安徽負壓風機我國食品冷藏鏈建設存在的問題及發展對策高效、低噪

來源：中國機電企業網

摘要：分析了我國食品冷藏鏈的現狀及存在的問題，并提出了相應的發展對策。

關鍵詞：冷藏鏈，食品，問題，對策

中圖分類號：TS205.7文獻標示碼：A

1前言

食品冷藏鏈（coldchain）是指易腐食品再生產、貯藏、運輸、銷售、到消費前的各個環節中始終處于規定的低溫環境下，以保證食品質量、減少食品損耗的一項工程工程。他是隨著科學技術的進步、制冷技術的發展而建立起來，是以冷凍工藝學為基礎，以制冷技術為手段，在低溫條件下的物流現象。因此冷藏鏈建設要求把所涉及的生產、運輸、銷售、經濟和技術性等各種問題集中起來考慮，協調相互間的關系，以確保易腐食品的加工、運輸和銷售。食品冷藏鏈由冷凍加工、冷凍貯藏、冷藏運輸和冷凍銷售四個方面構成。

2食品冷藏鏈的組成

（1）冷凍加工包括肉類、魚類的冷卻與凍結；果蔬的預冷與各種速凍食品的加工等等。主要涉及冷卻與凍結裝置。
（2）冷凍貯藏包括食品的冷藏和凍藏，也包括果蔬的氣調貯藏。主要涉及各類冷藏庫、冷藏柜、凍結柜及家用冰箱等等。
（3）冷藏運輸包括食品的中、長途運輸及短途送貨等。主要涉及鐵路冷藏車、冷藏汽車、冷藏船、冷藏集裝箱等低溫運輸工具。


在冷藏運輸過程中，溫度的波動是引起食品質量下降的主要原因之一，因此，運輸工具必須具有良好的性能，不但要保持規定的低溫，更切忌大的溫度波動，長距離運輸尤其如此。
（4）冷凍銷售包括冷凍食品的批發及零售等，由生產廠家、批發商和零售商共同完成。早期，冷凍食品的銷售主要由零售商的零售車及零售商店承擔，近年來，城市中超級市場的大量涌現，已使其成為冷凍食品的主要銷售渠道。超市中的冷藏陳列柜，兼有冷藏和銷售的功能，是食品冷藏鏈的主要組成部分之

3冷藏鏈建設中存在的問題

3．1冷藏運輸是我國冷凍食品在整個冷藏鏈過程中的薄弱環節
我國冷藏保溫汽車的擁有量，從1980年約3500輛，到2000年已達到約30000輛。80年代初，我國生產冷藏保溫汽車的企業僅10余家，2000年已達到73家，遍布全國21個省市自治區。目前，我國冷藏保溫汽車生產的品種已達到100種以上。但與發達國家相比，目前還存在很大的差距。一是我國冷藏保溫汽車行業廠點過多、投資分散、重復建設、重復引進，存在著“散、亂、差”現象；二是我國冷藏保溫汽車數量少，目前，我國保溫汽車僅約有3萬輛，而美國有20多萬輛．日本右10＄萬輛。三是我國冷藏保溫汽車占貨運汽車的比例僅為0．3％左右，美國為0．8％～1％，英國為2．5％～2．8％，德國等發達國家均為2％～3％。我國冷藏運輸率（即易腐貨物采用冷藏運輸所占的比例）約10％～20％，歐、美、日等國均達到80％～90％。我國冷藏運輸所占的比率（即易腐貨物采用冷藏保溫汽車的運量與采用鐵路冷藏運輸的運量之比）約為20％，歐洲各國為60％～80％。四是我國冷藏保溫汽車的品種和技術水平雖然有了很大的提高，如K值指標已接近國際先進水平，但與發達國家相比，品種還不能滿足市場需求，如日本在70年代已有350多種，特別是車廂結構，車廂門的形式很多，有很大的選擇余地。我國一些引進技術和設備的企業，產品水平接近國際先進水平，但設計能力、裝備制造能力、技術服務能力等仍有差距。


