авторефераты диссертаций www.z-pdf.ru
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
 

На правах рукописи

САВВИН АНДРЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

СЕПАРАТОРА-СЛИВКООТДЕЛИТЕЛЯ

С ЛОПАСТНЫМ ТАРЕЛКОДЕРЖАТЕЛЕМ

РАВНОМЕРНЫМ ЗАПОЛНЕНИЕМ

МЕЖТАРЕЛОЧНЫХ ПРОСТРАНСТВ МОЛОКОМ

Специальность 05.20.01 – технологии и средства

механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Пенза – 2015

1

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент

Яшин Александр Владимирович

Официальные оппоненты:

Краснов Иван Николаевич

доктор технических наук, профессор,

Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ

ВПО «Донской государственный аграрный универси-

тет», профессор кафедры «Механизация и технология

производства и переработки сельскохозяйственной

продукции»

Чеботарев Евгений Алексеевич

доктор технических наук, профессор,

Институт строительства, транспорта и машиностроения

ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный универ-

ситет», профессор кафедры «Строительство»

Федеральное государственное бюджетное образова-

тельное учреждение высшего профессионального

образования «Великолукская государственная сель-

скохозяйственная академия» (ФГБОУ ВПО «Вели-

колукская ГСХА»)

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном

учреждении высшего профессионального образования «Пензенская государственная

сельскохозяйственная академия» (ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА»)

Защита состоится 16 октября 2015 года в 13 00 часов на заседании диссертационного

совета Д 220.053.02 на базе ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» по адресу: 440014,

г. Пенза, ул. Ботаническая, 30, ауд. 1246.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенская

ГСХА» и на сайте http://pgsha.penza.net/.

Автореферат разослан «

» августа 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Мачнев А.В.

2

Ведущая организация

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основной продукцией молочного скотоводства сельскохозяй-

ственных предприятий является цельное молоко, которое, как и его составляющие (сливки

и обезжиренное молоко) являются сырьем для производства различных молочных продук-

тов. Для чего в составе большинства технологических линий производства молочной продук-

ции применяются сепараторы-сливкоотделители. Анализ их конструкций позволяет считать

одним из главных недостатком неравномерное заполнение межтарелочных пространств

молоком, что является основной причиной снижения их производительности. Одним

из пунктов Госпрограммы РФ «Развитие сельского хозяйства и регулирование рынков

сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы» является

техническая и технологическая модернизация АПК, без которой, при использующемся

оборудовании, невозможно в полной мере обеспечить импортозамещение конкуренто-

способной продукцией и повысить экономическую безопасность страны.

Поэтому работа, посвященная разработке новых конструкций сепараторов-

сливкоотделителей, способствующих повышению их производительности, является

актуальной и имеет важное народнохозяйственное значение.

Степень разработанности темы. В настоящее время существует множество конструк-

ций сепараторов-сливкоотделителей, отличающиеся по типу привода, способу подачи молока

и отвода продуктов сепарирования, конструкции барабана и тарелок и др. Несмотря

на конструктивные различия, все серийно-выпускаемые сепараторы-сливкоотделители

работают по принципу тонкослойного центробежного разделения. При этом молоко в пакет

тарелок подается по вертикальным питающим каналам снизу вверх, образованным отвер-

стиями в тарелках, не имея строгого очертания границ, параллельных оси вращения,

так как отверстия одной тарелки частично, перекрывают отверстия другой из-за недоста-

точно точного их изготовления. Кроме того, при движении молока, на заполнение пакета

тарелок, оказывают влияние различные сопротивления, приводящие к снижению напора

на вышележащих тарелках и производительности их отдельных межтарелочных пространств,

а наиболее крупные жировые шарики в основном стремятся выделиться при движении

в области нижележащих тарелок. Это приводит к тому, что нижние тарелки работают в более

жестком режиме, чем верхние, и снижению производительности сепаратора-сливкоотде-

лителя в целом.

Совершенствованию сепараторов-сливкоотделителей посвящены работы Г. де Лаваля,

Г.И. Бремера, Н.Н. Липатова, В.И. Соколова, И.В. Лысковцова, П.Г. Романкова,

С.А. Плюшкина, В.К Юровского, Д.С. Торосяна, А.В. Карамзина, И.Н. Краснова, Е.А. Чебота-

рева, Е.С. Дружининой и др. Ими были изучены и изложены основные положения разделения

жидкостей на центробежных аппаратах, разработаны методики исследований и расчетов,

обоснованы различные конструкции сепараторов, призванные повысить их производитель-

ность и качество разделения дисперсных жидкостей.

Однако до настоящего времени вопрос повышения производительности сепараторов-

сливкоотделителей более равномерным заполнением молоком межтарелочных пространств

является мало исследованным и требует новых конструкторских решений.

Работа выполнена по планам НИОКР ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (тема №32

«Ресурсосберегающие технологии и технические средства для производства продукции

растениеводства и животноводства») и инновационного проекта конкурса «У.М.Н.И.К.»

по договору № 2962ГУ1/2014 от 29.07.2014 г. (тема «Разработка инновационного техническо-

го средства для производства сливок»).

Цель исследований – повышение производительности сепаратора-сливкоотделителя

с лопастным тарелкодержателем равномерным заполнением межтарелочных пространств

молоком.

Задачи исследований:

1. Разработать конструктивно-технологическую схему и конструкцию сепаратора-

сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем.

3

2.

Теоретически оценить производительность сепаратора-сливкоотделителя с лопаст-

ным тарелкодержателем и обосновать его конструктивные, кинематические и технологи-

ческие параметры.

3. Изготовить опытно-конструкторский образец сепаратора-сливкоотделителя с лопаст-

ным тарелкодержателем, провести экспериментальные исследования в лабораторных

и производственных условиях по оценке производительности и определению опти-

мальных конструктивных, кинематических и технологических параметров.

4. Определить технико-экономическую эффективность применения сепаратора-

сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем.

Объект исследований – технологический процесс сепарирования молока сепара-

тором-сливкоотделителем с лопастным тарелкодержателем.

Предмет исследований – показатели, оценивающие технологический процесс сепа-

рирования молока сепаратором-сливкоотделителем с лопастным тарелкодержателем.

Научную новизну представляют:

тарелкодержателем и мощности, необходимой для придания потоку молока движения

по подводящим каналам с обоснованием конструктивных параметров (профиля лопасти;

радиуса окружности, определяющего множество точек центра кривизны профиля лопасти;

радиуса кривизны профиля лопасти; центрального угла дуги радиуса кривизны лопасти;

длины лопасти; количества подводящих каналов; углов, образованных вектором относи-

тельной скорости и обратным направлением вектора переносной скорости для начала

и конца наружной и внутренней лопастей);

сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем, его разделяющей способности и разде-

ляемости молока с обоснованием кинематических и технологических параметров (угловой

скорости барабана, температуры молока и критического размера жирового шарика, выде-

ляемого в сепараторе-сливкоотделителе);

с лопастным тарелкодержателем и оптимальные значения конструктивных, кинематических

и технологических параметров (углов, образованных вектором относительной скорости

и обратным направлением вектора переносной скорости для конца наружной и внутренней

лопастей; угловой скорости барабана; температуры молока);

Новизна технического решения подтверждена патентом РФ на изобретение

№ 2539759 «Сепаратор-сливкоотделитель».

