CC BY
19
УДК 631.371:621.31:637.12
РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ ДЛЯ ПРИЕМКИ И ВЫВОДА МОЛОКА ИЗ-ПОД ВАКУУМА
В.В. Кирсанов, доктор технических наук, профессор
Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства А.В. Ещин, кандидат технических наук, доцент М.Л. Большунова, аспирант
Российский государственный аграрный университет-МСХА имени К.А. Тимирязева E-mail: [email protected]
Аннотация. В данной статье рассматривается вопрос о создании для малых ферм энергосберегающих систем, которые могут осуществлять прием и вывод молока из-под вакуума. Выявлено, что при транспортировании по трубопроводам такой сложной в биохимическом отношении жидкости, как молоко, на молочный жир воздействуют различные гидравлические факторы потока - резкие спуски и крутые повороты, движение с возрастающей скоростью порций молока. Перекачивание молока вызывает изменение степени дисперсности жира - происходит диспергирование крупных шариков жира и увеличение числа средних. Степень диспергирования жира увеличивается с возрастанием гидростатического напора в линии нагнетания насоса. Поэтому предлагается использовать на молочных фермах энергосберегающую систему, главным рабочим органом которой будет являться молочный насос, который удовлетворял бы двум основным требованиям: обеспечивал высокую производительность процесса, перекачивал молоко из-под вакуума в емкость с атмосферным давлением и сохранял высокое качество молока контактирующего с внутренними поверхностями деталей насоса. Известно, что молочный центробежный насос оказывает существенное механическое воздействие на перекачиваемый продукт, большее диспергирующее действие на жировую фазу молока. Наименьшую пульсацию потока молока и возникающий гидравлический удар создает мембранный насос. Этот насос легко встраивается в систему молокопровода, транспортирует молоко с меньшими затратами электроэнергии, не деформируя при этом жировых шариков. Система работает за счет эффекта гидравлического удара, который заставляет сокращаться мембрану, благодаря чему молоко транспортируется и одновременно охлаждается до t=+4°С...+6°С Снижение механического воздействия на молоко приводит к сохранению сортности молока и повышению его конкурентоспособности на пищевом рынке.
Ключевые слова: энергосберегающая система, мембранный насос, явление гидравлического удара, вывод молока из-под вакуума.
В настоящее время одной из главных задач, стоящих перед агропромышленным комплексом, является увеличение производства конкурентоспособной продукции высокого качества путем усовершенствования технологий, перевооружения технического оборудования, снижения себестоимости продукции и повышения рентабельности животноводства [1].
В последние годы особенно заметным является необходимость оптимизации российского производства для поддержания его конкурентоспособности. Компьютеризацию и техническое переоснащение традиционно рассматривают как наиболее действенные способы повышения эффективности.
По данным Минсельхоза России объемы потребления молока населением в 2015 г. составили 26,3 млн т или 183 кг на душу населения в год. Из них 17,5 млн т (66%) производится в России, а 8,8 млн т (34%) -импортируется. Таким образом, для того, чтобы достичь требуемых объемов потребления молока на 1 человека, необходимо производить на 6,2 млн т молока больше, чем производится сегодня. Ежегодный прирост производства товарного молока должен составлять 55%.
Анализируя научные работы отечественных и зарубежных ученых в области доильного оборудования, сталкиваешься с проблемой, когда получаемое молоко не всегда
Механизация, автоматизация и машинные технологии в животноводстве
соответствует высокому качеству, несмотря на достаточно высокий технический уровень современных фермских молочных линий. Одной из причин снижения качества молока, а тем самым его сортности, является механическое воздействие на жировые шарики молока со стороны внутренних поверхностей деталей молочной линии [3]. В результате деформации жировых шариков молока и повреждения их оболочек образуются масляные зерна и комки жира, которые оседают на поверхностях молокопровода, фильтре и при промывке системы безвозвратно удаляются.
Изучение процесса движения молока выявило, что рабочее колесо центробежного насоса оказывает наибольшее механическое воздействие на жировые частицы (рис. 1). Это объясняется тем, что увеличивается поверхность, с которой контактирует молоко, ярко выражен неустановившийся режим движения молоковоздушной смеси, большие скорости движения молока, гидромеханические удары. Для снижения потерь молочного жира, более «щадящей» приемки и транспортировки молока, необ- Ммомйоэаишная «кь ходимо или оптимизировать профиль лопастей ра бочего колеса насоса, ил заменить центробежный н сос на другой вид насоса.
В связи со сложивше1 тяжелой ситуацией в обла молочной промышленное проблем повышения качес портозамещения будет явл: новых энергосберегающи? технических средств, что шение конкурентоспособности агропроиз-водства и впоследствии снизит цены на сырье. На фермах с небольшими объемами производства молока можно использовать энергосберегающие системы, которые преобразуют кинетическую энергию воды в потенциальную. Эти системы смогут обеспечить прием, транспортировку и вывод молока из-под вакуума (рис. 2). Основным рабочим органом у них будет являться мембранный насос, который работает за счет эффекта гидравлического удара.
