ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Простейшие задачи оптимального конструирования емкостных и теплообменных аппаратов из "Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств" Выше было отмечено условное деление пищевого оборудования на машины и аппараты. Было указано, что в аппаратах происходят процессы, связанные с воздействием на обрабатываемый объект теплового или другого поля. [c.134] Для механика-конструктора важны и другие особенности аппаратов, а именно отсутствие движения (и особенности быстрого) осиоБного рабочего органа маи ины, обусловливающего возникновение различных динамических эффектов. [c.134] При конструировании емкостных и теилообменных аппаратов внимание конструктора должно быть сосредоточено на обеспечении функционирования аппаратов, прочности и жесткости их элементов, устойчивости и способности сохранять свою форму при эксплуатации условий, ограничивающих не только потери продукта, но и потери тепловой или электрической энергии на вопросах коррозии рабочих поверхностей и т. д. [c.134] На рис. 92 показана установка для непрерывного уваривания кондитерских масс. Она состоит из трех аппаратов / — подогревателя, предназначенного для подогрева продукта // — вакуум-аппарата для выпаривания продукта /// — сепаратора, предназначенного для улавлива1гия частнц уваренной массы, уносимых вторичным паром. [c.134] На рис. 93 изображен котел-подогреватель для обработки жидких и полужидких продуктов типа томатного пюре, фруктового сока и т. д. [c.134] Приведенные аппараты представляют собой сочетание различного типа оболочек цилиндрических, конических, сферических и т. д. Эти оболочки чаш,е всего подвергаются воздействию внутреннего или внешнего давления, высоких или низких температур. Аппараты соединены с другими трубопроводами, к ним присоединены различные приспособления и приборы, что необходимо учитывать при конструированни. [c.134] К числу основных вопросов проектирования аппаратов относится выявление оптимальной конструктивной формы н наивыгод-нейших размеров принятой конструкции. [c.135] Наиболее распространенной формой корпусов аппаратов является цилиндрическая. Днища аппаратов выполняют плоскими, коническими, сферическими н эллипсоидальными в зависимости от их назначения и технических условий. Крышки выполняют той же формы, что и днища исключение составляет коническая крышка. Пространственные (не плоские) днища и крышки экономичнее плоских. [c.135] Размеры аппаратов, работающих под внутренним давлением, зависят в основном от требуемого объема. В ряде случаев выбор размеров аппаратов производят с учетом использования металла меньшей массы нри заданных объеме и рабочем давлении. [c.135] В формуле V Ын = б //л 1/Я левая часть равенства характеризует объем металла днища и покрытия, правая — половину объема металла, необходимого для изготовления корпуса [38]. [c.137] Современные методы проектирования аппаратов основываются на оптимизации соотношений взаимосвязанных величин. В качестве примера рассмотрим решение задачи о изготовлении бака наибольшей вместимости из квадратного металлического листа со стороною 2а. В качестве ограничения примем условие о допустимости удаления (по углам листа) квадратов со стороною х. При изготовлении бака производят загибание краев шириною х и сварку сопрягаемых кромок. [c.137] Помимо этих критериев, вытекающих из обоснования возможностей изготовления, существует критерий, обусловленный технической и экономической целесообразностью — наибольшая вместимость бака. [c.137] На основании первого и второго уравнений получаем х у, а нз второго и третьего у г. Тогда из уравнения (209) имеем X у г = У а/3. Полученное уравнение дает условный максимум функции V хуг. Таким образом, оптимальный объем бака является кубом со стороною 2 = У а/3. [c.138] В других случаях критерием качества разработанной на стадии проектирования конструкции аппарата могут быть минимальные затраты на конструкционные материалы и эксплуатационные расходы, обусловленные, например, необходимостью компенсации тепловых потерь в окружающую среду. [c.138] Полученные параметры являются оптимальными с точки зрения затрат. [c.140] Следует отметить, что в данном примере для упрощения не учитывались затраты, обусловленные обслуживанием аппарата, амортизационными отчислениями, профилактическим ремонтом. [c.140] Рассмотрим определение оптимальной обеспеченности конструкции, т. е. оптимальной вероятности того, что конструкция не разрушится за срок эксплуатации. Пусть требуется определить оптимальное значение толщины стенки 5 цилиндрического корпуса аппарата. Разрушение происходит при условии я х (здесь х — требуемое значение толщины стенки из условия прочности). Будем считать величину 5 детерминированной, а з случайной. [c.140] Затраты на конструкцию представим в виде суммы первоначальной стоимости конструкции Сц и ожидаемых потерь от ее разрушения Сг (руб.). Математическое ожидание потерь (1 — Р) Сх. [c.140] Этот пример расчета является простейшим случаем. В более сложных случаях определение производной недостаточно, и приходится прибегать к математическому программированию, что не меняет сущности расчета. [c.141] Вернуться к основной статье