CC BY
16
05.20.02 ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНЙЕ^^^^^^Н _В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ_
05.20.02
УДК 635.21:631.573
DOI: 10.24412/2227-9407-2021 -3 -52-69
Анализ СВЧ-установок для дефростации и подогрева молозива животных
М. В. Просвирякова1, В. Ф. Сторчевой2, Г. В. Новикова3 , И. Г. Ершова4
13 Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино, Россия
* NovikovaGalinaV@yandex. ru 2 РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева, Москва, Россия 4 Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, Москва, Россия
Аннотация
Введение. Статья посвящена анализу соответствия критериям проектирования сверхвысокочастотных (СВЧ) установок с разными конструкционными исполнениями резонаторов для дефростации и подогрева молозива животных. Приведен сравнительный анализ химического состава молока и молозива разных видов животных. Материалы и методы. В базовом варианте для размораживания коровьего молозива использовали установку «Эконом БМА-50». Методика проведения исследований включает: анализ объема размораживаемого молозива животных для определения необходимой производительности установки для фермерских хозяйств; анализ изменения диэлектрических параметров коровьего молозива в зависимости от температуры при частоте
2 450 МГц; разработка СВЧ-установок с разными конструкционными исполнениями объемных резонаторов; оценка соответствия каждого резонатора оптимальным критериям путем расчета наименьших отклонений. Результаты и обсуждение. Научную новизну представляет конструкционное исполнение двухрезонаторных радиогерметичных СВЧ-установок непрерывно-поточного действия, позволяющих реализовать микроволновую технологию дефростации молозива животных в соответствии с характером изменения его диэлектрической характеристики в диапазоне отрицательной и положительной температур для ускорения процесса. В процессе подогрева молозива от 0 до 40 оС скорость его нагрева уменьшается с 0,1 до 0,05 оС/с. Если во втором резонаторе обеспечить напряженность электрического поля 3,8 кВ/см, то продолжительность подогрева молозива составит 7-8 мин. Тогда продолжительность дефростации и подогрева молозива в двух резонаторах составит 25-26 мин. В случае подогрева молозива в трех резонаторах, но при напряженности электрического поля 1,2 кВ/см общая продолжительность процесса также сохраняется в пределах 25 мин. Заключение. Эффективные режимы дефростации и подогрева коровьего молозива в ЭМПСВЧ следующие: продолжительность воздействия ЭМПСВЧ 25 мин.; мощность СВЧ-генераторов 4,5 кВт; производительность установки 30-40 кг/ч; энергетические затраты на технологический процесс 0,13-0,15 кВт-ч/кг. Обоснованы эффективные электродинамические параметры установок: напряженность электрического поля 1,2-2,5 кВ/см, собственная добротность резонатора 7000-8000, мощность потока излучений 0,01 мкВт/см2.
Ключевые слова: высокая напряженность, дефростация и подогрев, молозиво животных, низкотемпературное обеззараживание, СВЧ-установки, тороидальные и конические резонаторы, химический состав, электромагнитное поле, электромагнитная безопасность.
Для цитирования: Просвирякова М. В., Сторчевой В. Ф., Новикова Г. В., Ершова И. Г. Анализ СВЧ-установок для дефростации и подогрева молозива животных // Вестник НГИЭИ. 2021. № 3 (118). С. 52-69. БОТ: 10.24412/2227-9407-2021 -3 -52-69
© Просвирякова М. В., Сторчевой В. Ф., Новикова Г. В., Ершова И. Г., 2021
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
Analysis of ultra-high-frequency installations for defrosting and heating of colostrum of animals
M. V. Prosviryakova1, V. F. Storchevoy2, G. V. Novikova3 , I. G. Ershova4
13 Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics, Knyaginino, Russia
* [email protected] 2 RGAU-MSHA named after K. A. Timiryazev, Moscow, (Russia) 4 Federal research center of agricultural engineering VIM, Moscow, Russia
Introduction. The article is devoted to the analysis of compliance with the design criteria of ultrahigh-frequency (microwave) installations with different design versions of resonators for defrosting and heating colostrum of animals. A comparative analysis of the chemical composition of milk and colostrum of different animal species is presented. Materials and methods. In the basic version, the «Economy BMA-50» unit was used for defrosting cow colostrum. The research methodology includes: analysis of the volume of thawed colostrum of animals to determine the required productivity of the plant for farms; analysis of changes in the dielectric parameters of cow colostrum as a function of temperature at a frequency of 2450 MHz; development of microwave installations with different designs of volume resonators; assessment of compliance of each resonator with optimal criteria by calculating the smallest deviations. Results and discussion. The scientific novelty is represented by the design of two-resonator radio-hermetic microwave installations of continuous-flow action, which allow implementing microwave technology for defrosting colostrum of animals in accordance with the nature of changes in its dielectric characteristics in the range of negative and positive temperatures to accelerate the process. In the process of heating colostrum from 0 to 40 oc, the rate of its heating decreases from 0.1 to 0.05 oc/s. If an electric field strength of 3.8 kV/cm is provided in the second resonator, the duration of heating of colostrum will be 7-8 minutes. Then the duration of defrosting and heating of colostrum in two resonators will be 25-26 minutes. In the case of heating colostrum in three resonators, but at an electric field strength of 1.2 kV/cm, the total duration of the process is also maintained within 25 minutes.
Conclusion. Effective modes of defrosting and heating of bovine colostrum in MPSVC the following: the duration of the impact of INSVC 25 min; microwave power generators 4.5 kW; unit capacity 30-40 kg/HR; energy cost process technology of 0.13-0.15 kWh/kg. The effective electrodynamic parameters of the installations are justified: the electric field strength of 1.2-2.5 kV/cm, the natural Q-factor of the resonator 7000-8000, the radiation flux power of 0.01 mW/cm2.
Keywords: high tension, colostrum of animals, low-temperature disinfection, microwave installations, toroidal and conical resonators, chemical composition, electromagnetic field, electromagnetic safety, defrosting and heating.
For citation: Prosviryakova M. V., Storchevoy V. F., Novikova G. V., Ershova I. G. Analysis of ultra-high-frequency installations for defrosting and heating of colostrum of animals // Bulletin NGIEI. 2021. № 3 (118). P. 52-69. DOI: 10.24412/2227-9407-2021 -3 -52-69
Abstract
Статистические данные показывают, что в РФ 275 млн л коровьего молозива замораживают, и поэтому для его дефростации и подогрева необходимо более 25 тыс. шт. установок производительностью 30-40 л/ч. Замораживают также молозиво других видов животных, в том числе верблюжье молозиво. Известно, что полезные свойства верблюжьего молока обусловлены его необычным составом. Витамина С в нем содержится в 3 раза больше и концентрация железа в 10 раз больше, чем в молоке других домашних животных. Жира в молоке верблюдов мало, по калорийности верблюжье молоко полезнее (787-911 ккал), чем коровье молоко. Оно приятного
Введение
вкуса, слегка сладковатое, без запаха, пенится сильнее, чем коровье. Кислотность верблюжьего молока составляет 14-20 оТ, плотность - 1031-1032 кг/м3, вязкость - 2,5 Па-с, поверхностное натяжение -68,25 дин/см, содержание сухих веществ - 30,4 %, и молоко хранится дольше, чем молоко других домашних животных. Верблюжье молоко можно подвергать заморозке, оно тягучей консистенции, желтоватого цвета, соленого вкуса со своеобразным запахом. Средняя плотность коровьего молозива составляет 1 060 кг/м3, кислотность - 40-60 оТ. В ходе лактации содержание жира в молоке постепенно повышается с 4,8 до 7,72 %. Химический состав молока и молозива разных видов животных приве-
ден в таблицах 1 и 2. При обосновании технологи- нами анализированы физико-механические пара-ческих параметров разработанных СВЧ-установок метры молока и молозива разных видов животных.
