CC BY
3
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА XXXXXXX
Научная статья УДК 621.
DOI: 10.24412/2227-9407-2024-10-65-75 EDN: SNRZTK
Разработка и обоснование параметров микроволновой сушилки шерсти
Евгений Анатольевич Шамин1в, Павел Николаевич Романов2, Роман Александрович Смирнов3, Ольга Валентиновна Михайлова4
12, 3 4Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино, Россия 1 [email protected]://orcid.org/0000-0003-4522-3745 2pavel. romanov011@gmail. com, https://orcid. org/0000-0002- 7656-8706 3 vadiyus@yandex. ru
[email protected], https://orcid.org/0000-0001-9231-4733
Аннотация
Введение. Овечья шерсть впитывает влагу. При влажности шерсти выше 19 % уменьшается ее прочность, происходит самосогревание, поэтому сушка шерсти при низких эксплуатационных затратах актуальна. В статье описана разработанная радиогерметичная СВЧ-конвективная установка с открытым биконическим диафрагмированным резонатором для сушки шерсти в непрерывном режиме. Приведены расчеты основных параметров конструкции сушилки.
Материалы и методы. Основным элементом установки является диафрагмированный биконический резонатор. Конструктивные расчеты открытого биконического резонатора с размерами, не превышающими семь длин волн и глубину проникновения энергии ЭМПСВЧ в шерсть, обладающей малыми диэлектрическими потерями, определяли по известным формулам и методикам.
Результаты и обсуждение. В разработанной СВЧ-конвективной установке для сушки шерсти в непрерывном режиме рабочей камерой служит открытый биконический диафрагмированный резонатор. Диафрагмы выполнены в виде неферромагнитных перфорированных кольцевых дисков, с равными внутренними диаметрами отверстий, кратными половине длины волны. Разность радиусов центрального кольцевого диска равна половине длины волны. На образующих конусов, по периметру большого основания, расположены магнетроны. Вдоль оси резонатора расположена фторопластовая перфорированная труба, внутри ее проложена рабочая ветвь диэлектрического сеточного электроприводного транспортера. На поверхности образующих в конических частях установлены воздухоотвод и воздуховод с тепловой пушкой. Диафрагмы образуют цепочку связанных резонаторов, т. е. замедляющую систему, которая обеспечивает равномерный нагрев сырья по радиусу трубы. СВЧ-энергия от генераторов разветвляется на две равные части и подается с середины замедляющей системы типа цепочки связанных резонаторов в сторону открытых вершин биконического резонатора. В этом случае происходит более «мягкий» нагрев шерсти, а магнетроны предохраняются от отраженной волны. Заключение. Открытый биконический резонатор, содержащий на внутренней поверхности обечаек цепочку связанных резонаторов в виде неферромагнитных кольцевых перфорированных колец, внутренним диаметром отверстий, кратным половине длины волны, обеспечивает равномерный нагрев шерсти при перемещении через перфорированную фторопластовую трубу. При разности радиусов центральной диафрагмы, равной половине длины волны, происходит деление мощности СВЧ-генераторов от излучателей магнетронов в соответствующие конические части открытого биконического резонатора. Энергетические затраты на сушку шерсти воздействием в ЭМПСВЧ в непрерывном режиме составляют 20-22 кВт-ч/м3, а при напряженности ЭП, равной 1-1,5 кВ/см, происходит обеззараживание.
© Шамин Е. А., Романов П. Н., Смирнов Р. А., Михайлова О. В., 2024
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
Вестник НГИЭИ. 2024. № 10 (161). C. 65-75. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2024. № 10 (161). P. 65-75. ISSN 2227-9407 (Print)
¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if ТРГНМП!nizirs FI РГТШГЛ! рпшрмрмт^^^^^^^^^Ё
lyvMlvMIII^ ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT
xxxxxxxx and power supply of the agro-industrial complex xxxxxxxx_
Ключевые слова: непрерывный режим, ограничение излучений, открытый биконический резонатор, перфорированные диафрагмы, цепочка связанных резонаторов
Для цитирования: Шамин Е. А., Романов П. Н., Смирнов Р. А., Михайлова О. В. Разработка и обоснование параметров микроволновой сушилки шерсти // Вестник НГИЭИ. 2024. № 10 (161). С. 65-75. DOI: 10.24412/2227-9407-2024-10-65-75. EDN: SNRZTK.
Development and justification of parameters of a microwave wool dryer
Evgeny A. Shamin, Pavel N. Romanov2, Roman A. Smirnov3, Olga V. Mikhailova4
12 3 4 Nizhny Novgorod State Engineering and Economics University, Knyaginino, Russia 1 [email protected]://orcid.org/0000-0003-4522-3745 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-7656-8706 3 vadiyus@yandex. ru
[email protected], https://orcid.org/0000-0001-9231-4733
Abstract
Introduction. Sheep's wool absorbs moisture. When the moisture content of wool exceeds 19 %, its strength decreases, self-heating occurs, therefore, drying wool at low operating costs is relevant. The article describes the developed radio-hermetic microwave convective installation with an open biconic diaphragm resonator for drying wool in continuous mode. Calculations of the main parameters of the dryer design are given.
