Тетра Пак. Технология производства молока
Подождите немного. Документ загружается.
покидает ее под более высоким давлением и с большей скоростью, чем в центре крыльчатки. Скорость частично
преобразуется в давление в корпусе насоса перед тем, как жидкость покидает его через выпускной штуцер.
Лопасти крыльчатки образуют в насосе каналы. Обычно лопасти изогнуты в обратную сторону, но в
маленьких насосах они бывают прямыми.
Область применения центробежных насосов
Центробежные насосы наиболее широко применяются в молочной промышленности, и именно им
следует отдавать предпочтение, если они подходят для выполнения планируемой работы. Причина в том, что
центробежный насос обычно обходится дешевле и при покупке, и в работе, и в техническом обслуживании.
Кроме того, эти насосы легче других адаптируются к различным рабочим режимам.
Центробежные насосы могут использоваться для перекачки любых жидкостей с относительно низкой
вязкостью, которые не нуждаются в особо бережном обращении. Они могут также работать с жидкостями, в
которых содержатся сравнительно крупные частицы, естественно, при условии, что эти частицы не больше
размера канала крыльчатки.
Недостаток центробежного насоса в том, что он не может перекачивать жидкости с высоким
содержанием воздуха: пропадает наполнение, и перекачивание прекращается. В таких случаях для
возобновления работы насос приходитсяостанавливать, производить его заливку и снова запускать. Другими
словами, центробежный насос не относится к категории самовсасывающих насосов, так что перед началом
работы его корпус и линия всасывания должны быть заполнены жидкостью. Поэтому установку такого насоса
следует тщательно спланировать.
Регулирование потока
Редко удается подобрать такой насос, который бы абсолютно точно соответствовал требуемой
производительности. Для получения необходимого значения существует несколько способов регулировки:
• Дросселирование – очень гибкий, но неэкономичный метод
• Уменьшение диаметра крыльчатки – менее гибкий, но более экономичный
• Регулировка скорости – и гибкий, и экономичный.
Эти три варианта проиллюстрированы на рис. 6.7.7.
Рис. 6.7.6 Направление потока в центробежном насосе.
Дросселирование
Самый простой способ управления потоком – установка дроссельного клапана на выходе из насоса. Это
обеспечит точную регулировку давления и расхода, идущего от насоса. Это наиболее подходящий метод, если
насос предназначается для работы в режимах изменяющегося давления и расхода. Недостаток этого метода – в
его неэкономичности в том случае, если давление и расход постоянны.
Дросселирование может выполняться с помощью вмонтированных в трубопровод пластин с
отверстиями, ручных или автоматических управляющих клапанов или механического расходомера, который
часто врезается в линии обработки молока.
Самый экономичный вариант насоса получится, если диаметр его крыльчатки будет уменьшен до
значения D
1
. На диаграммах большинства насосов имеются графики для различных диаметров крыльчаток.
Регулировка скорости
Изменение скорости приводит к изменению центробежной силы, созданной крыльчаткой.
Давление и производительность также изменяются – возрастают с ростом скорости и снижаются с ее
уменьшением.
Регулировка скорости – самый эффективный путь управления насосом. Скорость крыльчатки всегда
полностью соответствует производительности насоса и, следовательно, соответствует также и расходу энергии,
и обработке жидкости.
Вместе со стандартными трехфазными двигателями может быть использован преобразователь частоты.
Они имеются в вариантах для ручного или автоматического управления потоком и давлением.
Насосы на частоту 60 Гц
Большинство центробежных насосов рассчитаны на частоту питающего напряжения 50 Гц, что для
двухполюсного двигателя означает 3000 об/мин. Но в некоторых странах источники энергии рассчитаны на
частоту 60 Гц, при которой скорость возрастает на 20%, то есть до 3600 об/мин. У изготовителей можно
получить характеристики насосов, работающих при 60 Гц.
Напор и давление
Плотность
Напор, измеряемый в метрах столба жидкости, не зависит от плотности перекачиваемой жидкости.
Однако плотность имеет большое значение для давления на выходе и для потребляемой энергии. Если в разных
случаях и насос, и вязкость обрабатываемой жидкости неизменны, можно сохранять неизменной и высоту
столба жидкости (10 метров в нашем примере) независимо от ее плотности. Однако изменение плотности, т.е.
массы жидкости, будет приводить к изменению показаний манометра (см. примеры на рис. 6.7.9).
Уменьшение диаметра крыльчатки
Уменьшив заводской диаметр крыльчатки D до D
1
, можно получить более низкую, по сравнению с
максимальной, кривую насоса (см. рис. 6.7.8). Новый диаметр D
1
можно приблизительно определить, проведя
прямую линию на диаграмме рабочих характеристик насоса от точки O через А к стандартной кривой B
крыльчатки D. Зафиксируйте давление H и потребное новое давление H
1
. Новый диаметр крыльчатки D
1
рассчитывается с помощью формулы:
Примечание
В диаграммах подачи насосов напор всегда обозначается в метрах столба жидкости, а расход энергии
приводится на основе работы с водой, плотность которой равна 1. Это значит, что для перекачки жидкостей
большей плотности показатель энергии в графике должен быть умножен на плотность.