Таблица 1. Химический состав молока разных видов животных, % Table 1. Chemical composition of milk of different animal species, %
Молоко / Milk Белок / Protein Лактоза/ Lactose Жир / Fat Зола / Ash Сухое вещество / Dry matter
общий / total казеин / casein альбумин и глобулин / albumin and globulin
Коровье / Cow 3,3 5 15 4,7 3,7 0,7 12,5
Кобылье / Mare 2,0 50,7 49,3 6,7 2,0 0,3 11
Козье / Goat 3,4 85 15 4,7 3,7 0,7 12,5
Овечье / Sheep 5,8 77,1 22,9 4,6 6,7 0,8 17,1
Верблюжье / Camel 3,5 89,8 10,2 4,9 4,5 0,7 13,6
Источник: составлено авторами на основании данных 1' 2
Таблица 2. Химический состав молока и молозива коров Table 2. Chemical composition of milk and colostrum of cows
Показатель / Indicator
Молоко / Milk
Молозиво / Colostrum
Вода / Water 86-88,5
Сухое вещество / Dry matter 11,5-14 Жир / Fat 3-5
Белок / Protein 3-3,7
Молочный сахар / Milk sugar 4,2-4,7
Минеральные вещества / Minerals 0,6-0,9 Источник: составлено авторами на основании данных 1 2
66,4-76,1 23,9-33,6 5,0-6,5 1,9-22,5 4,0-4,5 1,0-1,3
Питательная ценность молозива коров выше питательной ценности молока по кормовым единицам и по белку. По сравнению с молоком, коровье молозиво имеет гораздо более высокое содержание питательных веществ (27,6 %, по сравнению с 12,3 %), более высокое содержание белка (14,9 % против 2,8 %) и жира (6,7 % против 4,4 %), содержание иммуноглобулинов - больше 50 мг/мл. Из-за высокого содержания иммуноглобулинов молозиво животных считается ценным биологическим продуктом, позволяющим формировать иммунитет у молодняка. Поэтому излишнее молозиво собирают, быстро замораживают, и это обеспечивает сохранность иммуноглобулинов. Изменение состава коровьего молозива в течение суток после отела приведено на рис. 1. Наилучший химический состав коровьего молозива сохраняется в первые сутки после отела, поэтому замораживать излишнее молозиво в этот период предпочтительнее.
Эмпирические выражения, описывающие изменение основных показателей коровьего молозива (в %) в первые сутки после отела: сухое вещество
ЛЛ Л.^ -0,044т: .г ЛII -0,057т:
у1 = 32,316-е , ; протеин у2 = 15,433-е , ; альбумины и глобулины у = 10,169-е-0,084"1; жир у = 0,0031-т2 - 0,146т + 5,1, где т - продолжительность после отела, ч.
Технология заготовки, дефростации и подогрева молозива животных. Молозиво - источник питательных веществ и иммунных протеинов, которые передают защиту новорожденному теленку. Хранят молозиво в специальных пакетах или пластиковых бутылках в холодильнике (при температуре 2-4 оС до 7 дней) или в морозильной камере (-5... -10 оС до 1 месяца). Известно, что теленка надо напоить молозивом не позднее часа после рождения. При несвоевременном поении телят происходит плохая передача иммунитета. Это может быть из-за того, что нет качественного молозива в достаточном количестве или оно долго размораживается. Выпаивать молозивом следует в количестве 10 % от массы тела теленка, не более 3 кг на голову в сутки. Запрещается смешивать свежеупакованное молозиво с замороженным молозивом в морозилке; не разрешается замораживать молозиво повторно. Если заранее разморожено молозиво, то хранить в холодильнике при 4 оС. Быстрое оттаивание молозива позволяет получить надежный иммунитет. Задача размораживания молозива - это не навредить качеству иммунных протеинов. Для этого используют разные размораживатели, где предусмотрены узлы подготовки теплой воды (50 оС) и поворотные механизмы («Эконом» БМА-50, «Прималакт», РМ2, Иглус-2 и др. ). Существует также альтернативный
вариант размораживания молозива в микроволновке короткими периодами при низкой мощности, но с небольшим повреждением иммунного протеина ^.
При этом следует периодически растаявшее молозиво (жидкость) сливать и избегать перегрева внутри замороженного молозива2.
40 35 30 25 20 15 10 5
s
37
15
31
6e
3e
е
Протеин,%
INI
Альбумины
булины
%
6 12 18 24
Продолжительность после отела, ч
а / а
5,5
30
4,5
3,5
6 12 18 24 30 Продолжительность после отела, ч
б / b
Рис. 1. Изменение химического состава коровьего молозива (%) в течение суток после отела коровы:
а) сухое вещество, протеин, альбумин; б) жир Fig. 1. Change in the chemical composition of cow colostrum (%) during the day after calving the cow:
a) dry matter, protein, albumin; b) fat Источник: разработано авторами на основании данных
5
и глс
4
4
3
0
0
0
При использовании традиционных размораживателей происходит снижение кормовой ценности молозива на 20-30 % из-за невозможности сохранения иммуноглобулинов, белков, витаминов А. Исследования показывают, что имеющиеся технологии и технические средства размораживания молозива в 4-6 пластиковых бутылках (по 1,5-2 л) существенно снижают кормовую ценность из-за длительности процесса, достигающего до 1,5-2 часов3. Поэтому разработка и обоснование микроволновой технологии и СВЧ-установок для дефроста-ции и подогрева молозива домашних животных, обеспечивающих повышение кормовой ценности при сниженных эксплуатационных затратах, является актуальной задачей.
Научной задачей является сохранение кормовой ценности молозива домашних животных после дефростации и подогрева путем разработки микроволновой технологии и сверхвысокочастотных установок непрерывно-поточного действия, обеспечивающих ускорение процессов и электромагнитную безопасность.
Материалы и методы В базовом варианте для дефростации и подогрева коровьего молозива использовали установку «Эконом БМА-50», работающую в периодическом режиме по принципу водяной бани за счет нагрева
воды с помощью трубчатого электронагревателя, с потребляемой мощностью 6-12 кВт.
Методика проведения исследований включает:
- анализ химического состава молока и молозива домашних животных и изменения диэлектрических параметров коровьего молозива в зависимости от температуры при частоте 2450 МГц;
- разработка СВЧ-установок с разными конструкционными исполнениями объемных резонаторов, обеспечивающих реализацию основных требований, предъявляемых к сверхвысокочастотным установкам для функционирования в условиях фермерских хозяйств;
- оценка соответствия каждого резонатора оптимальным критериям путем расчета наименьших отклонений;
- теоретическое обоснование напряженности электрического поля и удельной мощности, генерируемой в единице объема сырья.
