Рассказать о характеристиках и режимах работы молочных сепараторов. Привести схему электропривода с разъяснением всех составляющих элементов.

Классификация и основные части сепараторов.

По технологическому назначению это оборудование подразделяют на две основные группы: сепараторы-молокоочистители и сепараторы-сливкоотделители. В сепараторах-молокоочистителях происходит центробежная очистка молока от механических и естественных примесей. К этой группе относят также отделители белка от сыворотки, сепараторы для обезвоживания творожного сгустка и сепараторы-бактериоотделители. В сепараторах-сливкоотделителях молоко разделяется на сливки и обезжиренное молоко, происходят нормализация молока по жиру (при применении допол-нительного устройства), обезжиривание сыворотки и получение высокожирных сливок.

По конструктивным особенностям сепараторы подразделяют на открытые, полузакрытые, закрытые. В открытых сепараторах ввод молока и вывод его фракций не герметизированы, т. е. сливки и обезжиренное молоко контактируют с воздухом окружающей среды. В полузакрытых ввод молока может быть открытым или закрытым, но без напора, а вывод продукта — закрытым, под давлением, создаваемым в сепараторе. В закрытых сепараторах ввод молока, разделение на фракции и их выход герметизированы. Поступление молока и отведение фракций осуществляют под давлением.

Сепараторы классифицируют также по способу удаления осадка из барабана: с ручной выгрузкой осадка после их полной остановки и разборки барабана, центробежной периодической и непрерывной выгрузкой при непрерывной работе сепаратора.

Сепараторы состоят из следующих основных частей:

станины в виде чаши;

барабана;

приемно-выводного устройства;

приводного механизма.

На станине смонтированы все части и узлы сепаратора, в нижней ее части расположен приводной механизм. В чаше станины укреплены тормоза, стопоры, удерживающие барабан от произвольного вращения при сборке и разборке, а также прием-но-выводное устройство. Внутренняя часть станины (картер) одновременно является масляной ванной.

Барабан (сепарирующее устройство) — исполнительный орган сепаратора, где молоко разделяется на фракции. Сепарирующее устройство бывает с верхним и нижним вводом молока. Наибольшее применение получили сепарирующие устройства с верхним вводом молока. Конструкция сепарирующего устройства молокоочистителей и сливкоотделителей имеет следующие различия: в сливкоотделителе молоко в межтарелочное пространство поступает через отверстия в тарелках, а в молокоочистите-лях —с периферии, так как в тарелках молокоочистителя отсутствуют отверстия; приемно-выводное устройство молокоочистителя имеет один отводной патрубок (для очищенного молока), а сливкоотделителя — два (для сливок и обезжиренного молока); межтарелочный зазор у молокоочистителя больше (2—5 мм), чем у сливкоотделителя (0, 6—0, 8 мм); периферийное (грязевое) пространство молокоочистителя больше, чем сливкоотделителя.

Основные детали барабана (крышка, основание, затяжные кольца-гайки) изготовляют из поковок или штамповок из нержавеющей стали. Затяжные кольца имеют левую резьбу, что исключает возможность их самоотвинчивания при вращении барабана по часовой стрелке. Листы для изготовления тарелок барабана должны иметь маркировку завода — поставщика металла. Торцевые уплотнительные кольца барабана должны быть изготовлены из упругих полимерных материалов, резиновые уплотнения барабана — из пищевой резины только формованием. Все уплотнения барабана (полимерные и резиновые) должны быть стойкими к дезинфицирующим и моющим растворам и обладать следующими свойствами: теплостойкостью не менее 80 °С; нетоксичностью и отсутствием постороннего запаха; стойкостью в 20%-ных растворах азотной кислоты и едкого натра; работоспособностью в условиях давления 20—30 МПа.

Приемно-выводные устройства, закрепленные в верхней части сепаратора, обеспечивают подачу молока в барабан и отвод из него фракций молока (сливок, обезжиренного молока, а также очищенного молока). Герметичность всех соединений создается резиновыми уплотнительными кольцами. Конструкции прием-но-выводных устройств различны. Однако у всех имеются приемник для сливок и обезжиренного молока и диски напора для каждой фракции. Приемник состоит из двух изолированных камер для сливок и обезжиренного молока. Сливки как более легкая фракция выходят из барабана по нижнему патрубку, а обезжиренное молоко — по верхнему. На выходном патрубке сливок установлены регулировочный винт, позволяющий регулировать жирность сливок, и ротаметр для определения количества сливок. Приемно-выводные устройства могут быть снабжены устройствами для нормализации молока по жиру.