а)
- _> * •• - -L.tr- *'С
б)
Рис. 1. Влияние доильного оборудования на молекулы молока: а) молекула молока на входе в доильную установку; б) молекула молока на выходе из доильной установки
Холодильная машина
Тснк-охладитель
Рис. 2. Схема энергосберегающей системы:
1 - воздушный колпак; 2 - нагнетательный клапан;
3 - упругая мембрана; 4, 5, 6 - обратный клапан;
7 - подающий молокопровод; 8 - приемная камера;
9 - вакуумный насос; 10 - датчик уровня молока;
11 - вакуумметр; 12 - кран
Как и любой насос объемного действия, мембранный насос имеет рабочую камеру, изменение объема которой обеспечивает процесс перекачивания. Ее объем заключен между подвижной мембраной и неподвижным корпусом.
Journal of VNHMZH №3(19)-2015
49
Входные и выходные каналы рабочей камеры закрыты обратными клапанами, предотвращающими обратное перетекание жидкости. Диафрагма жестко соединена с корпусом, что исключает любые протечки, чем обеспечивается высокая герметичность.
Испытания, проведенные в лаборатории энергосберегающей системы (рис. 3), показали неплохие результаты. При небольшом давлении 30 кПа расход молока составил 24 л/ч. При увеличении рабочей камеры и диаметра мембраны с 20 до 70 мм производительность системы возросла до 70-80 л/ч.
Рис. 3. Эксперимент в лаборатории
Во время работы энергосберегающей системы молоко поднялось на высоту более 3,5 м, что, в свою очередь, позволит транспортировать его через кормовой проход или въездные ворота.
Было замечено, что режим перекачивания молока более «щадящий», чем при использовании центробежного насоса - ход мембраны составил 19 вибраций в минуту.
В настоящее время ведутся эксперименты по использованию энергосберегающей системы при выводе молока из-под вакуума. Этот вопрос является актуальным для кре-стьянско-фермерских хозяйств на 50, 25 голов. Результаты исследований помогут создать энергоэффективное техническое решение, реализация которого обеспечит экономический, социальный и экологический эффекты в области молочного производства.
Литература:
1. Механизация и технология животноводства / Кирсанов В.В. и др. М., 2007. 584 с.
2. Коваленко В.П., Петренко И.М. Механизация молочных ферм. Краснодар, 2013. 348 с.
3. Колпаков А.В. Совершенствование процесса перекачивания молока насосом доильной установки: дис. к. т. н. Оренбург, 2008. 215 с.
4. Цой Ю.А. Процессы и оборудование доильно-мо-лочных отделений животноводческих ферм. М., 2010.
Literatura:
1. Mekhanizaciya i tekhnologiya zhivotnovodstva / Kirsanov V.V. i dr. M., 2007. 584 s.
2. Kovalenko V.P., Petrenko I.M. Mekhanizaciya moloch-nyh ferm. Krasnodar, 2013. 348 s.
3. KolpakovA.V. Sovershenstvovanie processa perekachi-vaniya moloka nasosom doil'noj ustanovki: dis. k. t. n. Orenburg, 2008. 215 s.
4. Coj YU.A. Processy i oborudovanie doil'no-molochnyh otdelenij zhivotnovodcheskih ferm. M., 2010.
ENERGYSAVING SYSTEM FOR MILK ACCEPTANCE AND WITHDRAW FROM-UNDER THE VACUUM DEVELOPMENT V.V. Kirsanov, doctor of technical sciences, professor FGBNY VIESH
A.V. Eshchin, candidate of technical sciences, associate professor
M.L. Bolshynova, post graduate student
FGBOU VO RGAU-MSHA named after K.A. Timiryazev
Abstract. This article examines the issue of energy-efficient systems for small farms that can acceptance and withdraw of milk from-under the vacuum's creation. It is clarified that during the pipeline's transportation of such a complex biochemically fluid, as milk, milk fat is exposed to different hydraulic factors of fluid - steep descents and turns, the movement with milk portion's increasing speed. Milk pumping causes a change in the milk fat dispersion degree - large globules of milk fat dispersing and the number of average ones increasing. Milk fat dispersion degree increases in according to hydrostatic pressure in pump line discharge's raising. Therefore it is proposed to use energy saving system on dairy farms, the main working body of which will be a milk pump that would two main requirements satisfy: a high process productivity to ensure, milk from - under vacuum in container a with atmospheric pressure to pump, and high quality of milk contacting with the interior parts of the pump to keep. It is known that milk centrifugal pump has a significant mechanical influence on the pumped product, so as large dispersive effect on the milk fat phase. The lowest milk flow pulsation and appearing hydraulic shock are created by the membrane pump. This pump can be easily integrated into the milkpipe's system, transport the milk with less electro power, that is not deforming the fat globules. The system works due to the hydraulic shock's effect, which forces the membrane to reduce, thereby the milk is transported and simultaneously cooled till t=+4°C to+6°C. The milk mechanical stress's reducing leads to the milk quality preservation and its competitiveness in the food market increase. Keywords: energy saving system, membrane pump, hydraulic shock's phenomenon, the milk with draw from-under the vacuum.
