902

мышленность. Элеваторная промышленность не только принимает в свои зернохранилища зерно, но и проводит огромную работу по обеспечению его длительной сохранности [2].

Согласно новым изменениям 2016 года, внесенным в Приложение 2 закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», составлен подробный классификатор опасных производственных объектов, разделенных на 4 класса опасности. В соответствии с этими изменениями элеваторы отнесены к III классу опасности, то есть являются объектами средней опасности 6 . Если учитывать, что большинство таких объектов располагаются на территории населенных пунктов или вблизи от них, то становится понятным их потенциальная опасность для населения, близлежащих объектов и самого персонала предприятия.

Цель исследования – провести анализ пожаро- и взрывоопасности на элеваторах и предложить мероприятия по профилактике пожаров в зданиях и на территории этих объектов.

При перемещении зерна может образовываться пыль, часто наблюдается повышение запыленности воздуха рабочей зоны, превышающее ПДК в 3-5 раз. Выделение пыли в воздухе производственного помещения происходит из-за негерметичности оборудования, из-за несовершенств систем вентиляции [1]. Большое количество пыли создают машины и агрегаты с механизмами ударного действия (дробилки, мельницы и др.), а также установки, работа которых сопряжена с использованием мощных воздушных потоков (пневмосистемы, сепараторы и др.).

Установлено распределение пылевых взрывов на предприятиях по хранению и переработке зерна по типам производств: комбикормовые заводы – 36%, элеваторы – 27%, мукомольные заводы – 20%, склады комбикормового сырья – 17% [9]. Вероятность возникновения взрывов определяется количеством обращающегося мелкодисперсного продукта; показателями его пожаро- и взрывоопасности; особенностями технологии и оснащения объектов производственным оборудованием; объемом и эффективностью мероприятий по взрывозащите. Распределение пылевых взрывов по тяжести последствий показывает, что наиболее значительные разрушения имеют место на элеваторах и мукомольных заводах старой постройки, т.к. ранее практически мер взрывозащиты на этих объектах не предусматривалось.

При взрыве пылевоздушной смеси в замкнутом пространстве давление повышается до разрушающего уровня. Поражающее действие ударной воздушной волны определяется избыточным давлением, временем действия и скоростью движения. Поражение людей различной степени происходит от прямого и косвенного воздействия ударной волны – от летящих обломков, камней, осколков стекла и т.п. При избыточном давлении травмы и контузии людей могут тяжелыми – при давлении 60-100, средними – 40-60 и легкими – 20-40 кПа. Температура продуктов горения превышает 1000°С. Пламя горящего аэрозоля может вызвать воспламенение элементов строительных конструкций производственных зданий и сооружений, сырья и готовой продукции. При горении пластмасс и синтетических материалов образуются химически опасные вещества [9,10]. Ежегодно в мире на зерноперерабатывающих объектах происходит 400-500 взрывов. За последние 20 лет в Российской Федерации произошло 195 взрывов. Ситуация с обеспечением взрывопожаробезопасности на предприятиях с каждым годом ухудшается [7, 8].

Пожаро- и взрывоопасность веществ, т.е. сравнительная вероятность их горения в равных условиях, определяется рядом их свойств: группой горючести, температурой самовоспламенения и вспышки, концентрационными пределами воспламенения, дисперсностью, летучестью и др. Температура взрыва большинства газов составляет 1200-27000 К, давление при взрыве не превышает 1,2 МПа. При увеличении содержания кислорода в смеси (больше 21%) давление увеличивается и может достигнуть 2,0 МПа. Выделяются также другие показатели пожаро- и взрывоопасности веществ: температура тления, кислородный индекс, скорость выгорания, коэффициент дымообразования, индекс распространения пламени, характер взаимодействия горящего вещества со средствами водопенного тушения, чувствительность к удару и т.п. [5].

По данным статистики и научных исследований проанализированы причины возникновения пожаров на элеваторах: 1) непогашенные окурки и спички; 2) открытый огонь и возникающий при электрогазосварочных работах; 3) нагрев подшипников при износе, неисправности, перегрузке; 4) действие электрического тока; 5) искры, вызванные электрическим разрядом, образующиеся при трении, ударе; 6) окислительные процессы органических веществ (влажные опилки, зерно) [3,4].