Теоретическая и практическая значимость работы.

Теоретическую значимость работы составляют полученные аналитические зави-

симости по определению напора, создаваемого лопастным тарелкодержателем, мощности,

необходимой для придания потоку молока движения по подводящим каналам, произво-

дительности сепаратора-сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем, его разделяю-

щей способности и разделяемости молока с обоснованием конструктивных, кинематиче-

ских и технологических параметров.

Практической значимостью применения разработанного сепаратора-сливкоотделителя

с лопастным тарелкодержателем является повышение производительности на 13,7 %

по сравнению с серийно-выпускаемым сепаратором-сливкоотделителем ЭСБ-02.

Реализация

результатов

исследований.

Разработанный

сепаратор-

сливкоотделитель с лопастным тарелкодержателем внедрен в ООО «Яшьлек» Лопатин-

ского района Пензенской области, МП «Комбинат детского питания» г. Заречного Пензен-

ской области и в учебный процесс кафедры «Механизация технологических процессов

в АПК» ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» в 2014 году.

Методология и методы исследований.

Методологической основой исследований является использование системного подхо-

да объектно-ориентированного анализа и синтеза, направленного на повышение производи-

тельности сепаратора-сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем равномерным

4

теоретические зависимости по определению напора, создаваемого лопастным

теоретические зависимости по определению производительности сепаратора-

математические зависимости производительности сепаратора-сливкоотделителя

конструкция сепаратора-сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем.

заполнением межтарелочных пространств молоком. При решении поставленных задач

использовались теоретические (изучение, обобщение, абстрагирование, анализ, синтез,

моделирование, сравнение и описания) и экспериментальные (эксперимент, наблюдение,

измерение, описание, сравнение, анализ) методы. Теоретические методы основывались

на известных принципах механики жидкости и твердых тел, молекулярно-кинетической

теории и математического анализа. Экспериментальные методы использовались при прове-

дении исследований в лабораторных и производственных условиях с использованием

теорий полного факторного эксперимента, вероятностей и математической статистики,

а также на основе действующих ГОСТов, общепринятых методик и разработанных на их

основе частных методик.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

тарелкодержателем, мощности, необходимой для придания потоку молока движения

по подводящим каналам, а также производительности сепаратора-сливкоотделителя с ло-

пастным тарелкодержателем, его разделяющей способности и разделяемости молока с

обоснованием конструктивных, кинематических и технологических параметров;

метров сепаратора-сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем;

молока сепаратором-сливкоотделителем с лопастным тарелкодержателем.

Степень достоверности и апробация результатов.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов обеспечиваются

достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований,

использованием современных методов исследований, а так же использованием средств

измерений, отвечающих требованиям соответствующих стандартов и применением ПЭВМ

с использованием программ Statistica 6.0, MathCAD 2001 RUS, Microsoft Excel.

Основные результаты исследований представлялись в качестве инновационного проекта

на научно-инновационном конкурсе «У.М.Н.И.К.» фонда содействия развитию малых форм

предприятий в научно-технической сфере (г. Пенза 2014 г.), по результатам которого заключен

государственный контракт (договор № 2962ГУ1/2014 от 29.07.2014 г.) на выполнение НИОКР

по теме «Разработка инновационного технического средства для производства сливок».

Апробация результатов исследований подтверждается участием в научной студенче-

ской конференции (г. Пенза, 2009 г.), всероссийской научно-практической конференции (г.

Пенза, 2012-2013 гг.), всероссийской научно-практической конференции студентов, аспи-

рантов и молодых ученых (г. Пенза, 2014 г.), международной научно-практической конфе-

ренции (г. Пенза, 2014 г.), X международной научно-практической конференции (Чешская

Республика, г. Прага, 2014 г.), VI международной научно-практической конференции (г. Уль-

яновск, 2015 г.), международной научно-практической конференции посвященной дню

Российской науки ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (г. Пенза, 2015 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 15 печатных работ, в т.ч.

две статьи в рецензируемом издании, указанном в «Перечне…ВАК», одна в иностранном

издании, одна без соавторов, получен патент РФ на изобретение № 2539759. Общий объем

публикаций составляет 3,85 п.л., из них автору принадлежит 2,35 п.л.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти

разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 141 наименования

и приложения на 42 с. Общий объем диссертации составляет 188 с., 20 табл. и 54 рис.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности темы и общую характеристику

диссертации.

В первом разделе «Состояние механизации сепарирования молока. Цель и задачи

исследований» дана оценка молоку, как сырью для производства сливок; осуществлен обзор

факторов, оказывающих влияние на эффективность сепарирования молока; приведена уточ-

5

теоретические зависимости по определению напора, создаваемого лопастным

конструкция сепаратора-сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем;

оптимальные значения конструктивных, кинематических и технологических пара-

значения показателей, оценивающих технологический процесс сепарирования

ненная классификация молочных сепараторов и анализ их существующих конструкций.

При этом принцип работы серийно-выпускаемых сепараторов-сливкоотделителей основан

на «традиционном» способе заполнения межтарелочных пространств пакета тарелок (снизу

вверх по вертикальным каналам в пакете тарелок), который не обеспечивает теоретическую

производительность сепараторов-сливкоотделителей. Поэтому исследования, направленные

на повышение производительности сепараторов-сливкоотделителей равномерным заполне-

нием межтарелочных пространств молоком, являются актуальными. На основании анализа

литературной и патентной информации поставлены цель и задачи исследований.

Во втором разделе «Теоретическая оценка производительности сепаратора-

сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем и обоснование его конструктив-

ных, кинематических и технологических параметров» разработана конструктивно-

технологическая схема и конструкция сепаратора-сливкоотделителя с лопастным тарелко-

держателем обеспечивающая повышение производительности при допустимой остроте обез-

жиривания за счет того, что подводящие каналы 2 (рисунок 1 б, в) лопастного тарелкодержа-

теля 10 выполнены расширяющимися к периферии и расположены по дуге окружности про-

тивоположно направлению вращения барабана 2 (рисунок 1 а), способствующие равномер-

ному заполнению межтарелочных пространств молоком пакета тарелок 9 (рисунок 1 б, в).

Сепаратор-сливкоотделитель (рисунок 1 а) состоит из привода, размещенного в корпусе 1,

барабана 2, приемно-выводного устройства 4, включающего кран 5, размещенный в молоко-

приемнике 6, поплавковой камеры 7 с поплавком 3, патрубка сливок 8 и патрубка обезжирен-

ного молока 9. Сепаратор-сливкоотделитель работает следующим образом. В молокоприем-

ник 6 (рисунок 1 а) заливается молоко подлежащее сепарированию, при этом кран 5 находит-

ся в положении «закрыто». Затем осуществляется пуск привода, расположенного в корпусе 1,

который передает вращающий момент барабану 2. При достижении им номинальных оборо-

тов осуществляется подача молока, посредством крана 5 переведя его в положение «откры-

то». Молоко поступает в поплавковую камеру 7, где поддерживается постоянный уровень

молока посредством поплавка 3, который в верхнем положении перекрывает насадок моло-

коприемника 6. Молоко через насадок поплавковой камеры 7 подается в центральную трубку

8 (рисунок 1 б, в) и попадает в прямоугольные отверстия 12. Затем пройдя по подводящим

каналам 2 между лопастями 3 и 4, равномерно заполняет межтарелочные пространства пакета

тарелок 9, где разделяется на сливки и обезжиренное молоко. Откуда обезжиренное молоко

отходит к периферии барабана, а жировые шарики, составляющие сливки вытесняются к его

оси. Затем сливки и обезжиренное молоко выводятся из барабана через соответствующие

отверстия 5 и 6, попадая в соответствующие патрубки 8 и 9 (рисунок 1 а).

