3.2. Значение стандартизации, нормализации и унификации в улучшении технико-эксплуатационных показателей работы тепловых аппаратов

Повышение качества изготовления оборудования — одна из основных задач дальнейшего совершенство­вания, техники предприятий общественного питания. В условиях ускорения научно-технического прогрес­са можно выделить несколько направлений совершен­ствования теплового оборудования:

создание аппаратов непрерывного действия;

автоматизация и механизация аппаратов;

создание специализированных аппаратов с целью увеличения их кпд, повышения производительности и улучшения условий обслуживания;

создание аппаратов с прогрессивными способами обогрева;

типизация и стандартизация оборудования и связан­ная с ними унификация узлов и механизмов различных аппаратов.

В настоящее время разработаны и утверждены ГОСТы на все виды теплового оборудования, которые являются обязательным документом для всех предприя­тий и организаций, конструирующих и выпускающих оборудование, а также эксплуатирующих и осущест­вляющих его ремонт и техническое обслуживание.

ГОСТы регламентируют основные параметры типо­размеров оборудования и содержат важнейшие сведения по каждому из них: наименование изделия; обозна­чение модели; наименование и величина основных параметров; технические требования и показатели надежности; требования техники безопасности; комп­лектность изделия; правила приемки и методы испыта­ний и др. ГОСТы предусматривают унификацию отдель­ных видов оборудования, выпускаемого различными заводами, что создает предпосылки для кооперирования заводов, изготавливающих отдельные узлы, детали, запасные части. Задача унификации отдельных узлов — выпускать тепловое оборудование одного вида разных типоразмеров, необходимых для предприятий общест­венного питания различных типов и мощностей, так чтобы получить оптимальные технико-эксплуатацион­ные показатели тепловых аппаратов.

В практике конструирования тепловых аппаратов предприятий общественного питания наметились два основных направления:

выпуск аппаратов, различных по мощности и га­баритам;

создание секционных аппаратов с максимальной унификацией и нормализацией. При этом секции могут использоваться в качестве самостоятельного аппарата или соединяться одна с другой, образуя единый аппарат заданной мощности или технологическую линию. В этом оборудовании размеры по ширине (глубине) и высоте до рабочей поверхности одинаковы, а длина аппарата кратна модулю. За модуль в СССР была принята вели­чина 200 ±10 мм, а с 1979 г. принят единый модуль стран СЭВ—100 мм. Это оборудование получило на­звание секционного модулированного. Новое секцион­ное модулированное оборудование предназначено для работы с функциональными емкостями, что достигается унификацией размеров рабочих камер и рабочих по­верхностей с функциональными емкостями.

3.3. Основные части тепловых аппаратов и материалы для их конструирования

Основные части тепловых аппаратов. Тепловые аппа­раты имеют общую цель конструирования — осуще­ствление процессов тепловой обработки пищевых про­дуктов при изготовлении из них кулинарных изделий. Поэтому независимо от технологического назначения тепловые аппараты состоят из следующих основных частей: рабочей камеры, теплогенерирующего устройства, рабочего органа, корпуса, основания (постамен­та), тепловой изоляции, кожуха, контрольно-измери­тельной и предохранительной арматуры, приборов автоматического регулирования.

Под рабочей камерой понимается та часть аппарата, в которой осуществляется тепловая обработка продук­тов. Она имеет различные формы и размеры, определяе­мые технологическим назначением аппарата. Например, камеры шкафов для жарки и выпечки, варочные сосуды пищеварочных котлов, камеры СВЧ-аппаратов.

Рабочие камеры могут быть подвижными (электро­сковороды, опрокидывающиеся пищеварочные котлы) и неподвижными (стационарные пищеварочные котлы, жарочные шкафы и т. п.).

Под теплогенерирующим устройством аппарата понимается та его часть, в которой или с помощью которой происходит образование тепловой энергии (газовые горелки, конфорки, трубчатые электронагре­ватели, топочные объемы, ИК-нагреватели, магнетрон).

В электрических плитах рабочая камера и теплогенерирующее устройство совмещены в единой конструк­ции — конфорке, в твердотопливных, жидкотопливных и газовых плитах эти части конструкции разъеди­нены.

Виды теплогенерирующих устройств и их конструк­тивные особенности рассматриваются в главе 6.

Корпус служит для монтажа на нем всех основных частей аппарата. Корпус аппарата устанавливается на основании — постаменте.

