расчетов составлена номограмма (рис. 15.6),
разработанная упомянутой лабораторией ВНИИторгмаша. Жир*
ными линиями со стрелками указан принцип определения пара-
метров горелки. Пример расчета многосопловой горелки и ее на-
садки приведен в [13].
В. инжекционные горелки полного смешения (беспламенные,
радиационные или инфракрасные), В отличие от рассмотренных
выше инжекционных горелок эти горелки работают без вторич-
ного воздуха. Весь воздух, необходимый для полного сгорания
газа, засасывается самой горелкой в виде первичного воздуха,
так что </=100%. Горелка работает с весьма ма-
лым коэффициентом избытка воздуха а=1,05, т. е. поч-
ти на стехиометрическом составе смеси. При расчете сме-
сительного устройства этой горелки можно пользоваться
формулами для односопловой инжекционной горелки час-
тичного смешения при условии, что u«V0. При этом диамет-
ры и длины смесительного устройства относительно увеличатся.
Ряс. 15.6. Номограмма для расчета
смесителя многосопловой инжекци-
онной горелки:
Q — тепловая мощность горели!; D —
калибр: d — диаметр сопла; л — число
сопел; £ — длина еиесительной труб-
ки (верхняя строка — торелка с за-
круткой, нижняя — без закрутки).
Газ — сухой природный с О н —
-35 000 кДж/м» :
Насадка, рассматриваемых горелок выполняется ид керЯМИ*
ческих перфорированных прямоугольных панелей толщиной. 12л-
14 мм со сквозными отверстиями диаметром 1,5 мм для сухого
природного газа. Панель набирается из отдельных плиток, выпу*
скаемых серийно и имеющих размеры 47X69 мм. Количество от*
верстий в одной плитке 700—1000 (рис. 15.7, а). Указанный диа*
метр огневых отверстий обеспечивает работу горелки без про*
скока пламени при удельной тепловой мощности одной плит*
ки не ниже И Вт/см2.
На поверхности панели, обращенной к камере сгорания, тем*
пература устанавливается на уровне 850—900° С. При этой темпе*
ратуре и диаметре огневых отверстий d==K5 мм (для природного
газа) горелка работает так же и без отрыва пламени при удель-
ной тепловой мощности панели не выше 15,5 Вт/см2. На высоте
10 мм над рабочей поверхностью панели устанавливается дожи-
гательная сетка из проволоки d=l—1,5 мм с ячейкой в свету
5X5 мм. Проскок пламени устраняется благодаря диаметру огне-
вых отверстий меньше критического, что обеспечивает надлежа-
щую скорость выхода газовоздушной смеси.
Дожигательная сетка препятствует отрыву пламени от панели.
Тепловая мощность одной керамической плитки составляет
0,465 кВт.
Для беспламенных горелок низкого давления номинальное
давление газа 1300—2000 Па; пределы регулирования тепловой
мощности ±50%. Камеры сгорания должны работать при атмос-
ферном давлении. Разрежение приводит к увеличению количест-
ва подсасываемого воздуха, что понижает температуру панели и
приводит к неполному сгоранию. Избыточное давление в камере
сгорания ухудшает подсос воздуха и также приводит к неполно-
му сгоранию. При работе горелки видимый факел отсутствует,
ибо стехиометрическая газовоздушная смесь, подготовленная са-
мой горелкой, сгорает в устье огневых каналов или в непосред-
ственной близости от поверхности панели. Если совместить глаз
с плоскостью панели, то можно наблюдать лишь тонкую фиолето-
вую вуаль между панелью и дожигательной сеткой. Во избежание
проскока пламени температура панели со стороны входа газовоз-
душной смеси в огневые каналы должна быть ниже температуры
воспламенения смеси, что достигается применением керамиче-
ских плиток с малой теплопроводностью.
Плитки формируются в пресс-форме, в которой выдавливаются
и огневые каналы, а затем обжигаются. Состав формуемой кера-
мики (в % по массе): шамотная глина — 45, белая глина (као-
лин)— 25, тальк — 25, окись хрома — 5. Эта масса смешивается
с древесными опилками, которые при обжиге выгорают, продук-
ты сгорания выходят наружу, благодаря чему образуется пори-
стая малотеплопроводная керамика. Суммарное сечение огневых
каналов составляет около 50% поверхностиплитки.Основная де-
ля тепла, выделяемого при сжигании газа, передается путем луче-
испускания рабочей поверхности панели с длиной волн 1—10 мкм.
В зависимости от тепловой мощности панель набирается из нуж-
ного количества плиток, укладываемых на каркас насадки и сое-
диняемых между собой огнеупорной связкой.
Горелки, работающие на открытом воздухе и предназначенные
для локального обогрева какого-либо объекта, имеют ветрозащит-
ный кожух-рефлектор. Последний, как и дожигательная сетка, не
устанавливается при работе горелки в камере сгорания. Рассмат-
Таблица 15.2
Горелки Тепловая мощность, кВт Расход природного газа, ма/ч Пределы регулирования Диаметр сопла, мм Масса, иг
по расходу газа, м8/ч по давлению газа, Па
ГИИ-19А и 7,45 0,75 0,53—0,9 640—1960 2,4 5,5—6,0
ГК-27 27
ГИИВ-1 3,95 0,40 0,28—0,53 690—2450 1,6 3,2
риваемые горелки устанавливаются в аппаратах с минимальной
высотой камеры сгорания и при затрудненном доступе вторич-
ного воздуха, а также в технологических камерах с радиацион-
ной обработкой пищевых продуктов, например для процессов вы-
печки.
Недостатки этих горелок — узкий диапазон регулирования и
чувствительность как к разрежению, так и к избыточному давле-
нию в камерах сгорания, а также к тепловым ударам и механиче-
ским воздействиям. Соотношения геометрических размеров смеси-
тельного устройства такие же, как и для односопловых пламен-
ных горелок: а=8°; р=30°; DK=DS=2D; 1=3D, где D — диаметр
горловины. Данные по серийным горелкам полного смешения низ-
кого давления приведены в табл. 15.2 [17].
Горелки полного смешения с принудитель-
ной подачей воздуха (рис. 15.7, б). Эти горелки приме-
няются в таких аппаратах, как термоагрегаты для огневой очи-
стки овощей, обладающие большой тепловой мощностью, в кото-
рых подача вторичного воздуха затруднена, а горелка должна
работать в беспламенном режиме с максимальной устойчивостью
и вне зависимости от изменения сетевого давления газа. Газ под
давлением около 1300 Па поступает из газопровода в централь-
ную трубу 1, заканчивающуюся соплом 4, а воздух из воздухо-
дувки под таким же давлением подается в кольцевой канал 2, в
конце которого расположены неподвижные лопатки завихрителя
3. Закрученный поток воздуха перемешивается с потоком газа,
вытекающим из сопла. Воздух подается в количестве, необходи-
мом для полного сгорания газа. После зажигания газовоздушная
смесь горит вначале в виде факела, длина которого по мере про-
грева насадки 5 уменьшается; при температуре насадки «900° С
горелка переходит в беспламенный режим работы и факел исчеза-
ет. Если устье горелки расположено в керамической камере тер-
to 9 8
поз. 2
а
вращающаяся
неподвижная
часть
прорези.
2 3*56
Вид по ,аи ( дожизательная сетка снята.)
Рис.
а —
ного
15.7. Беспламенные го-
релки:
инжекционная горелка пол-
смешения (беспламенная):
1 — сопло; 2 — регулятор первич-
ного воздуха; 3 — конфузор; 4 —
горловина; 5
диффузор; 6
распределительная камера; 7 —
керамическая панель; 8 — огневые
каналы; 9 — дожигательная сетка;
16 — рефлектор; II — керамиче-
ские плитки;
горелка
(беспламенная)
полного смешения
с принудительной
подачей воздуха: 1 — газовый ка-
нал; 2 — воздушный кольцевой ка-
нал; 3 — завихритель; 4 — сопло;
5 — насадка
б
моагрегата (см. рис. 17.9), роль насадки выполняют стенки каме-
ры. Горелки указанного типа серийно производятся для расхода
природного газа >50 м3/ч; для указанных термоагрегатов с расхо-
дом газа <20 м3/ч они изготавливаются специально.
Глава 16
АВТОМАТИКА ГАЗОВЫХ АППАРАТОВ
16.1. НАЗНАЧЕНИЕ И ВИДЫ АВТОМАТИКИ
Автоматика газовых технологических аппаратов должна обес«
печивать безопасность их эксплуатации и регулирование тепловоз
го режима. Объектами контроля безопасности эксплуатации явля*
ются: наличие пламени запальной свечи, наличие тяги в дымохо-
де, геометрическое положение аппаратов, имеющих поворотные
приспособления, и т. д.
Объектами регулирования теплового режима являются: дав-
ление в пароводяной рубашке аппарата, температура в рабочем
объеме и т, д.
* Автоматика может выполнять функции обеспечения безопасно-
ститили регулирования либо совмещать то и другое. В первом
случае она может контролировать один объект — пламя, тягу или
поворот (т. е. положение варочного сосуда, отличное от верти-
кального) и тогда она будет одноканальной по системе защиты,
либо одновременно несколько объектов (пламя, тягу и поворот)
и тогда она будет многоканальной.
Регулирующая автоматика, применяемая для газовых аппара-
тов, выполняется как двухпозиционной (например, максимальный
и минимальный расход газа), так и пропорциональной (расход
газа меняется плавно в соответствии с регулируемым парамет-
ром).
Для рассматриваемых тепловых аппаратов применяются
следующие виды автоматики: электромагнитная, дилатометриче-
ская, мембранно-импульсная (пневмоавтоматика). Рассмотрим
схемы и принцип работы указанных видов автоматики.
16.2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ АВТОМАТИКА
Схема автоматики представлена на рис. 16.1, а.
При открытом газовом кране 8 газ из газопровода подходит
к термомагнитному клапану 6 автоматики безопасности, который
перекрывает его дальнейший путь. Для того чтобы этот клапан
открылся (сработал на запуск), нажимают на его, пусковую
кнопку (см. ниже). В результате газ поступает в запальную све-
чу 3, пламя в которой зажигают переносным запальником 7.
Один из двух факелов свечи обогревает термопару 4, которая
развивает термоэлектродвижущую силу (т. э. д. с.); в результате
по цепи «термопара — электромагнит» проходит ток. После пре-
кращения нажатия на кнопку открывается проход газу через тер-
момагнитный клапан к запальной свече и к соленоидному клапа-
ну 5. С помощью тумблера (выключателя) включается электро-
питание соленоида и клапан 5 открывает проход газу к горелке
2. Открыв кран 1, ее зажигают от второго факела свечи. Автомати-
ка сработала на запуск. При аварийном прекращении подачи га-
за горелка и свеча гаснут, термопара охлаждается, термоток исче-
зает, электромагнит перестает действовать и термомагнитный кла-
пан закрывает доступ газу к горелке. Тогда при возобновлении по-
дачи газа он не пройдет в незажженном виде через горелку в по-
мещение, т. е. не создастся аварийная ситуация. Соленоидный кла-
пан в зависимости от максимального или минимального уровня
регулируемого параметра (давления температуры) обеспечивает
максимальный или минимальный расход газа, поддерживая этот
параметр в интервале между установленными минимальным и
максимальным его значениями.
Термомагнитный клапан (рис. 16.1, б) имеет две кон-
структивные модификации ~ с верхним и нижним расположени-
ем электромагнита и одинаковым принципом действия. На схеме'
представлена последняя модификация,
212
1. Допусковое положение (позиция Б-I), Нижняя
тарелка 16 под действием пружины 17 перекрывает нижнее сед-
ло 15 и газ не может пройти через клапан. Верхняя тарелка 10
под действием пружины 7 находится в крайнем верхнем положе-
нии.
2. Пусковое положение (позиция Б-П). После на-
жатия на кнопку 8 толкатель 13 и верхняя тарелка 10 опускают-
ся и последняя перекрывает верхнее седло 11. Толкатель отжима-
Рис. 16.1. Электромагнитная автоматика безопас-
ности:
о — принципиальная схема электромагнитной автомати-
ки: 1 — край горелки: Я — горелка; 3 — запальная
свеча; 4 ~> термопара; 5 — соленоидный клапан; 6 —
термомагнитный клапан} 7 — переносной запальник;
8 — газовый край;
б — Схема термомагнитного клапана:
А. Термомагинтиый Клапан; / — термопара; 2 — элек-
тромагнит; 3 — якорь; 4 — корпус; 5 — перегородка;
6 — выходной штуцер; 7 — верхняя пружниа; 8 — пус-
ковая кнопка; 9
— возвратная кнопочная пружина;
10 — верхняя тарелка; 11 — верх-
нее седло: 12 — входной штуцер;
13 — толкатель; 14 — вход в газопро-
вод запальной свечи; 15 — ниж-
нее седло; 16 — нижняя тарелка}
17 — нижняя пружина.;
Б. Положения клапана:
I — допусковое, II — пусковое,
III — рабочее.
В. Термопара: а — горячий спай;
б — центральный электрода в —
оболочка; г — холодные спаи; д—
электроизоляция; е — накидная
гайка; ж — штуцер для присо-
единения термопары к термомаг-
нитному клапану; з — обмотка
электромагнита; и — компенсаци-
онный провод; к — компенсацион-
ная оболочка
ет нижнюю тарелку 16 в крайнее нижнее положение, при котором
жестко связанный с ней якорь 3 прижмется к электромагниту 2.
При этом газ проходит только в газопровод 14 запальной свечи.
Последняя зажигается переносным запальником и обогревает го-
рячий спай (1—а) термопары; по обмотке электромагнита пой-
дет ток и якорь притянется. Показателем этого является стабиль-
ность пламени свечи при ослаблении нажатия на кнопку. Если
якорь не будет притянут, пламя свечи укоротится, так как под
действием нижней пружины 17 нижняя тарелка 16 уменьшит се-
чение для прохода газа к свече.
3. Рабочее положение (позиция Б-Ш). После
прекращения нажатия на кнопку последняя под действием сво-
ей пружины возвратится в исходное положение. Под действием
верхней пружины 7 верхняя тарелка 10 поднимется и откроет
проход газу через клапан. Автоматика сработала на запуск- Вре-
мя срабатывания 30—40 с.
' 213
4. Срабатывание на отключение (позиция
Б-I). В результате неисправности в газопроводе прекращается
подача газа и гаснут газовая горелка и свеча, охлаждается горя-
чий спай термопары, исчезает т. э. д. с., перестает притягиваться
якорь и под действием пружины 17 нижняя тарелка 16 перекроет
вход газу в клапан. Автоматика сработала на отключение. Время
срабатывания 30—40 с.
Время запуска и срабатывания зависит от упругости нижней
пружины 17, которая должна быть проверена. При слишком силь-
ной пружине время запуска удлинится, а время срабатывания на
отключение укоротится, при слишком слабой пружине — наоборот.
Те рмопара. Термопара (см. рис. 16.1. В) работает на основе термо-
электрического эффекта Зеебека, согласно которому при нагревании спая двух
термоэлектродов, изготовленных нз различных металлов или их сплавов, и за-
мыкании двух свободных концов термоэлектродов по цепи пойдет электрический
ток, вызванный возникновением термоэлектродвижущей силы (т. э. д. с.)
Объясняется это различной концентрацией свободных электронов в межмо-
лекулярном пространстве обоих термоэлектродов. При спайке электроны пере-
мещаются от электрода с большей нх концентрацией к электроду с меньшей
коицентрацяей. В результате этого на свободных концах термоэлектродов возни-
кает разность потенциалов, причем тем большая, чем больше нагрет спай. Если
необогреваемые концы электродов также спаять, то в зоне холодного спая воз-
никнет то же явление и противоположно направленная т. э. д. с. меньшего зна-
чения из-за более низкой температуры холодного спая. Результирующая т. э. д. с.
будет расти с ростом разности температур между спаями.
Практически концы термоэлектродов не спаиваются, а с помощью медных
проводов соединяются либо с измерительным прибором (измерительная термо-
пара), либо с обмоткой электромагнита (силовая термопара). Холодными спая-
ми будут являться спаи термоэлектродов с медными проводами. Употребитель-
ными термопарами для рассматриваемых клапанов являются хромель-алюмеле-
вые (ХА) и хромель-копелевые (ХК). Эти сплавы имеют состав: хромель —
Ni — 90%, Сг—10%; алюмель — Ni — 95%, Al, Mg, Si — 5%; копель — Ni—
44%, Си—56%.
При разности температур между спаями в 14,5° С для ХК и в 25° С для ХА
термопары дают т. э. д. с., равную 1 мВ.
Термопара 1 имеет хромелевый электрод в виде трубы в и алюмелевый или
копелевый в виде провода б. Ее устройство понятно из рисунка. Электрическая
цепь выражается схемой «горячий спай — центральный электрод—медный про-
вод— обмотка электромагнита — корпус—штуцер — медная трубка — хромеле-
вая трубка — горячий спай». Т. э. д.с. термопары достигает 60 мВ.
Недостаток термомагнитного клапана — изменение упругости
пружины 17, вызывающее изменение времени срабатывания на
запуск и отключение, а также чувствительность термопары к ме-
ханическим воздействиям, могущим нарушить электрическую
цепь. Кроме того, этот клапан контролирует только один пара-
метр — наличие пламени, т. е. защитная автоматика является од-
иоканальной, что также является ее недостатком.
Соленоидный клапан (рис. 16.2,а) работает следую-
щим образом: при включении электропитания соленоид 5 втяги-
вает сердечник 7 и связанная с ним тарелка 8 открывает проход
газу к горелке. Открыв край, горелку зажигают от запальной
свечи.
Когда регулируемый параметр (давление, температура) достиг-
нет верхнего значения, стрелка контактного прибора (манометра,
термометра) замкнет верхний подвижной контакт, устанавливае-
мый вручную, соленоид обесточится, тарелка опустится на седло
4 и горелка погаснет. После этого регулируемый параметр будет
Рис. 16.2. Электромагнитная автоматика
регулирования:
а — схема соленоидного клапана; / — упор-
ный винт; 2 — корпус; 3 — перегородка; 4 —
седло; 5 — соленоид; 8 — клеммы; 7 — сер-
дечник; 8 — клапанная тарелка;
б — электрическая схема соединения клапана
и манометра: / — контактный манометр; 2 —
нормально разомкнутый контакт № 1; 3 — ре-
ле № 2; 4 — реле № 1; 5 — соленоидная ка-
тушка клапана; 6 — трансформатор; 7 — пре-
дохранители; 8 — двухполюсный выключатель;
9 — тумблер; 10 — нормально замкнутый кон-
такт № 3; И — нормально разомкнутый кон-
такт № 2; 12 — нормально замкнутый контакт
№ 4; 13 — иередвнжной контакт верхнего пре-
дела давления; 14 — передвижной контакт
нижнего предела давления
уменьшаться до тех пор,
пока не замкнется нижний
подвижной контакт, при
этом возобновится элект-
ропитание и горелка вновь
зажжется от запальной
свечи.
Таким образом, регули-
руемый параметр поддер-
живается в заданных пре-
делах. При аварийном от-
ключении электропитания
проход газу через клапан
может быть обеспечен
упорным винтом 1, подни-
мающим тарелку 8. Кон-
такты устанавливает спе-
циальным ключом персонал,
ответственный за эксплуа-
тацию аппарата.
Электрическая схема
блока «соленоидный кла-
пан — контактный мано-
метр* представлена на рис.
16.2,6. С помощью выклю-
чателя 8 и тумблера 9 че-
рез понижающий транс-
форматор 6 (220/12 В) включается электропитание соленоида 5,
Стрелка манометра 1 отходит от нулевого положения и, двигаясь
по часовой стрелке, замыкает передвижной контакт нижнего пре-
дела давления 14. Поскольку этот контакт отсоединен от электро-
питания нормально открытым контактом № 1 (2), это не вызо-
вет изменения в электрической схеме.
Как только стрелка манометра замкнет передвижной контакт
верхнего предела давления 13, сработает реле № / (4), так как
замкнется цепь его электропитания. Тогда нормально разомкну-
тый контакт № 2 (11) этого реле замкнется, а нормально замкну-
тый контакт № 3 (10) разомкнется. Вследствие этого обесточится
соленоид и подача газа к горелке прекратится или уменьшится.
Одновременно замкнется нормально разомкнутый контакт № 1
(2).
Давление будет падать, а стрелка манометра перемещаться
против часовой стрелки до тех пор, пока не замкнет нижний кон-
такт 14. При этом возникнет электропитание реле 3, которое ра-
эомкнет нормально замкнутый контакт № 4 (12) и замкнет нор-!
мально замкнутый контакт № 3 (10), благодаря чему возобно-
вится электропитание соленоида и откроется полный проход газу
к,горелке. При этом отключится реле 4 и разомкнутся нормально
разомкнутые контакты № 1 (2) и № 2 (11). Запальная свеча при
этом останется постоянно горящей.
Недостаток описанной автоматики регулирования — возмож-
ность «залипания» четырех контактов, входящих в два реле, а
также сочетание газа и электроэнергии в одном устройстве, что
не рекомендуется с позиций техники безопасности. По этой причи-
не были разработаны неэлектрические типы автоматики безопас-
ности и регулирования.
16.3. ДИЛАТОМЕТРИЧЕСКАЯ АВТОМАТИКА
Дилатометрическая автоматика безопасно-
сти (рис. 16.3, а) данный вариант был разработан фирмой
Кромшрёдер (Kromschroder, ФРГ) и состоит из клапана-отсекате-
ля 1, изготовленного из литейного алюминия (силумина) и уста-
навливаемого на газопроводе перед горелкой аппарата, и запаль-
ной головки 8, выполненной из того же материала и установлен-
ной так, чтобы боковой факел свечи 13 касался насадки горелки
12. Клапан-отсекатель связан с запальной головкой медными им-
пульсными трубками 6, имеющими наружный диаметр около
6 мм. Автоматика действует следующим образом:
1. Допусковое положение. Тарелка 4 перекрывает
проход газу через клапан. Кран горелки 3 должен быть закрыт.
Клапан 15 запальной головки 8 под действием толкателя 10, на-
жимающего на рычаг 14, открывает проход газу в нижнюю им-
пульсную трубку 6. Под и над мембраной 5, выполненной из про-
саленной кожи, давление атмосферное.
2. Пусковое положение. Запуск автоматики произво-
дится нажатием на подпружиненную пусковую кнопку 18, благо-
даря чему открывается проход газу через обводной канал 19. Газ,
минуя основной проход, закрытый тарелкой 4, проходит под мем-
брану 5, затем в верхнюю импульсную трубу 6, в запальную
головку 8 и запальную горелку 13, после чего в нижнюю импульс-
ную трубку бив надмембранное пространство. При этом не-
большое количество газа вытекает наружу через дыхательное соп-
ло 7, представляющее собой отверстие диаметром 0,3 мм в ниж-
ней импульсной трубке. Запальную свечу зажигают переносным
запальником. Она обогревает оболочку 9 дилатометра н в мень-
шей степени толкатель 10 и керамическую вставку 11. Латунная
оболочка удлиняется больше, чем латунный толкатель с керамиче-
ской вставкой, имеющей весьма малый коэффициент линейного
расширения. Вследствие этого ослабляется нажим толкателя на
рычаг 14, и последний под действием пружины 16 поворачивается
вокруг призматической опоры 17 по часовой стрелке, в результа-
те чего клапан 15 перекрывает вход газу в нижнюю импульсную
216.
трубку 6. Тогда из-за наличия дыхательного сопла 7 Давление
над мембраной падает до атмосферного и мембрана под действи-
ем сетевого давления снизу прогибается вверх и поднимает та-
релку, открывая основной проход газу через клапан, Показателем
В 7 8 9 Ю 11
Рис. 16.3. Дилатометрическая автоматика!
а •— схема дилатометрической автоматики безопасности: J — клапаи-отсека-
тель; 2 — седло; 3 — край газовой горелки; 4 — тарелка клапана-отсеката-
ля; 6 — его мембрана; 6 — импульсные трубки; 7 — дыхательное сопло;
8 — запальная головка; 9 — оболочка дилатометра; 10 — толкатель дилато-
метра; 11 — керамическая вставка дилатометра; 12 — газовая горелка; 13 —
запальная горелка (свеча); 14 — рычаг запальной головки; 15 — ее клапан;
16 — ее пружина; /7 — ее призматическая опора для рычага; 18 — подпру-
жиненная пусковая кнопка; 19 — обводной (байпасный) канал клапана-отсе-
кателя;
б — схема дилатометрической автоматика регулирования; 1 — сосуд о жид-
костью, температура которой регулируется; 2 — оболочка дилатометра; 3 —
внутренний стержень дилатометра; 4 — газопровод сетеаой; 5 — газопровод
к горелке; 6 — пружина клапана; 7 — клапан; 8 — седло; 9 — двойная
пружина
этого является удлинение пламени запальной горелки и его ста-
бильность при ослаблении нажима на пусковую кнопку. Если ба
освовной проход не открылся, пламя запальной горелки сократи-
лось бы вследствие уменьшения сечения байпасного (обводного)
канала. Автоматика сработала на запуск. Период срабатывания
менее 60 с. Незначительное количество газа, выходящее за это
время в атмосферу через дыхательное сопло, опасности не пред-
ставляет. Автоматика не срабатывает на запуск при открытом
кране 3, ибо почти весь газ из обводного канала будет свободно
выходить в атмосферу через насадку горелки и по обе стороны
мембраны не возникнет разности давлений.
3. Рабочее положение. Отпускают кнопку, открывают
кран горелки и зажигают ее от запальной горелди.
4. Срабатывание на отключение. При аварийном
прекращении подачи газа гаснут основная и запальная горелки,
перестает обогреваться дилатометр и усиливается нажим толкате-
ля на рычаг. В результате этого открывается вход в нижнюю им-
пульсную трубку и давление по обе стороны мембраны выравни-
вается, Тогда тарелка под действием силы тяжести перекрывает
проход газу через клапан. Автоматика сработает на отключение,
Период срабатывания 60 с.
Эта автоматика проще и надежней электромагнитной, так как в
ней нет электрических цепей. Однако она также является одно-
канальной и контролирует только наличие пламени.
Дилатометрическая автоматика регулирова-
ния (рис. 16.3, б) применяется в основном в газовых водонагре-
вателях типа АГВ-80 и работает следующим образом. В водоне-
сущий резервуар 1 введена и уплотнена в нем стальная трубка
дилатометра 3, к глухому торцу которой прикреплен инваровый
(сплав Fe, Ni) стержень 3, имеющий весьма малый коэффици-
ент линейного расширения. Стержень упирается в двойную пру-
жину, 9, конец которой давит на клапан 7, нагруженный с обрат-
ной стороны пружиной 6. При увеличении температуры воды сверх
заданной трубка дилатометра удлиняется значительно больше,
чем стержень 3, в результате чего ослабляется нажим на пружину
9 и клапан 7 закрывает проход газу через седло 8. Вода охлажда-
ется, дилатометр укорачивается, нажим на клапан возрастает и
последний вновь открывает проход газу к горелке, которая зажи-
гается от постоянно работающей запальной свечи.
Таким образом, температура воды в резервуаре поддержива-
ется на заданном уровне с небольшими отклонениями от него.
Для изменения этого уровня изменяется с помощью муфты (на
схеме не показана) длина наконечника инварового стержня.
16.4. МЕМБРАННО-ИМПУЛЬСНАЯ (ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ)
АВТОМАТИКА
Комбинированная автоматика регулирова-
ния и безопасности (АРБ) (рис. 16.4) разработана ла-
бораторией газового оборудования и автоматики ВНИИторгмаша
и в настоящее время серийно выпускается Всесоюзным производ-
ственным объединением «Союзторгмаш». По линии защиты авто-
матика является многоканальной, т. е. контролирует пламя, тягу*
положение аппарата и другие факторы и не имеет электрических
218
цепей. Поэтому она более совершенна, чем описанные выше сис-
темы. Автоматика имеет индекс 2АРБ-1 (2), где начальная циф-
ра 2 свидетельствует о наличии двойного блока, а последние
цифры означают: 1 —присоединительная резьба 0,5", 2—1".
На газопроводе перед горелкой 29 устанавливаются последова-
тельно клапаны-отсекатели блока защиты 1 и регулирования И.
К верхней части клапанов присоединены реле-инверторы 6 и 16,
составляющие с клапанами-отсекателями единые силуминовые
блоки.
