Россия
Казань, Республика Татарстан, Россия
Россия
Россия
Производство качественной продукции животноводства достигается не только разведением продуктивных пород скота, но и соблюдением зоотехнических требований и обеспечения санитарного благополучия в животноводческих помещениях. Для поддержания должного санитарного состояния животноводческих помещений применяются современные технологии, технические средства и препараты для дезинфекции поверхностей, а несоблюдение требований по эксплуатации технических средств и норм расхода дезинфицирующих жидкостей приводит к повышению устойчивости микроорганизмов к противомикробным препаратам. Эффективность дезинфекции во многом зависит от технических возможностей дезинфицирующих установок, и в большей степени от распылительных устройств. Многие исследователи решают сложные задачи оптимизации конструкционных и технологических параметров распылительных устройств, тем самым улучшают их качество распыла. В связи с этим разработан вихревой пневматический распылитель жидкостей для выполнения различных технологий и режимов дезинфекции. Получен дисперсный состав аэрозолей дезинфицирующих жидкостей при различных режимах работы предлагаемой конструкцией распылителя. По экспериментальным данным построены графические зависимости, оказывающие влияние на степень дисперсности рабочих давлений дезинфицирующей жидкости и сжатого воздуха в каналах их подачи. Получены значения расходов вихревого пневматического распылителя при его работе на различных режимах. Построены графические зависимости расхода дезинфицирующей жидкости через распылитель при различных отношениях давлений в каналах подачи сред (дезинфицирующей жидкости и сжатого воздуха) и углах между ними. На основании полученных технических характеристик определены рациональные конструкционные параметры новой конструкции вихревого пневматического распылителя, а именно, угол между пневматическим и жидкостным входными каналами α=90о, диаметр выходного отверстия d=2,0 мм.
распылитель, дезинфицирующая жидкость, расход, дисперсный состав
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. Государственное регулирование аграрного сектора в условиях санкций и развития цифровой экономики/ Э.Ф. Амирова, И.Н. Сафиуллин, Л.Г. Ибрагимов, Н.В. Карпова // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2019. - Т. 14, № 3(54). - С. 133-137. - DOIhttps://doi.org/10.12737/article_5db987940f8763.55129461.
2. Human resources in the context of digitalization of agriculture / M.S. Faskhutdinova, E.F. Amirova, I.N. Safiullin, L.G. Ibragimov // Bio web of conferences : International Scientific-Practical Conference “Agriculture and Food Security: Technology, Innovation, Markets, Human Resources” (FIES 2020), Kazan, 28-30 мая 2020 года. - EDP Sciences: EDP Sciences, 2020. - P. 00020. - DOIhttps://doi.org/10.1051/bioconf/20202700020.
3. Газетдинов, М.Х. Механизмы влияния социально-экономических факторов сельских территорий на результаты аграрного производства / М.Х. Газетдинов, Ш.М. Газетдинов, О.С. Семичева // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2022. - Т. 17, № 2(66). - С. 119-123. - DOIhttps://doi.org/10.12737/2073-0462-2022-119-123.
4. Тетерина, О.А. Влияние аэрозольной обработки гуминовыми препаратами на посевные качества семян зерновых культур / О.А. Тетерина, В.С. Тетерин, С.В. Митрофанов [и др.] // Инженерные технологии и системы. - 2020. - Т. 30, № 2. - С. 254-267. - DOIhttps://doi.org/10.15507/2658-4123.030.202002.254-267.
5. Ecological-energy directions for improving multiple sprinkling machines / A.I. Ryazantsev, G.V. Olgarenko, I.A. Uspensky [et al.] //. - 2019. - Vol. 14, No. 3. - P. 677-685.
6. Оценка распределения капель дезинфицирующей жидкости по обрабатываемой поверхности / Б.Л. Иванов, Б.Г. Зиганшин, А.И. Рудаков, М.А. Лушнов // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2019. - Т. 14, № 3(54). - С. 103-107. - DOIhttps://doi.org/10.12737/article_5db969d80165a4.44685655.
7. Теория распыливания жидкости форсунками / Б.Л. Иванов, Б.Г. Зиганшин, Р.Ф. Шарафеев, И.Р. Сагбиев // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2019. - Т. 14, № 2(53). - С. 95-99. - DOIhttps://doi.org/10.12737/article_5d3e174f90fe69.76703992.