Тепловая изоляция аппарата, как правило, нано­сится на наружную поверхность рабочей камеры и выполняет следующие функции: уменьшает, потери тепла в окружающую среду (повышает тепловой кпд аппарата), предохраняет обслуживающий персонал от ожогов и способствует созданию комфортных усло­вий труда.

Кожухом обычно покрывают рабочую камеру аппа­рата снаружи, он предохраняет тепловую изоляцию от различного рода воздействий 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 указа-: телем уровня, предохранительные клапаны и др. -

Контрольно-измерительные приборы, и приборы автоматического регулирования предназначены для контроля режима работы аппарата (давления, темпе­ратуры), его регулирования и обеспечения безопасных условий эксплуатации аппарата.

Материалы, используемые для изготовления тепло­вых аппаратов. Материалы, из которых изготавли­ваются аппараты, должны обеспечивать их надежность и прочность. Кроме того, материалы, из которых изго­тавливают части аппаратов, контактирующие с продук­тами, должны быть химически стойкими, нейтральными, не подвергаться коррозии, хорошо очищаться и быть стойкими к моющим средствам.

По назначению материалы могут быть подразде­лены на: конструкционные, теплоизоляционные и электротехнические.

Конструкционные материалы предназна­чены для изготовления деталей аппаратов (кожухов, рабочих камер, рабочих органов, станин и т. д.). Чаще всего в качестве конструкционных материалов исполь­зуются черные и цветные металлы, их сплавы и пласт­массы.

К черным металлам относятся железо и его спла­вы — чугуны и стали. Чугун — железный нековкий сплав, содержащий от 2 до 4,5 % углерода, до 2,5% фосфора и 0,88 % примесей марганца, кремния и серы.

Для изготовления аппаратов предприятий общественного питания чаще всего используется серый чугун, характеризующийся тем, что большая часть углерода в нем находится в виде свободно выделенного графита, что придает серый цвет поверхности излома. В марках чугуна после букв СЧ (серый чугун) следуют цифры: первые две обозначают предел прочности при растяже­нии (в кгс/мм²), вторые две — предел прочности при изгибе. Например, конфорки электрических плит изготавливаются из чугуна СЧ 18-36 и СЧ 21-40. Всего в соответствии с ГОСТ 1412—70 выпускается десять марок серого чугуна. Из чугуна изготавливаются станины, корпуса и рабочие камеры некоторых аппа­ратов (сковороды).

Сталь — это сплав железа с углеродом (до 2 %). В зависимости от химического состава различают сталь углеродистую и легированную (с различными присадками). В легированных сталях содержание легирующих элементов может составлять до 45 %. Если легирующих элементов в стали больше, чем железа, а содержание последнего менее 50...55 %, то такие стали называются сплавами. В названия марок стали входят буквенные индексы, обозначающие легирующие элементы (X — хром, Н — никель, Г — марганец, Т — титан, М — мо­либден, Д — медь, В — вольфрам, С — кремний и т. д.), и цифры, показывающие содержание этих элементов. Например, сталь марки 12ХНЗ содержит 1,2 % угле­рода и 3 % хрома и никеля.

По свойствам и назначению стали и сплавы делятся на три группы:

коррозионно-стойкие (нержавеющие);

жаростойкие (окалиностойкие), работающие в нена­груженном состоянии, при температурах выше 550 °С;

жаропрочные, работающие в нагруженном состоя­нии, при температурах выше 600 °С.

Из углеродистой стали обыкновенного качества изготовляют корпусные детали, крышки, кожухи и другие детали, не несущие нагрузок и не соприкасаю­щиеся с пищевыми продуктами.

Для изготовления деталей, испытывающих большие нагрузки, применяют качественные углеродистые не­ржавеющие стали марок 40Х, 65, 12ХНЗ, 20Х.

Для изготовления деталей машин и аппаратов, не­посредственно контактирующих с продуктами, приме­няют легированные стали марок Х12, 9ХС, 9ХВТ и высо­колегированные коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные стали марок Х18Н9, Х18Н9Т, 1X13 и др.

Из цветных металлов для изготовления тепловых аппаратов наибольшее применение получил алюминий и его сплавы.

Лучшим металлом для изготовления частей и узлов аппаратов, соприкасающихся с продуктом, является нержавеющая сталь. Следует избегать использования для этих целей алюминия. Это связано с тем, что алю­миний накапливается в организме человека и практи­чески не выводится из него. Наукой установлен факт, что алюминий, накопленный в организме человека, может стать одной из причин старческого слабо­умия.

Пластмассы и некоторые другие синтетические мате­риалы применяются для изготовления деталей, испыты­вающих средние нагрузки. Преимущества пластмасс — их легкость, антикоррозионность, бесшумность в работе. Недостаток — низкая термостойкость.