341

Профилактику пожаров в зданиях и на территории элеваторов следует обеспечивать: выбором степени и пределов огнестойкости элементов и конструкций; ограничением распространения огня; применением систем противодымной защиты; использованием средств пожарной сигнализации и пожаротушения; безопасной эвакуацией людей; организацией пожарной охраны. Существенное значение для проведения противопожарных мероприятий имеет генеральная планировка территории предприятий. Требования безопасности к опасным производственным объектам становятся все более жесткими, невыполнение их влечет за собой ответственность в соответствии с законом.

Литература

1.Агашков Е. М. Повышение эффективности функционирования системы пылеудаления на рабочих местах производства сухих пищеконцентратов[текст]: автор.дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук (05.20.01)/Евгений Михайлович Агашков; ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева».-Орел, 2015.-19 с.

2.Вобликов Е.М. Технология элеваторной промышленности: Учебник для вузов. Специальная литература/ Е. М. ВобликовСПб.: Изд-во «Лань», 2010.- 384 с .

3.Дринча В. Меры безопасности при эксплуатации зерновых бункеров [текст]/ В. Дринча //АГРО бизнес.- 2016.- № 1(4).- С. 5-10.

4.Маслова Л.Ф. Интеллектуально-нравственный аспект профилактики травматизма [текст]/ Л.Ф. Маслова// Вестник АПК Ставрополья.-2013.-№1(9).-С.11-13.

5.Ксандопуло С.Ю., Семенов В.С. Повышение безопасности труда в элеваторных зернохранилищах [текст]/ С.Ю. Ксандопуло, В.С. Семенов//Известия вузов. Пищевая технология.-2000.- №4.- с 85-86.

6.О промышленной безопасности опасных производственных объектов [Электронный ресурс] : федер. закон от 21.07.97 № 116-ФЗ // Доступ из СПС «КонсультантПлюс» (дата обращения 15.02.2017).

7.Орлов П. С. Предупреждение травматизма во взрывоопасных и пожароопасных производствах агропромышленного комплекса[текст]/ П.С. Орлов//Вестник АПК Верхневолжья.- 2009 г. - №1(5).- С.50-56.

8.Состояние производственного травматизма и профессиональной заболеваемости в организациях Пермского края [Электронный ресурс] / ФГБУ " ВНИИ охраны и экономики труда" МИНТРУДА России; ред. Антипин Н.В. URL: http://www.vcot.info, свободный. (Дата обращения: 07.02.2017).

9.Уровень производственного травматизма [Электронный ресурс]/ Официальный сайт Роструд в Пермском крае. URL: http://git59.rostrud.ru, свободный. (Дата обращения: 05.02.2017).

УДК 631.3

C.Г. Масленников – магистрант 1 курса;

В.С. Кошман – научный руководитель, канд. техн. наук, доцент, ФГБОУ ВО Пермская ГСХА, г. Пермь, Россия

БИОГАЗ: ПОФАЗНОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ СУБСТРАТА

Аннотация. В статье рассмотрен процесс анаэробного расщепления органического субстрата с целью повышения конверсии в биогаз. Процесс расщепления разделен на четыре основных фазы: гидролиз, окисление, образование уксусной кислоты, метанообразование. Каждая фаза расщепления рассматривается с физико-химической и биохимической стороны протекания процесса, также указанны продукты жизнедеятельности каждой из фаз. Отмечена необходимости проведения экспериментальных исследований.

Ключевые слова: пофазное расщепление, метанообразование, экосистема, микроорганизмы, органический субстрат.

Введение. Образование биогаза происходит за счет поочередного расщепления биологической массы, состоящей из воды, белков, жиров, углеводов, и минеральных веществ. В итоге получается газовая смесь, называемая – биогазом. Данный процесс разложения протекает исключительно в анаэробных условиях.

В процессе расщепления учувствуют различные виды микроорганизмов. В основе их физиологических функций лежит непрерывный процесс обмена веществ, включающий в себя питание, выделение, ассимиляцию и диссимиляцию, которые зависят от буферного потенциала субстрата. В оптимальных условиях среды обитания микроорганизмы за сутки способны переработать питательных веществ в 30-40 раз больше собственного веса [4].

342

Технология пофазного расщепления органического материала основывается на постепенном разложении углеродсодержащих соединений в процессе жизнедеятельности факультативных анаэробов и облигатных анаэробных микроорганизмов. Процесс расщепления происходит таким

образом, что продукты жизнедеятельности каждой группы бактерий является питательными веществами для последующей группы. Всего в метанообразовании протекает 4 основных фазы (или процесса) расщепления.

