ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ АЭРОЗОЛЕЙ ПРИ ХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЕ РАСТЕНИЙ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 631.348

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ АЭРОЗОЛЕЙ ПРИ ХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЕ РАСТЕНИЙ

Догода П. А., доктор сельскохозяйственных наук, профессор; Догода А. П., к.т.н, ассистент; Красовский В. В., к.т.н, ассистент; Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского»

Эдектрозаряженные частицы водных растворов в электрическом поле двигаются по силовым линиям, и тогда большая часть распыливаемых аэрозолей оседает на растениях, которые позволяют в зависимости от конкретной обработки уменьшить нормы затрат ядохимикатов, повысить эффективность действия и избежать загрязнения почвы.

Ключевые сова: сельскохозяйственные растения, ядохимикаты, опрыскиватель, форсунка, электрозарядка, силовые линии, напряжение.

JUSTIFICATION PARAMETERS OF ELECTRIC CHARGER FOR PRECIPITATION AEROSOL CHEMICAL PLANT PROTECTION

Dogoda P. A., Doctor of Agricultural Science, Professor;

Dogoda A. P., Candidate of Technical Sciences, Assistant;

Krasovskiy V. V., Candidate of Technical Sciences, Assistant; Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University»

The electro-charge particles of waters' solutions which moves in the electric field on the force lines have a greater degree of lowering down aerosols on plants. It makes possible to decrease the pesticide application quotas, to intensify efficiency, and avoid the soil pollutions.

Keywords: agricultural plants, pesticides, sprayers, nozzles, elektrozaryad-ka, power line voltage.

Введение. Обработка сельскохозяйственных растений пестицидами с помощью электроаэрозолей - новое и самое современное направление в сельскохозяйственном производстве. Как показали многочисленные опыты в хозяйствах Юга Украины и Крыму, так называемое управляемое электроосаждение аэрозолей позволяет сократить общепринятые нормы расхода ядохимикатов в 3-4 раза.

Материал и методы исследований. Создание электроаэрозольной установки. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующую задачу: разработать теоретические основы создания электроаэрозольного оборудования для дальнейшего внедрения в сельскохозяйственное производство.

Результаты и обсуждение. Опрыскивание листьев растений препаратами осуществляется с использованием высоковольтного электрода, находящегося под напряжением. Имеется распылитель с раскрытием потока раствора,

100

нагнетаемого насосом, на 90°. Раскрытие обеспечивается расширителем из диэлектрического материала (некомпозита - пластика) с определенной диэлектрической проницаемостью ^пл. На расширитель (внешняя сторона) надето металлическое кольцо, на которое подается потенциал 17,5 кВ. Кольцо изолировано. Растворитель, выходя под давлением из сопла, проходит в электростатическом поле, образованном конденсатором: кольцо-диэлектрик («+») и земля -листовой покров («земля», «-»). В результате происходящих процессов растворитель осаждается на листьях. Причем прочно, не стекая, лист обработан как с внешней, так и с тыльной стороны. Метод использования высоковольтного электростатического поля в обработке деревьев раствором позволяет существенно снизить потери раствора и повысить эффективность обработки.

Физика процесса. Любой раствор диссоциируется растворителем на ионы отрицательные и положительные. Растворы являются электролитами. Попадая в электрическое поле высоковольтного электрода, в растворе начинаю идти наряду с перемещением диспергированного потока под давлением насоса также и электрические процесы, т.е. движение положительных ионов к земле - листу, отрицательных ионов к кольцу - диэлектрику. При этом нужно учесть, что ионы обоих зарядов подвергаются воздействию двух сил: силе, обеспечиваемой насосом, и силе воздействия электростатического поля электрод - земля на заряд, который несет ион. Поэтому часть отрицательно заряженных ионов (анионов), преодолевая электрическое поле, будут транспортироваться к листу, но закон Кулона не позволит им осесть на листе, и они создадут облако около листа, тем самым мешая прохождению положительно заряженных ионов (катионов) и нейтрализуя их. Эти рассуждения дают возможность оценить эффективный высоковольтный потенциал, который необходимо подать на электрод, при насосе с данной мощностью.

Приведем некоторые оценки и расчеты, позволяющие лучше понять физику процесса и сделать расчеты в каждом конкретном случае.