據有關資料介紹：在鐵路運輸方面，在全國總運行車輛33．8萬輛中，冷藏車只有6970輛。目前全國每年需調運的易腐貨物約4000萬噸。由鐵路調運的易腐貨物量約1000萬噸，其中用冷藏列車運輸的貨物約為250萬噸，其余750萬噸易腐貨物是由普通棚、敞車運輸；另外，由公路調運的易腐貨物量為60萬噸左右；由水路調運的易腐貨物量為40萬噸左右由空運的易腐貨物量為4萬噸左右。

3．2冷凍食品生產沒有統一的行業標準和規范可循，質量參差不齊
就目前的現狀，在市場經濟的條件下，商業工程輕工工程、外貿工程、水產工程都在各自為政生產凍食品，沒有統一的行業標準和規范可遵循，管理怎于無序狀態，以致冷凍食品的質量參差不齊。另外全國多數冷凍食品生產企業采用原有冷庫、冰柜等生產冷凍食品，沒有連續化的快速凍結設備，也沒有統一的產品質量標準和衛生規范，以致造成緩慢凍結產充斥市場，降低了冷凍食品的質量，損害了冷凍食品的聲譽。

3，3國產速凍設備質量不高
（1）國內速凍機生產雖有一定基礎，但是與國外同類產品相比存在著體積龐大、笨重、低溫性能差、能耗高等問題。如國產1噸／時流態速凍機，尺寸：7.2mX4·5mX3·6m，總體積為116立方米，而國外4噸／時的速凍機體積只有91立方米。主要原因在于國產蒸發器體積龐大，大都采用鋼管鋼套片或鋁管套片，換熱效率不高，國外均采用小口徑鋁黃銅復紋高傳熱管，其熱交換性能要比常規大2．6倍。
（2）目前國內速凍機幾乎全部采用軸流風機，這機與進口樣機所采用的低噪聲。低能耗、大風量、4壓、變頻調速離心風機有較大的差距。速凍食品一年四季產品變換幾十種，若固定一種風壓與風量F能適應不同食品品種的要求。
（3）國內一些速凍機件生產廠生產的傳送件與國外同類產品的差距，主要是外形粗糙、精度較差、使用性能不穩定。一條周長超過10米的不銹鋼帶，由于積累誤差，在低溫環境下，金屬鋼帶易產生鏈帶跳擠帶、斷帶，造成用戶停產損失。螺旋式帶長一般100米以上，國產帶質量不穩定，容易發生擠帶與脫節。

3.4當前冷凍食品企業規模不大、實力不強、經濟效益不高
目前全國大約有1000多家冷凍食品生產企業，“量穩定在千噸以上的為數不多，比較多的是百噸左右的企業，在這些企業中，有相當數量的冷凍食品實際上只是肉聯廠、罐頭廠、冷飲廠等工廠的一分廠或一個車間，這樣的企業規模效益都很差。
據調查，目前有進、出口權的冷凍食品企業，規模濟效益還可以。但應當看到，國際市場變幻莫測，爭非常激烈。國外企業對中國的市場特別感興趣。中國加人WTO以后，我國市場將面臨全方位的開放，從原來單方面的自我開放轉變為世貿組織成員之間時等的雙向開放，不再存在目前現有的政府保護措施；國內的優惠政策等因素，外國企業將全面挑戰我國企業，產品的標準化工作及產品質量監督檢驗機構只能將全面與國際接軌

4我國冷藏鏈發展

食品工業要發展，速凍食品是一條必經之路，我國食品冷藏鏈還處于初期發展階段，面對加入WTO饑遇和挑戰，任務相當艱巨，因此，我們應著眼現在，尋求對策，加快速凍食品工業的發展。

4.1加強宏觀調控力度，規范冷凍食品業的生產行為
我國速凍食品加工企業目前分屬多個部門，生產〔平參差不齊，標準滯后，真正形成規模并工業化生‘的企業不多。冷凍食品在國內外具有廣闊的市場（提高產品質量和技術含量，以小規模生產去開拓和占領市場，市場就可能被發達國家的速凍食品業所蠶食。目前國外的一些品牌已打入中國市場，全國各地已有許多合資和獨資企業生產速凍方便食品，而國內企業還未意識到激烈競爭的威脅。同時作為新興行業，國家應對其進行宏觀調控和指導，盡快制定全面的質量控制標準，實行標準化、規范化管理，推行GMP和HACCP，使之成為我國食品行業新的經濟增長點。