Рис. 1 Промежуточные этапы анаэробного расщепления.

Стоит отметить, что расщепление субстрата происходит не с одинаковой скоростью. Разные группы бактерий работают, с разными скоростями расщепления: факультативные анаэробы для расщепления субстрата требуют от 20 минут до 10 часов [1]. В то время как облигатные анаэробы требуют значительно больше времени.

Фаза образования уксусной кислоты которая является основным питательным веществом для метановых бактерий составляет от 9 часов до 10 дней (в зависимости от органического субстрата).

Фаза метанообразования занимает от нескольких часов до трех дней[1].

Физико-химические и биохимические особенности каждого из этаова. Как было сказано выше, процесс расщепления состоит из четырех этапов. Для повышения скорости расщепления необходимо создать оптимальные условия группам бактерий в каждой из фаз расщепления.

Первая фаза – происходит перестраивание, анаэробными бактериями, высокомолекулярных органических субстанций (белков, жиров, минералрв и углеводов) на низкомолекулярные соединения (сахар, вода, жирные и аминокислоты) с помощью энзимов. Выделяемые гидролизными бактериями энзимы, прикрепляются к (экзоферменты) при этом происходит составляющих субстрата на малые. Многомолекулярные образования (полимеры) превращаются в отдельные молекулы (одномеры). Данный процесс, именуемый гидролизом, имеет медленное течение и находится в зависимости от внеклеточных энзимов (например амилазы, протеазы, целлюлоза и липазы). На данный процесс оказывает влияние уровень кислотности рН (от 4,5 до 6), а также время пребывания в резервуаре [1, 2, 5].

На следующей фазе происходит проникновение в клетки кислотообразующих бактерий отдельных молекул, где они продолжают разлагаться. В этом процессе частично участвуют анаэробные бактерии, употребляющие остаток кислорода и вследствие этого образующие необходимые для метановых бактерий условия. При уровне рН 6 - 7,5 происходит в первую очередь вырабатывание нестойких жирных кислот, так называемых карбоновые кислот (уксусная, масляная, пропионовая, муравьиная кислоты), а также низкомолекулярного алкоголя (этанол) и газов (сероводород, двуокись углерода и аммиак). Данный этап называют фазой окисления, во время него происходит снижение уровня рН. [1,2,5]

На третей фазе кислотообразующие бактерии создают из органических кислот исходные для метанообразования продукты: двуокись углерода, углерод и уксусная кислота. Эти бактерии, снижающие количество углерода, очень чувствительны к температуре [3,4].

Во время последней фазы происходит образование метана, двуокиси углерода и воды как продукта взаимосвязи метановых бактерий с муравьиной и уксусной кислотами, углерода и водорода. До 90 % всего метана вырабатывается на данном этапе, из них порядка 70 % образуется из уксусной кислоты. Следовательно, образование уксусной кислоты (этап 3) является

343

фактором, определяющим скорость метанообразования. Метановые бактерии абсолютно анаэробные. Оптимальный уровень рН составляет 7, при этом амплитуда колебаний температуры может быть в пределах 6,6-8. [3,4]

Выводы. Каждая группа бактерий участвующих в расщеплении органического субстрата, требует своей экосистемы. Искусственные экосистемы поддерживаются с помощью комплекса технического оборудования, что позволяет добиться максимального уровня конверсии исходного субстрата в биогаз.

Благодаря постоянной подачи органики и непрерывного перемешивания субстрата, подержанию постоянной температуры анаэробные микроорганизмы имеют возможность быстро потреблять органику и конверсировать ее биогаз. Благоприятная среда вызывает быстрое развитие всех микроорганизмов принимающих участие в разложении субстрата, в том числе и метаногенных бактерий. Целесообразно проведение дальнейших экспериментальных исследований взаимосвязи между выходом биогаза и условиями развития микроорганизмов при биоконверсии утилизируемых органических соединений.

Литература

1.Ганиева И. А., Масленникова С. М., Курбанова М. Г., Гаазе З. В. Теоретико-методические аспекты производства биогаза из отходов сельского хозяйства // Аграрный вестник Урала. 2013. № 8(114). С. 52-54.