В предположении, что поток молока движется как элементарная струйка, которая

скользит по внутренней лопасти, то частица молока (представляющая бесконечно малую

массу молока, занимающая бесконечно малый объем и обладающая всеми физическими

свойствами молока), расположенная в точке М на радиусе R от точки О, принадлежащей

оси z , перемещается лопастью тарелкодержателя (рисунок 2) со скоростью

, а ее вектор

определяется углом

. Следовательно, количество движения частицы молока представляет

собой вектор, имеющий направление вектора абсолютной скорости

, и модуль, равный

произведению массы частицы молока dm на модуль скорости ее движения

. Тогда кине-

тический момент частицы молока в точке М относительно точки О принадлежащей оси z

представляет собой вектор, модуль которого равен произведению количества движения ча-

стицы молока dmа

dma :

dLzdmаh

(1)

где dm Qdt – масса частицы молока, кг;

сительно точки О принадлежащей оси z, м; Q – подача молока, м3/с.

6

л

a

а

на плечо h вектора

,

h Rsin– плечо вектора

отно-

dma

л

а

б)

– молоко;

а)

в)

– обезжиренное молоко

– сливки;

Рисунок 1 – Сепаратор-сливкоотделитель (патент РФ на изобретение

№ 2539759): а) – конструктивно-технологическая схема сепаратора-сливкоотделителя:

1 – корпус; 2 – барабан, 3 – поплавок; 4 – приемно-выводное устройство; 5 – кран; 6 – моло-

коприемник, 7 – поплавковая камера; 8 – патрубок сливок; 9 – патрубок обезжиренного молока;

б) – конструктивно-технологическая схема барабана; в) – общий вид барабана: 1 – прорезь;

2 – подводящие каналы; 3,4 – лопасти; 5 – отверстие для вывода сливок; 6 – отверстие для

вывода обезжиренного молока; 7 – крышка барабана; 8 – центральная трубка; 9 – пакет

тарелок; 10 – лопастной тарелкодержатель; 11 – днище барабана;12 – прямоугольное

отверстие; 13 – уплотнительное кольцо; 14 – гайка

Проекция вектора абсолютной скорости

на ось проходящую через вектор пере-

носной (тангенциальной) скорости

определяется уравнением

a

ае

аеа cosлеаmctgла sin

,

(2)

л

л

a

e

r

e

где

– угол, образованный векторами абсолютной

и переносной

скоростей, град.;

л – угол, образованный вектором относительной скорости

и обратным направление

вектора переносной скорости

, град.

Изменение кинетического момента элементарной струйки молока от начала до конца

лопасти тарелкодержателя определяется уравнением

Производная по времени от кинетического момента потока молока, в предположении,

что его движение идентично элементарной струйке, относительно неподвижной точки О

7

dLz2  dLz1  Q ае2  R2 ае1  R1 dt .

(3)

МzE2  МzE,

(5)

е

R

e2 ае2 e1 ае1

. (6)

Нт

g Q

g

где – плотность молока, кг/м3.

Уравнение (6) представляет собой первое уравнение Эйлера или основное уравне-

ние работы лопастного тарелкодержателя и формулируется следующим образом: напор,

создаваемый лопастным тарелкодержателем, равен отношению разности произведений пе-

реносной и тангенциальной скорости на конце и начале лопастей тарелкодержателя к уско-

рению свободного падения. Уравнение (6) с учетом (2) и в предположении бесконечного

Q

числа лопастей при

(2R )

примет вид:

2

2

аm

2 R2  R1  ctgл1  ctgл2

,

(7)

Q

g

2 g

где

– высота лопасти тарелкодержателя, м.

Действительный напор будет несколько меньше теоретического:

2

2

Q

g

2 g

где k – коэффициент циркуляции;

– гидравлический КПД.

k г2 R2  R1  k гctgл1  ctgл2

,

(8)

г

Действительная мощность, необходимая для придания потоку молока движения по под-

водящим каналам лопастного тарелкодержателя с требуемой угловой скоростью, с учетом (6):

k гctgл1  ctgл2

2

2

Уравнения (8) и (9) можно представить в следующем виде:

.

(9)

k г2 R2  R12Q

Q2

АHВHQ ;

(10)

АNQ ВNQ2

,

(11)

где

– первый коэффициент напора, м;

– второй коэффициент напора, с/м2;

AN – первый коэффициент мощности, (Вт·м2)/с3;

– второй коэффициент мощности,

(Вт·м4)/с9.

8

AH

BH

BN

принадлежащей оси z геометрически равна главному моменту внешних сил, действующих

на поток молока относительно той же точки, следовательно, из уравнения (3) получим:

dLz2  dLz1

E

E

Мz2  Мz1  Q ае2  R2 ае1  R1 ,

(4)

dt

Рисунок 2 – Схема к определению напо-

ра, создаваемого лопастным тарелкодержа-

телем и мощности, необходимой для прида-

ния потоку молока движения

E

E

z1

z2

где

,

– главный момент внешних

сил, действующих на поток молока отно-

сительно точки О принадлежащей оси z

соответственно для начала и конца лопа-

сти тарелкодержателя, Н·м.

Теоретическая мощность, необхо-

димая для придания потоку молока движе-

ния по подводящим каналам лопастного

тарелкодержателя с требуемой угловой

скоростью, определяется уравнением

1

где

– угловая скорость барабана, с–1.

Теоретический напор, создавае-

мый

лопастным

тарелкодержателем

без учета напора, образованного до входа

в него с учетом (4) и (5), определится

уравнением

М

М

f Qf Q

л1

л2

BN  0

л1  л2

f Q

ОQ

BN  0

л1 

f Q

л2

л1  л2

f Q

л1  л2

л2

50ол1 10о

л2  20о

л2

л1

R1

R2

R3

R4

R2

точку В профиля лопасти. От полученного отрезка ОВ откладываем вверх угол л1  л2 ,

BH  0

л1  л2

будет располагаться под углом

f Q

H  0о

Уравнения (10) и (11) при постоянных конструктивных, кинематических и техноло-

гических параметрах в виде зависимостей

и

представляют прямую

и (или) кривую второго порядка.

В уравнении (10)

является угловым коэффициентом, т.е. тангенс угла наклона

прямой

к оси

равен

. Таким образом, при

, когда

 0о

и график зависимости

(рисунок 3) будет располагаться параллельно оси

на ординате НдAH . Тогда при

, когда

график зависимости

будет располагаться под углом H  0о , а при

, когда

график зависимости

.

Рисунок 3 – Схемы к определению графиков зависимости

,

при различных углах

и

При

, что выполнимо при

, график зависимости

(12) явля-

ется прямой (рисунок 3), проходящей через центр координат с углом наклона N к оси

. При

, что возможно при

зависимость

представлена

параболой с вершиной в точке В, а ее ось параллельна оси ординат и вогнутость действи-

тельной (положительной) ветви обращена вправо. При BN  0 , что выполнимо при

, график зависимости

не является параболой, а представляет собой

кривую второго порядка с более сложным графическим изображением.

