张廷青 博士 李静 (中国农业大学牛精英计划第三期学员)

　　本篇我们继续论述“如何理解挤奶系统真空产生和调节”的第二部分，即“挤奶系统如何保持真空稳定和自动调节?”

　　一、挤奶系统真空压是如何保持稳定的?

　　在挤奶过程中，进入挤奶系统的空气流量变化很大，如果不能自动调节，那么挤奶过程中系统真空压就会产生较大波动。真空压调节器借助控制空气进出挤奶系统来稳定进入真空泵的气流，继而稳定挤奶系统真空压。目前并没有制造出完美无缺的真空压调节器：当套杯或挤奶杯组脱落时，系统真空压并非一成不变完全稳定，而是会在一定范围内波动。正如图1所示：套杯或挤奶杯组脱落均会造成真空压波动;从该图也能简单理解真空压调节器工作原理及其如何将系统真空压稳定在44千帕(13英寸汞柱)。例如，当套杯或挤奶杯组脱落时，系统真空压就会下降。此时真空压调节器会即刻检测到这种下降，并很快作出相应响应：关闭空气入口以减少空气进入，使真空压不再继续下降而稳定在43千帕(12.7英寸汞柱)。因此，只要集乳器的气阀一直开启着，系统真空压将会始终维持仅下降1千帕(0.3英寸汞柱)的正常水平。当关闭集乳器气阀时，真空压会上升，此时真空压调节器亦会即刻检测到这种上升，并很快及时做出相应响应：开启空气入口以增加空气进入，使真空压不再继续上升而稳定在44千帕(13英寸汞柱)。由于真空压调节器并非瞬间作出响应，所以往往会造成真空压一定程度的稍许下降或升高。但是，缺乏维护而脏污的真空压调节器响应较慢，所以往往会造成真空压较大程度的下降或升高。现在行业要求系统真空压下降或升高的波动范围不能超过2千帕(0.6英寸汞柱)。

图1. 真空压调节器工作原理。

　　二、真空压调节器都有哪些类型?

　　1. 重量控制型真空压调节器(图2)顾名思义是藉助重力作用来稳定真空压的，与最新类型的真空压调节器相比，重量控制型真空压调节器并没有那么精确和灵敏，所以应当升级更新。

　　2. 弹簧控制型真空压调节器(图3)并不象重量控制型调节器那样差，但同样也应该用最新类型的真空压调节器来升级更新。由于弹簧控制型真空压调节器并不需要安装在固定位置，所以适用于小型便携式挤奶机。

　　图2. 重量控制型真空压调节器。

　　图3. 弹簧控制型真空压调节器。

　　3. 膜片型真空压调节器(图4)是现在广泛使用的真空压调节器;其比重量控制型真空压调节器和弹簧控制型真空压调节器都要精确。其工作原理是：使用非常灵敏的真空感应阀与膜片上主阀相连并进行控制调节。大多数膜片型真空压调节器都包括一个能检测分离罐附近真空压变化的纤细真空管，这是因为分离罐附近的空气流动没那么湍急。还有一些膜片型真空压调节器由两部分构成：即真空压感应器和真空压调节器本身;真空压感应器安装在靠近分离罐位置，用纤细真空管与相距1到15米范围内的真空压调节器相连，真空压调节器应安装在靠近真空泵位置。在测量真空压水平时，膜片型真空压调节器极少能允许空气进入所测量的真空压位置。不过，某些膜片型真空压调节器有耗费空气过多的缺点，这样就会要求真空泵容量对应增加20%。

　　图4. 各种类型的膜片型真空压调节器。

　　4. 目前在一些较大型奶牛场使用的是变频型真空泵调节器(图5)，其工作原理与前三类完全不同。在挤奶过程和清洗过程的大多数时间，实际上只需要使用真空泵容量的一小部分。随着真空泵容量需求量的变化，变频型真空泵调节器藉助增加或限制空气进入的方式来对真空压变化作出适时响应时，其会即刻调整真空泵的速度使其符合空气流动量要求，这样也就有可能维持真空压稳定。举例说明：套杯时会有很多空气进入挤奶系统，这时变频型真空泵调节器会立即向真空泵发送信号来增加其速度，从而在极短时间内让真空泵抽出更多空气。对于使用变频型真空泵调节器的挤奶系统来说，马达在大多数时间内运行缓慢，这样就降低了真空泵约40 %至75%的能量消耗，同样还能大幅度减少噪音，并延长真空泵使用寿命。如果安装调整到位，其真空压稳定性可与传统真空压调整器媲美。在大型奶牛场，由于真空泵每天都要运行很多个小时，随着变频型真空泵价格的降低和电费的上涨，应用其无疑将会越来越能提高效益。由于大多数传统的旋片真空泵并未设计成低速运转，所以，变频型真空泵调节器大多都只用于旋叶式真空泵。

　　图5. 变频型真空泵调节器。

　　三、如何安装真空压调节器?