2.Кононенко С. И., Ледин Н. П., Мурадова Е. Л. Производство биогаза и удобрений на животноводческих фермах // Вестник аграрной науки Дона. 2013. № 1(21). С. 45-53.

3.Крайнов Ю. Е. Технология получения биогаза из отходов и сырья в сельскохозяйственном производстве // Вестник НГИЭИ. 2013. № 10(29). С. 81-85.

4.Курманов А. К., Рыспаев К. С, Рыспаев М. К. Перспективы производства биогаза в Казахстане // Известия Оренбургского государского аграрного университета. 2013. № 4 (42). С. 78-80.

5.Седнин В. А., Седнин А. В., Прокопеня И. Н., Шимукович А. А. Анализ факторов, влияющих на производства биогаза при сбраживания осадка сточных вод // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических учебных заведений СНГ. 2009. № 5. С. 49-58.

6.Шеина О. А., Сысоева В. А. Биохимия процесса производства биогаза как альтернатива источника энергии // Вестник ТГУ. 2009. Т. 14. Вып. 1. С. 73-76.

УДК 631.3

C.Г. Масленников – магистрант 1 курса;

В.С. Кошман – научный руководитель, канд. техн. наук, доцент, ФГБОУ ВО Пермская ГСХА, г. Пермь, Россия

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ НАВОЗА ПУТЕМ ПРОИЗВОДСТВА БИОГАЗА И ОРГАНИЧЕСКОГО УДОБРЕНИЯ

Аннотация. В данной статье рассмотрены особенности анаэробного сбраживания отходов животноводства в установках, в которых выдерживаются различные температурные режимы. Проанализированы результаты известных исследований, указаны достоинства и недостатки известных режимов анаэробного сбраживания. Отмечено, что производства биогаза в качестве возобновляемого источника энергии является перспективным, особенно с учетом производимого попутно весьма ценного удобрения. Отмечена необходимости проведения дальнейших экспериментальных исследований.

Ключевые слова: отходы агропроизводства, биогаз, популяция микроорганизмов, органические удобрения.

Введение. Скопление органических отходов вблизи животноводческих комплексов и птицефабрик представляет серьезную опасность для окружающей среды. Попадая в водоемы навозная жидкость вызывает массовые отравления водных организмов. Развиваются болезнетворные микроорганизмы и их разносчики, а также гельминты. Вопрос о защите окружающей среды в зонах скопления таких отходов стоит особенно остро [1]. Однако отходы могут быть конвертируемы в доходы предприятия [2]. Животные недостаточно полно усваивают энергию

344

растительных кормов. Более половины солнечной энергии, аккумулированной фотосинтезом в кормах, используются непроизводительно: уходит в навоз [1]. По принятой в ООН терминологии, все виды энергии, в основе которых лежит солнечная энергия, называются возобновляемыми [3]. В сценарии Мирового энергетического Совета к 2050 году предусматривается удвоение доли использования мировых возобновляемых источников энергии в общем ее производстве. Возобновляемые источники энергии будут замещать уголь, нефть, газ и уран в производстве электроэнергии и теплоты [3]. И если к настоящему времени к биогазу в России относятся как к экзотическому виду топлива, то в перспективе можно ожидать его расширенное производство на широкой территории землепользования.

Особенности анаэробного сбраживания. Если есть потребность в установке резервуаров для навоза, то их с успехом можно использовать для производства для производства биогаза. Однако вслед за этим возникает и желании отделить биометан, а также усложнять конструкцию с целью расширения выполняемых его функций. Конструкции используемых сегодня биогазовых установках весьма разнообразны [4,5]. Сырье перемешивают, измельчают, смешивают, подогревают, выдерживают при необходимом давлении и т.д. Реализуемый в биореакторах процесс получения боигаза является контролируемым, рамки изменения параметров его протекания (температура, рН и др.) устанавливаются опытным путем и жестко ограниченны. Большое внимании при подготоке биомассы и работе биореактора уделяется внешним и внутренним факторам (оббьем и интервалы загрузки и прочее), оказывающих влеяние на скорость протекания процесса сбраживания и объемы выхода биогаза [6].