Из анализа рисунка 3 можно заключить, что для снижения динамического воздей-

ствия на поток молока необходимо, чтобы абсолютная скорость потока молока стремилась

к минимуму, что возможно при

, а угол

должен быть как можно меньше,

чтобы сход потока молока с лопасти был безударным. Это позволит понизить скоростной

напор и повысить подачу молока при меньшей потребной мощности, что выполнимо

при

,

, как у аналогичных устройств, например, молочных

лопастных насосов. В указанном диапазоне значений углов применимы лопасти загнутые

назад, а для обеспечения плавности потока молока имеющие криволинейный профиль,

описывающий его среднюю линию по одному радиусу. При этом лопасти получаются

постоянной кривизны, что способствует плавному течению потока молока и меньшему

механическому воздействию на жировые шарики.

Таким образом углы

и

являются конструктивно определяющими,

а для построения профиля лопасти необходимо с центром в точке О (рисунок 4) провести две

окружности радиусами

, и

, описывающие соответственно начало и конец лопасти.

При этом радиус

соответствует поверхности раздела сливок и обезжиренного молока,

а

– радиус конца наружной лопасти. Через точку О проведем горизонтальную и верти-

кальную осевую. На пересечении горизонтальной осевой и окружности радиуса

получаем

9

f Q

f Q

ВH

угол

Н

ОQ

ВH

BH  0

л1  л2

Н

f Q

ОQ

BH  0

л1  л2

f Q

r

(12)

(13)

(14)

2

2

2

2

R1   2  R1   cosл1 ;

R1

л2

Рисунок 4 – Схема к построению

профиля лопасти тарелкодержателя

центра кривизны профиля лопасти по теореме косинусов получим:

принимая за его вершину центр в точке О.

Полученный отрезок образует с окружно-

стью радиуса

пересечение в точке А.

Затем через точки В и А проводим прямую

до повторного пересечения с окружностью

радиуса

и получаем точку С. Затем отре-

зок ВС разбивается на две равные части

и из полученной точки D восстанавливается

перпендикуляр. От отрезка ОВ, приняв

за вершину угла точку В, откладываем вниз

угол

и на пересечении с образованной

прямой и перпендикуляром, восстановлен-

ным из точки D получаем точку E, которая

является

центом

дуги

ВС

окружности

описывающей профиль лопасти радиуса

.

Рассматривая треугольники ОСЕ , ОВЕ

и определяя для каждого радиус окружности

R1







R1 sinл1  л2

 2л2  arctg

R2  R1 cosл1  л2.

(15)

Длина лопасти составит:

R1 sinл1  л2

 2 л2  arctg

R2  R1 cosл1  л2

180о

Для наружной лопасти в уравнениях (12)-(16) необходимо

заменить на

.

Анализируя варианты расположения подводящих каналов лопастного тарелкодержа-

теля, полученные после профилирования, согласно уравнениям (12)-(16) накладывали ряд

ограничений: монотонное расширение подводящих каналов; отсутствие пересечения

лопастью окружности, образованной радиусом конца лопасти; равномерность распределе-

ния молока по образующей тарелки; неперекрещиваемость подводящих каналов. Предпочти-

тельными являются те схемы расположения подводящих каналов, у которых угол

мини-

мален и составляет л2  1о

л1  50о. При этом количество подводящих каналов оказы-

вает значительное влияние на равномерность распределения молока по образующей тарелки.

Поэтому лопастной тарелкодержатель, имеющий три и четыре подводящих канала, будет

обеспечивать более равномерное распределение молока по образующей тарелки. Однако при

четырех подводящих каналах снижается пропускная способность сливок при их движении к

оси барабана, в виду малого угла между лопастями соседних подводящих каналов.

Жировые шарики молока в межтарелочном пространстве (рисунок 5) барабана сепа-

ратора-сливкоотделителя участвуют в двух видах движений: переносном по подвижным

тарелкам барабана с потоком молока и относительном в направлении к образующей тарелки.

Предел сепарации любого сепаратора-сливкоотделителя определяется критическим размером

жирового шарика, способного выделиться из плазмы молока. При поступлении в межтаре-

10

l

.

(16)

R2

R4

л2

при

r R2   2  R2   cosл2.

Радиус профиля лопасти с учетом (12) и (13) определится уравнением:

2

2

.

Центральный угол дуги радиуса

профиля лопасти определится уравнением:

R2  R1

2cosл2  cosл1

Рисунок 5 – Схема к опре-

делению критического размера

жирового шарика

При определении критического размера жирово-

го шарика, условились, что движение по траектории 6

возможно при оказании на него влияния броуновского

движения с элементарным перемещением ds . С учетом

условия взвешенности частиц Эйнштейна и согласно

молекулярно-кинетической теории с применением

уравнения Менделеева-Клапейрона критический ра-

диус жирового шарика, способного выделиться в

межтарелочном пространстве барабана сепаратора-

сливкоотделителя, определяется уравнением:

Рисунок

6

Схема

к рассмотрению условия

выделения жирового шари-

ка критического размера

p2

p1

2

ln

4

T

rкр.ж.ш.  7,5 

.

(17)

N

п.  ж.ш. Rmax

A

где – универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К); T – абсолютная температура, К;

NA – число Авогадро, моль–1; p1 , p2 – давление в соответствующих положениях жирового

шарика, Па;

– плотность плазмы молока, кг/м3;

– плотность жирового шарика, кг/м3.

Расчет по уравнению (17) показал, что критический радиус жирового шарика состав-

max 1151,33

до

Производительность

сепаратора-сливкоотделителя

определяется производительностью по барабану, т.е. с учетом

остроты обезжиривания следует определять из условия выде-

ления жирового шарика критического размера. Рассмотрим

межтарелочное пространство с зазором по вертикали ε

и высотой тарелки

(рисунок 6). Предположим, что жиро-

вой шарик всплывает в крайнем положении О , располо-

женном на максимальном радиусе тарелки

, где еще

возможно его выделение. Жировой шарик совершает сложное

движение. В переносном движении жировой шарик переме-

щается из точки О к точке С по пути

. Проекция

пути

на ось x будет

. В относительном дви-

жении жировой шарик переместится из точки О к точке E

п.

ж.ш.

ляет rкр.ж.ш.  0,5106 м. При этом снижение угловой скорости барабана с

с1

с1 приводит к увеличению критического радиуса жирового шарика на 26 %.

min  628

Rmax

Seet

Se

Sexext

по пути Srrt . Путь абсолютного движения определит-

ся вектором CE . Треугольники AOE и OFC являются

подобными:

лочный зазор жировых шариков различных размеров их траектория движения будет соответ-

ственно различной. Крайним положением, при условии возможности выделения жирового

шарика критического размера, является его расположение на внутренней поверхности разде-

лительной тарелки и на её максимальном радиусе

. Здесь возможно движение жирового

шарика по траекториям 5 или 6, где при движении

по траектории 5 жировой шарик стремится к наружной

поверхности соседней тарелки и с потоком сливок

поднимается к оси барабана, а при движении по траек-

тории 6 жировой шарик сносится с потоком обезжи-

ренного молока в грязевое пространство барабана

между максимальным радиусом

разделительной

тарелки и внутренним радиусом барабана

.