Теплоизоляционные материалы приме­няют для уменьшения потерь теплоты в окружающую среду и снижения температуры наружных стенок ап­парата.

Теплоизоляционные материалы, применяемые в тепловом оборудовании, должны обладать следующими свойствами: низким коэффициентом теплопроводности; небольшой плотностью; высокой термостойкостью; прочностью; низкой гигроскопичностью; биостойкостью; антикоррозионностью; безвредностью; низкой стои­мостью. Практически ни один из существующих мате­риалов не может удовлетворять всем вышеперечислен­ным требованиям, поэтому в каждом конкретном случае необходимо выбирать такой изоляционный материал, который наиболее Полно отвечает требованиям данной конструкции аппарата.

Теплоизоляционные материалы бывают: минераль­ного (асбест, глина, гипс и др.), растительного (пробка, торф, опилки и др.) и животного происхождения (шерсть, шелк, войлок), а также искусственные (пе­нопласт).

По конструктивному оформлению все теплоизоля­ционные материалы делятся на четыре группы: засып­ные (перлит в засыпке, минеральная вата, торфяная крошка); мастичные (асбозурит, совелит мастичный); оберточные гибкие (асботкань, маты и войлок из мине­ральной ваты, строительный войлок); формовочные (скорлупы, цилиндры и плиты из минеральной ваты, сегменты, плиты перлитовые).

Все перечисленные виды изоляционных материалов используются для изоляции тепловых аппаратов и трубопроводов подводящих коммуникаций.

Изоляционные материалы и конструкции из них приведены в табл. 3.1 и 3.2.

Теплоизоляционные материалы

ТАБЛИЦА 3.1

		Предельная тем-
Наименование	Плотность, кг/ м^3	пература приме­нения изоляции.
		°С
Альфоль гофрированная	20... 40	350
Альфоль гладкая	20... 40	350
Асботкань в несколько слоев	500... 600	С хлопком 200, без хлопка — 450
Асбозурит мастичный марки 600 Асбоцементные плиты	600 400	900 450
Войлок из минеральной ваты на битумной связке	250	Вне помещения 200, в помещениях — 60
Минеральная вата марки 150	250	600
Маты и полосы из стекловолокна	200	450
Перлит вспученный в засыпке	180	900
Перлитоцементные изделия марки	350	600
Перлитокерамические изделия	300	800
Плиты минераловатные на син-
тетической связке марки 125	150	300
Совелит мастичный	500	500
ТАБЛИЦА 3.3

Характеристика теплоизоляционных конструкций

Материал	Объемная масса, р, кг/м	Коэффициент теплопровод­ности, λ, Вт/(м·К)
Плиты теплоизоляционные из пено-
пласта полистирольного ПСБ-С	25—40	0,047
Пенопласт полиуретановый жесткий
ПУ-101	100	0,041
То же, заливной ППУ-Зс	50	0,047
Пенопласт поливинилхлорндный:
ПВХ-1	70—100	0,035
ПВХ-2	100—130	0,047
Пенопласт резольный фенолформаль-
дегидный:
ФРП-1	70	0,058
ФРП-2	100	0,058
Асбоцементные теплоизоляционные
плиты	300—500	0,043—0,13
Асбоцементные листы	1900	0,35
Кладка кирпичная Шлакобетон	1800 1200—1500	0,82 0,46—0,7
Штукатурка цементная	1700	0,88
Стекловата	150	0,46
Шлаковата	250	0,051
Альфоль	350	0,059

Расчет тепловой изоляции. Расчет осуществляют для определе­ния минимальной толщины изоляционного слоя при заданных тепло­вых потерях аппарата или температуре наружной поверхности изолированного аппарата или трубопровода.

Исходя из допустимой нагрузки, максимальная толщина изо­ляции δ для трубопроводов (паропроводов) рассчитывается по эмпирическим приближенным формулам:

для труб диаметром менее 100 мм

δ=1,23d+28; (3.3)

для труб диаметром 100...250 мм 6 = 0,2d-130, (3.4)

где d — диаметр трубопровода, мм.

Количество теплоты, передаваемой через слой теплоизоляции, определяется для плоской или цилиндрической поверхности диамет­ром более 1 м из выражения

q=(λ/δ)·(t₁-t₂), (3.5)

где q — удельный тепловой поток через слой изоляции, Вт/м²; λ — коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/ (м ·К); δ — толщина изоляционного слоя, м; t₁ —температура внутренней поверхности слоя изоляций (равна температуре изолируемой сте­нки), °С; t₂ — температура наружной поверхности изоляции (равна температуре наружной поверхности аппарата), °С.

