CC BY
25
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: [email protected]
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
Рис. 1. Барабан сепаратора-сливкоотделителя: 1 - прорезь; 2 - канал подводящий; 3,4 - пластинчатая направляющая; 5, 6 - отверстия отвода обезжиренного молока и сливок; 7 - крышка; 8 - трубка центральная; 9 - пакет тарелок; 10 - тарелкодержатель полый; 11 - днище
загрузки межтарелочных пространств по высоте пакета тарелок барабана. Это позволит повысить качество получаемого продукта, а также производительность.
Для решения поставленной научно-технической проблемы предложена следующая конструкция сепаратора-сливкоотделителя [6]. На вертикальном валу привода (рис. 1) установлен барабан, включающий крышку 7, центральную трубку 8 с днищем 11, на котором со съемным пакетом тарелок 9 размещен полый тарелко-держатель 10, имеющий в вертикальной стенке по высоте пакета тарелок 9 прямоугольные отверстия 12, переходящие в пластинчатые направляющие 3 и 4, которые образуют подводящие каналы 2. Каждая тарелка 9, установленная на тарелко-держателе 10, имеет прорези 1 по числу подводящих каналов 2 тарелкодержателя 10. Пластинчатые направляющие 3 и 4 та-релкодержателя 10 выполнены расширяющимися к периферии и расположены
по дуге окружности противоположно направлению вращения барабана так, что углы а и а2 (рис. 2), образованные вектором относительной скорости иг частицы молока и обратным направлением вектора переносной скорости ие, составляют на входе +10°...+50° и на выходе -20°...+20°.
Радиус конца дуги окружности направляющей определяется по формуле:
г=а±гн, (1)
где г - внутренний радиус тарелкодержа-теля или радиус начала дуги окружности пластинчатой направляющей; г2 - радиус конца дуги окружности направляющей; а -величина, определяемая производительностью сепаратора; гн - радиус расположения нейтрального слоя.
Знак «+» в формуле (1) берется для радиуса г2 пластинчатых направляющих 4, расположенных вперед по направлению
Нива Поволжья № 3 (32) 2014 89
Рис. 2. Разрез А-А барабана сепаратора-сливкоотделителя по рис. 1: 1 - прорезь; 2 - канал подводящий; 3,4 - пластинчатая направляющая;
7 - крышка; 8 - трубка центральная; 9 - пакет тарелок;10 - тарелкодержатель полый; 11 - днище; 12 - отверстие прямоугольное; ur - вектор относительной скорости частицы молока; ue - вектор переносной скорости частицы молока; а1 и а2 - углы, образованные вектором относительной скорости ur частицы молока и обратным направлением вектора
переносной скорости ue; rmax - максимальный радиус тарелки; r0 - радиус расположения свободной поверхности молока в центральной трубке днища барабана; r - внутренний радиус тарелкодержателя, или радиус начала дуги окружности пластинчатой направляющей; r2 - радиус конца дуги окружности направляющей; гн - радиус расположения нейтрального слоя
вращения барабана, а знак «-» для радиуса г следующих за ними пластинчатых направляющих 3.
Радиус расположения нейтрального слоя определяется по формуле [3, 10]:
-C.r 2 +r 2 x ^ '0 T'o
(2)
где С - объемная доля сливок в молоке; гтах - максимальный радиус тарелки; г0 -радиус расположения свободной поверхности молока в центральной трубке днища барабана.
Сепаратор-сливкоотделитель работает следующим образом. При вращении вала привода вращающий момент передается барабану. При достижении им номинальных оборотов подается молоко, которое
проходит по центральной трубке 8 барабана и попадает в прямоугольные отверстия 12. Затем, пройдя по подводящим каналам 2 между пластинчатыми направляющими 3 и 4, равномерно распределяется в межтарелочном пространстве по высоте пакета тарелок 9, где разделяется на сливки и обезжиренное молоко.
Разделение молока на фракции начинается уже при прохождении по подводящим каналам 2, причем жировые шарики, как более легкая фракция, располагаются ближе к пластинчатым направляющим 4 и на выходе с них, так как за ними образуется разрежение, стремятся по внешней поверхности образующей тарелки 9 к оси барабана. Обезжиренное молоко и более мелкие жировые шарики располагаются
под действием центробежной силы ближе к пластинчатым направляющим 3 и при сходе с них растекаются по межтарелочному конически расширяющемуся зазору пакета тарелок 9, откуда обезжиренное молоко отходит к периферии барабана, а более мелкие жировые шарики вытесняются к оси барабана. Затем обезжиренное молоко и сливки выводятся из барабана через соответствующие отверстия 5 и 6.