Rmax

Rmax

FC

FO

ex

OE

OA

r

11

или

.

(18)

п.  ж.ш. 

2

2

. (21)

 0,225 z НТ2  Rmax  .ш. 

При угловых скоростях барабана min  628

и max 1151,33

сепаратора-сливкоотделителя составит соответственно

м3/с и

м3/с.

Производительность отдельного межтаре-

лочного пространства при равномерном заполнении:

.П.  0,225 НТ2  Rmax .ш. 

. (22)

Следовательно, производительность сепара-

тора-сливкоотделителя напрямую зависит от произ-

водительности каждого отдельно взятого межтаре-

лочного пространства. Тогда при равномерной по-

даче молока в каждое межтарелочное пространство

производительность сепаратора-сливкоотделителя

будет максимальной (рисунок 7).

Представим уравнение (21) в следующем виде:

2

2

с1

с1 расчетная производительность

 0,0000047

 0,0000159

п.  ж.ш. 

2

2

Рисунок 7 – График зависимо-

сти производительности сепара-

тора-сливкоотделителя от угло-

вой скорости барабана при разном

количестве межтарелочных про-

странств: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,

11, 12 – количество межтарелочных

пространств

z 2  Rmax  HТ rж.ш. п.  ж.ш.

. (23)

 4,44

В уравнении (23) левый множитель определяет разделяющую способность сепаратора-

сливкоотделителя, а правый – разделяемость молока. Таким образом, произведение разделяе-

мости молока и разделяющей способности сепаратора является величиной постоянной:

,

(24)

 4,44  const

где

– разделяемость молока, с;

– разделяющая способность сепаратора, с–1.

Зависимость

(24)

представляет

собой

основное

уравнение

сепаратора-

сливкоотделителя и графически представляется в виде равносторонней гиперболы с отоб-

ражением её в первой четверти (рисунок 8). Таким образом, чем выше разделяемость

молока, тем меньше требуется разделяющая способность сепаратора-сливкоотделителя.

Известно, что в интервале температур t 15...80 С разделяемость молока определяется

эмпирической зависимостью:

.ш.  2900 t.

(25)

12

о

2

Rmax  Rmin

Rmax

Rmin  0,36  Rmax – соответ-

Rx

Rmax

Rmin

ln

ственно максимальный и минимальный радиус тарелки, м.

Относительная или Стоксовая скорость жирового шарика определяется уравнением:

2

п.  ж.ш. 

2

,

(20)

r

2  Rc.ш. 

где

.ш.

2

9

Rmax  Rmin

– средний радиус тарелки, м;

– радиус жирового шарика, способ-

Rc

ного к выделению из молочной плазмы, м; – динамическая вязкость молока, Па·с.

Тогда

производительность

сепаратора-

сливкоотделителя с учетом (18)-(20) составит:

Проекция переносной скорости определяется как отношение производительности

сепаратора к суммарной площади межтарелочных пространств:

ex

,

(19)

где

– производительность сепаратора, м3/с;

– количество межтарелочных пространств;

z  2 Rx

z

– средний логарифмический радиус тарелки, м;

и

0,225 z HTRmax  .ш. 2900 t

.

(26)

Разделяемость молока и соответственно эффективность

его сепарирования зависит от концентрации жировых шариков

докритического размера. Температура молока оказывает значимое

влияние на эффективность сепарирования, так как с ее повышени-

ем снижается вязкость молока, увеличивается разность плотно-

стей плазмы молока и жировых шариков и, следовательно, увели-

чивается разделяемость молока. Известно, что подогрев молока

выше 45 С приводит к изменению его составляющих. Кроме

того, при высоких температурах сепарирования происходит более

интенсивное дробление жировых шариков из-за дестабилиза-

ции их белково-лецитиновой оболочки. При этом эффектив-

ность обезжиривания снижается, так как часть мелких жировых

шариков уходит в обезжиренное молоко. Так в интервале темпе-

разделяемость молока составляет

с, а необ-

ходимая разделяющая способность сепаратора-сливкоотдели-

174975369,46...136091954,02

о

ратур 35…45оС, при радиусе жирового шарика .ш.  0,5106 м,

2,54108...3,26108

теля

вательно,

необходимая

разделяющая

с1. Следо-

Рисунок 8 – Зависимость разделяющей

способности сепаратора-сливкоотделителя

способность сепаратора-сливкоотделителя

от разделяемости молока

при температуре молока 45оС снижается

в 1,3 раза, чем при температуре 35оС,

к чему и необходимо стремиться.

Основным кинематическим параметром при сепарировании молока является угловая

скорость барабана, которая с учетом (21), (23)-(25) определяется уравнением:

Для

теоретической

производи-

тельности

м3/с при тем-

 0,0000159

о

пературе молока t 15...45 С получен

график (рисунок 9). Так при температуре

молока t  45 С требуется наименьшая

угловая скорость вращения барабана

В третьем разделе «Программа

и методика экспериментальных иссле-

дований в лабораторных и производ-

ственных

условиях

сепаратора-

сливкоотделителя

с

лопастным

тарелкодержателем»

изложены

программа, методика проведения экспе-

риментальных исследований и обработ-

о

1151,33 с1.

Рисунок 9 – График зависимости угловой

скорости

барабана

от

температуры

молока

ки полученных данных по оценке производительности и остроты обезжиривания молока

и определению оптимальных конструктивных, кинематических и технологических пара-

метров; приведены описание экспериментальной установки с опытно-конструкторским

образцом сепаратора-сливкоотделителя и перечень средств измерений.

Программа исследований включала: исследования основных свойств молока, сливок

и обезжиренного молока (температура, плотность и жирность), а также размера и количе-

ства жировых шариков в анализируемых пробах; исследования в лабораторных условиях

опытно-конструкторского образца сепаратора-сливкоотделителя с лопастным тарелкодер-

жателем на экспериментальной установке по оценке производительности с определением

оптимальных конструктивных, кинематических и технологических параметров; исследова-

ния в лабораторных условиях опытно-конструкторского образца сепаратора-сливкоотде-

13

2

2

лителя с лопастным тарелкодержателем при оптимальных конструктивных, кинематиче-

ских и технологических параметрах по оценке равномерности заполнения молоком межта-

релочных

пространств;

исследования

в

производственных

условиях

сепаратора-

сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем по оценке его производительности

и остроты обезжиривания молока при оптимальных конструктивных, кинематических

и технологических параметрах.

Методика экспериментальных исследований основных свойств молока, сливок

и обезжиренного молока, а также размера и количества жировых шариков в анализируе-

мых пробах. Измерение жирности и плотности анализируемых проб проводили ультразву-

ковым методом № ВНИМИ-01-2000 с использованием анализатора качества молока

«Лактан 1-4 М» по ТУ 4215-002-01173145-97 и трехкратной повторности. При этом отбор

проб анализируемых продуктов проводили по ГОСТ 13928-84 и ГОСТ 26809-86 с исполь-

зованием мерных стаканов по ГОСТ 25336-82 и колб с автопипеткой по ГОСТ 6859-82.

При выполнении измерений температура анализируемого продукта должна находиться

в пределах от 20 до 30 ºС, поддержание которой осуществлялось посредством водяной бани,

а регистрация термометром по ГОСТ 28498-90. Определение количества и размера жиро-

вых шариков проводили микроскопическим методом с использованием камеры Горяева

по ТУ 9443-007-29508133-2007 и микроскопа Levenhuk 850B по ГОСТ 28489-90.

