Vacuümvoerend deel
- Former user (Deleted)
- Servicedesk Groenkennisnet.nl
- Former user (Deleted)
- Michelle Pijpers (Deactivated)
3.4 De vacuümpomp
Vacuümaggregaat
De elektromotor en de vacuümpomp van een melkmachine samen noemen we het vacuümaggregaat. De elektromotor drijft de vacuümpomp aan. De vacuümpomp wekt het vacuüm op en via een stelsel van leidingen kan de melker op de gewenste plaats over dit vacuüm beschikken.
De vacuümpomp
De vacuümpomp pompt de lucht uit de leidingen en andere onderdelen van de melkmachine. Op verschillende plaatsen van de melkmachine stroomt echter ook weer lucht naar binnen, bijvoorbeeld via de regulateur, de melkklauw en tijdens het aansluiten. Omdat de vacuümpomp sneller lucht uit de melkinstallatie haalt, dan dat er via de verschillende onderdelen weer instroomt, ontstaat er een onderdruk (vacuüm).
Op het moment dat het gewenste vacuümniveau is bereikt, laat de regulateur lucht toe, zodat het gewenste vacuümniveau stabiliseert (zie: vacuümregulateur). Vanaf dat moment stroomt er evenveel lucht de installatie binnen als de pomp er uit haalt. Het vacuümpeil blijft dan constant.
Als er onverwachts een bepaalde hoeveelheid lucht in de installatie komt zal de regulateur minder lucht toe laten. De vacuümpomp moet voldoende “overcapaciteit” hebben. De totale capaciteit van de pomp wordt aangegeven met de pompcapaciteit.
Figuur 1. Waterringpompsysteem
De pompcapaciteit is de hoeveelheid lucht die verplaatst wordt bij een bepaald vacuümniveau en bij een bepaald toerental. Deze capaciteit wordt uitgedrukt in liters lucht per minuut. Een pompcapaciteit van 1000 l/min. betekent dus dat de pomp bij 50 kPa elke minuut 1000 liter lucht uit de vacuümleiding haalt en door de uitlaat van de pomp naar buiten blaast.
De capaciteit van de vacuümpomp moet voldoende groot zijn om tijdens het melken het vacuüm op peil te houden. Tijdens de reiniging moet deze het reinigingswater voldoende spoelkracht geven. Naarmate het vacuüm verhoogd wordt is er meer pompcapaciteit nodig. Middels tabellen kan de benodigde pompcapaciteit van een installatie worden berekend.
Typen vacuümpompen
Er zijn drie typen vacuümpompen:
schoepenpomp
wateringpomp
impellorpomp
De laatste twee gebruiken geen olie en zijn daardoor minder belastend voor het milieu.
Frequentieregelaar
De frequentieregelaar kan gebruikt worden om energie te besparen. De frequentieregelaar laat de vacuumpomp niet meer toeren maken dan nodig is om het gewenste vacuüm te in stand te houden, de elektromotor wordt frequentiegeregeld aangestuurd. Afhankelijk van de hoeveelheid lucht die de regulateur inlaat wordt het toerental van de elektromotor aangepast door de frequentieregelaar.
De frequentieregelaar wordt vooral gebruikt bij grotere vacuümpompen of installaties. Bij het reinigen wordt wel met maximaal aantal toeren gewerkt om een flinke turbulentie van het reinigingswater te krijgen. De frequentierelaar kan niet in combinatie met een waterringpomp toegepast worden.
3.4.1 Schoepenpomp
De schoepenpomp kenmerkt zich door een liggend pomphuis, waarin een rotor met schoepen is geplaatst. De rotor is niet in het middelpunt van het pomphuis geplaatst. Doordat de schoepen door de centrifugaalkracht tegen de binnenkant van het pomphuis glijden, moet het systeem gesmeerd worden met olie. Vacuümpompen met metalen of kunststof schotten moeten met olie worden gesmeerd. Dit kan op twee manieren, namelijk met verbruiks- of gebruikssmering.
