Вакуумный молочный фильтр
VACUUM MILK FILTER

Изобретение относится к сельскому хозяйству, конкретно к устройствам для фильтрации молока.
Известно устройство фильтра жидкой смеси (патент №165199, МПК В01D 29/01, А01I 11/06), содержащее корпус цилиндро-конической формы с входным и выходным патрубками и фильтрующую сетку, размещенную между перфорируемыми дисками.
Недостатками конструкции фильтра является то, что движение молока осуществляется снизу вверх, и с нижнего перфорируемого диска примесь должна, по мере накопления, падать вниз в отстойник. Однако, накопление примеси на нижнем диске снижает скорость прохождения молока через него, а увеличивающийся при этом напор вновь поступающих порций молока снижает количество примесей, падающих вниз. Кроме того, требуется периодическая разборка и очистка сетки от примесей, которые застревают в ее порах. В то же время данная конструкция фильтра с фильтрующей сеткой не может обеспечить задержку соматических и бактериальных клеток. Все вышеперечисленные недостатки конструкции фильтра не позволяют осуществлять качественную очистку жидкой смеси, в частности молока.
Известно устройство фильтра для очистки жидкости (патент №84670, МПК А01J 11/06), состоящего из корпуса с входным и выходным патрубками с присоединительными гайками, внутри корпуса размещен трубчатый фильтрующий картридж в виде плетеных сеток и жестко закреплен гайкой разъема корпуса.
Недостатком этого фильтра является то, что тонкость фильтрации определяется размером ячейки фильтрующей сетки, а пропускная способность поперечной площадью сетки. Молоко содержит примеси, различимые по размерам в сотни раз, например частицы соломы, корма, навоза и сгустки соматических и бактериальных клеток. Поэтому подобрать фильтрующий картридж, оперируя только размером ячейки или пропускной способностью затруднительно. Кроме того, молоко подается на картридж под давлением насосом, что приводит к размыванию мягких структур примесей и усложняет подбор тонкости фильтрации.
Наиболее близким к заявляемому устройству по совокупности существенных признаков является принятый за прототип вакуумный молочный фильтр (патент №1346079, МПК А01J 11/06) состоящий из корпуса, установленного вдоль трубопровода молочной магистрали доильной установки, с входным и выходным патрубками, выходной патрубок соединен с источником вакуума, в корпусе размещен фильтрующий картридж, в котором со стороны подачи на него молока установлена заглушка, а с противоположной стороны он выполнен в виде кольца с конической поверхностью для фиксирования в выходном патрубке, который соединен с приемной камерой и клапаном сигнализирующего устройства.
Недостатком этого фильтра является то, что молоко поступает на фильтрующий картридж под прямым углом и его примеси размываются струей, что приводит к неравномерному распределению молока по всей поверхности картриджа. Для исключения нарушения величины разрежения в молочной магистрали доильной установки, при повышении технологически допустимой толщины слоя осадка на внешней поверхности картриджа, предусмотрена приемная камера с сигнализирующим устройством и клапаном, который пропускает часть нефильтруемого молока, что ухудшает качество его очистки.
Задача изобретения - улучшить качество очистки молока на каждой отдельной магистрали доильной установки за счет поэтапного процесса очистки в них от крупных, средних и мелких фракций примесей молока и исключить их попадание в общую молочную магистраль установки с соблюдением стабильности разрежения в ней.
Это достигается тем, что в предлагаемом вакуумном молочном фильтре, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, выходной патрубок соединен с источником вакуума, а внутри корпуса размещен фильтрующий картридж, в отличие от прототипа фильтрующий картридж расположен поперек корпуса в технологическом сквозном отверстии шиберной заслонки с ограничительными выступами и представляет собой многослойную прямоугольную плоскую пластину, каждая группа слоев которой изготовлена из нитей разного диаметра, образующих в ней проходимые каналы, площадь сечения которых уменьшается по ходу движения молока до его проходимости без примесей через фильтрующий картридж.
