Эксплуатация сепараторов и гидравлических машин на предприятиях АПК (стр. 3 )

а)

б)

Рисунок 1.8 - Сепаратор - бактофуга ОСЦБ-10 (а) и сепаратор Г9-КОВ

1.2 БЫТОВЫЕ СЕПАРАТОРЫ ДЛЯ ЛИЧНЫХ ПОДСОБНЫХ

И ФЕРМЕРСКИХ ХОЗЯЙСТВ

На данный момент самыми востребованными устройствами являются бытовые сепараторы, которые используются в домашних хозяйствах для переработки небольших объемов продукции. На рынке существует достаточно много моделей сепараторов преимущественно отечественных производителей (на западе просто нет такого рыночного сегмента, как устройства для домашнего приготовления вторичных молочных продуктов).

В настоящее время в личных подсобных и фермерских хозяйствах России с поголовьем от 1 до 5 коров бытовой сепаратор-сливкоотделитель является основным средством для переработки молока. Однако широко применяемый в бытовой технике коллекторный электродвигатель не позволяет обеспечить достаточную надежность и долговечность. Время непрерывной работы сепаратора с коллекторным электродвигателем ограничено 30...40 минутами, так как при работе коллекторный электродвигатель сильно нагревается, и требуется время для его остывания. При заклинивании вала такой электродвигатель сгорает менее чем через 30 секунд. Поэтому электропривод с коллекторным электродвигателем достаточно часто выходит из строя.

В стране ежегодно изготавливается около 150 тысяч бытовых сепараторов-сливкоотделителей. Причем в большинстве из них наиболее слабым звеном является морально устаревший электродвигатель коллекторного типа. Отказы составляют до 30%, в основном, из-за снижения напряжения в сети до 200 вольт и менее, что в сельских районах не редкость. Сепаратор на базе коллекторного двигателя перестает выполнять свою основную функцию – обеспечивать скорость, требуемую для разделения молока на сливки и обрат.

Однако в настоящее время основой широкого внедрения на современном рынке интеллектуальных электроприводов для бытовых сепараторов-сливкоотделителей становятся базовые модели индукторного двигателя с электронным управлением.

Быстрое развитие индустрии производства электронных компонентов в последнее десятилетие дало мощный импульс разработкам в области регулируемых электроприводов. Объединение современных возможностей микропроцессорного управления, силовой электроники на основе ЮВТ-транзисторов и новой конструкции электродвигателя индукторного типа позволило создать концептуально новый электропривод, превосходящий традиционный коллекторный по целому ряду показателей:

– энергосбережение – потребляемая мощность в 1 ,5 раза меньше;

– экономия цветных металлов – содержание меди в 10 раз меньше;

– надежность – рабочий ресурс, как минимум, в 10 раз больше;

– время непрерывной работы – не ограничено (у коллекторного не более 30 минут);

– способен стабильно работать при значительных отклонениях напряжения питающей сети от 150 В до 242 В;

– экологичность – отсутствует щеточная пыль.

В настоящее время направление по исследованию и созданию индукторных электроприводов во всех технически развитых странах, в том числе и в России, интенсивно развивается. Оказалось, что электронные преобразователи наилучшим образом сочетаются с двигателями индукторного типа. По энергетической эффективности и регулировочным свойствам индукторные электродвигатели существенно лучше, чем получившие широкое распространение в пищевой промышленности частотно-регулируемые асинхронные.

Основные потребители электроприводов для сепаратора: «ИРИД» (г. Новочеркасск); ОАО «Пензмаш» (г. Пенза); ФГУП ПО «Полет» (г. Омск); машзавод Смычка» (г. Плавск).

В настоящее время малогабаритные молочные сепараторы в России производят как предприятия бывшей отрасли тракторного и сельскохозяйственного машиностроения, так и предприятия бывшего оборонного комплекса. Крупнейшими из них являются: машиностроительный завод "Смычка"(г. Плавск), ПО "Кургансельмаш" (г. Курган), ПО Алтайский тракторный завод (г. Рубцовск), завод "Радиатор" (г. Бугуруслан), Пензенский машиностроительный завод (г. Пенза), Пензенский завод текстильного машиностроения (г. Пенза), производственное предприятие «ИРИД» (г. Новочеркасск) и другие.

Молочное оборудование разрабатывает и предлагает на российском рынке инжиниринговая фирма "Tuchenhagen Москва", входящая в состав промышленной группы "OttoTuchenhagen GmbН & Co. KG" (Германия).

Ниже описаны принцип действия и технические характеристики некоторых моделей сепараторов, используемых в малых хозяйствах. Основным рабочим органом в них является разделительный барабан.