Bij de verbruikssmering vindt toevoer van olie plaats door middel van een druppelsysteem. Deze olietoevoer functioneert alleen als de pomp vacuüm opwekt. De olie wordt één keer gebruikt en via de uitlaat afgevoerd.
Bij de gebruikssmering is in de uitlaat een reservoir aangebracht met daarin een hoeveelheid olie. De olie wordt door de vacuümpomp aangezogen. Via de uitlaat komt het olie/luchtmengsel in het reservoir. Hierin is een olieafscheider aanwezig. Vrijwel alle olie wordt hierdoor opgevangen, de olie circuleert nu meerdere keren. Op bepaalde tijden, bijvoorbeeld na 500 draaiuren, moet de olie ververst worden.
Figuur 2. Schoepenpomp
3.4.2 Waterringpomp
In het pomphuis van deze pomp bevindt zich een rotor met vaste schoepen. Water zorgt voor de afdichting en koeling. Tijdens het draaien vormt het water een “ring” tegen de wand van het pomphuis. De pomp is milieuvriendelijk omdat er geen olie wordt toegepast. Deze pomp is ook geluidsarm, maar vraagt echter wel ongeveer 30 procent meer energie dan de schoepenpomp. Deze pomp kan niet in combinatie met een frequentieregelaar.
Om te zorgen dat er altijd voldoende water in de wateringpomp zit, is er een watervoorraadvat op de pomp aangesloten. Tijdens het draaien vormt het water een „ring‟ tegen de wand van pomphuis. Er wordt continu water met de luchtstroom uit de pomp afgevoerd. Dit water wordt opgevangen in de waterafscheider, die in de uitlaat van de pomp zit. Vanuit deze waterafscheider stroomt het via een retourleiding weer terug in het voorraadvat. Het voorraadvat kan tevens met een vlotter op de waterleiding worden aangesloten. Het geheel moet natuurlijk wel vorstvrij opgesteld staan. Een frequentieregeling is bijna niet te gebruiken op deze soort pompen want bij een laag toerental "valt" het water naar beneden. Deze pomp wordt niet veel meer toegepast.
Figuur 3. Waterringpomp
3.4.3 Impellorpomp
Een derde type vacuümpomp is de impellorpomp. Deze pomp wordt vooral toegepast bij een automatisch melksysteem. De pomp werkt het best in combinatie met een frequentieregelaar. In het pomphuis van deze pomp zitten twee draaiende, metalen impellors . Beide impellors worden via een oliedichte tandwielkast aangedreven en draaien in tegenovergestelde richting. De impellors raken noch elkaar noch de wand van het pomphuis. In het pomphuis is dus geen smering nodig. Dat maakt deze pomp zeer schoon in het gebruik. Ook het geluidsniveau is laag.
De aandrijving van de vacuümpomp
De vacuümpomp van een melkstal wordt aangedreven door een elektromotor. Deze is:
goedkoop
bedrijfszeker
eenvoudig te bedienen
Vlak bij de elektromotor moet voor de veiligheid een aan - uitschakelaar te zijn aangebracht. Bij verplaatsbare melkinstallaties (zoals een weidemelkinstallatie en een verplaatsbaar AMS) heb je een aggregaat of aandrijving via de trekker nodig nodig.
Figuur 4. Impellorpomp
3.5 De vacuümbuffer/vochtvanger.
De vacuümbuffer/vochtvanger is geplaatst tussen pomp en de vacuümleiding. Er bestaan verschillende modellen:
afneembare emmer tegen een deksel in de vacuümleiding;
omgekeerde emmer met losse bodemklep;
liggende (of staande) cilinder, soms met deksel in de zijkant of voorzien van een druppelaar.
Het is mogelijk om de vacuümleiding van binnen schoon te maken door water uit een emmer op te zuigen en op te vangen in de vochtvanger. Soms kan via een deksel de binnenkant van de vochtvanger met een borstel gereinigd worden.