Результаты и обсуждение
Для уменьшения продолжительности технологического процесса предлагается воздействовать на замороженное молозиво электромагнитным полем сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ, 2450 МГц, 12,24 см). Распространение СВЧ метода нагрева объясняется рядом особенностей: появляется воз-
можность обеспечения высоких скоростей повышения температуры в сырье; позволяет осуществить избирательный нагрев при термообработке неоднородного сырья, что снижает энергетические затраты процесса в целом [1; 2; 3]. Все эти особенности во многом зависят от характера изменения диэлектрических параметров сырья, от частоты, температуры и др. Для фактора диэлектрических потерь молозива характерно наличие максимума при изменении температуры. Характер изменения диэлектрических параметров коровьего молозива в замороженном и жидком состоянии с увеличением температуры нагрева - прямо противоположный4. Как известно, удельные диэлектрические потери в единице объема диэлектрика зависят от параметров электрического поля сверхвысокой частоты, от фактора диэлектрических потерь молозива. При этом фактор диэлектрических потерь при температуре от -10 до 0 оС растет от 4 до 27, т. е. мощность, поглощаемая сырьем в процессе дефростации, увеличивается, а при подогреве молозива от 0 до 40 оС фактор диэлектрических потерь падает, т. е. поглощаемая мощность с увеличением температуры уменьшается. В процессе подогрева молозива от 0 до 40 оС скорость его нагрева уменьшается с 0,1 до 0,05 оС/с. Если во втором резонаторе обеспечить напряженность электрического поля 3,8 кВ/см, то продолжительность подогрева молозива составит 7-8 мин. Тогда продолжительность дефростации и подогрева молозива в двух резонаторах составит 25-26 мин.
В случае подогрева молозива в трех резонаторах, но при напряженности электрического поля 1,2 кВ/см общая продолжительность процесса также сохраняется в пределах 25 мин.
Это объясняется тем, что поляризация сначала возрастает с ослаблением молекулярных сил при повышении температуры, а затем снижается из-за увеличения хаотического теплового движения молекул, препятствующего влиянию поля. Дипольная поляризация связана с ориентацией диполей относительно направления электрического поля. Одним из условий равномерного повышения температуры во всем объеме однородного сырья является превышение глубины проникновения электромагнитной волны в сырье над толщиной нагреваемого сырья [4; 5; 7; 8].
При разработке СВЧ-установок для размораживания и разогрева коровьего молозива учитывали следующие критерии:
- непрерывность технологического процесса воздействия ЭМПСВЧ на замороженное молозиво животных; использование маломощных магнетронов с воздушным охлаждением;
- равномерность нагрева замороженного молозива животных до 0 оС в одном резонаторе и подогрев жидкого молозива до 38-40 оС в другом резонаторе;
- низкотемпературное обеззараживание продукта за счет высокой напряженности электрического поля в резонаторах;
- разные эффективные дозы воздействия ЭМПСВЧ для дефростации молозива в одном резонаторе и подогрева жидкого молозива в другом резонаторе;
- радиогерметичность установки без дополнительного экранирующего корпуса.
Методика реализации этих критериев в конструкционных исполнениях СВЧ-установок следующая.
1. Обеспечение непрерывно-поточного действия СВЧ-установки с сохранением радиогерметичности без дополнительного экранирующего корпуса достигается за счет усечения вершин конических резонаторов на уровне запредельных объемов или загрузки замороженного сырья через центральную часть квазистационарного тороидального резонатора.
2. Распределение по периметру основания со сдвигом на 120 градусов маломощных магнетронов с воздушным охлаждением от одного вентилятора и использованием сырья, размеры которого не превышают две глубины проникновения волны, обеспечивается интерференция волн до эффективной напряженности электрического поля для равномерного распределения ЭМПСВЧ в резонаторе и равномерного нагрева сырья.
3. Разделение процессов дефростации и подогрева молозива животных при непрерывном технологическом процессе достигается за счет общего перфорированного основания двух резонаторов, содержащих диэлектрический перемешивающий механизм и шаровой кран.
4. Высокая напряженность электрического поля, обеспечивающая снижение бактериальной обсемененности продукта при низкотемпературном воздействии ЭМПСВЧ, достигается за счет регулирования промежутка конденсаторной части квазистационарного тороидального резонатора и интерференции волн.
5. Регулирование дозы воздействия ЭМПСВЧ в каждом резонаторе в зависимости от процесса осуществляется изменением мощности магнетронов и использованием расходомеров продукта, контролируемого в зависимости от температуры.
С учетом такой методики реализации критериев в настоящее время научной школой разработаны технологии и многорезонаторные установки
непрерывно-поточного действия без экранирующего корпуса с соблюдением электромагнитной безопасности для дефростации и подогрева молозива животных воздействием ЭМПСВЧ (табл. 2) [6]. При этом учитывали возможность варьирования производительностью установки для удовлетворения потребностей ферм с разным количеством животных. Описание четырех СВЧ-установок, позволяющих реализовать основные критерии, приведены ниже.
I. СВЧ-установка с коническими резонаторами и общим перфорированным основанием 2 позволяет разделять процессы дефростации и подогрева молозива животных (рис. 2).
Замороженое сырье
Разогретое молозиво
Рис. 2. СВЧ-установка с усеченными коническими резонаторами: 1 - усеченные конические резонаторы; 2 - перфорированное неферромагнитное основание;
3 - шаровой кран; 4 - скребок; 5 - магнетроны Fig. 2. Microwave installation with truncated conical resonators: 1 - truncated conical resonators;
2 - perforated non- ferromagnetic base; 3 - ball valve; 4 - scraper; 5 - magnetrons Источник: разработано авторами
Магнетроны 5 расположены в области основания со сдвигом так, что одни излучатели направлены в верхний усеченный конический резонатор, а другие - в нижний усеченный конический резонатор. Замороженное сырье размером не более две глубины проникновения волны (3-4 см) попадает через усеченную вершину конуса в верхний резонатор, где происходит дефростация коровьего молозива при одной дозе воздействия ЭМПСВЧ. Далее размороженная жидкая фракция молозива просачивается через перфорированное неферромагнитное основание в нижний резонатор, где подвергается
воздействию ЭМПСВЧ другой дозы и подогревается. Над основанием имеется диэлектрический скребок 4 для перемешивания сырья. Разогретое до 3840 оС коровье молозиво стекает в приемную емкость через шаровой кран. Вершины конусов усечены на уровне критического сечения, где наблюдается полное отражение волн в сторону основания конуса, поэтому излучение из усеченных открытых концов отсутствует (патенты № 2721484 и 2732722). Это обеспечивает электромагнитную безопасность СВЧ-установки непрерывно-поточного действия без экранирующего корпуса.
II. Двухрезонаторная СВЧ-установка (рис. 3) выполнена в виде объединенных конического 1 и тороидального (6, 7) резонаторов с общим перфорированным неферромагнитным основанием 4. Вершина конического резонатора усечена на уровне диаметра, не превышающего четверти длины волны для загрузки замороженных брикетов молозива. По три магнетрона со сдвигом на 120 градусов по периметру расположены на поверхностях каждого резонатора. Три излучателя от магнетронов 2 направлены в конический резонатор над перфорированным неферромагнитным основанием и три излучателя от магнетронов 5 расположены под основанием. Тороидальный резонатор представлен конденсаторной частью 6, отделенной перфорированным диэлектрическим кольцевым основанием 7 от кольцевой части 9 резонатора. Средний периметр кольцевой части резонатора кратен половине длины волны. Кольцевая часть резонатора представлена как соосно расположенные неферромагнитные цилиндры с общим неферромагнитным нижним основанием 11. На нижнем основании внутреннего неферромагнитного цилиндра установлен шаровой кран 12, верхнее его основание 8 выполнено из неферромагнитного материала, а нижняя часть его боковой поверхности 10 перфорирована. Датчик температуры 13 установлен внутри данного цилиндра. Над перфорированным основанием конического резонатора расположен перемешивающий диэлектрический механизм 3 с электроприводом. Над усеченной вершиной конического резонатора установлена приемная емкость 15 с заслонкой.