Materials and methods. The main element of the installation is a diaphragm biconic resonator. Constructive calculations of an open biconic resonator with dimensions not exceeding seven wavelengths and the depth of penetration of the EMF energy into wool with low dielectric losses were determined using well-known formulas and techniques. Results and discussion. In the developed microwave convective installation for drying wool in continuous mode, an open biconic diaphragm resonator serves as a working chamber. The diaphragms are made in the form of non-ferromagnetic perforated annular discs, with equal internal hole diameters, multiples of half the wavelength. The difference in the radii of the central annular disk is equal to half the wavelength. Magnetrons are located on the forming cones, along the perimeter of the large base. A fluoroplastic perforated pipe is located along the axis of the resonator, and a working branch of a dielectric grid electric drive conveyor is laid inside it. An air outlet and an air duct with a heat gun are installed on the surface of the generators in the conical parts. The diaphragms form a chain of connected resonators, i.e. a decelerating system that ensures uniform heating of the raw material along the radius of the pipe. The microwave energy from the generators branches into two equal parts and is supplied from the middle of a decelerating system such as a chain of connected resonators, towards the open vertices of the biconic resonator. In this case, a more "gentle" heating of the wool occurs, and the magnetrons are protected from the reflected wave.
Conclusion. An open biconic resonator containing on the inner surface of the shells a chain of connected resonators in the form of non-ferromagnetic annular perforated rings with an inner diameter of holes multiple of half the wavelength ensures uniform heating of the wool when moving through a perforated fluoroplastic tube. With a difference in the radii of the central diaphragm equal to half the wavelength, the power of the microwave generators is divided from the magnetron emitters into the corresponding conical parts of the open biconic resonator. The energy cost of drying wool by exposure to EMSWH in continuous operation is 20-22 kWh/m3, and at an EP voltage equal to 1-1.5 kV/cm, disinfection occurs.
Keywords: open biconic resonator, perforated diaphragms, chain of connected resonators, radiation limitation, continuous mode
For citation: Shamin E. A. Romanov P. N., Smirnov R. A., Mikhailova O. V. Development and justification of parameters of a microwave wool dryer // Bulletin NGIEI. 2024. № 10 (161). P. 65-75. DOI: 10.24412/2227-9407-202410-65-75. EDN: SNRZTK.
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ) И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА'
Введение
Известно, что овечья шерсть впитывает влагу, ее влажность изменяется от 17 до 55 % [1]. Актуальность вопроса сушки шерсти связана с тем, что при влажности выше 19 % уменьшается ее прочность, происходит самосогревание.
Интенсифицировать процесс сушки шерсти при сохранении ее качества можно воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ). При этом сушка может происходить за счет испарения влаги внутри и выхода ее в виде пара, а также путем перемещения влаги в жидкой фазе из внутренних слоев к поверхности [2]. Электрическое поле высокой напряженности в сырье оказывает существенное влияние на испарение и перемещение влаги, т. е. процесс сушки значительно интенсифицируется. Испарение влаги из сырья зависит от температуры и давления, а ЭМПСВЧ позволяет повысить температуру внутри каждой элементарной частицы сырья и значительно ускорить процесс перемещения влаги из внутренних слоев к поверхности. При конвективной сушке термовлагопровод-ность шерсти препятствует удалению влаги изнутри. Применение воздействия ЭМПСВЧ наиболее целесообразно для сушки шерсти из-за малой теплопроводности [3]. Процесс сушки в ЭМПСВЧ существенно зависит от поглощения энергии влагой, находящейся между волокнами шерсти, возникновения конвективного потока и скорости фильтрации парожидкостной среды в объеме шерсти.
Существует установка для сушки шерсти в ЭМПСВЧ [4], содержащая кольцевой резонатор с магнетронами воздушного охлаждения, внутри которого расположены фторопластовые цилиндрические перфорированные электроприводные барабаны, где предусмотрены вентиляторы от общего воздухопровода. В кольцевом резонаторе за счет воздействия электромагнитного поля бегущей волны сантиметрового диапазона происходит диэлектрический нагрев шерсти до 80 °С, интенсифицируется перенос влаги из слоев к поверхности, происходит удаление влаги вследствие конвективного переноса парожидкостной среды. Но возникают сложности при управлении электроприводом барабанов так, чтобы равномерно перемещалась шерсть по их поверхности, когда барабаны расположены в кольцевом резонаторе, диаметр которого не более 7-10 длин волн.
Целью настоящей работы является разработка радиогерметичной СВЧ-конвективной установки с открытым биконическим диафрагмированным ре-
зонатором для сушки овечьей шерсти в непрерывном режиме при сниженных эксплуатационных затратах.