Около запальной свечи 30 установлен датчик пламени 31, на
патрубке отходящих газов — датчик тяги 32, на поворотном уст-
ройстве— датчик поворота 33, на пароводяной рубашке — датчик
регулирования 23. Датчики связаны с реле-инверторами латунны-
ми импульсными трубками 21 диаметром 3 мм.
Автоматика работает следующим образом:
1. Допусковое положение. Тарелки 4 и 14 клапаиов-
отсекателей и 1 и 11, подвешенные к мембранам 5 и 15, выпол-
ненным из лакошелка, перекрывают основные проходы газу че-
рез оба клапана (путь газа при открытых проходах показан
стрелками). Кран горелки 35 должен быть закрыт. Датчик пла-
мени 31 — нормально открыт, датчики тяги 32 и поворота 33 —
закрыты. Клапаны-золотники 8 и 18 обоих реле-инверторов под
действием пружин 7 и 17 перекрывают верхние отверстия реле и
открывают нижние, в результате чего над мембраной 5 клапана-
отсекателя 1 давление газа сетевое.
2. Пусковое положение. Срабатывание автоматики на за-
пуск происходит следующим образом. После нажатия на пус-
ковую кнопку 3 через открывшийся обводной канал 2 проходит, ми-
нуя закрытый тарелкой 4 основной проход, под мембрану 5, за-
тем через дроссель 13 в обводном канале 12 и подмембранную
полость клапана-отсекателя 11 в газопровод горелки и доходит до
закрытого крана 35. Кроме того, он поступает в газопровод за-
пальной свечи 30, в полости над мембранами 9 и 19 обоих реле-
инверторов 6 и 16 и через импульсные трубки 21 — ко всем дат-
чикам.
Запальная свеча зажигается переносным запальником при на-
жатой кнопке. При этом удлиняющаяся пластина датчика пламе-
ни 31 обогревается, и вход в его импульсную трубку (рис. 16.4,6)
закрывается. Вся система герметизируется и над мембранами 9
и 19 обоих реле-инверторов давление поднимается почти до се-
тевого. Под этими мембранами давление всегда соответствует
атмосферному, ибо обе подмембранные полости связаны с откры-
той в атмосферу линией эвакуации 22. Обе мембраны 9 и 19,
также выполненные из лакошелка, прогибаются вниз, и клапаны-
золотники 8 и 18 обоих реле перемещаются в нижнее положение,
при котором открываются верхние (а) и закрываются нижние (в)
отверстия реле. Тогда надмембранные полости обоих клапанов-от-
секателей соединяются с линией эвакуации 22 и давление в них
падает до атмосферного.
Под мембранами 5 и 15 давление сетевое. Обе мембраны выги-
баются вверх и поднимают тарелки 4 и 14, открывая главные про-
ходы через клапаны-отсекатели 1 и 11. При этом усиливается по-
дача газа к запальной свече, пламя которой удлиняется. Если
ослабить нажим на пусковую кнопку, то пламя свечи останется
стабильным, ибо открылся основной проход для газа. Автоматика
сработала на запуск. Время срабатывания 30 с.
Автоматика не сработает на запуск при открытом кране горел-
ки нли при разгерметизации импульсных труб датчиков защиты
21, так как при этом над мембранами 9 и 19 обоих реле-инверто-
ров давление не поднимется.
3. Рабочее положение. После описанного выше прекра-
щают нажатие на пусковую кнопку и открывают кран 35 горелки
29; последняя зажигается от пламени запальной свечи,
4. Срабатывание на отключение. А, Прекрати-
лась подача газа. В результате гаснут горелка и запальная свеча.
Перестает обогреваться и укорачивается пластина датчика пла-
г/ гг ss
Рис. 16.4. Автоматика регулиро-
вания и безопасности (АРБ):
а —• принципиальная схема: I — кла*
пан-отсекатель блока защиты; 2 —•
его обводной канал; 3 — его пуско^
вая кнопка; 4 —• его тарелка: 5 —
его мембрана; 6 — реле-инвертор
, блока защиты; 7 — его пружина; 5—
его клапаи-золотник; Р — его мемб*
рана; 10 —• его кнопка «Стоп»; 11 —
клапан-отсекатель блока регулирова-
ния; 12 — его обводной канал; 13 —
рана; 10 — реле-инвертор блока регу-
--- ____л-золотннк; 19 — его мембрана; 20 —
дроссели; 21 -т- импульсные трубки датчиков защиты; 22 —• лнння эвакуации; 23 — дат-*
чик регулирования; 24 — его мембрана; 25 — его клапан-золотник; 26 — его пружина;
27 — его крышка с лимбом; 28 — пароводяная рубашка; 29 — газовая горелка; 30 —
запальная свеча; 31 — датчик пламени; 32 — датчик тяги; 33 —• датчик поворота;
$4 4. опрокидывающийся котел; 35 — кран горелки; «х>—*«х» —• линия подпитки;
б — схема датчика пламени: 1 — запальная свеча; 2 — удлиняющаяся пластина; 3 —
клапан; 4 — импульсная трубка;
в — схема датчика тяги: 1 ’ — биметаллическая пластина; 2 — ее неподвижный конец;.
‘3 ’—• импульсная трубка; 4 — клапан; 5 •— положение клапана к пластины после на*
греваиня;
мени. Открывается вход в импульсную трубку датчика, и дав*
ление в ней падает до атмосферного. Падает также до атмосфер*
ного и давление над мембраной 9 реле-инвертора блока защиты
6. Так как под мембраной этого реле давление всегда атмосфер*
ное, мембрана уравновесится и под действием пружины 7 клапан*
золотник 8 перекроет верхнее отверстие (а) реле и откроет ниж*
нее (в). Тогда надмембранная полость клапана-отсекателя 1 бло-
ка защиты соединится с газопроводом н давление по обе стороны
мембраны 5 выравняется. В результате тарелка 4 клапана-отсе-
кателя блока защиты перекроет проход газу через блок. С не-
большой задержкой, обусловленной наличием дросселей 20, то же
самое произойдет и с блоком регулирования, тарелка 14 которо-
а — фото автоматики АРБ: 1 — блок защиты (безопасности); 2 —• блок регулирования;
3 — запальная свеча с датчиком пламени; 4 — датчик тяги; 5 — датчик регулирова-
ния;
д — фотография автоматики АБ: 1 — вход газа; 2 — пусковая кнопка; 3 — корпус;
4 — кнопка «Стоп»; б— штуцер импульсной трубки датчика, .пламенр;, 6 — штуцер
линии эвакуации; 7 — мембрана клапана-отсекателя; 8 — мембрана реле-нйвертора;
9 запальная свеча; 10 — удлиняющаяся пластина; 11 — Датчик пламени
го также перекроет основной проход газа через клапан-отсекатель
И блока регулирования. Автоматика сработала на отключение.
Период срабатывания 30 с.
Б. Из-за неисправности дымохода исчезла тяга. При нормаль*
ной работе дымохода и наличии тяги биметаллическая пластина
датчика тяги 32 не меняет своей формы (рис. 16.4, а) и омыва-
ется атмосферным воздухом, подсасываемым в газоход через
датчик. Биметаллическая пластина состоит из двух склепанных
пластин, выполненных из сплавов с различными коэффициентами
линейного расширения. Если верхняя пластина имеет больший
коэффициент линейного расширения, то при нагревании биметал-
лическая пластина выгнется вверх.
При нарушении тяги горячие продукты сгорания выходят че-
рез датчик тяги в атмосферу, нагревая биметаллическую пласти-
ну. Прогибаясь, она отводит клапан датчика и открывает вход
в его импульсную трубку, в которой давление падает до атмо-
сферного; при этом автоматика срабатывает на отключение за
30 с, как это описано в пункте А. Описанный датчик тяги подле-
жит усовершенствованию.
В. Произошел поворот опрокидывающегося пищеварочного
котла. Тогда посредством простой механической связи с червяч-
ным механизмом опрокидывания котла клапан датчика поворота
открывает вход в импульсную трубку датчика, давление в кото-
рой падает до атмосферного. В результате автоматика срабатыва-
ет так, как это было описано в пункте А. Период — 5 с. Автомати-
ка срабатывает \ia отключение при любой разгерметизации сис-
темы защиты так, как если бы сработал любой датчик защиты.
Для быстрого отключения автоматики можно нажать на кнопку
«Стоп», вследствие чего давление над мембраной 9 реле-инверто-
ра 6 блока защиты упадет до атмосферного и клапан-отсекатель
1 блока защиты закроется, как это описано в пункте А.
5. Работа системы регулирования. Если давление
в пароводяной рубашке 28 превысит заданное по лимбу датчика
регулирования 23, резиновая мембрана 24 последнего прогнется
налево и клапан-золотник 25 датчика откроет отверстие с в его
перегородке. Тогда надмембранная полость реле-инвертора 16
блока регулирования соединится с линией эвакуации и давление
в ней упадет до атмосферного, что вызовет закрывание основного
прохода клапана-отсекателя 11 блока регулирования в соответ-
ствии с пунктом 4-А. Тогда газ будет поступать к горелке через
задросселированный обводной канал этого клапана и горелка пе-
рейдет на малый режим работы, так как дроссель имеет малый
диаметр (0,3 мм).
После этого давление начнет уменьшаться и пружина 26 дат-
чика регулирования вернет клапан-золотник датчика на прежнее
место. Отверстие с закроется, над мембраной 19 реле-инверто-
ра 16 давление снова поднимется и главный проход клапана-от-
секателя 11 вновь откроется, как это описано в пункте 2. Горелка'
перейдет на основной режим работы. Заданное давление обуслов-
лево натяжением пружины 26 с помощью крышки 27 датчика ре-
гулирования, снабженной лимбом, градуированным в единицах
давления. При более высоком уровне давления крышку нужно
глубже навернуть на корпус датчика, увеличив натяжение пружи-
ны. Поддерживая заданное по лимбу давление на примерно посто-
янном уровне (с небольшими колебаниями), горелка будет пере-
ходить попеременно на большой и малый режимы работы. Так
как при этом трудно обеспечить герметизацию системы, то над
мембраной реле-инвертора блока регулирования давление не до-
стигнет сетевого, вследствие чего давление над мембраной клапа-
на-отсекателя этого блока не опустится до атмосферного. Из-за
уменьшенного нерепада давления по обе стороны мембраны 15 по
сравнению с мембраной 5 алюминиевая тарелка 14 выполняется
значительно более легкой, чем стальная тарелка 4 клапана-отсе-
кателя блока защиты (последняя имеет массу около 20 г). В то
время как при срабатывании датчика регулирования давление
над мембраной 19 упадет до атмосферного, над мембраной 9 дав-
ление почти не изменится из-за наличия подпиточной линии
х—х, создающей аэродинамический подпор. Поэтому при закры-
вании клапана-отсекателя 11 клапан-отсекатель 1 блока защиты
останется открытым. Дроссели 20 с диаметром 0,3 мм препятству-
ют значительной утечке газа при срабатывании датчика регули-
рования (правый дроссель) и в' период закрывания датчика пла-
мени (левый дроссель).
Автоматика безопасности (АБ), ранее разработан-
ная институтом «Мосгазпроект», отличается от рассмотренной
выше автоматики АРБ отсутствием всех элементов, связанных с
регулированием, т. е. в ней нет блока и датчика регулирования
и соответствующих коммуникаций. В остальном ее схема и прин-
цип действия системы защиты аналогичны описанным (см. пунк-
ты 1, 2, 3, 4 описания автоматики АРБ).
Автоматика регулирования пропорциональ-
ного типа (АРП) (рис. 16.5) разработана лабораторией га-
зового оборудования и автоматики ВНИИторгмаша и устанавли-
вается в блоке с автоматикой АБ (т. е. заменяет двухпозици-
онный блок регулирования автоматики АРБ). Двухпозиционный
принцип регулирования автоматики АРБ приводит к значитель-
Рис. 16.5. Схема ав-
томатики регулирова-
ния пропорциональ-
ного типа АРП:
1 — корпус; 2 — тарел-
ка; 3 — проход для
газа; 4 — дроссель; 5 —
мембрана; 6 — датчик;
7 — клапан • золотник;
8 — дроссель-отверстие;
9 — шток; 10 — элас-
тичная перегородка, уп-
лотняющая выход што-
ка; Н — дренажная ли-
ния; 12 — горелка
нойииерции процесса регулирования и разнице между пре-
дельными значениями регулируемого параметра. Объясняется
это длительными переходными процессами набора или сброса
давления в надмембранной полости реле-инвертора блока регу-
лирования. Эти недостатки отсутствуют в значительно более
простом и компактном блоке АРП, который обеспечивает соот-
ветствие в каждый момент времени требуемой тепловой мощно-
сти (расхода газа) регулируемому параметру.
Газ поступает в силуминовый корпус 1 и проходит через
всегда открытое сечение 3 к горелке 12. Тарелка 2 подвешена к
мембране 5, выполненной из лакошелка. Одновременно газ по-
ступает через дроссель 4 в надмембранную полость, а из нее—
в датчик 6. При запуске аппарата клапан-золотник 7 перекры-
вает дроссель-отверстие 8 и по обе стороны мембраны 5 давле-
ние становится одинаковым. При этом тарелка 2 находится в
нижнем положении и проход 3 полностью открыт. Как только ре-
гулируемый параметр дойдет до заданной величины, Шток 9 пе-
реместится справа налево, дроссель-отверстие 8 откроется и осу-
ществится сброс газа в дренажную линию 11.
Газ сгорает в зоне пламени запальной свечи. Давление над
мембраной 5 уменьшается, она выгибается вверх, и тарелка 2
уменьшает проход 3, обеспечивая расход газа в соответствии с
заданным параметром, воздействующим тем или иным механиз-
мом на шток 9. Дроссель 4 ограничивает количество дренируе-
мого газа и увеличивает в процессе дренажа перепад давления
по обе стороны мембраны.
Гл а в а 17
АППАРАТЫ С ГАЗОВЫМ ОБОГРЕВОМ
17.1. ПИЩЕВАРОЧНЫЕ КОТЛЫ
Техническая характеристика котлов (рис. 17.1) приведена в
табл. 17.1.
Котел с непосредственным обогревом Алю-
миниум кукинг (Aluminium cooking С°, США). Котел схемати-
чески представлен на рис. 17.1, а, принцип его действия допол-
нительных пояснений не требует.
Несмотря на непосредственный нагрев варочного сосуда, ло-
кального повышения температуры стенки по контуру факелов
насадок горелок не происходит по следующим причинам: высо-
кая теплопроводность алюминия (в 10 раз превышающая тепло-
проводность нержавеющей стали), из которого выполнена стен-
ка варочного сосуда, обеспечивает равномерный ее прогрев и
почти изотермичное температурное поле. Этому способствует ма-
лая тепловая мощность обеих горелок и высокий коэффициент
избытка воздуха в камере сгорания, достигающий шести, бла-
годаря чему значительно уменьшается тепловая нагрузка, при-
ходящаяся на единицу поверхности варочного сосуда. Благодаря
непосредственному обогреву температурный уровень на стенке
может быть установлен таким, какой необходим для варочных
Таблица 17 1
Котлы
Величины Aluminium cooking С°, США Rubbens, Бельгия КПГ-40М КПГ-60М КПГ-160 КПГ-250 КПГСМ-250 Панельный |
Полезная вместимость, дм3 Расход газа (QHP = =35609 кДж/м3) в период ра- зогрева, м3/ч То же в стационарном режиме варки, м3/ч Предельное рабочее давление в рубашке, кПа Продолжительность разогрева, мин Габаритная длина, мм .... Габаритная высота, мм. . . . Габаритная ширина, мм . . . . Масса, кг Тип газовой автоматики.... Минимальное разрежение в ды- моходе, Па Число горелок, шт Тип горелки 93 2,50 1,50 105 55 40 Электро- магнитный 5 2 Инжекцион- ная одно- сопловая пламенная 300 609 45 10 9 Инжекцион- ная одио- сопловая пламенная j 40 1,25 0,30 50 51 1100 1025 1000 135 55 2АРБ-1 10 I Инже 60 1.50 0,40 50 57 11.0 1200 1025 145 55 2АРВ-1 10 1 кционная вая пла\ 160 3,56 0.60 50 60 1200 1100 1200 380 60 10 1 одно енная 250 4,50 0,70 50 1 60 1300 1200 1200 490 60 2AF 10 1 :опло- 250 4,20 0,70 50 60 1470 1025 900 320 65 >Б-2 3 1 Инжек много с пери; подач 259 4,20 0.70 50 60 1500 850 800 «ЗОЭ 65 10 I ционная юпловая серийной ей газа
Примечание. По панельному ютлу приведены расчетные данные. Габаритные размеры и кон-
струкция варочного сосуда с греющей системой такие же, как н у панельных электрокотлов iмес-
тностью 250, 160 н 100 дм3.
и жарочных процессов, т. е. котел может быть использован, на-
пример, для жарки во фритюре. Отсутствие греющей рубашки и
связанной с ней предохранительной и прочей арматуры и прибо-
ров значительно упрощает и облегчает конструкцию котла, де-
лает ее максимально надежной. Однако отсутствие теплоизоля-
ции и слаборазвитая поверхность нагрева приводят к низкому
к. п. д. котла, а малая тепловая мощность горелок — к значи-
тельному удлинению времени выхода котла на стационарный
режим. Повышенные температуры на неизолированном корпусе
ухудшают условия эксплуатации этого аппарата. Техническая
характеристика котла приведена в табл. 17.1. Отмеченные недо-
статки послужили, препятствием для распространения подоб-
ных котлов в СССР.
Котел Рубенс (Rubbens, Бельгия) с косвенным
обогревом и трубчатым парогенератором. Его
схема представлена на рис. 17.1, б и дополнительных пояснений
не требует. Техническая характеристика котла приведена в
8 Заказ № 267 225
табл. 17.1. Испытания этого котла показали, что слаборазвитая
поверхность нагрева огневых труб обусловила высокую темпера-
туру (400°С) уходящих из котла продуктов сгорания и его низ-
кий к. п. д. (45%).
Котлы Всесоюзного производственного объ-
единения (ВПО) «Союзторгмаш» выпускаются в со-
ответствии с типоразмерным рядом: КПГ-40; 60; 100; 160;
Рис. 17.1. Газовые пи
а — котел с непосредственным обогревом производства Alomfrrit?rn cooking С9
(США): 1 — газовые горелка; 2 — регулируемые опоры; 3 — корпус; 4 —- ва-
рочный сосуд; 5 — перегородка; 6 — крышка; 7 — па1рубок отходящих про-
дуктов сгорания;
б — котел с косвенным обогревом производства Rubbens (Бельгия): 1 — пароге-
нератор; 2 — огневые трубки; 3 — теплоизоляция; 4 — пароводяная рубашка;
5 — варочный сосуд; 6 — клапан для выпуска воздуха из рубашки (вантуз);
7 — крышка; 8 — манометр; 9 — одинарный предохранительный клапан; 10 —
заливочная воронка; 11 — сливной кран; 12 — газовые горелки в устье огневых
трубок; 13 — короб отходящих продуктов сгорания;
в — опрок^дыдатп^ирся (поворотные) котл-ы с косвенным обогревом типа КПГ-40
и КПГ-60 производства заводов ВПО «Союзторгмаш»: / — газовая горелка; 2 —
карманы парогенератора; 3 — окно для перепуска продуктов сгорания; 4 — кон-
вективный газоход; 5 — теплоизоляция; 6 — пароводяная рубашка; 7 — вароч-
ный сосуд; 8 — крышка; 9 — манометр; 10 — двойной иредохраннтельаый кла-
пан; 11 — заливочная воронка с кранам; 12 — полуось поворотного устройства;
13 — разъемный патрубок отходящих продуктов сгорания;
г — стационарные котлы с косвенным обогревом типа КПГ-160 н КПГ-250 про-
изводства заводов ВПО «Союзторгмаш»: 1 — газовая горелка; 2 — карманы па-
рогенератора; 3 — патрубок отходящих продуктов сгорания с поворотной заслон-
кой; 4 — конвективные газоходы; 5 —теплоизоляция; 6 — варочный сосуд; 7 —
250 дм3. Этот ряд в ближайшей перспективе будет включать так-
же котлы вместимостью 400 дм3, а в дальнейшем, по-видимому,
и 600 дм3.
щеварочные котлы:
пароводяная рубашка; 8 — откидные болты; 9 — крышка; /9 — клапан-турбин-
ка; 11 — манометр; 12 — двойной предохранительный клапан; 13 — заливочная
воронка; 14 — сливной кран; 15 — кран уровня; 16 — препускные окна;
д — стационарный модульный котел с косвенным обогревом типа КПГСМ-250
производства заводов НПО «Союзторгмаш»; 1 — патрубок отходящих продуктов
сгорания; 2 — короба для отвода продуктов сгорания; 3 — конвективные газо-
ходы: 4 — кармаяы парогенератора; 5 — пароводяная рубашка; 6 — варочный
сосуд; 7 — крышка; 8 — предохранительный клапан варочного сосуда; 9 — ма-
нометр; 10 — двойной предохранительный клапан; 11 — заливочная воронка;
12 — сливной кран; 13 — края уровня; 14 — газовая горелка; 15 — насадка га*
зовой горелки; 16 — камеры сгорания;
е — стацноаариые модульные котлы с косвенным обогревом панельного типа,
приспособленные для функциональной тары для всего типоразмервого ряда,
включающего емкости 40, 60, 109, 160, 250, 460, 600 дм’: 1 — газовая горелка;
2 — панели парогенератора; 3 — щелевые камеры сгорания; 4 — фланец; 5 —
теплоизоляция; 6 — греющие каналы; 7 — крышка; 8 — варочный сосуд; 9 —
сливной край; 10 — кран уровня; 11 — колосники газовой горелки; 12 — короб
отводящих газов; 13 — смеситель горелки; 14 — внешний вид котла вмести-
мостью 160 дм
а — стенка варочного сосуда; б — штампованная канальная система; в —
штампованная выдавка; г — точечная сварка; д —• сплошной сварной шов
КПГ — это котлы пищеварочные газовые. Через тире ука-
зана вместимость варочного сосуда. Котлы вместимостью 40 и
60 дм3 выполняются по единой конструктивной схеме опрокиды-
вающимися (поворотными) с негерметизированной крышкой, ос-
тальные котлы в стационарном исполнении с герметизированной
крышкой, связанной с противовесом. Значения вместимостей в
указанном типоразмерном ряду соответствуют геометрической
прогрессии со знаменателем 1,66, что создает оптимальные усло-
вия для унификации узлов конструкции.
На рис. 17.1, в схематично приведены разрезы и фотографии
котлов типов КП Г-40 и КП Г-60, конструкция которых до-
полнительных пояснений не требует. Парогенератор имеет кран
уровня, обеспечивающий заполнение его водой в количестве до
12 дм3. Котлы снабжаются автоматикой типа 2АРБ-1. Продукты
сгорания движутся по конвективному газоходу по двум полуколь-
цам, указанным стрелками, а затем оба потока соединяются в
патрубке отходящих продуктов сгорания. Котлы выпускаются
Сокулукским заводом торгового машиностроения (ЗТМ) с кар-
касом в виде вилки с двумя подшипниками, в которых вращают-
ся полуоси котла.
Котлы типов КП Г-100, КП Г-160 и КП Г-250 схематич-
но представлены на рис. 17.1, г и фотографии. К варочному со-
суду 6 из нержавеющей стали приварена греющая рубашка 7
из углеродистой стали, покрытая теплоизоляцией 5 из мятой
альфоли. Цилиндрический варочный сосуд имеет фасонное полу-
сферическое днище, что обеспечивает его жесткость при мини-
мальной толщине, учитывая, что оно подвергается давлению па-
ра, находящегося в пароводяной рубашке, равному 50 кПа. Не-
смотря на дороговизну оснастки, необходимой для выдавливания
подобных днищ, это оправдывается экономией хромоникелевой
стали, ибо такое днище значительно тоньше плоского. К днищу
рубашки привариваются два двухстенных концентрических карма-
на 2 парогенератора. Снизу карманы наглухо заварены, сверху
имеют свободный выход в пространство греющей рубашки.
Внутренний карман образует стенку цилиндрической камеры
сгорания, в нижней части которой расположена односопловая
пламенная инжекционная горелка 1. Продукты сгорания через
перепускное окно 16 во внутреннем кармане поступают в 1-й кон-
вективный газоход 4, находящийся между обоими карманами.
Двигаясь в направлении стрелок по двум полукольцам, они про-
ходят через перепускное окно второго кармана во 2-й конвектив-
ный газоход и, аналогично двигаясь по нему, поступают в патру-
бок 3, через который удаляются из котла.
Контроль уровня воды в парогенераторе, заливаемой через
воронку 13, осуществляется краном уровня с контрольной труб-
кой 15. Варочный сосуд снабжен сливным краном 14 и двойной
полусферической крышкой 9, прижимаемой через кольцевую про-
кладку из пищевой резины к варочному сосуду с помощью от-
кидных болтов 8. Крышка снабжена клапаном-турбинкой, предо-
228
храняющим от повышения избыточного давления в сосуде сверх
2,5 кПа. Рубашка снабжена манометром 11, двойным предохра-
нительным клапаном 12 и заливочной воронкой с краном 13.
Котлы снабжены газовой автоматикой 2АРБ-2. Техническая ха-
рактеристика котлов приведена в табл. 17.1. Крышка с помощью
противовеса (на схеме не показан) может устанавливаться в
нужном положении.
Котлы КПГ-100, КПГ-160 и КП Г-250 имеют достаточно высо-
кие теплотехнические показатели, выраженные к. п. д. равным
60%, что свидетельствует о достаточном развитии радиационных
и конвективных поверхностей нагрева. Однако форма варочного
сосуда, выполненного в виде вертикального цилиндра диамет-
ром 800 мм, не может быть признана чиачной по следующим
причинам: начиная с типоразмера 160 дм3 и выше, котел не впи-
сывается в модульные линии (габаритная глубина модуль-
ной линии 900 мм); котел не приспособлен к стандартной функ-
циональной таре, значительно улучшающей условия его эксплу-
атации; конструкция котла обусловливает повышенную металло-
емкость и сравнительно невысокий коэффициент унификации
узлов и деталей; слои консистентного и малотеплопроводного пище-
вого продукта, например каши, прилегающие к стенкам варочно-
го сосуда, доходят до кулинарной готовности быстрее, чем цент-
ральные слои, удаленные от поверхности нагрева, в особенности
в сосудах большой (250 дм3 и более) вместимости. Котлы типов
КПГ-160 и КПГ-250 серийно выпускаются заводами тор-
гового машиностроения для установки вне модульных линий.
Для модульных линий подготовлен к серийному изготовлению ко-
тел, разработанный и испытанный МИНХом имени Г. В. Плеха-
нова, ЛСКБТМ и ВНИИторгмашем. Описание котла приведено
ниже.
Модульный котел КПГС М-250 вместимостью
250 дм3 изображен на рис. 17.1, д. Его варочный сосуд 6 представ-
ляет фигуру, близкую к горизонтальному полуцилиндру, окружен-
ному приваренной к нему полуцилиндрической рубашкой 5, к
нижней части которой приварены 5 двухстенных прямолинейных
карманов 4 парогенератора. По обе стороны центрального карма-
на расположены трубчатые насадки 15 многосопловой инжекцион-
ной горелки 14 с периферийной подачей газа. Между централь-
ным и соседними двумя карманами образованы две камеры сго-
рания 16, открытые с обоих торцов. Благодаря этому в каждой
половине парогенератора продукты сгорания двумя встречными
потоками омывают два крайних кармана и опускаются в коробы
2, соединяемые патрубком 1 для отходящих продуктов сгорания.
Котел снабжен облегченной герметизированной крышкой 7, име-
ющей пружинный клапан 8, предотвращающий повышение избы-
точного давления в варочном сосуде сверх 2,5 кПа. Рубашка снаб-
жена обычной арматурой (поз. 9, 10, И, 13), поясненной на
схеме. Благодаря сильно развитым конвективным поверхностям на-
грева и двойной камере сгорания, обусловливающей хорошее раз-
витие и радиационных поверхностей (в основном благодаря цент*
ральному карману парогенератора, являющемуся экраном двой-
ного освещения), котел обладает наиболее высоким к. п. д.
(>65%) среди газовых котлов зарубежных и советских конст-
рукций.