Процесс анаэробного разложения субстрата подразделяется на четыре основных этапа. Однако на практике обычно реализуется двухфазная система сбраживания, предложная Н. А. Ваrker (1956 год), где кислотообразующие бактерии сменяются метанобразующими микроорганизмами [3, 6]. Метанобразующие бактерии предъявляют к условию своего существования более высокие требования, чем кислотообразующие, так как они нуждаются в абсолютной анаэробной среде и требуют более длительного времени для воспроизводства [6]. В тоже время большинство действующих биогазовых установок работают не на моносбраживании, а на смеси субстратов, состоящей из множества компонентов.

Метаболическая активность и репродуктивность микроорганизмов находящихся в функциональной зависимости от температуры. Она влияет на оббьем газа, который можно получить из определенного количества органического вещества в течение заданного времени, а также на технологическое время сбраживания процесса сбраживания[8]. Подавляющее число установок работают в мезофильном режиме (то есть сбраживание осуществляется при t = 35…37 0С 20 суток). Термофильные процессы (t = 50…60 0C до 5…7 суток) применяется редко (Швецария). Сбраживание стоков или растительного субстрата (БГУ, г. Луганск, фирма «Овен») может происходить и про температуре окружающей среды (психофильный процесс)[1]. При температуре свыше 50 0С в составе биогаза появляются кремнийсодержащие вещества, которые отрицательно влияют на работу энергетических установок. В природе метан образовывается при температурах от 0 до 90 0С. Однако если температура биомассы составляет менее 15 0С, то выход газа настолько низок, что процесс производства биогаза практически приостанавливается. Такая биогазовая установка без теплоизоляции и подогрева перестает быть эконоически выгодной [6].

При мезофильном типе ферментации положительным является то, что выход газа практически не снижается при отклонении температуры на 1…20C от оптимума. Требуются меньше энергетических затрат на поддержание температуры. Недостатком является то, что выделение газа менее интенсивное, до полной полного разложения субстрата требуется больше времени (до 20 суток). Полученный при мезофильном режиме биошлам не является полностью стерильным. В данной связи к настоящему времени чередование мезофильного процесса с термофильным считается практически необходимым[1].

Заслуживает внимание установленная авторами [8] способность микроорганизмов «выбирать» себе условия жизнедеятельности. Биоконверция органических соединений в процессе метаногинеза осуществляется как многоступенчатый процесс, в котором органические вещества постепенно разрушаются под действием различных микроорганизмов [7]. Задача исследо-

345

вателя реализовать данный процесс наилучшим образом. В России должно стимулироваться (помимо экологических преимуществ, доступности и дешевизны энергоносителя) так же постоянной потребностью в органических удобрениях, способствующих восстановлению плодородия почв [8,9].

Выводы. Даже не полный анализ факторов, влияющих на характер протекания процесса анаэробного сбраживания, подтверждает наличие существенной взаимосвязи между характеристиками исходного сырья, температурных условий и выходим биогаза.

Аналитическое определение количества производимого биогаза в зависимости от определяющих процесс сбраживания факторов в настоящее время возможным не представляется.

Целесообразно проведение дальнейших экспериментальных исследований взаимосвязи между выходом биогаза и условиями развития микроорганизмов при биоконверсии утилизируемых органических соединений.

Литература

1.Гаазе Э. В., Межевич А. Л., Бузиян О. Н. Особенности производства биогаза в установках с двойным реактором // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2012. № 6. С. 152-156.

2.Ганиева И. А., Масленникова С. М., Курбанова М. Г., Гаазе З. В. Теоретико-методические аспекты производства биогаза из отходов сельского хозяйства // Аграрный вестник Урала. 2013. № 8(114). С. 52-54.

3.Кононенко С. И., Ледин Н. П., Мурадова Е. Л. Производство биогаза и удобрений на животноводческих фермах // Вестник аграрной науки Дона. 2013. № 1(21). С. 45-53.

4.Крайнов Ю. Е. Технология получения биогаза из отходов и сырья в сельскохозяйственном производстве // Вестник НГИЭИ. 2013. № 10(29). С. 81-85.

5.Курманов А. К., Рыспаев К. С, Рыспаев М. К. Перспективы производства биогаза в Казахстане // Известия Оренбургского государского аграрного университета. 2013. № 4 (42). С. 78-80.

6.Найман С. М., Тунакова Ю. А. Возможность применения биогазовых технологий для переработки органических отходов в Татарстане. Производство биогаза и энергии // Вестник Казанского технологического университета. 2013. Т. 16. № 19. С. 227-234.