Figuur 5. Vochtvanger
De vacuümbuffer/vochtvanger heeft 2 taken:
Vloeistof opvangen
De vochtvanger zorgt ervoor dat alle vloeistof die eventueel in de leidingen komt, zoals condens, wordt opgevangen en niet in de vacuümpomp terecht komt. Er kan dus geen vocht in de vacuümpomp komen; die is daartegen beschermd.
Als het vacuüm wegvalt, door bijvoorbeeld het uitzetten van de elektromotor, dan loost de vochtvanger het aanwezige vocht automatisch. Het vat is zo geconstrueerd dat als het, door welke oorzaak dan ook vol raakt, het vacuüm automatisch afgesloten wordt. Er kan dan geen vocht in de vacuümpomp zelf komen.
2. Vacuümbuffer
De vochtvanger kan beperkt als vacuümbuffer dienst doen. Als er bijvoorbeeld een melkstel afvalt waardoor extra lucht wordt aangezogen, wordt de extra lucht toevoer “opgevangen” door het vacuüm in dit vat. Mede hierdoor kunnen vacuümschommelingen worden beperkt. In installaties waar de vacuümpomp ver van de melkstal is aangelegd wordt vaak een extra balanstank in de installatie opgenomen.
Nieuwere installaties kennen ook een veiligheidsventiel. Deze laat spontaan buitenlucht in de installatie als het vacuüm boven de 65 kPa komt. Dit veiligheidsventiel zit vlak na de vochtvanger. De werking van het ventiel is in principe gelijk aan die van een regulateur.
Figuur 6. Veiligheidsventiel
3.6 De vacuümmeter
De vacuümmeter geeft het verschil in luchtdruk weer tussen de buitenluchtdruk en de druk in de melk - en vacuümleiding. Hoe hoger het getal op de vacuümmeter, hoe groter het verschil in druk buiten en binnen de leiding. Om te kunnen controleren of met het juist ingestelde vacuüm wordt gemolken, is er een vacuümmeter op de vacuümleiding gemonteerd (soms zelfs meer dan een). Bij een hoog vacuüm is er dus een groot drukverschil buiten en binnen de leiding. Een laag vacuüm geeft dus een klein druk verschil buiten en binnen de leiding. De vacuümmeter moet zo dicht mogelijk bij de melkstal worden geplaatst. De melker moet de vacuümmeter in 1 oogopslag kunnen zien.
Figuur 7. Sensorregulator
De vacuümmeter geeft dus het verschil aan tussen druk in d
e leiding en buitenlucht in kPa (= kilo Pascal). Als de vacuumpomrp niet werkt staat de vacuümmeter op 0 kPa.
De luchtdruk waarin wij leven is: 100 kPa = 1 bar = 1 kg/cm2= 1 atmosfeer.
Veel gebruikte vacuümhoogtes worden hierna weergegeven. Het vacuüm waarmee gemolken wordt als alle melkstellen aangesloten zijn, is het bedrijfsvacuüm. Het bedrijfsvacuüm (af te lezen op de vacuümmeter) verschilt per melkinstallatie. Voor de verschillende installaties kunnen de volgende richtlijnen worden aangehouden:
grupstal met altijd hoogliggende melkleiding: 48 - 50 kPa;
melkstal met meetglazen met 10-kg streep op 1,60 m: 46 - 48 kPa;
melkstal met meetglazen met 10-kg streep op 1,20m: 44 - 46 kPa;
melkstal met laagliggende melkleiding: 40 - 44 kPa;
Emmerinstallatie: 40 - 44 kPa;
AMS: 42 - 45 kPa.
Algemeen: een lager vacuüm is beter voor de slotgaten ivm blindmelken; een hoger vacuüm melkt sneller. Het bedrijfsvacuüm is zo afgeteld dat het vacuüm onder de speen ligt tussen de 34 en 40 kPa ( doordat er melk komt, valt er een stukje vacuüm weg) .