Разветвленный аэродинамический тракт, благодаря которому
продукты сгорания разделяются на четыре потока, способству-
ет созданию небольшого сопротивления в аппарате, устойчиво ра-
ботающем при разрежениях до 3 Па. Форма варочного сосуда
позволяет унифицировать котлы в рамках всего типоразмерното
ряда, причем поперечный разрез всех котлов будет одинаковым,
а вместимость и длина котла — пропорциональными модулю.
При этом котлы любой вместимости вписываются в габариты
модульных линий как по ширине (900 мм), так и по длине I—
= т-100 мм, где т — число модулей, равных 100 мм.
Относительно небольшая глубина варочного сосуда создает
условия для более равномерного прогрева всей массы продукта
по сравнению с большими котлами с варочными сосудами в виде
вертикального цилиндра. Форма варочного сосуда не требует по-
лусферических днищ и сложной оснастки. Простота конструкции
определяется также прямолинейными формами карманов пароге-
нератора и газоходов. Как варочный сосуд, так и рубашка с кар-
манами парогенератора выполняются из нержавеющей стали
толщиной до 3 мм. Котел оснащен газовой автоматикой типа
2АРБ-2 с перспективой ее замены на два блока (AB-f-АРП). Не-
достатком котла типа КПГСМ-250 является его неполная приспо-
собленность к прямоугольной функциональной таре, представляю-
щей перфорированные вкладыши-контейнеры, облегчающие за-
грузку и выгрузку пищевых продуктов. Полуцилиндрическая фор-
ма варочного сосуда создает неполное использование контейнера-
ми рабочего объема.
Панельные прямоугольные котлы [II,], приспо-
собленные для функциональной тары (рис. 17.1, е) (разработка
МИНХа имени Г. В. Плеханова и ЛСКБТМ), имеют панельную
систему «варочный сосуд — греющие каналы», унифицированную
в пределах типоразмерного ряда 40; 60; 100; 160; 250; 400;
600 дм’ для любого вида обогрева. Электрический вариант этих
котлов, выполненный ЛСКБТМ в виде промышленных образцов
вместимостью 100, 160 и 250 дм3, в 19®0 г. прошел испытания и ре-
комендован к серийному производству. Газовый парогенератор для
будущего газового варианта этих котлов разработан и изготовлен
МИНХом имени Г. В. Плеханова, его образец также прошел
испытания.
Конструкция системы «варочный сосуд — греющие каналы»
обусловливает минимальную металлоемкость при значительной
жесткости конструкции и устойчивости ее к деформациям в ре-
зультате избыточного давления или вакуума в системе греющих
каналов. Подложка а из нержавеющей стали, служащая стенкой
варочного сосуда, имеет толщину 1,5 мм и соединена со штам-
пованным листом б, выполненным из той же стали толщиной
1 мм. Соединение в местах г — точечной сваркой, а по периферии
д — сплошным швом. Таким образом формируются каналы а сече-
нием 10X80 мм, выдавки 0 шириной 20 мм и сборные коллекторы
у, причем верхний служит для выпуска воздуха из системы, а
нижний для соединения с аналогичными каналами 6 в днище кот-
ла. Эти каналы входят в штуцер с фланцем 4 для присоединения
парогенератора 2, также состоящего из панелей и расположенных
между ними щелевых камер 3.
Панели парогенератора в отличие от панелей варочного сосу-
да имеют каналы сечением 12X40 мм и межканальные участки
(выдавки) шириной не 20, а 40 мм. Межканальные участки игра-
ют роль эффективных ребер, передающих тепло от омывающих
их горячих продуктов сгорания с большим перепадом температур
между ними и стенкой к воде варочного сосуда. Каналы пароге-
нератора объединены сверху общим пространством, соединенным
с фланцем канальной системы варочного сосуда, и работают как
бесфитильные тепловые трубки. Паровые пузыри, образующиеся
в каналах, прорываются в паровое пространство над общим зер-
калом испарения, уровень которого контролируется краном и
трубкой уровня 10. При этом имеет место- турбулизация воды в
каналах парогенератора и весьма эффективная теплоотдача.
Между панелями парогенератора, имеющими высоту 250 мм и
длину 700 мм, образуются щелевые камеры сгорания 3, в устье
каждой из которых расположен колосник 11 колосниковой инжек-
ционной пламенной газовой горелки со смесительным устройст-
вом 13 многосоплового типа с периферийной подачей газа и за-
круткой газовоздушной смеси. Щелевые камеры сгорания играют
также роль конвективных газоходов, причем вследствие развитой
поверхности нагрева система «камера сгорания — конвективный
газоход» работает эффективно, а к. п. д. аппарата составляет не
менее -60%. Продукты сгорания удаляются в дымоход через зад-
ние торцевые сечения щелей. Как показали опыты с подобными
щелевыми системами, полезная нагрузка одной панели при рас-
ходе природного газа на один колосник Vr,—0,45 м3/ч составля-
ет 3500 Вт.
Упрощенная схема аэродинамического тракта щелевой системы
представлена на рис. 17.2. Продукты сгорания микрофакела край-
него левого огневого отверстия благодаря самотяге поднимаются
наверх, ударяются о свод щели и двигаются под ним горизон-
тально благодаря тяге в аэродинамическом тракте. Продукты сго-
рания следующего микрофакела двигаются аналогично, но не до-
стигают свода на толщину слоя продуктов сгорания первого мик-
рофакела и т. д. Таким образом, этот своеобразный конвектив-
ный газоход состоит из горизонтального участка 0—у и верти-
кального а—0, причем векторы а—0 и 0—у согласно линейному
закону, определяемому по геометрическим местам точек 0, лежа-
щих на диагонали х—х, являются усредненными. Вертикальная
часть может быть рассчитана по критериальному уравнению
Nu—CRan для свободной конвекции, а горизонтальная часть по
уравнениям Nu==ARe’PrBGrc/———V* где А, а, Ь, с зависят от
\ РГст /
гидродинамического режима движения (см. гл. 4).
Учитывая несветймость инжекционного факела и малую толщи-
ну излучающего слоя, подобная щелевая система «камера сгора-
Рис. 17.2. Схема аэродинамического тракта
шелевой камеры сгорания:
1 — колосник; 2 — огневые отверстия; 3 — век-
торы скорости продуктов сгорания, обусловленные
самотягой; 4 — векторы скорости, обусловленные
принудительной тягой
ния — конвективный газоход» может быть с известным прибли-
жением рассчитана как обычный конвективный газоход с началь-
ной температурой продуктов сгорания, равной теоретической тем-
пературе горения при усредненном по длине входного сечения ще-
ли коэффициенте избытка воздуха, равном приблизительно
__1,2 + 2,5_. iqr
acp = -L-J-J-= I.185-
Подобный расчет дает удовлетворительную сходимость с
опытными данными.
Образцы панельных электрических котлов вместимостью 100,
160 и 250 дм3, верхняя часть которых, обозначенная на рис. 17.1, е,
полностью унифицирована с конструктивной схемой газового ва-
рианта панельных пищеварочных котлов, находятся в эксплуата-
ции.
Варочный сосуд в виде параллелепипеда позволяет использо-
вать перфорированные вкладыши-контейнеры, механически загру-
жаемые в варочный сосуд и выгружаемые из него посредством
специального передвижного подъемника, укладывающего кассеты
с функциональной тарой (одна кассета в котел вместимостью
100 дм3, две кассеты в котел вместимостью 160 дм3 и три кассе-
ты в котел вместимостью 250 дм3). Подобные панельные котлы в
2 раза легче серийных и требуют в 2—3 раза меньше нержавею-
щей стали для их изготовления. В настоящее время готовятся к
производству котлы вместимостью 100, 160 и 250 дм3 с последу-
ющим переходом на вместимость 400 и 600 дм3 и к газовому обо-
греву.
Методы рациональной эксплуатации газовых пищеварочных
котлов. При работе с газовыми котлами необходимо соблюдать
ряд требований.
1. Перед запуском котла хорошо провентилировать помещение.
2. Варочный сосуд котла заполнить водой или продуктами.
3. Вливать через заливочную воронку дистиллированную или
в крайнем случае кипяченую воду (но не водопроводную или ко-
лодезную) др тех пор, пока из крана уровня не пойдет вода, пос-
ле чего закрыть кран уровня.
4. Проверить наличие тяги в дымоходе, поднеся к камере сго-
рания папиросную бумагу. При наличии тяги бумага будет втя-
гиваться внутрь. При этом необходимо, чтобы заслонка на дымо-
ходе была открыта.
5. Зажечь переносной запальник, затем, нажимая на пусковую
кнопку автоматики, зажечь от него свечу и проследить за устой-
чивостью ее пламени. При срабатывании автоматики на запуск
пламя свечи удлиняется и остается стабильным при ослаблении
нажима на кнопку. После этого открывают кран горелки и зажи-
гают ее от пламени запальной свечи.
6. Если автоматика не срабатывает на запуск, необходимо
убедиться в том, что кран горелки закрыт, после чего найти и
устранить место разгерметизации (в импульсных трубках и дат-
чиках безопасности).
7. После того как из заливочной воронки покажется плотная
струя пара, следует закрыть ее кран и следить за давлением в
пароводяной рубашке. При исправной автоматике регулирования
давление должно автоматически поддерживаться на уровне,
близком к установленному на лимбе датчика регулирования.
8. Крышка герметизированного котла должна быть закрыта
откидными болтами. При этом нужно убедиться в целости уплот-
нительной пищевой резины.
9. Если при форсировании котла клапан-турбинка не работа-
ет, следует вручную сбросить давление в варочном сосуде и под-
нять клапан-турбинку за кольцо. После остановки котла необхо-
' димо прочистить каналы турбинки и ликвидировать погнутость
шпинделя, мешающую вращению турбинки, шпинделя и кольца.
10. Если при работе котла наблюдается выход пара из пред-
охранительного клапана, необходимо его прочистить (после
остановки). Клапан должен периодически притираться к сед-
лу на специальном приспособлении посредством притирочной
пасты. Если при повышении избыточного давления сверх 55 кПа
клапан не срабатывает, необходимо несколько раз поднять и опу-
стить его с помощью специального рычажка, которым снабжены
двойные предохранительные клапаны с «подрывным» устройством.
Если клапан и при этом не будет срабатывать на выпуск
пара, его необходимо заменить другим (после остановки котла).
11. При остановке котла следует закрыть регулятор первичного
воздуха горелки, а затем газовый кран (во избежание хлопка).
После этого надо вначале ослабить откидные болты, а затем от-
вернуть их и поднять крышку. Отвертывать до конца каждый от-
кидной болт не рекомендуется во избежание перекоса крышки и
выхода из-под нее струи пара.
12. Пробочные краны необходимо периодически смазывать, а
газопровод в пределах котла проверять на герметичность мыль-
ным раствором.
13. При нормальной работе горелки пламя устойчивое фио-
летового цвета. При недостатке воздуха оно имеет желтые язы-
ки и растянуто. Для устранения этого недостатка следует увели-
чить степень открытия регулятора первичного воздуха. При отры-
ве пламени оно имеет белый цвет, горит с шумом аа некотором
расстоянии от огневых отверстий. Для устранения отрыва пламе-
ни нужно уменьшить подачу газа и прикрыть регулятор первич-
ного воздуха.
14. Сливной кран не должен разбрызгивать струю сливаемой
воды. Его защитная сетка должна периодически прочищаться.
15. Наблюдение за предохранительной арматурой и ее обслу-
живание возлагаются на механика горячего цеха предприятия
общественного питания.
16. Обо всех неисправностях в газовой части аппарата следу-
ет немедленно сообщать в контору газового треста, обслуживаю-
щую данное предприятие.
При пониженном уровне воды в парогенераторе котла возмо-
жен пережог обнаженных (неохлажденных водой) сварных соеди-
нений парогенератора, а при повышенном — увеличение периода
выхода котла на стационарный режим.
17.2. ПЛИТЫ
Плита газовая секционная типа ПГС-2МА. Плита (рис. 17.3)
предназначена для варочных а жарочных процессов, осуществляе-
мых на жарочном настиле 12 и в жарочно-пекарном шкафу 8.
Площадь жарочного настила — 0,9 м2 (для обеих конфорок); под
каждой конфоркой размещена насадка инжекционной односопло-
вой пламенной горелки, расходующей 1,8 м3/ч природного газа с
низшей теплотой сгорания 35600 кДж/м3. Кроме двух горелок
под настилом двух конфорок имеется такая же горелка для обо-
грева шкафа. Каркас, сваренный из стальных уголков и профи-
лей, несет на себе чугунные настилы двух конфорок, жарочный
шкаф, г азогор елочное устройство. Каркас облицован стальными
листами, покрытыми белой эмалью. Под облицовкой находится
теплоизоляция.
Жарочная поверхность формируется двумя конфорочными на-
стилами 12. Газоход 15 расположен в верхней средней части
плиты и разделен на три канала, обеспечивающих независимую
вытяжку продуктов сгорания от каждой из трех горелок. Горел-
ка шкафа находится под подовым листом 7. Нижний лист плиты,
расположенный под горелкой шкафа, имеет прорези для поступ-
ления вторичного воздуха, перекрываемые заслонкой. Вторичный
воздух поступает через окна передних стенок плиты. Газопровод
плиты состоит из двух самостоятельных частей, расположенных
С5
о со t*s С©
по обе ее стороны. Недостаток плиты -= неравномерность темпе»
ратурного поля на настиле и неприспособленность к установке в
модульные линии.
Плита газовая секционная типа ПГСМ-2Ш. Плита (рис. 17.4)1!
предназначена для варочных и жарочных процессов, осуществля-
емых как на настиле, так и в жарочно-пекарном шкафу. Плита
Рис. 17.4. Общий вид (а) и разрез (б) плиты газовой секционно-модульной
ПГСМ-2Ш:
1 — конфорки; 2 — горелки настила; 3 — керамические вкладыши; 4 — настил; 6 —
камера сгорания; 6 — съемный лист; 7 — приборный отсек; 8 — газовый кран; 9 —
откидная дверца приборного отсека; 10— выдвижной поддон; 11 — жарочный _шкаф; 12 —
дверца шкафа; 13— противни; 14— подовый лист; 15 — горелка шкафа; 16 — рама;
11 — дымоход
имеет две инжекционные колосниковые горелки, расположенные
под настилом. От центральной трубы горелочной насадки отхо-
дят в обе стороны по 5 трубок-колосников 2 с огневыми отверсти-
ями, направленными как на расположенный сверху настил 4, так
и на керамические вкладыши 3, являющиеся косвенными излуча-
телями. Вкладыши нагреваются до температуры 600—800° С и из-
лучают тепло на настил, увеличивая лучистую компоненту обще-
го теплообмена, в результате чего существенно уменьшается тем-
пература уходящих продуктов сгорания и увеличивается равно-
мерность температурного поля на настиле. Керамические плитки
установлены наклонно и опираются на колосники.
. Под камерами сгорания обеих горелок настила размещен вы-
движной поддон 10, собирающий пролитую жидкость. На перед-
ней панели поднастильных конфорок находится приборный отсек
7 с дверцей 9 и ручки газовых кранов 8. Сверху этот отсек закрыт
листом 6. Жарочный шкаф имеет откидывающуюся дверцу 12. В
нижней части внутреннего короба шкафа смонтирована инжекци-
онная горелка 15, отделенная от рабочего объема шкафа листом
14. Наружный короб изолирован альфолью. Продукты сгорания
от шкафной горелки проходят по щелевым газоходам, образован-
ным наружным и внутренним коробами шкафа.
Продукты сгорания поднастильных горелок и горелки шкафа
отводятся в общий дымоход 17, находящийся в задней части пли-
ты. Последняя имеет автоматику безопасности и регулирования
типа 2АРБ, смонтированную в приборных отсеках поднастильных
горелок и шкафа. Автоматика настила работает независимо от ав-
Таблица 17.2
Техническая характеристика рассмотренных газовых плит
Величины Единицы измерения Газовые плиты
ПГС-2МА ПГСМ-2Ш
Жарочная поверхность мг 0,9 0,56 2
Число горелок под настилом .... шт. 2
Число горелок в шкафу ...... шт. 1 1
Тепловая мощность каждой горелки настила кВт 17,8 19,3
Тепловая мощность горелки шкафа кВт 14,8 11,7
Номинальное давление природного га- за перед горелками кПа 1,3 1,3
То же для сжиженного газа .... кПа 3,0 3,0
Масса КГ 500 240
Время выхода плиты на стационар- ный режим при номинальной тепло- вой мощности горелки мин 60 30 (настил при
Средняя температура на жарочном настиле °C 4С0 /=450 °C) 25 (шкаф при /=350 °C) 450
в жарочном шкафу сС 350 350
тематики шкафа. Остальные детали ясны из рис. 17.4. Плита впи-
сывается в модульную линию, компактна и обладает благодаря
излучателям высокими теплотехническими показателями. Техни-
ческая характеристика рассмотренных плит дана в табл. 17,2.
Эксплуатация газовых плит [23]. Перед включением плит про-
ветривают помещение и проверяют тягу в дымоходе, поднося к
смотровому окну папиросную бумагу; последняя должна втяги-
ваться внутрь. В течение нескольких минут вентилируют камеру
сгорания и жарочный шкаф, открывая при этом смотровые окна
и дверцу шкафа. Затем открывают кран на подводящем газопро-
воде и нажимают на пусковую кнопку автоматики, блок которой
обслуживает обе горелки, расположенные под жарочным насти-
лом. При наличии пьезозажигателя нажимают на его кнопку, в
результате чего электрическая искра воспламеняет газовоздуш-
ную смесь запальных свечей горелок. Горение обеих запальных
свечей происходит при одной работающей горелке. По истечении
30—40 с клапан-отсекатель должен автоматически открыться,
о чем свидетельствует удлинение факела запальных свечей и их
стабильность при ослаблении нажима на пусковую кнопку. Пос-
ле этого нажим на кнопку следует прекратить и поворотом газово-
го крана зажечь одну или обе горелки под настилом плиты.
При осуществлении технологического процесса можно регули-
ровать тепловую мощность горелок путем поворота ручек горелоч-
ных пробочных кранов в интервале положений «открыто» и «за-
крыто». Для повышения эффективности эксплуатации плит сле-
дует стремиться к максимальной загрузке жарочного иастила
наплитной посудой. При этом следует избегать попадания
жидкости на чугунный настил плиты во избежание его растрески-
вания.
Запуск горелки жарочного шкафа производят таким же путем.
По окончании работы плиты закрывают горелочные краны и кран
на подводящем газопроводе.
При работе газовых горелок необходимо следить за устойчи-
востью факела, не допуская явлений проскока и отрыва. При про-
скоке пламени внутрь смесительного устройства следует закрыть
кран горелки и дать ей остыть, после чего произвести повторное
зажигание. При отрыве пламени следует уменьшить подачу газа.
Пламя горелок должно быть сине-фиолетового цвета. При появ-
лении желто-красных язычков необходимо увеличить подачу пер-
вичного воздуха путем большего открытия регулятора первичного
воздуха. Если это не помогает, следует уменьшить подачу газа.
Периодически необходимо проверять герметичность газовых соеди-
нений, кранов и импульсных трубок автоматики. Если при выклю-
ченных горелках газовый счетчик работает, имеет место утечка
газа, которую следует устранить. Периодически нужно проверять
тягу и прочищать дымоходы.
17.3. кипятильники НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
Кипятильники применяются для получения кипятка, а также
горячей воды для технологических и санитарно-технических нужд.
Тепловой баланс кипятильника имеет следующий вид:
+ + (17.1)
где DB — часовая производительность по кипятку, кг/ч; св — изо-
барная теплоемкость воды, кДж/(кг-К); tr и tx — температура ки-
пятка на выходе из разборного краиа и воды при входе в кипя-
тильник, °C.
Остальные величины и способы их определения рассмотрены
ранее (см. гл. 4).
К. п. д. кипятильника
__Рвсв(?г С)
~ K-QP
(17.2)
При
tT-t*=90°C Dao=DB • -^=^t '
где Dgo — производительность кипятильника по «нормальному»
кипятку, кг/ч.
Кипятильник типа КНД-8М (рис. 17.5,а). Кипятильни-
ки этого типа (непрерывного действия) в настоящее время еще на-
ходятся в эксплуатации, хотя производство прекращено из-за низ-
ких теплотехнических и эксплуатационных данных. Кипятильник
снабжен инжекционной односопловой горелкой 1 с кольцевой на-
садкой, имеющей огневые отверстия. Над горелкой расположена
цилиндрическая камера сгорания 2, стенки которой омываются во-
дой, находящейся в водогрейной полости 4, образованной двумя
водонесущими обечайками. Над горелкой размещен кипятильный
резервуар 5, в который поступает вода из водогрейной полости
черев две соединительные трубки, снабженные стонами или накид-
• ными гайками. Стоны позволяют разъединять нижнюю и верхнюю
части кипятильника.
Вода заполняет не только кипятильный резервуар, но и пере-
ливную (перекидную) трубу 10, уровень воды в которой не дости-
гает верхней кромки на 80 мм и определяется уровнем воды в пи-
тательной коробке 7, поддерживаемым клапаном с поплавком 8.
Таким образом, система «питательная коробка — водогрейная по-
лость — переливная труба» представляет сообщающиеся сосуды,
что обусловливает равенство уровней воды в питательной коробке
и переливной трубе при холодном состоянии кипятильника. Из пи-
тательной коробки холодная вода по опускной трубе 6 поступает
в нижнюю часть водогрейной полости и, нагреваясь, поднимается
вверх, проходя через соединительные трубки в кипятильный резер-
вуар. В последнем вода доводится до кипения, при этом пузырьки
пара устремляются вверх в переливную трубу, увлекая за собой
воду и перебрасывая ее через обрез трубы в сборник кипятка //.
Исследование работы переливных труб свидетельствует о том,
что при уровне воды в них в начальном холодном состоянии, на-
ходящемся на 80 мм ниже обреза трубы, происходит переброс ки-
пятка. Если это расстояние окажется значительно меньше, начнет
перебрасываться также и вода, не доведенная до кипения, что не-
допустимо. Если расстояние будет значительно больше 80 мм, пе-
реброса воды вообще не произойдет и из переливной трубы начнет
выходить пар. Переброшенный в сборник 11 кипяток отбирается
через кран 12. Пары, выходящие в пространство над переливной
трубой, поступают в питательную коробку по соединительной труб-
ке и конденсируются, нагревая в ней воду. Между водогрейной
полостью и кипятильным резервуаром образуется кольцевой кон-
вективный .газоход 3, продукты сгорания из которого попадают в
дымовую коробку 13 и патрубок уходящих продуктов сгорания.
Номинальная производительность кипятильника 200 кг/ч ки-
пяченой воды, расход природного газа «4,0 м3/ч, температура
воды в разборном кране при непрерывной работе кипятильника
«96 °C. Кипятильник изготовляется из стальных листов толщиной
0,8 мм и подвергается горячему цинкованию, корпус аппарата не
изолируется.
Рис. 17.5. Кипятильники не-
прерывного действия:
а — кипятильник типа КНД-8М:
1 — газовая горелка; 2 — ка-
мера сгорания; 3 — конвектив-
ный газоход; 4 — водогрейная
полость; 5 — кипятильный ре-
зервуар; 6 — опускная труба;
7 — питательная коробка; 8 —
поплавок; 9 — крышка; 10 —
переливная труба; II — сбор-
ник кипятка; 12 — кран для
разбора кипятка; 13 — дымо-
вая коробка с патрубком для
уходящих продуктов сгорания;
14 — соединительные трубки с
накидными гайками нли -со
«сгоиамн»;
б — кипятильник КНГ-200У;
1 — газовая горелка; 2 — ка-
мера сгораиня; 3 — конвектив-
ный газоход; 4 — водогрейная
Q полость; 5 — кипятильный ре-
зервуар; 6 — питательная ко-
робка; 7 — поплавок; 8 — тягопрерыватель (стабилизатор тяги); 9 — патру-
бок для отходящих продуктов сгорания; 10 — крышка; 11 — сборник кипят-
ка; 12 — ребра; 13 — переливная труба; 14 — кран разбора горячей воды;
15 край разбора кипятка;
в — фотография кипятильника КНГ-200У: 1 — газовая горелка; 2 — камера
сгорания; в — тягопрерыватель; 9—патрубок отходящих продуктов сгорания;
14—15 — краны для разбора горячей воды и кипятка
Основными недостатками кипятильника являются: слаборазви-
тая конвективная поверхность нагрева, ибо. продукты сгорания
омывают лишь нижнюю водонесущую часть аппарата и выводятся
наружу через патрубок, расположенный на половине высоты ки-
пятильника. Поэтому они выходят из него, имея температуру, пре-
вышающую 300°C. Кроме того, продукты сгорания, двигаясь по
пути наименьшего аэродинамического сопротивления к выходному
патрубку, расположенному на окружности аппарата, плохо омы-
вают поверхности, удаленные от патрубка, в результате чего обра-
зуются застойные зоны с ухудшенной конвекцией. Все это приво-
дит к снижению к.п.д. аппарата (не превышает 60%). Лишь 15—
20% кипятка, вырабатываемого в аппарате, используется для при-
готовления горячих напитков (чай, кофе), а остальное количество
его смешивается с водопроводной водой до температуры 70 °C и
используется для сантехнических и других целей. Так как вся во-
да, поступающая в кипятильник, проходит через переливную тру-
бу, то соли, содержащиеся в воде, выпадают в виде трудноудаляе-
мой накипи, что приводит к выходу аппарата из строя. Наряду с
низким к.п.д. это привело к прекращению.производства данного ки-
пятильника.
Кипятильник типа КНГ-200У. Этот кипятильник (рис. 17.5, б, в)
лишен недостатков предыдущего и в настоящее время подготав-
ливается к серийному выпуску в двух модификациях — газовой
и на твердом топливе, различающихся между собой лишь тепло-
генерирующим устройством.
В нижней части кипятильника расположена газовая инжекци-
онная горелка /, над которой находится цилиндрическая камера
сгорания 2; сводом камеры является дно кипятильного резервуа-
ра 5.
Стенки камеры охлаждаются водой водогрейной полости 4.
Верхняя часть водогрейной полости является питательной короб-
кой 6 и снабжена клапаном, регулирующим подачу воды, уровень
которой поддерживается поплавком 7. Сборник кипятка 11 пред-
ставляет собой тонкостенный цилиндр, вставленный с кольцевым
зазором в 10 мм внутрь цилиндра 13, представляющего перелив-
ную трубу, нижняя часть которой служит кипятильным резервуа-
ром. Как водогрейная полость, так и цилиндр 13 переливной тру-
бы имеют V-образные ребра 12, значительно увеличивающие кон-
вективную поверхность нагрева газохода 3.
Продукты сгорания, выходящие из камеры сгорания, проходят
в кольцевой оребренный конвективный газоход и обогревают во-
догрейную полость, питательную коробку, кипятильный резервуар
и переливную кольцевую трубу. Двигаясь по всей высоте аппара-
та, параллельно его оси (без мертвых зон), они выходят через
патрубок отходящих продуктов сгорания 9 в тягопрерыватель _8.
Последний устанавливается также и на других газовых аппара-
тах и представляет колпак, образующий кольцевой зазор между
собой и патрубком 9. Тягопрерыватель соединен с дымоходом го-
рячего цеха предприятия общественного питания. При слишком
большой тяге через этот зазор из помещения подсасывается до-
полнительное количество воздуха, так что разрежение в патруб-
ке 9 не меняется. При нормальной тяге воздух через этот зазор
не подсасывается, а при так называемом «опрокидывании» тяги,
когда наружный воздух стремится проникнуть через дымоход в
аппарат, он вместе с продуктами сгорания выходит через этот
кольцевой зазор в помещение. При этом разрежение в патруб-
Таблица 17.3
Кипятильники Велич ины Габаритные размеры, мм Масса, кг К. п. д., %
производи- тельность по кипятку (нормаль- ному), кг/ч время до- ведения воды до кипения, МИИ расход газа с QP= н =35600 кДж/м8, м*/ч длина ширина высота
КНД-8М . 200 25 4,0 825 700 1420 70 60
КНГ-200У • 200 3 2,6 700 520 1540 70 85
ке 9 во всех случаях стабильно, что обусловливает нормальную
работу газогорелочного устройства.
Начальный уровень воды в питательной коробке и соответст-
венно в кольцевой переливной трубе одинаков и расположен ниже
выходного сечения этой трубы на 80 мм, что гарантирует переброс
только кипяченой воды в сборник кипятка 11, откуда она разби-
рается посредством крана 13.