7.Седнин В. А., Седнин А. В., Прокопеня И. Н., Шимукович А. А. Анализ факторов, влияющих на производства биогаза при сбраживания осадка сточных вод // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических учебных заведений СНГ. 2009. № 5. С. 49-58.

8.Солуг Г. С., Буцяк В. И., Буцяк А. А. Биотехнология производства биогаза из отходов сельскохозяйственного производства // Научный вестник Львовского национального университет ветеринарной медицины и биотехнологии имени С. З. Гисицкого. 2015. Т. 17. № 3 (63). С. 312-319.

9.Шеина О. А., Сысоева В. А. Биохимия процесса производства биогаза как альтернатива источника энергии // Вестник ТГУ. 2009. Т. 14. Вып. 1. С. 73-76.

УДК 621.565.4

И.А. Носков – аспирант, К.А. Кузнецов – магистрант; М.А. Трутнев – научный руководитель канд. техн. наук, В.С. Кошман – научный руководитель канд. техн. наук, ФГБОУ ВО Пермская ГСХА, г. Пермь, Россия

ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ОХЛАЖДЕНИЯ МОЛОКА ЕСТЕСТВЕННЫМ СПОСОБОМ

Аннотация. В статье представлен обзор существующих методов охлаждения свежевыдоенного молока естественным путем и рассмотрены характеристики некоторых установок по охлаждению молока природным холодом.

Ключевые слова: молоко, охлаждение, намерзание льда, лед, установка.

Введение. Коровье молоко содержит более 200 компонентов, важнейшими из которых являются легкоусвояемые белки, жиры, углеводы, минеральные соли, витамины и многие другие вещества, которые необходимы для обеспечения нормального роста и жизнедеятельности организма человека[4,7].

Из за низкого технологического уровня большинства животноводческих ферм и отсутствия по ряду процессов современного оборудования, качество получаемого молока остается еще неудовлетворительным, а его обработка – энергоемким и трудоемким процессом. При

346

этом, из-за низкого уровня автоматизации, затраты энергии на обработку 1 т молока составляют в среднем 30…35 кВт*ч, а затраты рабочего времени на управление процессом обработки – более 2000 часов в год[8].

Таким образом, существующие технологии и установки для охлаждения молока в настоящее время не удовлетворяют требованиям сельскохозяйственного производства и обладают рядом недостатков: большая металлоемкость, низкая надежность, высокий расход электроэнергии, негативное воздействие на окружающую среду и т.д.

Одним из эффективных путей снижения энергозатрат, повышения надежности систем охлаждения и экологической чистоты процесса охлаждения молока на фермах является применение энергосберегающих систем с использованием природного холода и экологически безопасных хладоносителей с низкой температурой замерзания[3,5].

Обзор установок естественного холода. Одним из путей решения проблемы энерго-

эффективности, в том числе и повышения экологической чистоты процесса охлаждения молока на фермах является применение энергосберегающих, экологически безопасных установок, которые могут стать важнейшими альтернативными источниками технологического холода[1]. Приведем обзор подобных установок.

Наиболее простым способом охлаждения свежевыдоенного молока на фермах является охлаждение во флягах, погруженных в бассейн с проточной холодной родниковой водой или водопроводной водой.

1 – бассейн; 2 – фляга; 3 – вентиль; 4 – сливная труба

Рисунок 1 – Устройство для охлаждения молока во флягах

Процесс охлаждения молока во флягах осуществляется за счет передачи теплоты через стенку фляги холодной проточной воде, поступающей в нижнюю часть бассейна по водопроводной трубе. В следствии конвекции подогретая вода поднимается к верху и вытекает из бассейна по сливной трубе. Недостатками этого способа является низкая интенсивность охлаждения, снижающая качество продукта, значительные затраты ручного труда и охлаждающей воды.

На фермах часто используют фригатную установку для охлаждения молока (рис. 2)[5].

1 – пластинчатый охладитель; 2 – фригатор; 3 – фильтр; 4 – секция ледяной воды; 5 – насос; 6 – фильтр насоса; 7 – вентиль; 8 – труба возврата воды

Рисунок 2 – Фригаторная установка поточного охлаждения молока

347

Перед пуском молока в охладитель фригатор загружают кусковым льдом и заливают водой до закрытия фильтра высасывающей трубы, открывают вентиль и пускают в работу насос, а затем подают молоко в охладитель. Под действием насоса вода движется по замкнутому циркуляционному контуру: фригатор – насос – охладитель – труба с разбрызгивателем – фригатор. При этом ледяная вода в результате теплообмена с молоком через пластины подогревается в охладителе, а во фригаторе охлаждается за счет таяния льда при контакте его с водой, и далее цикл повторяется.