Давление насоса в метрах водяного столба соответственно получается при умножении давления в
метрах столба жидкости на относительную плотность.
С более тяжелой жидкостью насос должен выполнять большую работу, чем с более легкой. Расход
энергии изменяется пропорционально плотности.
Если в примере А расход составляет 1 кВт, то в примере В – 1,2 кВт, а в примере С – только 0,8 кВт.
Вязкость
Жидкости с более высокой вязкостью создают большее гидравлическое сопротивление, чем менее
вязкие жидкости. При перекачивании более вязких жидкостей поток и напор снижаются, а потребность в
энергии возрастает из-за возросшего гидравлического сопротивления в крыльчатке и корпусе насоса.
Центробежные насосы могут перекачивать жидкости с относительно высокой вязкостью, но не
рекомендуются для работы с жидкостями, вязкость которых выше 500 сантипуазов, потому что с превышением
этого уровня расход энергии резко возрастает.
Водокольцевые насосы
Эти насосы, изображенные на рис. 6.7.10 и 6.7.11, работают как самовсасывающие насосы, если их
корпус залит жидкостью хотя бы наполовину.
Они способны перекачивать жидкости с высоким содержанием газа или воздуха.
Насос состоит из крыльчатки с прямыми радиальными лопастями (4), вращающимися в корпусе,
впускного и выпускного отверстий и приводного двигателя. От впускного отверстия (1) жидкость поступает на
лопасти, которые с ускорением направляют ее в корпус насоса, где она образует “жидкое кольцо”, вращающееся
практически с той же скоростью, что и крыльчатка.
В стенке корпуса имеется канал. В точке 2 он узкий, но по мере приближения к точке 3 он становится
глубже и шире, а затем – снова уменьшается по мере приближения к точке 6. При переносе жидкости лопостями
происходит заполнение ею канала, при этом увеличивается пространство для жидкости, проходящей сквозь
лопасти. Это приводит к образованию вакуума в центре, в который затягивается дополнительное количество
жидкости из линии всасывания.
После прохождения точки 3 объем между лопастями уменьшается в связи с уменьшением глубины
канала. Это принуждает жидкость к постепенному смещению к центру и повышает давление, и жидкость
выводится через отверстие 7 к выходу из насоса 5. Воздух, попавший в линию всасывания, будет перекачан
таким же путем, как и жидкость.
Применение
Водокольцевые насосы находят себе применение в молочной промышленности в тех случаях, когда
продукт содержит большой процент воздуха или газа и когда вследствие этого применение центробежных
насосов невозможно. Просвет между крыльчаткой и стенками корпуса у центробежного насоса слишком
маленький, поэтому он не пригоден для работы с абразивными жидкостями.
Типовое применение водокольцевого насоса – возвратный насос системы безразборной мойки (СБМ)
для перекачки моющего раствора из промытой емкости, поскольку такой раствор содержит, как правило,
большое количество воздуха.
Объемные насосы
Принцип действия
Эти насосы работают по принципу объемного вытеснения. Они делятся на две основные группы:
вращательные насосы и насосы возвратно-поступательного движения. В каждую группу входит несколько
различных типов.
В основе работы объемного насоса лежит то, что каждый оборот или каждое возвратно-поступательное
действие резко увеличивает давление.
В этой связи важно, чтобы:
1 Ни один клапан после насоса не был закрытым
2 Насос был оснащен предохранительным клапаном – либо непосредственно встроенным в насос, либо
работающим в качестве перепускного клапана.
Эксцентрико- винтовые насосы
Эти насосы имеют улучшенные уплотнения по сравнению с лопастно-роторными насосами и
используются для перекачивания жидкостей с малой вязкостью.
Они не отличаются такой же высокой степенью гигиеничности, как лопастно-роторные, но зато
бережно обращаются с перекачиваемой продукцией. Область применения – та же, что и у лопастно-роторных.
Эксцентрико-винтовые насосы не должны работать вхолостую даже несколько секунд, так как в этом
случае они неизбежно выйдут из строя.
Управление потоком
Управление подачей объемного насоса обычно осуществляется посредством регулирования скорости.
Это также можно делать, изменяя ход поршня насоса возвратно-поступательного действия.
Диаметр и длина труб
Когда речь идет о перекачивании продуктов с высокой вязкостью, большое внимание следует уделять
определению размеров трубопроводов. В таких случаях насос необходимо устанавливать в непосредственной
близости к источнику перекачиваемой жидкости, а диаметр трубы должен быть большим. В ином случае будут
происходить настолько значительные падения давления, что в насосе будет возникать кавитация.
То же самое относится и к выпускной части насоса и нагнетающему трубопроводу.
