Доильное оборудование

Вакуумный насос для доильной установки: как подобрать производительность под число аппаратов

Вакуумный насос для доильной установки подбирают не по мощности мотора, а по расходу воздуха при рабочем вакууме: аппараты, пульсаторы, регулятор и неплотности вместе. Ниже - формула баланса воздуха, таблица производительности на 2-24 аппарата и порядок проверки насоса на ферме.

Какой вакуум нужен доильной установке

Вакуумная система современных доильных установок создаёт в подсосковой камере доильного стакана разрежение порядка 45-50 кПа. Чем больше перепад между давлением молока в вымени и давлением под соском, тем быстрее идёт молокоотдача. Обратная сторона: слишком глубокий вакуум усиливает болевое воздействие на вымя и повышает риск мастита. Поэтому насос должен не "выдавать максимум", а держать заданный уровень стабильно.

Требования к конструкции и характеристикам доильных установок изложены в ГОСТ 28545-90 (ИСО 5707-83). Для вакуумной части в литературе по этому стандарту приводятся такие ориентиры:

• перепад вакуумметрического давления между вакуумной установкой и регулятором, а также между регулятором и любой точкой вакуумпровода при испытаниях - не более 2,5 кПа;
• просачивание атмосферного воздуха в вакуумную систему - не более 5% номинальной производительности вакуумной установки;
• просачивание воздуха через трубопроводы и фитинги молокопровода при рабочем вакууме - не более 20 л/мин;
• отклонение вакуума от заданного значения - не более 2,66-3 кПа;
• произведение амплитуды провала вакуума на его длительность - не более 20 кПа·с.

Из этих цифр следует главное: производительность насоса должна перекрывать все потоки воздуха, которые входят в систему, и оставлять запас, который регулятор будет сбрасывать в атмосферу. Если запаса нет, вакуум проседает при каждом надевании стаканов.

Баланс воздуха: куда уходит производительность насоса

Вакуум в системе устойчив, когда насос откачивает столько же воздуха, сколько натекает. Баланс записывают так:

Q_t = Q_ВА + Q_ВХ + Q_Р, где

• Q_t - количество воздуха, которое откачивает вакуумный насос;
• Q_ВА = q_в·N - воздух, подсасываемый доильными аппаратами (q_в - подсос одного аппарата, N - число аппаратов на системе);
• Q_ВХ ≈ 0,15·Q_ВА - натекание через неплотности соединений вакуум- и молокопровода;
• Q_Р ≈ 1,5·Q_ВА - воздух, который впускает регулятор вакуума.

Сложив слагаемые, получаем рабочую формулу: Q_t ≈ 2,65·N·q_в. Коэффициент 2,65 показывает, что на сами аппараты приходится меньше половины производительности насоса, а остальное - утечки и резерв для регулятора.

Объём молока в балансе можно не учитывать. Для четырёх аппаратов максимальная молокоотдача около 0,16·10^-3 м³/с, это меньше процента от расхода воздуха.

Откуда брать подсос одного аппарата

Здесь кроется основная погрешность расчёта. В литературе встречается оценка потока воздуха через доильный аппарат (0,62-0,79)·10^-3 м³/с, то есть примерно 37-47 л/мин. В той же работе для пульсатора приводится значение 2,7·10^-3 м³/с, и пример на четыре аппарата даёт уже 0,029 м³/с. Разброс в несколько раз связан с типом пульсатора, коллектора и режимом доения. Поэтому q_в надёжнее взять из паспорта своих доильных аппаратов, а табличные цифры использовать для прикидки.

Расчёт производительности по шагам

1. Посчитайте число аппаратов N, которые одновременно работают от одного вакуумпровода. В доильном зале это число мест, на привязи - число аппаратов на линии.
2. Возьмите расход воздуха одного аппарата q_в из паспорта. Нет паспорта - для оценки берите верхнюю границу 0,79·10^-3 м³/с (2,84 м³/ч).
3. Вычислите Q_t = 2,65·N·q_в и переведите в удобные единицы: 1 м³/с = 3600 м³/ч, 1 м³/мин = 60 м³/ч = 1000 л/мин.
4. Добавьте потребителей, которые стоят на той же вакуумной линии: промывку, молокоприёмник, привод ворот, если они вакуумные.
5. Сверьте результат с характеристикой насоса при рабочем вакууме, а не с цифрой "при атмосферном давлении на входе".

Таблица посчитана по формуле Q_t = 2,65·N·q_в. Пример для восьми аппаратов: 2,65 · 8 · 0,79·10^-3 = 0,0167 м³/с, или 60,3 м³/ч. Это класс насосов на 60 м³/ч, которыми традиционно комплектовали линейные установки.

Почему паспортная цифра насоса может не совпасть

Вакуумный насос не имеет фиксированной производительности. Его расходная характеристика близка к линейной: чем глубже вакуум, тем меньше воздуха он откачивает. Насос, который на свободном всасывании даёт 60 м³/ч, при 50 кПа выдаст заметно меньше. Смотрите точку характеристики именно при вашем рабочем вакууме.

Пластинчатый или водокольцевой: что ставят на фермах

Отечественные вакуумные станции доильных установок комплектуются двумя типами насосов: водокольцевыми (серии СН, ВВН) и роторно-пластинчатыми (УВУ, РВН, ДВН). Распространённая унифицированная установка УВУ-60/45 с ротационным насосом работает в двух режимах: 60 и 45 м³/ч.

