Россия
Россия
Россия
ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
Целью работы является разработка и обоснование параметров установки для гранулирования непищевых отходов животного и растительного происхождения в процессе диэлектрического нагрева. Задачи исследования: разработать микроволновые установки с объемными резонаторами разной конфигурации, обеспечивающие высокую напряженность электрического поля и непрерывность процесса гранулирования сырья; вычислить параметры электродинамической системы генератора (напряженность электрического поля, собственная добротность резонатора) и визуализировать картину распределения электромагнитного поля в резонаторах разной конфигурации. В исследованиях базировались на теории диэлектрического нагрева и теория формования гранул из многокомпонентного сырья. Исследование параметров электродинамической системы сверхвысокочастотного генератора проводили в программе CST Microwave Studio. Проанализированы конструкционные исполнения объемных резонаторов с точки зрения реализации требований, предъявляемых сверхвысокочастотным установкам и грануляторам, предназначенным для использования в фермерских хозяйствах. Анализированы разработанные установки с тороидальным резонатором и дисковой матрицей и с эллипсоидными резонаторами и зубчатыми кольцевыми матрицами. Визуализированы распределения электромагнитного поля в разработанных конструкционных исполнениях резонаторов, совмещенных с рабочей камерой грануляторов. Вычислены величины собственной добротности резонаторов и напряженности электрического поля в них.
сверхвысокочастотный генератор, резонатор, гранулятор, матрица, отходы сырья, эффективные режимы
Министерством промышленности и торговли РФ технологии создания изделий сверхвысокочастотной электроники отнесены к критичным технологиям (стратегическая программа от 17.12.2012 г) [1]. СВЧ установки отличаются по физическому принципу действия и конструкции. За рубежом разрабатывают СВЧ установки на основе источников, мощностью от 25 до 50 кВт, с водяным охлаждением, при этом достичь равномерного нагрева сырья сложно. Стоимость установленной мощности оценивается до 3 тыс. долларов за 1 кВт. Анализ разработок производителей СВЧ установок в России позволяет выявить основные тенденции и перспективы развития устройств различного функционального назначения, в том числе для гранулирования сырья. Поэтому для реализации необходимых электродинамических и эксплуатационных характеристик нами разрабатываются новые конструкции объемных резонаторов с маломощными магнетронами и способы, совмещающие микроволновую технологию с процессом гранулирования многокомпонентного сырья. Это позволит улучшить физико-механические свойства гранул.
Условия, материалы и методы исследований. В исследованиях базировались на теории диэлектрического нагрева и теории формования гранул из многокомпонентного сырья. Исследование параметров электродинамической системы сверхвысокочастотного генератора проводили в программе CST Microwave Studio [2]. Оценка технических характеристик установки проводилась с помощью современных цифровых приборов и методик. Трехмерные моделирования конструктивного исполнения СВЧ установок выполнены в программе Компас-3D V17.
Анализ и обсуждение результатов исследований. Разработаны и анализированы конструкционные исполнения объемных резонаторов с точки зрения реализации требований, предъявляемых установкам с источниками энергии электромагнитных излучений и грануляторам, предназначенным для использования в фермерских хозяйствах. Ниже описаны разработанные две установки: 1) с тороидальным резонатором и дисковой матрицей; 2) с эллипсоидными резонаторами и зубчатыми кольцевыми матрицами.
1. Установка с тороидальным резонатором и дисковой матрицей для гранулирования обезвоженных непищевых отходов убоя животных в процессе диэлектрического нагрева.
Известны квазистационарные резонаторы, у которых резко выраженное пространственное разъединение электрического и магнитного полей, что позволяет рассматривать такие резонаторы как соединение сосредоточенных емкости и индуктивности [3, 4]. В тороидальном резонаторе, в малом зазоре между стенками резонатора сосредоточена энергия электрического поля. Этот зазор может рассматриваться как плоский конденсатор. На этом принципе построена конфигурация предлагаемого тороидального резонатора при сохранении достаточно большого объема и его собственной добротности.