Методика исследований в лабораторных условиях опытно-конструкторского

образца сепаратора-сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем на эксперимен-

тальной установке по оценке производительности с определением оптимальных конструк-

тивных, кинематических и технологических параметров. За показатели, оценивающие

технологический процесс сепарирования молока сепаратором-сливкоотделителем с лопаст-

ным тарелкодержателем, принимались его производительность и острота обезжиривания

молока. При этом производительность сепаратора-сливкоотделителя была принята за крите-

рий оптимизации, а острота обезжиривания молока использовалась как ограничение, которая

по ГОСТ 18113-2013 не должна превышать 0,05 %.

Производительность сепаратора-сливкоотделителя при экспериментальных иссле-

дованиях определялась по зависимости:

V

,

(27)

QC

где V – объем молока, подлежащего сепарированию, м3;

– время сепарирования, с.

Объем молока, подлежащего сепарированию в каждом опыте был постоянен и опреде-

лялся объемом молокоприемника. Время сепарирования определялось, как время от начала

и до конца истечения из патрубков продуктов разделения (обезжиренного молока и сливок)

с его регистрацией секундомером «Агат» 4295 В по ГОСТ 5072-79.

Острота обезжиривания молока О , % представляет собой количество молочного жира

перешедшего из молока, подлежащего сепарированию, в обезжиренное молоко и определя-

лась по ранее описанной методике.

Молоко удовлетворяло требованиям ГОСТ Р 52054-2003. Жирность молока составля-

ла 3,8%, а при ее отклонении производилась нормализация.

На основании априорной информации, поисковых опытов, теоретического обоснова-

ния конструктивных, кинематических и технологических параметров сепаратора-

сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем были отобраны наиболее значимые фак-

торы и установлены их уровни варьирования (таблица).

Остальные факторы при исследованиях не изменялись и были закреплены на постоян-

ных уровнях. Перед каждым опытом производилась разборка и сборка сепаратора-

сливкоотделителя с промывкой деталей контактирующих с молоком и продуктами его раз-

деления, оснащение необходимым тарелкодержателем и пакетом тарелок согласно матрицы

планирования эксперимента, за основу которой был взят D-оптимальный план с четырна-

дцатью опытами на трех уровнях варьирования. В соответствии с матрицей трехфакторного

эксперимента и таблицы были изготовлены на 3D принтере лопастные тарелкодержатели

с использованием фотополимерного материала имитирующего ABS-пластик, а прорези

в тарелках с использованием ручной гравировальной машины по соответствующим трафа-

ретам с последующим их шлифованием. Перед началом каждого опыта через сепаратор-

14

Уровни

варьирования

0

1

Еди-

ница

изме-

рения

град

Обозначение

Наименование фактора

Угол, образованный вектором

относительной скорости и обратным

направлением вектора переносной

скорости для конца лопастей

Угловая скорость барабана

коди-

рован-

ное

х1

х2

х3

услов-

ное

л2

t

+1

21

сливкоотделитель пропускалась порция подогретой воды объемом один литр температурой

выше на 5 ºС температуры подлежащего сепарированию молока для выравнивания темпе-

ратуры составных частей. Температура молока изменялась на водяной бане с ее регистраци-

ей термометром по ГОСТ 28498-90.

Таблица – Факторы и уровни их варьирования при трехфакторном эксперименте

889,7

1046,7

1203,7

21

33

45

Температура молока

ºС

Исходя из условия, что предельная ошибка во всех опытах приближенно равна

возможной наибольшей статистической, и задаваясь доверительной вероятностью иссле-

дований р=0,95 была выбрана трехкратная повторность опытов.

Экспериментальные исследования в лабораторных условиях опытно-конструктор-

ского образца сепаратора-сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем на экспери-

ментальной установке (рисунок 10), состоящей из трех основных частей. Первая часть явля-

ется регистрирующей и включает в себя ноутбук SONY VAIO PCG-71812V 1 по ГОСТ

23773-88, 26329-84 и мультиметр MAS-345 2

по ГОСТ 14014-91. Вторая часть является

управляющей и имеет автоматический выключа-

тель IEK 3, преобразователь частоты вращения

ВЕСПЕР E2-8300-S2L 4 по ГОСТ Р 51318.11-99.

Третья часть является исполняющей и содержит

электродвигатель АИР80В6 5, сепаратор-сливко-

отделитель 6. Регистрирующая часть необходи-

ма для определения силы тока и напряжения.

Произведение силы тока и напряжения пред-

ставляет собой потребную мощность на привод

сепаратора-сливкоотделителя. Управляющая часть

1

с1

необходима для подключения установки к элек-

трической сети и задания необходимой угловой

скорости исполняющей части. Асинхронный

ное число привода, содержащего электродвига-

Рисунок 10 – Общий вид экспери-

ментальной установки сепаратора-

сливкоотделителя

с

лопастным

тарелкодержателем

(наименова-

ние позиций в тексте)

электродвигатель 5 имеет угловую скорость 96,3 с1

(или частоту вращения 920 мин1), а передаточ-

тель 5 и мультипликатор сепаратора-сливкоотделителя 6, составляет i  0,00714.

Методика исследований в лабораторных условиях опытно-конструкторского образца

сепаратора-сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем при оптимальных кон-

структивных, кинематических и технологических параметрах по оценке равномерности

заполнения молоком межтарелочных пространств. Для установления равномерности за-

полнения молоком межтарелочных пространств проводилась серия опытов, при которых

число тарелок в барабане было одним и тем же, а количество межтарелочных пространств

изменялось. Для чего по внешнему и внутреннему контурам соседних тарелок наносилась

тонкая полоска клея БФ-6. После чего тарелки сжимались до образования необходимого

межтарелочного зазора, величина которого ограничивалась шипиками на образующей

одной

из

тарелок.

Критерием

оценки

служила

производительность

опытно-

конструкторского образца сепаратора-сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем

15

19

требованиям ГОСТ 18113-2013 (

%). Доля жировых шариков радиусом

при оптимальных конструктивных, кинематических и технологических параметрах при

различных количествах межтарелочных пространств.

Методика исследований в производственных условиях сепаратора-сливкоотдели-

теля с лопастным тарелкодержателем по оценке его производительности и остроты

обезжиривания молока при оптимальных конструктивных, кинематических и технологи-

ческих параметрах. Для определения производительности сепаратора-сливкоотдели-

теля и ее сопоставления с результатом экспериментальных исследований в лабораторных

условиях его необходимо внедрить в состав линий предприятий. При этом молоко должно

соответствовать требованиям ГОСТ Р 52054-2003, а его объем, подлежащий сепарированию

в каждом из предприятий, должен быть одинаков.

В четвертом разделе «Результаты и анализ экспериментальных исследований

сепаратора-сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем» представлены

результаты исследований в лабораторных и производственных условиях, а также их анализ.

Плотность исходного молока составляла от 1029 до 1032 кг/м3 при жирности 3,8%.

Сливки, полученные при исследованиях в производственных условиях, имели жирность

от 18 до 41,5 %. Острота обезжиривания составляла О  0,03...0,04 %, что удовлетворяет

м, присутствующих в обезжиренном молоке, составляет не менее 97%,

что хорошо согласуется с расчетным значением критического радиуса жирового шарика.

