河北负压风机我国食品冷藏链建设存在的问题及发展对策高效、低噪

来源：中国机电企业网

摘要：分析了我国食品冷藏链的现状及存在的问题，并提出了相应的发展对策。

关键词：冷藏链，食品，问题，对策

中图分类号：TS205.7文献标示码：A

1前言

食品冷藏链（coldchain）是指易腐食品再生产、贮藏、运输、销售、到消费前的各个环节中始终处于规定的低温环境下，以保证食品质量、减少食品损耗的一项工程工程。他是随着科学技术的进步、制冷技术的发展而建立起来，是以冷冻工艺学为基础，以制冷技术为手段，在低温条件下的物流现象。因此冷藏链建设要求把所涉及的生产、运输、销售、经济和技术性等各种问题集中起来考虑，协调相互间的关系，以确保易腐食品的加工、运输和销售。食品冷藏链由冷冻加工、冷冻贮藏、冷藏运输和冷冻销售四个方面构成。

2食品冷藏链的组成

（1）冷冻加工包括肉类、鱼类的冷却与冻结；果蔬的预冷与各种速冻食品的加工等等。主要涉及冷却与冻结装置。
（2）冷冻贮藏包括食品的冷藏和冻藏，也包括果蔬的气调贮藏。主要涉及各类冷藏库、冷藏柜、冻结柜及家用冰箱等等。
（3）冷藏运输包括食品的中、长途运输及短途送货等。主要涉及铁路冷藏车、冷藏汽车、冷藏船、冷藏集装箱等低温运输工具。


在冷藏运输过程中，温度的波动是引起食品质量下降的主要原因之一，因此，运输工具必须具有良好的性能，不但要保持规定的低温，更切忌大的温度波动，长距离运输尤其如此。
（4）冷冻销售包括冷冻食品的批发及零售等，由生产厂家、批发商和零售商共同完成。早期，冷冻食品的销售主要由零售商的零售车及零售商店承担，近年来，城市中超级市场的大量涌现，已使其成为冷冻食品的主要销售渠道。超市中的冷藏陈列柜，兼有冷藏和销售的功能，是食品冷藏链的主要组成部分之

3冷藏链建设中存在的问题

3．1冷藏运输是我国冷冻食品在整个冷藏链过程中的薄弱环节
我国冷藏保温汽车的拥有量，从1980年约3500辆，到2000年已达到约30000辆。80年代初，我国生产冷藏保温汽车的企业仅10余家，2000年已达到73家，遍布全国21个省市自治区。目前，我国冷藏保温汽车生产的品种已达到100种以上。但与发达国家相比，目前还存在很大的差距。一是我国冷藏保温汽车行业厂点过多、投资分散、重复建设、重复引进，存在着“散、乱、差”现象；二是我国冷藏保温汽车数量少，目前，我国保温汽车仅约有3万辆，而美国有20多万辆．日本右10＄万辆。三是我国冷藏保温汽车占货运汽车的比例仅为0．3％左右，美国为0．8％～1％，英国为2．5％～2．8％，德国等发达国家均为2％～3％。我国冷藏运输率（即易腐货物采用冷藏运输所占的比例）约10％～20％，欧、美、日等国均达到80％～90％。我国冷藏运输所占的比率（即易腐货物采用冷藏保温汽车的运量与采用铁路冷藏运输的运量之比）约为20％，欧洲各国为60％～80％。四是我国冷藏保温汽车的品种和技术水平虽然有了很大的提高，如K值指标已接近国际先进水平，但与发达国家相比，品种还不能满足市场需求，如日本在70年代已有350多种，特别是车厢结构，车厢门的形式很多，有很大的选择余地。我国一些引进技术和设备的企业，产品水平接近国际先进水平，但设计能力、装备制造能力、技术服务能力等仍有差距。


