Вакуумные системы доильных установок

ЛЕКЦИЯ № 19

тема: вакуумные системы доильных установок

ПЛАН:

Вакуумные системы доильных установок и элементы их расчета.

Назначение и классификация вакуумных насосов.

Основы расчета ротационного вакуумного насоса.

Уход за доильным оборудованием.

ЛИТЕРАТУРА.

Белянчиков Н.Н. Механизация технологических процессов. - М.: Агропромиздат, 1989, Раздел 2, гл. 7. §5.

1. Вакуумные системы доильных установок и элементы их расчета.

Вакуумная система доильных установок представляет собой совокупность взаимосвязанных трубопроводов и устройств для создания, измерения и регулирования вакуума.

Элементами вакуумной системы являются: трубопроводы; резервуар (вакуумный баллон); вакуумный насос; приборы для измерения (вакуумметр) и регулирования вакуума (вакуум регулятор).

Одним из условий повышения эффективности работы доильных машин является обеспечение в процессе доения стабильности вакуума.

Требования к конструкции вакуумной системы:

Для уменьшения потерь (тем самым уменьшений колебаний вакуума) сеть должна:

иметь наименьшую длину;

иметь минимальные потери давления воздуха в системе за счет наиболее рациональной схемы и оптимального диаметра трубопровода на всех участках сети;

отличаться простотой, надежностью конструкций соединения труб;

иметь наименьшее число поворотов и минимально допустимое количество арматуры (кранов, задвижек и т.д.).

Исследованиями установлено, что чем выше вакуум и объем пространства, и меньше длина вакуумной системы, тем совершеннее конструктивная схема вакуумной системы (с точки зрения стабильности в ней вакуума).

Сопротивления в воздухопроводе делят на распределенные (трение воздуха о стенки) и местные.

Потери давления на преодоление сопротивления от трения воздуха о стенки труб:

Коэффициент сопротивления зависит от характера движения воздуха в трубе:

а) при ламинарном движении

, ;

б) при турбулентном движении

Местные потери давления:

Расход воздуха пневмосистемой доильной установки определяется по приближенной формуле:

где 1,35 – коэффициент несовершенства пульсатора и коллектора, допускающих утечки воздуха; – частота пульсаций, пул/с; – начальный объем воздуха при атмосферном давлении, заключенный в камерах и трубах одного доильного аппарата, м3; – коэффициент, учитывающий протечки воздуха из вакуумной системы доильной установки вследствие недостаточной герметичности; nда – количество доильных аппаратов.

Коэффициент определяется по формуле:

где ;

– утечки в соединениях труб; – подсосы воздуха между сосковой резиной и соском; – подсосы воздуха через доильные стаканы при их одевании; – подсосы при случайном спадании шлангов и стаканов; – потеря подачи вакуума в жаркое время суток из-за разжижения смазки в насосе; – потеря подачи вакуума из-за повышения температуры насоса при длительной непрерывной работе.

Таким образом – суммарные потери примерно равны по величине расходу воздуха аппаратом. В связи с этим коэффициент увеличения запаса подачи вакуумного насоса принимаем равным 2 – 3, то есть

Степень неравномерности расхода воздуха определяется по формуле:

где – число лопаток.

Насосы типа РВН – (4 лопатки) имеют неравномерность 31 %. Для снижения влияния которой в систему необходимо включить вакуум-баллон емкостью 20 – 25 л.

Диаметр вакуумпровода определяется по формуле:

где – полная длина вакуумпрвода, м; – объем воздуха, протекающего через трубопровод, м3/мин.

Потребное количество вакуумных насосов для поддержания устойчивого режима в системе:

где – производительность вакуумного насоса при заданной величине вакуума.

Заслуживает внимания такая система распределения вакуума в доильных установках, при которой каждый вакуумный насос имеет свое назначение и включается в вакуумную линию самостоятельно. Один насос служит для транспортирования молока, другой – для работы доильного аппарата, третий – для автоматизации доильной установки. Такое распределение вакуумных насосов позволяет иметь в системе постоянный уровень вакуума и гарантирует бесперебойную работу оборудования, работающего от вакуума.

2. Назначение и классификация вакуумных насосов.

Вакуумный насос предназначен для создания вакуума (разряжения) в системе за счет откачивания из нее воздуха.

Классифицируются вакуумные насосы следующим образом:

1. По конструкции

- поршневые;

- инжекторные;

- ротационные.

В свою очередь ротационные насосы подразделяются на 4 типа:

- пластинчатые;

- водокольцевые;

- с катящимся поршнем;

- двух-роторные.

2. По величине создаваемого разряжения

- насосы низкого вакуума;

- насосы среднего вакуума;

- насосы высокого вакуума.

