ИССЛЕДОВАНИЯ МАСЛОИЗГОТОВИТЕЛЯ

Сельское хозяйство/Технология хранения и переработки сельскохозяйственной продукции

candidate of technical science, docent A.V. Yashin

FSBEI HPE «Penza SAA», Russia

About influence construction mechanism of thurlling

on motion creams and destabilization fatty marbles

Для определения механизма движения сливок в маслоизготовителе [2…4] были проведены исследования на макете маслоизготовителя с использованием механизма сбивания: с двумя рабочими колесами (рисунок 1 а); с двумя рабочими колесами и редуктором между ними рисунок 1 б).

а) б)

Рисунок 1 – Общий вид макета маслоизготовителя: а) – с механизмом сбивания в виде двух рабочих колес; б) – с механизмом сбивания в виде двух рабочих колес и редуктора между ними

Для более детального изучения движения жидкости в макете в емкость маслоизготовителя были добавлены семена мака и две цветных жидкости: масло подсолнечное и водный раствор калия перманганата. После чего производилась съемка с использованием фотовидеокамеры RoverShot RS – 601 работы макета маслоизготовителя.

При проведении эксперимента определялись: 1) угол наклона к горизонтали силового поля с наибольшей концентрацией; 2) наличие линий раздела токов в зависимости от конструктивной особенности механизма сбивания; 3) направление потоков жидкости от левого и правого рабочего колеса.

Рассматривая гидравлическую сторону работы маслоизготовителя, прежде всего, приходится сталкиваться с вопросом динамического взаимодействия механизма сбивания, стенок, крышки и дна емкости со сливками. Характер этого взаимодействия обуславливается в первую очередь скоростью и направлением возникающих потоков. Поэтому, течение жидкости в емкости, изображается линиями тока, которые являются воображаемыми линиями, показывающими путь элементарной частицы при ее движении [1], а в данном случае за элементарную частицу принималось зернышко мака. В зависимости от направлений различают следующие типы течения:

– тангенциальное течение, при котором жидкость в емкости движется параллельно пути, описываемому рабочими колесами механизма сбивания;

– радиальное течение, при котором жидкость течет от рабочих колес механизма сбивания перпендикулярно оси вращения;

– осевое течение, при котором жидкость поступает и вытекает из рабочего колеса параллельно оси ее вращения.

а) б) в)

Рисунок 2 – Схема движения сливок в маслоизготовителе: а) – с механизмом сбивания в виде одного рабочего колеса; б) – с механизмом сбивания в виде двух рабочих колес; в) – с механизмом сбивания в виде двух рабочих колес и редуктора между ними

После обработки информации полученной при работе макета маслоизготовителя на указанных жидкостях и включениях была построена схема движения сливок в маслоизготовителе (рисунок 2). Таким образом, из анализа рисунка 3 видно, что силовое поле с наибольшей концентрацией энергии располагается под некоторым углом к горизонтали. При одновременной работе двух рабочих колес механизма сбивания образуется не одна АВ – в случае с одним рабочим колесом (рисунок 2 а), а три линии раздела токов АВ, DC и ЕF (рисунок 2 б, в), что приводит к более сильной турбулизации сливок. Можно отметить, что наибольшая турбулизация сливок, наблюдается при использовании конструктивной схемы механизма сбивания маслоизготовителя с редуктором (рисунок 2 в), который дает возможность вращения рабочих колес в противоположных направлениях и соответственно встречному направлению потоков левого и правого колеса МQ и NR, что приведет к более быстрому разрушение белковой оболочки молочного жира с его последующей агрегацией из-за резкого смешения отдельных слоев, столкновения жировых шариков и нарушению целостности их оболочки. Кроме того, потоки сливок, движущиеся с различными скоростями служат причиной образования в жидкости пустот и создания новых поверхностей раздела сливки-воздух. Последующее «обрушение» этих пустот потоками сливок имеет характер гидравлического удара, что и служит причиной агрегации жировых шариков. Сам процесс сбивания сливочного масла характеризуется резким повышением объема сливок из-за интенсивного пенообразования, то есть образуются пустоты, где белковая оболочка жировой частицы переходит в поверхность пузырька пены, а жировой шарик втягивается в стенку пены, где и застывает. Жировые шарики в пене располагаются плотно друг к другу и спрессовываются из-за поверхностного давления пленок пены или гидравлического удара при их схлопывании. Угол отклонения линии тока от линии их раздела увеличивается с ростом числа оборотов механизма сбивания, но не значительно и составляет в среднем около 30°. У дна емкости вторичные потоки всегда направлены от периферии к центру емкости и вид траекторий движения отдельных частиц близок к логарифмическим спиралям. Наличие вторичных потоков, вызывающих продольно-винтовое движение частиц перемешиваемой среды, является одним из основных факторов, способствующих интенсификации турбулентного режима, для чего необходимо горизонтальное размещение маслоизготовителя. Сложный характер движения жидкости приводит к образованию зон пониженного давления и возникновение кавитации при резком повороте потока, отрыве его от обтекаемой поверхности, динамического взаимодействия потоков в областях сопряжения нескольких направляющих поверхностей, что способствует интенсификации образования масляного зерна.

Анализируя результаты исследований можно заключить, что наиболее перспективной конструкцией механизма сбивания маслоизготовителя является механизм сбивания в виде двух рабочих колес и редуктора между ними, способствующая интенсивной турбулизации сливок и обеспечивающая дестабилизацию жировых шариков и их последующую агрегацию.

Литература:

1. Парфенов, В.С. Практикум по гидравлике / В.С. Парфенов, А.В. Яшин, С.И. Щербаков, В.Н. Стригин. – Пенза: РИО ПГСХА, 2012. – 223 с.

2. Пат. 61506 РФ, МКП⁸ А 01 J 15/00. Маслоизготовитель периодического действия / А.В. Яшин, В.С. Парфенов. – №2006143958/22; Заявлено 11.12.2006; Опубл. 10.03.2007, Бюл. №7.

3. Яшин, А.В. Маслоизготовитель для фермерских хозяйств / А.В. Яшин, Парфенов В.С. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2007. – №3. – С. 18

4. Яшин, А.В. Новое в механизации производства сливочного масла для малых сельскохозяйственных товаропроизводителей / А.В. Яшин, В.С, Парфенов, В,Н. Стригин// Нива Поволжья. – 2010. – №2(15) – С. 70-73.