Материалы и методы
Установка состоит из рабочей камеры в виде диафрагмированного открытого биконического резонатора, тепловой пушки с вентиляционной системой, диэлектрического сеточного транспортера, фторопластовой перфорированной трубы. Основным элементом установки является диафрагмированный открытый биконический резонатор, где возбуждается ЭМПСВЧ и куда поступает теплоноситель с температурой сушильного агента 80...100 °С. Отработанный сушильный агент, содержащий значительное количество пара, выводится через возду-хоотвод. Конструктивные расчеты открытого бико-нического резонатора, размерами не превышающими десять длин волн (X = 12,24 см), проведены по известным формулам и методикам. При этом учитывали возможность преобразования максимальной энергии электромагнитного поля в тепловую энергию при удалении влаги. Глубину проникновения энергии ЭМПСВЧ в шерсть, обладающей малыми диэлектрическими потерями, определяли по известной формуле [3]:
А = И(2-п-^ё-tgS)j = 12,24/(б,28->/9• 0,и)«6см, (1)
где £ - диэлектрическая проницаемость шерсти (е = 6-12 при влажности 30 %); фактор диэлектрических потерь (к = 0,6-1,5) [4]; tgë — тангенс угла диэлектрических потерь шерсти (0,11).
Результаты и обсуждение
Разработана СВЧ-конвективная сушилка шерсти с открытым биконическим резонатором, содержащим замедляющую систему типа диафрагмированного волновода. При этом анализировали известную СВЧ-установку, где для равномерного нагрева мясного фарша по радиусу цилиндрического резонатора применяют диафрагмированный волновод [5]. Существует установка для сушки синтетических волокон [5] с применением замедляющей системы в виде спирального шнека, расположенного вдоль оси цилиндрического резонатора (сушильной камеры), где через шнек протягивают волокно. Внутри спирального шнека возбуждается бегущая волна высокой напряженности электрического поля, так как он расположен вдоль оси цилиндрического резонатора (вблизи оси максимум напряженности ЭП). Недостатки. Для создания режима бегущей волны нужно дополнительное устройство для со-
i electrical technologies, electrical equipment
AND POWER SUPPLY OF THE AGRO-INDUSTRIAL COMPLEX
гласования нагрузки; КПД низкий; сложная экранирующая конструкция.
Биконические резонаторы обладают характерной особенностью, а именно наличием в резонансном объеме областей с резко выраженным экспоненциальным законом изменения электромагнитного поля [6]. Эта особенность позволяет отсечь вершины конусов и обеспечить непрерывный режим работы. В резонаторе отсутствует вырождение между типами колебаний Н011 и Еш, что делает возможным достижение высоких значений собственной добротности [6; 7]. Соответствующим выбором угла при вершине конусов можно сфор-
мировать электромагнитное поле, сконцентрированное в центральной области резонатора, что способствует повышению добротности. Так как в центральной части резонатора радиус сечения существенно больше, чем в периферийной области, поэтому и омические потери меньше. При этом критические сечения располагаются на значительном расстоянии от вершин конусов, что позволяет создать отверстия для подачи сырья, не нарушая структуры поля в резонаторе. Для повышения радиационной добротности используют открытые биконические резонаторы, сечение которых уменьшается от центра к краям (рис. 1).
Рис. 1. Открытый биконический резонатор Fig. 1. Biconic resonator Источник: составлено на основании исследований Дробахина О. О. [6]
Радиус биконического резонатора изменяется по линейному закону [6]:
а = z • tgв, (2)
где а - радиус посередине резонатора, м; Ь - длина усеченного биконического резонатора, м; 0 — угол при вершине конуса, град; 2кр1, Хкр2 — продольные координаты критических сечений; ао — радиус отверстия усеченного конуса, м.
В средней части биконического резонатора существуют волны, постоянные распространения которых уменьшаются в случае удаления от центра резонатора. Вблизи тех сечений, для которых выполняются критические условия, образуются поверхности, полностью отражающие волны, т. е. излучение из открытых концов значительно уменьшается. Излучатели от магнетронов расположены по периметру основания конусов со сдвигом. Диаметр открытых торцов биконического резонатора должен быть менее 0,28 ао. [6]. Если диаметры открытых торцов резонатора равны половине диаметра основания (т. е. ао), то собственная добротность резонатора резко снижается и теряет смысл применения.
Например, если радиус основания конуса а = 30,6 см, длина открытого биконуса Ь = 122,4 см, диаметры открытых торцов резонатора должны быть менее ао = 0,28-30,6 = 8,6 см. При таких размерах можно осуществить непрерывный режим передвижения шерсти через открытый биконический резонатор. Собственная добротность биконического резонатора, вычисленная по известной формуле [7; 8; 9; 10], составляет 146951. С учетом конструктивных размеров усеченных частей конусов собственная добротность открытого биконического резонатора составит в пределах 110000.
4•а2 ^
б -
3 • а2 + а -V а2 + h J 4-(0,306)2-0,612
3-1,716-10 6 -(0,3 062 + 0,3 06-V0,3062 + 0,6122 J
= (3)
= 146951,
где а - радиус основания, И - высота конуса, А — толщина поверхностного слоя резонатора (скин-слой, для алюминия 1,716-10-6 м).
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ) И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА'
Напряженность ЭП в открытом биконическом резонаторе вычислена по методике Ю. В. Корчагина [11; 12; 13; 14; 15], с учетом мощности генераторов (Р, Вт) составляет 10-11 кВ/см:
О-р
Е =■
0,27-105 •£ -2-п-f-V
' о J
110000-4800
0,27 -105 -8,85 -10"12 - 6,28- 2450-106 -(0,13...0,12)
= (4)
= 10...11 кВ.