8. Numerical simulation of two-phase «Air-Seed» flow in the distribution system of the grain seeder / S.G. Mudarisov, I.D. Badretdinov, Z.S. Rakhimov [et al.] //. - 2020. - Vol. 168. - P. 105151.
9. Мударисов, С. Г. Моделирование пневматических распределительных систем зерновых сеялок методами двухфазных течений / С. Г. Мударисов, З. С. Рахимов, Р. Т. Гареев // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2018. - № 4(44). - С. 45-49. - DOIhttps://doi.org/10.18286/1816-4501-2018-4-45-49.
10. Галиев, И.Г. Результаты определения оптимальных значений межремонтных наработок тракторов в аграрном производстве с учетом уровня их эксплуатации / И.Г. Галиев, Р.К. Хусаинов // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2016. - Т. 11, № 2(40). - С. 87-90. - DOIhttps://doi.org/10.12737/20643.
11. Кинематический анализ и обоснование параметров спирально-винтового рабочего органа почвообрабатывающей машины / Л.М. Нуриев, Ф.Ф. Яруллин, С.М. Яхин [и др.] // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2020. - Т. 15, № 2(58). - С. 114-119. - DOIhttps://doi.org/10.12737/2073-0462-2020-114-119.
12. Calibration of soil humidity sensors of automatic irrigation controller / R.F. Sabirov, B.L. Ivanov, M.A. Lushnov // International Scientific-Practical Conference “Agriculture and Food Security: Technology, Innovation, Markets, Human Resources” (FIES 2019): International Scientific-Practical Conference “Agriculture and Food Security: Technology, Innovation, Markets, Human Resources” (FIES 2019), Kazan, 13-14 ноября 2019 года. Vol. 17. - Kazan: EDP Sciences, 2020. - P. 00249. - DOIhttps://doi.org/10.1051/bioconf/20201700249.
13. Абделфаттах, А.Х. Исследование некоторых параметров капельного орошения путем гидравлической оценки капельниц / А.Х. Абделфаттах, Б.Л. Иванов, Б.Г. Зиганшин // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2019. - Т. 14, № 2(53). - С. 72-76. - DOIhttps://doi.org/10.12737/article_5d3e16a2797c33.30469219.
14. Зиннатуллина, А.Н. Численное моделирование конвективной диффузии в пористой среде / А.Н. Зиннатуллина, Р.И. Ибятов // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2011. - Т. 6, № 2(20). - С. 100-102.
15. Zinnatullina, A.N. Simulating a pollution process in water filtration under a hydraulic structure / A.N. Zinnatullina, R.I. Ibyatov, M.N. Shamsiev //. - 2015. - Vol. 7, No. 3. - P. 254-258. - DOIhttps://doi.org/10.1134/S2070048215030114.
16. Kostenko, M.Yu. Installation for applying aerosol humates in the flow of agricultural products / I.N. Goryachkina, O.A. Teterina, M.Yu. Kostenko [et al.] // Vestnik RESKH. - 2017. - № 4(29). - pp. 124-128.
17. Kostenko, M. Yu. Study of the operation of a hot fog generator during the processing of stalks / M.Yu. Kostenko, R.V. Beznosyuk, I.N. Goryachkina [et al.] P.A. Kostychev. - 2019. - No. 4 (44). - pp. 87-92.
18. Kostenko, M.Yu. Study of the trajectories of the movement of drops of a sprinkling machine / G.K. Rembalovich, A.I. Ryazantsev, M.Yu. Kostenko [et al.] // Vestnik Ryazan State Agrotechnological University. P.A. Kostychev. - 2018. - No. 4(40). - S. 138-142.
19. Ivanov B.L., Ziganshin B.G., Dmitriev A.V., Pikmullin G.V. and Mustafin A.A. Droplet size of virocide disinfectant liquid from vortex injector sprayer under different operating conditions / B. L. Ivanov, B. G. Ziganshin, A. V. Dmitriev [et al.] // Engineering for rural development: 20th International Scientific Conference. - Jelgava: Latvia University of Life Sciences and Technologies, 2021. - P. 564-571. - DOIhttps://doi.org/10.22616/ERDev.2021.20.TF122.
20. Lekomtsev, P.L. Study of aerosol charging in electro-aerosol generator / P.L. Lekomtsev, A.V. Savushkin, E.V. Dresvyannikova, A. M. Niyazov // Journal of Applied Engineering Sciences. - 2017. - Vol. 7. - No 2(20). - pp. 69-77.