3.7 Vacuümregulateur
Een vacuümregulateur moet tijdens het melken het ingestelde vacuüm vrijwel constant op het ingestelde niveau houden. De hoogte van het vacuüm van melkinstallaties op het meetpunt moet afgestemd zijn op de hoogte van het vacuüm tijdens het melken onder de speen.
Figuur 8. Digitale vacuümmeter
Voor de goede werking van de gewichtsregulateur is het belangrijk dat deze correct is gemonteerd.
Bij een goed werkende installatie zal de regulateur tijdens het melken steeds meer of minder lucht inlaten. De pompcapaciteit moet namelijk groter zijn dan wat bij normaal gebruik nodig is. De capaciteit van de regulateur moet afgestemd zijn op de pompcapaciteit. Bij een grote vacuümpomp hoort een regulateur met een grote luchtdoorlaatcapaciteit.
Enkele tientallen jaren geleden werd vooral gebruik gemaakt van een veer – of een gewichtsregulateur. Op dit moment wordt de sensorregulateur veel gebruikt. Bij deze regulateur wordt het vacuüm stabieler geregeld. De luchtinlaat van de regulateur gebeurt namelijk niet op dezelfde plaats waar de druk wordt gemeten. De inlaat van deze regulateur wordt bediend door een veerregulateur. (zie in afbeelding het rechter onderdeel). Naarmate de veer verder wordt aangetrokken krijg je een hoger vacuüm boven de membraan (linker deel van het plaatje), waardoor de klep opgetild wordt. Er stroomt meer buitenlucht naar binnen waardoor het vacuüm in de installatie lager wordt.
Figuur 9. Voorbeeld van een sensorregulator
Bij gebruik van een impellorpomp wordt vaak een kleine membraamregulateur (= alleen linkerdeel van het bijgevoegde plaatje: daar zit bovenin een membraam = ronde rubber schijf) met een frequentieregelaar geïnstalleerd. Met betrekking tot de regulateur komen we de afkortingen VRM = vacuumregel membraam of VRS = vacuumregel sensor tegen.
3.8 De vacuümleiding
De vacuümleiding zorgt voor de afvoer van de lucht vanaf de melkapparatuur naar de vacuümpomp. Deze leiding voert de lucht af die op verschillende plaatsen in de installatie komt. Deze lucht verdwijnt via de uitlaat van de vacuümpomp naar buiten.
Door de vacuümleiding wordt tijdens het melken lucht getransporteerd, zodat in de installatie vacuüm ontstaat. Bij het transport van lucht door vacuümleidingen ontstaan weerstanden. Het stromen wordt belemmerd door wervelingen in bochten, T-stukken en andere factoren. De leidingen moeten vacuüm bestendig zijn.
Veranderingen in de stroomrichting, vernauwingen en verwijdingen veroorzaken eveneens weerstanden. Om een stabiel vacuüm te handhaven is een zo laag mogelijke weerstand van belang. Verbindingsstukken met een ruime kromtestraal (geen scherpe bochten) hebben de voorkeur, evenals Y-stukken in plaats van T-stukken.
Eisen aan de vacuümleiding:
corrosievrij zijn (gegalvaniseerd ijzer of kunststof)
op afloop liggen (ongeveer 1 cm per strekkende meter)
op de lage punten voorzien zijn van vochtdruppelaars/vochtventiel
een diameter die past bij de installatie
glad van binnen zodat er geen vuil en vocht aan de binnenkant hecht
Bij nieuwe installaties worden, in verband met standaardisatie, veelal kunststofleidingen toegepast met een diameter van 70 - 75 mm of groter. Eigenlijk hoort bij elke installatie een andere diameter. Hiervoor bestaan normtabellen. Middels die normtabellen kan de benodigde diameter vacuümleiding van een installatie worden berekend. Vaak wordt 70 - 75 mm gebruikt omdat dit bij de meeste installaties voldoende is.