Недостаток: значительные затраты труда на заготовку кускового льда и загрузку его во фригатор.

В условиях электрифицированных доильных площадок имеют широкое применение установка для охлаждения молока с использованием льдобурта. (рис. 3)[5].

Во время доения отфильтрованное молоко поступает в молочную вонну, установленную на весах. После взвешивания насосом оно перекачивается через пластинчатый охладитель марки ООТ- М в молоковоз для отправки на молочный завод. Для охлаждения молока артезианская вода из скважины в бак вместимостью 1…3 , откуда насосом нагнетается через регистр льдобурта в пластинчатый охладитель молока, а далее в групповые автопоилки. В регистре вода охлаждается до +3…4˚С, а в охладителе молока она нагревается до +13…14˚С.

1 - Пластинчатый охладитель; 2 – бак; 3 – вентиль; 4, 10, 14 – насосы; 5 – слой опилок; 6 – гибкий рукав; 7 – регистр; 8 – льдобурт; 9 – скважина; 11 – весы; 12 – емкость для хранения молока; 13 – вентиль; 15 – ванна

Рисунок 3 – Установка с льдобуртом для охлаждения молока

К недостаткам можно отнести высокую металлоемкость установки, существенные затраты труда на ежегодную теплоизоляцию льдобурта, существенный перерасход артезианской воды.

На кафедре сельскохозяйственных машин и оборудования была изготовлена экспериментальная установка (рис. 4) для проведения исследований, поиска оптимальных режимов работы данной установки по охлаждению молока.

1 – танк охладитель; 2 – кран; 3 – теплообменник; 4 – змеевик; 5 – радиатор; 6 – вентилятор; 7 – насос циркуляционный; 8 – насос; 9 – кран; 10 – холодильная машина

Рисунок 4 – Установка для охлаждения молока с использованием естественного холода

348

Установка для охлаждения молока с использованием естественного холода включает в себя охладитель молока, который через краны соединен с теплообменником, имеющим змеевик, связанный с источником холода, выполненным в виде радиатора, установленного снаружи животноводческого помещения и снабженного вентилятором. Змеевик и радиатор образуют первый контур, заполненный незамерзающей жидкостью, например, антифризом, который перекачивается насосом. Во втором контуре с помощью насоса циркулирует вода. Через краны охладитель молока может быть подсоединен к холодильной машине, которая является вторым источником холода.

Работает установка следующим образом: в холодное время года под действием насоса антифриз проходит через радиатор, где охлаждается с помощью вентилятора и поступает в змеевик теплообменника, где намораживается лед, а температура охлаждающей воды будет постоянной. При достижении заданной температуры вентилятор и насос отключаются. При поступлении молока в охладитель молока включается насос и молоко охлаждается за счет таяния льда, накопленного на змеевике теплообменника.

Вывод. Таким образом, можно сделать вывод о том, что основными недостатками установок естественного холода являются следующие: низкая эффективность охлаждения молока, высокие затраты труда на аккумуляцию льда, весомый расход артезианской воды, затраты на ежегодную теплоизоляцию льдохранилищ. В связи с выявленными проблемами необходимы дальнейшие исследования в данной области.

Литература

1.Бородин И.Ф. Основные направления сбережения электрической энергии в сельском хозяйстве / И.Ф Бородин // Энергосбережение в сельском хозяйстве: труды 2-ой Международной научно-технической конференции. Часть 1.- М.: ВИСЭХ, 2000. – С. 15-18.

2.Босин И.Н. Охлаждение молока на комплексах и фермах / И.Н. Босин – М.: Колос, 1993. – 46 с.

3.Гусев М.Р. Эффективные технологии мгновенного охлаждения и хранения молока / М.Р.Гусев //Техника

иоборудывание для села. 2009. - №11(1490. – С.13.

4.Иванов Ю.А. Качество молока и эффективность его производства / Ю.А. Иванов // Сельскохозяйственные машины и технологии. – 2012. - №2. – С. 22-24.

