CC BY
30
УДК 637.1.022
МОЛОЧНЫЕ СЕПАРАТОРЫ ДЛЯ ФЕРМЕРСКИХ ХОЗЯЙСТВ. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
Владимир Александрович Шилин, к. техн. н., профессор Елена Сергеевна Дружинина, к. техн. н., доцент Ася Александровна Коптюхова, аспирант Татьяна Евгеньевна Федорова-Семенова, к. с.-х. н., доцент ФГБОУ ВПО «Великолукская ГСХА» Россия, г. Великие Луки
В статье приведен анализ конструкций сепараторов; представлены результаты работы по поиску рациональной конструкции сепаратора для фермерских хозяйств, в том числе для условий пастбищного животноводства.
Ключевые слова: молочный сепаратор; центрифуга; центробежный сепаратор; гидропривод; поточно-технологическая линия.
Становление молочных сепараторов определяется временем развития механизированного молочного дела в европейских странах в середине Х1Х века. В эпоху ручного труда давно назрел вопрос о создании промышленного образца непрерывно-действующей машины для разделения молока. Работы были начаты по устройствам для выделения сливок. О механизированной очистке молока в тот период времени вопрос не стоял из-за несостоятельности, поскольку относительно успешно решался обычными матерчатыми фильтрами.
В 1877 г. Г. Лаваль создал центрифугу для разделения молока на фракции и назвал её сепаратором. Через год он изобрел уже непрерыв-
но действующий центробежный сепаратор, со скоростью разделения молока для получения сливок почти в 1000 раз превышающей скорость разделения при единственном в то время способе - отстое [6].
В России сепараторы появились в 1882 г. и поставлялись из-за рубежа. Относительно широкое применение сепараторов дало толчок углубленному техническому совершенству в этой области отечественными производителями. В 1900 г. Н.А. Петровым было замечено преимущество центробежной очистки молока по сравнению с матерчатыми очистителями. В 1927 г. в стране был начат выпуск отечественных сепараторов собственной разработки [6, 7].
Первоначально выпускаемые сепараторы отличались незначительной производительностью - до 300 л/ч, но с 30-х годов ХХ века начат выпуск сепараторов производительностью, соразмерной современным модификациям.
Значительный вклад в развитие отечественной молочной науки был осуществлен задолго до описываемых событий. С 1886 г. эта работа велась под руководством А.А. Калантара и продолжилась с начала ХХ века на качественно новой основе русскими и советскими учеными В.П. Горячкиным, Г.И. Бремером, Г.А. Куком, Н.А. Лукьяновым, Н.Н. Липатовым и др.
Началось широкое использование сепараторов в поточно-технологических линиях (ПТЛ), что послужило основой для разработки перспективных отечественных модификаций, отличающихся высокой частотой вращения барабана (а значит, производительностью), функциональностью, безопасных в эксплуатации.
Создание сепараторов высокой производительности позволило выявить наиболее слабое звено во всей конструкции - электропривод. Исследования показали, что существующий электропривод с пусковой фрикционной муфтой и винтовой парой не отвечает современным требованиям, предъявляемым к надежности машин, т.к. срок службы их довольно ограничен.
Но не только электропривод служил определенным тормозом в
повышении производительности сепараторов в век научно-технического прогресса в перерабатывающем производстве. На очистку барабана от грязевых отложений и молочной слизи в грязевом пространстве требовались исключительно высокие затраты труда, тормозилась работа всей ПТЛ. В этой ситуации при необходимости организации работ в непрерывном режим е техническим решением было резервирование. В любом случае все это приводило к росту металлоемкости линии, высоким экономическим и з держкам.
Решение было найдено. С 1970-х годов стал выпускаться саморазгружающийся сепаратор, осуществляющий автоматический выброс осадка при его накоплении в барабане до определенного уровня.
В настоящее время сепараторы входят в обязательный комплекс оборудования ПТЛ в сельском хозяйстве. Первыми сепараторами для животноводческих ферм были СОМ-3-1000 и СПМФ-2000. Однако они не соответствуют специфике фермерского животноводства, использовались обособленно для получения сливок и давно сняты с производства. На сегодняшний день в животноводческих фермах на линиях первичной обработки молока фильтры матерчатые молочные магистральные заменяются на более прогрессивные - центробежные мо-локоочистители. На основе сепара-тора-молокоочистителя скомплектована установка с пластинчатым
охладителем АДМ-13.000: ОМ-1 и ОМ-1А.