Барабан современного сепаратора является основным узлом, в котором под действием центробежных сил происходит процесс разделения молока на сливки и обрат (плазма). На рисунках 1.9 и 1.10 приведены схема конструктивного оформления барабана открытого (полузакрытые и закрытые сепараторы для бытовых целей серийно не выпускаются) сепаратора с периодической ручной выгрузкой осадка бытового сливкоотделителя «Новочеркассец» и его составные части. Тарелкодержатель в нем выполнен из пищевой пластмассы. На его наружной стороне имеются четыре грани для фиксации тарелок. На тарелках имеются три отверстия и несколько выпуклостей, размещенных по конической поверхности. При сборке тарелок в пакет отверстия в них, совпадая друг с другом, образуют три вертикальных канала. По этим каналам молоко поступает в межтарелочные пространства.

Рисунок 1.9 - Барабан бытового сепаратора-сливкоотделителя в разрезе:

1 – крышка; 2 – основание; 3 – вертикальный канал; 4 – канал подачи молока; 5 – тарелкодержатель; 6 – выход обрата; 7 – регулировочный винт; 8 – гайка; 9 – канал центральный; 10 – пакет тарелок; 11 – разделительная тарелка; 12 – кольцо уплотнительное

Отверстия в тарелках расположены таким образом, чтобы при поступлении молока в них происходило основное выделение жира. Расположение отверстий соответствует пограничному слою между объемом барабана, занятым молоком, и объемом, занятым сливками.

Пакет тарелок 10 накрыт разделительной тарелкой 11, в горловине которой располагается резьбовое отверстие с полым регулировочным винтом 7. На наружной конусной поверхности имеется шесть ребер, на которые ложится крышка 1 барабана. Образованное пространство между ребрами и поверхностью крышки заполняется обезжиренным молоком. Разделительная тарелка на своей конической поверхности не имеет отверстий, что обеспечивает прохождение между ее внешней поверхностью и крышкой обезжиренного молока, которое выбрасывается по каналу 6 в приемник обезжиренного молока. В пространстве между пакетом тарелок и крышкой (грязевое пространство) скапливаются посторонние примеси, выделяемые из молока.

Гайкой 8 крышка 1 барабана плотно прижимается через резиновое кольцо 12 к нижней части основания 2. При этом весь пакет тарелок сжимается, фиксируется жестко, что исключает возможность перемещения внутри барабана составных его частей. К основным параметрам барабана сепаратора относятся диаметр тарелки, количество межтарелочных пространств, а также толщина слоя разделяемой жидкости между тарелками. Для повышения эффективности разделения жидкостной системы наряду с другими параметрами барабана увеличивают количество межтарелочных пространств. При этом количество межтарелочных пространств сепараторов может быть неограниченным. При конструировании сепараторов количество межтарелочных пространств выбирается в основном из конструктивных соображений и без ограничений.

Рисунок 1.10 - Составные части барабана:

1 – тарелкодержатель; 2 – основание; 3 – кольцо уплотнительное; 4 – пакет тарелок; 5 – крышка; 6 – винт регулировочный; 7 – тарелка разделительная; 8 – гайка

Характер распределения жидкости по высоте пакета тарелок в центробежных сепараторах изучался неоднократно, однако до настоящего времени нет единого мнения по этому вопросу. Видимо поэтому при расчетах производительности сепаратора применяется коэффициент, учитывающий степень использования рабочего объема барабана (0,5...0,7).

Несмотря на это, принято считать, что молоко поступает из молокоприемника по центральному каналу 9 (рис. 1.8), полностью заполняет канал 4 в тарелкодержателе 5, отверстия 3 пакета тарелок и межтарелочные пространства. При выходе из отверстий тарелок жировые шарики расположены в смеси так же, как и в центральном канале. Однако с перемещением вниз по наклонной поверхности тарелок они подвергаются действию двух сил. Одна из них направлена к оси вращения (всплывание), другая увлекает шарик вместе с потоком смеси в нижнюю часть барабана. Равнодействующая их направлена вниз тарелки. Наклон этой равнодействующей силы меняется и зависит от величины обеих составляющих сил.

Под действием центробежной силы тяжелые частицы (плазма) отбрасываются к нижней плоскости тарелки, а легкие (жировые шарики), напротив, – к верхней плоскости нижележащей тарелки. Скорость перемещения легкой фракции к оси вращения пропорциональна квадрату угловой скорости и радиусу вращения. То есть скорость перемещения жирового шарика наибольшая у наружного края тарелки, что облегчает возможность шарику противостоять потоку, стремящемуся его вывести за пределы барабана. Скорость же течения плазмы снижается к краю тарелки за счет расширяющейся конусной части тарелки. Такое сочетание двух элементов движения шарика и потока ускоряет подъем жира по наклонной поверхности тарелки.

Под действием поля центробежных сил инерции молоко разделяется на две фазы, которые непрерывно выводятся из сепаратора. Легкая фаза (жировые шарики) удаляется через полый регулировочный винт, а тяжелая фаза (плазма) – по внешней поверхности разделительной тарелки в отверстие для обезжиренного молока. Если в эмульсии находятся частицы, характеризующиеся более высокой плотностью, то они накапливаются на внутренней поверхности крышки барабана сепаратора в шламовом (грязевом) пространстве.