Все промышленные сепараторы имеют электрический привод. Основными его частями являются электродвигатель; центробежная муфта, состоящая из ведущей и ведомой полумуфт; зубчатое ведущее колесо; ведомое колесо мультипликатора, вертикальный вал (веретено). В приводной механизм могут входить также и другие детали и узлы, усложняющие его конструкцию и обеспечивающие заданную частоту вращения барабана сепаратора. Передача движения от электродвигателя к барабану следующая. Вращение от вала электродвигателя передается ведущей центробежной полумуфте, затем после соприкосновения с ведомой центробежной полумуфтой вращение передается на горизонтальный вал. Ведущее зубчатое колесо на горизонтальном валу входит в зацепление с зубчатым колесом мультипликатора и передает вращение на вертикальный вал, а вместе с ним и на барабан. Этот способ передачи движения от электродвигателя на барабан сепаратора наиболее распространен, но известны и другие способы передачи вращения, обеспечивающие заданную частоту вращения барабана.

Разделение молока на фракции.

Процесс происходит в сепарирующем устройстве (барабане), состоящем из основания (дна), кожуха (крышки) обтекаемой формы, тарелкодержателя и пакета конических промежуточных и разделительных тарелок. Последние имеют приваренные на внешней стороне шипики, образующие заданный межтарелочный зазор. Молоко может поступать в барабан сверху и снизу. При этом молоко должно равномерно распределиться в нижней части барабана между тарелками. На рис. 3.2 показана схема движения фракций молока в барабане се-паратора-молокоочистителя и сливкоотделителя. Молоко из приемной камеры сепаратора-молокоочистителя поступает в барабан и через каналы тарелкодержателя отбрасывается на периферию барабана. Оттуда оно поступает в межтарелочное пространство. Под действием центробежной силы посторонние примеси, плотность которых больше плотности молока, при прохождении через барабан как более тяжелая фракция осаждаются на внутренней поверхности барабана в грязевом (шламовом) пространстве. После его заполнения сепаратор останавливают и ба-рабан промывают. Продолжительность непрерывной работы сепаратора зависит от объема грязевого пространства и загрязненности молока и составляет 2—2, 5 ч.

В сепараторе-сливкоотделителе молоко перемещается из барабана через каналы

тарелкодержателя к периферии и при этом проникает через толщу межтарелочного пространства. Под действием центробежной силы молочная плазма как тяжелая фракция движется к периферии, а жировые шарики как легкая фракция молока — к оси вращения. Всплывая и скапливаясь на наружной поверхности тарелки, жировые шарики образуют потоки сливок (концентрированная смесь жировых шариков в молочной плазме), которые движутся по тарелкам к оси барабана. Жировые шарики, не достигшие поверхности нижерасположенной тарел-ки, отходят в обезжиренное молоко и составляют потери. Разделение молока на сливки и обезжиренное молоко практически завершается в межтарелочном пространстве.

Под напором постоянно поступающего притока молока в барабан потоки сливок и обезжиренного молока вытесняются в его верхнюю часть и выходят через специальные отверстия (для сливок и обезжиренного молока). Для разделения и отвода потоков на пакет тарелок установлена специальная тарелка с ребрами на поверхности конусной части. Обезжиренное молоко движется по пространству между разделительной тарелкой и кожухом барабана в верхнюю часть кожуха, из которой отводится из сепаратора. Сливки поднимаются вверх по каналам тарелкодержателя в камеру сливок в разделительной тарелке и непрерывно отводятся.

Сепараторы-молокоочистители.

Сепаратор-молокоочистителъ ОМ-1А (рис. 3.3) применяется на фермах для первичной очистки молока. Он включает в себя приводной механизм, барабан и приемно-выводное устройство. Приводной механизм состоит из станины, электродвигателя с фрикционно-центробежной муфтой, горизонтального и вертикального валов, пульсатора. Фрикцион-но-центробежная муфта предназначена для постепенной и плавной передачи вращения от электродвигателя к барабану. Для заливки и удаления масла имеются соответствующие отверстия, закрывающиеся пробками, для контроля уровня масла — смотровое стекло.

Вертикальный вал вращается в верхнем радиальном и нижнем радиально-упорном шарикоподшипниках. Верхняя горловая опора выполнена упругой, что позволяет барабану сепаратора при разгоне и остановке плавно переходить критическую частоту вращения и сохранять устойчивый ход при рабочей частоте вращения. Частоту вращения барабана контролируют, нажимая кнопку пульсатора. Нормальной частоте вращения соответствуют 47—49 толчков кнопки пульсатора в минуту.