3. По назначению

- «сухие»(для отсасывания газов);

- «мокрые» (для отсасывания газа вместе с жидкостью).

4. По характеру использования

- стационарные;

- передвижные.

До 1952 года доильные установки в нашей стране комплектовались вакуумными насосами поршневого типа. Они отличались большими размерами и металлоемкостью; имели быстроизнашивающиеся механизмы - кривошипно-шатунный механизм и механизм воздухораспределителя.

В настоящее время на доильных установках получили наибольшее распространение ротационные лопастные насосы марок РВН – 40/350; УВУ – 60/45; ВЦ – 40/130 и другие.

Принципиальная схема ротационного вакуумного насоса.

Такими вакуумными насосами можно получить вакуум порядка 97 – 99 %, механический к.п.д. 0,8 – 0,9.

Производительность РВН – 40/350 при вакууме 50 кПа составляет 11,1 дм3/с (40 м3/ч).

Унифицированная вакуумная установка УВУ – 60/45 может работать в 2-х режимах: при вакууме 53 кПа обеспечивать производительность 60 или 45 м3/ч (достигается изменением частоты вращения ротора путем замены шкива клиноременной передачи на валу электрического двигателя).

Водокольцевой насос (ВВН) с жидкостным поршнем.

1 – выхлопная труба;

2 – вакуумный провод;

3 – ротор;

4 – статор;

5 – водяное кольцо;

6 – охладитель воды.

Здесь смазки не требуется. Уплотнение между ротором и статором достигается слоем воды.

Недостаток: низкий к.п.д. (0,48 – 0,52); работать могут только при положительной температуре.

Основными характеристиками вакуумных насосов являются производительность, металлоемкость и энергоемкость.

3. Основы расчета ротационного вакуумного насоса.

Полезный объем камеры всасывания определяется по формуле:

где – диаметр статора;

– эксцентриситет;

– длина ротора.

При числе лопаток и угловой скорости , производительность лопастного насоса равна:

, м3/с.

или , м3/с.

Наибольшее распространение получили 4-х полостные (=4) вакуумные насосы, при = 900 (то есть лопасти перпендикулярны друг другу).

Тогда :

, м3/с.

Анализ : теоретическая производительность вакуумного насоса прямо пропорциональна его геометрическим размерам и частоте вращения ротора.

Производительность, приведенная к условиям вакуума в системе, будет меньше. Это уменьшение учитывается манометрическим коэффициентом:

где – барометр (атмосферное давление, кПа); – вакуум в системе, кПа.

Чем выше , тем < , а следовательно и меньше производительность.

Кроме того, действительная производительность вакуум–насоса зависит от степени наполнения всасывающей камеры, которая учитывается коэффициентом наполнения . Значение зависит от конструкции насоса и определяется экспериментальным путем.

Тогда, действительная производительность вакуумного насоса (4-х лопастного, при = 900) равна:

, м3/с.

так как в доильных установках применяется вакуум от 350 мм.рт.ст. до 500 мм.рт.ст., то ; .

Мощность, потребная для привода вакуумного насоса:

, кВт или ,

где – крутящий момент, обусловленный сопротивлением всасывания, Нм; – угловая скорость ротора, рад/с; – к.п.д. вакуумного насоса и электрического двигателя с передачей (= 0,75 – 0,85); – производительность, м3/с; – величина вакуума, Па.

Крутящий момент определяется по формуле:

где – расчетная величина вакуума, Н/м2.

Зависимости производительности насоса и потребляемой мощности от угловой скорости ротора

Механическая характеристика вакуум-насоса напоминает характеристику вентилятора, а нагрузочная диаграмма – параллельная прямая оси абсцисс после пуска

Нагрузочная диаграмма.

Потребная на привод насоса мощность зависит от величины вакуума

4. Уход за доильным оборудованием.

С целью поддержания в порядке системы доения необходимо выполнять определенные правила ухода и использовать моющие средства.

Моющие средства.

Требования к ним:

- обладать высокими моющими свойствами;

- быть безвредными для здоровья человека;

- не изменять свойств молока;

- не разрушать материал оборудования;

- быть дешевыми и удобными в эксплуатации.

Моющие средства.

Используются высокощелочные моющие средства (основная часть – едкий натрий NaOH); умеренно – щелочные моющие средства; нейтральные моющие средства и кислые средства (раствор азотной, соляной и уксусной кислот) для удаления молочного камня.

Дезинфицирующие средства.

Хлорная известь;
Гипохлорит натрия;
Гипохлорит кальция;
Хлорамин Б.

Процесс ухода включает следующие операции:

Ополаскивание оборудования чистой водой;
Промывка моющими растворами;
Ополаскивание;
Дезинфекция;
Ополаскивание.

EMBED CorelDRAW.Graphic.11

Вакуумные системы доильных установок