4.2加強加工和銷售全過程的質量管理
（1）加工過程應遵循3C、3P原則
“3C原則”是指：冷卻（Chilling）、清潔（Clean）、小心（Care）。也就是說，要保證產品的清潔，不受污染；要使產品盡快冷卻下來或快速凍結，也就是說要使產品盡快地進人所要求的低溫狀態；在操作的全過
程中要小心謹慎，避免產品受任何傷害。


“3P原則”是指：原料（Products）、加工工藝（Processing）、包裝（Package）。要求被加工原料一定
要用品質新鮮、不受污染的產品；采用合理的加工工藝；成品必須具有既符合健康衛生規范又不污染環境
的包裝。


（2）貯運過程應遵循3T原則
“3T原則”是指產品最終質量還取決于在冷藏鏈中貯藏和流通的時間（Ti。e）、溫度（TemPerature）、產品耐藏性（Tolerance）�！�3T原則”指出了凍結食品的品質保持所容許的時間和品溫之間存在的關系。凍
結食品的品質變化主要取決于溫度。凍結食品的品溫越低，優良品質保持的時間越長。如果把相同的凍結
食品分別放在一20C和一30C的冷庫中，則放在一20C的凍結食品其品質下降速度要比一30’C的快得多。3T原則”還告訴我們，凍結食品在流通中因時間一溫度的經歷而引起的品質降低的累積和不可逆性。
因此應該對不同的產品品種和不同的品質要求，提出相應的品溫和貯藏時間的技術經濟指標。
（3）質量檢查要堅持“終端原則”
水產品的鮮度可以用測定揮發性鹽基氮等方法來進行。但是最適合水產品市場經濟運行規律的辦法，應以“感官檢驗為主”，從外觀、觸摸、氣味等方因判定其鮮度、品質及價位。而且，這種質量檢驗應堅持“終端的原則”。不管冷藏鏈如何運行，最終質量檢查應該是在冷藏鏈的終端，即應當以到達消費者手中的
水產品的質量為衡量標準。

（4）建立現代化生產、加工、貯運、解凍、銷售……等設備保證體系
這是冷鏈的硬件保證條件之一。發展和建設冷鏈應該有合適的冷藏庫。有專業生產企業，能生產國產的質優價廉的速凍裝置、冷藏保溫車、冷藏集裝箱、冷藏柜、解凍裝置、與生產冷凍食品相關的輔助設備……。目前國內的生產企業，在這方面還沒有形成能與國外產品相抗衡的質量、能力和規模。