Поле, созданное заряженным большим зарядом электродом-кольцом по отношению к земле, можно рассматривать как суперпозицию 2-х полей: электрода, на который подан потенциал 17,5 кВ, и бесконечной пластины «земля-лист». Сам электрод заряжен положительно с поверхностной плотностью + о, является эквипотенциальной поверхностью с ф = 17,5 кВ (по отношению к «земле»). Электрод изолирован диэлектриком, который поляризуется, т.е. молекулы разворачиваются так, чтобы отрицательный заряд этих природных диполей располагался ближе к металлу электрода, а положительный заряд был отодвинут от металла и располагался на внутренней стороне диэлектрика расширителя с поверхностной плотностью + о'. Введение диэлектрика ослабляет поле и заставляет силовые линии напряженности поля преломляться.

На достаточно большом расстоянии г > й поле электрода «кольцо-диэлектрик» можно рассматривать как поле точечного заряда с радиально выходящими из кольца силовыми линиями, перпендикулярными поверхности электрода.

101

Бесконечная пластина «земля-лист» заряжена с поверхностной плотностью - о'. Силовые линии поля бесконечной заряженной пластины входят в нее параллельными линиями.

Рисунок 1. Поле точечного заряда

Суммарное поле дважды преломляется: на стыке областей г ~ й и г > й и при г < Я, где г - расстояние от центра кольца до любой точки поля;

Я - расстояние между распылителем (форсункой) и землей - листом. В нашем опыте Я = 7 м.

Введем основные термины и понятия: /'/ - вектор напряженности магнитного поля; Ё - вектор напряженности электрического поля; 11 - вектор магнитной индукции; Л - вектор электрической индукции; ф - потенциал электрического поля.

Сила, действующая на заряд Q со стороны электрического поля:

Напряженность электрического поля точечного заряда направлена ради-ально, силовые линии - линии, составленные так, что в каждой точке линии «касательная - вектор напряженности», входят в отрицательный заряд и выходят из положительного заряда. Значение напряженности равно:

Е =

(2)

где £ - диэлектрическая постоянная среды.

Если одна среда имеет диэлектрическую постоянную £х, другая £2, то наблюдается скачок нормальных составляющих напряженностей поля:

При переходе в среду с диэлектрической проницаемостью £ сила поля Е и число линий, её изображающих, уменьшается в £ раз:

(4)

102

При переходе из среды в среду Ц не испытывает скачок. Вектор магнитной индукции: ^ ^

В анизотропной среде:

где У - намагниченность среды;

ф - потенциал электрического поля.

где grad - градиент потенциала;

Исходная система уравнений Максвелла:

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

Для электростатического поля - 0; ^ = 0: из (9) ^В^!-1 ¡пс(5. т.е. цир-

д1

дt

куляция вектора // по замкнутому контуру равна потоку электричества через поверхность, натянутую на этот контур, а это - ток.

Таким образом, поток диспергированных заряженных частиц раствора в нашем эксперименте вызывает появление магнитного поля, вектор которого циркулирует вдоль линий, охватывающих поток частиц. Так как //, постоянно по контуру, тогда:

где I - ток;

' ё

2тт ■ г 1тт ■ г

Сила, действующая на ион со стороны магнитного поля, -

Н,

г-ЦЩ.

(13)

где - скорость иона.

Эта сила перпендикулярна векторам К и // и направлена к центру потока ионов, т.е. эта сила фокусирует поток ионов.

Из (10) = 0 - т.е. циркуляции вектора нет, силовые линии электроста-

103

тического поля не замкнуты, они могут только входить или выходить из заряженных поверхностей.

Из (11) | = |рс1\'Т - поток вектора электрической индукции через замкнутую поверхность равен заряду, заключенному внутри этой поверхности, т.е. // = с ■ /,' то для точечного заряда:

Из (12) §Впс1Б = 0 - т.е. магнитных зарядов нет, силовые линии магнитного поля всегда замыкаются.

Поле кольца-диэлектрика, заряженного с поверхностной плотностью +о\ можно считать при Я < г < й полем точечного заряда величиной +Бо\ где S -площадь осевого сечения кольца.

а$

Ек=- ,

где г - радиус - вектор.

Поле бесконечно заряженной пластины «земля-лист»:

Е =~а' Е = - ~а'

(15)

m

а

Ж.

<р

cr'-S

сгг

-н---с

4-г

(16)

где R - расстояние между форсункой и листовым покровом. Хорошее распыление в поле происходит для растворов с удельным сопротивлением р = 106 ^ 107 Омсм. Диэлектрическая проницаемость £ = 6 ^ 10; ф(Я = 700 см) = 0(земля).