Определение удельных тепловых потерь q_l изолированными поверхностями при температурах теплоносителей до 250 °С прово­дится по эмпирическим формулам:

для трубопроводов диаметром 10 мм

q_l=0,35t-9,3; (3.6)

для трубопроводов диаметром 108 мм q_l =0,62t+4,6; (3.7)

для трубопроводов диаметром 219 мм q_l=0,85t+16; (3.8)

для плоской стенки q_l= 0,46t+40, (3.9)

где t — температура изолируемой стенки, ºС.

Для трубопроводов и аппаратов с диаметром кожуха менее 1 м можно пользоваться упрощенным методом.

С этой целью предварительно рассчитывается промежуточный коэффициент m

m = q_l/λ(t₁-t_возд), (3.10)

где t_возд— температура окружающего воздуха, °С.

По полученному значению коэффициента m и значению наруж­ного диаметра изолированной трубы d_н (табл. 3.3) находим δ.

Пример 1. Определить толщину изоляции пищеварочного котла. Температура на поверхности изолированного котла t₂ не должна превышать 60 °С (максимально допустимая температура). Котел изолирован гофрированной альфолыо. Температура изолируемой стенки котла t₁ принимается равной 111 °С.

По табл. 3.2 находим коэффициент теплопроводности К гофрированной альфоли:

λ= 0,059+0,00026t_cp;

t_cp=(t₁+t₂)/2 = (111+60)/2 = 85,5 °C;

λ= 0,059 + 0,00026 • 85,5=0,081 Вт/ (м • K).

Тепловые потери поверхности изолированного котла можно приближенно определить по формуле (3.9):

q=0,46t₁+40 Вт/м²;

q=0,46·111+40=91 Вт/м².

Толщину изоляционного слоя определяем, используя формулу (3.5):

δ=λ(t₁-t₂)/q=0,08(111—60)/91=0,045 м.

ТАБЛИЦА 3.3

Толщина изоляционного слоя (δ) в зависимости от d_н и m

	Толщина изоляционного слоя, мм
Наружный диаметр, мм	30		40		50			60		70			80	90		100
	Коэффициент
32 4,9			4,3		3,9		3,7
57 6,9			6,0		5,4		4,9			4,6			4,3	4,1			3,9
76 8,4			7,2		6,5		5,9			5,4			5,1	4,8			4,6
89 9,4			8,1		7,2		6,5			6,0			5,6	5,3			5,0
108 10,8			9,3		8,2		7,4			6,8			6,2	5,6			5,5
133 12,5			10,7		9,4		8,6			7,7			7,2	6,7			6,3
159 14,3			12,3		10,7		9,6			8,7			8,0	7,5			7,1
Примечание. Промежуточные значения определяются линейной интерполяцией.

Пример 2. Определить толщину изоляции паропровода диаметром d_н= 108 мм, по которому транспортируется насыщенный пар. Темпе­ратура пара t—t_s=l43°C; температура окружающего воздуха t_возд=20°С. Изоляция — войлок из минеральной ваты.

По табл. 3.2 находим коэффициент теплопроводности изоля­ционного материала, выбранного для самых худших условий, т. е. исходя из предположения, что температура на наружной поверхности изолированного трубопровода равна температуре пара:

λ=0_,061+0,0002t_T=0,061 + 0,0002·143=0,09 Вт/(м·К).

Тепловые потери трубопровода определяем по формуле (3.7):

q_l=0,62·143+ 4,6=93,6 Вт/м.

Промежуточный коэффициент m находим по уравнению (3.10):

m =93,6/0,09(143—20) =8,4.

По табл. 3.3 для трубы диаметром d_н= 108 мм путем интерполи­рования находим толщину слоя изоляционного материала, которая будет равна 48 мм.

Электротехнические материалы могут быть подразделены на две основные группы: материалы с высоким удельным сопротивлением (р) и электроизо­ляционные.

Материалы с высоким р предназначаются для изго­товления нагревательных элементов. К ним относятся нихромы (сплав никеля и хрома), фехрали (железо-хромалюминиевые сплавы) и вольфрам.

Электроизоляционные материалы должны обладать высокой электрической и механической прочностью, иметь высокий коэффициент теплопроводности λ. Этим требованиям отвечают периклаз (плавленая окись магния), кварцевый песок, шамот, слюда, кварцевое стекло, фарфор и керамика.