Вывод. Разработанная конструкция сепаратора-сливкоотделителя позволит обеспечить мелкотоварные хозяйства востребованным оборудованием. При этом равномерное распределение молока в межтарелочных пространствах по высоте пакета тарелок барабана позволит повысить производительность не менее чем на 5.10 % при незначительном увеличении потребной мощности на привод - менее 5 %. Кроме того, выполнение подводящих ка-
налов по дуге окружности и по направлению вращения барабана расширяющимися к периферии, в совокупности с равномерной загрузкой пакета тарелок барабана, способствует уменьшению потерь молочного жира - менее 0,05 %, а процентное соотношение количества жировых шариков по их размерным группам в анализируемых пробах до и после сепарирования практически не изменяется, т. е. механическое воздействие на обрабатываемый продукт снижается и не приводит к агрегации и гомогенизации. Так, например, использование полученных сливок жирностью 35.40 % (после соответствующей их технологической обработки) для производства сливочного масла методом сбивания позволит увеличить степень использования молочного жира свыше 99,6 % и увеличить выход сливочного масла до 60 %.
Литература
1. Антонова, В. С. Технология молока и молочных продуктов / В. С. Антонова, С. А. Соловьев, М. А. Сечина. - Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 2003. - 440 с.
2. Бредихин, С. А. Технология и техника переработки молока / С. А. Бредихин, Ю. В. Космодемьянский, В. Н. Юрин. - М.: Колос, 2003. - 400 с.
3. Бремер, Г. И. Жидкостные сепараторы / Г. И. Бремер. - М.: Изд-во машиностроительной литературы, 1957. - 244 с.
4. Вагин, Б. И. Лабораторный практикум по механизации и технологии животноводства: учебное пособие / Б. И. Вагин, А. И. Чугунов, Ю. А. Мирзоянц и др. - Великие Луки: ГУП «Великолукская городская типография», 2003. - 534 с.
5. Винничек, Л. Б. К вопросу о проблеме продовольственной безопасности / Л. Б. Винничек, А. Г. Папцов, Е. В. Фудина // Нива Поволжья. - 2013. - № 3. - С. 61-64.
6. Заявка на изобретение № 2013109000 [Электронный ресурс]. ики http://www1. Аре. ги/Арз_8е™!/Ар8_8е™И. (Дата обращения 24.03.2014).
7. Зимняков, В. М. Модернизация агропромышленного производства: проблемы и механизмы / В. М. Зимняков, А. Ю. Сергеев // Нива Поволжья. - 2012. - № 4. - С. 101-104.
8. Зуев, Б. Г. К вопросу развития сепарирования и сепараторов для молока / Б. Г. Зуев // Молочная промышленность. - 2010. - № 3. - С. 55-57.
9. Ибятов, Р. И. Об аппроксимации скорости асимметричного потока в межтарелочном пространстве сепаратора / Р. И. Ибятов // Вестник Казанского ГАУ. - 2013. - № 4. - С. 61-64.
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.: ДеЛи принт, 2010. - 96 с.
11. Липатов, Н. Н. Молокоочистители / Н. Н. Липатов. - М.: Изд-во машиностроительной литературы, 1963. - 168 с.
12. Отраслевая целевая программа Министерства сельского хозяйства РФ от 12 октября 2010 г. № 349 «Развитие маслоделия и сыроделия России на 2011-2013 годы». - 70 с.
13. Парфенов, В. С. Новое в механизации производства сливочного масла для малых сельскохозяйственных товаропроизводителей / В. С. Парфенов, А. В. Яшин, В. Н. Стригин // Нива Поволжья. - 2010. - № 2(15). - С. 70-73.
14. Парфенов, В. С. Маслоизготовитель для фермерских хозяйств / В. С. Парфенов, А. В. Яшин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2007. - № 3. - С. 18.
15. Пат. 2366166 РФ, МКП А 01 и 15/00. Устройство для получения сливочного масла / А. В. Яшин, В. С. Парфенов, В. Н. Стригин. - № 2008113909/13; заявл. 08.04.2008; опубл. 10.09.2009, Бюл. № 25.
16. Романков, П. Г. Жидкостные сепараторы / П. Г. Романков, С. А. Плюшкин. - Л.: Машиностроение, 1976. - 336 с.
17. Стригин, В. Н. Разработка изготовителя масла периодического действия для фермерских хозяйств / В. Н. Стригин, В. С. Парфенов, А. В. Яшин, С. В. Стригин // Техника в сельском хозяйстве. - 2010. - № 1. - С. 8-10.