据有关资料介绍：在铁路运输方面，在全国总运行车辆33．8万辆中，冷藏车只有6970辆。目前全国每年需调运的易腐货物约4000万吨。由铁路调运的易腐货物量约1000万吨，其中用冷藏列车运输的货物约为250万吨，其余750万吨易腐货物是由普通棚、敞车运输；另外，由公路调运的易腐货物量为60万吨左右；由水路调运的易腐货物量为40万吨左右由空运的易腐货物量为4万吨左右。

3．2冷冻食品生产没有统一的行业标准和规范可循，质量参差不齐
就目前的现状，在市场经济的条件下，商业工程轻工工程、外贸工程、水产工程都在各自为政生产冻食品，没有统一的行业标准和规范可遵循，管理怎于无序状态，以致冷冻食品的质量参差不齐。另外全国多数冷冻食品生产企业采用原有冷库、冰柜等生产冷冻食品，没有连续化的快速冻结设备，也没有统一的产品质量标准和卫生规范，以致造成缓慢冻结产充斥市场，降低了冷冻食品的质量，损害了冷冻食品的声誉。

3，3国产速冻设备质量不高
（1）国内速冻机生产虽有一定基础，但是与国外同类产品相比存在着体积庞大、笨重、低温性能差、能耗高等问题。如国产1吨／时流态速冻机，尺寸：7.2mX4·5mX3·6m，总体积为116立方米，而国外4吨／时的速冻机体积只有91立方米。主要原因在于国产蒸发器体积庞大，大都采用钢管钢套片或铝管套片，换热效率不高，国外均采用小口径铝黄铜复纹高传热管，其热交换性能要比常规大2．6倍。
（2）目前国内速冻机几乎全部采用轴流风机，这机与进口样机所采用的低噪声。低能耗、大风量、4压、变频调速离心风机有较大的差距。速冻食品一年四季产品变换几十种，若固定一种风压与风量F能适应不同食品品种的要求。
（3）国内一些速冻机件生产厂生产的传送件与国外同类产品的差距，主要是外形粗糙、精度较差、使用性能不稳定。一条周长超过10米的不锈钢带，由于积累误差，在低温环境下，金属钢带易产生链带跳挤带、断带，造成用户停产损失。螺旋式带长一般100米以上，国产带质量不稳定，容易发生挤带与脱节。

3.4当前冷冻食品企业规模不大、实力不强、经济效益不高
目前全国大约有1000多家冷冻食品生产企业，“量稳定在千吨以上的为数不多，比较多的是百吨左右的企业，在这些企业中，有相当数量的冷冻食品实际上只是肉联厂、罐头厂、冷饮厂等工厂的一分厂或一个车间，这样的企业规模效益都很差。
据调查，目前有进、出口权的冷冻食品企业，规模济效益还可以。但应当看到，国际市场变幻莫测，争非常激烈。国外企业对中国的市场特别感兴趣。中国加人WTO以后，我国市场将面临全方位的开放，从原来单方面的自我开放转变为世贸组织成员之间时等的双向开放，不再存在目前现有的政府保护措施；国内的优惠政策等因素，外国企业将全面挑战我国企业，产品的标准化工作及产品质量监督检验机构只能将全面与国际接轨

4我国冷藏链发展

食品工业要发展，速冻食品是一条必经之路，我国食品冷藏链还处于初期发展阶段，面对加入WTO饥遇和挑战，任务相当艰巨，因此，我们应着眼现在，寻求对策，加快速冻食品工业的发展。

4.1加强宏观调控力度，规范冷冻食品业的生产行为
我国速冻食品加工企业目前分属多个部门，生产〔平参差不齐，标准滞后，真正形成规模并工业化生‘的企业不多。冷冻食品在国内外具有广阔的市场（提高产品质量和技术含量，以小规模生产去开拓和占领市场，市场就可能被发达国家的速冻食品业所蚕食。目前国外的一些品牌已打入中国市场，全国各地已有许多合资和独资企业生产速冻方便食品，而国内企业还未意识到激烈竞争的威胁。同时作为新兴行业，国家应对其进行宏观调控和指导，尽快制定全面的质量控制标准，实行标准化、规范化管理，推行GMP和HACCP，使之成为我国食品行业新的经济增长点。

