Russian Federation
Kazan, Kazan, Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
The production of high-quality livestock products is achieved not only by breeding productive livestock breeds, but also by observing zootechnical requirements and ensuring sanitary well-being in livestock buildings. To maintain the proper sanitary condition of livestock buildings, modern technologies, technical means and preparations for disinfecting surfaces are used, and non-compliance with the requirements for the operation of technical means and the consumption rates of disinfectant liquids leads to an increase in the resistance of microorganisms to antimicrobial drugs. The effectiveness of disinfection largely depends on the technical capabilities of disinfection units, and to a greater extent on spray devices. Many researchers solve complex problems of optimizing the design and technological parameters of spray devices, thereby improving their spray quality. In this regard, a vortex pneumatic liquid sprayer has been developed to perform various technologies and disinfection modes. The dispersed composition of aerosols of disinfecting liquids was obtained under various operating modes by the proposed design of the sprayer. Based on the experimental data, graphical dependencies are constructed that affect the degree of dispersion of the working pressures of the disinfectant liquid and compressed air in the channels of their supply. The values of flow rates of a vortex pneumatic atomizer during its operation in various modes are obtained. Graphic dependences of the disinfectant liquid flow rate through the sprayer are plotted at different pressure ratios in the media supply channels (disinfectant liquid and compressed air) and the angles between them. Based on the obtained technical characteristics, the rational design parameters of the new design of the vortex pneumatic atomizer were determined, namely, the angle between the pneumatic and liquid inlet channels α=90o, the diameter of the outlet d=2.0 mm.
sprayer, disinfectant liquid, consumption, dispersed composition
Введение. Техническая и экономическая эффективность санитарно-ветеринарных мероприятий, в том числе проведение дезинфекции помещений и оборудования сельскохозяйственного назначения, во многом зависит от конструкционных особенностей распылителей и определяется качеством распыла, степенью покрытия обрабатываемой поверхности, равномерностью распределения препарата по объекту, расходом препарата и его потерями, что способствует более рациональному использованию всех применяемых ресурсов предприятий АПК [1,2,3]. В настоящее время, несмотря на разнообразие конструкций распылителей, остро стоят проблемы снижения расхода дорогостоящих дезинфицирующих средств и повышения эффективности диспергирования [4,5].
Известно, что чем меньше диаметр капель, тем выше проникающая способность аэрозолей препарата [6,7]. При работе с гидравлическими распылителями это достигается путем повышения давления в напорной магистрали и требует больших энергетических затрат. В связи с этим, наиболее перспективными для диспергирования жидкостей являются пневматические распылители, в которых дисперсность меняется путем регулирования давления в пневматической напорной магистрали, причем расход жидкости изменяется несущественно [8,9].
Центробежные (вихревые) распылители позволяют качественно выполнять технологический процесс дезинфекции с меньшим давлением в напорной магистрали и в сравнении с другими, имеют больший диаметр выходных отверстий (сопел), что позволяет предъявлять меньшие требования к очистке поступающей дезинфицирующей жидкости, увеличить эксплуатационный срок службы, связанный с износом сопел, и равномерно покрывать обрабатываемую поверхность [10,11,12].
При диспергировании жидкостей вихревыми пневматическими распылителями, струя выходит из сопла в виде вращающегося потока аэрозолей и на обрабатываемой поверхности образуется кольцевидный след [13].
Целью данной работы является исследование и оценка влияния конструкционных параметров нового вихревого пневматического распылителя на характеристики распыла дезинфицирующей жидкости при различных режимах его работы.
Условия, материалы и методы исследований. В результате проведенных ранее исследований и полученных математических моделей были определены факторы, оказывающие наибольшее влияние на дисперсность распыляемой жидкости [14,15]:
1. Конструкционные параметры распылителя;
2. Рабочее давление распыляемой жидкости (Рж, МПа);
3. Рабочее давление сжатого воздуха (Рв, МПа);
4. Угол между входными каналами (α, град).
Для определения степени и характера влияния этих факторов на дисперсность распыляемой жидкости разработан и изготовлен вихревой пневматический распылитель дезинфицирующих жидкостей (рисунок 1). Распылитель состоит из корпуса 1 с цилиндрической камерой закручивания 2 и каналов, расположенных под углом α, друг к другу: радиального 3 – для подачи дезинфицирующей жидкости и тангенциального 4 – для подачи струи сжатого воздуха; конусообразной крышки 5, которая образует конусную камеру закручивания 6. Камера закручивания имеет угол конусности равный 120 град. На вершине угла камеры закручивания расположено отверстие 7 для выхода аэрозолей.
1 – корпус; 2 – камера закручивания; 3 – канал для подачи дезинфицирующей жидкости; 4 – канал для подачи струи сжатого воздуха; 5 – крышка конусообразная; 6 – камера закручивания; 7 – отверстие; α – угла между входными каналами;
d – диаметр выходного отверстия
Рисунок 1 – Вихревой пневматический распылитель дезинфицирующей жидкости
В предлагаемой конструкции распылителя происходит двухэтапное диспергирование жидкости: сначала при помощи струи сжатого воздуха, а затем за счет увеличения скорости вращения и центробежных сил в конической камере [16,17].