Технологический процесс размораживания и разогрева коровьего молозива происходит следующим образом. Загрузить брикеты замороженного коровьего молозива толщиной не более 3-4 см (т. е. не превышающей две глубины проникновения волны длиной 12,24 см) в приемную емкость 14, предварительно закрыв заслонку и шаровой кран 12. Включить электропривод диэлектрического перемешивающего механизма 3. Открыть заслонку, при
наличии брикетов молозива в коническом резонаторе включить генераторы 2.
Рис. 3. СВЧ-установка для размораживания
и разогрева коровьего молозива: 1 - конический резонатор; 2 - магнетроны на коническом резонаторе; 3 - диэлектрический перемешивающий механизм; 4 - перфорированное основание конического резонатора; 5 - магнетроны на поверхности конденсаторной части; 6 - конденсаторная часть тороидального резонатора; 7 - диэлектрическое перфорированное основание; 8 - неферромагнитное основание внутреннего цилиндра; 9 - кольцевая часть тороидального резонатора; 10 - перфорированная нижняя часть боковой стенки внутреннего цилиндра; 11 - неферромагнитное основание; 12 - шаровой кран; 13 - датчик температуры;
14 - приемная емкость Fig. 3. Microwave installation for defrosting and heating cow colostrum: 1 - conical resonator; 2 - magnetrons on the conical resonator; 3 - dielectric mixing mechanism with; 4 - perforated base of the conical resonator; 5 - magnetrons on the surface of the condenser part; 6 - condenser part of the toroidal resonator; 7 - dielectric perforated base; 8 - non-ferromagnetic base of the inner cylinder; 9 - ring part of the toroidal resonator; 10 - perforated
lower part of the side wall of the inner cylinder; 11 - non-ferromagnetic base common; 12 - ball valve; 13 - temperature sensor; 14 - receiving tank Источник: разработано авторами
Под воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) происходит размораживание коровьего молозива, жидкая фракция
в процессе перемешивания 3 стекает через отверстия перфорированного неферромагнитного основания. Далее следует включить генераторы 5, излучатели которых направлены в конденсаторную часть 6 тороидального резонатора, где создается высокая напряженность электрического поля. Сырье разогревается, находясь на перфорированном диэлектрическом основании 7, диаметр отверстий перфорации которого меньше, чем на неферромагнитном основании конического резонатора. Это связано с высокой жирностью молозива, текучесть которого с увеличением температуры возрастает. Разогретое молозиво стекает в кольцевое пространство 9 (7, 11), откуда через отверстия перфорации на нижней части боковой поверхности 10 попадает во внутренний цилиндр. Полученный продукт можно слить, открыв шаровой кран 12. Во внутреннем цилиндре 8, 11, где отсутствует ЭМПСВЧ, установлен датчик температуры 13, позволяющий управлять процессом слива продукта с помощью шарового крана. Электромагнитная безопасность обслуживающего персонала соблюдается за счет отсечения вершины конического резонатора на уровне критического сечения (запредельного объема) [12; 13]. С учетом такой конструкции отпадает надобность в экранировании корпуса.
III. Радиогерметичная многорезонаторная СВЧ-установка для размораживания и разогрева молозива животных (рис. 4) выполнена объединением конических вертикально расположенных резонаторов 2 и 5. Основной резонатор 2 расположен вершиной вверх, а у дополнительных резонаторов 5 вершины направлены вниз. Периметры оснований основного и дополнительных резонаторов кратны половине длины волны. Вершина основного конического резонатора усечена и состыкована с приемной емкостью 1, которая содержит заслонку. По периметру его нижнего основания со сдвигом на 120 градусов установлены магнетроны 10 с воздушным охлаждением, подключенные к СВЧ-генераторам.
Над основанием основного конического резонатора расположен диэлектрический перемешивающий механизм 9 с электроприводом. Дополнительные конические резонаторы 5 расположены вершинами, направленными вниз. В запредельных объемах (ниже критического сечения) каждого дополнительного резонатора установлены датчики температуры 8, а в области вершин размещены шаровые краны 7 с электроприводами.
Высота всех резонаторов кратна половине длины волны. При этом части боковой поверхности основного конического резонатора 2 со сдвигом на 120о перфорированы и углублены внутрь соответ-
ствующих дополнительных конических резонаторов. Перфорированные поверхности 3 достигают до площади основания основного конического резонатора. По периметрам оснований дополнительных конических резонаторов установлены магнетроны 4 со сдвигом на 120 градусов.
Рис. 4. Радиогерметичная многорезонаторная установка непрерывно-поточного действия для размораживания и разогрева молозива животных: 1 - приемная емкость; 2 - основной
конический резонатор с перфорированными частями 3 боковой поверхности; 4 - магнетроны
по периметрам оснований дополнительных конических резонаторов 5; 6 - диэлектрические перемешивающие устройства с электроприводами; 7 - шаровые краны с электроприводами; датчики
температуры 8; 9 - диэлектрический перемешивающий механизм с электроприводом; 10 - магнетроны по периметру основания основного
конического резонатора Fig. 4. Radio-hermetic multi-resonator continuous-flow unit for thawing and heating colostrum of animals: 1 - receiving tank; 2 - main conical resonator with perforated parts 3 of the side surface; 4 - magnetrons along the perimeters of the bases of additional conical resonators 5; 6 - dielectric mixing devices with electric drives; 7 - ball valves with electric drives; temperature sensors 8; 9 - dielectric mixing mechanism with electric drive; 10 - magnetrons along the perimeter of the base of the main conical resonator Источник: разработано авторами
Внутри каждого дополнительного резонатора в области вершины расположены диэлектрические перемешивающие устройства 6 с электроприводом. Вершина основного конического резонатора 2 усечена на уровне критического сечения, а его нижнее основание расположено выше критических сечений вершин дополнительных конических резонаторов (выше запредельных объемов каждого дополнительного резонатора 5).
Известно, что в конической части резонатора с размерами, согласованными с длиной волны, возникает условие отсечки для высших типов колебаний [10; 11]. Вследствие этого создаются условия для возникновения резонансных колебаний за счет переотражений электромагнитных волн от критического сечения. Появляется запредельный объем. Конический профиль резонаторов обеспечивает снятие вырождения между колебаниями Н01р и Е11р [9]. При этом критическое сечение располагается на значительном расстоянии от вершины резонатора 2, что позволяет создавать отверстия для введения сырья, практически не нарушая в нем структуру электромагнитного поля. Отверстие на уровне критического сечения конического резонатора 2 позволяет загружать куски замороженного сырья с соблюдением электромагнитной безопасности, т. е. при обеспечении радиогерметичности установки.
Технологический процесс размораживания и разогрева молозива животных воздействием ЭМПСВЧ происходит следующим образом. Загрузить замороженное сырье размером 3-4 см (две глубины проникновения волны длиной 12,24 см) в приемную емкость 10, предварительно закрыв заслонку и шаровые краны 6. Включить электропривод диэлектрического перемешивающего механизма 9, после открыть заслонку, включить соответствующие генераторы и вентиляторы для охлаждения магнетронов 4. Под воздействием ЭМПСВЧ на замороженное сырье происходит размораживание молозива животных. Жидкое молозиво в процессе вращения диэлектрического перемешивающего механизма 9 с достаточно большими оборотами сбрасывается к боковой поверхности основного конического резонатора 2 и через отверстия перфорированных частей 3 боковой поверхности основного резонатора попадает в дополнительные резонаторы 5. Далее включить генераторы 4 для возбуждения ЭМПСВЧ в дополнительных конических резонаторах 5 и включить электропривод диэлектрических перемешивающих устройств 6. Жидкое молозиво накапливается в дополнительных конических резонаторах до уровня основания
основного конического резонатора. Это основание выше критических сечений дополнительных резонаторов 5. Молозиво здесь нагревается до температуры 38-40оС.