4.2加强加工和销售全过程的质量管理
（1）加工过程应遵循3C、3P原则
“3C原则”是指：冷却（Chilling）、清洁（Clean）、小心（Care）。也就是说，要保证产品的清洁，不受污染；要使产品尽快冷却下来或快速冻结，也就是说要使产品尽快地进人所要求的低温状态；在操作的全过
程中要小心谨慎，避免产品受任何伤害。


“3P原则”是指：原料（Products）、加工工艺（Processing）、包装（Package）。要求被加工原料一定
要用品质新鲜、不受污染的产品；采用合理的加工工艺；成品必须具有既符合健康卫生规范又不污染环境
的包装。


（2）贮运过程应遵循3T原则
“3T原则”是指产品最终质量还取决于在冷藏链中贮藏和流通的时间（Ti。e）、温度（TemPerature）、产品耐藏性（Tolerance）。“3T原则”指出了冻结食品的品质保持所容许的时间和品温之间存在的关系。冻
结食品的品质变化主要取决于温度。冻结食品的品温越低，优良品质保持的时间越长。如果把相同的冻结
食品分别放在一20C和一30C的冷库中，则放在一20C的冻结食品其品质下降速度要比一30’C的快得多。3T原则”还告诉我们，冻结食品在流通中因时间一温度的经历而引起的品质降低的累积和不可逆性。
因此应该对不同的产品品种和不同的品质要求，提出相应的品温和贮藏时间的技术经济指标。
（3）质量检查要坚持“终端原则”
水产品的鲜度可以用测定挥发性盐基氮等方法来进行。但是最适合水产品市场经济运行规律的办法，应以“感官检验为主”，从外观、触摸、气味等方因判定其鲜度、品质及价位。而且，这种质量检验应坚持“终端的原则”。不管冷藏链如何运行，最终质量检查应该是在冷藏链的终端，即应当以到达消费者手中的
水产品的质量为衡量标准。

（4）建立现代化生产、加工、贮运、解冻、销售……等设备保证体系
这是冷链的硬件保证条件之一。发展和建设冷链应该有合适的冷藏库。有专业生产企业，能生产国产的质优价廉的速冻装置、冷藏保温车、冷藏集装箱、冷藏柜、解冻装置、与生产冷冻食品相关的辅助设备……。目前国内的生产企业，在这方面还没有形成能与国外产品相抗衡的质量、能力和规模。


