CC BY
2
УДК 637.03 DOI 10.51794/27132064-2022-2-76
РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА ПРОМЫВКИ
МОЛОКОПРОВОДА
М.С. Соловьев, преподаватель А.А. Герасимова, студент А.Ю. Григорьев, магистрант
ФГБОУ ВО Великолукская государственная сельскохозяйственная академия E-mail: olga-gerasimova311@rambler.ru
Аннотация. Молочная отрасль является приоритетным направлением государственной программы развития сельского хозяйства, целью которой является повышение доли молока высшего, первого и второго сортов к общему объему продукции переработки, увеличение объемов производства молока. Поэтому исследования по разработке и внедрению техники нового поколения с использованием физических факторов, обеспечивающих снижение энергетических затрат, повышение производства высококачественного и конкурентоспособного продукта, пользующегося потребительским спросом на рынке, является актуальным. Одним из важных направлений интенсивного развития является совершенствование технологии повышения качества молока и его сохранность в пути от производителя до потребителя или при его реализации. После получения молока в процессе дойки необходимо обеспечить сохранение его уникальных свойств, минимальное обсеменение микрофлорой. Во время движения молока происходит его бактериальное обсеменение, которое требует разработки и использования эффективных средств удаления загрязнений, в особенности - в трудных местах, какими являются молокопроводы. Снижения расхода воды и моющих средств можно достигнуть выполнением промывки молочного оборудования с применением устройств механической очистки. Упругие пробки, которые применяются в настоящее время, обладают рядом недостатков. Разрабатываемое устройство для промывки молокопроводов имеет поверхности для механической очистки, а также форсунки для мойки под давлением и создания вращательного дви-женияустройства очистки, что повышает его эффективность.
Ключевые слова: давление, молоко, первичная обработка, промывка, технология, трубопровод.
Введение. Процесс очистки оборудования весьма энергозатратен, требует специального оборудования и системы его централизованного обслуживания. Самое важное при этом то, что в процессе очистки бактериальная загрязненность не устраняется полностью, бактерии не погибают, а дожидаются комфортных температурных условий, при этом отдельные виды, мезофильные, при температуре 10оС способны размножаться. При технологической необходимости роста температуры начинается интенсивное развитие бактерий [1]. Таким образом, необходимы специальные методы и технические средства, направленные на снижение бактериальной обсемененности, от чего в основном зависит качество продукта.
Очистка молочного оборудования производится после каждого цикла доения и осуществляется промывкой молокопровода с
применением дезинфицирующих средств. Основной проблемой очистки является удаление молочного камня, представляющего собой смесь жира, белка и минеральных веществ. Он образуется на внутренних поверхностях молочного оборудования в виде налета белого цвета. Эффективность применяемых для промывки методов зависит от интенсивности и вида движения моющего раствора, а также от его качества, концентрации и температуры. Процесс мойки молокопро-вода и молочного оборудования включает в себя следующие факторы процесса мойки: гидромеханический фактор, температурный диапазон, применение пыжей-очистителей для удаления остатков молока и моющего раствора. Повышение качества промывки достигается применением упругих пробок, движение которых осуществляется за счет перепада давления в молокопроводе.
Совершенствование средств промывки молочного оборудования и молокопроводов позволяет повысить качество получаемого молока. Применение устройств механической очистки при промывке молочного оборудования снижает расход воды и моющих средств. Применяемые в настоящее время для мойки упругие пробки обладают рядом недостатков. Например, удаление белково-жировых отложений со стенок молокопрово-да происходит за 5-6 проходов, что занимает длительное время и приводит к быстрому износу материала пробки. В разрабатываемом устройстве для промывки молокопрово-дов имеются поверхности для механической очистки, а также форсунки для мойки под давлением и создания вращательного движения устройства очистки, тем самым повышается его эффективность. Применяя данное устройство, можно снизить отложение молочного камня на внутренней поверхности
молокопровода, таким образом снизятся затраты на мойку и шанс повредить молочный фильтр.
Материалы и методы. Лабораторная установка для проведения экспериментов собрана на базе доильной установки УДМ-200 [5]. Для этого использовались фрагменты молокопроводов стеклянные и из нержавеющей стали диаметром 52 мм с тремя съемными фрагментами-вставками по 300 мм. Схема лабораторной установки представлена на рисунке 1.
В экспериментальной лаборатории было создано три молокопровода различного диаметра и материала изготовления. Для рабочей жидкости принята бочка емкостью 0,1 м3, в которой имелась возможность изменения температурного режима с помощью нагревательного элемента; контроль за изменением температурного режима осуществлялся посредством датчика температуры.
Слиб б канализацию Рис. 1. Схема лабораторной установки
Для проведения исследований было разработано несколько вариантов устройств для промывки молокопроводов [3]. Последний вариант предлагаемого устройства приведен на рисунке 2. Устройство вставляется в разъем вакуумированной ветви линии молоко-провода главного вакуумрегулятора как начального этапа очистки, отверстие разъема оставляется открытым. Молокопровод с устройством находится под действием вакуума
при запертом заглушкой 5 отверстии в задней стенке устройства. Вакуум при отсутствии заглушки 5 в средней части обеспечивает движение устройства с вращением корпуса 4 и упругой вставкой 9 посредством сопел 6 реактивного действия на корпусе с одновременной очисткой поверхности и удалением отложений и их перемещением по винтовым канавкам упругой вставки 9 на поверхность корпуса 4.
