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来源：奶牛微刊
一 对挤奶系统真空压稳定性有什么要求？ 真空泵连续不断地抽出挤奶系统中的空气来创造真空环境，而真空压调节器则对空气需求作出及时反应，从而维持挤奶系统真空压的稳定性。接收罐内真空压应该稳定在上下相差不超过2 千帕（0.6英寸汞柱）的正常范围。 二 真空泵有哪几种类型？ 1 旋片式真空泵（Vane Vacuum Pump；图1） 旋片式真空泵（简称旋片泵）是一种油封式机械真空泵；其可以抽除密封容器中的干燥气体，若附有气镇装置，还可以抽除一定量的可凝性气体；但它不适于抽除含氧过高的、对金属有腐蚀性的、对泵油会起化学反应以及含有颗粒尘埃的气体。旋片式真空泵是真空技术中最基本的真空获得设备之一，其主要由泵体、转子、旋片、端盖、弹簧等组成。在旋片式真空泵的腔内偏心地安装一个转子，转子外圆与泵腔内表面相切（二者有很小的间隙），转子槽内装有带弹簧的二个旋片。旋转时，靠离心力和弹簧的张力使旋片顶端与泵腔内壁保持接触，转子旋转带动旋片沿泵腔内壁滑动。两个旋片把转子、泵腔和两个端盖所围成的月牙形空间分隔成A、B、C三部分，如图1所示。 图1. 旋片式真空泵 当转子按箭头方向旋转时，与吸气口相通的空间A 的容积是逐渐增大的，正处于吸气过程。而与排气口相通的空间C的容积是逐渐缩小的，正处于排气过程。居中的空间B的容积也是逐渐减小的，正处于压缩过程。由于空间A的容积是逐渐增大（即膨胀），气体压强降低，泵的入口处外部气体压强大于空间A内的压强，因此将气体吸入。当空间A与吸气口隔绝时，即转至空间B的位置，气体开始被压缩，容积逐渐缩小，最后与排气口相通。当被压缩气体超过排气压强时，排气阀被压缩气体推开，气体穿过油箱内的油层排至大气中。由泵的连续运转，达到连续抽气的目的。 在挤奶系统中，使用润滑油的旋片式真空泵非常普遍，这是因为其每马力抽气量更多。现行挤奶系统的旋片式真空泵在转子上安装了四个滑动的旋片。其基本工作原理仍如图1。 这种类型的真空泵必须要用足够高质量的润滑油做良好保养维护，以尽可能避免磨损，同时也要保证旋片与泵腔内壁完全封闭。润滑欠佳会降低真空泵性能，导致真空泵过热，进而因损坏真空泵而缩短其使用寿命。故而，定期检查油壶非常重要。使用的润滑油应始终符合生产商建议的标准。 再有，因为旋片式真空泵会将油污释放进入大气环境，所以建议安装一个油污回收装置，这样至少能将一部分油污回收、过滤并返回泵中循环利用。 2 旋叶式真空泵（Lobe Vacuum Pump；图2） 旋叶式真空泵由两个反向旋转的叶片组成；该真空泵的两个旋转叶片不需要润滑油，所以排出的空气不会污染大气环境。 图2. 旋叶式真空泵 通常情况下，旋叶式真空泵工作时很安静，不产生噪音，不需要经常维修，而且适用于不同的调速装置，后将述及。当齿轮转速极高时，定期润滑齿轮非常必要。建议安装空气过滤器，以避免叶片磨损。在所需真空压较高时，旋叶式真空泵效率一般。 所以，当所需真空压超过50 千帕 (15英寸汞柱)时，并不建议安装旋叶式真空泵。与其它类型真空泵相比，其在价格和节能方面处于中等水平。 3 水环式真空泵（Water-Ring Vacuum Pump；图3） 水环式真空泵（简称水环泵）是一种粗真空泵，其内装有带固定叶片的偏心转子，将水（液体）抛向定子壁，水（液体）形成与定子同心的液环，液环与转子叶片一起构成可变容积的一种旋转变容积真空泵。 图3. 水环式真空泵 其基本工作原理是：在泵体中装有适量的水作为工作液；当叶轮按图3中指示的方向顺时针旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环；水环上部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环下部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上叶片在水环内有一定的插入深度）；此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成叶片数目相等的若干个小腔；如果以叶轮上部0°为起点，那么叶轮在旋转前180°时小腔容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。 综上所述，水环式真空泵是靠泵腔容积变化来实现吸气、压缩和排气的。 顾名思义，水环式真空泵是用水来起润滑作用的。尽管这种类型的真空泵工作时很安静，污染也少，但由于价格昂贵和效率不高，同时在同等容量（即真空泵抽气量）水平下，其比需使用润滑油的旋片式真空泵多消耗20%能量。故而，北美奶牛场并不喜欢这种类型的真空泵。 就水环式真空泵而言，必须保证供水充足，并且需要经常更新。此外，水环式真空泵不适用于寒冷易结冰的环境。 