В чаше, установленной на станине, укреплено два тормоза для остановки барабана после выключения электродвигателя и два стопора, удерживающих барабан от произвольного вращения при сборке и разборке. Барабан, в котором происходит очистка молока, закреплен на веретене гайкой. Приемно-выводное устройство через крышку крепится к чаше прижимами.

Особенность конструкции сепарирующего устройства — отсутствие пакета разделительных тарелок. Он заменен крыльчаткой, которая выполняет роль сепарирующего устройства.

Сепаратор-молокоочиститель обычно работает в комплексе с пластинчатым охладителем. Порядок установки, подготовки, работы и технического обслуживания сепаратора необходимо вы-полнять строго в соответствии с инструкцией по эксплуатации завода-изготовителя.

Аналогичное назначение имеют сепараторы Г9-ОМА и Г9-ОМА-ЗМ. Технические характеристики этих сепараторов приведены в табл. 3.3.

Применение сепараторов-молокоочистителей с периодической и непрерывной выгрузкой осадка позволяет увеличить продолжительность их непрерывной работы. Промышленностью выпускаются сепараторы-молокоочистители следующих марок: А1-ОЦМ-5, А1-ОЦМ-10, А1-ОЦМ-15, Ж5-ОМ2-Е-С. Сепараторы А1-ОЦМ-5 и А1-ОЦМ-10 различаются типами установленных электродвигателей и конструкцией дисков. Кроме того, электродвигатель к станине сепаратора А1-ОЦМ-10 крепится с помощью фланца. Сепараторы А1-ОЦМ-5 и А1-ОЦМ-10 — полузакрытого исполнения с периодической выгрузкой осадка.

Сепаратор А1-ОЦМ-5 (рис. 3.4, а) состоит из станины с приводным механизмом, приемно-выводного устройства, крышки с приемником осадка, тахометра, пульта управления, гидросистемы. Вращение от электродвигателя передается барабану через приводной механизм, включающий разгонную фрикционную муфту, горизонтальный и вертикальный валы. Горизонтальный вал вращается в шарикоподшипниковых опорах, установленных в отверстиях станины. От этого вала вращение передается вертикальному валу (веретену) с помощью винтовой пары. Кроме ведущей шестерни, передающей вращение через ведомую шестерню веретену, на горизонтальном валу имеется шестерня, связанная зубчатым зацеплением с механизмами тахометра и пульсатора. Для предотвращения попадания масла из картера станины на центробежную фрикционную муфту предусмотрен лабиринт.

Вертикальный вал вращается в радиально-сферическом и сдвоенном радиально-упорном подшипниках. Горловая опора упругая, что позволяет барабану при разгоне и остановке плавно переходить критическую частоту вращения и сохранять устойчивый спокойный ход во время работы сепаратора. Упругость достигается тем, что обойма с подшипником и валом заключена между шестью радиально расположенными пружинами. Лабиринтное уплотнение предохраняет подшипник горловой опоры и масляную ванну от попадания в них грязи, воды и сепарируемого продукта.

Вертикальная нагрузка от барабана и вала в сборе воспринимается пружиной стакана подпятника. В этом же стакане установлен сдвоенный радиально-упорный подшипник. Для регулирования положения барабана по высоте предусмотрена регулировочная шайба. В стакане имеется отверстие, совпадающее с отверстием в нижнем гнезде станины. Эти отверстия позволяют маслу циркулировать во время работы сепаратора. Нижняя часть станины закрыта крышкой с прокладкой. Крышку крепят к станине четырьмя болтами. В крышке имеется пробка, служащая для слива масла из нижней опоры. Для слива масла из картера станины предусмотрено отверстие, закрываемое пробкой. Уровень масла определяют по маслоуказателю.

Основной исполнительный орган сепаратора — барабан (рис. 3.4, б). Закрепленный на вертикальном валу, он состоит из основания, тарелкодержателя с пакетом тарелок, крышки, большого и малого затяжных колец и запорного поршня конического типа. Для ускорения остановки барабана сепаратора после выключения электродвигателя предусмотрен тормоз.

