CC BY
25
УДК 637.022
ПРОФИЛИРОВАНИЕ ЛОПАСТЕЙ ТАРЕЛКОДЕРЖАТЕЛЯ СЕПАРАТОРА-СЛИВКООТДЕЛИТЕЛЯ
А. В. Яшин, канд. техн. наук, доцент; А. В. Саввин, аспирант ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», Россия, e-mail: Jashin1982@mail.ru
Обозначена проблема неравномерного заполнения пакета тарелок сепараторов-сливкоотделителей. Обоснована необходимость радиального подвода молока в пакет тарелок для повышения производительности и качества разделения молока на сливки и обезжиренное молоко. Рассмотрен один из способов профилирования лопастей тарелко-держателя сепаратора-сливкоотделителя по одной дуге окружности. Установлены зависимости для определения основных конструктивных параметров лопастей тарелкодержателя: радиус кривизны профиля лопасти с учётом толщины; радиус окружности, определяющий множество точек центра кривизны профиля лопасти; центральный угол дуги профиля лопасти; длина профиля лопасти.
Ключевые слова: сепаратор-сливкоотделитель, молоко, сливки, пакет тарелок, подводящие каналы, производительность, радиус, угол.
Неравномерное заполнение пакета тарелок стандартных серийно выпускаемых сепараторов-сливкоотделителей [3, 6, 7, 911] по высоте является основной причиной низкой производительности и качества разделения молока на сливки и обезжиренное молоко [14, 15]. Для решения данной проблемы предлагается конструкция сепаратора-сливкоотделителя, новизна которой подтверждена заявкой на патент РФ на изобретение № 2013109000[5]. Повышение производительности и качества разделения молока на составляющие возможно за счет выполнения подводящих каналов та-релкодержателя (рис. 1) барабана по дуге окружности противоположно направлению вращения барабана с расширением к периферии.
®о
Рис. 1. Общий вид тарелкодержателя: а - окружная скорость; 1 - лопасть наружная; 2 - лопасть внутренняя
Направляющий канал образуется наружной 1 и внутренней 2 лопастями. Наиболее простым способом профилирования лопастей является способ, основанный на очерчивании их средней линии по одному радиусу. При этом лопасти получаются постоянной кривизны, что способствует плавному течению потока молока и меньшему механическому воздействию на жировые шарики сливок [12].
Радиус г3 (рис. 2) расположения оси выходного отверстия направляющего канала должен соответствовать координате поверхности раздела обезжиренного молока и сливок, определяемой их объемным соотношением [11]. Таким образом, чем больше объемное содержание сливок, как более легкого компонента, тем больше его слой и тем дальше от оси вращения барабана соответственно расположится поверхность раздела сливок и обезжиренного молока. Ввиду того, что жирность коровьего молока колеблется в незначительных пределах и составляет в среднем 3,7 %, что, прежде всего, зависит от породы и рациона кормления [1, 9, 10], при проектировании радиус г3 расположения оси выходного отверстия направляющего канала принимают постоянным, как и радиус поверхности раздела обезжиренного молока и сливок.
Профиль лопастей (рис. 2) определяется внутренним Гь наружными г2 и г4 радиусами соответственно для внутренней и наружной лопастей, углами а1 и а2, образованными векторами относительной скорости ог и обратным направлением векторов переносной скорости и8 соответственно для начала и конца лопасти [4, 8, 16].
Для построения профиля лопасти [4, 8,
16] необходимо с центром в точке О провести две окружности радиусами Гх и Т2, описывающие соответственно начало и
конец лопасти. Через точку О проведем горизонтальную и вертикальную осевые. На пересечении горизонтальной осевой и
окружности радиуса Т2 получаем точку В профиля лопасти. От полученного отрезка
О В откладываем вверх угол СЕц + СЕ 2,
принимая за его вершину центр в точке О . Полученный отрезок образует с окружностью радиуса пересечение в точке А .
Затем через точки В и А проводим прямую до повторного пересечения с окружно-
стью радиуса и получаем точку С . Затем отрезок ВС разбивается на две равные части и из полученной точки О восстанавливается перпендикуляр. От отрезка
ОВ , приняв за вершину угла точку В , откладываем вниз угол СЕг и на пересечение с образованной прямой и перпендикуляром, восстановленным из точки О , получаем точку Е . Точка Е является центом дуги £ГС окружности, описывающей
профиль лопасти радиуса Я .
