Пищевая промышленность занимает значительное (и даже особое) место в экономике любой страны, поскольку эта отрасль занимается переработкой растительного, животного и минерального сырья с целью удовлетворения потребностей людей. В зависимости от уровня экономического и сельскохозяйственного развития, а также сырьевой базы в стране, около 60-80% первичной сельскохозяйственной продукции перерабатывается и подготавливается к использованию в пищевой промышленности.

Наряду с этим, тренд последних лет в развитии производственных направлений пищевой промышленности показывает, что отрасль расширяет свою деятельность за рамки традиционного пищевого производства и все больше ориентируется на производство полного спектра собственного сырья и вспомогательных материалов, устанавливая более постоянные и прочные интеграционные связи в производственно-технологических процессах (вертикальная интеграция).

Переработка сельскохозяйственного сырья является одним из ведущих направлений пищевой промышленности и важным ресурсом для развития не только аграрного сектора, но и экономики в целом. Однако, динамика реализованной продукции в последний десяток лет в развитых странах мира показываает, что базовый индекс физического объема был достигнут в производстве и переработке мяса (1,11), хлебобулочных и макаронных изделий (1,25), готовых комбикормов (1,08), напитков (1,25), но не в переработке фруктов и овощей (0,68), производстве молочной продукции (0,62) и др. Исправить ситуацию можно повышением эффективности использования сырья, уровня существующих производственных мощностей (путем модернизации, совершенствования, модификации), внедрения стандартов качества, нового оборудования и новых технологий, включая частотно-регулируемые приводы (variable frequency drives – VFD) с комплектным преобразователем (см. стандартизированную терминологию частотных преобразователей, и о нормировании приводов с регулируемой скоростью в этом материале).

Частотные преобразователи в пищевой промышленности.

Как и в других развитых отраслях экономики в пищевой промышленности все оборудования (в том числе используемое в производственных линиях, системах) можно условно разделить на:

• специализированное, обеспечивающее выполнение функций, специфичных для предприятия определенного вида деятельности (запарники-смесители, бункеры-накопители, дробилки, экструдеры, питатели, нории, доильные аппараты/установки, насосы для транспортировки и дозирования растворов, суспензий и коллоидов пищевых продуктов, сельскохозяйственного сырья и т.д.);
• условно общего применения, как правило в системах вентиляции (см. более детально в этом материале), в том числе специального назначения (теплостойкие, дымоудаления, для влажных газов, пылевые, герметичные, коррозионностойкие, взрывозащищенные и т.д. – см. ГОСТ 34002-2016), водоснабжения, водоподготовки, рециклинга, водоотведения, водоочистки (более подробно здесь) с насосами разного типа и различными характеристиками (см. пприводах насосных систем здесь), охлаждения, создания разрежения, повышенного давления компрессорами и т.д.

Безусловно, к оборудованию общего применения, а тем более специального назначения в пищевой промышленности предъявляются особые требования по отказоустойчивости и безопасности, включая формализованные в Приложении к СП 2.2.3670-20 для обеспечения гигиены и безопасности пищевых продуктов.

В большинстве специализированного оборудования предприятий пищевой промышленности используются электромеханические приводы, которые в последние пару десятков лет активно модернизируются до частотно-регулируемых приводы (VFD) с комплектным преобразователем, как правило с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ - РWM-type variable voltage variable frequency - VVVF). VFD снижают пусковые токи с их негативным влиянием на силовую сеть и другое оборудование, при регулировании скорости двигателя и, соответственно расхода/объемной подачи в системах потребляют на 25-35% меньше энергии, чем в случае дросселирования запорно-регулирующей аппаратурой (клапанами, заслонками) и т.д. (см. применения и преимущества частотных преобразователей в этом материале). Вместе с тем, применение частотных преобразователей связано и с рядом проблем (см. более детально здесь и в этом материале), решить которые можно способами, мероприятиями и техническими средствами, описанными здесь.

Преимущества применения частотно-регулируемых приводов на примере совершенствования доильного оборудования в молочной промышленности показаны в разделе ниже.

Частотные преобразователи в повышении энергетической эффективности молочной промышленности.

В молочной промышленности на этапе получения, подготовки молока к хранению, транспортировке ключевое место в производственно-технологическом процессе занимает доение, сегодня осуществляемое доильными аппаратами, установками, требования к которым определены в ISO 5707: 2007 (в нашей стране действует ГОСТ 28545-90, а также ГОСТ Р 50803-2008, в Белоруссии СТБ ISO 5707-2014, внесенные в Перечень стандартов, обеспечивающих выполнение требований ТР ТС 010/2011). По сути, доильное оборудование является и одним из наиболее весомых (по объемам) потребителей электроэнергии, а правильная работа доильных аппаратов, установок исключает риски травмирования вымени, перекрестных инфекций, заражения сосков коров, загрязнений и ухудшения качества молока.

При машинном доении коров молоко получают с помощью вакуума (разрежения), значение которого меняется в процессе доения, что обеспечивает и сам процесс доения, и массаж вымени коровы. В большинстве разработок доильных аппаратов используются роторные вакуумные насосы (и центробежные молочные), приводимые в действие асинхронным двигателем, доильные аппараты, установки должны соответствовать эксплуатационным требованиям (доение, очистка и санитарная обработка), а их работа влияет, как на характеристики доения, так и на состояние тканей соска.

Управление разрежением (и пульсацией) внутри сосковой резины осуществляется регуляторами, пульсаторами, а по сути – контроллерами посредством запорно-регулирующей арматуры (клапанов) рычажного или пружинного типа по данным избыточного давления, расхода воздуха, числа импульсов и т.д., поскольку в большинстве решений доильных аппаратов вакуумный насос работает с постоянной скоростью и поэтому в итоге процесс доения потребляет непропорционально большое количество электроэнергии.

С технической точки зрения для решения такой проблемы необходимо обеспечить стабильное управляемое разрежение в системе, но при оптимальных рабочих параметрах асинхронного двигателя (скорость, вращающий момент и потребляемая мощность), что реализуется с помощью частотно-регулируемых приводов. VFD сегодня признаны новым способом управления вакуумным насосом доильного аппарата, поскольку регулируют количество воздуха, забираемого из доильного аппарата, вместо того чтобы регулировать количество воздуха, подаваемого в доильный аппарат, а также обеспечивают оперативное регулирование при оптимальных рабочих параметрах электродвигателя.

При использовании частотно-регулируемых приводов потребление энергии снижается до 30–50% по сравнению с традиционным дросселированием запорно-регулирующей арматурой, а кроме того, VFD в разы уменьшают пусковые токи с их негативами для параметров качества электроэнергии в силовой сети, что часто критически важно для типовых сельских систем распределения.