　　真空压调节器和其真空压感应器总是应该安装在真空压平衡罐和分离罐之间(图6)，因其安装位置尽量靠近分离罐，所以能检测到接收罐内的真空压波动。为了保持卫生，需将真空压调节器安装在干净、干燥而且容易接近的位置;安装地点和安装方式都要尽可能减少其噪音对挤奶员工的烦扰。每个真空压调节器都有其最大容量，该最大容量至少应该高于真空泵容量20%。所以，如果需要更换真空泵的话，那么真空压调节器也需同时对应更换。安装同时控制两个气阀的单一真空压调节器或单一真空压感应器要比安装两个较小的真空调节器更容易调整。由于真空压调节器变脏就会降低其灵敏性，所以一定要定期清理;膜片则更要定期更换。此外，假如真空压调节器工作异常或其气门意外脱落或关闭，均会导致真空压剧烈上升，这对奶牛和挤奶系统都会造成危险。最经济的保险办法就是在靠近真空泵位置除了安装真空压调节器外，还要再安装一个泄压阀(图7)。如果系统真空压异常增加，泄压阀就会自动开启。

　　图6. 真空压调节器安装位置。

　　图7. 泄压阀安装位置。

　　四、主空气管道是什么?

　　主空气管道是指在分离罐和真空泵之间运行的空气管道(图8)，其将分离罐、真空压调节器和真空压平衡罐内的空气运送至真空泵;容量足够的主空气管道能携运极高速度的气流，而且不会产生很大摩擦。

　　如何决定主空气管道尺寸和如何正确安装?

　　为了让真空压调节器在挤奶期间维持系统真空压稳定，应设法使从接收罐至真空压调节器之间的摩擦力最小。此外，真空压调节器与真空泵之间的主空气管道内摩擦力越小，真空泵就能在越低的真空压水平下运;同时，其容量也会更大，消耗能量更少。再有，主空气管道越短，直径越大，弯头管和零件越少，内表面越光滑干净，气流速度越慢，摩擦力就会越小。

　　为防止清洗溶液和牛奶意外进入主空气管道造成污染和增加摩擦力，应在分离罐、真空压平衡罐、拦截器或空气过滤器等位置设置自动排流装置进行自动排放。必要时，应该在主空气管道较低点再多设置些自动排流阀。此外，经常清理主空气管道也能防止其堵塞。主空气管道直径很大程度取决于其长度和真空泵容量，可以根据表1和表2来决定。

　　图8. 主空气管道(红线部分)。

　　表1使用举例说明：

　　如果真空泵容量为2,000 升/分钟，对于长度为10米以下的主空气管道，直径63毫米就足够用了;同时还允许其最多设置8个90°弯头管。如果需要设置更多的弯头管，建议直径为75 毫米。如果设置90°弯头管不超过8个，那么直径为75 毫米的主空气管道可长达65 米。

　　表1. 主空气管道参数(公制)

　　表2使用举例说明：

　　如果10马力真空泵容量为106立方英尺/分钟，并且主空气管道长度在33英尺以下，那么直径为3英寸就足够用了。表2数值也可以用于选择清洗PVC主空气管道。另外，如果使用镀锌钢管，因这种管道内摩擦力更大，所以最大长度宜取表中对应最大长度值的50%比较稳妥。

　　表2. 主空气管道尺寸(适用于北美)

　　五、真空平衡罐、拦截器和空气过滤器的作用是什么?