В водогрейной полости имеется кран 14 для разбора горя-
чей воды с температурой около 70° С на санитарно-технические
и прочие иужды.
Водогрейная полость соединяется со сборником кипятка па-
трубком, внутри которого проходит трубка крана разбора кипят-
ка. Наличие крана разбора горячей воды резко снижает накипе-
образование в переливной трубе, что увеличивает в несколько раз
срок службы кипятильника. Значительно развитые поверхности
нагрева уменьшают температуру отходящих продуктов сгорания
до 200 °C и повышают к.п.д. аппарата до 85%.
Горелочное устройство снабжено автоматикой безопасности ти-
па АБ-1.
Кипятильник изготовляется из листовой стали толщиной
0,8 мм и оцинковывается методом горячего цинкования. Его недо-
статком является относительная сложность конструкции.
Техническая характеристика газовых кипятильников приведе-
на в табл. 17.3.
Рациональная эксплуатация газовых кипятильников. Кипятиль-
ник заполняют водой, открывая вентиль на водопроводной линии,
соединенной с питательной коробкой. Затем проверяют уровень
воды, обусловленный положением поплавка. Начальный уровень
воды в переливной трубе должен быть на 60—80 мм ниже уров-
ня выходного еечення. Прн необходимости меняют положение по-
плавка относительно входного сечения клапана. При нажатии на
поплавок через клапан должна поступать вода. При прекращении
нажатия поступление воды в питательную коробку должно пре-
кращаться. Далее сливают из сборника кипятка оставшийся в ием
остывший кипяток. Проверяют тягу в газоходе и зажигают горел-
ку, нажимая на пусковую кнопку автоматики АБ, а при ее отсут-
ствии переносным запальником. Первую порцию переброшенной
в сборник кипятка воды сливают в дренаж, а затем ведут регуляр-
ный отбор кипятка.
При переполнении сборника кипятка из сигнальной трубки вы-
ходит струя горячей воды. Выход холодной воды свидетельствует
о неисправности поплавка или клапана, в результате чего пита-
тельная коробка переполняется. При выходе из разборного крана
теплой воды нужно понизить уровень воды в переливной трубе до
нормального. Интенсивный выход пара из аппарата свидетельст-
вует о слишком низком уровне воды в переливной трубе. Эксплуа-
тация газогорелочного устройства и автоматики происходит соглас-
но описанным ранее правилам обращения с газовым оборудова-
нием (плитами и др.).
Кипятильник периодически очищают от накипи путем разбор-
ки его на отдельные части, при этом следует избегать поврежде-
ния цинковых поверхностей. Рекомендуется применение содовых
растворов.
17.4. ВОДОНАГРЕВАТЕЛИ ПРОТОЧНОГО ТИПА
Эти водонагреватели (рис. 17.6) были разработаны в МИНХе
имени Г. В. Плеханова совместно с ВНИИторгмашем для газифи-
цированных посудомоечных машин, а также в целях горячего водо-
снабжения предприятий общественного питания и бытового горя-
чего водоснабжения. Испытания показали высокий к.п.д. аппара-
тов и устойчивость режима при выдаче горячей воды для сте-
рилизации посуды при температуре до 95° С. Большое сечеиие
водяного тракта обеспечивает отсутствие пульсаций при высоких
температурах воды, малое гидравлическое сопротивление и отно-
сительно малую чувствительность к накипеобразованию. На рис.
17.6, а представлены листоканальные панели, из которых собира-
ются «пакеты», включающие в зависимости от производительности
аппарата разное число панелей.
Панель сваривается из двух стальных листов 1 (нержавеющая
сталь) толщиной 1 мм. Оба листа имеют выштампованные участ-
ки 3, образующие при сварке каналы. Вдавленные участки 4 сва-
риваются между собой точечной сваркой, а по периферии оба лис-
та провариваются сварным швом. Выдавки хорошо видны иа па-
нели по стрелке а. Вертикальные каналы соединяются полученны-
ми при штамповке обоих листов сборными каналами 2, имеющими
отверстия 5 для водяных коллекторов. Последние представлены иа
рис. 17.6,6. В сборных каналах панелей / находятся отверстия,
через которые проходят коллекторы 6, имеющие радиальные от-
верстия в месте их прохождения через сборные каналы. Чтобы
последние не деформировались при
стяжке пакета, внутри сборных ка-
налов помещены распорные гильзы
5 также с радиальными отверстиями.
Выход водяных коллекторов уплот-
няется паронитовыми прокладками
250
Рис. 17.6. Газовый водонагре-
ватель проточного типа:
а — листоканальная панель: / —
штампованные листы; 2 — сбор-
ные каналы; 3 ~ циркуляционные
каналы; 4 — выдавки; 5 — водя-
ные коллекторы;
б — узел «сборный канал — водя-
ной коллектор»: / — листоканаль-
ная панель; 2 — прокладка; <3 —•
шайба; 4 — головка; 5 — распор-
ная гильза; 6 труба коллекто-
ра; 7 — распорная втулка;
в — общий вид водонагревателя;
7 —* щелевые камеры сгорания' 2—
листоканальные панели; 3 — водя-
ные коллекторы;' 4 — колоснико-
вая насадка горелки; 5 — смеси-
тельное устройство горелки; 6 —
короб отходящих продуктов его-/
рания;
е фотография двух водонагрева-
телей для машины типа ММУГ*
2000 ; 7—2 — водонагреватели; 3 —
вытяжной сборный короб
2, а расстояние между соседними панелями фиксируется распор-
ными втулками 7. Труба водяного коллектора имеет шести-
гранную головку 4 и резьбовой конец с гайкой, с помощью ко-
торых происходит стяжка и уплотнение всего пакета панелей.
Между панелями образуются щелевые камеры / (см. рис. 17.6,в),
вблизи нижнего сечения которых установлена колосниковая насад-
ка 4. Каждый колосник имеет огневые отверстия вдоль входного
сечения каждой щели.
Горелка имеет смеситель 5 инжекционного многосоплового
типа с периферийной подачей газа и закруткой газовоздушной
смеси, а также снабжена автоматикой безопасности типа АБ-2 и
Таблица 17.4
Сводная таблица основных расчетных характеристик газовых
вертикальных водонагревателей непрерывного действия ВНГв
Величины Обозна- чение Единицы измерения Способ определения Производительность аппарата D, кг/ч (при Д/—80 °C)
100 209 300 400 500
Высота наружного кожу- ха h М Конструк- 0.9 0,9 0,9 0,9 0,9
Ширина а М тивная схема То же 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31
Длина по фронту обслу- живания ь М » » 0,10 0,14 0,20 0,26 0,32
Поверхность ограждений Fo м2 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4
Число панелей размером 750 х 250 мм ... . п шт. По расчету 4 7 9 12 15
Число колосников газо- вой горелки П1 шт. п—1 3 6 8 11 14
Полезная общая тепло- вая нагрузка . . . . Qn Вт По резуль- 9300 18 600 27 900 37 200 46 500
Тепловая мощность па- нели q Вт тэтам испы- таний и по расчету По резуль- 3500 3 500 3 5С0 3 500 3 500
Общий расход газа (Q₽H=35 600 кДж/м3) V м3/ч татам испы- таний и по расчету То же 1,5 3,0 4,0 5,5 7,0
Температура воды на вы- ходе t2 °C Задается 85 85 85 85 85
Температура уходящих продуктов сгорания tyx °C Из опытных 250 250 250 250 250
К. П. Д'. 4 % данных и по расчету По расчету 62,7 62,7 70,6 68,7 67,2
Примечание. Испытания
далн величину к. п. д. до 78%.
регулирования типа АРП. Каждый факел развивается в нижней
части своей щелевой камеры сгорания, являющейся одновременно
и конвективным газоходом. Продукты сгорания через верхний
сборный короб (рис. 17.6, г) отводятся в дымоход.
Водонагреватели разной производительности почти полностью
унифицированы и различаются лишь размером в и числом ко-
лосников горелки (см. табл. 17.4). Водонагреватели с такими же
каналами могут быть горизонтальными с торцевым (а не верх-
ним, как на рис. 17.6) отводом продуктов сгорания. Полезная те-
пловая мощность каждой щелевой камеры или одной панели со-
ставляет 3500 Вт. Масса одной панели— менее 3 кг.
Преимуществами этих водонагревателей являются компакт-
ность, малая масса (малая металлоемкость), высокая степень уни-
фикации, надежность и способность длительно и устойчиво рабо-
тать при высокой температуре нагреваемой воды.
В процессе эксплуатации необходимо, чтобы арматура была
только на одной стороне аппарата. Особенно тщательно необходи-
мо следить за исправностью работы газовой автоматики безопас-
ности и регулирования. Запуск автоматики и горелки, а также
эксплуатация аппарата происходят по обычным правилам работы
с газовыми аппаратами. Рекомендуемое разрежение за аппаратом
должно составлять 10 Па. Давление воды на входе не должно
превышать 200 кПа, расход газа cQp=35 600 кДж/м3 составляет
около 0,5 м3/ч на один колосник газовой горелки. Во время ра-
боты горелки должен быть обеспечен номинальный расход воды
через аппарат.
17.5. ПАНЕЛЬНЫЕ ПАРОГЕНЕРАТОРЫ flff
По заказу промышленности был разработан модуль газовых
панельных парогенераторов со сниженным зеркалом испарения,
предназначенных для обогрева моечных ванн крупных газифици-
рованных посудомоечных маши® и для централизованного паро-
снабжения варочных аппаратов, установленных в модульные ли-
нии (рис. 17.7).
Модуль, имеет следующие теплотехнические характеристики:
давление пара 50 кПа, степень сухости х>0,9, паропроизводи-
тельность 50 кг/ч, расход природного газа cQp = 35600 кДж/м3
4,5 м3/ч, число панелей 10. Минимальный движущий напор цирку-
ляции Ah=50 мм, температура уходящих газо® »200»°C. Для
нормальной работы парогенератора с обогреваемыми аппаратами
необходим© обеспечить самотечный слив конденсата из греющих
рубашек, гребенок или волостей обогреваемых аппаратов обратно
в парогенератор для последующего превращения в пар. Посколь-
ку конденсат может быть почти или совсем непер еохлажденным,
применение перекачивающих яаеосов нежелательно из-за явления
кавитации на всасывающей стороне, связанной с образованием и
прорывом паровых пробок и импульсным поступлением воды.
Для предотвращения кавитации насосы должны быть сильно
заглублены в целях создания гидростатического напора на всасы-
вающей стороне. Все это усложнило бы и удорожило установку.
Но для самотечного безнасосного слива конденсата в парогенера-
тор требуется движущий напор циркуляции, равный разности
уровней конденсата в греющих полостях паровых аппаратов и зер-
кала испарения в паросборнике парогенератора. Так как высота
пароприемных аппаратов модульных линий обычно ограничивается
величиной 860 мм, то уровень конденсата, находящегося в нижней
части греющей полости, может быть расположен на расстоянии
всего лишь 500 мм над полом. Для обеспечения самотечного сли-
ва конденсата зеркало испарения парогенератора должно нахо-
диться -на расстоянии не более 350—400 мм над полом.
Рис. 17.7. Газовый панельный парогенератор:
а — принципиальная схема; б — парогенератор 'без ;кожуха; в— внешний вид:
1 — нагадка газовой горелки; 2 — листоканальная панель; 3 — щелевые камеры его-
равен; 4 — вход конденсата вйропотребляющяк аппаратов; 5 — зеркало нспаретвдя; 6 —
паровое пространства; 7 — паровой патрубок; £ — короб для отходящих продуктов его-
рання; 9 — колосник газовой горелки; 19 — смесительное устройство газовой горелки;
11 — огневые отверстия -колфснжов; 12 — водомерное стекло; 13 — корпус аппарата
с термоизоляцией
Ни один серийно выпускаемый парогенератор как отечествен-
ного, так и зарубежного производства не обладает столь низким
уровнем зеркала испарения, которое обычно находится на высо-
те Z> 1000 мм над уровнем пола. Панельный парогенератор име-
ет высоту, не превышающую 400 мм.
Как видно из рис. 17.7, а, он состоит из 10 листоканальных
панелей, аналогичных по конструкции панелям водонагревателей.
Вид панелей 2 представлен на рис. 17.7,6. Пакет панелей не име-
ет соединительных коллекторов. Внизу они не сообщаются между
собой, а наверху имеют общий выход в прямоугольный паросбор^ |
ник 6. Это достигается путем сварки отбортовок верхних сборных |
каналов панелей согласно эскизу узла а (см. рис. 17.7, а). Верти- I
кальные каналы панелей объединены нижними сборными канала- 1
ми и играют роль бесфитильных тепловых труб, в которых обра- |
зуются пузыри пара. Последние сквозь зеркало испарения 5 про- Л
биваются в паровое пространство паросборника, турбулизируя во- 1
дяной объем и интенсифицируя теплоотдачу. ' т
Внешний вид парогенератора представлен на рис. 17.7, в. При 1
установке нескольких модулей они соединяются параллельно по 1
паровой и конденсатной линиям, а также по газопроводу и снаб- j
жаются защитно-регулирующей автоматикой. 1
Испытания рассмотренного парогенератора показали его устой- |
чивую работу при движущем напоре циркуляции Ah^50 мм и 1
разрежении ж 10 Па. ]
При эксплуатации парогенератора необходимо соблюдать пра- |
вила пуска и эксплуатации автоматизированных газовых аппара- 1
тов, а также обращать внимание на исправность предохранитель- 1
ного клапана, манометра и водомерного стекла. Уровень воды не ]
должен опускаться ниже и подниматься выше стекла. В обоих |
случаях подача газа должна быть отключена. Включать газ еле- |
дует лишь при наличии нормального (по отметке) уровня воды |
в парогенераторе. При этом паровой вентиль на паропроводе дол- I
жен быть открыт. Предохранительный клапан необходимо перео- |
дически притирать протирочной пастой на специальном станке и I
проверять. 1
17.6. ФРИТЮРНИЦА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
С КОСВЕННЫМ ОБОГРЕВОМ J
Фритюрница непрерывного действия (рис. 17.8) с косвенным ]
обогревом двухфазным теплоносителем была разработана ВНИИ- 1
торгмашем. Фритюр массой 60 кг заливается в ванну, выполненную 1
в виде горизонтального полуцилиндра 12, в котором находится 1
пустотелый барабан-вытеснитель 10 с навитой на него шнековой 1
лентой 9. Ванну окружает греющая рубашка, заполненная 45 кг 3
жидкой фазы 14 высокотемпературного теплоносителя. 1
Рубашка находится под глубоким вакуумом, создаваемым ва-
куум-насосом, и поэтому при комнатной температуре над поверх- 1
ностью ее находится пространство 13, заполненное паровой фазой, j
Наружная стенка рубашки в нижней части имеет ребра 5, омы- 1
ваемые продуктами сгорания, проходящими под действием дымо- 1
coca по полукольцевым конвективным газоходам 6. В камере его- ]
рания размещены две инжекционные односопловые пламенные .]
горелки 4, вторичный воздух к которым подсасывается из атмосфе- з
ры по каналам 2 в шамотной футеровке 1, снабженным поворот- т
ными заслонками 3. В случае «хлопка», возникающего при непра- ।
вильном выключении мощных горелок, срабатывает взрывной кла- !
пан 15, находящийся в торцевой части камеры сгорания. Клапан
выполнен в виде люка размером 125X60 (мм), закрытого асбо-
картонным листом. При повышении давления в камере сгорания
при «хлопке» асбокартонный лист разрывается, что предотвращает
выброс пламени на линию фронта обслуживания газовых горелок.
Рис. 17.8. Газовая фритюрница непрерывного-действия с косвенным обо-
гревом:
/ — футеровка; 2 —каналы для подвода вторичного воздуха; 3 — поворотные
ааслонкн; 4 — газовые горелки; 5 — ребра; 6 — конвективные газоходы; 7 —
крышка; 8 — загрузочный люк; 9 — шнековая лента; 10 — барабан-вытеснитель;
// _ фритюр; 12 — ванна; 13 — паровое пространство греющей рубашки; 14 —
жидкая фаза теплоносителя; 15 — взрывной клапан; 16 — редуктор н вариатор
Скоростей; 17 — электродвигатель; 18 — карман для доливания фритюра в ванну
Ванна закрывается полуцилиндрической крышкой 7, имеющей
на конце загрузочный патрубок 8. Барабан-вытеснитель с навитой
на него перфорированной шнековой лентой приводится во враще-
ние электродвигателем 17 через редуктор и вариатор скоростей 16.
Доливание фритюра в ванну осуществляется через карман 18.
Машина имеет следующие выходные данные: производитель-
ность при производстве полностью обжаренных брусочков гарнир-
ного картофеля—100 кг/ч, полуобжаренных—160 кг/ч; экспози-
ция, или время пребывания брусочков в ванне, для получения
полностью обжаренных брусочков — 3,5 мин, полуобжаренных —
2,5 мин, температура фритюра 180 °C, теплоносителя 240 °C; рас-
ход фритюра 100 г на 1 кг готовой продукции; абсолютное давле-
ние в рубашке при нормальном режиме — 50 кПа, при форсиро-
ванном—100 кПа; расход газа с Q₽= 35 600 кДж/м3 10 м3/ч
(такой расход имеет каждая из двух горелок). Габаритные разме-
ры машины в мм: длина — 4000, ширина — 1250, высота — 1200.
Размеры брусочков гарнирного картофеля в мм: ЮХЮХЗО. Ма-
шина предназначена для поточных линий по переработке карто-
феля и для линий комплектации вторых блюд.
Назначение пустотелого барабана-вытеснителя — уменьшать
количество заливаемого в ванну фритюра и тем самым увеличи-
вать коэффициент его сменяемости, а также уменьшать площадь
контакта зеркала горячего фритюра с воздухом, что способствует
ослаблению неблагоприятного явления окисления фритюра.
Работа машины происходит следующим образом: после реза-
тельной машины, формирующей брусочки, они промываются и че-
рез вибролоток, на котором удаляется излишек воды, загружают-
ся в загрузочный люк машины и попадают в конец ванны, где
опускаются на дно. Однако весьма быстро при замене части испа-
рившейся воды маслом брусочки начинают всплывать и продви-
гаются перфорированной шнековой лентой вдоль ванны. Около дру-
гого конца ванны брусочки находятся уже на поверхности фритю-
ра, процесс жарки закончился и при помощи разгрузочной лопас-
ти, приводимой в движение барабаном-вытеснителем, брусочки
выгружаются в разгрузочный люк машины и попадают на вибро-
лоток, где удаляются излишки фритюра с их поверхности. Затем
они поступают либо на формирование гарниров ко вторым блюдам
(полностью обжаренные брусочки), либо в холодильную камеру
(полуобжаренные брусочки). Экспозиция может меняться при по-
мощи вариатора скоростей, изменяющего число оборотов бараба-
на-вытеснителя. При выходе на стационарный режим давление в
рубашке возрастает от глубокого вакуума (300 Па) до 50—
100 кПа. Поверхность нагрева омывается конденсирующими пара-
ми высокотемпературного органического теплоносителя, имеющего
при нормальном атмосферном давлении температуру кипения
270—300 °C и устойчиво работающего в двухфазном состоянии
(жидкость — пар). Так как при этом температура насыщения од-
нозначно определяется давлением теплоносителя, на поверхности
нагрева образуется равномерное температурное поле без местных
перегревов.
При уменьшений тепловой нагрузки путем сокращения расхода
газа парообразование быстро уменьшается, при этом падают дав-
ление и температура греющего пара. Благодаря паровому, а не
жидкостному обогреву рубашки машина не имеет тепловой инер-
ции и почти мгновенно реагирует на изменение подачи газа. Этим
устраняется «жасиостъ перегрета фритюра при нарушении подачи
сырья. Благодаря этому, а также высокой сменяемости фритюра
его качество не ухудшается в течение длительного периода рабо-
ты машины.
Электрический вариант машины, при котором 18 тэнов общей
мощностью 90 кВт погружены в теплоноситель, имеет аналогичные
технологические параметры.
При эксплуатации машины необходимо следить за уровнем дав-
ления в рубашке, не допуская его повышения до 150 кПа. Если
давление имеет тенденцию к повышению до этого предела, следует
выключить горелку, охладить машину и вакуум-насосом углубить
вакуум до 300 Па. При выключении горелок необходимо вначале
закрыть регулятор первичного воздуха, а затем доступ газа.
Т7.7. TEPMOAFPEFAT ДЛЯ ОЧИС1К» ОВОЩЕЙ
Термоагрегат (рис. 17.9) состоит из роторной' печи 10 и моеч-
но-очистительной машины (пиллера) 2. Цилиндрическая керами-
ческая камера ТО, выложенная из шамотного кирпича, закрыта по-
лусферической крышкой 8 с керамическим загрузочным' люком 7.
Через него в камеру поступают клубни, подаваемые наклонным
транспортером 4 из бункера вибромоечной, машины, отмывающей
Рис. 17.9. Газовый термо агрегат для очистки опоите ik
1 — конвейер дачистаи; 2 — ш#еч«о-очисти?гельнаа машина; 3 — вавдакаь гребенка; 4t —
наклонный транспортер; 5 — нижний зоит; 6 — верхний, зонт; 7 — загрузочный люк;
8 — крвиика рсгтерной пеня; 9 — ротор; /О — ротерная печь; 17; — пазовая Еорезша;
12 — воздуходувка; 13 — электродвигатель; /4 — редуктор ж вариатор скоростей; 15 —
вал; 1в — конические шестерни;- 17 — опорный диск; № — разгрузочный"- люк; 19 — нам
клонный лоток; 20 — разгрузочная лопасть; а — шестерни валков моечно-счиетмтельной
машины; б — ее паразитные шестерни;, в — ее. шаек; г — ее крышка; а — валок
иоечшу-очистителъной машины; £ — его на кладки; — «лю вдета»
клубни от зем-ли, песка и. грязи. Клубни попадают на керамиче-
ский ротор 9, состоящий из шести фасонных шамотных или кар-
борундовых блоков, расположенных на чугунном опорном диске
17, имеющем вертикальный вал 15. Последний приводится во вра-
щение электродвигателем 13 через редуктор и вариатор скоростей
клиноременного типа 14 и коническую пару 16.
На ротор клубни попадают по одну сторону разгрузочной ло-
пасти 20, представляющей собой пластину из жаропрочной стали
(фуродита) с содержанием хрома «30%. Так как поверхность ро-
тора коническая, клубни скатываются к краю ротора и касаются
стенки печи. При вращении ротора по часовой стрелке клубнн
увлекаются им и одновременно благодаря трению о стенки печи
вращаются вокруг собственной оси. Когда ротор сделает почти
полный оборот, на пути клубней возникнет препятствие в виде об’
ратной стороны разгрузочной лопасти, вследствие чего они уда-
ляются через разгрузочный люк 18 и наклонный лоток 19 в моеч-
но-очистительную машину 2.
В роторной печи клубни в течение нескольких секунд находят-
ся в зоне температуры, равной 1200°С, которая создается газовой
беспламенной горелкой 11 с принудительной подачей воздуха воз-
духодувкой 12. Продукты, сгорания удаляются верхним зонтом 6 с
помощью дымососа. При указанной температуре стенки печи и ро-
тор имеют белое каление, а поверхность клубней (картофеля, свек-
лы и др.) получает интенсивное облучение, в результате чего на
ней появляется тончайший обугленный слой; у лука выгорает на-
ружная рубашка. Хлопья сгоревшей рубашки лука удаляются ниж-
ним зонтом 5. .
Затем клубни поступают в моечно-очистительную машину (пил-
лер) и продвигаются шнеком 2—в вдоль вращающихся валков
2—а, снабженных капроновыми щетками а—у, крепящимися в на-
кладках а—0, окружающих валок а—а (см. рис. 17.9). Щетки
снимают тончайший обугленный слой с клубней любой формы. Во-
да смывает снятый обугленный слой в дренаж, а клубни посту-
пают на конвейер дочистки /, где вручную удаляются глазки и за-
гнившие части у картофеля, обрезаются донца у моркови и свек-
лы, а также донца и шейки у репчатого лука.
Валки пиллера расположены по полуокружности шнека и вра-
щаются с числом оборотов в минуту для лука 300, для осталь-
ного сырья — 600. Валки делятся на две группы, каждая из кото-
рых вращается в противоположных направлениях. Левая группа
против, правая — по часовой стрелке, благодаря чему клубни бо-
лее равномерно распределяются по валкам и лучше очищаются.
Если бы все валки вращались в одном направлении, например по
часовой стрелке, то все клубни скопились бы на левой группе вал-
ков, а правая работала бы вхолостую. Одинаковое направление вра-
щения валков каждой группы обеспечивается «паразитными» ше-
стернями 2—б.
Выходные данные термоагрегата следующие: производитель-
ность по картофелю — 200 кг/ч, моркови — 200, свекле — 200, лу-
ку — 600—800 кг/ч.
Время выдержки (экспозиция) в печи: лука — 6 с, картофеля
и моркови—10, свеклы—15 с. Температура в печи 1200°С. Рас-
ход газа с Q₽ = 3 5600 кДж/м3 —7—10 м3/ч. Процент отходов при
очистке картофеля, моркови, свеклы <3%. Глубина бланширован-
ного слоя — 0,5—1 мм. Размеры (в мм): диаметр ротора — 980,
диаметр печи— 1000 (внутренний) и 1500 (наружный), высота
печи — 1500, длина пиллера — 3,5 м. Масса ротора «360 кг, число
оборотов ротора при очистке лука — 10 1/мин, картофеля и мор-
кови— 6 1/мин,'Свеклы — 4 1/мин. Применение подобного аппара-
та особенно рекомендуется для очистки лука.
1 В процессе эксплуатации термоагрегата необходимо следить за
тем, чтобы перед включением горелки был бы включен вытяжной
дымосос, а при остановке ротора выключена горелка. Необходимо
тщательно следить за тем, чтобы в разгрузочном окне не образо-
вывался свод заклинившихся клубней. При его образовании не-
обходимо специальной лопастью нарушить заклинивание и обес-
печить непрерывный выход клубней через загрузочный люк. Надо
следить за зазором между ротором и печью, не допуская заклини-
вания в нем моркови, попадания грязи и пр. Один раз в месяц сле-
дует проводить ревизию ротора в целях замены растрескавшихся
блоков целыми. Необходимо следить за беспламенной работой го-
релки, соблюдением температурного уровня в печи и числом обо-
ротов ротора. Термоагрегат может работать и на жидком топли-
ве — керосине и соляровом масле, подаваемом через форсунки.
17.8. МАШИНА ДЛЯ ВЫПЕЧКИ БЛИННОЙ ЛЕНТЫ
Машина (рис. 17.10) разработана ВНИИторгмашем и предназ-
начена для непрерывной выпечки блинной ленты для блинчиков с
начинкой. Может использоваться как самостоятельно, так и в ка-
честве головного аппарата линии по изготовлению блинчиков с на-
чинкой. Электрический вариант этой машины описан в гл. 8.
Чугунный жарочный барабан 1 диаметром 370 мм и длиной
340 мм вращается с минутным числом оборотов, равным 3. Внут-
ри барабана размещена 10-угольная «фонарная» инжекционная
горелка 4 полного смешения (беспламенная), керамические плит-
ки которой излучают тепло на всю окружность барабана. Тепло-
вая мощность горелки — 30 кВт. Каждая грань горелки состоит из
пяти стандартных керамических плиток 65X42X12 мм. Необходи-
мость использования беспламенной (радиационной) горелки опре-
деляется малой высотой камеры сгорания и затрудненным досту-
пом вторичного воздуха. Горелка неподвижна, а барабан снабжен
двумя вращающимися и двумя неподвижными торцевыми крышка-
ми с верхним организованным отводом продуктов сгорания. Ос-
тальное устройство машины понятно из рнс 17.10 и описания в
гл. 8.
17.9. НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ
ГАЗОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Эти направления определяются результамн исследовательских
работ, основанных на макетной проработке и изучении опыта ве-
дущих организаций и предприятий. Основные из них относятся к
созданию следующего оборудования:
1. Панельных пищеварочных котлов большой вместимости с
механической загрузкой и выгрузкой функциональных емкостей.
2. Модульных линий с центральным низко- и высокотемпера-
турным теплоснабжением посредством панельных теплогенера-
торов.
3. Газовых жарочно-пекарных шкафов конвективного, парожа-
рочного и компрессионного типов.
