реферат бесплатно, курсовые работы
 

Использование центрифуги

Использование центрифуги

65

Реферат

Целью данной курсовой работы является разработка, проектирование и расчёт центрифуги лабораторной клинической . Курсовая работа состоит из графической, теоретической и расчётно-конструкторской частей.

Теоретическая часть включает в себя обзор патентной и научно-технической литературы, описание конструкции и принципа действия центрифуги, расчёт фактора разделения и вывод уравнения движения рабочего органа.

Расчётно-конструкторская часть содержит расчёт электродвигателя и рабочего органа центрифуги , тепловой и вентиляционный расчёты.

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Обзор научно-технической литературы

1.2 Медико-биологические основы фактора разделения

1.3 Описание конструкции и принципа действия прибора

1.4 Вывод уравнения движения рабочего органа

2. Расчётно-конструкторская часть

2.1 Расчёт основных параметров электропривода

2.2 Расчёт основных параметров электродвигателя

2.3 Расчёт шарикоподшипников

2.4 Тепловой расчёт

2.5 Вентиляционный расчёт

2.6 Расчёт надёжности

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Центрифугирование - это разделение грубодисперсных систем, состоящих из жидких и твёрдых компонентов с различными плотностями под действием центробежных сил.

Центрифугирование применяется в биологии, медицине, технике, часто заменяя собой процессы отстаивания, фильтрования и отжимания.

Центрифуга лабораторная клиническая является центрифугой периодического действия, обычно переносной, с частотой вращения до 3000 об/мин (50 1/с), предназначенной для разделения неоднородных жидких систем плотностью до 2 г/см3 в поле центробежных сил.

Центрифуга предназначена для применения в практике лабораторной клинической диагностики.

1. Теоретическая часть

1.1 Обзор научно-технической литературы

Центрифуга - аппарат для создания центробежной силы для разделения неоднородной смеси на составные части различной плотности.

Первая центрифуга была сконструирована в 1877 г. В Германии Лефельдом (W. Lefeld).

Принцип работы центрифуги заключается в том, что центробежная сила , возникающая при вращении ротора , смещает находящиеся в растворе частицы в направлении от оси вращения при условии , что плотность частиц превышает плотность раствора.

Таким образом центрифугированием называют разделение с помощью центробежных сил неоднородных систем, состоящих из жидкости и твёрдых частиц (суспензии) или двух взаимонерастворяющихся жидкостей с различным удельным весом (эмульсия).

По принципу действия центрифуги делят на осадительные и фильтрующие.

В осадительных центрифугах ротор выполнен со сплошной стрелкрй. При разделении суспензий твёрдые частицы, имеющие, как правило удельный вес больший , чем жидкая фаза , под действием центробежной силы осаждаются на обечайке ротора в виде кольцевого слоя; жидкая фаза также в виде кольцевого слоя располагается ближе к оси вращения.

Разновидностью осадительных центрифуг являются сепарирующие центрифуги , предназначенные для разделения эмульсий. При разделении эмульсии у обечайки ротора располагается слой жидкости с большим удельным весом, близко к оси вращения - с меньшим удельным весом.

В фильтрующих центрифугах ротор выполнен с перфорировонной обечайкой, на внутренней поверхности которой закреплена фильтрующая перегородка (сито или ткань). При разделении суспензий жидкая фаза проходит через фильтрующую перегородку , а твёрдая одновременно откладывается на фильтрующей перегородке в виде кольцевого слоя.

По характеру процесса центрифугирования центрифуги делятся на центрифуги периодического действия и центрифуги непрерывного действия. В центрифугах периодического действия различные операции центрифугирования - загрузка, разделение, выгрузка - происходят последовательно и периодически. В центрифугах непрерывного действия все эти операции происходят одновременно и непрерывно.

По способу выгрузки осадка из ротора различают центрифуги с ручной выгрузкой , гравитационной выгрузкой , выгрузкой ножом , пульсирующим поршнем , шнековой выгрузкой , с помощью вибрации.

Ручная выгрузка. В центрифугах непериодического действия ручную выгрузку производят после остановки ротора.

Гравитационная выгрузка. В фильтрующих центрифугах периодического действия осадок выгружается под действием собственного веса после остановки ротора.

Выгрузка пульсирующим поршнем. В фильтрующих центрифугах осадок выгружается при возвратно-поступательном движении внутреннего каскада ротора (поршня). При этом осадок выводится из ротора непрерывно без остановки ротора.