При этом количество жировых шариков в сливках достигает 150 млрд. шт. в 1 мл, а в обез-

жиренном молоке 2 млрд. шт.

Получены математические зависимости производительности сепаратора-сливкоотде-

лителя с лопастным тарелкодержателем от конструктивных, кинематических и технологи-

ческих параметров:

Адекватность зависимостей (28) и (29) подтверждается множественным коэффициен-

том корреляции = 0,99 и сходимостью расчетных и опытных данных F-тест = 0,97.

Для определения оптимальных параметров сепаратора-сливкоотделителя с лопастным

тарелкодержателем определяли экстремум при решении уравнения (28). Оптимальные значе-

указывают на нахождение экстремума и получение максимальной производительности сепа-

ратора-сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем.

х2

х3

х3

х1

х1

х2

Рисунок 11 – Двухмерные сечения поверхности отклика производительности сепа-

ратора-сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем от углов, образованных

вектором относительной скорости и обратным направлением вектора переносной

скорости для конца лопастей х1, угловой скорости барабана х2 и температуры молока х3

Согласно полученных значений проводили интерполяцию по каждому фактору согласно

16

О  0,05

в закодированном виде Qс.э. = 0,0000145  0,00000007х1 + 0,0000022х2 +

+ 0,0000031х3  0,00000036х12  0,0000021х22  0,0000017х32;

(28)

в раскодированном виде Qс.э. = 0,0001153  0,0000000017βл2 + 0,00000019ω +

+ 0,00000104t  0,0000000009 βл22  0,0000000001ω2  0,000000012t2. (29)

ния составили х1 =  0,097, х2 = 0,524, х3 = 0,912. Полученные двухмерные сечения (рисунок 11)

таблицы. Оптимальные значения факторов в раскодированном виде составили: л2  1 град,

1130 с1 и t  44 ºС. При этом производительность сепаратора-сливкоотделителя

.ш.  0,5106

с лопастным тарелкодержателем составляет Qc.э.  0,0000165 м3/с. Разброс значений произ-

водительности сепаратора-сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем полученной

по экспериментальным исследованиям в лабораторных условиях при оптимальных значениях

конструктивных, кинематических и технологических параметров и по теоретическому выра-

жению (21) не превышает 4 %.

Для установления равномерности заполнения молоком межтарелочных пространств

проводился однофакторный эксперимент после доработки конструкции сепаратора-

сливкоотделителя согласно определенных оптимальных параметров.

Результаты представлены математической зависимостью производительности сепаратора-

сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем от количества межтарелочныхпространств:

Qс.э. = 0,000001342z.

(30)

Адекватность полученной модели подтверждается множественным коэффициентом

корреляции = 0,99, а также сходимостью расчетных и опытных данных F-тест = 0,99.

17

При этом производительность сепаратора-сливкоотделителя составляет

м3/с.

Qc.э.  0,0000161

Таким образом, производительность каждого отдельного межтарелочного пространства

является величиной постоянной, что подтверждает равномерность заполнения межтарелоч-

ных пространств молоком. Разброс значений производительности сепаратора-сливко-

отделителя с лопастным

тарелкодержателем,

по-

лученных по результатам

экспериментальных

ис-

следований в лаборатор-

ных условиях, согласно

моделей (28), (29) с (30)

не превышает 2,5%.

На

рисунке

12

представлены сравните-

льные значения произво-

дительности сепаратора-

сливкоотделителя с лопа-

стным тарелкодержате-

лем

в

зависимости

от количества межтаре-

лочных

пространств,

определенная по теоре-

тическому

уравнению

(21) и математической

модели (30). При анали-

зе результатов теорети-

ческих и эксперимен-

тальных данных (рису-

нок

12)

установлена

достаточная сходимость

F-тест = 0,96, а разброс

значений менее 1,25 %.

Следовательно,

можно

утверждать о правомоч-

ности применения теоре-

тического уравнения (21).

Рисунок 12 – Сравнительные значения производительности

сепаратора-сливкоотделителя с лопастным тарелкодер-

жателем от количества межтарелочных пространств

(левые столбцы по уравнению (21), правые по математиче-

ской модели (30))

Исследования сепаратора-сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем в произ-

водственных условиях проводились на базе ООО «Яшьлек» и МП «Комбинат детского

питания» Пензенской области. Объем молока, подлежащего сепарированию в каждом пред-

приятии составил по 300 л. При этом производительность сепаратора-сливкоотделителя

составила Qc.п.  0,0000161

м3/с.

В пятом разделе «Экономическая эффективность применения сепаратора-сливкоотде-

лителя с лопастным тарелкодержателем» приводится технико-экономический расчет при

сравнении предлагаемого сепаратора-сливкоотделителя с серийно выпускаемым ЭСБ-02.

Определена годовая экономия в 18317 руб. за счет снижения эксплуатационных расходов при

годовом объеме молока, подлежащего сепарированию 90000 л.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана конструктивно-технологическая схема и конструкция сепаратора-

сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем, обеспечивающего повышение

производительности при допустимой остроте обезжиривания равномерным заполне-

нием межтарелочных пространств молоком.

2. По результатам теоретической оценки, производительность сепаратора-сливкоотде-

лителя с лопастным тарелкодержателем при условии равномерного заполнения межтарелоч-

ных пространств молоком составила 0,0000159 м3/с с обоснованными и аналитически опреде-

о

Обоснован криволинейный профиль лопастей тарелкодержателя, выполненный по дуге окруж-

ности противоположно направлению вращения барабана и установлены аналитические зави-

симости радиуса окружности, определяющего множество точек центра кривизны профиля

лопасти; радиуса кривизны профиля лопасти; центрального угла дуги радиуса кривизны лопа-

сти; длины лопасти. Определены значения углов, образованных вектором относительной

скорости и обратным направлением вектора переносной скорости для начала и конца наружной

и внутренней лопастей, которые соответственно составили 50о и 1о в зависимости от анализа

полученных уравнений напора, создаваемого лопастным тарелкодержателем и мощности, необ-

ходимой для придания потоку молока движения по подводящим каналам. Установлено число

подводящих каналов в количестве трех, обеспечивающих более равномерное распределение

молока по образующей тарелки и хорошую пропускную способность сливок.

3. Разработан и изготовлен опытно-конструкторский образец сепаратора-сливкоотде-

лителя с лопастным тарелкодержателем и определены оптимальные значения углов, образован-

ных вектором относительной скорости и обратным направлением вектора переносной скорости

из-

водительности сепаратора-сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем 0,0000165 м /с.

Установлена производительность каждого отдельного межтарелочного пространства, которая

является величиной постоянной, что подтверждает равномерность заполнения межтарелочных

пространств молоком. Исследования в производственных условиях показали достаточную сходи-

мость с результатами исследований в лабораторных условиях при пр3

ра-сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем 0,0000161 м /с и разности их значений

не более 2,5 % при остроте обезжиривания от 0,03 до 0,04 %. Анализ результатов теоретиче-

ских и экспериментальных данных установил их сходимость F-тест = 0,96 при разбросе значе-

ний менее 1,25 %.

