CC BY
70
Обоснование и разработка оптимальных геометрических параметров криволинейных участков молокопроводов
Г.П. Василевский, инженер,
Оренбургский ГАУ
В современных условиях машинной технологии доения коров и первичной обработки молока решающее влияние на показатели его качества оказывает санитарное состояние доильного и перерабатывающего оборудования: более 90% микробных и механических загрязнений фор-
мируется за счёт плохо промытых доильных аппаратов и молокопроводов. Эта проблема актуальна, так как сегодня дифференцированная оплата в зависимости от качества молока во многих регионах стала реальностью [1].
При образовании загрязнений на поверхности молочного оборудования в период доения коров особенно важную роль играют микроструктурные изменения молока, возникающие в результате
воздействия на него разных механических и физических факторов [2].
Мы предположили, что на криволинейных участках молокопровода количество столкновений и повреждений жировых шариков возрастает.
Это происходит в результате того, что ламинарный режим движения молока на прямолинейном участке молокопровода сменяется турбулентным режимом движения на криволинейном участке. При турбулентном режиме движения молока интенсивность его воздействия на внутреннюю поверхность криволинейного участка молокопровода выше, следовательно, и количество травмированных жировых шариков возрастает.
Незащищённые жировые шарики уходят с потоком молока из зоны активных завихрений. Они откладываются в виде загрязнений на участке молокопровода, расположенном за криволинейной зоной.
Для подтверждения наших предположений мы провели эксперимент на одной из молочных ферм Оренбургской области. С помощью скоростных фото- и видеосъёмок проследили ход движения молока и моющего раствора через криволинейный участок молокопровода. На полученных и обработанных кадрах чётко видна активная турбулентная зона жидкости, движущейся через криволинейный участок молокопровода.
Именно здесь и происходит активное повреждение защитного слоя жировых шариков. Как следствие, они становятся более гидрофобными и притягиваются (флотируются) поверхностью оборудования и охлаждёнными стенками мо-локопровода за счёт межмолекулярного притяжения.
После разборки участка молокопровода, расположенного за криволинейной зоной, мы обнаружили, что при имеющихся конструктивнорежимных параметрах зона активного налипания жировых шариков на внутреннюю поверхность молокопровода находится на расстоянии 25—28 см от самого поворота по ходу движения молока. Турбулентный режим движения моющего раствора на этом участке молокопровода уже ослабевает, и качество промывки этой зоны падает.
Для лабораторного изучения особенностей воздействия молока и моющего раствора на внутреннюю поверхность рассматриваемых участков молокопровода мы разработали и изготовили устройство для моделирования криволинейного участка молокопровода (рис. 1).
Устройство содержит пенопластовый квадрат 1; вырезанный в нём по траектории поворота канал 2 является моделью криволинейного участка молокопровода. Каналы 3, проделанные в пенопластовом квадрате, необходимы для замеров скоростного давления жидкости на разных участках модели поворота молокопровода. На грани разреза обеих частей наклеен уплотнитель 4; на внутреннюю поверхность канала наклеены две пластиковые ленты 5; получившийся канал накрывается сверху и снизу двумя листами стекла 6. Для того, чтобы канал был герметичным и не допускал утечек жидкости через уплотнители, стекла прижимают к пенопласту струбцинами 7. Для подачи и отвода жидкости устройство снабжено двумя штуцерами 8.
Суть экспериментов сводится к тому, чтобы установить закономерности воздействия молока и моющего раствора на внутреннюю поверхность
1. Результаты проведённых экспериментов
ф° а, % (загрязн.) а, % (промыт.) а, % (загрязн.) а, % (промыт.) а, % (загрязн.) а, % (промыт.)
0 62 90 64 91 67 97
22,5 63 83 62 85 69 95
45 62 91 62 90 65 99
90 62 81 63 83 67 96
Я - уменьшающийся Я - постоянный Я - увеличивающийся
непрямолинейных участков молокопровода при определённых конструктивно-режимных параметрах и выявить зоны, в которых:
— при режиме транспортировки молока его поток более интенсивно воздействует на стенки поворота, а значит, его структурные составляющие травмируются и, как следствие, подчиняясь искомым законам, откладываются в виде слож-ноудалимых загрязнений;
— при втором режиме циркуляции задача сводится также к определению законов наибольшего воздействия моющего раствора на стенки поворота, а значит, наилучшей очистки этой зоны.
Установить описанные законы воздействий позволяют конструктивные особенности устройства для моделирования криволинейного участка молокопровода.
В пенопластовом квадрате 1 имеется канал — модель поворота, который изготавливают для каждого опыта с различным радиусом кривизны: постоянным, переменным, с постоянно увеличивающимся радиусом и постоянно уменьшающимся. Если исследуется воздействие молока и моющего раствора на внутреннюю поверхность канала переменного радиуса, например, постоянно возрастающего по какому-либо закону, то для исследования канала с постоянно уменьшающимся, по тому же закону, радиусом достаточно перевернуть конструкцию устройства, т.е. поменять вход и выход местами. В этом случае жидкость через устройство будет двигаться в направлении, обратном предыдущему. Так изменяются конструктивные параметры поворота.
Исследование облегчается тем, что конструкция устройства для моделирования криволинейного участка молокопровода позволяет легко снять пластиковые ленты и более детально изучить картину воздействия жидкости на стенки канала, проверив пластины на светопроницаемость. Через каналы 3 проводят замеры скоростных характеристик движения жидкости в различных точках модели поворота. Стеклянная поверхность устройства позволяет визуально наблюдать за движением жидкости при заданных конструктивно-режимных параметрах, а также проводить скоростные фото- и видеосъёмки.
Режимы движения промывочной жидкости меняют при помощи насоса.
На первом этапе опытов через наше устройство проходил поток подкрашенного в тёмный цвет молока. После снятия изначально прозрачных пластин на их поверхности наблюдалось тёмное загрязнение, светопроницаемость таких пластин становилась намного меньше чистых.
На втором этапе эксперимента загрязнённые пластины помещались вновь в устройство, где происходил процесс промывки. В этом случае смывались загрязнения, и светопроницаемость пластин увеличивалась. Во время опытов мы рассматривали поворот молокопровода на 90° и разбивали его на четыре равных сектора: ф = 0°; ф = 22,5°; ф = 45°; ф = 90°. Именно в этих зонах характер и интенсивность воздействия моющего раствора на пластины менялся, что и отражалось на значениях светопроницаемости о.
Проведя ряд опытов, мы получили экспериментальные данные. На основании усредненных численных значений светопроницаемости загрязнённых и промытых пластин мы составили таблицу 1, отражающую качество и равномерность очистки криволинейного участка.
Из таблицы 1 стало понятно, что в случае промывания поворотов с постоянным и уменьшающимся радиусом кривизны R загрязнения удалялись неравномерно по длине криволинейного участка и сохранялись зоны, в которых отложения смывались неудовлетворительно. Промывка поворота с увеличивающимся R была более качественной, а загрязнения более тщательно и равномерно удалялись с поверхности пластин.
На основании проделанной работы можно сделать вывод, что повороты молокопровода с переменным радиусом кривизны, а именно с увеличивающимся, промываются более качественно. Следовательно, молоко будет иметь более высокие технологические показатели и закупочную стоимость, что немаловажно для производителей в современных условиях рынка.
Литература
1. Кашмидер Э. Мойка производственного оборудования // Молочная промышленность. 2007. № 2.
2. Дегтерёв Г.П. Механизм образования и классификация молочных загрязнений // Молочная промышленность. 1999. № 6.