При этом в запредельных объемах дополнительных конических резонаторов 5 ЭМПСВЧ отсутствует, поэтому следует перемешивать жидкое молозиво с помощью диэлектрических устройств 6. Это позволит поддержать температуру молозива во всем объеме на уровне 38-40 оС. Датчики температуры 8 находятся в запредельном объеме, где отсутствует электромагнитное поле, т. е. отсутствует влияние на стабильность регистрации температуры сырья. Электроприводы шаровых кранов, установленные в вершины дополнительных резонаторов, управляются сигналами от датчиков температуры и открывают шаровые краны 7 на определенный зазор. Установка радиогерметичная, так как имеет запредельные объемы. Система связанных нескольких конических резонаторов обладает определенными практическими преимуществами, обусловливающими перспективы их применения в технологических процессах подготовки замороженного молозива для выпойки молодняка животных. Особенности конических резонаторов - это достаточно высокая собственная добротность, наличие запредельных объемов, облегчающих подачу замороженного сырья в резонатор и слив готового молозива в непрерывном режиме из резонаторов, соблюдение радиогерметичности без специального экранирующего корпуса. В каждом резонаторе регулируется доза воздействия ЭМПСВЧ с учетом противоположного характера изменения диэлектрических параметров замороженного и жидкого молозива в зависимости от температуры.
IV. СВЧ-установка с квазистационарными тороидальными резонаторами непрерывно-поточного действия позволяет разделить процессы размораживания и разогрева молозива, обеспечивая электромагнитную безопасность и высокую напряженность электрического поля для снижения общего микробного числа при низкой температуре сырья [17; 18]. Характерным признаком квазистационарных тороидальных резонаторов является весьма четко выраженное пространственное разделение электрического и магнитного полей у колебания с наименьшей резонансной частотой, т. е. энергия электрического и магнитного полей концентрируется преимущественно в различных частях объема резонатора - в тороидальной и конденсаторной частях [14; 15; 16]. Основываясь на этом признаке, разработана установка с двумя квазистационарными тороидальными резонаторами для размораживания
и разогрева молозива воздействием ЭМПСВЧ разной дозой, при отрицательном или положительном диапазоне температур. СВЧ-установка (рис. 5) собрана из двух вертикально расположенных квазистационарных тороидальных резонаторов 4, 5. Причем верхний 4 и нижний 5 резонаторы имеют общее перфорированное основание 11, поэтому нижний резонатор направлен тороидальной частью вниз, т. е. два резонатора состыкованы с конденсаторными частями 7, 12.
В центральную часть верхнего резонатора установлен нагнетательный шнек 2 измельчающего механизма. Нож с решеткой 3 выполняют функцию малого основания конденсаторной части 12 верхнего квазистационарного тороидального резонатора. В конденсаторную часть 7 нижнего резонатора установлена диэлектрическая тарелка 8 без дна. Дном диэлектрической тарелки служит малое перфорированное основание конденсаторной части 7 нижнего резонатора. К центральной части нижнего резонатора 5 пристыкован шаровой кран 6. Магнетроны 9, 10 с воздушным охлаждением со сдвигом на 120° установлены на поверхностях резонаторов 4,5 в области конденсаторных частей 7, 12. Размеры резонаторов согласованы с длиной волны. Причем средний периметр кольцевого объема тороидальной части резонаторов кратен половине длине волны. Технологический процесс размораживания и разогрева молозива животных в СВЧ-установке непрерывно-поточного действия с квазистационарными тороидальными резонаторами происходит следующим образом. Загрузить замороженное сырье в приемную емкость 10, предварительно закрыв шаровой кран 6.
Включить электропривод мясорубки (1, 2, 3) и диэлектрического перемешивающего механизма 13. Замороженное сырье с помощью мясорубки измельчается и попадает в конденсаторную часть 12 верхнего квазистационарного тороидального резонатора 4. Далее включить генераторы 10, после чего в квазистационарном тороидальном резонаторе 4 возбуждается электромагнитное поле сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ). Под воздействием ЭМПСВЧ замороженное сырье размораживается, и жидкая фракция через перфорированное основание 11 стекает в конденсаторную часть 7 нижнего резонатора 5, накапливается в диэлектрической тарелке 8. Далее следует включить генераторы 9, после чего под воздействием ЭМПСВЧ жидкое сырье разогревается. Разогретое молозиво животных до 40 оС стекает через перфорированное малое основание конденсаторной части нижнего резонатора 5 в центральную часть, откуда сливается через шаровой кран 6.
Рис. 5. СВЧ-установка с тороидальными резонаторами: 1 - загрузочное устройство; 2 - нагнетательный шнек; 3 - нож с решеткой; 4 - верхний резонатор; 5 - нижний резонатор; 6 - шаровой кран; 7 - конденсаторная часть нижнего резонатора; 8 - диэлектрическая тарелка
без дна; 9 - магнетроны на нижнем резонаторе; 10 - магнетроны на верхнем резонаторе; 11 - общее перфорированное основание резонаторов; 12 - конденсаторная часть верхнего резонатора; 13 — диэлектрический перемешивающий механизм Fig. 5. Microwave installation with toroidal resonators: 1 - loading device; 2 - injection screw; 3 - knife with grating; 4 - upper resonator; 5 - lower resonator; 6 - ball valve; 7 - condenser part of the lower resonator; 8 - dielectric plate without bottom;
9 - magnetrons on the lower resonator;
10 - magnetrons on the upper resonator;
11 - common perforated base of resonators;
12 - condenser part of the upper resonator;
13 - dielectric mixing mechanism Источник: разработано авторами
Разработанные в научной школе СВЧ-установки для размораживания и разогрева молозива животных приведены в табл. 3. В таблице 4 анализированы оценочные параметры этих установок.
Проведена оценка соответствия каждого резонатора (таб. 3) оптимальным критериям путем
расчета наименьших отклонений. С учетом полученных значений собственной добротности (1), напряженности ЭП (2), общего микробного числа (3), мощности потока излучений (4), сохранности кормовой ценности (5) для каждого резонатора (12 шт.) составлена таблица 4 и проведен расчет отклонения величин от среднего значения по всей совокупности критериев (табл. 4).
Для абсолютной количественной оценки различий между 12 СВЧ-установками значениями признаков в изучаемой совокупности использовали оценку отклонений фактических значений от среднего уровня. Чем больше различия между вариантами признака, тем больше и их отклонения от среднего уровня [20]. Существует два основных подхода к усреднению отклонений фактических значений от среднего значения: 1) используют абсолютные значения отклонений и в результате получают показатель, называемый среднее линейное отклонение; 2) отклонение возводят в квадрат и получают среднее квадратичное отклонение. Мы проводили статистический анализ показателей вариации, т. е. показателей, характеризующих отклонения от среднего уровня (среднее линейное отклонение). Величину, характеризующую отклонения, рассчитывали по формуле [19]:
К =
Е|(5 - 5) /;
5
(1)
где - среднее значение по интервалам, соответствующего критерия; ху - значение критерия.