4. Газовых машин непрерывного действия (трансферавтоматы)
для широкого диапазона технологических процессов.
5. Новых видов газовой автоматики пропорционального типа.
6. Газовых универсальных жарочно-варочных трансферавтома-
тов для жарки во фритюре, конвективным путем и основным спо-
собом, а также для процессов варки.
7. Газовых машин и аппаратов для новых технологических про-
цессов с максимальным выходом готовой продукции и с высокими
технологическими показателями энерго- и материалоемкости.
Раздел 4
ПАРОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Глава 18
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ, ОБЩАЯ ОЦЕНКА
И НЕКОТОРЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ
Паровое оборудование по сравнению с оборудованием, имею-
щим другие виды энергоносителя (электрическим, газовым, на
твердом и жидком топливе), обладает простой конструкцией и в
наибольшей степени удовлетворяет санитарно-гигиеническим тре-
бованиям, удобно в эксплуатации, экономично и приспособлено
к точному (обычно ручному) регулированию теплового режима.
Однако оно имеет два существенных недостатка: неприспособлен-
ность к высокотемпературным (жарочным) технологическим про-
цессам и неавтономность, т. е. зависимость от внешнего источника
пароснабжения в виде парогенерирующих устройств с сопутствую-
щим им вспомогательным оборудованием. Поскольку наличие та-
ких устройств в самом предприятии общественного питания ус-
ложняет и удорожает последнее, а также требует специально
обученного персонала, предприятия общественного питания, имею-
щие паровое оборудование, как правило, блокируются с обслужи-
ваемыми ими промышленными предприятиями, обладающими соб-
ственным источником пароснабжения.
Пар из промышленного паропровода этого предприятия реду-
цируется (дросселируется) до давления, требуемого технологи-
ческими аппаратами, и поступает в парораспределительные гре-
бенки (коллекторы) предприятия общественного питания, а кон-
денсат пара, поступающего в паровые технологические аппараты,
собирается в сборном баке и перекачивающими насосами возвра-
щается в парогенераторы. Для технологических аппаратов исполь-'
зуется насыщенный водяной пар, являющийся энергоносителем f
для аппаратов, с косвенным и непосредственным (пароварочные '
аппараты) обогревом. При конденсации сухого насыщенного во-
дяного пара выделяется полная (скрытая) теплота парообразо-
вания (конденсации) «г», равная при нормальном атмосферном
давлении 2260 кДж/кг, которая в аппаратах с косвенным обогре-
вом воспринимается стенками варочного
сосуда, а в аппаратах
с непосредственным обогревом — пищевым продуктом. При уве-
личении давления пара полная теплота парообразования умень
щается до нуля в критической точке, а при уменьшении — увели-
чивается до его значения в тройной точке [9]. Так как при кон-
денсации пара температура двухфазной среды «жидкость — пар»
однозначно определяется давлением, то на поверхности нагрева
(конденсации) образуется почти
изотермическое
температурное
поле, что способствует равномерному обогреву пищевого про-
дукта.
Обычно греющий пар поступает в технологический аппарат не
в виде сухого, а в виде влажного насыщенного пара со степенью
сухости х<1. Степень сухости х представляет собой отношение
массы сухого насыщенного пара к массе содержащего его влаж-
ного насыщенного пара. Например, если х=0,8, то в 1 кг влаж-
ного насыщенного пара содержится 800 г сухого насыщенного па-
ра и 200 г воды, находящейся при температуре кипения, соответст-
вующей давлению насыщенного пара. Последний представляет
смесь сухого насыщенного пара и кипящей воды, причем эта смесь
может быть представлена в трех видах:
1) кипящая вода в замкнутом сосуде, а над поверхностью
(зеркалом) испарения — сухой насыщенный пар;
2) паровой поток, уносящий с собой взвешенные капли воды
при температуре кипения;
3) поток кипящей воды, содержащей пузырьки пара.
При конденсации влажного насыщенного пара со степенью су-
хости, равной х, выделяется теплота, равная гх<г. Таким обра-
зом, для получения заданной тепловой мощности масса конден-
сирующегося влажного насыщенного пара должна превышать
массу сухого.
Удельный объем влажного насыщенного пара vx м3/кг как ве-
личина аддитивная состоит из суммы объемов
составляющих
сухого насыщенного пара и кипящей жидкости, т. е.
(1 — х) v' + xv".
его
(18.1)
Здесь vx, v", v'— удельные объемы влажного, сухого насыщенно-*
го пара и кипящей жидкости, м3/кг. Правая часть уравнения со-
ставляет объемы паровой и жидкостной компонент, формирующих
1 кг влажного насыщенного пара. Если через i кДж/кг и s
дКж/(кг-К) обозначить соответственно энтальпию и энтропию,
поскольку обе эти калорические функции состояния также под-
чиняются правилу аддитивности, то
/х — (1 — х) ir + xi"‘,
(18.2)
Sx=(l — х) s' + xs",
(18.3)
где индексы x, два штриха и один штрих относятся к влажному ;
и сухому насыщенному пару и кипящей жидкости. Отсюда J
SX — s'
V* — V'
x==—----
V" - v‘
s" — s'
(18.4) i
В параметрических диаграммах, изображенных на рис. 18.1,
линии х=const являются геометрическим местом точек, делящих
соответствующую изобару-изотерму области насыщения на две
части пит, отношение которых ~ =х [9]. Если три-четыре про-
извольные изобары-изотермы разделить на 10 равных частей и пе-
ренумеровать точки от 0 до 10, где первая и последняя лежат на
Рис. 18.1. Параметрические диаграммы:
Линии х—const в параметрических диаграммах для Н2О; а — Р — и; б — Т — s; e — i — s;
г — ход изобар и изотерм в областях насыщения и перегрева в i — s координатах; д —
изобара в области перегрева; е — процесс истечения в i — s-диаграмме
бинодали (совокупности нижней и верхней пограничных кривых),
то линия, проведенная через точки № 1 и критическую К, будет
соответствовать х=0,1, через точки № 2 и К—х=0,2 и т. д.
(рис. 18.1, а, б, в).
Основной расчетной диаграммой является диаграмма i—s для
водяного пара, которая описана в гл. 5. Однако для расчетных за-
дач область диаграммы с малыми значениями степени сухости не
представляет интереса и обычно отбрасывается, зато область более
высоких степеней сухости, реализуемых в различных паровых ап-
паратах, и область перегрева изображены в большем масштабе
(рис. 18.1, г).
Так как
i=u-\-pv, (18.5)
где и — внутренняя энергия, а р — абсолютное давление, то di =
= du+pdv+vdp; при р = const это выражение приобретает вид
dip=duP-|-pdv. Так как согласно 1-му закону термодинамики из-
менение внутренней энергии плюс работа расширения равны под-
веденной теплоте, то dup-|-pdv = dqp=TdSp.
Отсюда следует, что
Т* / & л.
т=н- -tgf.
\ s/p
(18.6)
где <р — угол наклона изобары-изотермы в области насыщения или
касательной к изобаре в области перегрева i—s-диаграммы.
Частная производная энтальпии по энтропии берется при огра-
ничительном условии, что давление постоянно В области насы-
щения при p=const имеет место T=const, а следовательно,
tgq5=eonst и ф=соп51, т. е. изобара-изотерма является наклон-
ной прямой линией, тангенс угла наклона которой равен абсолют-
ной температуре. При этом на расчетной i—s-диаграмме при на-
хождении tgф следует учитывать отношение масштабов осей ко-
ординат.
Так как рз>р2>рь то t3>t2>ti и фз>ф2>ф1 (рис. 18.1,д).
В области перегрева изобара p=const после выхода из облас-
ти насыщения последовательно пересекает изотермы; углы накло-
на касательных к изобарам в точках их пересечения с изотермами
связаны соотношением, аналогичным (18.6), т. е.
Т,
где ф — угол наклона касательной.
Так как температуры точек пересечения растут согласно при-
веденному неравенству, то tgipi <tg ip2<tg и ф 1 <ф2<'Фз> от-
куда следует, что изобары в области перегрева являются кривыми
с выпуклостью, направленной вниз (рис. 18.1,д').
Так как i = u+pv, то вдали от области насыщения (от линии
х=1) изотерма характеризуется соотношением: 1т — ит+ (р\')т;
в той части изотермы, которая удалена от области насыщения, во-
дяной пар является сильно перегретым и с большой точностью под-
чиняется уравнению состояния идеальных газов, т. е. уравнению
Клапейрона pv = RT.
Внутренняя энергия состоит из потенциальной и кинетической
компонент, т. е. u = un+uK. Потенциальная энергия затрачивается
на преодоление сил сцепления между молекулами при увеличении
удельного объема (расширении) вещества, что обусловливает воз-
растание среднего расстояния между молекулами, т. е. при dv>0
имеет место dun>0; при этом силы межмолекулярного взаимодей-
ствия уменьшаются (dF<0). Таким образом, по мере увеличе-
ния удельного объема эти силы убывают до нуля, соответствую-
щего идеально газовому состоянию, при котором изменения по-
тенциальной энергии при изменении удельного объема не проис-
Отсюда следует, что при
> 0 6^пид = 0‘
Кинетическая компонента внутренней энергии uK = f(T) явля-
ется суммой кинетических энергий поступательного и вращатель-
ного движения молекул и внутримолекулярных колебаний, причем
все эти составляющие, как и кинетическая энергия в целом, одно-
значно определяются температурой. Поэтому при Т=const duK =
=0.
Таким образом, в области идеально газовых состояний при
THa=const справедливы уравнения:
^«Пга + ^«киа=^иИд=0; «т = const.
С другой стороны, и d(pv)„A = d(RT)HA=0; RT„a=const. Следо-
вательно, *тид=атт+(^)тил= const Отсюда вытекает,
что по мере удаления от линии х=1 в область перегрева изотерма
Т=const стремится к горизонтали i = const (в i—s-координатах).
Таким образом, изобара-изотерма области насыщения, представ-
ляющая собой наклонную прямую, начиная с точки пересечения
ею линии х=1 (верхней пограничной кривой), делится на изоба-
ру, поднимающуюся вверх с выпуклостью, направленной вниз, и
изотерму, круто поворачивающуюся слева направо с постепен-
ным приближением к горизонтали. Несмотря на то что критиче-
ская точка, характеризующаяся максимальными давлением и тем-
пературой для всей области насыщения, в р—v- и Т—s-диаграм-
мах лежит на максимуме бинодали, в i—s-диаграмме она смеще-
на относительно его влево, ибо T=tg<p и Tmax=tg <pmax, т. е.
касательная к бинодали в критической точке на i—s-диаграмме
должна иметь угол больший, чем у любой изобары-изотермы об-
ласти насыщения, что возможно только при смещении критической
точки влево от максимума.
В схеме пароснабжения предприятий общественного питания
имеются аппараты и арматура, в которых паровой поток ускоря-
ется в процессе истечения из сопел или отверстий и дросселиру-
ется в регулирующих клапанах и в паровпускных вентилях. По-
этому необходимо вкратце рассмотреть процессы истечения и дрос-
селирования [9].
Исходя из общего уравнения первого закона термодинамики
для потока, не совершающего технической работы, в котором не
учитывается внутреннее трение и положение центра тяжести и ко-
торый протекает в адиабатной системе, т. е. без теплообмена с ок-
ружающей средой, справедливо уравнение
Здесь Wi, w2 — начальная и конечная скорости, м/с; ц, i2 — на-
чальная и конечная энтальпии 1 кг вещества, Дж.
Физический смысл этого уравнения заключается в том, что при-
ращение кинетической энергии единицы массы равно убыли потен-
циальной энергии, выраженной перепадом энтальпий в начале
и конце процесса.
Проверим единицы измерения обеих частей уравнения:
м2! Дж H-м Н-м-м м2
с2 кг кг Н-с2 с2 ’
Если выразить энтальпию 1 кг вещества в кДж, то
= 1000 (/, — /2)=1000 A i.
В процессе истечения W2^>wi можно пренебречь начальной ки-
нетической энергией потока, считая, что wi«0; обозначим w2 че-
рез w, где w — скорость истечения через -отверстие, м/с.
Обычно в рассматриваемой аппаратуре истечение происходит
с числом Маха М-—т. е. имеет место дозвуковой поток.
®зв
Здесь w3B — скорость звука в среде, куда происходит истече-
ние, м/с.
Тогда -у-=1000 Д/или w=j/' 2000 ДI « 45 Д /,
где w — скорость истечения, м/с, a Ai — уменьшение (перепад)
энтальпии 1 кг вещества, кДж.
w=45j/' г,— г2 . (18.8)
В i—s-диаграмме идеальный процесс истечения изображается
адиабатой 1—2, протекающей в области насыщения между изоба-
рами начального pi и конечного р2 давления потока (рис. 18.1,е).
Так как процесс истечения протекает при большой скорости потока
и теплообмен последнего с окружающей средой не успевает про-
изойти, этот процесс теоретически является адиабатным. Но в про-
цессе истечения отдельные слои потока трутся друг о друга и о
стенки канала. В результате этого внутреннего трения возникает
теплота, усваиваемая потоком. Этот необратимый адиабатный про-
цесс выражается на i—s-диаграмме условной политропой 1—2Д,
где 2Д действительное конечное состояние вещества по окончании
процесса истечения. Точка 2Д имеет большую энтальпию, чем точ-
ка 2, и разность между ними характеризует теплоту, усвоенную
потоком в результате трения. Действительная скорость истечения
wa=45j/" Л —/2д, причем < w и /Зд —га = <7тр,
где qTp — теплота, усвоенная потоком при необратимом адиабат-
ном истечении, характеризующемся внутренним трением.
Все изложенное выше относится к дозвуковой области числа
Маха (М<1), причем w<w3B и ~<\Pt где wp — критиче-
ское отношение давления, равное, например, для области насыще-
260
ния водяного пара «0,57. При — < vKP в выходном сечении
Рв
обычного суживающегося сопла или отверстия возникает звуко-
вая скорость, являющаяся предельной для этих каналов.
Для получения сверхзвуковых скоростей в области М>1 необ-
ходимо применять сопла Лаваля, представляющие собой комбина-
цию суживающегося и расширяющегося каналов, причем в горло-
Рис. 18.2. Процессы однократного (а)
лирования
и каскадного (б) дроссе-
вине возникает звуковая скорость и М=1, а при выходе из рас-
ширяющегося канала w>w3B и М>1. Подробная физическая ин-
терпретация этого вопроса изложена в [9].
При прохождении потока через сужение в паропроводе или
через арматуру (редукционные клапаны, не полностью открытые
вентили и задвижки — см. ниже) происходит процесс дросселиро-
вания. При этом скорости до и после сужения близки между со-
бой и в предельном случае, когда W2=wi, ii = i2. Таким образом,
при адиабатном дросселировании, когда отсутствует теплообмен
между потоком и окружающей средой, энтальпии пара в начале и
конце процесса одинаковы.
При прохождении потока через местное уменьшение сечения
его скорость возрастает за счет уменьшающейся энтальпии. Эту
часть процесса можно уподобить адиабатному расширению по ли-
нии 1—а (рис. 18.2). В результате отмеченного выше внутреннего
трения при адиабатном истечении процесс изображается условной
политропой 2—Ь, протекающей необратимо с возрастанием энтро-
пии, т. е. sB>sa. Когда, пройдя сужение, поток попадает в паро-
провод прежнего (до сужения) сечения, скорость его уменьшается,
поток как бы затормаживается и возникает вихревое движение его
отдельных слоев, что также сопровождается трением между слоя-
ми; теплота трения усваивается потоком, и его энтальпия при давле-
нии за сужением р? восстанавливается до первоначального значе-
ния в необратимом изобарном процессе, условно представленном
участком изобары b—2. При этом ii = i2, но di=H=O. Для водяного
пара температура для области параметров, охватываемых расчет-
ной диаграммой, уменьшается, т. е. t2<tb Если дросселирование
происходит в области насыщения (х<1) при давлении р<3,0МПа,
то процесс дросселирования характеризуется увеличением степени
сухости пара, т. е. Х2>Х] (рис. 18.2). При наличии каскада суже-
ний, т. е. при прохождении потоком через несколько последова-
тельно включенных вентилей или пористую пробку (сквозь поры
и каналы между ними), происходит процесс 1—2—3—4—5, при
котором h—i2=i3=i4=i5. При числе сужений ->ос, к чему при-
ближается процесс прохождения потока через длинную пористую
пробку, размещенную в трубе, i-> const, di=0. Процесс каскад-
ного дросселирования применяют в лабиринтовых уплотнениях
между статором и ротором паровых турбин для уменьшения ско-
рости выхода пара через зазор между ними и, следовательно, для
уменьшения утечки пара. Дросселирование через пористую пробку
служит для осуществления процесса di=0 (эффект Джоуля —
Томсона), что дает возможность устанавливать важные термоди-
намические соотношения для дросселируемого вещества. Подроб-
но об этом можно найти в [9].
Однократное дросселирование реализуется в схеме пароснабже-
ния предприятий общественного питания при прохождении пара
через регулирующие редукционные (дроссельные) клапаны, сни-
жающие давление пара до заданного, стабильно поддерживаемого
значения, а также через не полностью открытые паровпускные и
регулирующие вентили у технологических аппаратов.
Перегретый водяной пар, широко используемый в энергетике
и промышленной теплотехнике, в паровых аппаратах предприятий
общественного питания не используется, так как теплота перегре-
ва при небольших его значениях^ =t—ts существенно меньше теп-
лоты парообразования (конденсации) г. Кроме того, при омыва-
нии поверхности нагрева перегретым паром нарушается изотер-
; мичность, ибо в процессе теплоотдачи перегрев резко уменьшается
и температура t перегретого пара изменяется вплоть до величины
1 температуры насыщения ts. Вместе с тем коэффициент теплоотда-
i чи от перегретого пара к поверхности нагрева на два порядка ни-
же, чем от насыщенного. Производство же перегретого пара зна-
> чительно усложняет и удорожает парогенерирующие устройства.
В парогенерирующих устройствах, например, пищеварочных
j котлов, работающих на электрическом или газовом -обогреве, а
также на твердом топливе, вырабатывается насыщенный водяной
пар, который поступает в греющую рубашку, омывает стенки ва-
рочного сосуда, конденсируется на них, отдавая тепло конденса-
ции, а конденсат самотеком сливается в водяной объем пароге-
нератора.
! В паровое оборудование пар поступает от внешнего источника
пароснабжения (паровых котлов, производственных паропрово-
дов, паровых отборов турбин и т. д.). В греющих рубашках он
конденсируется. Конденсат собирается в конденсатосборный бак
и возвращается в парогенераторы.
? В заключение напомним о физическом смысле важнейшей кало-
рической функции состояния вещества — энтальпии. Выше было
показано, что di = dqp. Следовательно, энтальпия — это такая
функция состояния вещества, разность значений которой в двух
состояниях, находящихся при одинаковом давлении, равна тепло-
те, подведенной к 1 кг вещества, i2—ii = qp.
Если принять отсчет энтальпий для Н2О от точки с 1=0 °C, то,
например, энтальпия пара со степенью сухости х будет равна ко-
личеству теплоты, которое требуется для превращения I кг воды
с начальной температурой t=O°C в насыщенный пар заданной
степени сухости в процессе с постоянным давлением (p = const).
Аналогично определяется физический смысл энтальпии воды, су-
хого и перегретого пара.
Глава 19
СХЕМА ПАРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ
ОБЩЕСТВЕННОГО ПИТАНИЯ
Эта схема представлена на рис. 19.1. Насыщенный водяной
пар, вырабатываемый парогенераторами 1 небольшой мощности,
поступает в сборный паропровод и редуцируется (дросселирует-
ся) до давления в паровой гребенке (коллекторе) 2, необхо-
-----пар
-----конденсат
-----химически очи-
щенная Вода
~х * - продувочная Вода
—м— вентиль
-S- редукционный
клапан
-G8- обратный
клапан
конденсато-
отводчик
дренаж
переливная
воронка
Рис. 19.1. Схема пароснабжения:
1 — парогенераторы; 2 — паровая гребенка (коллектор) повышенного дав-
ления; 3 — автоклавы; 4 — паровая гребенка низкого давления; 5 — пн-
щеварочиые котлы; 6 — водоотделитель; 7 — паровая гребенка змееви-
ковых и трубчатых аппаратов; 8 — змеевиковые н трубчатые аппараты;
9 — бак питательной воды; /0 — перекачивающие насосы. Узел «а» —
включение аппаратов в общий конденсатопровод
димого для присоединенных к ней автоклавов 3 и равного
250—300 кПа.
Часть пара направляется в автоклавы, а остальная через вто-
рой редукционный клапан дросселируется до избыточного давле-
ния 50 кПа, необходимого для пищеварочных котлов 5, присоеди-
ненных к паровой гребенке 4, и других аппаратов.
Часть пара из этой гребенки направляется в паровые пищева-
рочные котлы, а остальной пар поступает в водоотделитель (па-
росушитель) 6, где степень его сухости значительно возрастает.
Затем он через гребенку 7 направляется в аппараты со змеевико-
выми и трубчатыми поверхностями нагрева, например в водона-
греватели, кипятильники, тепловые стойки, пароварочные шкафы
и т. п. Поскольку в этих аппаратах пар конденсируется внутри зме-
евиков и греющих труб сравнительно небольших сечений, эти по-
верхности нагрева весьма чувствительны к степени сухости пара
и требуют установки водоотделителей. Причина заключается в
том, что конденсат греющего пара, имеющего малую степень су-
хости, быстро заполняет хвостовые участки пароконденсатного
тракта змеевиков или труб и, переохлаждаясь в них, практически
выводит часть поверхности нагрева из процесса активного тепло-
обмена как из-за слишком малого температурного напора между
переохлажденным конденсатом и стенкой, так и из-за заполнения
части тракта конденсатом, препятствующим поступлению и кон-
денсации новой порции пара.
Всего этого не происходит в широких полостях греющих руба-
щек, например, автоклавов и пищеварочных котлов. Конденсат
пара, поступившего в технологические аппараты, через конденсато-
отводчики, называемые ранее конденсационными горшками, обыч-
но сильфонного типа, направляется самотеком в сборный бак,
расположенный ниже уровня установки паровых технологических
аппаратов.
Из-за утечки теплоносителя через предохранительные клапаны,
продувочные вентили и всякого рода неплотности в пароконденсат-
ных коммуникациях восполнение убыли конденсата следует про-
изводить путем добавки химически очищенной воды, направляе-
мой в бак питательной воды 9 из ионнообменных фильтров. В этих
фильтрах ионы кальция и магния, способствующие образованию
твердой, трудноудаляемой накипи на поверхностях нагрева паро-
генераторов, заменяются ионами натрия, в результате чего полу-
чаются легкорастворимые соли.
Питательная вода перекачивается насосами 10 в парогенера-
торы, где вновь превращается в пар. Регулирование теплового ре-
жима в паровом технологическом аппарате производится путем
ручного перекрытия сечения паровпускного вентиля: чем больше
перекрыто сечение, тем сильнее осуществляется процесс дроссели-
рования и тем меньше давление и расход пара через греющую по-
лость аппарата.
При включении парового аппарата в работу вначале образуется
много конденсата, ибо пар поступает в холодный аппарат. Затем
излишний конденсат, который не успевает пропустить конденса-
тоотводчик, дренируется, т. е. направляется через сливной трап
в канализацию через дренажный обводной трубопровод с венти-
лем. При этом вытесняется и воздух, находившийся в греющей
полости аппарата и препятствующий нормальному протеканию
процесса теплообмена. Появление из дренажного трубопровода
плотной струи пара будет означать, что воздух из греющей полости
вытеснен паром и дренажный вентиль можно закрыть.
Перед парогенераторами, на их питательной водяной линии,
устанавливаются обратные клапаны, назначение которых — про-
пускать воду только в одном направлении, т. е. к парогенерато-
рам. При обрыве на питательной линии или появлении в ней не-
плотности благодаря обратным клапанам вода не сможет вытечь
наружу из парогенератов, обнажив поверхности нагрева. Если бы
это произошло, то вследствие работы камер сгорания кипятильные
трубки были бы сожжены и водяное пространство парогенератора
соединилось бы с камерой сгорания и конвективными газоходами.
Вода проникла бы в зону высоких температур, мгновенно превра-
тившись в пар с многократным увеличением объема, в результа-
те чего мог бы произойти взрыв парогенератора. Этому препятст-
вуют обратные клапаны.
Обратные клапаны устанавливаются также на напорной сто-
роне перекачивающих насосов и препятствуют прохождению че-
рез них воды в обратном направлении, что могло бы иметь место
при неодинаковых напорах параллельно включенных насосов.
Во избежание теплопотерь все коммуникации должны покры-
ваться тепловой изоляцией/
Утечка теплоносителя должна быть сведена к минимуму путем
обеспечения исправной работы предохранительных клапанов, кон-
денсатоотводчиков, арматуры (вентилей, редукционных клапанов
и-т. д.) и контроля плотности мест соединения на паро- и конден-
сатопроводах.
Необходимость в снабжении парогенераторов максимальным
количеством конденсата диктуется его малой жесткостью (соле-
содержанием), что обусловливает более длительную работу паро-
генератора без очистки поверхностей нагрева от накипи. Кроме
того, конденсат имеет более высокую температуру, чем химически
очищенная или водопроводная вода, и поэтому для его превраще-
ния в пар потребуется меньшее количество топлива, расход кото-
рого определяется как
у= D" ~ г'пв' (19 1)
<?рнл ’
где V — часовой расход, например, газообразного топлива, м3/ч;
Dn — часовая паропроизводительность парогенераторов, необходи-
мая для пароснабжения предприятия общественного питания, кг/ч;
ч in, inn — энтальпии вырабатываемого парогенераторами пара и по-
ступающей в них питательной воды, кДж/кг; т) — к.п.д. парогене-
раторов. При работе на газе ц^0,6.
Для поддержания солевого состава воды, находящейся в паро- Л
генераторах, на заданном уровне, из определенных водонесущих
полостей, обычно из коллекторов и паросборника, осуществляется 1
непрерывная или периодическая продувка загрязненной котловой |
воды и шлама. Продувка производится при работе котла путем вы- |
пуска 5—10% подаваемой питательной воды в дренаж через два 1
последовательно включенных игольчатых вентиля с малым про- ;;
ходным сечением. Их значительное гидравлическое сопротивление ,
обеспечивает стабильность давления в парогенераторе в процессе
продувки.
Во избежание гидравлических ударов, обусловленных образо- J
ванием большого количества конденсата в паропроводе, при пуске i
систем пароснабжения предприятий общественного питания паро-
провод необходимо прогреть небольшим количеством пара. Паро-
провод должен быть проложен с уклоном 5 мм на 1 м длины в сто-
рону паропотребляющих аппаратов и изолирован. Если паропро-
вод имеет длинные прямые участки, находящиеся между точками '
его жесткого закрепления, или так называемыми «мертвыми опо- (
рами», то на этих участках должны быть установлены П-образ-
ные компенсаторы. Выгиб их должен располагаться в вертикаль-
ной или горизонтальной плоскостях. Обычно паропроводы и кон-
денсатопроводы, проложенные в помещениях предприятий обще-
ственного питания, имеют сравнительно короткие прямые участки
и большое количество поворотов на 90° в различных плоскостях.
Это создает условия для самокомпенсации линейных удлинений
паропроводов при их нагревании паром, что обычно устраняет не-
обходимость иметь компенсаторы. Поверх тепловой изоляции па- ,
ропроводы покрываются жестяным кожухом, окрашенным в крас-
ный цвет. Они крепятся либо на кронштейнах, установленных в ’
стенах, либо на подвесках, укрепленных на потолочном перекры- ’
тии, с помощью хомутов, причем опоры или места крепления могут j
неподвижно фиксировать паропровод или давать ему возможность
осевого перемещения. В последнем случае они являются «сколь-
зящими опорами». 1
Если при прокладке паропровода нельзя избежать I I -образ-
ных участков, то в их нижних точках предусматривается спуск
конденсата с помощью вентиля или конденсатоотводчика. Это не-
обходимо для устранения гидравлических ударов при пуске. Кон-
денсатопроводы также изолируются и имеют уклон в сторону за-
глубленного конденсатного бака. Окрашиваются они в голубой
цвет. К каждому паровому аппарату подсоединен конденсатоот-
водчик, конденсатопровод от которого либо доходит до сборного \
бака, либо объединяется с общим конденсатопроводом для труп- -
пы параллельно включенных по конденсату аппаратов, как пока-
зано на узле «а» (рис. 19.1). Это делается для экономии труб, от- .