Необходимость расположения в трубопроводе молочной магистрали доильной установки корпуса вакуумного молочного фильтра, с поперечным расположением в нем фильтрующего картриджа в виде прямоугольной плоской пластины, вызвана исключением прохождения нефильтрованного молока мимо картриджа, ухудшающем степень очистки молока.
Необходимость представления фильтрующего картриджа в виде многослойной пластины с уменьшающимися послойно проходимыми каналами вызвана созданием в нем физического эффекта ползучего течения. Согласно закону Гагена-Пуазейля скорость фильтрации при ползучем течении можно принять пропорционально градиенту скорости потока. Давление в соответствии со своей физической природой везде должно быть однозначно и непрерывно. Линейная зависимость между скоростью фильтрации и градиентом давления имеет место только до тех пор, пока число Рейнольдса, составленное по площади сечения проходимых каналов фильтрующего картриджа, остается достаточно малым. Поэтому через многослойный фильтрующий картридж должен проходить поток несжимаемой жидкости с условием сохранения массы, т.е. чтобы произведение плотности жидкой смеси, поперечного сечения и средней скорости в этом сечении всегда оставалась величиной постоянной. Это обеспечит стабильность разрежения в молочной магистрали доильной установки и повысит качество очистки молока от примесей.
Для закрепления фильтрующего картриджа в технологическом сквозном отверстии шиберной заслонки он вставляется в нее с натягом, обеспечивающим усилие, достаточное для ручной сборки фильтрующего картриджа и исключающее прохождение нефильтрованного молока. При этом толщина фильтрующего картриджа не превышает толщину шиберной заслонки, и она свободно перемещается при ее открытии и закрытии.
Необходимость представления фильтрующего картриджа в виде многослойной плоской прямоугольной пластины с уменьшающимися послойно проходимыми каналами объясняется следующим. В исследованиях (Козлов А.Н., Плескачев П.А. Исследование фильтра тонкой очистки молока // Научные достижения и открытия 2018: сборник статей IV Межд. научно-практ. конкурса.- Пенза: МЦНС «Наука и просвещение». - 2018. - С. 32-37) выявлено, что в структуре фильтра выделяются поперечные и продольные проводящие каналы. Поперечные проводящие каналы расположены в горизонтальной плоскости в виде извилистых, ломанных и прерывистых форм разного сечения и длины. Продольные проводящие каналы расположены в вертикальной плоскости в виде шахт. Отмечают и наличие вертикальных нитей. Выявили, что от горизонтальных волокон отходят под разным углом короткие волокна, на которых расположены круглой формы блямбы. Поэтому внутренняя структура тонкого фильтра - это сложная конструкция поперечных и продольных проводящих каналов. Поперечные каналы образуются узкими из сочетания нитей с их ответвлениями и блямбами. Продольные каналы образуются широкими из сочетаний спаянных нитей. Они обеспечивают жесткость конструкции фильтрующего картриджа. В виду этого фильтрующий картридж должен содержать в направление прохождения молока узкие поперечные каналы. Такой фильтрующий картридж можно изготовить только на прямоугольном валу с шириной стороны, равной диаметру трубопровода молочной магистрали. В дальнейшем плоский прямоугольный фильтрующий картридж, равный необходимому диаметру трубопровода, вырезается из одной из сторон пустотелой плоской прямоугольной заготовки. Предлагаемый фильтрующий картридж состоит из набора, как минимум трех отдельных групп слоев. Каждая группа изготовлена отдельно с диаметром нити, уменьшающими по ходу движения молока, что позволяет получить разную площадь поперечного сечения проводящих каналов в слоях. Поэтому физическая сущность многослойного фильтрующего картриджа заключается в том, что за счет его компоновки из слоев, изготовленных из нитей разного диаметра и образующих по ходу движения молока в слоях проходимые каналы с уменьшающейся площадью сечения, в них возможна задержка крупных, средних и мелких частиц примесей, что повышает значительно его грязеемкость и увеличивает продолжительность фильтрации, достаточной для очистки молока на отдельной молочной магистрали доильной установки.