то б
Рис. 2. Схема устройства для промывки молокопровода [3]: 1 - молокопровод, 2 - заглушка стационарная, 3 - дренажное отверстие, 4 - корпус, 5 - заглушка передвижная с дренажным отверстием,
6 - сопла левые реактивного действия вакуумной струи, 7 - щелевые отверстия, 8 - стопорное кольцо
пружинное внутренней вставки, 9 - очищающая упругая вставка-уплотнитель с винтовыми канавками с тугой посадкой, 10 - соединение резьбовое, 11 - отверстия под ключ
Молокопровод подходит к групповому счетчику молока как конечному этапу очистки ветви, имеющей поворот под прямым углом, в результате на скорости происходит блокирование устройства. При блокировании устройства заглушка 5 по инерции перемещается по ходу движения влево до упора в стопорное кольцо 8, при этом открывается отверстие в задней стенке и вручную перекрывается отверстие разъема. Посредством левых и правых сопл 6 реактивного действия вакуумных струй вращается корпус 4 и, соответственно, очищающая ребристая упругая вставка-уплотнитель 9 с винтовыми канавками посредством левых и правых сопл реактивного действия вакуумных струй. Вращение корпуса и очищающей упругой вставки-уплотнителя с винтовыми канавками повышает эффективность очистки. Отложения по винтовым канавкам перемещаются в безопасную зону на поверхности корпуса 4.
После завершения двукратного прохода устройства очистки осуществляется завершающая промывка потоком промывочной жидкости, благодаря которой удаляются остатки бактериальных загрязнений, и система готова к дальнейшей эксплуатации.
Целью выполняемых экспериментальных исследований было определение основных параметров технологического процесса промывки доильного оборудования, таких, как температура рабочей жидкости, требуемое количество моющего раствора, и рабочих параметров разработанного устройства промывки: необходимое количество сопел, их диаметр и материал для изготовления самого устройства. Температура рабочей жидкости изменялась от 35°С до 75°С, нижняя граница была установлена по температуре парного молока, так как рабочая гипотеза состояла в том, что при более высокой температуре молочный жир, налипший на стенках молокопровода, при температуре 75°С просто заваривается и не отмывается. Для снятия заданных температурных характеристик был предусмотрен датчик сопротивления и микропроцессорный двухканаль-ный измеритель 2ТРМО 5 [2]. Датчик измерял температуру рабочей жидкости.
В процессе работы водокольцевого вакуумного насоса производились замеры мощности, затрачиваемой электродвигателем, вакуумметрического давления, температуры рабочей жидкости, частоты питающей сети. Процесс исследования состоит из двух этапов. Сначала мы наливаем в бак имитатор молока, подогреваем его с помощью ТЭНа и насосом прогоняем по молокопроводу, тем самым загрязняя его. Второй этап - очистка. Сливаем имитатор молока и заливаем в бак моющий раствор. Нагреваем его до нужной температуры и запускаем насос, начиная процесс очистки. Количество протекающего моющего раствора контролируется расходомером, а температура - датчиком температуры. Далее перекрываем кран и запускаем вакуум-насос. Создавшееся разряжение прогоняет экспериментальное устройство очистки по трубе, там самым очищая ее. Проводим измерение чистоты поверхности и повторяем эксперимент. Датчик уровня необходим для автоматического отключения насоса в случае, если уровень жидкости в баке снизится до минимума. Величина вакуума контроли-
руется по манометру и регулируется с помощью частотного привода. Фото экспериментальной установки представлено на рисунке 3. В щите управления насосом установлен автоматический выключатель, магнитный пускатель для запуска насоса, регулятор температуры. Для анализа энергетической эффективности технологии промывки моло-
копровода необходимо определить сумму энергозатрат Э/, МДж, которые выражены в сопоставимых единицах:
Э/ = Эт + Эж + Эм, (1)
где Эт - прямые и овеществленные затраты энергии топлива; Эж - затраты энергии живого труда; Эм - затраты энергии на ремонт и обслуживание средств механизации.
Рис. 3. Экспериментальная установка
Прямые и овеществленные затраты энергии топлива и электрической энергии, МДж:
Эт = !{=! аЭ1 • QЭi (2)
где аЭ1 - энергетический эквивалент 1 кВтч электрической энергии, оз/ = 3,6 МДж [4]; Qэi - расход электрической энергии при выполнении 1-й технологической операции, кВтч; N - количество технологических операций в данной технологии.
Затраты энергии живого труда, МДж:
Э = У^
^ж _ ¿-11=1
W3i
(3)
где Лор; - число основных рабочих различной квалификации, выполняющих г-ю технологическую операцию, чел.; дърг - энергетический эквивалент затрат 1 чел-ч живого труда, аорг = 1,9 МДж [4]; 1Уэ/ - эксплуатационная производительность оборудования при выполнении г-й технологической операции, гол/ч, т/ч.