3.9 Het melkstel
Het melkstel bestaat uit een melkklauw, vier tepelbekers met tepelvoeringen en per beker 1 korte pulsatieslang. Soms is de korte melkslang een onderdeel van de tepelvoering, soms is de korte melkslang een apart deel. Voor een goed resultaat en prettig melken zijn gewicht, inhoud en vorm van de klauw van belang.
Figuur 10. Onderdelen van het melkstel
Het melkverzamelstuk en het luchtverdeelstuk vormen samen de melkklauw. De drukwisselaar (ook wel pulsator genoemd) zorgt voor het openen en sluiten van de tepelvoeringen. De combinatie van vacuüm onder de speen en het openen en sluiten van de tepelvoeringen zorgt er voor dat een koe gemolken wordt. Via de lange melkslang gaat de melk naar een melkmeetglas of de melkleiding.
De tepelhouders De tepelhouders van een melkstel bestaan uit:
4 tepelbekers
4 tepelvoeringen
4 korte melkslangen
4 korte pulsatieslangen
Figuur 11. Onderdelen van een tepelhouder
Melkstellen worden steeds vernieuwd en verbeterd omdat de melksnelheid van de koeien steeds hoger wordt. Melkstellen die een te kleine melkafvoercapaciteit hebben zullen een zeer onstabiel vacuüm veroorzaken onder de speen. Dit zal meer speenwassen of natte spenen tot gevolg kan hebben. Dit kan een uierontsteking tot gevolg hebben.
3.10 De drukwisselingsysteem
Door de luchtdichte bevestiging van de tepelvoering in de tepelbeker ontstaat er een afgesloten ruimte tussen de voering en de beker die pulsatieruimte wordt genoemd. In deze pulsatieruimte kan afwisselend onderdruk en buitenluchtdruk tot stand worden gebracht. Dit wordt gedaan door de drukwisselaar.
De speenruimte is de ruimte in de voering waar de speen in zit. Hier heerst tijdens het melken voortdurend onderdruk, omdat speenruimte via de klauw en lange melkslang op de melkinstallatie aangesloten is.
De drukwisselaar
Tijdens het melken gaat de tepelvoering 50 tot 60 keer per minuut open en dicht. Deze beweging komt tot stand door de pulsatieruimte afwisselend in verbinding te brengen met het vacuüm en de buitenlucht. Een drukwisselaar zorgt voor deze wisseling.
Figuur 12. Werking tepelvoering
Wanneer door de drukwisselaar buitenluchtdruk in de pulsatieruimte stroomt, wordt de tepelvoering door deze buitenluchtdruk dichtgedrukt. Deze periode wordt rustslag genoemd.
Wanneer door de drukwisselaar de lucht uit de pulsatieruimte stroomt, wordt het vacuüm binnen en buiten de voering bijna gelijk. De tepelvoering gaat door zijn eigen elasticiteit weer open staan. Deze periode heet de zuigslag.
Drukwisselaars zijn naar hun wijze van functioneren in te delen in twee groepen:
een drukwisselingssysteem per melkstel;
centrale drukwisselingssystemen (deze bedient de pulsatoren individueel of in groepen).
Een drukwisselaar is geconstrueerd als een driewegkraan met twee standen. De twee standen die ingenomen kunnen worden, maken twee verschillende verbindingen:
stand 1 maakt verbinding tussen de pulsatieruimte en de vacuümleiding (= zuigslag); (lucht stroomt in de pulsatieruimte)
stand 2 maakt verbinding tussen de pulsatieruimte en de buitenlucht (= rustslag) (lucht stroomt uit de pulsatieruimte)
Een drukwisselaar kan simultaan of alternatief werken. Tegenwoordig wordt vooral het elektronische drukwisselingssysteem toegepast. Het elektromagnetische systeem beschikt over een microprocessor, die als stuureenheid voor de elektromagneet wordt gebruikt. De microprocessor kan zo worden geprogrammeerd, dat hij ook dient als stuureenheid voor hulpapparatuur, zoals lichtsignalering, melkstop-, afneem- of stimulatie- apparatuur.