Рассмотрим треугольник&ОСЕ и воспользовавшись теоремой косинусов [2, 13], которая гласит, что квадрат стороны треугольника равен сумме квадратов двух
Рис. 2. Схема к построению лопасти тарелкодержателя: та - радиус окружности, определяющий множество точек центра кривизны профиля лопасти; 7\ - радиус начала лопасти; Т2,Т4 - радиусы конца лопастей соответственно внутренней и наружной; 7"3 -радиус расположения оси отверстия выходного канала, или координата поверхности раздела обезжиренного молока и сливок; €Сг - угол, образованный вектором относительной скорости Ъ?Г1 и обратным направлением вектора переносной скорости Це1 для начала лопасти;С(2 - угол, образованный вектором относительной скорости 1'гг и обратным направлением вектора окружной скорости V и для конца лопасти; й - радиус кривизны профиля лопасти; Д - центральный угол дуги радиуса К
Нива Поволжья № 3 (32) 2014 85
других сторон минус удвоенное произведение этих сторон на косинус угла между ними, получим:
гг = г? + Дя-2-г1-Д-сл«1 (1)
Аналогично из треугольника йОВЕ : = г|-н Дг-2-г2-Д -СааСС2. (2)
В полученных выражениях (1) и (2) левые части равны, следовательно, равны и правые:
Проведя ряд преобразований получим:
R =■
г/ -г*
-. (3)
2(r2-CGs ÍE2-1¡ -CQs ífxJ
Выражение (3) позволяет определить радиус кривизны профиля лопасти. Толщину £ профиля лопасти целесообразно по конструктивным соображениям и для простоты изготовления принять постоянной, поэтому радиус кривизны профиля лопасти с учетом толщины примет следующий вид:
Т* - Ti2 &
R = ---±- (4)
2(тг ■ cas а2-tí ■ cas аг) z
В выражении (4) «+» используется для определения внешнего радиуса кривизны профиля лопасти, а «-» - внутреннего.
Радиус окружности, определяющий множество точек центра кривизны профиля лопасти, можно определить согласно выражениям (1) или (2) с учетом преобразований:
¡"c. = -ь Р.2 - 2 ■ ■ Р. ■ ees tVi, (5)
или
Г„ = + Д г - 2 - ГЕ ■ Я ■ СО.£Ге. (6)
Для определения центрального угла дуги профиля лопасти необходимо провести ряд построений (рис. 2), для чего рассмотрим треугольник &ЕВС . Данный треугольник является равнобедренным, так
как его стороны ЕВ и ЕС равны радиусу Я профиля лопасти. Таким образом, при
основании ВС углы ¿.ЕВС и ¿.ВСЕ равны [13]. Рассмотрим угол ¿.ЕВС , где угол ¿.ЕВО = ¿.<Х2 ■ Для определения ¿.ОВС на отрезке ОВ в месте пересечения с окружностью радиуса обозначим точку ¥ , тогда
гОВС = сагсгд^\ = = агсЬд{т ))
.
Следовательно, с учетом определенного выше и того, что сумма углов треугольника равна 18&0, центральный угол дуги
радиуса й профиля лопасти определится выражением
„ { { Г1 ' + \\ ™ а = ,т - 2 ■ (г, + агстд —--—-—1(7)
V КГ. - г; ■ СОв{Сн 4 ОгУ'
Длина профиля лопасти составит [2] £
L =■
■к-Я
(8)
18<з*
Таким образом, установлены зависимости для определения основных конструктивных параметров лопастей тарелко-держателя: радиус кривизны профиля лопасти - выражение (3), а также с учётом толщины - выражение (4); радиус окружности, определяющий множество точек центра кривизны профиля лопасти - выражение (5) или (6); центральный угол дуги профиля лопасти - выражение (7); длина профиля лопасти - выражение (8). Однако, профилирование лопастей возможно только после соответствующего обоснования внутреннего Г1; наружных Т2 и Г4 радиусов соответственно для внутренней и наружной лопастей, углов и СГ2, образованных векторами относительной скорости и'г и обратным направлением векторов переносной скорости 1/е соответственно для начала и конца лопасти.
Литература
1. Антонова, В. С. Технология молока и молочных продуктов: учебное пособие / В. С. Антонова, С. А. Соловьев, М. А. Сечина. - Оренбург: ОГАУ, 2003. - 440 с.
2. Выгодский, М. Я. Справочник по высшей математике / М. Я. Выгодский. - М.: Наука, 1965. - 872 с.
3. Двинский, Б. М. Переработка молока на фермах: проблемы и пути решения / Б. М. Двинский, И. Г. Бушуева // Молочная промышленность. - 2007. - № 4. - С. 5-24.
4. Елин, В. И. Насосы и компрессоры / В. И. Елин, К. Н. Солдатов, С. М. Соколовский. - М.: Гостоптехиздат, 1960. - 398 с.