На фиг. 1 представлен вакуумный молочный фильтр в положении «закрыто».
На фиг. 2 представлен вакуумный молочный фильтр в положении «открыто».
На фигуре 1 схематично изображен вакуумный молочный фильтр, состоящий из корпуса 1, имеющего входной патрубок 2 и выходной патрубок 3, соединенный с источником вакуума, а внутри корпуса 1 установлена поперек шиберная заслонка 4, свободно перемещающаяся в обойме 5. Шиберная заслонка 4 имеет сквозное технологическое отверстие 6 с одной стороны, в которое вставляется многослойный прямоугольный плоский пластинчатый фильтрующий картридж 7, а с другой стороны - технологическое отверстие в виде овального прямоугольника 8 для ручного перемещения шиберной заслонки 4 в ее обойме 5. На боковой поверхности шиберной заслонке 4 имеются ограничительные верхние 9 и нижние 10 выступы. Верхние выступы 9 ограничивают движение шиберной заслонки вниз, обеспечивая полное перекрытие поперечного сечения корпуса 1 фильтрующим картриджем 7. Нижние выступы 10 ограничивают движение шиберной заслонки вверх, обеспечивая полный выход фильтрующего картриджа 7 из корпуса 1 вакуумного молочного фильтра. Входной патрубок 2 и выходной патрубок 3 корпуса 1 соединяются с молочной магистралью доильной установки через резиновые муфты (на фиг. 1 и 2 не показаны).
Вакуумный молочный фильтр работает следующим образом.
Шиберная заслонка 4 перед началом доения, перемещается вручную из корпуса 1 за счет технологического овального отверстия 8, а длина ее выхода ограничивается нижними выступами 10 шиберной заслонки 4 (фиг. 1). В сквозное технологическое отверстие 6 шиберной заслонки 4 с натягом вставляется фильтрующий картридж 7. После установки фильтрующего картриджа 7 в шиберную заслонку 4 она перемещается вручную вниз (фиг. 2), а длина ее входа в корпус 1 ограничивается верхними выступами 9, при этом фильтрующий картридж 7 перекрывает полностью поперечное сечение корпуса 1 вакуумного молочного фильтра.
При включении вакуумного насоса доильной установки в молочных магистралях создается разрежение, которое проходит через фильтрующий картридж 7 корпуса 1, установленного в начале молочной магистрали и в нее поступает молоко из вымени животных. Молоко с примесями перемещается в ламинарном режиме за счет разрежения по трубопроводу и достигает корпуса 1 с поперечно установленным фильтрующим картриджем 7, который поэтапно очищает молоко от его крупных, средних и мелких примесей, что повышает качество фильтрации.
По окончании доения шиберная заслонка 4 корпуса 1 перемещается в положение «закрыто» и фильтрующий картридж 7 вынимается из технологического отверстия 6 шиберной заслонки 4, которая переводится в положение «открыто». В доильной установке производится технологическая операция промывки молочной магистрали.
Вакуумный молочный фильтр данной конструкции может применяться для очистки молока в процессе машинного доения на отдельных молочных линиях доильной установки, исключая попадание примесей в общую молочную магистраль. Движение молока в трубопроводе происходит в ламинарном режиме, что исключает размывание механических частиц, а сохранение на поверхности фильтрующего картриджа в первоначальном состоянии сгустков крови, соматических и бактериальных клеток позволяет выявлять степень заболеваемости больных маститом коров на отдельных молочных линиях, на которых работают конкретные мастера машинного доения.
Технико-экономический эффект вакуумного молочного фильтра заключается в повышении степени очистки на один-два класса и уменьшении микробиологических показателей в десятки раз.