三 挤奶系统的真空泵有什么特点？ 与其它任何机械系统的真空泵一样，挤奶系统的真空泵在给定的压力或真空压水平下，真空泵能够排出对应的空气量。 图4. 真空泵排气量与真空压水平的关系 以图4为例，在50 千帕（15英寸汞柱）真空压水平下，真空泵每分钟能排出1400升空气。当空气进入量超过真空泵正常容量时，就难以维持挤奶系统原先设定的真空压水平，此时真空压水平就会下降直至实现新的平衡。 举个例子：在44千帕（13英寸汞柱）真空压水平下，每分钟能排出1700升的空气。 另一方面，过度摩擦也会造成真空泵中真空压过高，降低真空泵容量，增加耗电量。再举个例子：在56千帕（17英寸汞柱）真空压水平下，每分钟则只能排出1100升空气。 四 如何决定真空泵容量大小？ 挤奶系统通常要求真空泵能提供42~50 千帕（13~15 英寸汞柱）的真空压环境。这对于大多数真空泵，即使是最小的，也能轻而易举地实现。但是，当允许特定量的空气进入挤奶系统时，要维持这种真空压水平则十分困难。实际上，真空泵容量远比其马力数能提供更多信息。 正如表1所示，在相同马力水平下，真空泵的容量根据其类型的不同而波动较大。 1 挤奶系统需要真空泵容量充足来执行什么？ 1.1 运行挤奶杯组 在挤奶过程中，每个挤奶杯组空气流速范围是30~60 升/分钟（1~2 立方英尺 /分钟）；通过每个集乳器时，空气进入的流速为6~12 升/分钟(0.2~0.4立方英尺/分钟)；通过每个脉动器时，空气流速为15~45 升/分钟（0.5~1.5立方英尺/分钟）。如果装有牛奶计量器或自动脱杯组件，则空气消耗量需要加倍。即使如此，也只是动用真空泵容量很少一部分用于运行挤奶杯组。 1.2 补偿空气逸泄 在牛奶入口、脉动器连接处或挤奶系统任何接合点通常都会出现少量空气逸泄现象；在真空平衡罐或奶水分离罐，以及挤奶系统其它任何部位，有可能发生空气大量逸泄。不过，挤奶系统全部空气逸泄量不可超过真空泵容量的10%。 1.3 提供有效真空储备以应付挤奶过程出现的突发事件 如表2所示，在挤奶过程中，真空泵要能够补偿由于空气意外进入挤奶系统而致的真空损失。通常，藉助更换马达和皮带轮来增加转速，从而使真空泵容量提升。 2 如何建议挤奶系统需要的真空泵容量大小？ 在北美奶牛场，真空泵基础容量大小的参考标准值是：每个挤奶杯组需要的空气流量为基本1000升+额外85升/分钟（基本35立方英尺+额外3立方英尺/分钟）。额外增加的真空泵容量主要用于补偿真空调节器（真空预警分以下等级：100升/分，3立方英尺/分 ；350升/分钟，12立方英尺/分钟；500升/分钟，18立方英尺/分钟）、牛奶计量器（每个空气流量为15升/分钟，0.5立方英尺/分钟）、挤奶杯组反冲系统，或气动式赶牛门和分群门等附属部件的真空消耗。 表3给出了真空泵基础容量的参考值，这些参考值是根据挤奶杯组数量和与旋片式真空泵对应的近似马力数来确定的。 在选择真空泵时，对挤奶杯组数量多少影响挤奶系统真空稳定的考虑因素，并不是人们想象中的那么重要。在北美奶牛场，以往选择真空泵时最简单的计算方法是按每个挤奶杯组配置1马力来决定；而现在则变成了按每个挤奶杯组配置空气流量为283升/分钟（10立方英尺/分钟）的标准。新行业标准将会考虑挤奶杯组数量多少这个因素，不过，无论如何，当挤奶杯组成倍增加时，并无必要使真空泵容量也成倍对应加大。 此外，如果能对挤奶系统进行定期保养和维修，所用真空泵容量稍小于真空泵容量标准参考值也是可以接受的。还有，在挤奶过程中，挤奶员工的操作流程和挤奶系统的运行都必须保证尽可能减少空气进入量。当然，采用具有自动关闭阀的集乳器和在拴养牛舍使用可降低牛奶入口空气进入量装置亦能减少整个挤奶系统在挤奶期间的空气进入量。为评估真空泵容量是否足够，或是否还能继续增加挤奶杯组，最重要的是检测有效真空储备是否合乎要求，我们将在后续文章中继续讨论此点。为什么不应该使用容量超过需要的真空泵呢？其原因很简单：尽管购置成本不一定很高，但运行成本却较高。例如：每多增加5马力，每年电费就会多浪费3000~25000元人民币。自然，电费支出还取决于每千瓦小时价格和真空泵实际运行时数。使用变速真空泵不仅能保证必要的容量，还能降低能量损耗；其工作原理是由变频驱动控制器来调节真空泵马达转速。我们也将在后续文章叙述此点。 五 对真空泵排气管有什么要求？ 真空泵排气管应尽可能短，并且不可阻挡空气顺利排出，同时要与真空泵相对倾斜。对于旋片式真空泵而言，空气要排放出室外。真空泵排气管出口处一般设有单向阀，此装置阻止了反向旋转；反向旋转可能会损坏真空泵和污染挤奶系统。检测排气回压对于发见是否存在过度阻碍空气顺利排出现象是非常有用的。 2016中国农垦乳业联盟成员大会暨第五届中国乳业可持续发展论坛首轮通知 |
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