При первичной переработке молока в животноводческих фермах используются ПТЛ с современными сепараторами: сливкоотделителем ОСРБ-03 производительностью 300 л/ч, комплексным САМУР-600М для разделения с очисткой и нормализацией производительностью 600 л/ч, Ж5-ОСЦП-1 комплексного действия производительностью 1000 л/ч. Производительность ПТЛ существенно возрастает при использовании новейших сепараторов саморазгружающихся с автоматической выгрузкой осадка с объемом шламового пространства 0,8 дм3 ОСЦП-1М.
В условиях пастбищ необходимо учитывать возможное отсутствие централизованного электрообеспечения, тем более, что комплектные генераторы доильных установок обеспечивают электроэнергией, достаточной только для собственных нужд.
Однако основное направление развития сепараторостроения в стране было в сторону крупных мо-локоперерабатывающих производств, характерных для советского периода. Выпуск сепараторов, учитывающих специфику мелкого производителя и в особенности для ПТЛ пастбищного животноводства до настоящего времени крайне ограничен, поскольку необходимо учитывать определённые особенности. Особенности сепараторов для фер-
мерских хозяйств заключаются в следующем:
• целесообразные пределы производительности - от 250 до 500 л/ч;
• малое количество обслуживаемого поголовья - до 25-100 голов;
• размещение животноводческой фермы с молочной на территории фермерского хозяйства;
• функциональность сепаратора;
• простота конструктивного решения, в особенности привода, минимальный вес;
• возможность использования нетрадиционных источников энергии для привода;
• возможность использования сепаратора как самостоятельной единицы, так и в поточно-технологической линии;
• максимально возможный КПД;
• соответствие требованиям техники безопасности и экологично-сти.
На кафедре механизации животноводства и применения электрической энергии в сельском хозяйстве Великолукской ГСХА в течение 15 лет проводится работа по поиску рациональной конструкции сепаратора для фермерских хозяйств с учетом изложенных особенностей, в том числе для условий пастбищного животноводства, совершенствовалась кинематическая схема привода сепаратора (рис. 1). Исследования в этом направлении привели к разработке безредукторных сепараторов, таких как сепаратор реактивный
жидкостный с гидравлическим приводом. На основе исследования сепаратора с гидроприводом определен необходимый вращающий момент для случая с постоянно разделяемой массой молока, разработана номограмма определения рабочих режимов, необходимых при эксплуатации сепаратора данного типа [1, 2]. Данный сепаратор отличается тем, что для вращения барабана требуется высокое давление, что свидетельствует о необходимости привлечения энергоемких средств, в результате значительно увеличивается металлоемкость конструкции в целом.
В процессе дальнейшей работы были получены патенты на сепа-
сО
ратор с турбореактивным гидроприводом (2352403 Яи, 2006 г.) и безредукторный газоприводной молочный сепаратор (рис. 2) с вращением барабана от отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (2350400 Яи, 2009 г.) [3, 4].
Недостатком данных сепараторов является низкая производительность, а по сепаратору [4] - необходимость определенных демонтажных работ в турбине ТР-11 двигателя и после окончания работы сепаратора необходимо возвращаться к сборке турбины, на что требуются значительные трудозатраты.
н н
Рисунок 1 - Молочный сепаратор с гидроприводом 1 - неподвижная полая ось; 2 - кожух; 3 - опорная плита; 4 - крышка барабана; 5 - основание барабана; 6 - гайка; 7 - разделительная тарелка; 8 - конические тарелки; 9 - тарелкодержатель; 10 - трубопровод подачи молока; 11 - отверстие для выхода молока; 12 - поперечная перегородка; 13 - радиальные отверстия; 14 - трубки; 15 - сопла; 16 - отводной патрубок
Молода
Рисунок 2 - Безредукторный газоприводной молочный сепаратор 1 - кольцо жёсткости емкости для молока; 2 - кран; 3 - ёмкость для молока; 4 - поплавок; 5 - разделительный барабан; 6 - вал сепаратора; 7 - приёмник сливок; 8 - приёмник обрата; 9 - крышка корпуса; 10 - ротор турбины; 11 - основание сепаратора УРАЛ-50; 12 - основание турбины ТР-11; 13 - крепежная гайка; 14 - опорная шайба; 15 - подшипник;
16 - опорная втулка
Получен патент на сепаратор гравитационный (2386482 Яи, 2010 г.) с вращением барабана за счет сил внутреннего трения, возникающего от использования известного природного геофизического эффекта, когда при определенной высоте водной поверхности, поддерживаемой постоянным притоком и истечением воды через расположенное на дне водоема отводящее
отверстие с цилиндрической насадкой образуется воронка вокруг вертикальной оси по центру отверстия в виде вращающегося параболоида (рис. 3) [5].