Давление станет чрезмерно высоким, если трубы будут слишком узкими и длинными.
Лопастно-роторные насосы
Лопастно-роторный насос (рис. 6.7.12) обычно имеет два ротора, каждый из которых оснащен двумя-
тремя лопастями. На входе в насос при вращении лопастей создается вакуум, который затягивает жидкость в
насос. Далее жидкость движется к выходу из насоса по периферии его корпуса. У выхода объем сужается, и
жидкость выталкивается наружу.
Роторы приводятся независимо друг от друга механизмом распределения, находящимся в задней части
насоса. Роторы не соприкасаются ни друг с другом, ни с корпусом насоса, но зазоры между всеми деталями
насоса очень малы.
Область применения
Данный насос имеет стопроцентный коэффициент наполнения, когда вязкость перекачиваемой
жидкости превышает 300 сП. Этот насос является гигиеническим и бережно обрабатывает продукт, что
позволяет его широко использовать для перекачивания сливок с высоким содержанием жира,
кисломолочныхпродуктов, творожно-сывороточных смесей и др.
Поршневые насосы
Основная деталь поршневого насоса – поршень, совершающий возвратно- поступательные движения в
цилиндре. Впускной и выпускной клапаны регулируют поток чтобы он двигался в нужном направлении.
Поршневые насосы на молокозаводах в основном используются в качестве дозирующих насосов.
Гомогенизатор также по существу представляет собой разновидность поршневого насоса.
Диафрагменные насосы
Воздушные насосы диафрагменного типа, один из которых показан на рис. 6.7.16, предназначены для
бережного перекачивания продукции. Давление на их выходе пульсирующее, причем с изменением напора
продукта на входе изменяется пропускная способность насоса, в то время как давление воздуха остается
неизменным. Поэтому эти насосы больше используются для транспортировки продукции и гораздо реже – в
технологических процессах.
Диафрагменные насосы с механическим приводом часто используются в качестве дозирующих.
Принцип действия
Диафрагменные насосы – это объемные насосы двукратного действия с двумя камерами. Сжатый
воздух, необходимый для привода насоса, проходя через регулировочный клапан, поочередно надавливает сзади
на каждую диафрагму.
Таким образом, продукт поочередно выталкивается из камер насоса.
У диафрагмы имеется дополнительная функция – отделение перекачиваемого продукта от сжатого
воздуха. Поскольку и у сжатого воздуха, и в насосных камерах во время каждого хода поршня преобладает
одинаковое давление, сами диафрагмы не испытывают на себе никаких воздействий перепадов давления.
И в этом одна из причин долговечности диафрагм.
Сокращением диафрагмы создается вакуум, и перекачиваемый продукт засасывается в камеру.
Одновременно сокращается объем другой камеры, и продукт выводится через выпускной обратный клапан.
Обе диафрагмы соединены общим штоком, и поэтому всегда, когда в одной из камер происходит
всасывание, из другой продукт выталкивается. Во время каждого цикла сжатый воздух выполняет две роли:
опорожнение насоса и заполнение его очередной порцией перекачиваемого продукта.
Шланговые насосы
Эта разновидность насосов может использоваться для перекачивания и сравнительно точного
дозирования продуктов.
В заполненном смазкой корпусе насоса вращается ротор, который сдавливает шланг роликами. Отделы
всасывания и опорожнения наглухо закрыты друг от друга.
Во время вращения жидкая или газообразная среда, находящаяся внутри шланга, перекачивается в
нижний выпускной штуцер. Это создает вакуум на входе, и продукт засасывается в насос. Этот насос относится
к типу самовсасывающих насосов и поэтому пригоден для забора соковых концентратов и обезвоженного
молочного жира из бочек.
Объем между роликами равен половине объема, перекачанного за полный оборот. Это количество во
время вращения постоянно направляется к выпускному штуцеру, и в то же время аналогичная порция поступает
в насос через впускной штуцер.
Трубопроводная сеть
Продукт перемещается между агрегатами установки по трубопроводной сети.
На молокозаводе также имеются проводящие системы и для других сред – воды, пара, моющих
растворов, хладагента и сжатого воздуха. Обязательно также присутствие системы удаления сточных вод. Все
эти системы в принципиальном плане друг от друга не отличаются. Разница лишь в материалах, из которых они
изготовлены, в конструкции деталей и в размерах труб.
Все контактирующие с продуктом детали изготовлены из нержавеющей стали. В других системах
использованы различные материалы – например, чугун, сталь, медь, алюминий. Для изготовления
водопроводных и воздуховодных линий применяются также пластики,а для дренажных и сточных
трубопроводов – керамика.
В данном разделе речь пойдет только о продуктовых трубопроводах и его деталях. О трубопроводах
вспомогательного назначения рассказывается в разделе, посвященном подсобному оборудованию.
В систему трубопровода для продукта входят следующие виды арматуры:
• Прямые трубы, колена, тройники, переходники и муфты
• Специальная арматура – смотровые стекла, приборные колена и т.д.