4．3挖掘現有潛力，充分利用現有的冷庫設備
目前，全國冷庫的總容量為700多萬立方米，很多冷庫只限于肉類、魚類

　隨著現代生活對節能、環保要求日益提高，對開發高效、低噪風機的呼聲也愈益強烈，同時又提出要求在風機設計階段就能預估噪聲，因為這對低噪風機設計和風機噪聲控制都有重要意義。直到90年代初期，工程上一直采用傳統設計方法，即用一維或二維理想流處理加上一些設計參數的經驗選擇，而不考慮風機各個部件之間相互影響(包括間隙影響)的設計方法。其中對離心風機只分別設計葉輪、蝸殼；對軸流風機只分別設計動葉、靜葉。雖然用這種方法也有不少產品具有接近當時國際水平的綜合(即兼顧效率、噪聲、工藝、尺寸、壽命、高效工作區)性能，至今仍占領著我國的風機市場，但這些產品的開發不僅耗去大量錢財和時間，而且如仍用這種傳統的設計方法，進一步提高性能的潛力已很小，必須充分利用現代科技手段，全面考慮風機內部三維、粘性流動，考慮部件耦合影響的整機優化設計，發展一種新的現代設計方法。
　　1998年我們在中國機械工程雜志第8期發表題目為“離心風機現代設計方法研究”的論文，提出了這種設計方法的雛形，當時的研究工作得到一項國家自然科學基金的支持(項目名稱為“低比噪聲離心風機科學設計方法研究”)，并和北京西山風機廠共同開發7-35風機以代替原有性能優良的6-41風機，當時的工作基礎是我們有20多年風機工程設計經驗，又化了三年時間發展了美國NASA-CR-178818提供的軟件，使它可用于離心風機內部三維粘性流場的計算，得到的風機氣動性能預估和實驗結果基本符合，并用這種方法已研制出一種7-35樣機產品，性能比6-41大有改善。
　　近年來我們又成功地將國際上流體力學數值計算最通用的商用軟件FLUENT用于離心風機和軸流風機氣動性能預估，它在幾何(數值)建模、網格生產等前處理、計算穩定性和準確性以及數據的后處理等方面都比我們開發的原有程序好很多，而且我們已經用FLUENT 6.1發展到可以整機計算，即對離心風機是進風口-葉輪-蝸殼一起算，并考慮進風口和葉輪的間隙；對軸流風機是進口管道-動葉-靜葉-風室一起算，并考慮動葉和管道的間隙，因而和實測結果符合更好，同時還對影響風機性能的主要設計參數進行優化設計，分析它們的影響，形成了比較完整的現代設計方法，用此方法不僅發展了7-35三種替代6-41的優秀樣機，還為美國GE公司開發了二種用于空調的離心風機，性能優秀，獲得好評，還為美國某風機公司預估三種軸流風機氣動性能，為德國和日本公司預測離心風機氣動性能，還為國內西山風機廠開發帶靜葉的消排軸流風機，為鞍山風機二廠開發了多種大型流化床鍋爐風機等，整機性能預估均和實驗結果符合很好。在設計工況的全壓或靜壓誤差小于3-5%，效率誤差小于2-3%。這種優化的現代設計方法即將在美國暖通和空調工程師協會主辦的研究雜志-The ASHRAE (America Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) Research Journal發表，題目是“Numerical Simulation of Flow Field for a Whole Centrifugal Fan and Analysis of the Effects of Blade Inlet Angle and Impeller Gap”。本文將以離心風機為例，略為詳細地介紹這種現代設計方法及其應用的部分主要成果。
　　本文另一內容是風機噪聲預估，這是當今最熱門也是難度極大的課題，雖然現在對風機的主要噪聲源已有共識，也就是風機葉輪和靜止部件相互作用產生的離散噪聲(又稱葉片通過頻率噪聲，對離心風機來說就是風舌噪聲)和由于來流湍流、物面邊界層中的湍流及物面分離脫體流動和間隙二次流產生的寬帶噪聲(又稱旋渦或湍流噪聲)。從氣動力噪聲理論來看，主要是作用在風機各部件上的不定常力造成的偶極子聲源，其它的葉片厚度造成的單極子噪聲源和旋渦區中的四極子噪聲源均可不考慮。但即便如此，由于受到當前計算機和計算技術的發展限制，這種湍流流動中的不定常力的計算還十分困難，而聲場計算不僅同樣是不定常計算，而且還缺乏商用軟件和計算經驗，所以困難更大，目前采用這種嚴格的計算聲學方法極少，預測結果也不理想。我們在1999年成功地計算了三個不同風舌間隙為1%、3%和5%的6-41離心風機風舌噪聲，預估聲功率和實測相差分別為3.3、0.5和1.3dB(見李嵩，1999清華大學博士論文)，已算很成功的工作，直到現在還沒有看到類似工作。目前風機工程上都采用工程模型，常見的是葉片尾流模型用于預測風機總聲壓級和葉片力模型用于預測噪聲頻譜，但只限用于軸流風機，未見關于離心風機的預測模型。我們利用風機三維流場計算和分析，在2001年《流體機械》第5期發表了改進的尾流模型，題目是“低壓軸流風機的噪聲預估”，對二臺軸流風機的預測風機A聲壓級和線性聲壓級與實測誤差分別小于2dB和3～4dB。后來，在2004年《流體機械》雜志第1期又發表了改進的葉片力模型，題目是“低壓軸流風機的噪聲頻譜預估與實測”，預測二臺軸流風機噪聲的1/3倍頻譜的趨勢和實測符合良好，絕大部分頻譜的誤差小于3dB，最大誤差小于5dB(只是個別頻譜)，噪聲頻譜預測有這樣結果，已屬很不容易。2004年我們和日本一公司簽定了一項合作項目，要求我們預測一臺離心風機的噪聲，作為首期工作我們進行了單個葉輪的噪聲預估，將尾流模型首次推廣到離心葉輪，得到成功，預測的總聲壓級和實測誤差小于3dB�，F在有一德國公司提供給我們一個SYSNOISE 5.6聲學計算商用軟件，要求我們為他們的一個烘干機用的離心風機進行噪聲預估，美國一公司也要求我們合作進行軸流風機噪聲預估工作，均已開始工作，我們準備都用聲學數值模擬方法，已安排一名博士和二名碩士生做這一工作，盡管難度大，但這是國際前沿工作，又特別有用，現在大家都在起步，相比之下，我們具備更好的工作基礎和工作條件，應該積極去做。
　　
高性能風機現代設計方法