5. Заявка на изобретение № 2013109000 [Электронный ресурс]. ики http://www1. fips. гu/fips_ seгvl/fips_seгvlet (Дата обращения 24.03.2014).
6. Зуев, Б. Г. К вопросу развития сепарирования и сепараторов для молока / Б. Г. Зуев // Молочная промышленность. - 2010. - № 3. - С. 55-57.
7. Ибятов, Р. И. Об аппроксимации скорости асимметричного потока в межтарелочном пространстве сепаратора / Р. И. Ибятов // Вестник Казанского ГАУ. - 2013. - № 4(30). - С. 61-64.
8. Киселев, В. И. Насосы, компрессоры и вентиляторы: учебное пособие для студ. метал. спец. / В. И. Киселев. - М.: Металлургиздат, 1961. - 400 с.
9. Коновалов, В. В. Механизация технологических процессов животноводства: учебное пособие / В. В. Коновалов, С. И. Щербаков, В. Ф. Дмитриев. - Пенза: РИО ПГСХА, 2006. - 275 с.
10. Краснов, И. Н. Технология и техника сепарирования молока в личных подсобных и фермерских хозяйствах / И. Н. Краснов, В. М. Филин, А. Ю. Краснова. - М.: ДеЛипринт, 2010. - 96 с.
11. Липатов, Н. Н. Сепарирование в молочной промышленности / Н. Н. Липатов. - М.: Пищевая промышленность, 1971. - 400 с.
12. Парфенов, В. С. Практикум по гидравлике: учебное пособие / В. С Парфенов, А. В Яшин, С. И. Щербаков, В. Н. Стригин. - Пенза: РИО ПГСХА, 2012. - 223 с.
13. Погорелов, А. В. Геометрия: учебник для 7-11 кл. общеобразоват. учреждений. - 5-е изд. / А. В. Погорелов. - М.: Просвещение, 1995. - 383 с.
14. Торосян, Д. С. Исследование влияния способа загрузки пакета тарелок на эффективность сепарирования / Д. С. Торосян // Известия академии наук Армянской ССР. - 1983. - № 5. -С. 47-49.
15. Торосян, Д. С. Повышение эффективности сепарирования с помощью выравнивания нагрузки пакета тарелок / Д. С. Торосян // Технология и техника мясной и молочной промышленности на основе современных исследований: сборник тезисов всесоюзной научно-технической конференции. - М., 1981. - С. 78-79.
16. Холщевников, К. В. Теория и расчет авиационных лопаточных машин / К. В. Холщевников, О. Н. Емин, В. Т. Митрохин. - М.: Машиностроение, 1986. - 432 с.
637.022
PROFILING BLADES TARELKODERZHATEL CREAM SEPARATORS
A. V. Yashin, candidate of technical sciences, assistant professor;
A. V. Savvin, post graduate student
FSBEE HTP «Penza SAA», Russia, e-mail: Jashin1982@mail.ru
The article the problem is indicated by uneven filling of the disc stack cream separators. Necessity radial supply of milk in the disc stack to improve performance and quality of separation of milk into cream and skim milk. Considered one of the ways profiling blades tarelkoderzhatel cream separators one circular arc. The dependencies to determine the main design parameters of the blades tarelkoderzhatel: the radius of curvature of the blade profile, taking into account the thickness, radius of the circle that defines the set of points of the center of curvature of the blade profile, the central angle of the arc structure of the blade, the length of the blade profile.
Key words: cream separators, milk, cream, package trays, supply channels, performance, radius, angle
References:
1. Antonova, V. S. Technology of milk and dairy products: a textbook / V. S. Antonova, S. A. So-loviev, M. A. Sechina. - Orenburg: OSAU 2003. - 440 p.
2. Vygodsky, M. Ya. Handbook of higher mathematics / M. Ya. Vygodsky. - Moscow: Nauka, 1965. - 872 p.
3. Dvinsky, B. M. Milk processing on farms: problems and solutions / B. M. Dvinsky, I. G. Bu-shueva // Dairy industry. - 2007. - № 4. - P. 5-24.
4. Elin, V. I. Pumps and compressors / V. I. Elin, K. N. Soldatov, S. M. Sokolovsky. - M.: Gostop-techizdat, 1960. - 398 p.
5. The invention application number 2013109000 [electronic resource]. URL: http://www1. fips. ru/fips_servl/fips_servlet. (Date of application 24.03.2014).
6. Zuev, B. G. On the issue of developing separation and milk separators / B. G. Zuev // Dairy industry. - 2010. - № 3. - P. 55-57.
7. Ibyatov, R. I. On the approximation of the velocity of flow in the asymmetric flow in the interplate space of the separator / R. I. Ibyatov // Vestnik of Kazan State Agrarian University. - 2013. -№ 4 (30). - P. 61-64.