• Клапаны для остановки и изменения направления потока
• Клапаны управления давлением и расходом
• Кронштейны для труб.
Трубы, клапаны и арматура
Согласно требованиям гигиены, все детали, соприкасающиеся с продуктом, изготавливаются из
нержавеющей стали. Используются две основные марки: AISI 304 и AISI 316. Последняя часто называется
кислотоупорной сталью. Им соответствуют (хотя и не полностью) следующие марки шведской стали:
США AISI 304 AISI 316 AISI 316L
Швеция SIS 2333 SIS 2343 SIS 2359
Соединения
Неразъемные соединения свариваются. Там, где требуется расстыковка, соединение обычно
выполняется в виде резьбового штуцера, на который надевается прокладочное кольцо и навинчивается
контргайка, или в виде штуцера с прокладочным кольцом и хомутом.
Наличие штуцера позволяет производить расстыковку, не потревожив другие детали трубопровода.
Поэтому данный вид арматуры используется для соединения элементов технологического оборудования,
приборов и проч., что рано или поздно приходится снимать для очистки, ремонта или замены.
У разных стран – разные стандарты на штуцеры. В числе этих стандартов – SMS (Шведский стандарт на
молочное оборудование), который также признан на международном уровне, DIN (Германия), BS (Англия), IDF/
ISO* и ISO Clamps (широко применяемый в США).
Выпускаются колена, тройники и подобная им арматура, допускающая установку с помощью сварки и
имеющая места под сварку. В последнем случае арматура может быть заказана с гайкой или внутренней частью
соединения, или со стяжным соединителем.
Вся арматура должна быть надежно уплотнена, чтобы исключить утечки жидкости из системы или
засасывания в нее воздуха, что приведет к возникновению проблем в осуществлении технологического процесса
ниже по потоку.
Специальная арматура
Смотровые стекла монтируются в линию в тех местах, где необходима визуальная проверка наличия
продукта.
Колена со штуцерами под приборы используются для установки термометров и манометров. Датчик
должен быть установлен навстречу потоку, чтобы обеспечить максимально точные показания. Специальные
утолщения предназначены для врезки вентилей для отбора проб. Приборные штуцеры могут быть также
снабжены специальными бобышками для приваривания непосредственно к трубе во время монтажа.
Пробоотборник
Такие приспособления должны быть установлены в стратегических точках технологической линии для
отбора образцов продукции на анализ. Для проведения контроля качества, например, для определения жирности
молока или уровня кислотности (pH) в кисломолочных продуктах образцы можно отбирать с помощью
пробоотборника.
При определении санитарного состояния производственной линии практикуемый способ отбора проб
должен полностью исключить риск внесения в трубу какого-либо загрязнения из внешней среды. С этой целью
используется заборная пробка. На дне этой пробки имеется резиновая заглушка. Сначала извлекается пробка, и
все ее детали, которые могли бы внести в образец какое-либо загрязнение, тщательно дезинфицируются
(обычно с помощью тампона, смоченного в растворе, содержащем хлор, непосредственно перед отбором
образца). После этого в продукт сквозь резиновую заглушку вводится игла медицинского шприца и с ее
помощью отбирается образец. Образцы асептических продуктов (прошедших термообработку при столь
высоких температурах, что они стали практически стерильными) всегда отбираются через асептический
заборный клапан для предотвращения повторной инфекции.
Клапаны
Системы клапанов
В трубопроводной сети существует много стыков, через которые продукт перетекает из одной линии в
другую, но которые иногда должны перекрываться с тем, чтобы два потока различных жидкостей могли
перемещаться по этим двум линиям, не смешиваясь друг с другом. Когда линии изолированы друг от друга,
любая утечка должна идти на слив, при этом следует исключить любую возможность попадания одной
жидкости в другую.
Это общая проблема, возникающая при проектировании молочных предприятий. Молочные продукты и
моющие растворы подаются по разным трубопроводам и не должны соприкасаться.
Отсечные и переключающие клапаны
В трубопроводной сети есть участки, где возникает необходимость в приостановлении потока или
направлении его в другую линию. Эти функции выполняются клапанами. Для этой работы применяются
отдельные клапаны, имеющие ручное или автоматическое управление, или шиберные заслонки.
Седельные клапаны
На корпусе клапана имеется седло для закрывающего затвора на конце штока. Шток, который
приводится коленчатым рычагом или пневматическим механизмом, поднимает затвор с седла и опускает его
обратно.
Седельный клапан с седлом выпускается также в переключающем исполнении.
У такого клапана от трех до пяти отверстий. При опущенном затворе жидкость течет от впускного
отверстия 2 к выпускному 1, а когда затвор поднят к верхнему седлу, поток направляется через выпускное
отверстие 3.
У этой разновидности клапана может быть до пяти отверстий. Их количество определяется
технологическими требованиями.