водящих конденсат, при большом количестве аппаратов.
В этом случае за каждым конденсатоотводчиком устанавли- '
вается обратный клапан. При разных тепловых мощностях паро-
вых аппаратов, в одном из которых может осуществляться процесс |
разогрева, требующий максимального количества греющего пара,
а в другом режим «тихого кипения», требующий малого количе-
ства пара, давление в греющей рубашке первого аппарата будет
больше, чем в греющей рубашке второго. Тогда при параллельном
включении их в общую конденсатную линию конденсат из первого
аппарата под действием разности давлений будет стремиться за-
полнить греющую рубашку второго, препятствуя нормальному
процессу теплоотдачи при конденсации в ней греющего пара. Во
избежание этого за конденсатоотводчиками устанавливаются об-
ратные клапаны, пропускающие воду только в одном направле-
нии, т. е. конденсат может идти только от аппарата в конденсато-
провод, но не наоборот.
Показанный на узле «а» обвод конденсатоотводчика и обрат-
ного клапана, имеющий вентиль, служит той же цели, что и дре-
нажные трубопроводы с вентилями, показанные на основной схе-
ме рис. 19.1. Во избежание больших гидравлических сопротивле-
ний скорость пара в паропроводах предприятий общественного
питания должна находиться в пределах 10—15 м/с. Для конденса-
топроводов она не должна превышать 0,5 м/с. Гидравлические со-
противления определяются согласно материалам, приведенным в
гл. 4. При определении скорости в конденсатопроводах следует
учитывать вторичное испарение конденсата вследствие падения
давления на участке «конденсатоотводчик — конденсатный бак».
Если считать, что на этом тракте начальное давление конденсата
в конденсатоотводчике равно pi и соответствует давлению в грею-
щей полости аппарата (обычно р(абс< 150 кПа), а в конденсатном
баке давление равно атмосферному />2а6с~ Ю0кПа)у то конден-
сат с температурой t5, соответствующей давлению рь будет пе-
регретым по отношению к давлению р2, в результате чего он бу-
дет частично испаряться. Однако при течении по конденсатопро-
воду температура конденсата будет уменьшаться до значения tK
на выходе.
Если на этом тракте из 1 кг конденсата выпаривается ср кг су-
хого насыщенного пара с энтальпией i", соответствующей средне-
„ Р1абс + Р^.бс ,, ,
му давлению р=------------, где ср < I, то уравнение теплового ба-
ланса процесса охлаждения и самоиспарения конденсата выразит-
ся как где указаны соответственно энтальпии кон-
денсата на входе, образовавшегося пара и конденсата на выходе,
отнесенные к соответственным массам и имеющие размерность не
удельной, а полной энтальпии, т. е. кДж.
На 1 кг конденсата, выходящего из конденсатоотводчика, при-
ходится ср кг пара и (1—ср) кг конденсата на выходе. Так как
I=G-i, где I — полная энтальпия, кДж; i — удельная энтальпия,
называемая просто энтальпией, кДж/кг; G — масса, кг, то
/К] = ^;/" = <рГ; /К!=(1 — <рМк или cts=<? i" Д-(1 — ср) ctK,
где с — теплоемкость конденсата, принимаемая равной 4,19
267
кДж/(кг-К); отсюда <р=^—При этом количество образо-
z ctK
вавшегося пара D кг/ч, приходящееся на DK кг/ч конденсата, вы-
ходящего из парового аппарата, составит
D=DK •
/" - ctK
(19.2)
Количество конденсата, выходящего из конденсатопровода, бу-
дет равно DK, ибо образовавшийся пар в конце тракта вновь кон-
денсируется.
Диаметр паропровода определяется из уравнения
,2
? __ Л п ДПУХ
п~ 4 3600wa ’
(19.3)
где Fn — сечение паропровода, м2; dD — его диаметр, м; Dn — рас-
ход пара, кг/ч; vx — удельный объем пара, м3/кг; wn — скорость
пара, м/с.
Диаметр конденсатопровода с учетом самоиспарения в нем
практически принимают как dK= (0,5—0,7)dn.
Глава 20
ПАРОВАЯ АРМАТУРА
Редукционный клапан (рис. 20.1,а) поддерживает дав-
ление пара на заданном уровне на выходной его стороне при пе-
ременном паропотреблении. В основе его работы лежит процесс
дросселирования. Клапан устанавливается перед гребенками, к ко-
торым присоединены паровые аппараты в целях снижения давле-
ния пара перед ними до уровня, необходимого паропотребляющими
аппаратами. Как было отмечено, этот уровень сохраняется неиз-
менным как при включении дополнительных аппаратов, так и при
выключении части их.
При включении дополнительных потребителей пара давление
за клапаном в первый момент падает. В результате из-за наличия
импульсной трубки 5 падает давление над поршнем 3, который
под действием пружины 2 переместится вверх и поднимет кла-
пан 8. При этом увеличится кольцевой зазор между этим клапа-
ном и седлом 9, окаймляющим дроссельное отверстие в перего-
родке 7. Дросселирование уменьшится, давление возрастет до пер-
воначального значения, а поршень уравновесится в новом положе-
нии. При отключении части потребителей произойдет обратное
явление. Посредством штурвала 1 можно изменять натяжение пру-
жины в соответствии с требуемым давлением р2.
Обратный клапан (рис. 20.1,6) обеспечивает течение
только по ходу стрелок и препятствует обратному течению (по
зачеркнутым стрелкам). При прямом движении воды, поступаю-
щей снизу под клапан 4, последний поднимется под ее напором
над седлом 3 в перегородке 2 и пропустит воду, движущуюся
справа налево.
Обратное движение воды невозможно, так как она будет да-
вить на клапан сверху и последний под давлением воды и под
действием силы тяжести опустится на седло и перекроет проход
Рис. 20.1. Паровая арматура схемы пароснабжения:
а — редукционный клапан: 1 — штурвал; 2 — пружина; 3 — поршень; 4 — шток;
5 — импульсная линия; 6 — корпус; 7 — перегородка; 8 — клапан; 9 — седло;
б — обратный клапан; / — корпус; 2 — перегородка; 3 — седло; 4~ клапан;
в — сильфонный конденсатоотводчик; / — корпус; 2 — седло; 3 — клапан; 4 —
сильфон; 5 — крышка; 6 — прокладка;
г — процесс в сильфонном конденсатоотводчике;
д — поплавковый конденсатоотводчик: / — корпус; 2 — поплавок; 3 — клапан
воде. Подобный клапан гравитационного типа может устанавли-
ваться только на горизонтальных участках трубопроводов в поло-
жении, при котором шток или ось клапана строго вертикальны.
Для иных положений и для передвижных установок должен при-
меняться пружинный клапан, в котором давление воды снизу пре-
одолевает действие пружины на клапан сверху. Как было отме-
чено, в схеме пароснабжения обратные клапаны устанавливаются
на питательной линии перед парогенераторами, на напорной сто-
роне перекачивающих насосов и за конденсатоотводчиками аппа-
ратов, объединенных общей конденсатной линией.
Сильфонный конденсатоотводчик (рис. 20.1, в)
находит преимущественное применение в паровых аппаратах пред-
приятий общественного питания и служит для предотвращения про-
хождения через аппарат «пролетного», т. е. несконденсировавше-
гося, пара. Этот пар возникает вследствие того, что количество гре-
ющего пара, поступающего в аппарат, превышает то, которое мо-
жет сконденсироваться на поверхности нагрева. Например, при
частичном опорожнении варочного сосуда и максимальной подаче
греющего пара через полностью открытый вентиль часть пара не
сможет сконденсироваться и будет стремиться пройти через грею-
щую полость (рубашку), не отдавая теплоты парообразования
(конденсации), т. е. без использования основной части той тепло-
“ты, которая была затрачена на его производство в парогенераторе,
что значительно ухудшит экономичность работы парового оборудо-
вания. Этому препятствуют конденсатоотводчики.
Рассматриваемый сильфонный конденсатоотводчик работает
следующим образом. Если в паровой рубашке пар конденсируется
полностью и конденсат несколько переохлаждается, приобретая
температуру, которая на несколько градусов ниже температуры
насыщения, то сильфон 4, заполненный этиловым спиртом и пред-
ставляющий собой латунный гофрированный герметичный цилиндр,
будет сжат. Прикрепленный к нему клапан 3 будет приподнят над
седлом 2 в корпусе 1, и конденсат сможет свободно протекать в
конденсатопровод.
Этиловый спирт резко увеличивает свое давление (или объем)
при повышении температуры и растягивает сильфонную «гармош-
ку». Это происходит в том случае, если из рубашки аппарата бу-
дет выходить не переохлажденный конденсат, а «пролетный» пар,
имеющий температуру насыщения. Клапан перекроет седло 2, а
пар, оказавшийся в корпусе конденсатоотводчика, сконденсирует-
ся, отдавая теплоту неизолированным стенкам чугунного корпуса.
При этом резко уменьшится объем пара и новая его порция посту-
пит в корпус. Так будет продолжаться до тех пор, пока конденса-
тоотводчик не заполнится конденсатом пролетного пара («200 г).
Как только это произойдет, пролетный пар уже не сможет войти
в корпус конденсатоотводчика, а находящийся там конденсат пе-
реохладится на 5—10° ниже температуры насыщения, в результа-
те чего сильфон сожмется и конденсат выйдет в конденсатопровод.
Если из аппарата вновь пойдет пролетный пар, путь ему будет
вновь закрыт. Таким образом, в аппарат будет поступать только
такое количество пара, которое сможет в нем сконденсироваться.
Описанный процесс показан на рис. 20.1, г р—V- и Т—^диаграм-
мах: 1—2—изобарно-изотермический процесс конденсации про- :
летного пара в конденсатоотводчике; 2—3—изобарное переохлаж-
дение пара от температуры насыщения t| до температуры t2.
Сильфон укреплен на крышке 5, навинчивающейся на корпус 1 и
имеющей уплотнительно-регулировочную паронитовую прокладку
6 толщиной «1 мм. При слишком тонкой прокладке клапан плот- !
нее прилегает к седлу 2, поэтому потребуется большее перео- ’]
хлаждение конденсата и более продолжительное время открытия ;
прохода конденсату. При слишком толстой прокладке клапан мо-
жет вообще не перекрыть прохода в конденсатопровод. Чем тонь- (
ше прокладка, тем больше требуется времени для выпуска кон- (
денсата.
Поплавковый конденсатоотводчик (рис. 20.1, д)
используется в аппаратах с большим расходом пара. Латунный по-1
плавок 2, плавая в конденсате, находящемся в чугунном корпу-
се 1, удерживает клапан 3 в положении, при котором он перекры-
вает выход в конденсатопровод. Пролетный пар, поступающий из
рубашки аппарата, конденсируется, уровень конденсата в корпусе
повышается и последний начинает переливаться внутрь поплавка.
Поплавок опускается, клапан открывает проход конденсату, кото-
рый под разностью давлений в корпусе и конденсатопроводе bu-
zz
б
Рис. 20.2. Устройство для увели-
чения степени сухости пара:
а — влагоотделитель: 1 — теплоизо-
ляция; 2 — корпус; 3 — отбор на
калориметр на входе пара; 4 — бай-
6 — перегородка;
3 — барботер; 4 —
— термометр; 6 — вода
пас-; 5 — отбор на калориметр на выходе пара;
б — калориметр Грниа: / — весы; 2 — стакан;
шланг; 5
брасывается из поплавка в конденсатопровод, при этом поплавок
вновь поднимается. Таким образом предотвращается проход про-
летного пара через аппарат. Пар начинает поступать в аппарат
только в таком количестве, которое может сконденсироваться в ап-
парате при его конкретной тепловой нагрузке.
Если из рубашки аппарата в конденсатоотводчик поступает
не пролетный пар, а конденсат, то поплавок будет находиться в
нижнем (затопленном) положении и конденсат будет свободно
выходить в конденсатопровод. --
Водоотделитель или паросушитель (рис. 20.2, а)
предназначен для повышения степени сухости пара. Конструкция
аппарата ясна из рисунка и дополнительных пояснений не
требует.
Три резких-поворота парового потока на 180° обеспечивают вы-
падение из него благодаря центробежным силам частиц воды и
осушку пара, например от х(=0,5 до х2=0,95. Для контроля ка-
чества пара предусмотрены отборы 3 и 5 на калориметр, схема
которого дана из рис. 20.2,6. Степень сухости пара определяется
из теплового баланса калориметра:
(^х ^к) V ^В^В (^СМ -- Л)’
где Dn и DB — массы барботированного пара и воды, залитой в
сосуд, кг; ix, iK — энтальпии входящего пара и конденсата.
кДж/кг; ц — к.п.д. калориметра; св — изобарная теплоемкост ь
воды, кДж/(кг-К), равная 4,187; tCM и ti — температуры содержи-
мого сосуда после и до конденсации барботированного пара, °C.
Барботер — латунная перфорированная трубка, через которую па р
поступает под слой воды.
Dn—ADB, т. е. масса барботированного пара, равна разности
масс сосуда с водой после процесса барботажа и до него. ц«1,
ибо нагреванием и теплоотдачей сосуда можно пренебречь: вода
в сосуде нагревается лишь на несколько градусов. Из указанного
i ~~ I?
уравнения определяется ix и x = f,x^-f/- , где i", iz — энтальпии
сухого насыщенного пара и кипящей воды при данном давлении
пара, кДж/кг.
Описанный аппарат прост в изготовлении и работает весьма
эффективно.
Глава 21
АППАРАТЫ С ПАРОВЫМ ОБОГРЕВОМ
21.1. ПИЩЕВАРОЧНЫЕ КОТЛЫ
Для предприятий общественного питания котлы выпускаются
Всесоюзным производственным объединением (ВПО) «Союзторг-
маш» согласно типоразмерному ряду: КПП-40, 60, 100, 160, 250 дм3.
Котлы пищеварочные паровые (КПП) вместимостью 40 и 60 дм3
являются поворотными, или опрокидывающимися, и имеют съем-
ные негерметизированные крышки. Остальные котлы не поворачи-
ваются, имеют сливной кран большого диаметра и герметизиро-
ванную крышку с пружинным противовесом. Техническая харак-
теристика котлов приведена в табл. 21.1.
Конструктивная схема неопрокидывающегося котла типа КПП
представлена на рис. 21.1 и во многом сходна с электрическими
и газовыми котлами. Отличие от последних заключается в отсут-
ствии парогенератора и наличии паро- и конденсатопровода. Дос-
туп пара регулируется вручную паровым вентилем; выход конден-
сата происходит через сильфонный конденсатоотводчик. При вклю-
чении котла в работу держат открытым дренажный вентиль 16,
через который вначале дренируется избыточный конденсат при
прогреве холодного котла, а затем паром вытесняется воздух из
греющей рубашки. Дренажный вентиль закрывается после того,
как из дренажного трубопровода начнет выходить плотная струя
пара. Варочный сосуд может заполняться холодной либо горячей
водой из линии горячего водоснабжения через поворотный нако-
нечник. Устройство клапана-турбинки описано в гл. 7.
Таблица 21.1
Величины Единицы измерения вместимость, дм'
40 60 100 160 250
Избыточное давление в греющей ру- башке кПа 150 150 150 150 150
Часовой расход пара (х=0,8) на ра- зогрев/варку кг'/ч 25/4 30/6 55/8 70/10 90/12
Время разогрева воды от 10 до 95 *С МИН 18 20 20 26 31
Диаметр варочного сосуда мм 425 425 800 800 800
Глубина варочного сосуда мм 375 515 310 430 610
Габаритные размеры котла: длина мм 985 985 1000 1200 1200
ширина мм 550 600 1100 1150 1150
высота ...» мм 1100 1100 1100 1100 1100
.Масса кг 95 100 230 300 400
При эксплуатации котла необходимо следить за чистотой кана-
лов турбинки и за тем, чтобы шпиндель клапана не был погнут.
Грузовой предохранительный клапан работает и обслуживается
так, как это было описано при рассмотрении арматуры котлов.
Тепловой баланс котла, его к.п.д. и расчет описаны в табл. 4.1.
В настоящее время разрабатываются паровые пищеварочные
котлы панельного типа, варочный сосуд и греющие листоканаль-
ные панели которых полностью унифицированы с электрическими
и газовыми котлами (см. гл. 17). Вместо парогенератора у них
имеется заглушенный фланец, к которому присоединяются паро-
провод, конденсатоотводчик и дренажный вентиль.
Рис. 21.1. Паровой пищеварочный котел:
1 — постамент, 2 — конденсатоотводчик; 3 —
облицовка; 4 — тепловая изоляция; 5 •• паро-
впускной вентиль; 6 — манометр; 7 — предо-
хранительный клапан; 8 — греющая рубашка;
9 — бортшайба; 10 откидные болты; 11 —
крышка; 12 — клапан-турбинка; 13 — вароч-
ный сосуд; 14 — сетка; 15 — слнвной н про-
мывочный краны; 16 — дренажный вентиль
21.2. АВТОКЛАВЫ
Автоклавы (рис. 21.2) предназначены для варки продуктов
при избыточном давлении до 250 кПа и широко используются в
мясоперерабатывающей промышленности. Эти аппараты (pHs6js
^70 кПа) подведомственны Котлонадзору и подлежат регулярной
проверке этой организацией. При изготовлении, сварные соедини-
Рис. 21.2. Паровой автоклав:
/ — сливной кран; 2 — конденсатоотводчик: 3 -*
постамент; 4 — тепловая изоляция; 5 — греющая
рубашка; б — корзина; 7 — варочный сосуд; S —
откидные болты; 9 — крышка; Ю — предохрани*
тельный клапан варочного сосуда; И — паровы*
пускной вентиль; 12 — манометр варочного сосу-
да; 13 — манометр паровой рубашки; 14 — пре-
дохранительный клапан паровой рубашки: 15 —
паровпускной вентиль; 16 — дренажный вентиль
рубашки
ния автоклава проверяются рентгеноскопией, а сам аппарат опрес-
совывается водой при двойном рабочем давлении. На предприя-
тиях общественного питания автоклавы используются в основном
для выварки жира из костей и варки мясо-костных бульонов. При
этом значительно ускоряется технологический процесс и увели-
чивается количество извлекаемого жира.
На крышке автоклава имеется штуцер, к которому присоеди-
нены манометр, предохранительный клапан и паровыпускной вен-
тиль. Последний служит для снижения давления в варочном сосу-
де до атмосферного перед открыванием крышки, уплотняемой
4—6 откидными болтами. Давление в рубашке на 20—30 кПа
больше, чем в варочном сосуде, и обусловливает необходимый тем-
пературный перепад между греющим насыщенным паром и кипя-
щей в варочном сосуде водой.
Раздробленные кости загружаются в корзину из нержавеющей
стали, которая помещается в варочный сосуд, заполняемый водой
так, чтобы кости были ниже ее уровня па 100 мм. Затем крышка
уплотняется откидными болтами, завинчиваемыми крест накрест,
во избежание ее перекоса. Процесс выварки жира из костей про-
должается 4—5 ч. Перед открыванием крышки отключают грею-
щий пар, спускают давление в варочном сосуде до атмосферного,
после чего ослабляют, а затем отвинчивают болты. Конденсат гре-
ющего пара отводится из рубашки сильфонным конденсатоотвод-
чиком.
Полезное тепло, необходимое для всего технологического про-
цесса, определяется как
Qi:=6/Kc'K(/i 4)+ (As ^н)4~(z'Bn~‘I )4~Фбх
где GK — масса загруженных костей, кг; ск — их теплоемкость,
кДж/(кг-К); WB — масса залитой воды, кг;.св — ее теплоемкость,
кДж/(кг-К); GB0 — масса вторичного пара в варочном сосуде,
кДж/(кг-К); iBu, i' — энтальпии вторичного пара и кипящей во-
ды, кДж/кг; Qex — тепло, затраченное на биохимические процес-
сы, связанные с вываркой жира из костей и образованием мясо-
костного бульона, кДж; ts, tH — температуры насыщенного пара и
начальная воды в варочном сосуде, °C.
При определении потери тепла на разогрев конструкции авто-
клава учитывается тепло, затрачиваемое на прогрев корзины для
костей до температуры ts. Остальные статьи теплового баланса
определяются по табл. 4.1.
При эксплуатации автоклава особое внимание следует обра-
щать на исправность обоих предохранительных клапанов и про-
чей арматуры, а также уплотнительной прокладки, откидных бол-
тов и манометров. Персонал, обслуживающий автоклав, должен
сдать экзамены по техминимуму и правилам техники безопасности
при работе с аппаратами повышенного давления. Открывание
крышки по окончании варки должно производиться в строгом со-
ответствии с правилами техники безопасности.
21.3. ВАКУУМ-АППАРАТЫ
Для лучшего сохранения свойств пищевых продуктов при их
тепловой обработке, связанной с выпариванием излишней влаги,
процесс целесообразно проводить при вакууме, обусловливающем
пониженные (<100 °C) температуры кипения. При этом получа-
ются концентрированные продукты (концентраты, соусы и т, д.).
Абсолютное давление в варочном вакуум-сосуде лежит в пре-
делах 10—100 кПа при давлении греющего пара до 150 кПа. На
фабриках-заготовочных используют простейшие однокорпубные ва-
куум-аппараты, схема которых приведена из рис. 21.3 и подробных
пояснений не требует.
Заполнение вакуум-сосуда жидким или консистентным продук-
том производится лишь на 50% вместимости. При большем запол-
нении вследствие интенсивного колебания поверхности раздела
жидкой и паровой фаз, характерного для вакуумного кипения, мо-
жет произойти заброс продукта в соковый паропровод, что недо-
пустимо.
Разгрузка варочного сосуда может производиться через слив-
ную линию 11 либо через верх сосуда при снятой крышке. Для
предотвращения заброса продукта в соковый паропровод 9 в крыш-
ке 7 сделаны перегородки 8 центробежного сепаратора, заставля-
ющие паровой поток менять направление, в результате чего из не-
го выпадают частицы продукта. Соковый пар, выделяющийся в
варочном сосуде, конденсируется в смешивающем конденсаторе
12 при контакте со струями охлаждающей воды, стекающей по
полочкам. В соковом паропроводе и конденсаторе наряду с соко-
Рис. 21.3. Однокорпусный вакуум-аппарат! >
I — кондевяатоотводчик; 3 — талловая изоляция; 3 — пароввя рубашка;
4 — паропровод греющего пара а вентилем, манометром и двойным пре-
дохранительным клапаном; 5 «• варочный ввкууы-соауд; 6 — «метровое
окно; 7 — крышка; В — сепаратор; 9 — соковый паропровод; 10 — ва-
куумметр; II — наполнительный трубопровод; 17 — смешивающий кон-
денсатор; 18 — мокровоздушный насос; 14 — всасывающий клапан; 15 —
нагнетательный клапан; 15 — привод; П — сливная линии е вентилем
вым паром оказываются неконденсирующиеся газы, выделяющие-
ся в процессе выпаривания продукта, и воздух, поступающий
внутрь через неплотности системы.
Для поддержания вакуума на требуемом уровне используется
поршневой мокровоздушный насос 13, имеющий кровошипно-ша-
тунный привод от двигателя 16 к поршню. При возвратно-посту-
пательном движении последнего из конденсатора с помощью пе-
риодически открывающихся клапанов 14 и 15 откачивается и уда-
ляется в дренаж смесь воды, конденсата и газов.
Жидкостный вакуумметр 10 показывает величину вакуума в си-
стеме. Если массу загружаемого продукта обозначить через Gi,
начальную концентрацию сухих веществ через ф, а конечную че-
рез то масса выпаренной воды получится из соотношения
О1ф=О21р, где Gj — масса конечного продукта, кп
DBoi^G^G^Gt( 1-^)=Ц,сп.
Тепловой баланс вакуум-аппарата за цикл работы, включаю-
щий в себя и разогрев содержимого до температуры кипения, име-
ет вид
7)п (4 “•/’ к)=О t G (4 4)+D,пг 4~ Н- Qe,
где DB —масса греющего пара, кг; iB, iK — энтальпии пара и кон-
276
денсата, кДж/кг; г — полная теплота парообразования при ваку»
уме, кДж/кг; Q5 и Q6, кДж, определяются по табл. 4.2. Тепловой
баланс смешивающего конденсатора
(^сы ^х)==^исп(^' “ ^в^см)’
где Эохл — масса охлаждающей воды, кг; tx и teM—температуры
воды при входе в конденсатор и выходе из него, °C. Удельная мас-
са газовоздушной смеси, удаляемой из системы насосом, |«0,25
10~3 кг смеси/кг охлаждающей воды.
21.4. ПАРОВАРОЧНЫЕ АППАРАТЫ
Эти аппараты работают по принципу непосредственного паро-
вого обогрева продукта. Греющий пар конденсируется на его по-
верхности. При этом пищевая ценность продукта сохраняется в
1 — конденсатоотводчик; 2 — продувочная линия с вентилем; 3 — изполнн-
тельная водопроводная линия о вентилем; 4 — тепловая изоляция; 5 — рабо«
чая камера; б — отделения (полки) рабочей камеры; 7 — вертикальная пе-
регородка; 8 — перфорированные вкладыши (корзины) для продуктов; 9 —’
клапаи-турбннка; 10 — манометр; И — предохранительный клапан; 12 —
паровпускной вентиль; 13 — опорные иожкн; 14 — паровая гребенка-, а — ев
коллекторы; б — ее паровые трубки; 15 — спускная линия с вентилем; 16 —
вода парогенератора; 17 — поплавковый клапан
большей степени, чем при варке его в воде. Продукты, сваренные
«на пару», рекомендуются для диетического питания.
Конструктивная схема аппарата периодического
действия, серийно выпускаемого фирмой Зенкингверк (Sen-
kingwerk, ФРГ), представлена на рнс. 21.4 [34].
Рабочая камера 5 аппарата — это изолированный параллеле-
пипед высотой около 3 м, шириной 1,2 и глубиной 0,6 м. Изоля-
ция— шлаквата, облицовка — нержавеющая сталь. Вертикальная
перегородка делит камеру на две половины, в каждой из которых
имеются по 10 отделений для установки в них 20 корзин 8 из нер-
жавеющей стали. Вместимость каждой корзины — около 15 ко
очищенного картофеля. Камера закрывается уплотненной двуст-
ворчатой дверцей. Давление в камере ^2,5 кПа; ограничивается
оно клапаном 9. В нижней части камеры имеется водяная емкость
16, внутри которой расположена паровая гребенка 14; конструк-
ция ее ясна из рисунка. Из котельной первичный пар с избыточ-
ным давлением 50—400 кПа поступает в гребенку и конденсирует-
ся в ней, отдавая тепло воде, из которой выпаривается вторичный
пар, омывающий продукт и конденсирующийся на его поверхно-
сти. Конденсат самотеком возвращается в водяную емкость либо
дренируется, а его убыль восполняется водопроводной водой. Для
варки 300 кг единовременно загруженного картофеля расходуется
около 100 кг первичного пара. Время варки в зависимости от раз-
меров картофеля колеблется от 7 до 40 мин. Тепловой баланс па-
ровой гребенки имеет вид
Da 0'п г'к)= ^вт О'вт ^квт) Н" Qsn’
где Dn, DBT — массы первичного и вторичного пара, кг; по-
тери тепла водяной емкостью (парогенератором) в окружающую
среду, кДж; in,lK, ZBT, zKBT — соответственно энтальпии первичного
пара, его конденсата, вторичного пара, его конденсата, кДж/кг.
Тепло, затрачиваемое на технологический процесс варки, со-
ставляет
Qt == ^В1 вт /Кв r) QsK’
где Q,K — потеря тепла в окружающую среду ограждениями рабо-
чей камеры, кДж.
Поверхность паровой гребенки
_ hit
где io, iK — энтальпии; берутся при давлении первичного пара.
Температурный напор является разностью температур первичного
пара и кипящей воды, а коэффициент теплопередачи между пер-
вичным паром и кипящей водой определяется согласно гл. 4. При
этом следует учитывать как термическое сопротивление слоя паки-
<5„
пи так и слизи, выделяющей на поверхности нагрева из вто-
^я
ричного пара, конденсат которого загрязнен вследствие контакта
с продуктом ~ Если не учитывать при определении к указанных
термических сопротивлений, то расчетную поверхность нагрева F
рекомендуется увеличить на 30%.