Figuur 13. Drukwisselaar
Bij een simultaan werkende drukwisselaar hebben de vier de tepelhouders op het zelfde moment de zuigslag en op het zelfde moment de rustslag. Er is dan maar één lange pulsatieslang nodig tussen de drukwisselaar en de vier tepelhouders.
Bij een alternatief werkende drukwisselaar gaan twee tepelhouders gelijktijdig over van de rustslag in de zuigslag, terwijl de twee andere tepelhouders op dat moment overgaan van de zuigslag in de rustslag. Er zijn dan twee pulsatieslangen nodig tussen de drukwisselaar en de vier tepelhouders. Een luchtverdeelstuk boven op de klauw zorgt voor de verdeling over de vier tepelhouders.
Een simultaan systeem kan in principe niet onkant melken, maar vraagt wel een ruimere melkafvoer.
Bij een alternatief systeem hebben 2 tepelbekers gelijktijdig de zuigslag of rustslag:
een linker- en een rechterpaar, of
een voor- en achterpaar.
Afstelling machine
De tepelvoering is het onderdeel van de melkmachine dat het meest met de koe in aanraking komt. Deze moet zeer precies werken:
Er mag niet te lang aan de speen gezogen worden (de zuigslag niet te lang duren).
De speen moet voldoende rust hebben (de rustslag moet voldoende zijn).
Het melken mag niet lang duren (de zuigslag ook niet te kort en de rustslag ook niet te lang). De zuigslag is gemiddeld 650 msec, de rustslag duurt ongeveer 350- 450 msec. Dit is samen zeg maar 1000 msec. = 1 sec. = 60 pulsatieslagen per minuut. (norm = 50 - 60 slagen/min.).
Figuur 14. Effecten bouw en gebruik tepelvoering op het melken
3.11 De pulsatiecurve
De afstelling van een drukwisselingssysteem kan weergegeven worden met een pulsatiecurve. Dit is een grafiek waarin het vacuümverloop in de pulsatieruimte weergegeven wordt. Daarmee wordt indirect ook de beweging van de tepelvoering weergegeven.
In de pulsatieruimte van de tepelhouders heerst beurtelings vacuüm en buitenluchtdruk (atmosferische druk). Het wegzuigen van lucht en het laten toestromen van lucht vergt enige tijd. Bovendien is lucht samen te persen. Deze perioden vormen de overgangsfasen. Het drukverloop bij het wisselen van vacuüm en buitenlucht kan in een curve worden weergegeven.
Een complete wisseling noemen we één pulsatiecyclus of één pulsatie. Een alternatief drukwisselingssysteem geeft twee pulsatiecurves die tegen elkaar in lopen.
De pulsatiecyclus bestaat uit 4 onderdelen, ook wel 4 fasen genoemd:
Tijdens de a-fase neemt het vacuüm in de pulsatieruimte toe (wordt de lucht eruit gezogen).
Tijdens de b-fase blijft het vacuüm even constant op maximumniveau. Er stroomt dan melk uit de speen.
Tijdens de c-fase verdwijnt het vacuüm uit de pulsatieruimte (stroomt er lucht in).
Tijdens de d-fase is er buitenluchtdruk in de pulsatieruimte. De speen krijgt rust en wordt gemasseerd.
Figuur 15. Alternatief drukwisselingsysteem
Om de pulsatiecurve te analyseren wordt de curve voorzien van meetlijnen. De onderste meetlijn wordt 4 kPa boven de basislijn geplaatst, de bovenste meetlijn 4 kPa beneden de top van de curve (zie figuur). Op de snijpunten van de meetlijnen en de pulsatiecurve beginnen en eindigen de diverse fasen. De duur van een fase kan zowel in milliseconden als in procenten van de pulsatiecyclus worden weergegeven.