Существует целый ряд вариантов приводов с дистанционным управлением. Например, клапан может
быть открыт с помощью сжатого воздуха, а закрыт пружиной, или наоборот. Он также может и открываться, и
закрываться сжатым воздухом .
Выпускаются также приводы для промежуточного положения затвора и для двухступенчатого открытия
и закрытия.
Устройство управления клапаном часто устанавливается в виде блока на привод клапана. В этот блок
входят датчики положения клапана, направляющие информацию в главную систему управления. В
воздухопровод к приводу клапана или в блок управления встраивается соленоидный клапан. Электрический
сигнал приводит в действие соленоидный клапан и позволяет сжатому воздуху поступить в привод. Это
вызывает открытие или закрытие клапана в соответствии с требованиями. При подаче сжатый воздух проходит
сквозь фильтр, освобождаясь от масла и других загрязнений, которые могут помешать исправной работе
клапана. Когда выключается соленоидный клапан, подача воздуха прекращается, при этом воздух удаляется из
клапана на продуктовой трубе, через выпускное отверстие в соленоидном клапане.
Шиберные заслонки
Шиберная заслонка – отсечной клапан. Для работы в режиме переключения нужно использовать два
клапана.
Шиберные заслонки часто используются при работе с продуктами, восприимчивыми к механическим
воздействиям,– йогуртом и другими кисломолочными продуктами, так как гидравлическое сопротивление
клапана мало, и, следовательно, перепад давлений на клапане и турбулентность незначительны. Такие клапаны
очень хороши для работы с продуктами, обладающими высокой вязкостью, и, являясь проходной арматурой,
они могут быть установлены на прямых участкахтрубы.
Клапан этого типа обычно состоит из двух идентичных створок, между которыми установлено
уплотнительное кольцо. В центре клапана находится обтекаемый диск. Обычно он опирается на втулки, чтобы
не позволить штоку задевать корпус клапана.
Когда диск находится в открытом положении, клапан оказывает потоку очень маленькое
сопротивление. В закрытом положении диск уплотняется резиновым кольцом.
Клапан с ручным управлением
Шиберная заслонка снабжена рукояткой обычно на два положения: открытое и закрытое.
Клапан этого типа по существу не подходит для работы в качестве регулировочного клапана, но может
применяться для грубого управления с помощью специальной ручки для бесступенчатого регулирования
потока.
Автоматическое управление
Для автоматического управления шиберной заслонкой применяется воздушный привод. Возможны
следующие режимы работы:
• Закрытие пружиной/открытие воздухом (в нейтральном положении клапан закрыт)
• Открытие пружиной/закрытие воздухом (в нейтральном положении клапан открыт)
• Открытие и закрытие воздухом.
Диск легко поворачивается до соприкосновения с уплотнительным кольцом. Далее требуется большее
усилие, чтобы поджать резину. Обычный привод пружинного типа производит максимальное усилие в начале
хода, когда необходимо минимальное приложение силы, а в конце хода, когда усилие должно быть больше, он
как раз ослабевает. Поэтому предпочтительнее использовать приводы, которые обеспечивают необходимое
усилие в каждый момент работы.
Другая разновидность шиберной заслонки – клапан фланцевого типа.
По сути он аналогичен уже описанному типу шиберной заслонки, а отличается тем, что он закреплен
между двумя фланцами, приваренными к трубопроводу. Функционирует он так же, как обычная шиберная
заслонка. Во время работы он привинчен к фланцам. При техобслуживании винты ослабляют, и клапан без
труда извлекается для проведения работ.
Противосмесительные клапаны
Клапаны этого типа могут быть с одним или двумя седлами, но здесь мы будем говорить о варианте с
двумя седлами как более характерном для этой разновидности клапанов.
Двухседельный клапан имеет два независимых седла с дренажной камерой между ними. Эта камера
должна сообщаться с атмосферой для обеспечения полной гарантии от смешивания потоков – в случае
нарушения герметичности одного из седел. Когда двухседельный клапан получает команду на срабатывание,
камера между его верхним и нижним корпусами закрыта, затем клапан открывается, соединяя верхний и
нижний трубопроводы. При закрытии клапана сначала верхний затвор клапана отсекает подачу жидкости из
верхнего трубопровода, а затем дренажная камера сообщается с атмосферой.
Это не приводит к сколько-нибудь значительным потерям продукта во время работы.
Важно, чтобы во избежание открытия клапана и последующего смешивания жидкостей в результате
гидроудара – нижний затвор был гидравлически уравновешен.
Во время мойки открывается один из затворов клапана или внешняя линия безразборной мойки
подсоединяется к дренажной камере. Некоторые клапаны могут присоединяться к внешнему источнику для
мойки тех частей затвора, которые были в контакте с продуктом. Односедельный несмешивающий клапан имеет
одно или два седла, но для одного и того же затвора. Пространство между двумя сердечниками сообщается с
атмосферой. До начала срабатывания данного клапана эта дренажная камера закрыта маленькими запорными
клапанами. Когда возникает необходимость промывки, внешняя линия безразборной мойки подсоединяется к
дренажной камере через указанные клапаны.