Пароварочный аппарат непрерывного дейст-
вия. Пароварочный аппарат, или трансферавтомат, серийно изго-
тавливаемый фирмой Neff (Нефф, ФРГ), схематично представлен
на рис. 21.5. Его производительность по вареному картофелю
#«250 кг/ч, расход первичного пара — до 120 кг/ч, водяная вмеыи-
мость парогенератора — 200 дмг, время варки картофеля колеб-
лется в зависимости от размеров нарезанных клубней от 6 до
60 мин. Габаритные размеры аппарата (в м): длина — 4, шири-
на — 1, высота — 2. Число люлек — 32, из которых 22 загружены,
а 10 расположены на обратной линии от разгрузки до загрузки.
При средней продолжительности варки 20 мин за 1 ч 22 загружен-
ные люльки три раза проходят по рабочей камере, обеспечивая
Рис 21.5. Пароварочный аппарат непрерывного действия (гранс-
феравтомат);
/ — сливная линия; ? — паровая гребенка; 8 — вода парогенератора;
4 — паропровод первичного -(греющего} «ара е вентилем, манометром и
предохранительным клапаном; 5 — загруженные перфорированные под-
весные корзины (люльки); 6 — шарнирные цепи; 7 — аагрувочное уст«
ройетво; S — наклонный транспортер; 9 — клапан-турбинка; 10 — раз-
груженные люльки; 11 — опрокидывающаяся люлька; 12 — разгрузоч-
ное устройство; 13 — тележка; 14 — отвод конденсата; 15 — рабочая
камера с вторичным паром; 16 — звездочки
производительность по картофелю 250 кг/ч; при этом загрузка
каждой люльки составляет около 4 кг.
Наклонный транспортер 8 подает из бункера очищенный и на-
резанный картофель (или другие овощи и клубнекорнеплоды) и
загружает его в устройство 7, представляющее неподвижный ци-
линдр с входными и выходными патрубками и вращающимся внут-
ри него барабаном с горизонтальной щелью, перемещающим про-
дукт из транспортера в люльку.
Благодаря минимальному зазору между барабаном и наруж-
ным цилиндром утечка пара в процессе загрузки невелика, тем
более что абсолютное давление в рабочей камере <2,5 кПа.
Люльки висят на осях, соединяющих две шарнирные пени 6. По-
следние благодаря направляющим звездочкам 10 меняют свое на-
правление, как показано на рис. 21.5. На рисунке изображена
лишь небольшая часть люлек — перфорированных корзин, которые
подвешены по всей длине сдвоенной цепи с минимальным зазором
между ними. 22-я люлька 11, считая от места загрузки, каталки*
вается на профилированный упор, который приводит к ее пово-
роту и опорожнению в разгрузочное устройство и тележку 13.
Люльки могут находиться в рабочей камере 15 либо в паровом
пространстве, контактируя со вторичным паром, либо в нижнем
положении в кипящей воде, если уровень ее в водяной емкости
будет соответственно повышен.
Вторичный пар получается благодаря теплоотдаче от гребен-
ки 2. Первичный пар, поступающий от промышленной котельной
по обычным паропроводам, как правило, к контакту с пищевыми
продуктами не допускается. Вместо паровой гребенки использу-
ются также трубчатые электронагреватели обшей мощностью
72 кВт.
21.5. УСТАНОВКИ ДЛЯ ПАРОВОЙ ОЧИСТКИ
КАРТОФЕЛЯ И ОВОЩЕЙ
Паровой способ очистки, как и огневой, способствует резкому
снижению отходов картофеля и овощей и сохранению формы
клубней.
Рис. 21.6. Паровой термоагрегат типа IMC для очистки картофеля:
1 — смешивающий конденсатор; 2 — конденсатоотводчики; 3 — наклон*
ный транспортер; 4 — загрузочный турникет; 5 — рабочая камера; 6 —
шнек; 7 — паропровод с вентилем, манометром в предохранительным кла<
паном; 8 — редуктор и вариатор скоростей; 9 — электродвигатель; 10 —
разгрузочный турникет; 11 — водяная гребенка; /2 — моечио-очнстнтель-'
ная машина; 13 — конвейер ревизия и дочивтки; 14 — масляный насос;
15 — масляный бах
Паровая установка IMC. Паровая установка для очи-
стки картофеля производительностью 6000 кг/ч серийно произво-
дится интернациональной машиностроительной компанией (США,
Бельгия) по схеме, приведенной на рис. 21.6.
Установка имеет длину «11 м, высоту «4 и ширину «2 м.
Давление насыщенного пара — 0,4—0,6 МПа, расход пара—
1000 кг/ч, расход охлаждающей воды — до 1000 кг/ч, время пре-
280
бывания картофеля в рабочей камере — 20—70 с, глубина прова-
ренного слоя ^10 мм, процент отходов на установке ^10%,рас-
ход смазочного масла — до 0,5 дм3/ч.
Картофель, отмытый от земли, песка и глины, из бункера моеч-
ного отделения поступает по наклонному транспортеру 3 в загру-
зочный турникет 4 установки, в рабочей камере 5 которой поддер-
живается давление 0,4—0,5 МПа. Для обеспечения минимальной
утечки пара при непрерывных загрузке и выгрузке картофеля име-
ются турникеты 4 и 10, в чугунных цилиндрических корпусах ко-
торых вращаются лопастные роторы с уплотнительными приспособ-
лениями. Концы лопастей, скользящие по зеркалу корпуса, сма-
зываются от центрального шестеренчатого насоса.
Клубни транспортируются по наклонной изолированной камере
5 с помощью шнека 6, имеющего привод 8 и 9. Сцепление ко-
журы с телом клубней в результате воздействия пара t«150°C
ослабевает. Во вращающемся сетчатом барабане 12 моечно-очис-
тительной машины кожура благодаря трению сходит с клубней и
смывается в дренаж водой, подаваемой в барабан. На конвейере
13 производится удаление глазков и гнили.
Загрязненный конденсат из рабочей камеры и турникетов че-
рез поплавковые конденсатоотводчики поступает в смешивающий
конденсатор 1. Последний необходим для предотвращения образо-
вания пара при вскипании конденсата, имеющего даже после про-
хождения конденсатоотводчиков температуру, превышающую
100 °C.
Шестеренчатый насос лубрикатора подает смазочное масло ко
всем подшипникам и роторам турникетов. Наклон под углом
20° рабочей камеры имеет цель уменьшить габариты установки,
ибо при горизонтальном ее расположении загрузочный турникет и
транспортер' находились бы на большей высоте.
Рис. 21.7. Установка ВНИИторгмаша для очистки картофеля и овощей мгновен-
ным сбросом давления пара:
/ — приемный бункер; 2 — вращающаяся рабочая камера; 3 — клубни; -/ — паропровод;
5 — быстродействующая задвижка; 6—быстродействующий затвор; 7 — загрузочный бун«
кер; 8 — шестеренчатая пара; 9— привод; 10 — очищенный клубень; // — кожура
Рис. 21 8. Пароварочный трансферавтомат:
а — принципиальная схема; 7 — подающий рольганг; 2 — функциональная тара: 3 —
загрузочный люк; 4 — рабочая камера; 5 — парораспределительная гребенка с сопла-
ми; 6 — паропровод с вентилем; 7 —сопла; 8 — органы автоматического регулирова-
ния; 9 — разгрузочный люк; 10 — разгрузочный рольганг: 11 — тележка; /2 — кои-
денсатоотводиая линия; 13 — даровая среда; 14 — автоматика управления люками;
15 — рольганг камеры;
б — фотография двух блокированных трансформаторов (нумерация позиций та же,
что н на схеме);
в — фотография трансферавтомата; 2 — функциональная тара; 3 — загрузочный люк;
4 — рабочая камера:
г — зависимость времени варки на пару от избыточного давления в рабочей камере
Установка требует кондиционного сырья с минимальным коли-
чеством глазков и весьма чувствительна к качеству мытья клуб-
ней. Очищенные клубни картофеля должны немедленно поступать
на дальнейшую переработку (на резку и сушку), так как при
хранении (из-за большой глубины проваренного слоя) они быстро
темнеют. Отходы не превышают 10%.
Установка для очистки картофеля и овощей
путем мгновенного сброса давления пара. Уста-
новка разработана ВНИИТОРГмашем. Схема ее представлена на
рис. 21.7.
Рабочая камера 2 вращается вокруг горизонтальных полуосей,
имеющих привод. Через одну из них из паропровода 4 с быстро-
действующей задвижкой 5 поступает пар с давлением 1 МПа,
Загруженная камера с герметичной быстрооткрывающейся крышкой
6 в течение 6—10 с вращается, при этом пар омывает клубни, под
кожурой которых создается пар одинакового давления за счев
частичного испарения влаги, содержащейся в клубнях. Затем ка-
мера останавливается (крышка находится в нижнем положении),
при этом одновременно закрывается паровая задвижка и открыва-
ется крышка. Давление наружного пара почти мгновенно падает
до атмосферного, а внутренний пар разрывает кожуру, которая
удаляется вместе с глазками мелкого залегания в дренаж. Вра-
щение камеры устраняет постоянные места контактов между клуб-
нями, препятствующие проработке этих мест паром.
В результате малого времени выдержки клубней в камере глу-
бина проваренного слоя не превышает 1 мм, в результате чего
клубни могут сульфитироваться и храниться в течение суток без
потемнения. Отходы не превышают 1%.
Ряд зарубежных фирм ФРГ — ЮНО (Yuno), Редер (Roeder),
Зенкинг (Senking) —выпускает унифицированные тепловые маши-
ны непрерывного действия (трансферавтоматы), предназначенные
для варки на пару при избыточном давлении до 100 кПа картофе-
ля, овощей, мяса, рыбы в стандартных функциональных емкостям
(«Гастронорм»). Трансферавтоматы объединены общим названи-
ем «Steam—Matic» (рис. 21.8). Повышенное давление, по дан-
ным фирм, почти в три раза (рис. 21.8, г) сокращает время варки
очищенного картофеля, благодаря чему в большей степени сохра-
няется его витаминная активность.
Например, фирмой Фосс (Voss) выпускаются аппараты про-
изводительностью (кг/ч): по картофелю—150—300, по капусте —
100—250, по макаронам — 280, лапше — 350, рису — 165.
Габаритные размеры (в м): длина — 4,3, ширина — 1, высо-
та— 1,64. Расход греющего пара с избыточным давлением до
50 кПа—180 кг/ч. Мощность приводов — около 2 кВт.
Раздел 5
ОБОРУДОВАНИЕ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ
Глава 22
АППАРАТЫ С ОБОГРЕВОМ ТВЕРДЫМ ТОПЛИВОМ
22.1. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
В ОБОРУДОВАНИИ ПРЕДПРИЯТИЙ
ОБЩЕСТВЕННОГО ПИТАНИЯ
Согласно данным [41] мировые ресурсы угля составляют
6641 200 млн. т и будут истощены лишь через 500 лет. Прогноз
Мирового потребления источников энергии выводит твердое топли-
во на первое место. Это стимулирует дальнейшее применение и
усовершенствование тепловых аппаратов, работающих на твердом
топливе, в том числе и для предприятий общественного питания,
несмотря на серьезные недостатки, связанные с применением этого
энергоносителя. Так, потеря тепла от химической неполноты сгора-
ния достигает 7%, а от механического недожога — 10%. Аппара-
ты плохо поддаются регулированию теплового режима, в особен-
ности при сжигании антрацита, характеризующегося малым выхо-
дом. летучих веществ и большой тепловой инерцией раскаленного
слоя топлива.
Ухудшаются санитарно-гигиенические условия эксплуатации
аппаратов из-за необходимости загружать твердое топлизо и вы-
гружать шлаки и золу.
Эти операции для ряда аппаратов приходится производить
внутри горячего цеха.
Низкий к.п.д. твердотопливных аппаратов и отмеченные выше
недостатки сдерживают расширение производства этого оборудо-
вания, но перспективы использования твердого топлива стимули-
руют разработку таких аппаратов, в которых эти недостатки све-
дены к минимуму.
В нашей стране производится весьма ограниченная номенкла-
тура аппаратов на твердом топливе, предназначенных для пред-
приятий общественного питания: это кипятильники, пищеварочные
котлы и плиты. Эти аппараты модернизируются в целях повыше-
ния их экономичности и улучшения эксплуатационных показате-
лей. Основными видами твердого топлива для рассматриваемого
оборудования являются дрова и антрацит.
22.2. КИПЯТИЛЬНИКИ
Кипятильники непрерывного действия, работа-
ющие на твердом топливе, отличаются от газовых только конст-
рукцией камеры сгорания. Теплообменные поверхности и газовый
тракт кипятильников КНД-15 и КНТ-200 на твердом топливе ана-
логичны таковым для газовых кипятильников КНД-8М и
Вид по,, а."
Рис. 22.1. Кипятильники
непрерывного действия
на твердом топливе
(иижняя часть):
/ — зольная коробка; 2 —
колосниковая решетка; 3 —
водонесущая обечайка; 4 —
люк для загрузки топлива;
5 — топливная дверца; 6 —
поддувальная дверца
КНГ-200У, рассмотренных в гл. 17. В ка-
мерах сгорания кипятильников на твердом
топливе вместо газовой горелки установ-
лены колосниковая решетка, люк с двер-
цей для загрузки топлива и золовая ка-
мера с дверцей, служащей для удаления
золы и шлаков и подачи воздуха под ко-
лосники (рис. 22.1).
Модернизированные кипятильники ти-
па КНТ-200 подготавливаются к серийно-
му производству.
По сравнению с газовыми кипятиль-
никами они имеют более низкий (на 15%)
к.п.д. из-за наличия химического и меха-
нического недожога. К. п. д. определяется
так же, как и для газовых кипятильников,
но в тепловом балансе учитываются поте-
ри Q3 и Q4 (см. табл. 4.1).
Реальная производительность кипя-
тильника КНД-15—180 кг/ч, время заки-
пания— 20 мин, масса — 64 кг, длина —
600 мм, ширина—915 и высота — 1370 мм. Масса модернизиро-
ванных кипятильников — 60 кг. Время закипания ^15 мин. Вы-
сота— 1360 мм. Производительность по «нормальному» кипят-
ку — 200 кг/ч.
Кипятильники периодического действия, или наливные типа
КН-60М (рис. 22.2), выпускаются крупносерийно и предназна-
чены в основном для полевых станов и передвижных сель-
ских кухонь. Кипятильник представляет собой цилиндр из
оцинкованного стального листа толщиной 0,8 мм, в нижней
части которого размещена зольная коробка 1 и колосниковая
решетка 22, состоящая обычно из двух чугунных полудисков со
щелями для прохода воздуха. Над колосниковой решеткой нахо-
дится камера сгорания 3, экранированная водонесущей обечайкой
4 так, что боковые поверхности и свод камеры омываются водой
и служат радиационными поверхностями нагрева. От верхней час-
ти свода камеры отходит цилиндрический конвективный газоход
7, заканчивающийся патрубком для отвода продуктов сгорания.
Водонесушая часть закрывается крышкой 5, а топливо укладыва-
ется на колосники через люк 8. Подача воздуха под слой топлива
регулируется поддувальной дверцей 1д и зависит от естественной
Рис. 22.2. Наливной кипятиль-
ник (КН-60М):
I — зольная коробка; 2 — ко-
лосниковая решетка; 3 — камера
сгорания; 4 — водонесущая обе-
чайка; 5 — кран разбора кипят-
ка; 6 — крышка; 7 — конвектив-
ный газоход и дымовой патрубок:
8 — люк для загрузки топлива;
S -w топливная дверца; 10 — под-
дувальная дверца
тяги, создающей в камере сгорания
разрежение. Вместимость водонесу-
щей части — 60 дм8. Кипяток отбира-
ется посредством крана 5. Благодаря
введенной в модернизированный ва-
риант кипятильника экранированной
камере сгорания (ранее была одпо-
стенная, не охлаждаемая водой каме-
ра) к.п.д. составляет 36% и опреде-
ляется как
Hr ~*
~ BQl .
где DB, В — массы залитой волы и
сожженного топлива, кг, необходимо-
го для доведения воды от начальной
температуры tx, °C, до температуры
при выходе из крана tr> °C, кг; Св —
теплоемкость воды, кДж/(кг-К).
Время закипания — 60 мин, масса —
25 кг, габариты (в мм): высота —
1190, ширина — 437 и длина — 415.
22.3. ПИЩЕВАРОЧНЫЕ КОТЛЫ
Котлы (рис. 22.3) выпускаются заводами торгового машино-
строения по типоразмерам КПТ-100 и КПТ-160, что означает «кот-
лы пищеварочные твердотопливные вместимостью 100 и 160 дм3».
Так как для сжигания влажных дров и другого подобного топ-
лива требуются значительные размеры камеры сгорания, то во из-
бежание слишком большой высоты котла его вместимость при
данной конструкции ограничена величиной в 160 дм3. При вмести-
мости <100 дм3 размеры камеры сгорания и конвективных газо-
ходов будут малы, что повлечет за собой понижение к.п.д. котла.
В отличие от газовых котлов типа КП Г у данных котлов пароге-
нератор имеет лишь один кольцевой конвективный газоход, что
объясняется трудностью очистки от золы и сажи внутреннего газо-
хода, если бы он был предусмотрен.
Топливо забрасывается на круглую колосниковую решетку 17
через люк 5. Под решеткой находится зольная коробка с выдви-
гающимся ящиком, снабженная жалюзи 2, поворотом пластин ко-
торых можно регулировать подачу воздуха под колосники. Для
очистки газохода предусмотрены люки (на чертеже не показаны).
В остальном котлы КПТ не отличаются от котлов КПГ, списанных
в гл. 17. Панельная конструкция прямоугольного варочного сосу*
да с греющими каналами, подробно рассмотренная в гл. 17, при-
годна для присоединения к ее фланцу парогенератора на твердом
топливе. Последний аналогичен панельному газовому парогенера-
тору, но вместо газовой колоснико-
вой горелки в нем предусмотрена
установка колосниковой решетки
для сжигания твердого топлива.
В тепловой баланс котла вхо-
дят потери Q3 и Q4 (см. табл. 4.1),
в результате чего к. п. д. котла не
превышает 45%. При сжигании ан-
трацита на колосники сначала ук-
ладывается «подушка» из мелко
наколотых дров, а затем на нее за-
брасывается кусковой антрацит в
количестве ~7 кг. Тепловая инер-
Рис. 22.3. ПшцеварочиыЙ котел
на твердом топливе (КПТ):
Г —зольная коробка; 2—жалюзи;
3 — конвективный газоход; * топ*
дивная дверца; 5 — люк для загруз-
ки топлива; 6 — тепловая изоляция;
7 — пароводяная рубашка; 8 — от-
кидные болты; 9 — крышка; 10 —
клапан-турбинка; 11 — двойной пре-
дохранительный клапан; 12 — мано-
метр; 13 — заливочная воронка с
краном; 14 — сливной кран; /5 — кран
уровня; /6 —карманы парогенерато-
ра; 17 — колосниковая решетка; 18 —
патрубок отходящих продуктов его*
раиия
ция слоя горящего антрацита
столь велика, что аппарат практи-
чески невозможно перевести на ре-
жим «тихого кипения», что явля-
ется его существенным недостат-
ком.
При эксплуатации котлов, как и
других аппаратов на твердом топ-
ливе, после загрузки топлива в ра-
ботающую камеру сгорания необ-
ходимо закрывать топливную двер-
цу. В противном случае через нее
благодаря разрежению в камере начнет поступать холодный на-
ружный воздух. Последний будет проходить над слоем топлива,
не участвуя в процессе его сжигания и, нагреваясь продуктами
сгорания, начнет поступать в газовый тракт аппарата, снижая
температуру в нем и увеличивая избыток воздуха (а) и потери
тепла.
Во избежание большого химического недожога топливо не сле-
дует загружать толстым слоем, но оно обязательно должно пере-
крывать воздушные зазоры колосниковой решетки. В противном
случае основная часть воздуха будет проходить не через слой топ-
лива, а через свободные зазоры, что ухудшит горение и приведет
к увеличению химической неполноты сгорания.
22.4. ПЛИТЫ
На рис. 22.4 представлены различные конструкции плит.
Плита № 1. Плита (рис. 22.4, а) имеет площадь жарочного
настила 1, равную 4,5 м2. Камера сгорания (топочная камера) 5
футерована кирпичом. Если плита предназначена для сжигания
не только дров, но и антрацита, футеровка ее производится огне-
упорным (шамотным) кирпичом. Топливо загружается через двер-
цу 4 на колосниковую решетку 3, под которой расположена золь-
ная камера с поддувальной дверцей 2. Продукты сгорания прохо-
дят под настилом, обогревая два жарочных шкафа 7 и один теп-
ловой 8, затем огибают шкафы и по нижнему газоходу направля-
ются в боров 1 и дымовую трубу.
4 5 6 7 3 4 6 7 3 4
Рис. 22.4. Плиты иа твердом топливе:
а — плита № 1: / — боров; 2 — поддувальная дверца; 3 — колосники; 4 — топ*
ливная дверца; 5 — камера сгорания; 6 — жарочный настил; 7 — жарочные шкафы;
8 — тепловой шкаф; 9 — порожек; 10 — футерованный каркас;
б — плита Ks 21-6: 1 — боров; 2 — газоход; 3 — жарочные шкафы; 4 — камера
сгорания; 5 — колосники; 6 — иастил; 7 — зольная камера; 8 — футерованный
каркас;
в — плита НКУ 300X100 (ГДР): 7 —боровы: 2 — газоходы; 3~ жарочные шкафы;
4 — поворотные заслонки; 5 — настил; 6 — камера сгорания; 7 -т колосниковые ре-
шетки; 8 — поддувальные дверцы; 9 — дверцы зольной камеры; 10 — футерованный
каркас
Плита имеет разделительную стенку, формирующую две каме-
ры сгорания, и две параллельные системы газоходов. Сквозные
шкафы снабжены дверцами по обе стороны плиты. Газоходы име-
ют кирпичную кладку. Чугунный настил, шкафы, камеры сгорания
крепятся на стальном сварном каркасе. Настил состоит из ряда
чугунных плит (пластин), прилегающих одна к другой посредст-
вом простроганных пазов. Плиту целесообразно устанавливать в
горячем цехе торцом к стенке, за которой расположено подсобное
помещение. Тогда загрузку топлива и удаление золы и шлаков
можно производить из подсобного помещения, улучшая гигиени-
ческие условия работы горячего цеха.
При сжигании антрацита с малым выходом летучих веществ
наблюдается большая неравномерность температур на поверхпо-
сти настила. Часть настила, расположенная над колосниковой ре-
шеткой, вследствие интенсивной лучистой теплоотдачи раскален-
ного слоя антрацита приобретает температуру, превышающую
550 °C, а его хвостовая часть, находящаяся над тепловым шкафом,
будет иметь температуру <250 °C.
Для интенсификации теплоотдачи от продуктов сгорания к хвос-
товой части настила и к нижней плоскости жарочных шкафов в
плитах, предназначенных для сжигания антрацита, устанавлива-
ются «порожки» 9 из кирпича, уложенного «на плашку», т. е. на
большую плоскость, благодаря чему увеличивается скорость дви-
жения продуктов сгорания и теплоотдача. Средняя температура
в жарочных шкафах 300—350° С, в тепловых 150—200° С, ее к. п.д.
^30 %.
Плита № 1 может быть переоборудована для сжигания газа.
При этом удаляется колосниковая решетка, зольная камера за-
кладывается кирпичом, а у обеих камер сгорания вместо дверец
устанавливаются две панели, в каждую из которых вмонтированы
три инжекционные односопловые горелки с расходом природного
газа по 5 м3/ч.
Основными недостатками плиты № 1 являются: низкий к.п.д.,
большая масса, значительная неравномерность температурного
поля на жарочном настиле и в шкафах и отсутствие секциониро-
вания. Последнее приводит к большой потере настилом тепла в
окружающую среду при малой загрузке настила наплитной посу-
дой. Габаритные размеры плиты (в мм): длина — 4000, ширина-
1900, высота — 825, масса — Ют.
Плита № 21а. Плита имеет принципиальную схему, аналогич-
ную схеме плиты № 1, но в ней отсутствует тепловой шкаф; кро-
ме того, плита имеет только одну камеру сгорания и одну систему
газоходов. Площадь жарочного настила — 2,04 м2, масса — око-
ло 5 т.
Плита переводится на газ таким же образом, как и плита № 1
с установкой трех горелок, каждая из которых расходует 5 м3/ч
природного газа. Недостатки плиты те же, что и плиты № I. Га-
баритные размеры плиты (в мм): длина — 2500, ширина — 1240,
высота — 800.
Плита № 216. Плита (рис. 22.4,6) имеет центральное располо-
жение камеры сгорания. По обе стороны ее размещены жарочные
шкафы, омываемые продуктами сгорания (их путь указан стрел-
ками), движущимися к борову /, через который они поступают в
дымовую трубу. Размеры и масса этой плиты такие же, как и
плиты № 21а. Центральное расположение камеры сгорания умень-
шает неравномерность температуры на настиле, но приводит к не-
обходимости загрузки топлива и выгрузки золы и шлаков непо-
средственно в помещении горячего цеха. По условиям эксплуата-
ции плиты прилегание ее к стенке большей стороной, на которой
расположена дверца камеры сгорания, невозможно. Это значи-
тельно ухудшает санитарно-гигиенические условия эксплуатации
плиты.
Рис. 22.5. Плита ПСТ-2,5:
; — боров; 2 — иижиие поворотные за-
слонки; 3 — перегородки; 4 — жароч-
ные шкафы; 5 — секции водонагревате-
ля; 6 ~ верхние поворотные заслонки;
7 _ жарочный настил; 8 — камера сго-
рания; 10 — колосиикн; 11 — тепловой
шкаф; 12 — зольная коробка; 13 — пе-
регородка' коробки; 14 — футерованный
каркас
Плита НКИ 300X100 (З-Д Вермегеретеверке, ГДР). Плита
(рис. 22.4,в) секционированная. Состоит она из двух независимых
секций, каждая из которых снабжена камерой сгорания 6 с колос-
никовой решеткой 7, поддувальной дверцей 8 и дверцей 9 для уда-
ления золы и шлаков. Левая секция имеет два жарочных шкафа 3,
расположенных по обе стороны
камеры сгорания,' правая сек-
ция— один шкаф. Шкафы омы-
ваются продуктами сгорания,
движущимися в направлении,
указанном стрелками. Поворот-
ные заслонки 4 позволяют
уменьшать тепловую нагрузку
соответствующей части жароч-
ного настила и шкафа путем ча-
стичного или полного перекры-
тия сечения газохода.
Плита имеет стальной свар-
ной каркас, облицованный эма-
лированными стальными листа-
ми. Стенки газоходов выложены
огнеупорными пластинами (ле-
щадкой), укрепленными на
внутренней стороне обшивки газоходов. Площадь жарочного на-
стила — 3 м2. С помощью поворотных заслонок можно частично
или полностью выключать из работы ’/з и 2/з жарочного настила
и расположенные под ним шкафы. Плита предназначена для сжи-
гания брикетов из бурого угля, производимых в ГДР. Малые
размеры камер сгорания не позволяют сжигать в этой плите дро-
ва. При сжигании в ней антрацита на части настила, находяще-
гося над колосниковыми решетками, температура достигает
600 °C.
Плита типа ЦСТ. Плиты (рис. 22.5) производятся заводами
торгового машиностроения с площадью настила 2,5 м2 (ПСТ-2,5)
и 1,5 м2. (ПСТ-1,5) по отдельным заказам. Последняя не имеет
теплового шкафа, в остальном они аналогичны.
Плиты собиратся на месте установки из панелей (передняя,
задняя, боковые стенки плиты) с помощью болтовых соединений.
Стенки газоходов выкладываются шамотным легковесным порис-
тым кирпичом, благодаря чему масса плиты ПСТ-2,5 не превышает
2,3 т. По обе стороны от расположенной в центре камеры сгора-
ния 9 с колосниковой решеткой 10 размещены жарочные шка-
фы 4, частично окруженные асбоцементными перегородками 3 с
верхними поворотными заслонками 6. Плита ПСТ-2,5 снабжена
тепловым шкафом 11. С обоих торцов расположены секции водо-
нагревателя 5, утилизирующие тепло продуктов сгорания; перед
входом в боров 1 имеются нижние поворотные заслонки 2. Золь-
ная камера разделена на две части перегородкой 13. Продукты
сгорания перемещаются в направлении, указанном стрелками.