см
Нагруженную добротность резонатора [6; 7] определяли с учетом диэлектрической проницаемости шерсти £ = 6-8 при влажности 30 %, она в среднем равна 42000.
= О/4ё = 110000:7632 = 44900...31800. (5) Средняя напряженность ЭП в сырье при влажности шерсти 30 % и объеме загрузки 0,025 м3 составляет:
Он -Р
Е„
сырье
0,27-105-ег-2-п-f-VM 31000-4800
0,27 -105 -8,85-10 -12-6,28-2450-106 -0,02
= (6)
= 1,7 К*.
см
Если резонатор загружен шерстью, занимающей значительный объем с малой диэлектрической проницаемостью, то нагруженная добротность резонатора снижается незначительно [5]. Применение трех излучателей от магнетронов воздушного охлаждения в каждой половине открытого диафрагмированного биконического резонатора увеличивает число возбуждаемых видов колебаний, следовательно, увеличивается равномерность нагрева шерсти. При этом, чтобы избежать передачи СВЧ-энергии из одного ввода в другой, необходимо рассчитать их месторасположение в зависимости от конструкции резонатора [16; 17; 18]. Например, при размещении трех магнетронов по периметру большого основания резонатора вектора напряженно-стей электрического поля (ЭП) должны быть сдви-
'см3.
(7)
нуты на 120 градусов. Удельная мощность, выделяемая в единице объема шерсти [3; 10]:
Руд1 = 1,362- ЪЕ^ (кВ / см) = = 1,362 - (0,6...1,5) -1,72 = 2,4...5,9 Вт /
Скорость нагрева шерсти при известной удельной мощности [3, 6, 19]: ДТ
— = Руд 2-1,67-р-С =
Дт уд 2 (8)
= (2,4...5,9)-1,67-0,32-1,7 = 2,64...6,5 оС/с, где р - плотность шерсти, равная 0,32 г/см3; С -теплоемкость шерсти, 1,7 кДж/кг-°С [4].
Приращение температуры 70.80 °С при скорости нагрева шерсти 3.4 °С/с в объеме 0,025 м3 можно достичь за 20.30 с. Тогда средняя производительность сушилки шерсти 3.5 м3/ч.
В разработанной СВЧ-конвективной установке для сушилки шерсти в непрерывном режиме рабочей камерой служит открытый биконический резонатор 1, внутренняя поверхность которого диафрагмирована (рис. 2, 3). Прототипом является би-конический резонатор, предназначенный для термообработки мясного сырья [20] и известные конструкции замедляющих систем [5]. Диафрагмы 2 выполнены в виде неферромагнитных перфорированных кольцевых дисков, с равными внутренними диаметрами отверстий 3, кратными половине длины волны. Разность радиусов центрального кольцевого диска 4 равна половине длины волны (6,24 см). На образующих конусов, со сдвигом на 120 градусов по периметру большого основания, расположены магнетроны 5 с волноводами и вентиляторами. Вдоль оси открытого диафрагмированного бикони-ческого резонатора расположена фторопластовая перфорированная труба 6, внутри нее проложена рабочая ветвь диэлектрического сеточного транспортера 7. На поверхности образующих в конических частях установлены неферромагнитные возду-хоотвод 8 и воздуховод 12 с тепловой пушкой, направляющей теплоноситель под диэлектрический сеточный транспортер. За рабочей камерой расположены электропривод 9 диэлектрического сеточного транспортера и его холостая ветвь 11 .
¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if ТРГНМП!nizirs FI РГТШГЛ! рпшрмрмт^^^^^^^^^Ё
lyvMlvMIII^ ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT
XXXXXXXX and power supply of the agro-industrial complex XXXXXXXX
4
5
•__________________________________л
Рис. 2. СВЧ-конвективная сушилка шерсти с открытым диафрагмированным биконическим резонатором:
1 - биконический резонатор; 2 - перфорированные диафрагмы; 3 - кольцевое отверстие; 4 - центральная диафрагма; 5 - магнетроны с волноводами и вентиляторами; 6 - фторопластовая перфорированная труба;
7 - диэлектрический сеточный транспортер (рабочая ветвь); 8 - неферромагнитный воздухоотвод; 9 - электропривод транспортера; 10 - приемная емкость; 11 — холостая ветвь транспортера; 12 - неферромагнитный воздуховод с тепловой пушкой; 13 - загрузочная емкость Fig. 2. Microwave convective wool dryer with an open diaphragm biconic resonator: 1 - biconic resonator;
2 - perforated diaphragms; 3 - annular hole; 4 - central diaphragm; 5 - magnetrons with waveguides and fans; 6 - fluoroplastic perforated pipe; 7 -dielectric grid conveyor (working branch); 8 - non-ferromagnetic air outlet;
9 - electric drive of the conveyor; 10 - receiving tank; 11 - idle branch of the conveyor; 12 - non-ferromagnetic duct with a heat gun; 13 - loading tan Источник: рисунок разработан авторами
В конце рабочей ветви сеточного транспортера установлена приемная емкость 10, а загрузочная емкость 12 расположена впереди рабочей камеры, над диэлектрическим сеточным транспортером. Перфорированные диафрагмы 2 образуют цепочку связанных резонаторов, т. е. замедляющую систему, которая обеспечивает равномерный нагрев сырья по радиусу фторопластовой трубы.