Исследования белорусских специалистов отмечают, что ротационный пластинчатый насос имеет высокий механический КПД, простую конструкцию и возможность непосредственного соединения с двигателем. Водокольцевые агрегаты в ряде проектов ставили вместо УВУ-60/45 ради большой объёмной производительности и надёжности. Устройство водокольцевой машины разобрано в статье о принципе работы водокольцевого насоса.

Мощность привода и расход электроэнергии

На вакуумный насос приходится самая большая доля электрической нагрузки доильной установки после водонагревателя. По данным обследования линейных установок типа УДМ и УДБ, электропривод вакуумного насоса потребляет от 4 до 9 кВт. В доильных залах "Ёлочка", "Параллель", "Тандем", "Карусель" мощность привода вакуумного насоса составляет от 7,5 до 29 кВт.

Удельный расход энергии на 1 м³ производительности у отечественных водокольцевых и пластинчато-роторных насосов в среднем 0,066 кВт·ч/м³, у двухроторных 0,055 кВт·ч/м³. У импортных насосов этот показатель 0,041-0,047 кВт·ч/м³. Разница в 1,4-1,6 раза для насоса на 60 м³/ч даёт около 3,3 тыс. кВт·ч в год лишнего потребления.

Отсюда два практических вывода:

• Не берите насос с двойным запасом "на всякий случай". Лишняя производительность всё равно уйдёт через регулятор в атмосферу, а счёт за электричество останется.
• Если установка большая, имеет смысл частотное регулирование: скорость ротора подстраивается под фактический расход воздуха, и регулятор меньше работает вхолостую.

Регулятор вакуума и резерв производительности

Регулятор вакуума - дифференциальный клапан, который открывается, когда разрежение превышает настройку, и впускает атмосферный воздух. Чтобы он мог держать вакуум, через него постоянно должен идти воздух. Отсюда коэффициент 1,5 в формуле баланса: при надевании стаканов, спадании аппарата или открытии крана регулятор закрывается и отдаёт свой резерв системе.

Признаки нехватки резерва:

• вакуумметр у регулятора проседает больше чем на 2-3 кПа при подключении аппарата;
• стаканы спадают при надевании на соседних местах;
• регулятор не шипит в паузах между дойками, то есть воздух через него не идёт;
• вакуум восстанавливается медленно, дольше нескольких секунд.

Причиной не всегда бывает слабый насос. Часто резерв съедают утечки: трещины в шлангах, негерметичные краны, изношенные прокладки молокоприёмника. Норматив просачивания - не более 5% номинальной производительности установки, поэтому начинать стоит с поиска утечек, а уже потом менять насос.

Как проверить вакуумный насос на действующей установке

1. Отключите и заблокируйте электропитание насоса, если предстоит осмотр привода. Ремни и муфта должны быть закрыты ограждением.
2. Проверьте натяжение ремней (если привод ременный) и состояние шкивов. Проскальзывание ремня снижает частоту вращения и производительность.
3. Для водокольцевого насоса проверьте подачу воды на кольцо и её температуру. Тёплая вода ухудшает вакуум.
4. Для пластинчатого насоса проверьте уровень и подачу масла, износ пластин по шуму и нагреву корпуса.
5. Запустите насос с закрытыми кранами аппаратов и проверьте вакуум у насоса и у регулятора. Разница не должна превышать 2,5 кПа.
6. Подключите все аппараты в режиме доения (на имитаторах или в работе) и проследите, держится ли вакуум и идёт ли воздух через регулятор.
7. Для точной оценки замерьте фактическую производительность расходомером воздуха (ротаметром) при рабочем вакууме: сначала на насосе, затем на системе.

Водокольцевые насосы ВВН на доильных установках

Водокольцевые насосы ВВН используют на крупных доильных системах и в централизованных вакуумных станциях, где одна машина обслуживает несколько линий. Подбирают их по той же формуле баланса, но с поправкой: при подборе смотрят производительность при рабочем вакууме доильной установки, а не номинальную быстроту действия.

Что учесть при установке ВВН на ферме:

• Водоснабжение: насос требует постоянной подачи воды на кольцо, нужен слив отработанной воды.
• Защита от молока и моющих растворов: перед насосом обязателен предохранительный бак (вакуумный баллон) с отсечкой.
• Зимний режим: после работы в неотапливаемом помещении воду из корпуса сливают, иначе лёд разрывает чугунные детали.
• Направление вращения: часть исполнений ВВН выпускается левого вращения, при замене насоса проверьте это по табличке.

Характеристики типоразмеров ВВН1-3, ВВН1-6 и ВВН1-12, двигатели и области применения разобраны в материале о характеристиках насосов ВВН. Сами насосы представлены в разделе водокольцевых насосов ВВН, а корпуса, лобовины, роторы и колёса для ремонта - в разделе запчастей ВВН. Для систем, где нужен сжатый воздух, а не вакуум, смотрите водокольцевые компрессоры ВК.

Частые вопросы

Источники

• Моделирование физических процессов в доильной установке при стабилизации разрежения, РУП "НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства" (Китиков В.О., Тернов Е.В., Чуйко М.М.), 2010
• Анализ энергозатрат вакуумных насосов для доильного оборудования на животноводческих фермах, БГАТУ (Дашков В.Н., Антошук С.А., Захаров В.В.), 2017
• ГОСТ 28545-90 (ИСО 5707-83) Установки доильные. Конструкция и технические характеристики, Госстандарт СССР, 1990

Материал носит справочный характер. Перед ремонтом и заменой деталей сверяйтесь с паспортом и руководством по эксплуатации насоса. Заметили ошибку - напишите на admin@vvnpump.cc.