　　拦截器安装在真空泵和真空调节器之间，其作用是拦截由分离罐逃逸的液体如牛奶或清洗溶液，或由脉动器空气管道流出的液体如冷凝液或牛奶。拦截器的有效量需足够促进主空气管道的清洗;如果主空气管道较大，那么也需要相应配置更大的拦截器。

　　真空平衡罐是在北美广泛使用的另一类拦截器;其也可用作连接主空气管道和总脉动器空气管道的集合管。还有，如果真空平衡罐容积足够大的话，其就能有效缓冲由脉动器造成的真空压波动。真空平衡罐的容量从80到160公升不等;容量过大是没有必要的。

　　在北美，具有空气过滤器的拦截器经常与真空平衡罐相连，藉以过滤进入真空泵的空气，从而避免真空泵过度磨损。空气过滤器对于旋叶式真空泵尤为重要(图9)。当然，应对空气过滤器定期保养清洗以确保空气流动无阻。

　　图9. 空气过滤器需设置在真空平衡罐和真空泵之间。

　　所有这些装置都应该使被拦截积聚的液体自动排放;要定期检查这些装置的自动排水阀，确保无空气泄漏并功能正常。倘若每次清洗时都有过多的水被拦截在这些装置中，则需要检查分离罐或浪涌放大器是否功能正常。牛奶有时也会从脉动器空气管道或从分离罐中溢出而意外进入真空平衡罐或拦截器;如果发生这种情况，一定要及时解决相关故障，并且清洗所有空气管道。

　　因为普通钢制罐会容易生锈。故用PVC或不锈钢为材料制成的罐和拦截器更受欢迎。其安装的位置应满足以下条件：泻出液体不会损害其它设备如电动机等;方便定期检查排水功能是否正常。

　　六、脉动器空气管道

　　脉动器空气管道使空气进入脉动器，从而提供真空压来激活脉动器(图10)。由于来自脉动器通过这条管道的空气流量并不大，所以脉动器空气管道并不需要如主空气管道或挤奶管道那般粗大。对于数量多达14个的脉动器来说，其空气管道为50 毫米就足够用了。如果安装比实际需要直径更粗的脉动器空气管道虽然可以降低堵塞风险，但并不会改善挤奶效率。如果脉动器空气管道设置成环相通而且洁净，那么其直径稍小也往往能取得满意效果。还有，要确保接收罐和最远端脉动器空气管道之间的真空压波动不超过2千帕(0.6 英寸汞柱)。

　　图10. 脉动器空气管道为脉动器提供真空。

　　脉动器空气管道应该设置成环相同，每端都要与真空平衡罐连接。当奶衬裂开或挤奶桶过满溢出时，牛奶往往会意外进入脉动器空气管道。脉动器空气管道应该有一定斜度，在整条脉动器空气管道的各个最低点应设置自动排水装置，藉以减少流入真空平衡罐的液体;排液阀应该设置在易检查处。

　　脉动器空气管道必须每年清洗一次，而且每次发生牛奶意外进入后也要立即清洗，这样才能防止由于碎屑或牛奶积聚而阻塞空气流动。为了更有效地做好定期清洗工作，应在距真空平衡罐最远点安装数个清洗三通管，合理使用两个清洗三通管的关启阀可以有助完成脉动器空气管道的清洗。最后，需在脉动器空气管道前端空气入口处额外安装一个空气过滤器，藉以为脉动器提供洁净气流。

　　七、在结束本篇之前，同道们能回答以下问题吗?

　　1. 容量为2,400 升/分钟的真空泵正常工作时的真空压为44 千帕(在13英寸汞柱时为84立方英尺/分钟)。

　　(1)当真空泵正常工作时的真空压为50 千帕(15 英寸汞柱)时，根据你的估计，真空泵容量是多少?

　　(2)如果这是一个7.5 马力的真空泵，你认为其能正常工作吗?

　　(3)该真空泵能提供16个挤奶杯组的正常挤奶吗?

　　(4)如果每个挤奶杯组为50 升/分钟，在没有空气泄漏条件下，万一发生1个挤奶杯组掉落，那么应该需要多少贮备气流?

　　2.请列出真空泵需要维护和警觉的各种问题都是哪些?

　　(1)在一个奶牛场，真空泵被移动到距离接收罐较远处，是否可以通过安装更大还是更小直径的主空气管道来补偿多增加的距离?

　　(2)在另一个奶牛场，长度为50英尺的主空气管道直径较小。真空压调节器安装在何处会使接收罐内的真空压波动更大?是安装在靠近真空泵处，抑或是安装在靠近分离罐处?

　　(3)容量为2,000 升/分钟真空泵主空气管道长度为25米，那么其直径该是多少?

　　(4)当使用3英寸直径主空气管道时，能将75 立方英尺/分钟(7.5 马力)的真空泵移动多远距离?

　　3. 请列出主空气管道需要维护和警觉的各种问题都有哪些?

　　4. 请列出真空平衡罐和脉动器空气管道需要维护和警觉的各种问题都有哪些?

　　我们下期讨论如何对挤奶系统功能进行评估，以及如何对挤奶系统做好日常维护保养工作?