Гидросистема (рис. 3.4, в) предназначена для управления ручной или автоматической выгрузкой осадка из барабана, а также для промывки приемника осадка. Она состоит из фильтра, крана, редуктора для регулирования давления в гидросистеме, манометра, электромагнитных вентилей для управления работой барабана и для подачи воды в приемник шлама, а также вентиля для управления работой сепаратора вручную. Гидросистему устанавливают отдельно от сепаратора и соединяют с ним трубопроводом. Гидроузел гидросистемы, служащий для подачи буферной воды в соответствующие полости барабана, состоит из подводящей коммуникации, клапанного устройства, распределителя буферной жидкости, напорного диска и сигнального крана. В приемнике осадка на верхнем торце станины имеются штуцер и форсуночное устройство для подвода воды при автоматической и ручной мойке.

Принцип действия сепаратора следующий. После набора барабаном необходимой частоты вращения открывают кран (на схеме не показан) на линии подвода воды к гидросистеме, и вода через фильтр поступает в гидросистему. Затем открывают вентиль 6, и вода через гидроузел сепаратора поступает в барабан. После заполнения водой пространства под поршнем он поднимается вверх и перекрывает разгрузочные щели в основании барабана. Вентиль вставят в положение «Подпитка», после этого исходный продукт из молокопровода через тарелкодержа-тель попадает в барабан и заполняет межтарелочное пространство. Под действием центробежной силы тяжелые механические примеси и слизь перемещаются к периферии барабана и оседают в шламовом пространстве. Очищенное молоко по наружным каналам тарелкодержателя поднимается вверх и через отверстие в крышке барабана поступает в напорную камеру, из которой выводится напорным диском в производственные трубопроводы.

Шламовое пространство периодически частично или полностью очищается (разгружается) во время работы. Частичную выгрузку применяют при автоматическом режиме работы, в этом случае удаляется только осадок, а молоко остается в барабане. Автоматическая разгрузка осадка управляется электромагнитными вентилями с помощью трех реле времени, размещенных в щите управления. Электромагнитное реле регламентирует продолжительность открытия электромагнитного вентиля 7, подающего воду через гидроузел в барабан сепаратора. Программное реле времени обеспечивает открытие электромагнитного вентиля 4 и подачу воды для автоматической мойки приемника осадка.

В зависимости от степени загрязненности молока время между разгрузками колеблется от 40 до 95 мин, разгрузка продолжается от 0, 3 до 0, 7 с. Если система автоматической выгрузки осадка вы-ходит из строя, можно использовать ручное управление. Для этого открывают кран, и вода попадает к гидроузлу, кран может оставаться в открытом положении около 1 с, после чего его опять ставят на подпитку. В это время барабан частично разгружается.

В сепараторе А1-ОЦМ-15 с периодической центробежной выгрузкой осадка по сравнению с аналогами снижены удельная металлоемкость в 2 раза, удельное потребление электроэнергии в 1, 5 раза, а также шумовые и вибрационные характеристики и потери молока. Центробежными разгрузчиками осадка управляет бесклапанная система, что обеспечивает надежность и удобство в эксплуатации.

Сепаратор А1-ОЦМ-15 (рис. 3.5, а) состоит из привода, барабана, приемника осадка с гидроузлом, крышки, приемно-вывод-ного устройства. Привод предназначен для передачи вращения от электродвигателя барабану и состоит из горизонтального и вертикального валов. На горизонтальный вал насажены бандаж, зубчатое колесо. Вращение от электродвигателя плавно передается фрикционной муфтой горизонтальному валу и через зубчатую передачу вертикальному. В барабане, состоящем из основания, поршня, тарелкодержателя с пакетом тарелок и крышки, молоко очищается от механических примесей.

Приемник осадка предназначен для накопления шлама и отвода его в канализацию, а гидроузел — для подачи управляющей воды в соответствующую полость основания барабана. Крышка сепаратора является защитным кожухом барабана. На ней устанавливается приемно-выводное устройство для подачи в сепаратор исходного и отвода очищенного молока в производственные коммуникации. Приемно-выводное устройство состоит из центральной трубы, напорного диска и отводящей магистрали. На последней установлен манометр. Пульт управления служит для автоматического регулирования центробежной выгрузки осадка. Гидросистема предназначена для управления ручной или автоматической (центробежной) выгрузкой осадка из барабана, а также для промывки приемника осадка.

Принцип работы сепаратора следующий. Исходное молоко через центральную трубку приемно-выводного устройства поступает в барабан, где в зазорах между промежуточными тарелками происходит его очистка от механических примесей. Очищенное молоко постоянно выводится из барабана напорным диском и через отводящую магистраль направляется в производственные коммуникации. Давление очищенного молока регулируется клапаном и контролируется манометром.