Анализ и обсуждение результатов исследования. Проведены экспериментальные исследования по определению оптимальных конструкционных параметров и дисперсного состава аэрозолей при различных режимах работы вихревого пневматического распылителя.
Определены размеры аэрозолей D (таблица 1) при различных отношениях давлений в пневматическом и жидкостном каналах и углах между входными каналами α.
Таблица 1 – Экспериментальные значения размеров аэрозолей D при различных значениях μ и α
|
|
D, мкм при α=45о |
D, мкм при α=60о |
D, мкм при α=90о |
|
0,5 |
86 |
78 |
69 |
|
1 |
71 |
64 |
54 |
|
1,5 |
57 |
50 |
40 |
|
2 |
44 |
36 |
26 |
|
2,5 |
35 |
26 |
15 |
|
3 |
28 |
20 |
8 |
На основании полученных значений размеров аэрозолей Dср были построены зависимости (рисунок 2) при различных отношениях давлений в пневматическом и жидкостном каналах μ и углах между входными каналами α.
Рисунок 2 – Зависимость размеров аэрозолей Dср при различных отношениях давлений в пневматическом и жидкостном каналах μ и углах между входными каналами α
Из фигуры 2 видно, что с увеличением μ размер аэрозолей уменьшается. Это связано повышением эффективности пневматического диспергирования дезинфицирующей жидкости путем увеличения давления сжатого воздуха в пневматическом канале [18].
Входе экспериментов так же определен расход Qср дезинфицирующей жидкости (таблица 2) при различных отношениях давлений в пневматическом и жидкостном каналах и углах между входными каналами α.
Таблица 2 – Экспериментальные значения расходов Q дезинфицирующей жидкости при различных значениях μ и α
|
|
Q, мл/мин при α=45о |
Q, мл/мин при α=60о |
Q, мл/мин при α=90о |
|
0,5 |
0,32 |
0,32 |
0,29 |
|
1 |
0,31 |
0,3 |
0,27 |
|
1,2 |
0,29 |
0,27 |
0,24 |
|
1,4 |
0,26 |
0,24 |
0,21 |
|
1,6 |
0,24 |
0,21 |
0,17 |
|
1,8 |
0,21 |
0,17 |
0,09 |
|
2 |
0,17 |
0,12 |
0,05 |
На основании полученных значений расходов Q дезинфицирующей жидкости построены зависимости (рисунок 3) при различных отношениях давлений в пневматическом и жидкостном каналах μ и углах между входными каналами α.
Рисунок 3 – Зависимость расхода дезинфицирующей жидкости Q через распылитель при различных отношениях давлений в пневматическом и жидкостном каналах μ и углах между входными каналами α
Из фигуры 3 видно, что с увеличением μ расход дезинфицирующей жидкости уменьшается. Это связано частичным запиранием канала для подачи дезинфицирующей жидкости за счет увеличения давления сжатого воздуха в пневматическом канале [19,20].
Результаты исследований показали, что рациональными конструкционными параметрами распылителя являются угол между пневматическим и жидкостным входными каналами α=90о, диаметр выходного отверстия d=2,0 мм.
Предлагаемая конструкция вихревого центробежного распылителя позволяет при постоянном расходе, регулировать дисперсность распыла, равномерно покрыть обрабатываемую поверхность, тем самым повысить эффективность дезинфекции.
Заключение. Создана новая конструкция вихревого пневматического распылителя, позволяющая получить монодисперсные аэрозоли и достоверные экспериментальные данные, влияющие на качество диспергирования дезинфицирующих средств.
Получены конструкционные и технологические зависимости вихревого пневматического распылителя, обеспечивающие формирование аэрозолей с определенными дисперсными характеристиками при различных режимах его работы.
Получены графические зависимости размеров аэрозолей и расхода дезинфицирующей жидкости от технологических параметров вихревого пневматического распылителя, позволяющие определить его режимы работы для получения необходимой дисперсности.
1. Amirova EF, Safiullin IN, Ibragimov LG, Karpova NV. [State regulation of the agricultural sector in the context of sanctions and the development of the digital economy]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2019; Vol.14. 3(54). 133-137 p. - DOIhttps://doi.org/10.12737/article_5db987940f8763.55129461.
2. Faskhutdinova MS, Amirova EF, Safiullin IN, Ibragimov LG. Human resources in the context of digitalization of agriculture. [Internet]. Bio web of conferences : International Scientific-Practical Conference “Agriculture and Food Security: Technology, Innovation, Markets, Human Resources” (FIES 2020), Kazan, 28-30 maya 2020 goda. Kazan: EDP Sciences. 2020; 00020 p. - DOIhttps://doi.org/10.1051/bioconf/20202700020.