Оценка отклонения от среднего значения интервалов варьирования критериев для каждого резонатора показывает, что из 12 нетрадиционных резонаторов наименьшее отклонение (0,302, 0,753, 0,21) от среднего значения по пяти критериям имеют: СВЧ-установка с двумя коническими резонаторами (№ 9); СВЧ-установка с квазистационарными тороидальными резонаторами (№ 10) и установка с коническим резонатором, состыкованным с квазистационарным тороидальным резонатором (№ 11) соответственно. Анализируем 3 установки (№ 9, № 10, № 11), позволяющие сохранить кормовую ценность коровьего молозива (рис. 6).
Таблица 3. Разработанные СВЧ-установки для размораживания молозива животных Table 3. Developed microwave installations for defrosting colostrum of animals
СВЧ-установки для термообработки молозива животных, номера патентов / Microwave installations for heat treatment of animal colostrum, patent numbers
Установки периодического действия/ Batch plants
1
2
1. Установка периодического действия с квазистационарным тороидальным резонатором, № 2694944 / Installation of periodic action with quasi-stationary toroidal resonator, No. 2694944
2. Многомодульная установка периодического действия с цилиндрическими резонаторами, № 2730060 / Multimodal installation of periodic action with cylindrical resonators, No. 2730060
Установки непрерывно-поточного действия / Continuous flow installations
3. Установка с призматическими резонаторами, заявка № 2020108150 / Installation with prismatic resonators, application No. 2020108150
4. Установка с биконическим резонатором, № 2721484 / Installation of a biconical resonator, No. 2721484
5. Установка с соосно расположенными сферическим и цилиндрическим резонаторами, № 2734593 / Installation with coaxially located spherical and cylindrical resonators, No. 2734593
6. Установка со сферическими резонаторами, № 20108141 / Installation with spherical resonators, No.20108141
6. Установка с нетрадиционными резонаторами, № 2732722 / Installation with unconventional resonators, No. 2732722
7. Установка с кольцевым резонатором, № 2734618 / Installation with a ring resonator, No. 2734618
Окончание таблицы 3 / End of table 3
1
2
8. Установка с двумя коническими резонаторами, № 2020131230 / Installation with two conical resonators, No.2020131230
9. Установка с квазистационарными тороидальными резонаторами, / Installation with quasi-stationary toroidal resonators,
11. Установка с коническим резонатором, состыкованным с квазистационарным тороидальным резонатором, № заявки 2020141711 / Installation with a conical resonator coupled with a quasi-stationary toroidal resonator, application No. 2020141711
12. Установка с четырьмя коническими резонаторами, № заявки 2020141715 / Installation with four conical resonators, application No. 2020141715
Источник: составлено авторами
Таблица 4. Анализ оценочных параметров разработанных СВЧ-установок Table 4. Analysis of the estimated parameters of the developed microwave installations
Номер установки из табл. 3 / Installation number from table 3
Критерии оценки разработанных установок/ Evaluation criteria for the developed installations
Собственная добротность резонаторов, 103 / Intrinsic quality factor resonators, 103
Напряженность ЭП в каждом резонаторе, кВ/см / EF intensity in each resonator, kV/cm
Общее микробное число,
106 КОЕ/г/ Total microbial count, 106 CFU/g
Мощность потока излучений установкой, мкВт/с м2 Radiation flux power of the installation, ^W/cm2
Сохранность кормовой ценности молозива, отн. ед./ Safety colostrum nutritional value, rel. units
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
1
6
5
5/5
6 10/5 10/10
2 1.2
0,2 0,2/0,6 0,6 0,2/0,6 0,4/0,4
3 0,2 0,8 0,8 0,5 0,8 0,7
4 0,1 0,01 0,05 0,01 0,1 0,1
5 0,6 0,6 0,8 0,7 0,9 0,7
Окончание таблицы 4 / End of table 4
1 2 3 4 5 6
7 5/5 0,7/0,7 0,5 0,1 0,9
8 4 0,6 0,5 0,1 0,7
9 6/6 0,6/0,6 0,5 0,01 1,0
10 8/8 2,5/2,5 0,2 0,01 1,0
11 7/7 0,8/2,5 0,4 0,01 1,0
12 6/6 0,8/0,6 0,55 0,01 0,95
Среднее
значение / 6,5 0,875 0,538 0,051 0,804
Mean
Источник: составлено авторами с использованием данных 6
1 (Q-104)
Рис. 6. Оценка резонаторов по критериям проектирования: 1 ряд - собственная добротность (х 104); 2 ряд — напряженность ЭП, кВ/см; 3 ряд - общее микробное число, КОЕ/г; 4 ряд - мощность потока излучений, мВт/см2; 5 ряд - сохранность кормовой ценности молозива, отн. ед.; 6 ряд - отклонение от среднего значения; лучи соответствуют номерам СВЧ-установок: № 9, № 10, № 11 Fig. 6. Evaluation of resonators according to the design criteria: 1 row - Q-factor (х 104); 2 row - electric field strength, kV / cm; 3 row - total microbial number, CFU/g; 4 row - radiation flux power, mw / cm2; 5 row - preservation of the feed value of colostrum, rel. units; 6 row - deviation from the average value; rays correspond to the numbers of microwave installations: No. 9, No. 10, No. 11 Источник: разработано авторами
Заключение
За счет усечения вершин конических резонаторов на уровне запредельных объемов или загрузки замороженного сырья через центральную часть квазистационарного тороидального резонатора можно обеспечить непрерывно-поточный режим работы СВЧ-установки.
За счет интерференции волн и использования тороидального резонатора можно обеспечить в кон-
денсаторной части высокую напряженность электрического поля, достаточную для снижения общего микробного числа ниже допустимого уровня 500 тыс. КОЕ/г при температуре нагрева молозива до 40 оС.
За счет общего перфорированного основания между резонаторами можно разделить замороженное сырье от жидкого молозива и воздействовать на них ЭМПСВЧ разной дозой, регулируя мощностью
магнетронов, излучатели которых направлены в соответствующие резонаторы.
Исследования показывают, что эффективные режимы дефростации и подогрева коровьего молозива в ЭМПСВЧ следующие: продолжительность воздействия ЭМПСВЧ 25 мин.; мощность СВЧ-генераторов 4,5 кВт; производительность установ-
ки 30-40 кг/ч; энергетические затраты на технологический процесс 0,13-0,15 кВт-ч/кг. Обоснованы эффективные электродинамические параметры установок: напряженность электрического поля 1,2-2,5 кВ/см, собственная добротность резонатора 7000-8000, мощность потока излучений 0,01 мкВт/см2.
1 Заморозка и разморозка молозива [Электронный ресурс]. Режим доступа: bizart.com.ua>ru/zamorozka-i-razmorozka-moloziva-2 (дата обращения 07.01.2021).
2 Изменение состава молозива после отела [Электронный ресурс]. Режим доступа: slideserve.com (дата обращения 04.01.2021).
3 Заморозка и разморозка молозива [Электронный ресурс]. Режим доступа: bizart.com.ua>ru/zamorozka-i-razmorozka-moloziva-2 (дата обращения 07.01.2021).
4 Изменение состава молозива после отела [Электронный ресурс]. Режим доступа: slideserve.com (дата обращения 04.01.2021).
5 Коровье молозиво [Электронный ресурс]. Режим доступа: sad24.ru>zhivotnye/chto-takoe-korove-molozivo.html. (дата обращения 17.12.2020).
6 Показатели отклонения от среднего. Среднее линейное отклонение [Электронный ресурс]. Режим доступа: edu.tltsu.ru>sites/sites_content/site216/html/.. .(дата обращения 06.01.2021).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Йулчиев А. Б., Норматов А. М. СВЧ-установка для влаготепловой обработки хлопковой мятки // Universum: технические науки. 2020. № 7-2 (76). С. 51-57.