Обратные связи и управление клапанами
Индикация положения
На клапане могут быть установлены различные типы приборов, показывающих его положение, в
зависимости от системы управления всем комплексом.
Сюда входят микровыключатели, индуктивные бесконтактные выключатели, датчики Холла. Эти
выключатели посылают ответные сигналы в систему управления.
Когда на клапанах установлены только выключатели, необходимо для каждого клапана иметь
соответствующий ему соленоидный клапан в настенном шкафу соленоидных клапанов.
При получении сигнала соленоидный клапан направляет сжатый воздух на клапан, установленный на
трубопроводе, а когда сигнал прерывается, соленоидный клапан прекращает подачу воздуха.
В такой системе (1) к каждому клапану подведен индивидуальный электрический кабель и собственный
воздушный шланг.
Комбинированный блок (2) обычно монтируется на приводе клапана. В него входят те же датчики
положения, что и вышеупомянутые, а соленоидный клапан установлен вместе с датчиками. Это означает, что
один воздушный шланг может снабжать воздухом несколько клапанов, но каждый клапан по-прежнему
нуждается в отдельном кабеле.
Полный контроль
Он осуществляется с помощью блока датчиков положения, который специально создан для
компьютерного управления. В этот блок входят индикатор положения, соленоидный клапан и электронное
устройство, которое способно управлять работой до 120 клапанов с помощью только одного кабеля и одного
воздушного шланга. Этот блок может централизованно программироваться, причем стоимость его установки
невысока.
Некоторые системы могут, кроме того, не получая внешних сигналов, открывать клапаны для промывки
седел. Они также могут подсчитывать количество срабатываний клапана. Эта информация может быть
использована при планировании сервисных работ.
Обратные клапаны
Обратный клапан устанавливается в линию, в случае необходимости обеспечения движения потока
только в одном направлении. Клапан открыт, когда поток движется в правильном направлении. Если поток
останавливается, затвор клапана прижимается к своему седлу пружиной. Клапан закрывается и предотвращает
движение потока в обратном направлении.
Регулирующие клапаны
У отсечных и переключающих клапанов все просто – они или открыты, или закрыты. У регулирующего
клапана диаметр отверстия может изменяться постепенно. Такой клапан предназначен для точного управления
потоком и давления в различных точках системы.
Редукционный клапан поддерживает в системе необходимое давление. Если оно снижается, пружина
прижимает клапан к седлу. Как только давление повышается до определенного уровня, давление на затвор
клапана пересиливает пружину, и клапан открывается. Регулировкой натяжения пружины можно добиться
открывания клапана при определенном гидравлическом давлении.
Ручной регулирующий клапан имеет шток с затвором особой формы.
При повороте регулировочной ручки затвор смещается вверх или вниз, уменьшая или увеличивая
проход и, следовательно, скорость потока или давление. На клапане нанесена шкала с делениями.
Пневматический регулирующий клапан функционирует аналогично описанному выше. Конструкция
узла клапан-седло также аналогична ручному клапану. По мере опускания затвора в направлении седла канал
для прохождения потока постепенно сужается.
Клапан этого типа предназначен для автоматической регулировки давления, потока и уровня во время
технологического процесса. В производственную линию вмонтирован датчик, непрерывно сообщающий
значения измеряемого параметра управляющему устройству, которое вносит необходимые коррективы в
положение затвора, чтобы поддерживалось заданное значение.
Клапан постоянного давления – один из наиболее часто используемых (рис. 6.8.20).
Сжатый воздух подается через редукционный клапан в пространство над диафрагмой. Давление
воздуха изменяется редукционным клапаном до тех пор, пока манометр давления продукта не покажет
необходимое значение. После этого заданное давление продукта поддерживается постоянным независимо от
изменения рабочих условий.
Клапан мгновенно реагирует на изменение давления продукта. Пониженное давление продукта
приводит к повышению усилия на диафрагму со стороны давления воздуха, которое остается постоянным.
Затем затвор клапана перемещается вниз вместе с диафрагмой, расход ограничивается, а давление продукта
повышается до заданного уровня.
Возросшее давление продукта приводит к тому, что оказываемое им воздействие на диафрагму
превосходит давление сжатого воздуха сверху. В этом случае затвор отжимается вверх, увеличивая диаметр
канала, по которому проходит продукт. Расход будет нарастать, пока давление продукта не снизится до
заданного уровня. Этот клапан выпускается в двух вариантах – для поддержания постоянного давления перед
клапаном или после него.
Клапаном невозможно регулировать давление продукта, если имеющееся давление воздуха ниже
необходимого давления продукта. В таких случаях над клапаном может быть установлен подкачивающий насос,
и тогда клапан может работать при давлениях продукта, вдвое превышающих действующее давление сжатого
воздуха.
Клапан с пневматической регулировкой расхода.