Первый член можно считать малым при г = 700 см, тогда

сг'700

2-1О#0

= с;

35<т' +a'S <j'r

с =-. (р =--1--

í0 ^ 2^0

35сг'

'1Г

Рассмотрим ситуацию при r ~ d, где d - диаметр кольца. В центре кольца нормальных составляющих не будет, будут только тангенциальные, которые работы не производят, т.к.

А = F • COS ОС, где COS ОС = 0. (17)

Для оценки сил поля кольцо-тор можно представить как плоский заряженный диск с поверхностной плотностью +01 и диаметрами dBH и deHU :

104

Вблизи кольца

Qko:

Е =

+ <7 71

7Т U

'id2 -d2)

у-' внш ывн J

20^0 л

', где ц=10

(18) (19)

(p = -\Edr=--—id2 -d2\r + c

j so^ 1

80£ = 8,85 ■ 1СГ

При r = 0; ф = 17,5 кВ; с = 17,5 кВ. Итак, при r ~ d:

Итак,

<р = ——id2 -d1 )т + 17,5-103

OA £ V внш вн / ?

<р =

л: aid2 -d2)

V внш вн }

г + -

<7 Г

35егг

, при d<r<R

4 20#0 20#0 4

Выводы. Разработанные теоретические основы управляемого осаждения аэрозолей при химической защите растений позволяют создать экспериментальную установку для дальнейшего её внедрения в сельскохозяйственное производство.

Список использованных источников:

1. Моисеев Е. В. Основные электрофизические процессы, происходящие при электростатике / Е. В. Моисеев // Теория авторемонтного производства, -М.: 1977. - 346 с.

2. Губенский В. А. Определение размеров и зарядов отдельных частиц при электростатическом распылива-нии жидких систем / В. А Губенский, Н. А. Фукс // Теория авторемонтного производства, - М.: 1977. - 234 с.

3. Губенский В. А. Факторы, влияющие на траекторию движения заряженных частц и факел распыления / В. А. Губенский, З. Н. Кузьмичева, Т. Е. Егорова // Теория авторемонтного производства, - М.: 1977. - С. 35-48.

References:

1. Moiseev E. V. Basic electrical processes occurring in electrostatics / E. V. Moiseev // Theory of automotive production - M .: 1977. - 346 p.

2. Guben V. A. Determining the size and charge of the individual particles by electrostatic atomization liquid systems / V. A. Guben, N. A. Fuchs // Theory of automotive production - M.: 1977. - 234 p.

3. Gubenskiy V. A. Factors affecting the trajectory of the charged chastts and spray pattern / V. A. Gubenskiy, Z. N. Kuz'-micheva, T. E. Egorov // Theory of automotive production - M .: 1977. - P. 35-48.

105

Сведения об авторах:

Догода Петр Ануфриевич - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, профессор кафедры технических систем в агробизнесе Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», e-mail: petr.dogoda@mail. ru, 295492, п. Аграрное, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского».

Догода Александр Петрович -кандидат технических наук, ассистент кафедры технических систем в агробизнесе Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», e-mail: petr.dogoda@mail.ru, 295492, п. Аграрное, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского».

Красовский Виталий Викторович -кандидат технических наук, ассистент кафедры общетехнических дисциплин Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», e-mail: vitaliy-kiasovskiy@mail.iu, 295492, п. Аграрное, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского».

Information about the authors:

Dogoda Peter Anufrievich - Doctor of Agricultural Sciences, Professor, of the Academy of Life and Environmental Science for scientific work of Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University, e-mail: petr.dogoda@mail.ru, Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University» 295492, Republic of Crimea, Simferopol, Agrarnoe.

Dogoda Alexandr Petrovich - Candidate of Technical Sciences, Assistant of the department of agricultural machinery Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University» e-mail: petr.dogoda @mail.ru, Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernad-sky Crimean Federal University» 295492, Republic of Crimea, Simferopol, Agrarnoe.

Krasovskiy Vitaliy Viktorovich -Candidate of Technical Sciences, Assistant of the department of agricultural machinery Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernad-sky Crimean Federal University» e-mail: vitaliy-krasovskiy@mail.ru, Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University» 295492, Republic of Crimea, Simferopol, Agrarnoe.

106