Рабочая камера установки (рисунок 1) представлена в виде тороидального резонатора 1 с прямоугольным сечением тора. Тороидальный резонатор выполнен из коаксиально расположенных неферромагнитных цилиндров 2,3, расположенных вертикально и имеющих разную высоту. Нижним основанием внутреннего цилиндра 3 с меньшей высотой служит неферромагнитная решетка 11 от измельчителя. Функцию нижнего основания наружного цилиндра 2 выполняет вращающаяся от мотора-редуктора матрица 5 из неферромагнитного материала с множеством конусообразных отверстий [5]. В пространстве между решеткой и вращающейся матрицей расположены прижимные диэлектрические ролики 6 с ребристой поверхностью. Они прижаты к вращающейся матрице за счет специального винта, позволяющего регулировать расположения диэлектрической оси роликов. Верхнее основание наружного цилиндра 2 закрыто кольцевой поверхностью. Во внутреннем цилиндре расположен нагнетательный шнек 10, вращающийся нож 9 измельчителя, а решетка является основанием. Измельчитель имеет лоток для приема сырья. СВЧ генераторы 4 вводят энергию в резонатор из тороидальной части, т.е. магнетроны и волноводы расположены на образующей наружного цилиндра. Под вращающейся матрицей 5 имеется нож 12 , расположенный стационарно, для срезания гранул, которые выводятся за пределы установки через отверстие выгрузного корпуса. Вращение матрицы осуществляется с помощью мотора-редуктора. Под вращающейся матрицей имеется выгрузной корпус с отверстием.
1. hse.ru›…2013/02/12…СВЧ технологии 25 12 2012.pdf. Стратегическая программа исследований технологической платформы «СВЧ технологии».
2. Курушин А.А., Пластиков А.Н. Проектирование СВЧ устройств в среде CST Microwave Studio. - М.: МЭИ, 2011. - 155 с..
3. Стрекалов, А.В. Электромагнитные поля и волны / А.В. Стрекалов, Ю.А. Стрекалов. - М.: РИОР: ИНФРА-М, 2014. - 375 с.
4. Дробахин, О.О. Резонансные свойства микроволновых резонаторов в виде сферического сектора / О.О. Дробахин, П. И. Заболотный, Е. Н. Привалов // Радиоэлектроника. Информатика. Управление. - 2009. - № 2(21). - С. 11-16.
5. Булатов И.А. Разработка процесса прессового гранулирования мелкодисперсных сред на примере минеральных порошков и древесных отходов: автореф. …канд. техн. наук: 05.17.08, 05.02.13. - М., 2012. - 25 с.
6. Маврин, О. Оптимальное решение: гранулирование и термообработка за 240 секунд / Маврин О. // Комбикорма. - 2009. - № 1. - С. 33-35.
7. Макаренков, Д.А. Особенности выбора гранулирующего оборудования многокомпонентных полидисперсных шихт, с вторичными материальными ресурсами на основе системного анализа / Д.А. Макаренков, В.И. Назаров, А.М. Гонопольский, Я.А. Трефилова // Вестник МГОУ. Серия «Естественные науки». - 2013. - № 1. - С. 49-64.
8. Афанасьев, В.А. Разработка технологии влажного прессования углеводно-витаминно-минеральных добавок с повышением содержания мелассы / В.А. Афанасьев, А.А. Киселев // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2015. - № 1 (63). - С.70-73.
9. Жданкин, Г.В. Анализ разработанных сверхвысокочастотных установок для термообработки сырья / Г.В. Новикова, Г.В. Жданкин, О.В. Михайлова, А.А. Белов // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2016. - № 4 (42). - С. 89-93.
10. Жданкин, Г.В. Разработка и обоснование параметров установки для диэлектрического нагрева непищевых отходов животного происхождения в непрерывном режиме / Г.В. Жданкин, Г.В. Новикова, О.В. Михайлова, Н.К. Кириллов // Вестник НГИЭИ. - 2017. - № 2(69). - С. 61-71.
11. Zhdankin, G.V. Microwave installation with conical resonators for the heat treatment of inedible meat wastes / O.V. Mikhailova, Semenov V. G., Baimukanov D. A., Iskhan K. Zh., Kalagambet M. B., Nurbaev S. D., H. A. Aubakirov // Of the National academy of sciences of the republic of Kazakhstan [Series of geology and technical sciences] .- Volume 2, Number 428.- 2018, pp. 44-54.
12. Zhdankin, G.V. Installation for complex effects electrophysical factors on raw // O.V. Mikhailova // Of the National academy of sciences of the republic of Kazakhstan [Series of geology and technical sciences].- Volume 1, Number 428.- 2019, pp. 36-46.
13. Shamin, E.А. Microwave technologies and devices separating fur from rabbit skin / O.V. Mikhailova, I.G. Ershova, D.V. Poruchikov, S.P. Zaycev // Amazonia Investiga. - Volume 7, Number 17. - 2018, pp. 630-640.