Выгрузка ножом. В центрифугах непрерывного действия осадок выгружается ножом при рабочем или пониженном числе оборотов ротора.

Шнековая выгрузка. В центрифугах непрерывного осадок выгружается при вращении шнека относительно ротора. При этом осадок выгружается непрерывно без остановки ротора.

Выгрузка с помощью вибрации. В центрифугах непрерывного действия осадок выгружается вследствие колебаний конденсного ротора в осевом направлении. При этом осадок непрерывно выгружается из ротора при рабочем числе оборотов.

В зависимости от расположения оси вращения центрифуги разделяют на вертикальные , горизонтальные и наклонные.

Центрифуги широко применяются в лабораторной практике.

Лабораторные центрифуги предназначены для разделения биологических жидкостей на фракции с диагностической целью, например, для определения объёмного соотношения компонентов крови больного либо для дальнейшего анализа выделенной фракции с целью определения химического состава, структуры, молекулярного веса (массы) и т.д.

В лабораторной практике применяют центрифуги общего назначения (частота вращения ротора до 6000 - 8000 об/мин), скоростные рефрежераторные центрифуги (частота вращения ротора 18000 - 25000 об/мин) и ультрацентрифуги (частота вращения ротора до 75000 - 80000 об/мин).

Особую группу представляют собой узкоспециализированные центрифуги предназначенные для стандартных клинических анализов крови , например, для определения гематокритного числа. К группе узкоспециализированных центрифуг относят центрифуги с помощью которых разделяют цельную кровь на плазму и форменные элементы.

В зависимости от цели в лабораторной практике различают препаративное и аналитическое центрифугирование .

При препаративном центрифугировании исходный биологический материал берут в больших количествах (от нескольких десятков миллилитров до нескольких литров) и выделенные компоненты используются для дальнейших исследований .

При аналитическом центрифугировании исходный биологический материал берут в небольших количествах ( не более 1 мл) и подвергают центрифугированию на аналитических ультрацентрифугах. Полученные на основе такого центрифугирования данные могут дать объективное представление о чистоте молекул и структуре исследуемого вещества.

Центрифугирование делится на дифференциальное , зонально-скоростное, равновесное.

В медицине используется , как правило , дифференциальное центрифугирование , основанное на различных скоростях осаждения частиц на дно пробирки. Большое применение этот метод нашёл гематологии для разделения крови на плазму и форменные элементы.

В медико-биологических исследованиях центрифугирование широко применяется для разделения на фракции гомогенов тканей в качественном и количественном анализе.

1.2 Медико-биологические основы фактора разделения.

Фактор разделения показывает во сколько раз ускорение центробежного поля , развиваемого в данной центрифуге больше ускорения гравитационного поля.

Фактор разделения определяется по формуле или программе

;

где - угловая скорость, 1/с ;

n - число оборотов ротора в минуту;

R - внутренний радиус ротора , м ;

g- ускорение гравитационного поля , ;

В осадительных центрифугах более правильно подсчитывать фактор разделения по радиусу внутренней цилиндрической поверхности жидкостного слоя. Для сравнения эффективности различных машин принято подсчитывать фактор разделения по большему внутреннему радиусу ротора.

Поставим задачу увеличения скорости оседания эритроцитов до уровня, когда весь процесс займёт время 180 - 600 с.

Пусть длина пробирок, которые устанавливаются в центрифугу, составляет 10 см и будем считать , что среднее расстояние , которое проходит эритроцит составляет 5 см.

Рассмотрим пробирку с кровью в обычном состоянии. При этом будем учитывать только две силы: Fтяж и Fс

65

ПоII закону Ньютона:

(1.2.1)

Проведём ось ОУ в напралении движения тела и спроецировав на неё и получим:

(1.2.2)

(1.2.2а)

Найдём ускорение зная , что путь

(1.2.3)

(1.2.4.)

Если S=7 мм , t=3600 с , то

м/с

Под действием центробежных сил пробирка изменяет своё положение , так как центробежная сила значительно больше силы тяжести , поэтому силой тяжести в данном случае можно пренебречь

65

(1.2.5)

(1.2.6)

Запишем уравнения (2) и (6) в виде системы:

;

Предположим, что в момент времени t0 :

t0 a1=0 ; а2=0

mg=Fc1 (1.2.7)

maц=Fc2 (1.2.8)

Отношение центробежного ускорения к ускорению свободного падения называется фактором разделения , который является основным показателем работы центрифуги.