8. Kiselev, V. I. Pumps, compressors and fans: a textbook for stud. metal. specials. / V. I. Kise-lev. - Moscow: Metallurgy, 1961. - 400 p.
Нива Поволжья № 3 (32) 2014 87
9. Konovalov, V. V. Mechanization of technological processes in animal husbandry: textbook / V. V. Konovalov, S. I. Scherbakov, V. F. Dmitriyev. - Penza: EPD PSАА, 2006. - 275 p.
10. Krasnov, I. N. Technology and engineering in separation of milk in family farms / I. N. Krasnov, V. M. Filin, A. Yu. Krasnov. - M.: DeLee print, 2010. - 96 p.
11. Lipatov, N. N. Separation in the dairy industry / N. N. Lipatov. - M.: Food Industry, 1971. - 400 p.
12. Parfenov, V. S. Practical training on hydraulics: Tutorial / V. S. Parfenov, A. V. Yashin, S. I. Shcherbakov, V. N. Strigin. - Penza: EPD PSAA 2012. - 223 p.
13. Pogorelov, A. V. Geometry: the textbook for Grade 7-11. secondary schools - 5th ed. / A. V. Pogorelov. - M.: Education, 1995. - 383 p.
14. Torosian, D. S. Investigation of influence of ways to load the disc stack on separation efficiency / D. S. Torosian // Izvestiya of the academy of sciences of the Armenian SSR. - 1983. - № 5. - P. 47-49.
15. Torosian, D. S. Improving the efficiency of separation by using load balancing disc stack / D. S. Torosian // Technology and technics of the meat and dairy industry on the basis of modern research: a collection of abstracts of All-Union Scientific and Technical Conference. - M, 1981. - P. 78-79.
16. Holschevnikov, K. V. Theory and calculation of aviation turbomachinery / K. V. Holschevnikov, O. N. Emin, V. T. Mitrokhin. - M.: Mechanical Engineering, 1986. - 432 p.
УДК 637.022
СЕПАРАТОР-СЛИВКООТДЕЛИТЕЛЬ ДЛЯ МЕЛКОТОВАРНЫХ ХОЗЯЙСТВ
А. В. Яшин, канд. техн. наук, доцент; А. В. Саввин, аспирант ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», Россия, e-mail: Jashin1982@mail.ru
В большинстве линий первичной обработки и переработки молока применяется оборудование для механической обработки, а именно для разделения молока на фракции - сепараторы-сливкоотделители. Предложена новая конструкция сепаратора-сливкоотделителя, позволяющего при его использовании в мелкотоварных хозяйствах получить продукцию лучшего качества с возможностью увеличения производительности за счет более полного и равномерного заполнения межтарелочных пространств по высоте пакета тарелок барабана. Приведены теоретические зависимости по обоснованию основных конструктивных параметров направляющих лопастей, образующих подводящие каналы.
Ключевые слова: лопасть, молоко, обрат, пакет тарелок, подводящие каналы, производительность, сепаратор-сливкоотделитель, сливки.
Введение. Молоко - это продукт нормальной физиологической секреции молочных желез сельскохозяйственных животных, полученный от одного или нескольких животных в период лактации при одном и более доений, без каких-либо добавлений к этому продукту или извлечений каких-либо веществ из него [18]. Его используют как продукт питания, а также как сырье для производства различной молочной продукции - ряженки, творога, сливочного масла, сливок и т. д. Технологии первичной обработки и переработки молока, как сырья у предприятий различных форм собственности должны базироваться на современном перспективном оборудовании [1-4, 6, 10-11, 13-16, 17].
В последнее время все больше набирает обороты модернизация агропромышленного производства [7] ввиду нарастающей проблемы продовольственной безопасности страны [5] в целом, а также по молочной продукции из-за увеличения доли импорта и спада внутреннего производства [12].
В условиях мелкотоварных хозяйств организация и технология первичной обработки и переработки молока преследуют цель сберечь его природную ценность от момента получения после доения до поступления на переработку, поэтому качество молока как сырья во многом зависит от условия его получения и первичной обработки. В настоящее время при большом количестве мелкотоварных хозяйств с небольшим объемом производства молока широкое распространение в большинстве технологических линий для первичной обработки и переработки молока получили сепараторы-сливкоотделители малой производительности [1-4, 6, 8-11].
Результаты исследований
Анализ существующих конструкций сепараторов-сливкоотделителей [1-4, 6, 811], с учетом основных аспектов качества разделения молока на сливки и обрат [8, 9, 19], позволяет считать одним из главных направлений совершенствования данного оборудования обеспечение равномерности