Выключение из работы левой или правой части плиты осуще-
ствляется путем перекрывания выхода продуктов сгорания в бо-
ров левой или правой нижними поворотными заслонками. Пере-
распределение тепловой нагрузки между жарочными шкафами, а
также водонагревателем и тепловым шкафом производится путем
регулирования сечения для прохода продуктов сгорания верхними
поворотными заслонками. Например, при их вертикальном поло-
жении работают только жарочные шкафы и находящаяся над ними
часть жарочного настила.
Разделение зольной коробки на две части дает возможность
подводить воздух либо под всю колосниковую решетку, либо под
одну половину, что обусловливает возможность сжигания антра-
цита на половине решетки и его экономию при неполной загрузке
жарочного настила. Благодаря наличию секций водонагревателя
к.п.д. плиты превышает 45%. Нижние и верхние поворотные за-
слонки дают возможность секционировать плиту в широких пре-
делах.
Недостатком плиты является центральное расположение каме-
ры сгорания, ухудшающее ее санитарно-гигиенические показате-
ли. Габаритные размеры плиты ПСТ-2,5 (в мм): длина — 3175,
ширина— 1375, высота — 853. Длина плиты ПСТ-1,5 — 2684 мм,
ширина — 1334, высота — 853 мм.
Дальнейшее развитие теплового оборудования предприятий об-
щественного питания будет осуществляться в направлении соз-
дания:
1. Новых типов трансферавтоматов, т. е. тепловых машин не-
прерывного действия для низко- и высокотемпературных техноло-
гических процессов.
2. Аппаратов с применением новых электро- и теплофизических
методов тепловой обработки пишевых продуктов.
3, Модульных линий с панельными аппаратами, приспособлен-
ными для функциональной тары и центрального теплоснабжения.
4. Новых типов защитно-регулирующей автоматики.
5. Новых типов компактных теплогенераторов для централизо-
ванного теплоснабжения машин и аппаратов.
6. Аппаратов для утилизации тепла отходящих продуктов сго-
рания.
7. Технологических аппаратов и систем, использующих солнеч-
ную энергию.
В заключение приведем краткий ретроспективный обзор всего
изложенного материала. Описание оборудования велось путем
анализа его развития от образцов упрощенной конструкции (очень
несовершенных с низкими технико-экономическими показателями,
однако достаточно широко применяемых на предприятиях обще-
ственного питания и по сей день) до новейших высокопроизводи-
тельных автоматизированных аппаратов непрерывного действия
(Iрасферавтоматов).
При описании как теоретических и расчетно-конструкторских
основ оборудования, так и его технических и эксплуатационных
характеристик авторы придерживались положений, вытекающих
из Продовольственной программы и задач индустриализации об-
щественного питания.
Важнейшими из них являются задачи создания оборудования,
обеспечивающего безотходное технологическое производство про-
дуктов питания при высоком их качестве, обладающего высокой
производительностью, низкой энерго- и металлоемкостью, унифи-
цируемостью, эргономичностью и компактностью, а также макси-
мальной возможностью автоматизации технологических процессов.
Исходя из этих предпосылок, особое место в учебнике-отве-
дено следующим вопросам:
подробно изложены научные основы и аппаратурное оформле-
ние новых тепло- и электрофизических процессов обработки пище-
вых продуктов с использованием СВЧ, инфракрасного, конвектив-
ного, кондуктивного и смешанного нагрева с описанием современ-
ного оборудования, использующего эти процессы при максималь-
ном выходе и высоком качестве готовой продукции;
рассмотрены прогрессивные конструкции ряда пароварочных
и жарочных трансферавтоматов и агрегатов для непрерывной
очистки овощей, являющихся основой поточных линий по перера-
ботке пищевых продуктов с минимальными потерями;
приведены новейшие аппараты, созданные по панельному прин-
ципу и предназначенные для предприятий доготовочных. Такие
аппараты (пищеварочные котлы, водонагреватели и др.) являют-
ся энергосберегающими и дают возможность максимальной унифи-
кации узлов и деталей, что удешевляет производство и уменьшает
металлоемкость. Опыт эксплуатации подобных аппаратов выявил
возможность значительного сокращения ручного труда и расши-
рения их технологических возможностей.
Ограниченный объем книги не позволил авторам подробно
описать некоторые расчеты, соответствующие методикам, изло-
женным в учебнике. В связи с этим по мере необходимости авторы
ссылаются на книгу Гордона Л. И., Королевой Е. И. «Газовое,
паровое и огневое оборудование проектируемых предприятий об-
щественного питания» (М.: МИНХ, 1983).
Авторы надеются, что книга окажется полезной не только сту-
дентам-технологам специальности 1011, для которых она пред-
назначена, но и студентам-механикам специализации 735/3, а так-
же инженерно-техническим работникам отраслей общественного
питания и торгового машиностроения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Атабеков Г. И., Кипалян С. Д., Тимофеев А. Б., Хухриков С. С. Теоре-
тические основы электротехники. Части вторая и третья. Нелинейные электри-
ческие цепи. Электромагнитное поле/Под. ред. Г. И. Атабекова. М.: Энергия,
1979.
2. Белобородов В. В. Основные процессы производства растительных масел.
М.: Пишепромиздат, 1966.
3. Белобородов В. В., Вороненко Б. А. Основные закономерности тепловой
обработки пищевых продуктов. Труды ЛИСТа им. Ф. Энгельса, юбилейный
сборник. Л., 1981.
4. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное
поле. М.: Высшая школа, 1978,’
Буканов И. Г., Елхина В. Д., Литвина Л. С. Лабораторный практикум
по оборудованию предприятий общественного питания. М.: Экономика, 1980.
6. Вышелесский А. Н. Тепловое оборудование предприятий общественного
питания. М.: Экономика, 1970, 1976.
7. Вышелесский А. Н. и др. Опорно-расчетные характеристики малой теп-
ловой аппаратуры. М.: ЦНИИТЭИлегпищемаш, 1973.
8. Гинзбург А. С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. М.:
Пищевая промышленность, 1973.
9. Гордон Л. И. Конспективный курс технической термодинамики. М.-.
МИНХ, 1976.
10. Гордон Л. И. Задачи и вопросы по термодинамическим и теплообмен-
ным основам тепловой аппаратуры. М.: МИНХ, 1972.
Л. Гордон Л. И. Панельные тепловые аппараты. М.: Экономика, 1982.
— 12. Гордон Л. И. Методы экспериментального исследования рабочих тел и
теплообмена в малой тепловой аппаратуре. М.: МИНХ, 1976.
13. Гордон Л. И., Королева Е. И. Газовое, паровое и огневое оборудова-
ние проектируемых предприятий общественного пктания; Методические указания
по дипломному проектированию. М.: МИНХ, 1983.
14. ГОСТ 22529—77. Горелкн газовые. Унифицированные элементы сопла.
М.: Госстандарт, 1977.
15. ГОСТ 17356—71. Горелки газовые. Термины и определения. М.: Госстан-
дарт, 1971.
16. ГОСТ 17357—71. Горелки газовые. Классификация. М.: Госстандарт,
1971.
17. Друскин Л. И. Использование газа в котлах и технологических уста-
новках. М.: Недра, 1973.
18. Ильясов С. П., Красников В. В. Физические основы инфракрасного об-
лучения пищевых продуктов. М.: Пищевая промышленность’, 1978.
19. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.
М.: Химия, 1973.
20. Кафаров В. В. Основы массопередачи. М.: Высшая школа, 1979.
21. Левин А. М. Принципы рационального сжигания газа. Л.: Недра, 1977.
22. Литвина Л. С., Фролова 3. С. Тепловое оборудование предприятий об-
щественного-питания. М.: Экономика, 1980.
23. Литвина Л. С. Газовое оборудование предприятий общественного пи-
тания. М.: Экономика, 1981.
24. Лыков А. В. Тепломассообмен. Справочник. М.: Энергия, 1978.
25. Машиностроительные материалы. Краткий справочник/Под ред,
В. М. Раскатова. М.: Машиностроение, 1980.
26. Мурзакон В. В. Основы теории и практики сжигания газа в паровых
котлах. М.: Энергия, 1969.
27. Мучник Г. Ф., Рубашов И. Б. Методы теории теплообмена. Тепловое
излучеиие/Под ред. чл.-корр. АН СССР Н. С. Лидореико. М.: Высшая школа,
1974.
28. Некрутман С. В., Кирпичникон В. П., Лееисон Г. X. Справочник меха-
ника предприятий общественного питания. М.: Экономика, 1978.
29. Оборудование предприятий общественного питания/ПоД ред. проф.
В. В. Белобородова. М.: Экономика, 1978.
30. Оборудование предприятий общественного питания. Справочник. М.:
Экономика, 1979.
31. Общественное питание, 1979, № 3; 1980, Ns 3, 10, 11; 1981, № 6.
32. ОСТ 27—07—299—76. Газовое оборудование для предприятий общест-
венного питания. Метод расчета газогорелочных устройств. М.: Госстандарт,
1976.
33. Островский Л. В. Инфракрасный нагрев в общественном питании. М.:
Экономика, 1978.
34. Проспекты фирм Кюпперсбуш, Юно. Редер, Зенкинг, Бонамат и др
35. Рогов И. А., Некрутман С. В. Сверхвысокочастотный и инфракрасный
нагрев пищевых продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1976.
36. Стандарты СЭВ 762—77, 763—77, 764—77.
37. Теоретические основы электротехники. Т. 11. Нелинейные цепи и основы
теории электромагнитного поля/Под ред. проф. П. А. Понкина. М.: Высшая
школа, 1976.
38. Теория тепломассообмена/Под ред. проф. А. И. Леонтьева. М.: Высшая
школа, 1976.
39. Теплотехнический справочник. Т. 2. М.: Энергия, 1976.
40. Труды ЛИСТа им. Ф. Энгельса, 1976—1981.
41. Уделл С. Солнечная энергия и другие альтернативные источники энер-
гии. М.: Знание, 1980.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Автоклав паровой 274
— электрический 123
Автоматика 212
— дилатометрическая 216
— мембранно-импульсная (пневмати-
ческая) 218
— электромагнитная 212
Адиабата 259
Альфоль 46
Аппарат вспомогательный 168
— для жарки и выпечки 140
— жарочный 139
— непрерывного действия паровароч-
нын 121, 124, 127, 277
— с диэлектрическим нагревом 164
— с инфракрасным нагревом 161
— устройство 161, 164
— эксплуатация 161, 164
Арматура 268
Б
Барабан-вытеснитель 249
Биподаль 259
Боров 288
Бугера закон (см. закон Бугера)
Букса 193
Барботер 271
В
Вакуум 275
Ввод газовый 192
Влагопроводность 8
Влагосодержание 8
Внутренний источник тепла 4
Вода 83, 263
Водонагреватель 240, 243
Водоотделитель 263, 271
Воздух
— первичный 199
— вторичный 199
Воздуходувка 251
Воронка заливочная 233
Высокотемпературные органические
теплоносители (ВОТ) 86
Воспламеняемость 187
Вязкость
— динамическая 55
— кинематическая 55
Г
Газ балонный 182
— водяной 181
— воздушный 181
— генераторный 181
— идеальный 182
— коксовый 181
— полукоксовый 181
— смешанный 180
— сухой 179
Газогенератор 181
Газопровод 192
Газоход 66
Генератор СВЧ-энергии 97, 99
— электрический 97
— энергии инфракрасной 97
Глубина проникновения инфракрас-
ной энергии 22
— СВЧ-энергии 29
— электромагнитных волн в метал-
лы 31
Горелка беспламенная 211
— диффузионная 197
— инжекционная пламенная 199
— с принудительной подачей возду-.
ха 211
Горение 187
Горловина 200
Градиент влагосодержания 8
— давления 10
— концентрации 5, 12, 36
— температуры 3
Гребенка водяная 280
— паровая 263
Гриль электрический 161
Д
Давление внешнее 10, 11
— гидродинамическое 10
— перелакированное 10, 11, 15
Дальтона закон (см. закон Дальто-
на)
Датчик пламени 220
— поворота 220
— регулирования 220
— тяги 220
Диаграмма i—s для пара 257
— i—d для воздуха 85
— р—v для пара 257
— Т—S для пара 257
— i—S для пара 257
Дилатометр 216
Диффузия 4
— внутренняя 6, 7
— конвективная 6, 198
— молекулярная 5, 6
Диффузор 200
Диэлектрик идеальный 23
— реальный 24
Диэлектрическая проницаемость 27
Дренаж 263
Дросселирование 261
Дроссель 220
Е
Ем'кость функциональная (см. функ-
циональная емкость) 172
Ж
Жалюзи 287
Жаровня 139
Жидкость 8
Жир фритюриый 87, 249
3
Задвижка 193
Закон Авогадро 191
— Бойля — Мариотта 182
— Бугера 21
— Вина 19
— Дальтона 182
— Ньютона 12
— Стефана — Больцмана 20, 43
— Фука 3, 4
— Фурье 49
Заслонка 233
Зола 37
Зонт вытяжной 251
И
Излучение 18
— интенсивность 19
Изобара 257
Изоляция тепловая 43
— электрическая 91
Изотерма 257
Инвар 217
Индексация оборудования 80
Индуктор 99
Инжекция 199
Истечение 257
К
Кавитация 246
Камера сгорания 61
— золовая 288
Каркас 288
Кинетические закономерности 35
Кипятильник газовый 240
— твердотопливный 285
— электрический 157
Клапан всасывающий 276
— выхлопной 276
— золотник 220
— обратный 263
— отсекатель 217
— предохранительный 73, 226
— редукционный 263, 269
— соленоидный 213
— термомагнитиый 213
— турбинка 73, 226
Классификация оборудования 74
— процессов 34
— электронагревателей 96
— явлений 35
Колосник 285
Компенсатор 266
Конденсатоотводчик поплавковый 269,
270
— сильфонный 269
Конденсатор 179, 276
Конфорка газовая 236
Конфорка электрическая 72, 100
Конфузор 200
Коробка питательная 239, 158
Котел газовый 225
— огневой 286
— паровой 272
— электрический 116
Коэффициент взаимного излучения 21
— влагопроводности 8
— диффузии
--- молекулярной 5
--- конвективной 6
— избытка воздуха 41, 100
— инжекции 199
— использования аппарата 92
Коидукции 4
— лучеиспускания абсолютно черно-
го тела 43
— массоотдачи 12
— массопередачи 15
— массопроводностн 14
— объемного расширения 44
— полезного действия 62
— поглощения лучистого потока 21
— оотенциалопроводиости вещества 8
— скоростной 201
— температуропроводности 4
— теплоотдачи 48
— теплопередачи 48, 51
— теплопроводности 55
— термовлагопроводности 9
— угловой 21-
— фильтрационного переноса влаги
• — экстинкции 21
Кофеварки электрические 128
Кран промывочный 227
— > слианой 227
— уровня 227
Кривая насыщения 257
• — пограничная 257
Критерий (число) Грасгофа 55
— Нуссельта 43
— Пекле 54
• — Прандтля 45
— Рейнольдса 53
— Релея 45
— Топочный 62
Л
Лампа зеркальная 105
Легковес шамотный 290
Лента листоканальная 231
Лимб 220
Линия механизированная 171
— модульная 229
— постоянной степени сухости 237
— поточная 253
— прилавков самообслуживания 170
Лоток 251
Лучеиспускание 18
Люк загрузочный 78, 251
М
Магнетрон 105
Манометр контактный 215
Мармит 169
Масла минеральные 82, 87
Массообмен конвективный 11
— сложный 12
Материал конструкционный 87, 88
— теплоизоляционный 90
— электроизоляционный 90
— электротехнический 90
Мембрана 217
Модуль 230
Моль 190
Н
Набивка сальниковая 193
Нагрев диэлектрический 23
— инфракрасный 18
— индукционный 30
— конвективный 146
объемный 26
Нагревательное устройство 99
Надежность 81
Напор температурный 47
Насадка 197
Настил жарочный 235
Недожог механический 37
— химический 37
Неполнота сгорания 37
Нихром 91
О
Обечайка 239
Область жидкости 83
Оборудование автоматнзиронаниое 79
— газовое 178
— комбинированного действия 78
— контактное 75
— модулированное 78
— неавтоматизированное 79
— немодулированное 78, 79
— непрерывного действия 78
— несекциониое 78
— огневое 284
— панельное 227, 243, 246
— периодического действия 78
— полуавтоматнзированиое 79
— секционное 78
— специализированное с функцио-
нальными емкостями 74
— требования к нему 172
— электрическое 72
Объем удельный 44
Окно смотровое 276
Оператор Лапласа 4
Отверстия огневые 197
Отсос вытяжной 251
Очистка химическая 263
Откидные болты 226
Отрыв пламени 199
П
Панель 227
Пар 255
Парогенератор 246, 265
Пароиит 270
Паропровод 263
Паросборник 247
Паросодержаиие 257
Перегрев 256
Переливная труба 240, 158
Переохлаждение 270
Перлит 90
Печь конвейерная жарочная 163
— сверхвысокочастотная 164
Пиллер для очистки кожуры 251
Плита газовая 234
— модулированная 152, 236
• — несекционная 153, 288
— огневая 288
— секционная 290
— эксплуатация 237
— электрическая 153
Плотность потока массы 5
— теплоты 3
Под 236
Поле температурное 3
— электромагнитное 16, 17, 22
Полупроводник 24
Поляризация 25
Постоянная газовая 259
— Планка 18
— Стефана — Больцмана 43
Потенциал массопереноса 4
Поток диффузионный 6
— фильтрационный 9
Превращение фазовое 77, 83
Предел воспламеняемости 187
Продувка 263
Продукты сгорания 190
Производная частная 44
Прокладка уплотняющая 270
Проскок 199
Противовес крышки котла 228
Р
Работа расширения 258
Рабочая камера 72, 280, 281
Рабочий орган 72
Регулятор первичного воздуха 199
Редуктор 249
Режим ламинарный 54
— переходный 54
— турбулентный 54
Реле-ннвертор 219
Ротор 251
Рубашка греющая 226
С
Сальник 193
Самовоспламенение 187
Свод термоагрегата 251
Свойства диэлектрические 27
— оптические 21, 22
— терморадиационные 21, 22
Сгон 240
Седло 217
Сепаратор 276
Сердечник 215
Сеть газовая 192
Сильфон 269
Сковорода 134
Скорость распространения пламени
187
Слой пограничный 54
Смеситель 207
Соленоид 215
Сопло 200
Сосуд варочный 226
Спай термопары 213
Сплав 213
Способность лучеиспускательная 20,
22
— отражательная 20, 22
— поглощательная 20, 22
— пропускательная 20, 22
Сталь 88
Стекло водомерное 247
Стекловата 46
Степень сухости 256
— черноты 44, 56
Стойка тепловая 75
Стояк 192
Т
Тарелка клапанная 220
Тело абсолютно белое 20
--- прозрачное 20
--- черное 20
— серое 20
Теория квантовая 18
Теплоемкость 45
Теплоноситель 82
Теплообмен конвективный 11, 47
— лучистый 43
— сложный 12
Теплообменник с косвенным обогре*
вом 76
— с непосредственным обогревом 76
Теплопроводность 3
Теплота парообразования 255
— сгорания 184
Термоагрегат огневой 251
— паровой 280, 281
Термонлагопроводность 9
Термометр 271
Термопара 213, 214
Термоэлектрод 213, 214
Типаж оборудования 79
Типы электронагревателей 98
Ток проводимости 24
— смещения 23
Точка критическая 257
— росы 85
— тронная 256
Трансферавтомат 279, 281
Трубка снгнальнаи 158, 240
Турбина 179, 262
Турбулизатор 151
Трубчатый электронагреватель (тэн)
98
У
Угол диэлектрических потерь 27
Удельная металлоемкость 91
Удельный расход 91
Унификация 230
Уравнение Клапейрона 44
—- количества движения 208
— Лыкова 9
Ускорение свободного падения 45
Условия нестационарные и стацио-
нарные 9
Ф
Фаза 257
Фехраль 90
Формула Эйнштейна 5
— Френкеля 6
Фотон 18
Фритюр 248
Фритюрнипа непрерывного действия
143, 248
— периодического действия 141
Функциональная емкость 172, 230
Футеровка газоходов 249, 288
Ц
Цапфа 118
Ч
Части тепловых аппаратов 72
Число Авогадро 6, 190, 191
Чугун 88
Ш
Шаг огневых отверстий 197
Шкаф жарочный 72, 145, 234
— жарочно-кондитерский пекарный
145, 234
— с принудительным движением теп-
лоносителя 147
— с естественным движением теплен
носителя 148
Шлаковата 46
Шнек 249
Шпиндель 74
Штроба 192
Штуцер 194
Щ
Щель газоходная 231
Щетки капроновые 251
Э
Экранирование 286
Экстрагирование 6, 116, 128
Электромагнит 213
Электронагреватель 96
Электронагреватель герметически з««
крытый 99
— жидкостный 96
— закрытый 98
— кварцевый 98
— керамический 103
— металлический 98
— открытый 98
— расчет 110
— светлый 98
— силитовый 103
— схемы подключения 107
Я
Явление группы 34
— диффузионное 35
— единичное 34
— классы 35
— механическое 35
— тепловое 35
— типы 35
— электрическое 35
ОГЛАВЛЕНИЕ
РАЗДЕЛ 1
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ПРОДУКТОВ
В ОБЩЕСТВЕННОМ ПИТАНИИ
Глава 1. Физические основы переноса тепла и массы вещества при
нагреве пищевых продуктов ........... 3
f 1.1. Теплопроводность ............. 3
I 1.2. Диффузия......................................... 4
А 1.3. Влагопроводность ............. 8
/ 1.4. Термовлагопроводность ........... 9
/ 1.5. Фильтрационные потоки вещества ......... 9
u 1.6. Конвективный тепло- и массообмен .................11
1.7. Сложный тепло- и массообмен.......................12
Глава 2. Физические основы нагрева продуктов в влектромагнит-
ном поле............................................. 18
2.1. Классификация способов нагрева ......... 16
2.2. Инфракрасный нагрев...............................18
2.3. Диэлектрический нагрев.......................... 23
2.4. Индукционный нагрев ..............................30
Глава 3. Классификация процессов тепловой обработки продуктов в
общественном питании................................. 32
3.1. Основные определения ............ 32
3.2. Классификация явлений и процессов ................34
3.3. Кинетические закономерности..................... 35
Глава’4. Тепловой расчет аппаратов (конструкторский и поверочный) 37
4.1. Тепловой баланс аппаратов . . .......................37
4.2. Определение толщины изоляции аппаратов.........................43
4.3. Определение конвективной поверхности нагрева аппаратов, омы-
ваемой конденсирующимся паром, жидкостью или газом . . 47
4.4. Последовательность расчета поверхности нагрева парового ап-
парата .............................................................59
4.5. Расчет камер сгорания аппаратов с газовым обогревом ... 61
4.6. Расчет конвективных газоходов (6, 7, 13].................66
4.7. Последовательность теплового расчета газовых аппаратов [13] 68
4.8. Гидравлический и аэродинамический расчеты................70
Глава 5. Основные сведения о тепловом оборудовании , 71
5.1. Общая характеристика................................... 71
5.2. Классификация теплового оборудования 74
б.З. Основные требования, предъявляемые к тепловому оборудованию 80
5.4, Теплоносители .............................................. 82
5.5. Материалы, используемые для изготовления теплового обо-
рудования ....................... .......... 87
5.6. Технико-экономические характеристики теплового оборудовании 91
РАЗДЕЛ 2
ТЕПЛОВЫЕ АППАРАТЫ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ
ОБОГРЕВОМ
Глава 6. Рабочие органы электротепловых аппаратов ..... 96
6.1. Классификация электронагревателей ........ 96
6.2. Устройство электронагревателей . . ....... 99
6.3. Схемы подключения электронагревателей ....... 107
6.4. Расчет электронагревателей..............................ПО
Расчет электронагревателей первого типа . , . . . . . 110
Расчет закрытого электронагревателя (конфорки) . . . .110
Расчет герметически закрытого электронагревателя (тэна) 111
Расчет электронагревателей второго типа . . . . . . . 114
Расчет ИК-генераюров с газополной (герметичной) кварце-
вой трубкой.................................................114
Расчет ИК-генераюров с открытой (негерметичной) кварце-
вой трубкой ......................................... ..... 116
Глава 7. Пищеварочные аппараты......................................116
7.1. Котлы ......................................................116
7.2. Автоклавы........................ ...... . . 123
7.3. Пароварочные аппараты . , ......... 124
7.4. Кофеварки , . . . 128
7,5. Эксплуатация пишеварочных аппаратов ........................131
Глава 8. Аппараты для жарки и выпечки . ...................134
8.1. Сковороды , 134
8.2, Жаровни ....................................................138
8.3. Фритюрницы . , 141
8.4. Жарочные и пекарные шкафы 145
Жарочно-пекарные шкафы с естественным движением тепло-
носителя ............................................ ...... 148
Жарочно-пекарные шкафы с принудительным движением тепло-
носителя ........................................... ....... 150
8.5. Эксплуатация аппаратов для жарки и выпечки..................151
Глава 9. Плиты , , , , 152
9.1. Секционные модулированные плиты ............................152
9.2. Несекционные плиты..........................................153
9.3. Эксплуатация плнт......................................... 155
Глава 10. Кипятильники и водонагреватели ........ 157
10.1. Кипятильники............................................. 157
10.2. Водонагреватели............................................159
10.3. Эксплуатация кипятильников н водонагревателей . ... 160
Глава 11. Аппараты для тепловой обработки продуктов в электро-
магнитном поле..............................................161
11.1. Аппараты с инфракрасным нагревом 161
11.2. Аппараты с диэлектрическим нагревом ....... 164
Глава 12. Вспомогательные тепловые аппараты.....................,168
12.1. Аппараты для поддержания пищи в горячем состоянии . . 168
12.2. Линии прилавков самообслуживания , . . ... 170
12.3. Механизированные линии комплектации и выдачи обедов . . 171
Глава 13. Тепловое оборудование с функциональными емкостями 172
13.1. Функциональные емкости.................................. 172
13.2. Комплект теплового оборудования ..........................175
РАЗДЕЛ 3
ГАЗОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Глава 14. Общие сведения о газовом обогреве и основные характе-
ристики газа.....................................................178
Глава 15. Газопроводы и газовые горелки..........................192
15.1. Газопроводы........................................192
15.2. Газовые горелки . 195
Типы и общие требования 195
Диффузионные газовые горелки.............................197
Инжекционные газовые горелки ................................199
Глава 16. Автоматика газовых аппаратов ........ 211
16.1. Назначение и виды автоматики...........................211
16.2. Электромагнитная автоматика............................212
16.3. Дилатометрическая автоматика . . ....... 216
16.4. Мембранно-импульсная (пневматическая) автоматика . . . 218
Глава 17. Аппараты с газовым обогревом.........................224
17.1. Пищеварочные котлы . . .......... 224
17.2. Плиты................................................234
17.3. Кипятильники непрерывного действия...................238
17.4. Водонагреватели проточного типа......................243
17.5. Панельные парогенераторы (11]........................246
17.6. Фритюрница непрерывного действия с косвенным обогревом 248
17.7. Термоагрегат для очистки овошей . 251
17.8. Машина для выпечки блинной ленты . 253
17.9. Направления дальнейшего развития газового оборудования 254
РАЗДЕЛ 4
ПАРОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Глава 18. Область применения, общая оценка и некоторые теоретиче-
ские предпосылки ........................................................
Глава 19. Схема пароснабжения предприятий общественного питания 263
Глава 20. Паровая арматура ......................................... 268
Глава 21. Аппараты с паровым обогревом ........ 272
21.1. Пищеварочные котлы . . .......... 272
21.2. Автоклавы ................................................ 274
21.3. Вакуум-аппараты . . , , . 275
21.4. Пароварочные аппараты 277
21.5. Установки для паровой очистки картофеля и овощей . , . 280
РАЗДЕЛ 5
ОБОРУДОВАНИЕ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ
Глава 22. Аппараты с обогревом твердым топливом ..... 284
22.1. Перспективы использования твердого топлива в оборудовании
предприятий общественного питания ........ 284
22.2. Кипятильники . ......................... 285
22.3. Пищеварочные котлы..........................................286
22.4. Плиты , , . ...................................... . 287
Литература..........................................................293
Предметный указатель
295