От амфоры до тетрапака

Спустя год Густав Лаваль изготовил непрерывно действующий сепаратор, который со временем и прославил его имя. В этот период были сделаны многие предложения центрифуг различных систем (Бурмейстер и Вайн, Петерсен, Ленч и др.), но они не могли соперничать с сепаратором Лаваля, который получил широкое распространение в молочных хозяйствах разных стран. Популярности установки содействовали и попутные конструктивные изобретения и усовершенствования, сделанные талантливым шведским инженером. В 1883 году в качестве приводного механизма сепаратора Лаваль применил паровую турбину, на вал которой и насаживался вращающийся барабан. Лишь в дальнейшем изобретатель понял исключительное самостоятельное значение нового вида парового двигателя. Таким образом, появление паровых турбин, совершивших позднее своего рода революцию в энергетике, оказалось тесно связанным с молочным делом.

Работая над усовершенствованием сепаратора и паровой турбины, Лаваль сталкивался с немалыми трудностями технического порядка. Так, при значительной частоте вращения необходимо очень точно уравновесить ротор, а этого как раз и не удавалось добиться. Изобретатель увеличивал диаметр вала, делал его все более жестким, но каждый раз на испытаниях машина начинала вибрировать, а в результате установка выходила из строя.

В конце концов, убедившись, что увеличивать жесткость вала далее не имеет смысла, Лаваль находит весьма остроумное решение и избирает прямо противоположный путь. Он ставит опыт и насаживает массивный деревянный диск на ... камышовый стебель. И вдруг оказалось, что податливый гибкий вал при вращении уравновешивается сам собой! Лаваль записывает: «Опыт с камышом удался...» Тот же принцип самобалансировки Лаваль применил в своем сепараторе, установив в его механизме упругий горловой подшипник, который и позволил избежать биений сепараторного барабана. Благодаря этому в предназначенной для длительной эксплуатации машине была достигнута совершенно необычная для того времени (конец XIX века) рабочая частота вращения — порядка 6 тысяч оборотов в минуту. В 1886 году Лаваль создал сепаратор малой производительности с ручным приводом, обеспечивающим вдвое большую частоту вращения барабана (рис. 34,6).

В современных жидкостных сепараторах, особенно когда речь идет о крупных промышленных установках, упругость опоры вертикального вала достигается самыми различными способами. Поэтому необходимо учитывать, что единственной силой, предопределяющей свойство сепаратора самобалансироваться, является сила упругости.

На рубеже прошлого и нашего веков многие изобретатели из разных стран подавали заявки на те или иные усовершенствования конструкций сепараторов. Но из их большого числа следует особо выделить патент 1888 года, выданный немецкому изобретателю Бехтольсгейму на сепараторные тарельчатые вставки, которые представляли собой набор конусных тарелочек. Предложение Бехтольсгейма получило название «Альфа-патента», так как первые вставки изготовлялись из стали марки «Альфа». Пакет тарелок сепараторного барабана, который и теперь часто называют альфа-устройством, изобретатель продемонстрировал в 1889 году на выставке в Магдебурге.

Применение альфа-устройства, разделяющего молоко (или другую сложную жидкость) на тонкие слои, позволило вдвое увеличить производительность молочных сепараторов. Заметим, что из всех форм вставок, предусмотренных патентом, в современных конструкциях сепараторных барабанов почти исключительно используют конические тарелки. В 1891 году

Густав Лаваль купил патент на альфа-устройство, и с тех пор основанная им фирма и выпускаемые ею сепараторы получили наименование «Альфа-Лаваль».

В 1907 году тарельчатые вставки претерпели, казалось бы, простое, но весьма существенное усовершенствование: в них просверлили по 3—4 отверстия, которые при сборке в пакет образовывали канал. Теперь молоко поступало изнутри держателя тарелок в канал и растекалось по поверхности каждой из них. По сути, это было последним принципиальным изменением в конструкции тарелок, которая фактически сохранилась и до наших дней.

Благодаря тонкослойности и высоким рабочим скоростям вращения в сепараторе обычно удается выделить из молока при очень малой разности в плотностях частицы диаметром меньше одного микрона, для чего достаточно продержать жидкость в межтарелочном пространстве барабана всего лишь 1—3 секунды. За такое короткое время жировые шарики успевают совершить внутри потока необходимое для их выделения относительное перемещение, которое в подобных сепараторах равно межтарелочному зазору и обычно составляет примерно полмиллиметра.