2. Федоров А. В. Установки СВЧ диэлектрического нагрева с перестраиваемой частотой // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2017. № 4 (56). С. 106-113.
3. Кисмерешкин В. П., Лобова Г. Н., Косточкина Н. А. Установка для концентрированного равномерного нагрева объектов СВЧ излучением // Омский научный вестник. 2012. № 1 (107). С. 302-305.
4. Гришина Е. М. Расчет установки для СВЧ обработки материалов с различными диэлектрическими свойствами // Вестник Саратовского государственного технического университета. Т. 2. № 2с (66). 2012. С. 54-58.
5. Гришина Е. М., Архангельский Ю. С. Многокритериальная технико-экономическая оптимизация в СВЧ электротермии // Вестник Саратовского государственного технического университета. Т. 1. № 1 (69). 2013. С.21-27.
6. Рогов И. А. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов. М. : Легкая и пищевая промышленность, 1981. 288 с.
7. Лукина О. В., Лукина Д. В. Оценка качества теста, размороженного при помощи СВЧ-установки, и выпеченных хлебобулочных изделий // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. 2013. № 4-2 (80). С. 111-115.
8. Лукина О. В. Экономическая эффективность применения сверхвысокочастотной установки для термообработки замороженных тестовых заготовок в сельских хлебопекарнях // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. 2013. № 2 (78). С. 84-86.
9. Бекренев Н. В., Злобина И. В., Коломейцев В. А. Особенности воздействия СВЧ-излучения на органические материалы и их композиции при термической обработке // Вестник Саратовского государственного технического университета. Т. 4. № 1 (77). 2014, С. 117-121.
10. Злобина И. В., Коломейцев В. А., Кошуро В. А., Бекренев Н. В. Исследование влияния СВЧ-излучения на структуру мясных кулинарных рубленых изделий с добавлением муки нута // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2014. Т. 2. № 1. С. 142-148.
11. Игнатенко Т. В., Дёмина Н. Ф. Оценка эффективности и безопасности работы микроволновой установки для сушки зерна АСТ // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. № 10. 2013. С.28-30.
12. Тараканов Д. А., Тихонов А. А., Белова М. В., Михайлова О. В. СВЧ установка непрерывного действия для размораживания и разогрева коровьего молозива // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. Оренбург : ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ. 2020. № 1(81). С. 108-113.
13. Мангушев М. Р., Белова М. В., Михайлова О. В., Тихонов А. А. Эффективные режимы размораживания коровьего молозива в СВЧ установке с биконическим резонатором (статья, электронная версия) // Меридиан. 2019. № 11 (29). С. 213-215.
14. Крайнов Ю. Е., Михайлова О. В., Кириллов Н. К. Анализ рабочих камер, обеспечивающих термообработку и гранулирование отходов сельскохозяйственного сырья // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2018. № 2 (42). С. 6-12.
15. Рущиц А. А., Щербакова Е. И. Применение СВЧ-нагрева в пищевой промышленности и общественном питании // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. Т. 2. № 1. 2014. С. 9-15.
16. Королев А. А., Тюрина С. Б., Тришканева М. В. Анализ применения микроволнового излучения в технологиях стерилизации растительного сырья // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». 2019. № 3. С. 81-91.
17. Дробахин О. О., Салтыков Д. Ю. Исследование возможности применения связанных биконических резонаторов для определения параметров диэлектрических материалов // Прикладная радиоэлектроника. 2014. Т. 13. № 1. С. 63-69.
18. Диденко А. Н. СВЧ-энергетика: Теория и практика. М. : Наука, 2003. 446 с.
19. Баскаков С. И. Электродинамика и распространения волн. М. : Наука, 1992. 208 с.
20. Стрекалов А. В., Стрекалов Ю. А. Электромагнитные поля и волны. М. : РИОР: ИНФРА-М, 2014.
375 с.
Дата поступления статьи в редакцию 21.12.2020, принята к публикации 18.01.2021.
Информация об авторах: ПРОСВИРЯКОВА МАРЬЯНА ВАЛЕНТИНОВНА,
доктор технических наук, профессор кафедры «Электрификация и автоматизация»
Адрес: Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, 606340, Россия,
Нижегородская область, г. Княгинино, ул. Октябрьская, 22а
E-mail: [email protected]
Spin-код 5642-4560
СТОРЧЕВОЙ ВЛАДИМИР ФЕДОРОВИЧ
доктор технических наук, профессор,
Адрес: ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрный университет - Московская сельскохозяйственная академия имени К. А. Тимирязева», 127550, Москва, ул. Тимирязевская, д. 49 E-mail: [email protected] Spin-код: 3546-7363
НОВИКОВА ГАЛИНА ВЛАДИМИРОВНА,
доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник
Адрес: Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, 606340, Россия,
Нижегородская область, г. Княгинино, ул. Октябрьская, 22а
E-mail: [email protected]
Spin-код 3317-5336
ЕРШОВА ИРИНА ГЕОРГИЕВНА,
кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории
электрофизического воздействия на сельскохозяйственные объекты и материалы
Адрес: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный
агроинженерный центр ВИМ» (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ), 109428, РФ, г. Москва, 1-й Институтский проезд, дом 5
E-mail: [email protected]
Spin-код: 5832-2508
Заявленный вклад соавторов: Просвирякова Марьяна Валентиновна: поиск аналитических материалов в отечественных и зарубежных источниках, анализ полученных результатов, компьютерные работы.
Сторчевой Владимир Федорович: обозначение методологической основы исследования, разработка концептуальных подходов исследования.
Новикова Галина Владимировна: постановка научной проблемы статьи и определение основных направлений ее решения, написание основной части текста.
Ершова Ирина Георгиевна: подготовка текста статьи, проведение анализа и подготовка первоначальных выводов.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
REFERENCES
1. Julchiev A. B., Normatov A. M. SVCH-ustanovka dlya vlagoteplovoj obrabotki hlopkovoj myatki [Microwave unit for moisture-heat treatment of cotton seed], Universum: tekhnicheskie nauki [Universum: technical sciences], 2020, No. 7-2 (76), pp. 51-57.
2. Fedorov A. V. Ustanovki SVCH dielektricheskogo nagreva s perestraivaemoj chastotoj [Installations of microwave dielectric heating with tunable frequency], Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universi-teta. Seriya: Tekhnicheskie nauki [Bulletin of the Samara State Technical University. Series: Engineering], 2017, No. 4 (56), pp. 106-113.
3. Kismereshkin V. P., Lobova G. N., Kostochkina N. A. Ustanovka dlya koncentrirovannogo ravnomernogo nagreva ob"ektov SVCH izlucheniem [Installation for concentrated uniform heating of objects by microwave radiation], Omskij nauchnyj vestnik [Omsk Scientific Bulletin], 2012, No. 1 (107), pp. 302-305.
4. Grishina E. M. Raschet ustanovki dlya SVCH obrabotki materialov s razlichnymi dielektricheskimi svojst-vami [Calculation of the installation for microwave processing of materials with different dielectric properties], Vestnik Saratovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Saratov State Technical University], Vol. 2, No. 2s (66), 2012, pp. 54-58.
5. Grishina E. M., Arhangel'skij Yu. S. Mnogokriterial'naya tekhniko-ekonomicheskaya optimizaciya v SVCH elektrotermii [Multicriteria technical and economic optimization in microwave electrothermy], Vestnik Saratovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Saratov State Technical University], Vol. 1, No. 1 (69), 2013, pp.21-27.