Пространственные изображения СВЧ-установки с биконическим диафрагмированным резонатором для сушки шерсти в непрерывном режиме и ее основных узлов приведены на рис. 3.
Технологический процесс сушки шерсти происходит следующим образом. Включить диэлектрический сеточный транспортер 7 и тепловую пушку, после чего через неферромагнитный воздуховод 12 рабочая камера продувается теплым воздухом. При открытии заслонки в загрузочной емкости 13 влажная овечья шерсть попадает на рабочую ветвь диэлектрического сеточного транспортера. Если есть сырье в открытом биконическом резонаторе 1, то включить все магнетроны 5 с соответствующими вентиляторами. Центральная диафрагма 4 разделяет направление излучений от излучателей магнетронов
5 в соответствующие конические части открытого биконического резонатора, т. е. происходит деление мощности СВЧ-генераторов. Управляя их мощностями, можно обеспечить разные удельные мощности, а следовательно, разные режимы сушки в конических частях резонатора. В первой конической части открытого биконического резонатора удельная мощность генератора должна быть меньше, чем во второй конической части. В первой конической части преобладает перенос поверхностной влаги, а во второй конической части резонатора происходит выделение связанной влаги из слоев к поверхности и ее испарение. Влажный воздух удаляется через неферромагнитный воздухоотвод 8. При этом напряженность ЭП с первого усеченного конуса до середины резонатора уменьшается, далее увеличивается до усеченной части второго усеченного конуса. Такое ступенчатое изменение напряженности ЭП в каждой цепочке связанных резонаторов позволяет значительно интенсифицировать процесс сушки и сохранить потребительские свойства овечьей шерсти: извитость, крепость, растяжимость, упругость, эластичность, цвет, блеск.
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ) И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА'
3 4 5
Рис. 3. СВЧ-конвективная сушилка шерсти с открытым диафрагмированным биконическим резонатором: 1 - общий вид; 2 — общий вид в разрезе с позициями; 3 — открытый биконус; 4 - цепочка неферромагнитных перфорированных диафрагм; 5 — фторопластовая перфорированная труба, Fig. 3. Microwave convective wool dryer with an open diaphragm biconic resonator: 1 - general view; 2 — general view in section with positions; 3 — open biconus; 4 - chain of non-ferromagnetic perforated diaphragms; 5 — fluoroplastic perforated pipe Источник: установка разработана авторами
Конструктивные особенности. СВЧ-энергия от генераторов разветвляется на две равные части и подается с середины замедляющей системы типа цепочки связанных резонаторов в сторону открытых вершин биконического резонатора. В этом случае происходит более «мягкий» нагрев сырья, а магнетроны предохраняются от отраженной волны. Длина усеченного биконического резонатора выбрана кратной длине волны. Расчеты показали, что при применении цепочки связанных резонаторов
(перфорированных диафрагм) перепад температуры по радиусу фторопластовой перфорированной трубы составляет 2-3 °С. Расчеты показали, что при применении цепочки связанных резонаторов перепад температуры по радиусу фторопластовой перфорированной трубы составляет 2-3 °С. На оси трубы в конце процесса сушки температура 80 °С, а у стенки трубы - 77-78 °С.
Основные параметры, реализуемые в СВЧ-конвективной сушилке, приведены в таблице 1.
Таблица 1. Основные параметры СВЧ-конвективной сушилки овечьей шерсти Table 1. The main parameters of the microwave convective sheep wool dryer
Наименование параметра / Name of the parameter
Значение/ Value
Производительность опытного образца установки, м3/ч / The capacity of the prototype unit, m3/h 5
Мощность магнетронов, кВт (6 шт.) / Magnetron power, kW (6 pcs.) 4,8
Мощность электроприводного транспортера, кВт / Electric drive conveyor power, kW 0,5
Мощность вентиляторов для охлаждения магнетронов, кВт / 1,5 Power of fans for cooling magnetrons, kW
Мощность тепловой пушки, кВт / Heat gun power, kW 4,0
Расход воздуха, м3/ч / Air consumption, m3/h 300
Общая мощность установки, кВт / Total power of the installation, kW 10,8
Энергетические затраты на сушку шерсти, кВт-ч/м3 / Energy costs for drying wool, kWh/m3 22 Источник: составлена авторами по результатам исследований
I ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT AND POWER SUPPLY OF THE AGRO-INDUSTRIAL COMPLEX
Заключение
Открытый биконический резонатор, содержащий на внутренней поверхности обечаек цепочку связанных резонаторов в виде неферромагнитных кольцевых перфорированных колец (диафрагм), внутренним диаметром отверстий, кратным половине длины волны, обеспечивает равномерный нагрев шерсти при перемещении через перфорированную фторопластовую трубу.
При разности радиусов центральной диафрагмы, равной половине длины волны, происходит деление мощности СВЧ-генераторов от излучателей магнетронов в соответствующие конические части открытого биконического резонатора.