Затраты энергии на ремонт и техническое обслуживание, МДж:
Э = (См + CTi)/Ti)/W3i, (4)
где N - количество машин, шт.; mt - масса рабочей машины, кг; amt - энергоемкость единицы массы машины при выполнении t-й технологической операции, МДж/кг; Ca -норма амортизационных отчислений рабочей машины, 14% [7]; Crt - нормы отчислений на техническое обслуживание и текущий ремонт машины, 16%; Tt - сезонная загрузка машин и оборудования, ч.
З а основ ной кр итерий оценки технологий промывки молока принят коэффициент энергетической эффективности Кэф.пр, который характеризует затраты энергии на выполнение единицы механизированных работ или производственного процесса получения единицы продукции. При сравнительной оценке технологий удельные энергозатраты определяют по новому (E^ и базовому (Еб) вариантам. Отношение удельных энергозатрат (в том числе дифференцированно по их состав-
"opt •"opt
ляющим) по новой технологии к этим же затратам по базовой технологии является критерием их энергетической эффективности Кэф.пр:
Кэф.пр _ Ен/Еб- (5)
При снижении удельных энергозатрат имеем Кэф.пр < 1, а при увеличении Кэф.пр > 1.
Выводы. Снижения расхода воды и моющих средств можно достигнуть выполнением промывки молочного оборудования с применением устройств механической очистки. На основании полученного патента на полезную модель была разработана и сконструирована экспериментальная установка для промывки молокопровода с целью определения рациональных параметров и режимов работы системы промывки доильной аппаратуры. Для данной установки на основании методики проведения трехфакторного эксперимента были подобраны необходимые приборы и места их установки. Разрабатываемое устройство для промывки молокопро-водов имеет поверхности для механической очистки, а также форсунки для мойки под давлением и создания вращательного движения устройства очистки, что повышает его эффективность.
Литература:
1. Герасимова О.А. Первичная обработка молока на пастбищных комплексах // Вестник Бурятской ГСХА. 2015. № 3. С. 100-105.
2. Иванова Г.М., Кузнецов Н.Д., Чистяков В.С. Теплотехнические измерения и приборы. М., 2007. 460 с.
3. Пат. 209456 РФ. Устройство для очистки внутренней поверхности молокопровода / Герасимова О.А. и др. Заяв. 05.02.21; Опубл. 16.03.22.
4. Карпов В.Н. Введение в энергосбережение. СПб.: СПбГАУ, 1999. 73 с.
5. Морозов Н.М. Программа и методика проведения исследований по разработке систем машин для комплексной механизации животноводства. М., 1999. 228 с.
6. Единые нормы амортизационных отчислений. М.: Инфра-М, 2001. 130 с.
Literatura:
1. Gerasimova O.A. Pervichnaya obrabotka moloka na pastbishchnyh kompleksah // Vestnik Buryatskoj GSKHA. 2015. № 3. S. 100-105.
2. Ivanova G.M., Kuznecov N.D., CHistyakov V.S. Tep-lotekhnicheskie izmereniya i pribory. M., 2007. 460 s.
3. Pat. 209456 RF. Ustrojstvo dlya ochistki vnutrennej poverhnosti molokoprovoda / Gerasimova O.A. i dr. Za-yav. 05.02.21; 0publ.16.03.22.
4. Karpov V.N. Vvedenie v energosberezhenie. SPb.: SPbGAU, 1999. 73 s.
5. Morozov N.M. Programma i metodika provedeniya is-sledovanij po razrabotke sistem mashin dlya kompleksnoj mekhanizacii zhivotnovodstva. M., 1999. 228 s.
6. Edinye normy amortizacionnyh otchislenij. M.: Infra-M, 2001. 130 s.
DEVELOPMENT OF A LABORATORY INSTALLATION FOR THE MILK-PIPE LINE DEVICE'S OPERATION
STUDY
M.S. Soloviev, teacher
A.A. Gerasimova, student
A.Y. Grigoriev, undergraduate
FGBOU VO Velikiye Luki State Agricultural Academy
Abstract. The dairy industry is a priority area of the agriculture development state program, the purpose of which is the share of milk as the highest, first and second grades only to the total volume of processed products improving, milk production increasing. Therefore, new generation technology's development and implementation research by physical factors using that energy costs reducing, high-quality and competitive product's produce increasing in market's consumer demand is relevant. One of the important directions of intensive development is the milk quality's technology and its safety on the way from the producer to consumer or during its implementation improving. After milk during cows' milking receiving, it is necessary its unique properties preservation ensuring, minimal by microflora contaminating. During the milk movement, its bacterial contamination occurs, that the development requires and of effective means of removing contaminants, especially in difficult places, such as milk pipelines using. The water consumption and detergents reducing can be achieved by dairy equipment flushing and mechanical devices cleaning. Elastic plugs, which are currently used, have a number of disadvantages. The washing milk pipelines' developed device has surfaces for mechanical cleaning, as well as nozzles for pressure washing and rotational movement of the cleaning device creating, which its efficiency increasing. Keywords: pressure, milk, primary treatment, flushing, technology, pipeline.