6. Rogov I. A. Elektrofizicheskie, opticheskie i akusticheskie harakteristiki pishchevyh produktov [Electro-physical, optical and acoustic characteristics of food products], Moscow: Legkaya i pishchevaya promyshlennost', 1981.288 p.
7. Lukina O. V., Lukina D. V. Ocenka kachestva testa, razmorozhennogo pri pomoshchi SVCH-ustanovki, i vypechennyh hlebobulochnyh izdelij [Evaluation of the quality of the dough thawed using a microwave installation and baked bakery products], Vestnik Chuvashskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta im. I. Ya. YA-kovleva [Bulletin of the Chuvash State Pedagogical University named after I. Ya. Yakovleva], 2013, No. 4-2 (80), pp.111-115.
8. Lukina O. V. Ekonomicheskaya effektivnost' primeneniya sverhvysokochastotnoj ustanovki dlya termoobrabotki zamorozhennyh testovyh zagotovok v sel'skih hlebopekarnyah [Economic efficiency of the use of a microwave unit for heat treatment of frozen dough pieces in rural bakeries.], Vestnik Chuvashskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta im. I. Ya. Yakovleva [Bulletin of the Chuvash State Pedagogical University named after I. Ya. Yakovleva], 2013, No. 2 (78), pp. 84-86.
9. Bekrenev N. V., Zlobina I. V., Kolomejcev V. A. Osobennosti vozdejstviya SVCH-izlucheniya na organich-eskie materialy i ih kompozicii pri termicheskoj obrabotke [Features of the effect of microwave radiation on organic materials and their compositions during heat treatment], Vestnik Saratovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Saratov State Technical University], Vol. 4. No. 1 (77). 2014, pp. 117-121.
10. Zlobina I. V., Kolomejcev V. A., Koshuro V. A., Bekrenev N. V. Issledovanie vliyaniya SVCH-izlucheniya na strukturu myasnyh kulinarnyh rublenyh izdelij s dobavleniem muki nuta [Study of the effect of microwave radiation on the structure of minced meat culinary products with the addition of chickpea flour], Vestnik Saratovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Saratov State Technical University], 2014, Vol. 2, No. 1, pp. 142-148.
11. Ignatenko T. V., Dyomina N. F. Ocenka effektivnosti i bezopasnosti raboty mikrovolnovoj ustanovki dlya sushki zerna AST [Evaluation of the efficiency and safety of the microwave grain drying unit AST], Vestnik Krasno-yarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of the Krasnoyarsk State Agrarian University], No. 10, 2013, pp.28-30.
12. Tarakanov D. A., Tihonov A. A., Belova M. V., Mihajlova O. V. SVCH ustanovka nepreryvnogo dejstviya dlya razmorazhivaniya i razogreva korov'ego moloziva [Microwave installation of continuous action for defrosting and warming up cow colostrum], Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of the Orenburg State Agrarian University], Orenburg : FGBOU VO Orenburgskij GAU, 2020, No. 1 (81), pp. 108-113.
13. Mangushev M. R. Belova M. V., Mihajlova O. V., Tihonov A. A. Effektivnye rezhimy razmorazhivaniya korov'ego moloziva v SVCH ustanovke s bikonicheskim rezonatorom (stat'ya, elektronnaya versiya) [Effective modes of defrosting cow colostrum in a microwave installation with a biconical resonator (article, electronic version)], Meridian, 2019, No. 11 (29), pp. 213-215.
14. Krajnov Yu. E., Mihajlova O. V., Kirillov N. K. Analiz rabochih kamer, obespechivayushchih termoobrabotku i granulirovanie othodov sel'skohozyajstvennogo syr'ya [Analysis of working chambers providing heat treatment and granulation of agricultural raw materials waste], Vestnik Ul'yanovskoj gosudarstvennoj sel'sko-hozyajstvennoj akademii [Bulletin of the Ulyanovsk State Agricultural Academy], 2018, No. 2 (42), pp. 6-12.
15. Rushchic A. A., Shcherbakova E. I. Primenenie SVCH-nagreva v pishchevoj promyshlennosti i ob-shchestvennom pitanii [Application of microwave heating in the food industry and public catering], Vestnik Yuzhno-Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Pishchevye i biotekhnologii [Bulletin of the South Ural State University. Series: Food and Biotechnology], Vol. 2, No. 1, 2014, pp. 9-15.
16. Korolev A. A., Tyurina S. B., Trishkaneva M. V. Analiz primeneniya mikrovolnovogo izlucheniya v tekhnologiyah sterilizacii rastitel'nogo syr'ya [Analysis of the use of microwave radiation in sterilization technologies for plant materials], Nauchnyj zhurnal NIUITMO. Seriya «Processy i apparaty pishchevyh proizvodstv» [Scientific journal NRU ITMO. Series «Processes and Apparatus for Food Production»], 2019, No. 3, pp. 81-91.
17. Drobahin O. O., Saltykov D. Yu. Issledovanie vozmozhnosti primeneniya svyazannyh bikonicheskih re-zonatorov dlya opredeleniya parametrov dielektricheskih materialov [Investigation of the possibility of using coupled biconical resonators to determine the parameters of dielectric materials], Prikladnaya radioelektronika [Applied Radi-oelectronics], 2014, Vol. 13, No. 1, pp. 63-69.
18. Didenko A. N. SVCH-energetika: Teoriya i praktika [Microwave Energy: Theory and Practice], Moscow: Nauka, 2003. 446 p.
19. Baskakov S. I. Elektrodinamika i rasprostraneniya voln [Electrodynamics and wave propagation], Moscow: Nauka, 1992. 208 p.
20. Strekalov A. V., Strekalov Yu. A. Elektromagnitnye polya i volny [Electromagnetic fields and waves], Moscow: RIOR: INFRA-M, 2014, 375 p.
The article was submitted 21.12.2020, accept for publication 18.01.2021.
Information about the author: PROSVIRYAKOVA MARIANA VALENTINOVNA,
Dr. Sci. (Engineering), associate Professor, Professor of the Department «Electrification and automation».
Address: Nizhny Novgorod State Engineering and Economic University, 606340, Russia, Knyaginino,
Oktyabrskaya str., 22a
E-mail: [email protected]
STORCHEVOY VLADIMIR FEDOROVICH,
Dr. Sci. (Engineering), Professor, head of the Department of electric drive and electrical technologies Address: Russian state agrarian University-MSHA named after K. A. Timiryazev, 127550, Moscow, Timiryazev street, 49
E-mail: [email protected] Spin-code: 3546-7363
NOVIKOVA GALINA VLADIMIROVNA,
Dr. Sci. (Engineering), Professor, chief researcher
Address: Nizhny Novgorod State Engineering and Economic University, 606340, Russia, Knyaginino,
Oktyabrskaya str., 22a
E-mail: [email protected]
Spin-code: 3317-5336
ERSHOVA IRINA GEORGIEVNA,
Ph. D. (Engineering), researcher of the laboratory of electrophysical effects on agricultural objects and materials Address: Federal Scientific Agroengineering Center VIM, 109428, Russia, Moscow, 1st Institutsky Proezd, 5 E-mail: [email protected] Spin-code: 5832-2508
Contribution of the authors:
Mariana V. Prosviryakova: search for analytical materials in domestic and foreign sources, analysis of the results obtained, computer work.
Vladimir F. Storchevoy: designation of the methodological basis of the study, development of conceptual approaches to the study.
Galina V. Novikova: setting the scientific problem of the article and determining the main directions of its solution, writing the main part of the text.
Irina G. Ershova: preparation of the text of the article, analysis and preparation of initial conclusions.
All authors have read and approved the final manuscript.