4．3挖掘现有潜力，充分利用现有的冷库设备
目前，全国冷库的总容量为700多万立方米，很多冷库只限于肉类、鱼类

　随着现代生活对节能、环保要求日益提高，对开发高效、低噪风机的呼声也愈益强烈，同时又提出要求在风机设计阶段就能预估噪声，因为这对低噪风机设计和风机噪声控制都有重要意义。直到90年代初期，工程上一直采用传统设计方法，即用一维或二维理想流处理加上一些设计参数的经验选择，而不考虑风机各个部件之间相互影响(包括间隙影响)的设计方法。其中对离心风机只分别设计叶轮、蜗壳；对轴流风机只分别设计动叶、静叶。虽然用这种方法也有不少产品具有接近当时国际水平的综合(即兼顾效率、噪声、工艺、尺寸、寿命、高效工作区)性能，至今仍占领着我国的风机市场，但这些产品的开发不仅耗去大量钱财和时间，而且如仍用这种传统的设计方法，进一步提高性能的潜力已很小，必须充分利用现代科技手段，全面考虑风机内部三维、粘性流动，考虑部件耦合影响的整机优化设计，发展一种新的现代设计方法。
　　1998年我们在中国机械工程杂志第8期发表题目为“离心风机现代设计方法研究”的论文，提出了这种设计方法的雏形，当时的研究工作得到一项国家自然科学基金的支持(项目名称为“低比噪声离心风机科学设计方法研究”)，并和北京西山风机厂共同开发7-35风机以代替原有性能优良的6-41风机，当时的工作基础是我们有20多年风机工程设计经验，又化了三年时间发展了美国NASA-CR-178818提供的软件，使它可用于离心风机内部三维粘性流场的计算，得到的风机气动性能预估和实验结果基本符合，并用这种方法已研制出一种7-35样机产品，性能比6-41大有改善。
　　近年来我们又成功地将国际上流体力学数值计算最通用的商用软件FLUENT用于离心风机和轴流风机气动性能预估，它在几何(数值)建模、网格生产等前处理、计算稳定性和准确性以及数据的后处理等方面都比我们开发的原有程序好很多，而且我们已经用FLUENT 6.1发展到可以整机计算，即对离心风机是进风口-叶轮-蜗壳一起算，并考虑进风口和叶轮的间隙；对轴流风机是进口管道-动叶-静叶-风室一起算，并考虑动叶和管道的间隙，因而和实测结果符合更好，同时还对影响风机性能的主要设计参数进行优化设计，分析它们的影响，形成了比较完整的现代设计方法，用此方法不仅发展了7-35三种替代6-41的优秀样机，还为美国GE公司开发了二种用于空调的离心风机，性能优秀，获得好评，还为美国某风机公司预估三种轴流风机气动性能，为德国和日本公司预测离心风机气动性能，还为国内西山风机厂开发带静叶的消排轴流风机，为鞍山风机二厂开发了多种大型流化床锅炉风机等，整机性能预估均和实验结果符合很好。在设计工况的全压或静压误差小于3-5%，效率误差小于2-3%。这种优化的现代设计方法即将在美国暖通和空调工程师协会主办的研究杂志-The ASHRAE (America Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) Research Journal发表，题目是“Numerical Simulation of Flow Field for a Whole Centrifugal Fan and Analysis of the Effects of Blade Inlet Angle and Impeller Gap”。本文将以离心风机为例，略为详细地介绍这种现代设计方法及其应用的部分主要成果。
　　本文另一内容是风机噪声预估，这是当今最热门也是难度极大的课题，虽然现在对风机的主要噪声源已有共识，也就是风机叶轮和静止部件相互作用产生的离散噪声(又称叶片通过频率噪声，对离心风机来说就是风舌噪声)和由于来流湍流、物面边界层中的湍流及物面分离脱体流动和间隙二次流产生的宽带噪声(又称旋涡或湍流噪声)。从气动力噪声理论来看，主要是作用在风机各部件上的不定常力造成的偶极子声源，其它的叶片厚度造成的单极子噪声源和旋涡区中的四极子噪声源均可不考虑。但即便如此，由于受到当前计算机和计算技术的发展限制，这种湍流流动中的不定常力的计算还十分困难，而声场计算不仅同样是不定常计算，而且还缺乏商用软件和计算经验，所以困难更大，目前采用这种严格的计算声学方法极少，预测结果也不理想。我们在1999年成功地计算了三个不同风舌间隙为1%、3%和5%的6-41离心风机风舌噪声，预估声功率和实测相差分别为3.3、0.5和1.3dB(见李嵩，1999清华大学博士论文)，已算很成功的工作，直到现在还没有看到类似工作。目前风机工程上都采用工程模型，常见的是叶片尾流模型用于预测风机总声压级和叶片力模型用于预测噪声频谱，但只限用于轴流风机，未见关于离心风机的预测模型。我们利用风机三维流场计算和分析，在2001年《流体机械》第5期发表了改进的尾流模型，题目是“低压轴流风机的噪声预估”，对二台轴流风机的预测风机A声压级和线性声压级与实测误差分别小于2dB和3～4dB。后来，在2004年《流体机械》杂志第1期又发表了改进的叶片力模型，题目是“低压轴流风机的噪声频谱预估与实测”，预测二台轴流风机噪声的1/3倍频谱的趋势和实测符合良好，绝大部分频谱的误差小于3dB，最大误差小于5dB(只是个别频谱)，噪声频谱预测有这样结果，已属很不容易。2004年我们和日本一公司签定了一项合作项目，要求我们预测一台离心风机的噪声，作为首期工作我们进行了单个叶轮的噪声预估，将尾流模型首次推广到离心叶轮，得到成功，预测的总声压级和实测误差小于3dB。现在有一德国公司提供给我们一个SYSNOISE 5.6声学计算商用软件，要求我们为他们的一个烘干机用的离心风机进行噪声预估，美国一公司也要求我们合作进行轴流风机噪声预估工作，均已开始工作，我们准备都用声学数值模拟方法，已安排一名博士和二名硕士生做这一工作，尽管难度大，但这是国际前沿工作，又特别有用，现在大家都在起步，相比之下，我们具备更好的工作基础和工作条件，应该积极去做。
　　
高性能风机现代设计方法