Осадок периодически выводится из барабана. В полость барабана подают воду. Поршень под воздействием гидростатического давления опускается, и осадок через разгрузочные щели основания вытесняется из барабана. Вода также выводится из барабана через отверстие в поршне. Под воздействием воды, находящейся в полости барабана, поршень поднимается и перекрывает разгру-зочные щели, и выгрузка осадка прекращается. Гидросистему (рис. 3.5, б) устанавливают на расстоянии 1, 5 м от сепаратора и соединяют с ним трубопроводом внутренним диаметром не менее 15 мм. Питание гидросистемы осуществляется от водопроводной сети, давление воды не менее 0, 2 МПа, температура не выше 35 °С. На выходе установлен фильтр, улавливающий механические примеси. Манометр показывает давление в гидросистеме после редукционного клапана, регулирующего давление в линии разгрузки барабана. При управлении механизмом разгрузки по команде с пульта управления срабатывает электромагнитный вентиль 3(1) и вода направляется в полость барабана. Через электромагнитный вентиль 3(2) вода подается на охлаждение и смачивание приемника осадка в автоматическом режиме работы сепаратора. В случае выхода из строя системы автоматической выгрузки осадка переходят на ручное управление: вентиль 4(1) — разгрузка, а вентиль 4(2) — смачивание приемника осадка.

Аналогичные назначение и принцип работы имеет и сепаратор Ж5-ОМ2-Е-С.

Сепараторы А1-ОХО и ОХО-25 применяют для холодной очистки мо; юка, поступающего из емкостей для хранения на автоматизированные линии производства стерилизованного молока с асептическим розливом (табл. 3.5).

Сепаратор А1-ОХО (рис. 3.6, а) в отличие от других сепараторов снабжен переходным фланцем и состоит из станины с приводом, барабана, приемника осадка, крышки сепаратора, прием-но-выводного устройства, гидроузла. В станине монтируются все основные узлы привода: вертикальный и горизонтальный валы, тахометр с шестерней, указатель уровня масла. На вертикальном валу (веретене) закреплен барабан, на горизонтальном — винтовая шестерня, передающая вращение вертикальному валу. Для передачи вращения от электродвигателя к барабану служит упругая муфта, соединяющая вал электродвигателя с фрикционно-центробежной разгонной муфтой и горизонтальным валом.

Барабан, установленный на вертикальном валу, является основным исполнительным органом сепаратора. Состоит из основания с лабиринтом и ограничительной форсункой, подвижного поршня с прокладкой, тарелкодержателя с пакетом тарелок, крышки с напорной камерой, большого и малого затяжных колец. В основании барабана размещено клапанное устройство для слива буферной воды из-под подвижного поршня при разгрузке барабана.

Приемник осадка крепится на верхнем торце станины. В нем имеются штуцера для подвода и отвода буферной воды и форсуночное устройство для слива осадка и его выгрузки из барабана через разгрузочные щели. Приемно-выводное устройство состоит из подводящей трубки и отводящей системы, которая включает в себя напорный диск, отвод с манометром, смотровые стекла, пробоотборные краники, дроссель и расходомер, устанавливаемый на месте эксплуатации сепаратора.

Схема подключения гидросистемы сепаратора представлена на рис. 3.6, б. После набора барабаном необходимой частоты вращения на линии подвода воды открывают кран, и буферная вода из водопровода направляется в гидросистему сепаратора. Проходя через фильтр, она поступает в редуктор, после чего в системе устанавливается постоянное давление, контролируемое мано-метром. Из гидросистемы через гидроузел буферная вода попадает в полость под поршнем барабана. Поршень перемещается вверх, перекрывая разгрузочные щели барабана.

Рукоятку крана ставят в положение «Подпитка», в гидросистеме устанавливается подача жидкости в небольшом количестве для компенсации возможной утечки. Затем исходный продукт (молоко) по подводящей коммуникации попадает в барабан сепаратора, где происходит его очистка.

Очищенное молоко удаляется из барабана с помощью напорного диска и направляется в отводящую коммуникацию. Осадок (0, 03—1 % от объема молока) под действием центробежной силы отбрасывается к периферии барабана и скапливается в шламовом пространстве. По мере накопления осадка производится периодическая разгрузка барабана. В сепараторе предусмотрена как полная, так и частичная выгрузка осадка из барабана. Управление электромагнитными вентилями осуществляется с помощью электромеханического и двух электронных реле времени на электрическом пульте управления.