3. Gazetdinov MKh, Gazetdinov ShM, Semicheva OS. [Mechanisms of influence of social and economic factors of rural areas on the results of agricultural production]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2022; Vol.17. 2(66). 119-123 p. - DOIhttps://doi.org/10.12737/2073-0462-2022-119-123.
4. Teterina OA, Teterin VS, Mitrofanov SV. [Influence of aerosol treatment with humic preparations on the sowing qualities of seeds of grain crops]. Inzhenernye tekhnologii i sistemy. 2020; Vol.30. 2. 254-267 p. - DOIhttps://doi.org/10.15507/2658-4123.030.202002.254-267.
5. Ryazantsev AI, Olgarenko GV, Uspenskiy IA. Ecological-energy directions for improving multiple sprinkling machines. 2019; Vol.14. 3. 677-685 p.
6. Ivanov BL, Ziganshin BG, Rudakov AI, Lushnov MA. [Evaluation of the disinfectant liquid drops distribution over the treated surface]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2019; Vol.14. 3(54). 103-107 p. - DOIhttps://doi.org/10.12737/article_5db969d80165a4.44685655.
7. Ivanov BL, Ziganshin BG, Sharafeev RF, Sagbiev IR. [Theory of liquid atomization by nozzles]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2019; Vol.14. 2(53). 95-99 p. - DOIhttps://doi.org/10.12737/article_5d3e174f90fe69.76703992.
8. Mudarisov SG, Badretdinov ID, Rakhimov ZS. Numerical simulation of two-phase “Air-Seed” flow in the distribution system of the grain seeder. 2020; Vol.168. 105151 p.
9. Mudarisov SG, Rakhimov ZS, Gareev RT. [Modeling of pneumatic distribution systems of grain seeders by methods of two-phase flows]. Vestnik Ul'yanovskoi gosudarstvennoi sel'skokhozyaistvennoi akademii. 2018; 4(44). 45-49 p. - DOIhttps://doi.org/10.18286/1816-4501-2018-4-45-49. - EDN YTSMGL.
10. Galiev IG, Khusainov RK. [The results of determining the optimal values of the time between repairs of tractors in agricultural production, taking into account the level of their operation]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2016; Vol.11. 2(40). 87-90 p. - DOIhttps://doi.org/10.12737/20643.
11. Nuriev LM, Yarullin FF, Yakhin SM. [Kinematic analysis and substantiation of the parameters of the spiral-screw working unit of a soil-cultivating machine]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2020; Vol.15. 2(58). 114-119 p. - DOIhttps://doi.org/10.12737/2073-0462-2020-114-119 p.
12. Sabirov RF, Ivanov BL, Lushnov MA. Calibration of soil humidity sensors of automatic irrigation controller. International scientific-practical conference “Agriculture and Food Security: Technology, Innovation, Markets, Human Resources” (FIES 2019): Kazan, 13-14 noyabrya 2019 goda. Vol.17. Kazan: EDP Sciences. 2020; 00249 p. - DOIhttps://doi.org/10.1051/bioconf/20201700249.
13. Abdelfattakh AKh, Ivanov BL, Ziganshin BG. [Study of some parameters of drip irrigation by hydraulic assessment of droppers]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2019; Vol.14. 2(53). 72-76 p. - DOIhttps://doi.org/10.12737/article_5d3e16a2797c33.30469219.
14. Zinnatullina AN, Ibyatov RI. [Numerical modeling of convective diffusion in a porous medium]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2011; Vol.6. 2(20). 100-102 p.
15. Zinnatullina AN, Ibyatov RI, Shamsiev MN. [Simulating a pollution process in water filtration under a hydraulic structure]. 2015; Vol.7. 3. 254-258 p. - DOIhttps://doi.org/10.1134/S2070048215030114.
16. Kostenko MYu, Goryachkina IN, Teterina OA. Installation for applying aerosol humates in the flow of agricultural products. Vestnik RESKh. - 2017; 4(29). 124-128 p.
17. Kostenko MYu, Beznosyuk RV, Goryachkina IN. Study of the operation of a hot fog generator during the processing of stalks. 2019; 4 (44). 87-92 p.
18. Kostenko MYu, Rembalovich GK, Ryazantsev AI. Study of the trajectories of the movement of drops of a sprinkling machine. Vestnik Ryazan State Agrotechnological University named after P.A.Kostychev. 2018; 4(40). 138-142 p.
19. Ivanov BL, Ziganshin BG, Dmitriev AV, Pikmullin GV, Mustafin AA. Droplet size of virocide disinfectant liquid from vortex injector sprayer under different operating conditions. [Internet]. Engineering for rural development: 20th International scientific conference. Jelgava: Latvia University of life sciences and technologies. 2021; 564-571 p. - DOIhttps://doi.org/10.22616/ERDev.2021.20.TF122.
20. Lekomtsev PL, Savushkin AV, Dresvyannikova EV, Niyazov AM. Study of aerosol charging in electro-aerosol generator. [Internet]. Journal of applied engineering sciences. 2017; Vol.7. 2(20). 69-77 p.