5.Мусин А.М. Изготовление и использование установок естественного холода для охлаждения молока. Рекомендации/ А.М. Мусин, Ф.Г. Марьяхин, А.И. Учеваткин – М.: Росагропромиздат, 1991. – 28 с.

6.Melken A.A Kuhlenfuttementimistenaufstallen A.A. Melken// Alfa-Laval Komplett/– 1991 . – P. 36 – 46.

7.Туников Г.М. Рекомендации по производству молока соответствующего ГОСТу Р 52054-2003 Молоко натуральное – коровье – сырье / Туников Г.М. и др. // Монография – Рязань, 2006. – 132 с.

8.Учеваткин А.И. Автоматизированные энергосберегающие технологии и система электрооборудования линий первичной обработки молока на фермах. / А.И. Учеваткин // Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. – Москва, 1998. – 43 с.

9.Учеваткин А.И. Система комбинированного охлаждения молока на фермах круглогодового действия / А.И. Учеваткин, Т.А. Ноздрина // Вестник ФГБОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина. – 2008. - №2. – С. 58-60.

10.Харитонов В.Д. Приемка и первичная обработка молока / аритонов В.Д., Шепелев Е.В. – М.: Молочная промышленность, 1997. – 54 с.

11.Цой Ю.А. Механико-техическое обоснование повышения эффективности механизирования поточных линий доения и первичной обработки молока / Ю.А. Цой // Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. – Москва, 1988 – 38с.

12.Цой Ю.А Молочные линии животноводческих ферм и комплексов / Ю.А. – М.: Колос, 1982. – 222 с.

13.Fullwood modern milkine// Dairy Farmer. – 1994. – Vol.41. №6. – 01 – 06 .

УДК 621.521.

Е.В. Одинцев – магистрант 2 курса, И.М. Скумбин – доцент, канд. геол.-минерал. наук;

Ю.Е. Куимов – научный руководитель, доцент, канд. техн. наук, ФГБОУ ВО Пермская ГСХА, г. Пермь, Россия

БАЛАНС СИЛ ПРИ ВРАЩЕНИИ ЛОПАТОК РОТОРА ВАКУУМНОГО НАСОСА

Аннотация. В предлагаемой статье представлены формулы для расчета силы трения лопаток ротора о внутреннюю поверхность статора.

Ключевые слова: момент силы, РВН, центробежные силы, сила трения.

349

Цель работы: разработать математическую модель для определения силы трения(Fтр) в точке контакта пластины ротора о внутреннюю поверхность статора при работе РВН.

Работа произведена с целью расчета силы трения для определения усилия прижатия контртела к образцу и выбора размеров заготовки для определения износов материалов по чугуну на машине трения. Используя теорию подобия, можем перенести данные испытаний на условия эксплуатации.

При вращении ротора пластины находящихся в пазах ротора перемещаются за счет центробежных сил.При этом пластины плотно контактируют с внутренней поверхностью статора насоса. Сила давления пластины на внутреннюю поверхность N=Fц – центростремительной силе, которая возникает за счет беспрерывного изменения направления вектора скорости точек

при вращении.

ц

Fц m ц m

Так как R , где -линейная скорость точки по окружности, - угловая скорость, R–радиус точки до оси вращения. В этом случае

Пластины в роторе свободно перемещаются в пазах ротора, поэтому возникают центробежные силы (1)

Ось вращения ротора не совпадает с осью статора и пластины во время вращения перемещаются в пазах по направлению радиуса ротора ,принимая минимальные и максимальные расстояния от оси ротора в течение половины оборота вращения (1).

Таким образом, давление N пластины на внутреннюю стенку статора будет меняться во время вращения.Наибольшее давление лопатки на внутреннюю стенку статора будет при максимальном ее смещении.

Модуль максимальной силы трения, как показывает опыт, пропорционален нормальному давлению N пластины на внутреннюю стенку статора.

ется коэффициентом трения (рис. 1) скольжения и определяется опытным путем. Коэффициент трения зависит от материала и физического состояния поверхности, а также от скорости дви-

жения тела и удельного давления. Экспериментально установлено, что сц ( сц - коэффициент сцепления).

Реакция R реальной поверхности имеет две составляющие: нормальную реакцию N и

силу трения при движении F тр

tg F тр

N

Угол, тангенс которого равен коэффициенту трения скольжения, называется углом тре-

ния.

350