(1.2.9)

(1.2.9а)

(1.2.10)

Подставляя (10), (9а) в (6) получим:

(1.2.11)

(1.2.12)

(2а)(12):

(1.2.13)

С учётом (13) выражение (11) примет вид:

(1.2.14)

Это уравнение описывает движение частиц, взвешенных в жидкости при центрифугировании. Найдём значение ускорения для времени центрифугирования t=180 с , t=600 с.

При этом фактор разделения будет равен:

1.3 Описание конструкции и принципа действия центрифуги

Центрифуга лабораторная клиническая состоит из следующих основных частей:

1. основания;

2. пульта управления;

3. переключателя частоты вращения;

4. привода с электродвигателем и пробиркодержателем;

5. стола;

6. кожуха;

7. крышки.

Механические характеристики

Центрифуга обеспечивает установку частоты вращения пробиркодержателя 1000 об/мин , 1500 об/мин , 3000 об/мин со световой сигнализацией , устанавливаемой ступени частоты вращения.

Центрифуга оснащена десятиместным пробиркодержателем.

Максимальный объём центрифугата - 100 мл.

Питание центрифуги от сети переменного тока:

напряжение , В…………………………………………………………220

частота , Гц………………………………………………………………50

потребляемая мощность , ВА не более……………………………...300

время достижения установившегося режима работы, мин, не более…………8

время непрерывной работы , мин , не более………………………….180

неуравновешенность масс в диаметрально

расположенных пробирках , г, не более…………………………………2

Габаритные размеры

Длина……………………………………………………………………775

Ширина…………………………………………………………………700

Высота ………………………………………………………………...1215

Масса центрифуги, кг , не более………………………………………210

На основании смонтированы все основные части центрифуги. Основание представляет собой коробчатую конструкцию прямоугольной формы.

На передней части основания расположен пульт управления со световым табло , задаваемой ступени частоты вращения 1; 1,5; и 3 тысячи об/мин и клавишей включения/ выключения центрифуги.

На панели управления расположен трёхпозиционный переключатель частоты вращения.

Сбоку на основании располагается сетевой шнур и клемма «Земля» .

К верхней части основания крепится стол .

По обе стороны пульта управления расположены два предохранителя.

Электродвигатель привода центрифуги с закреплённым на нём десятиместным пробиркодержателем опирается на резиновую диафрагму. Нижним концом диафрагма закрепляется между основанием и столом. Такое крепление позволяет электродвигателю самоустанавливаться в определённой плоскости при значительном дисбалансе и гасить вибрации.

Рабочий орган конструктивно устроен так что пробирки можно закрепить либо неподвижно под каким-либо углом вращения к оси двигателя, либо изменять их угловое положение относительно оси вращения двигателя в процессе работы.

Пространство , в котором вращается пробиркодержатель закрыто кожухом, который образует рабочую камеру. Кожух для удобства обслуживания при санобработке откидывается ,для чего предварительно необходимо снять прозрачную крышку , которой сверху закрывается рабочая камера.

Центрифуга лабораторная клиническая является центрифугой периодического действия, переносной с частотой вращения до3000 об/мин, предназначенной для разделения неоднородных жидких систем плотностью до 2 г/см3 в поле центробежных сил.

Принцип работы центрифуги основан на действии центробежных сил на исследуемую неоднородную жидкую систему , находящуюся в гильзах или пробирках. Центробежные силы создаются при вращении пробиркодержателя (ротора) с помощью электродвигателя. Скорость вращающегося разделения компонентов смеси ,помещённых в центрифугу , во много раз выше по сравнению со скоростью разделения под действием силы тяжести. При этом , частицы , имеющие различные массы , разделяются слоями , относительно друг друга. Траектория движения частицы происходит по спирали.

1.4 Вывод уравнения движения рабочего органа

Номинальный режим работы АД достаточно характеризовать номинальными значениями линейного напряжения на статоре и частотой его питания , а также моментом на валу двигателя М2н. Часто вместо М2н указывают две другие величины: величину мощности на валу Р2м и скорость вращения ротора Пн.

Рабочие характеристики могут быть исследованы при следующих предположениях:

1) напряжение, приложенное к первичной обмотке и токи в обмотках изменяются во времени по гармоническому закону ;

2) магнитодвижущая сила обмоток, а следовательно и магнитное поле в рабочем зазоре распределено вдоль зазора по гармоническому закону;

3) на роторе есть к.з. обмотки;

4) индуктивное и активное сопротивления обмоток - постоянные .