Недостатком данной конструкции является необходимость во-допроточной системы, что встречается достаточно редко, особенно в условиях пастбищ, и сложность конструкции.
Рисунок 3 - Гравитационный молочный сепаратор 1 - барабан сепаратора; 2 - крышка; 3 - основание; 4 - трубка ввода молока; 5 - приемная камера сливок; 6 - приемная камера обрата; 7 - герметичная камера; 8 - бассейн; 9 - поплавковое устройство; 10 - стержень центрирующий; 11 - крышка отводящая; 12 - поплавковая камера; 13 - фиксатор; 14 - стенка резервуара; 15 - водный источник; 16 - патрубок подачи молока; 17 - поплавок запорный; 18 - фиксирующий стержень; 19 - шайба опорная
Изобретение молочного сепаратора произвело определенное изменение в отношении производителей молока к вопросу повышения
качества конечной продукции, снижения затрат труда и себестоимости.
Резко повысилась культура молочного дела, основой чего, несо-
мненно, послужило внедрение сепараторов в ПТЛ. Полученный положительный эффект был убедителен.
Этим и объясняется быстрое развитие сепараторостроения в ведущих странах-производителях молока, в том числе и в России.
Однако до решения всех проблем еще далеко. Вопросы, связанные с обеспечением специальными сепараторами крестьянско-фермер-ских хозяйств и, в особенности, пастбищного животноводства еще тре-
буют внимания как науки, так и проектировщиков, промышленности и специалистов-практиков.
Свой вклад, несомненно, может внести и вузовская наука. На кафедре механизации животноводства и применения электрической энергии в сельском хозяйстве планируется дальнейшая работа по сепараторам в направлении повышения производительности, упрощения конструкции и использования для привода альтернативных источников энергии.
Список литературы
1. Дружинина Е.С. Совершенствование сепаратора молока с обоснованием и разработкой безредукторного привода: ав-тореф. дис. ... канд. тех. наук / Е.С. Дружинина. - Великие Луки: РИО ФГОУ ВПО «ВГСХА», 2006. - 15 с.
2. Пат. 2201806 Яи, МПК 7 В 04 В 1/08,9/06. Центробежный сепаратор для разделения молока на фракции / Р.Г. Гусейнов, В.А. Шилин, Е.С. Дружинина (Яи). - №20001255/43; заявл. 11.10.2000; опубл. 10.04.2003, Бюл. №10.
3. Пат. 2352403 Яи, МПК В 04 В9/06 А01Л1/00. Молочный сепаратор с турбореактивным гидроприводом / Р.Г. Гусейнов, В.А. Шилин, И.В. Железников (Яи). -№2005141261/12; заявл. 28.12.2005; опубл. 20.04.2009, Бюл. №11.
4. Пат. 2350400 Яи, МПК В04 В9/06. Центробежный сепаратор с безредуктор-ным приводом / Р.Г. Гусейнов, Г.В. Макарова, В.А. Шилин, А.Н. Ипатов (Яи). -№2006141301/12; заявл. 23.11.2006; опубл. 27.03.2009; Бюл. №9.
5. Пат. 2386482 Яи, МПК В04 В1/08 В04 В9/06 А01Л1/10. Центробежный мол о ч ный сепаратор / Р.Г. Гусейнов, В.А. Шилин, Г.В. Макарова, Е.В. Шилин (Яи). - №2008143631/12; заявл. 01.11.2008; опубл. 20.04.2010; Бюл. №11.
6. Сепараторы для фермерских хозяйств / Р.Г. Гусейнов, В.А. Шилин, Г.В. Макарова и др. - Великие Луки: РИО ФГБОУ ВПО «ВГСХА», 2013. - 134 с.
7. Новиков В. «Горячее отношение» к микроорганизмам / В. Новиков // Молочная сфера. - 2012. - №4 (43). - С.44-48.
E-mail: druzinina1977@rambler.ru
182112 Псковская область, г. Великие Луки, пр. Ленина д. 2, Великолукская ГСХА. Тел.: (81153) 7-16-22