　　風機結構簡單，但流道結構復雜，且是擴壓流動，很易引起嚴重的分離流，同時又有動、靜部件，不僅是不定常流，而且動、靜部件間的間隙又產生二次流，所以風機內部流動是復雜的不定常三維流動，數值模擬十分困難。限于目前計算條件，工程上對風機流場的數值模擬均按準定常計算，且多采用相對簡單、但很流行的湍流模型計算，但模型只適合于小分離流，也不能正確定量流動細節，但根據文獻調研和我們的經驗，對于氣動力設計良好的風機，在設計工況附近，用湍流模型和準定常處理，對于風機的氣動性能的數值預估是完全可以做到和實測結果吻合很好。另一方面，由于有了很多的關于風機三維粘性流動數值模擬結果，發現過去按一維、二維理想流的工程設計中的一些重要的經驗數據(也可稱為設計準則)，其中許多需要修改。以離心風機而論，例如按Eck理論，最佳氣流進口角為35.4°，設計時還應考慮有攻角，所以一般設計葉片幾何進口角為37°～38°，實際上，按數值優化結果，可以小到27°；又如按工程方法，如全壓不夠，可增大葉片幾何出口角來補救，但數值優化結果是葉片幾何出口角到一定數值(如81°）后再增大，全壓反而會下降；又如Eck認為進口加速系數應大于1，這樣葉輪進口是加速流動，可減少進口分離，后來我們認為減少葉輪進口流動速度能改善葉輪流動，所以按經驗，建議可取0.7~0.8，實際上按數值優化可小到0.6；其它還有一些準則也應該改變，這里不能一一而論。這些參數的變化，對風機的氣動力圖改變很大，對氣動性能影響也很大，所以原有的工程方法需要改進。當然改進內容還應包括葉片流道的流型選取和提出新的結構等。如我們利用航空上吹氣邊界層控制原理，提出長短葉片開縫結構，縫隙大于10mm，可確保縫隙不會堵塞，這種結構可擴展風機工作的高效區，大大改善非設計工況性能。所有這些在現代設計方法中稱為改進的工程設計方法。所以現代設計方法內容是：首先根據改進的工程設計方法給出綜合性能較好的風機通道型線；然后數值模擬風機整機(包括進風口-葉輪-蝸殼，且考慮間隙)三維粘性流動，來分析比較其內部流場，為改進設計提供依據，同時進行優化計算，好中選優，優化目標是在滿足風量和風壓的前提下，效率越高越好；最后通過樣機研制和現場性能試驗來檢驗和修正設計方法并得到高性能產品。這里改進的工程設計方法是數值優化計算和高性能產品設計的基礎，數值模擬是關鍵，其難點是如何使它對風機氣動性能預估能和實測結果吻合�，F場性能試驗用來修正設計和改進數值模擬方法。經過這樣多次循環，最后獲得高性能的風機產品。由于數值模擬是現代設計方法的關鍵和難點，下面再專題敘述。應該指出，這種方法目前只能優化設計和預估風機氣動性能，不能預估噪聲，這是由于離心風機還無法預估噪聲，而本方法中的改進工程設計已考慮到低噪聲風機設計要求，這樣，一般而言，高效率就意味著低噪聲。

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