　　风机结构简单，但流道结构复杂，且是扩压流动，很易引起严重的分离流，同时又有动、静部件，不仅是不定常流，而且动、静部件间的间隙又产生二次流，所以风机内部流动是复杂的不定常三维流动，数值模拟十分困难。限于目前计算条件，工程上对风机流场的数值模拟均按准定常计算，且多采用相对简单、但很流行的湍流模型计算，但模型只适合于小分离流，也不能正确定量流动细节，但根据文献调研和我们的经验，对于气动力设计良好的风机，在设计工况附近，用湍流模型和准定常处理，对于风机的气动性能的数值预估是完全可以做到和实测结果吻合很好。另一方面，由于有了很多的关于风机三维粘性流动数值模拟结果，发现过去按一维、二维理想流的工程设计中的一些重要的经验数据(也可称为设计准则)，其中许多需要修改。以离心风机而论，例如按Eck理论，最佳气流进口角为35.4°，设计时还应考虑有攻角，所以一般设计叶片几何进口角为37°～38°，实际上，按数值优化结果，可以小到27°；又如按工程方法，如全压不够，可增大叶片几何出口角来补救，但数值优化结果是叶片几何出口角到一定数值(如81°）后再增大，全压反而会下降；又如Eck认为进口加速系数应大于1，这样叶轮进口是加速流动，可减少进口分离，后来我们认为减少叶轮进口流动速度能改善叶轮流动，所以按经验，建议可取0.7~0.8，实际上按数值优化可小到0.6；其它还有一些准则也应该改变，这里不能一一而论。这些参数的变化，对风机的气动力图改变很大，对气动性能影响也很大，所以原有的工程方法需要改进。当然改进内容还应包括叶片流道的流型选取和提出新的结构等。如我们利用航空上吹气边界层控制原理，提出长短叶片开缝结构，缝隙大于10mm，可确保缝隙不会堵塞，这种结构可扩展风机工作的高效区，大大改善非设计工况性能。所有这些在现代设计方法中称为改进的工程设计方法。所以现代设计方法内容是：首先根据改进的工程设计方法给出综合性能较好的风机通道型线；然后数值模拟风机整机(包括进风口-叶轮-蜗壳，且考虑间隙)三维粘性流动，来分析比较其内部流场，为改进设计提供依据，同时进行优化计算，好中选优，优化目标是在满足风量和风压的前提下，效率越高越好；最后通过样机研制和现场性能试验来检验和修正设计方法并得到高性能产品。这里改进的工程设计方法是数值优化计算和高性能产品设计的基础，数值模拟是关键，其难点是如何使它对风机气动性能预估能和实测结果吻合。现场性能试验用来修正设计和改进数值模拟方法。经过这样多次循环，最后获得高性能的风机产品。由于数值模拟是现代设计方法的关键和难点，下面再专题叙述。应该指出，这种方法目前只能优化设计和预估风机气动性能，不能预估噪声，这是由于离心风机还无法预估噪声，而本方法中的改进工程设计已考虑到低噪声风机设计要求，这样，一般而言，高效率就意味着低噪声。

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