Клапан постоянного давления с подкачивающим насосом для регулирования давления продукта,
которое превышает действующее давление сжатого воздуха.
Принцип действия клапана постоянного давления при регулировании давления перед клапаном.
1 Равновесие между воздухом и продуктом
2 Давление продукта снижается, клапан закрывается,и давление продукта снова вырастет, поднимаясь
до заданного уровня 3 Давление продукта нарастает, клапан открывается, и давление продукта опускается до
заданного уровня
Клапаны на резервуарной площадке расположены таким образом, что поступающие в резервуары и
уходящие из них потоки продукта и моющих растворов не пересекаются.
Между потоками продукта и моющих растворов, так же как и между потоками разных продуктов,
всегда должно быть открытое дренажное отверстие.
Клапаны, обеспечивающие постоянное давление перед входом, часто устанавливают после сепараторов
и пастеризаторов. А те, что поддерживают постоянное давление на выходе, применяются в линиях перед
упаковочными машинами.
Клапанные системы
Чтобы уменьшить до минимума число тупиковых выходов и получить возможность распределять
продукт между различными участками молочного завода, клапаны группируются в блоки. С помощью клапанов
также изолируют отдельные линии, чтобы одну линию можно было промыть, пока по другим линиям
циркулирует продукт.
Кронштейны для труб
Трубопроводы прокладывают на высоте двух-трех метров над уровнем пола молочного завода. Все
узлы и детали трубопровода должны быть легко доступны для проверки и обслуживания. Трубопроводы
должны быть слегка наклонены (1:200–1:1000) для обеспечения самодренажа. На всем протяжении
трубопроводов не должно быть никаких “мешков”, чтобы там не скапливался продукт или моющий раствор.
Трубы должны быть надежно закреплены. С другой стороны, крепление труб не должно быть слишком
жестким, исключающим всякое их смещение. При высоких температурах продукта или моющего раствора
трубы претерпевают значительное расширение. Возникающие удлинение и крутящие нагрузки в изгибах и в
оборудовании должны определенным образом компенсироваться.
Это обстоятельство, а также тот факт, что различные узлы и детали в большой степени утяжеляют
систему трубопроводов, требуют большой точности расчетов и высокого профессионализма от
проектировщиков.
Резервуары
В молочной промышленности резервуары используются для различных целей.
Емкость резервуаров может достигать 150 000 литров для танков башенного типа в отделении приемки
до небольших 100-литровых баков.
В целом резервуары можно разделить на две основные категории в зависимости от назначения:
• Танки для хранения
• Технологические танки.
Резервуары для хранения
Башенные танки
Танки башенного типа относятся к категории резервуаров для приемки и хранения молока. Их описание
было дано в главе “Сбор и приемка молока”. Емкость этих цистерн варьируется от 25 000 до 150 000 литров.
Внутренние поверхности изготовлены из нержавеющей стали. Для экономии строительных расходов эти танки
часто устанавливают вне помещения.
В таких случаях цистерны имеют теплоизоляцию. Цистерны имеют двойные стенки с изоляцией из
минеральной ваты толщиной не менее 70 мм. Внешний
Танки башенного типа оборудуются различными типами мешалок и оборудованием для контроля и
наблюдения.
Число и размеры таких цистерн определяются количеством ежедневно завозимого на предприятие
молока, числом рабочих дней в неделе, продолжительностью рабочего дня (одна, две или три смены),
разнообразием видов производимой продукции и ее количеством.
Танки для промежуточного хранения
Эти танки предназначены для непродолжительного хранения продукта в процессе его производства.
Они используются для буферного хранения, чтобы иметь возможность поддерживать постоянные параметры
потока. После тепловой обработки и охлаждения молоко помещается в буферную емкость и далее направляется
на розлив. Если розлив прерывается, обработанное молоко хранится в промежуточной емкости до
возобновления этой операции. Подобным же образом молоко из этой емкости может использоваться при
временной остановке технологического процесса.
Внутренняя оболочка танка емкостью от 1000 до 50 000 литров изготовлена из нержавеющей стали.
Танк изолирован для поддержания постоянной температуры продукта. Наружный корпус этих емкостей также
изготовлен из нержавеющей стали, а между стенками оболочек проложен слой минеральной ваты.
Емкость для промежуточного хранения оснащена мешалкой и может также иметь различные системы и
приборы для мойки и контроля уровня и температуры. Это оборудование принципиально не отличается от
описанного выше для башенных танков.
Общепризнано, что технологический процесс требует буферного запаса, соответствующего не более
чем полутора часам работы в обычном режиме, то есть: 1,5 х 20 000 = 30 000 литров.
Смесительные танки
Как явствует из их названия, эти емкости предназначены для смешивания различных продуктов или для
подмешивания в продукт каких-либо ингредиентов. Смесительные емкости могут быть изолированными или
иметь один корпус из нержавеющей стали. Они могут быть оснащены системами контроля температуры.