Энергетические затраты на сушку шерсти воздействием в ЭМПСВЧ в непрерывном режиме составляет 20-22 кВт-ч/м3, а при напряженности ЭП, равной 1-1,5 кВ/см, происходит обеззараживание.
Рекомендация. Установку рекомендуется установить в стригальный цех ВСЦ-24/200, предназначенный для стрижки овец и первичной обработки шерсти на отгонных пастбищах. Цех включает участок для стрижки овец и прессования шерсти с помощью ПГШ-1,0 Б в кипу по 100 кг, если влажность шерсти менее 19 %. В цеху не предусмотрен участок для сушки влажной шерсти. При влажности шерсти выше 19 % следует ее сушить, преимущественно СВЧ-конвективным способом.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Богуславский А. Н., Лысенко Л. Я. Термомеханические свойства шерсти в интервале тур -100 °С ... + 200 °С // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности. Иваново, 1984, № 5. С. 22-24.
2. Черенков А. Д., Андрейчук Е. И. Теоретический анализ процесса СВЧ-сушки влажной шерсти // Электрификация сельского хозяйства. Харьков, 1998, С. 97-100.
3. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов / Под. ред. И. А. Рогова. М. : Легкая и пищевая промышленность, 1981. 288 с.
4. Белова М. В., Белов А. А., Новикова Г. В., Михайлова О. В., Куторкина Н. А., Лаврентьева Т. Н. Патент № 2591074 РФ. МПК F26B13/08. Установка для сушки шерсти в электромагнитном поле сверхвысокой частоты / заявитель и патентообладатель АНОВО «АТУ» (RU). № 2015102545; заявл. 29.01.2015. Бюл. № 19 от 10.07.2016.
5. ПчельниковЮ. Н., Свиридов В. Т. Электроника сверхвысоких частот. М. : Радио и связь. 1981. 96 с.
6. Дробахин О. О., Плаксин С. В, Рябчий В. Д., Салтыков Д. Ю. Техника и полупроводниковая электроника СВЧ. Севастополь : Вебер. 2013. 322 с. ISBN 978-966-335-404-0.
7. Стрекалов А. В., Стрекалов Ю. А. Электромагнитные поля и волны. М. : РИОР; ИНФРА-М, 2014. 375 с. ISBN 978-5-369-01181-2.
8. Каганов В. И. Полуоткрытый объемный СВЧ резонатор // Вестник МГТУ МИРЭА. 2015. № 1 (6). С. 154-163. EDN TNQHXV.
9. Белов Ю. Г., Кужелева А. А., Нефедьев И. А. Цилиндрический резонатор для измерения параметров диэлектрических пластин // Информационные системы и технологии - 2019. Нижний Новгород: Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева, 2019. С. 199-204. EDN BJDQSH.
10. Savin K., Kazmirenko V., Prokopenko Yu. Quality Factor of Tunable Shielded Cylindrical Metal-Dielectric Resonator Caused by Dielectric Loss // Electronics and Communications. 2014. Vol. 19. № 5 (82). P. 14-16. EDN TSGWQX.
11. Корчагин Ю. В. Патент № 2161505. А 61L2/00. Способ стерилизации материалов при помощи СВЧ излучения с высокой напряженностью роля и устройство для реализации способа. № 99114320/13; заявл. 06.07.1999; опубл. 10.01.2001. END QUGBAS.
12. Зольников К. В., Ачкасов Д. А. Моделирование и оптимизация конструкции полосового фильтра на основе коаксиального резонатора // Моделирование систем и процессов. 2024. Т. 17. № 2. С. 43-50. DOI 10.12737/2219-0767-2024-17-2-43-50. EDN POHLTW.
13. Егоров В. Н., Ле К. Т. Численное и экспериментальное исследования коаксиального резонатора с измерительным зазором // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 6. С. 141-150. DOI 10.18127/j00338486-202206-17. EDN ZVATDA.
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА XXXXXXX
14. Воронов Е. В. Разработка СВЧ-установки для термообработки отходов убоя животных // Техника и технология пищевых производств. 2024. Т. 54. № 2. С. 369-381. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2024-2-2511.
15. Самойлик С. С., Бондарев В. П. Добротность прямоугольного резонатора с переменным числом диэлектрических неоднородностей // Радиоэлектроника, информатика, управление. 2008. № 1 (19). С. 32-36. EDN TWHOCZ.
16. Падусова Е. В., Шарангович С. Н. Расчет диэлектрических волноводов и объемных резонаторов. Томск: Изд-во ТУСУРа. 2018. 103 с. ISBN 978-5-868889-812-9. EDN BVMABQ.
17. Кун А. А., Табакова Г. А. Проектирование СВЧ устройств // Актуальные научные исследования в современном мире. 2017. № 11-10 (31). С. 93-94. EDN ZWKRKZ.
18. Тухватуллин М. И. Обеспечение равномерной микроволновой обработки биологических субстратов в СВЧ электротехнологических установках // Российский электронный научный журнал. 2022. № 4 (46). С. 22-32. DOI: 10.31563/2308-9644-2022-46-4-22=32. EDN JDZCHR.
19. Стаценко Л. Г., Пуговкина О. А. Проектирование СВЧ-устройств для микроволновой радиотермометрии // Известия ЮФУ. Технические науки. 2014. № 10 (159). С. 127-135. EDN TBRTSP.