4. Годовая экономия от применения сепаратора-сливкоотделителя с лопастным тарел-

кодержателем составляет 18317 руб. за счет снижения эксплуатационных расходов при годо-

вом объеме молока, подлежащего сепарированию 90000 л.

Основные положения опубликованы в следующих работах:

1. Яшин, А.В. Профилирование лопастей тарелкодержателя сепаратора-сливкоотделителя

/ А.В. Яшин, А.В. Саввин // Нива Поволжья. – №3(32). – 2014. – С. 84-88

2. Яшин, А.В. Сепаратор-сливкоотделитель для мелкотоварных хозяйств / А.В. Яшин,

А.В. Саввин // Нива Поволжья. – №3(32). – 2014. – С. 88-92.

3. Пат. 2539759 РФ, МПК A01J 11/10, (2006.01). Сепаратор-сливкоотделитель / А.В. Яшин,

С.И. Щербаков, А.В. Саввин и др. – заявл. 26.02.2013; опубл. 27.01.2015, Бюл. №3. – 7 с.

4. Саввин, А.В. К вопросу о технологии получения сливок / А.В. Саввин, А.В. Яшин,

В.С. Парфенов // Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного

18

ле1нными критическом радиусе жирового шарика 0,5·106 м, угловой скорости барабана 1151,33

с, температуре молока 45 С, что обеспечивается при разделяемости молока 3,26·108 с

и необходимой разделяющей способности сепаратора-сливкоотделителя 136091954,02 с1.

для конца лопастей 1о; угловой скорости барабана 1130 с1; температуры молока 44 ºС при про3

оизводительности сепарато-

Публикации в рецензируемых изданиях

Публикации в других изданиях

комплекса России: сборник материалов научной студенческой конференции. – Пенза: РИО

ПГСХА, 2009. – С. 131-133.

5. Саввин, А.В. К вопросу о совершенствовании молочных сепараторов / А.В. Саввин,

А.В. Яшин // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сборник

материалов Всероссийской научно-практической конференции. – Пенза: РИО ПГСХА,

2012. – С. 153-155.

6. Саввин, А.В. Сепаратор-сливкоотделитель / А.В. Саввин, С.И. Щербаков, А.В. Яшин //

Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сборник материалов

Всероссийской научно-практической конференции. – Пенза: РИО ПГСХА, 2013. – С. 180-181.

7. Яшин, А.В. Классификация молочных сепараторов / А.В. Яшин, А.В. Саввин, А.А. Рома-

нова, А.А. Агеев // Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного

комплекса России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции

студентов, аспирантов и молодых ученых. Том II. – Пенза: РИО ПГСХА, 2014. – С. 219-221.

8.

Саввин, А.В. Инновационное техническое средство для производства сливок / А.В. Саввин

// Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России:

сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов

и молодых ученых. Том II. – Пенза: РИО ПГСХА, 2014. – С. 227-230.

9. Яшин, А.В. К вопросу о взаимосвязи разделяющей способности сепаратора и разделяе-

мости молока / А.В. Яшин, А.В. Саввин, А.А. Романова // Ресурсосберегающие технологии

и технические средства для производства продукции растениеводства и животноводства:

сборник статей Международной научно-практической конференции. – Пенза: РИО ПГСХА,

2014. – С. 227-232.

10. Яшин, А.В. К вопросу о совершенствовании способа загрузки межтарелочных пространств

молочных сепараторов / А.В. Яшин, В.С. Парфенов, А.В. Саввин, А.А. Романова, В.Н. Стригин

// Ресурсосберегающие технологии и технические средства для производства продукции расте-

ниеводства и животноводства: сборник статей Международной научно-практической конфе-

ренции. – Пенза: РИО ПГСХА, 2014. – С. 233-235.

11. Yashin, A.V. The laboratory facility for the study of milk separator / A.V. Yashin, V.S. Parfenov,

A.V. Sawwin, A.A. Romanova // Materiály X mezinárodní vědecko - praktická konference «Vědecký

pokrok na přelomu tysyachalety – 2014». Díl 22. Chemie a chemická technologie. Zemědělství.

Zvěrolékařství. – Praha: Publishing House «Education and Science» s.r.o., 2014. – S. 19-21.

12. Яшин, А.В. Структурно-функциональное описание технологического процесса сепариро-

вания молока и структурная схема работы барабана / А.В. Яшин, А.В. Саввин // Аграрная наука

и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения: сборник

материалов VI Международной научно-практической конференции. Часть 1. – Ульяновск:

ГСХА им. П.А. Столыпина, 2015. – С. 131-134.

13. Яшин, А.В. Результаты экспериментальных исследований сепаратора-сливкоотделителя

с лопастным тарелкодержателем / А.В. Яшин, А.В. Саввин // «Образование, наука, прак-

тика: инновационный аспект»: сборник международной научно-практической конференции

посвященной дню Российской науки. Том II. – Пенза: РИО ПГСХА, 2015. – С. 138-141.

14. Яшин, А.В. Теоретическая оценка производительности сепаратора-сливко-

отделителя с лопастным тарелкодержателем и обоснование кинематического и техно-

логического параметров / А.В. Яшин, А.В. Саввин // «Образование, наука, практика:

инновационный аспект»: сборник международной научно-практической конференции

посвященной дню Российской науки. Том II. – Пенза: РИО ПГСХА, 2015. – С. 141-145.

15. Яшин, А.В. Теоретическое обоснование конструктивных параметров лопастного тарел-

кодержателя сепаратора-сливкоотделителя / А.В. Яшин, А.В. Саввин // «Образование, наука,

практика: инновационный аспект»: сборник международной научно-практической конферен-

ции посвященной дню Российской науки. Том II. – Пенза: РИО ПГСХА, 2015. – С. 146-150.

Подписано в печать 07.07.2015 г. Формат 60×84/16. Объем 1 п.л.

Тираж 100. Заказ № 93

Отпечатано с готового оригинал-макета

в Пензенской мини-типографии

Свидетельство № 5551

440600, г. Пенза, ул. Московская, 74

19



Похожие работы:

«БЕШЕНОВ МАКСИМ ЕВГЕНЬЕВИЧ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНАЯ КОМПОЗИЦИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОДУКТА УТИЛИЗАЦИИ НЕФТЕШЛАМА ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ Специальность 05.23.05 Строительные материалы и изделия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Казань – 2015 ДОБРОВ Эдуард Михайлович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО Московский автомобильно дорожный государственный технический университет (МАДИ), профессор...»

«Полывяный Юрий Владимирович ИНТЕНСИФИКАЦИЯ СБИВАНИЯ СЛИВОЧНОГО МАСЛА РОТОРНО-ЛОПАСТНЫМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ МАСЛОИЗГОТОВИТЕЛЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ Специальность 05.20.01 – технологии и средства механизации сельского хозяйства АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Пенза – 2015 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Пензенская государственная...»

«Зиборов Дмитрий Михайлович ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ПРОПИЛЕНГЛИКОЛЯ В КАЧЕСТВЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ТЕПЛОВОМ ОБОРУДОВАНИИ ПРЕДПРИЯТИЙ ПИТАНИЯ 05.18.12 Процессы и аппараты пищевых производств Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2015 Г.В. Плеханова. Научный руководитель кандидат технических наук, профессор Ботов Михаил Иванович Официальные оппоненты: Воскобойников Владимир Александрович доктор...»





 
© 2015 www.z-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.