Цистерны изолированного типа состоят из двойной оболочки со слоем минеральной ваты в межстеночном
пространстве. Внутренняя оболочка заключена в кожух в виде приваренных каналов, по которым циркулирует
хладагент или теплоноситель.
Мешалки, которыми оборудуются смесительные емкости, конструируются под конкретные операции.
Технологические танки
В технологических танках происходит обработка продукта, имеющая целью изменение его свойств.
Такие танки нашли широкое применение в молочной промышленности – например, в качестве танков для
созревания сливок при производстве масла, для сквашивания молока в производстве йогурта, как
кристаллизационные танки для взбитых сливок, танки для приготовления заквасок.
Существует множество видов технологических танков. Их конструкция определяется назначением.
Общим является наличие мешалки и системы контроля температурой. Данные танки имеют стенки из
нержавеющей стали с изоляцией или без нее. Может также использоваться оборудование для текущего
наблюдения и контроля.
Уравнительный бак
Перемещение продукта по технологической линии сопряжено с рядом проблем, а именно:
• Чтобы центробежный насос нормально работал, из перерабатываемого продукта следует удалить
воздух и другие газы
• Во избежание кавитации давление во всех точках впускного штуцера насоса должно быть выше
давления насыщенного пара жидкости
• Если температура подвергающейся тепловой обработке жидкости опустится ниже необходимого
уровня, должен сработать клапан, отводящий необработанную жидкость
• Для поддержания равномерного потока в линии необходимо обеспечивать постоянное давление в
камере всасывания насоса.
Этии некоторые другие подобные проблемы часто решаются включением уравнительной емкости в
состав линии перед насосом, к которому движется продукт. В балансировочном танке уровень продукта
поддерживается на постоянной высоте относительно выходного штуцера насоса. Другими словами, напор в
линии всасывания поддерживается постоянным.
В танке имеется поплавок, соединенный через рычаг с эксцентрически поворачивающимся роликом,
который приводит в действие впускной клапан танка. При смещении поплавка вместе с уровнем жидкости вниз
или вверх связанный с ним клапан соответственно открывается или закрывается.
Если насос забирает из танка больше жидкости, чем попадает в него через впускное отверстие, уровень
жидкости опускается вместе с поплавком. Клапан открывается и впускает дополнительную порцию жидкости.
Таким образом, в танке поддерживается постоянный уровень жидкости.
Впускное отверстие находится у днища бака, подача жидкости осуществляется снизу. Это исключает
плескание и, главное, насыщение жидкости воздухом.
Воздух, присутствующий во вновь поступившей жидкости, поднимается вверх, при этом в танке
происходит некоторая деаэрация. Она благотворно сказывается на работе насоса, который благодаря этому
более деликатно обрабатывает проходящий сквозь него продукт.
Балансировочный танк зачастую включен в состав циркуляционной системы, в которой жидкость
возвращается на повторный цикл обработки, например, по причине недостаточной тепловой обработки. В этом
случае температурный датчик приводит в действие возвратный клапан, который направляет продукт обратно в
уравнительную емкость. Это приводит к быстрому подъему уровня жидкости в танке и к не менее быстрой
реакции поплавкового механизма, который закрывает впускной клапан. В таком случае продукт циркулирует,
пока технологическая неисправность не будет устранена или пока установка не будет остановлена для
проведения регулировки. Подобная же процедура применяется в отношении моющего раствора при мойке
линии.
Автоматизация
Технология молочного производства за несколько последних десятилетий претерпела огромные
изменения. На смену многочисленным ручным операциям в мелких разрозненных хозяйствах пришли
централизованные комплексы заводского типа.
Эта тенденция привела к многочисленным и далеко идущим последствиям. На небольшой ферме все
процессы находились под контролем и управлением нескольких квалифицированных исполнителей, которые
вручную выполняли большинство работ, в том числе мойку оборудования после их окончания.
По мере укрупнения хозяйств и количество задействованных машин, и их габариты увеличивались, а
вместе с ними росло и число необходимых ручных операций. В частности, очень трудоемкой операцией была
мойка. Каждую машину, находящуюся в контакте с продуктом, приходилось разбирать и мыть, по меньшей
мере, раз в день.
В середине 50-х годов была разработана система безразборной мойки (CIP), которая сегодня внедрена
почти повсеместно. Эта система позволяет мыть машины без их разборки, так как они сконструированы таким
образом, что их можно промывать моющими растворами, циркулирующими по продуктовым линиям в
соответствии с заданной программой мойки.
Непрерывный процесс механизации молочного производства постепенно вытеснил значительную часть
тяжелого ручного труда, поручив его машинам. Механизация вместе с ростом производственных мощностей
привела к увеличению количества обязательных операций. Увеличилось количество клапанов и двигателей.
Приобрело существенное значение синхронное выполнение отдельных операций. Ведь каждое несвоевременное
включение, например только одного клапана, может привести к существенным потерям продукции. Каждая