18. ФЗ от 12 июня 2008 г. № 88-ФЗ «Технический регламент на молоко и молочную продукцию». - 98 с.
Нива Поволжья № 3 (32) 2014 91
UDK 637.022
CREAM-SEPARATOR FOR SMALL-SCALE FARMS
A.V. Yashin, candidate of technical sciences, assistant professor;
A.V. Savvin, post graduate student
FSBEE HPT «Penza SAA», Russia, e-mail: [email protected]
In most lines of primary processing and processing of milk the equipment for mechanical processing, namely for separation of milk into fractions - cream-separators are used. The article deals with a new design of cream-separator, which enable to produce the best quality products in small-scale farms, and there is possibility of raising productivity due to more complete and uniform filling inter-plate spaces on height of the package plates drum. The article shows the theoretical dependences on substantiation of the basic design effective parameters of guide blades, forming an inlet channels.
Key words: the blade, milk, milk products, package of plates, delivering channels, productivity, cream-separator, cream.
References:
1. Antonova, V. S. Technology of milk and dairy products / V. S. Antonova, S. A. Solovjev, M. A. Sechina. - Orenburg: Publishing center OSAU, 2003. - 440 p.
2. Bredikhin, S. A. Technology and methods of milk processing / S. A. Bredikhin, Yu.V. Kos-modemyansky, V. N. Yurin. - M: Kolos, 2003. - 400 p.
3. Bremer, G. I. Liquid separators / G. I. Bremer. - M: Publishing house of the engineering literature, 1957. - 244 p.
4. Vagin, B. I. Laboratory practice of mechanization and technology of animal husbandry: textbook / B. I. Vagin, A. I. Chugunov, Yu. A. Mirzoyants et.al. - Velikie Luki: GUP "Velikie Luki gorodskaya tipog-paphiya ", 2003. - 534 p.
5. Vinnichek, L. B. To the question about the problem of food security / L. B. Vinnichek, A.G. Poptsov, Ye.V. Fudina // Niva Povolzhya. - 2013. - № 3. - P. 61-64.
6. The application for the invention № 2013109000 [Electronic resource]. URL: http://www1. fips. ru/fips_servl/fips_servlet. (Date of application 24.03.2014).
7. Zimnyakov, V. M. Modernization of agro-industrial production: problems and mechanisms / V. M. Zimnyakov, A. Yu. Sergeyev // Niva Povolzhya. - 2012. - № 4. - P. 101-104.
8. Zuyev, B.G. To the question of the development of separation and separators for milk / B.G. Zuyev // Milk industry. - 2010. - № 3. - P. 55-57.
9. Ibyatov, R. I. On approximation of the velocity of asymmetric flow in inter-plate space separator / R. I. Ibyatov // Vestnik of Kazan SAU. - 2013. - № 4. - P. 61-64.
10. Krasnov, I. N. Technology and technique of separation of milk on small-scale and family farms / I. N. Krasnov, V. M. Filin, A. Yu. Krasnova. - M: DeLi print, 2010. - 96 p.
11. Lipatov, N. N. Milk-cleaners / N. N. Lipatov. - M: Publishing house of the engineering literature, 1963. - 168 p.
12. The branch target program of the Ministry of agriculture of the Russian Federation of 12 October 2010 № 349 "Development of butter and cheese production in Russia in 2011-2013." - 70 p.
13. Parfyonov, V. S. New in mechanization of production of butter for small-scale agricultural producers / V. S. Parfyonov, A.V. Yashin, V. N. Strigin // Niva Povolzhya. - 2010. - № 2(15). - P. 70-73.
14. Parfyonov, V. S. Butter-maker for farms / V. S. Parfyonov, A.V. Yashin // Mechanization and electrification of agriculture. - 2007. - № 3. - 18 p.
15. Pat. 2366166 of the Russian Federation, the ITUC And 01J 15/00. Device for making butter / A.V. Yashin, V. S. Parfyonov, V. N. Strigin. - No 2008113909/13; Appl. 08.04.2008, publ. 10.09.2009, bul. № 25.
16. Romankov, P.G. Liquid separators / P. G. Romankov, S. A. Plyushkin. - Leningrad: Mashinos-troeniye, 1976. - 336 p.
17. Strigin, V. N. Development of the butter-maker of periodic action for farms / V. N. Strigin, V. S. Parfyonov, A.V. Yashin, S.V. Strigin // Tekhnika v selskom khozyaistve. - 2010. - № 1. - P. 8-10.
18.Federal Law of June 12, 2008, № 88-FZ "Technical regulations on milk and dairy products". -98 p.