Рассмотрим частный случай , когда ротор АД неподвижен. Тогда из принципа действия АД следует , что поле взаимной индукции обмоток статора и ротора (результирующее поле в зазоре) вращается с синхронной скоростью , определяемое частотой питающей сети . При этом питающее напряжение подаётся на трёхфазную обмотку статора с числом пар плюсов

В этом случае поле в зазоре между статором и ротором индуцирует в обмотке статора и ротора ЭДС одинаковой частоты . При этом действующее значение ЭДС в обмотках соответственно будут равны:

(1.4.1)

где Ф - магнитный поток ,

- обмоточные коэффициенты,

- количество витков в обмотке статора и ротора.

Отношение этих ЭДС определяет коэффициент трансформации по напряжению

(1.4.2)

Если учесть потоки рассеяния , то наводимые от них ЭДС в комплексной форме имеют вид:

(1.4.3)

где - индуктивные сопротивления обмоток статора и ротора

Уравнение напряжения обмоток АД аналогично уравнениям трансформатора с к.з. вторичной обмоткой:

(1.4.4)

(1.4.5)

где z1 , z2 - комплексные сопротивления обмоток

Индукция результирующего поля в зазоре АД определяется результирующей магнитодвижущей силой обмоток статора и ротора , которая вращается при неподвижном роторе с одинаковой скоростью:

Следовательно, скорости вращения магнитного поля статора и ротора относительно друг друга неподвижны. Введём векторы МДС обмоток статора и ротора , которые совпадают с векторами токов в обмотках.

Если обозначить результирующую МДС через

(1.4.6)

где

,

- число фаз в обмотках ,

- действующее значение тока в обмотках, то результирующая МДС будет определяться суммой этих выражений .

С учётом некоторых допущений выражение для результирующей МДС примет вид:

где - намагничивающий ток , который протекает по первичной обмотке, даёт правильное значение результирующей МДС.

Подставляя значения МДС в (6) получим:

(1.4.7)

где - коэффициент трансформации по току

Запишем приведение уравнения неподвижного АД:

(1.4.8)

(1.4.9)

(1.4.10)

(1.4.11)

где - приведённая к первичной обмотке ЭДС обмотки ротора ;

- коэффициент трансформации по напряжению

Приведённые значения сопротивлений обмоток ротора:

;

;

;

;

Предположим , что ротор вращается относительно статора с некоторой скоростью и по направлению вращения магнитного поля статора. В этом случае частота ЭДС и тока в обмотке ротора будет связана с частотой вращения магнитного поля статора следующей зависимостью:

,

где s - скольжение.

МДС обмоток статора и ротора вращаются относительно друг друга с разными скоростями .

Однако в пространстве эта МДС вращается с одинаковой скоростью n1 , следовательно уравнение МДС (7) будет справедливо не только для неподвижного , но и подвижного (вращающегося) АД.

Факт вращения ротора , приводящий к изменению частоты и тока в обмотке ротора будет сказываться лишь на величине ЭДС , индуцированной в ней.

Для вращающейся асинхронной машины уравнение напряжения обмотки ротора приобретает вид:

Приводя это уравнение к первичной к первичной обмотке:

(1.4.12)

Разделив это выражение на скольжение и присоединив к нему выражения (8), (10), (11) получим систему уравнений вращающегося АД:

(1.4.13)

(1.4.14)

65

Мощность , потребляемая двигателем p1 определяется выражением :

(1.4.19)

При этом электромагнитная мощность обмотки статора:

(1.4.20)

Электромагнитная мощность поля в магнитном зазоре :

(1.4.21)

Механическая мощность электродвигателя :

(1.4.22)

Установившийся режим работы АД определяется уровнями электрических цепей и уравнениями моментов. Полная характеристика режима может быть дана только , если известно выражение электромагнитного момента через параметры величин , входящих в уравнения электрических цепей.

(1.4.23)

где - круговая частота вращения

Механический момент через электромагнитный момент определяется следующим образом :

(1.4.24)

С учётом всех моментов можно записать , что уравнения моментов действующих на ротор АД имеет вид:

(1.4.25)

где - динамический момент

Если обозначить , то в результате дифференцирования последнего уравнения по q получим :

Страницы: 1, 2


ИНТЕРЕСНОЕ



© 2009 Все права защищены.