20. Воронов Е. В., Тихонов А. А., Михайлова О. В., Просвирякова М. В., Сергеев Ю. А., Сторчевой В. Ф. Патент № 2803127 РФ, МПК A47j29/06. СВЧ установка с биконическим резонатором и пакетами тарелок для термообработки мясокостных конфискатов / заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). № 2023115058; за-явл. 08.06.2023. Бюл. № 25 от. 06.09.2023.
Дата поступления статьи в редакцию 26.07.2024; одобрена после рецензирования 22.08.2024;
принята к публикации 23.08.2024.
Информация об авторах: Е. А. Шамин - к.э.н., доцент, Spin-код: 9580-3689;
П. Н. Романов - старший преподаватель кафедры «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», Spin-код: 6076-3030;
Р. А. Смирнов - к.т.н., профессор кафедры «Технический сервис», Spin-код: 5703-4350;
О. В. Михайлова - д.т.н., профессор кафедры «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», Spin-код: 9437-0417.
Заявленный вклад авторов: Шамин Е. А. - формирование цели и задач, разработка установки и обоснование конструкции. Романов П. Н. - проведение расчетов, написание выводов.
Смирнов Р. А. - разработка транспортирующих узлов и согласование продолжительности сушки со скоростью передвижения сырья.
Михайлова О. В. - научное руководство, формулирование основной концепции исследования. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
REFERENCES
1. Boguslavskij A. N., Lysenko L. Ya. Termomekhanicheskie svojstva shersti v intervale temperatur 100 °С ... + 200 °С [Thermomechanical properties of wool in the temperature range of 100 °C ... + 200 °C], Izvestiya VUZov. Tekhnologiya tekstil'noj promyshlennosti [News of universities. Textile industry technology], Ivanovo, 1984, No. 5, pp.22-24.
2. Cherenkov A. D., Andrejchuk E. I. Teoreticheskij analiz processa SVCH-sushki vlazhnoj shersti [Theoretical analysis of the microwave drying process of wet wool], Elektrifikaciya sel'skogo hozyajstva [Electrification of agriculture], Har'kov, 1998, pp. 97-100.
3. Elektrofizicheskie, opticheskie i akusticheskie harakteristiki pishchevyh produktov [Electrophysical, optical and acoustic characteristics of ultrahigh frequency food products], In I. A. Rogov (ed.), Moscow: Legkaya i pishchevaya promyshlennost', 1981, 288 p.
¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if ТРГНМП!nízirs FI РГТШГД! рпшрмрмт^^^^^^^^^Ё
lyvMlvMIII^ ELE CT KM CAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT
xxxxxxxx and power supply of the agro-industrial complex xxxxxxxx_
4. Belova M. V., Belov A. A., Novikova G. V., Mihajlova O. V., Kutorkina N. A., Lavrent'eva T. N. Patent No. 2591074 RF. MPK F26V13/08. Ustanovka dlya sushki shersti v elektromagnitnom pole sverhvysokoj chastoty [Installation for drying wool in an ultra-high frequency electromagnetic field], zayavitel' i patentoobladatel' ANOVO «ATU» (RU), No. 2015102545, zayavl. 29.01.2015, Byul. No. 19 ot 10.07.2016.
5. Pchel'nikov Yu. N., Sviridov V. T. Elektronika sverhvysokih chastot [Ultrahigh frequency electronics], Moscow: Radio i svyaz', 1981, 96 p.
6. Drobahin O. O., Plaksin S. V, Ryabchij V. D., Saltykov D. Yu. Tekhnika i poluprovodnikovaya elektronika SVCH [Microwave technology and semiconductor electronics], Sevastopol' : Veber, 2013, 322 p. ISBN 978-966-335404-0.
7. Strekalov A. V., Strekalov Yu. A. Elektromagnitnye polya i volny [Electromagnetic fields and waves], Moscow: RIOR; INFRA-M, 2014, 375 p. ISBN 978-5-369-01181-2.
8. Kaganov V. I. Poluotkrytyj ob"emnyj SVCH rezonator [Semi-open volumetric microwave resonator], Vest-nikMGTUMIREA [VestnikMGTUMIREA], 2015, No. 1 (6), pp. 154-163, EDN TNQHXV.
9. Belov Yu. G., Kuzheleva A. A., Nefed'ev I. A. Cilindricheskij rezonator dlya izmereniya parametrov diel-ektricheskih plastin [Cylindrical resonator for measuring parameters of dielectric plates], Informacionnye sistemy i tekhnologii - 2019 [Information systems and technologies - 2019], Nizhnij Novgorod: Nizhegorodskij gosudarstven-nyj tekhnicheskij universitet im. R. E. Alekseeva, 2019, pp. 199-204, EDN BJDQSH.
10. Savin K., Kazmirenko V., Prokopenko Yu. Quality Factor of Tunable Shielded Cylindrical Metal-Dielectric Resonator Caused by Dielectric Loss, Electronics and Communications, 2014, Vol. 19, No. 5 (82), pp. 14-16, EDN TSGWQX.
11. Korchagin Yu. V. Patent No. 2161505. A 61L2/00. Sposob sterilizacii materialov pri pomoshchi SVCH izlucheniya s vysokoj napryazhennost'yu rolya i ustrojstvo dlya realizacii sposoba [A method for sterilizing materials using microwave radiation with high field strength and a device for implementing the method], No. 99114320/13, zayavl. 06.07.1999, opubl. 10.01.2001, END QUGBAS.
12. Zol'nikov K. V., Achkasov D. A. Modelirovanie i optimizaciya konstrukcii polosovogo filtra na osnove koaksial'nogo rezonatora [Modeling and optimization of a bandpass filter design based on a coaxial resonator], Modelirovanie sistem i processov [Modeling of systems and processes], 2024, Vol. 17, No. 2, pp. 43-50, DOI 10.12737/2219-0767-2024-17-2-43-50, EDN POHLTW.
13. Egorov V. N., Le K. T. CHislennoe i eksperimental'noe issledovaniya koaksial'nogo rezonatora s iz-meritel'nym zazorom [Numerical and experimental studies of a coaxial resonator with a measuring gap], Radiotekhni-ka [Radio engineering], 2022, Vol. 86, No. 6, pp. 141-150, DOI 10.18127/j00338486-202206-17, EDN ZVATDA.
14. Voronov E. V. Razrabotka SVCH-ustanovki dlya termoobrabotki othodov uboya zhivotnyh [Development of a microwave installation for heat treatment of animal slaughter waste], Tekhnika i tekhnologiya pishchevyh pro-izvodstv [Technique and technology of food production], 2024, Vol. 54, No. 2, pp. 369-381, https://doi.org/10.21603/2074-9414-2024-2-2511.
15. Samojlik S. S., Bondarev V. P. Dobrotnost' pryamougol'nogo rezonatora s peremennym chislom diel-ektricheskih neodnorodnostej [The Q-factor of a rectangular resonator with a variable number of dielectric inhomoge-neities], Radioelektronika, informatika, upravlenie [Radioelectronics, informatics, Management], 2008, No. 1 (19), pp. 32-36, EDN TWHOCZ.
16. Padusova E. V., Sharangovich S. N. Raschet dielektricheskih volnovodov i ob"emnyh rezonatorov [Calculation of dielectric waveguides and volumetric resonators], Tomsk: Izd-vo TUSURa. 2018, 103 p. ISBN 978-5868889-812-9, EDN BVMABQ.
17. Kun A. A., Tabakova G. A. Proektirovanie SVCH ustrojstv [Designing microwave devices], Aktual'nye nauchnye issledovaniya v sovremennom mire [Actual scientific research in the modern world], 2017, No. 11-10 (31), pp. 93-94, EDN ZWKRKZ.
18. Tuhvatullin M. I. Obespechenie ravnomernoj mikrovolnovoj obrabotki biologicheskih substratov v SVCH elektrotekhnologicheskih ustanovkah [Ensuring uniform microwave processing of biological substrates in microwave electrotechnological installations], Rossijskij elektronnyj nauchnyj zhurnal [Russian Electronic Scientific Journal], 2022, No. 4 (46), pp. 22-32, DOI: 10.31563/2308-9644-2022-46-4-22=32. EDNJ/DZCHR.
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА XXXXXXX
19. Stacenko L. G., Pugovkina O. A. Proektirovanie SVCH-ustrojstv dlya mikrovolnovoj radiotermometrii [Designing microwave devices for microwave radiothermometry], Izvestiya YUFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFU. Technical sciences], 2014, No. 10 (159), pp. 127-135, EDN TBRTSP.
20. Voronov E. V., Tihonov A. A., Mihajlova O. V., Prosviryakova M. V., Sergeev Yu. A., Storchevoj V. F. Patent No. 2803127 RF, MPK A47j29/06. SVCH ustanovka s bikonicheskim rezonatorom i paketami tarelok dlya termoobrabotki myasokostnyh konfiskatov [Microwave installation with a biconic resonator and packages of plates for heat treatment of meat and bone seizures], zayavitel' i patentoobladatel' NGIEU (RU). No. 2023115058; zayavl. 08.06.2023. Byul. No. 25 ot. 06.09.2023.
The article was submitted 26.07.2024; approved after reviewing 22.08.2024; accepted for publication 23.08.2024.
Information about the authors: E. A. Shamin - Ph. D. (Economy), Associate Professor, Spin code: 9580-3689;
P. N. Romanov - Senior lecturer of the Department of Information and Communication Technologies and Communication Systems, Spin code: 6076-3030;
R. A. Smirnov - Ph. D. (Engineering), Professor of the Department of Technical Service, Spin code: 5703-4350; O. V. Mikhailova - Dr. Sci. (Engineering), Professor of the Department of Information and Communication Technologies and Communication Systems, Spin code: 9437-0417.
The stated contribution of the authors: Shamin E. A. - the formation of goals and objectives, the development of the installation and the justification of the design.
Romanov P. N. - making calculations, writing conclusions.
Smirnov R. A. - development of transportation units and coordination of drying time with the speed of movement of raw materials.
Mikhailova O. V. - scientific guidance, formulation of the basic concept of research.
The authors declare that there is no conflict of interest.
