CC BY
23
05.20.02 УДК 621.3, 637
РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СВЧ-УСТАНОВКИ ДЛЯ РАЗМОРАЖИВАНИЯ И РАЗОГРЕВА КОРОВЬЕГО МОЛОЗИВА
© 2020
Галина Владимировна Новикова, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник
Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино (Россия) Марьяна Валентиновна Белова, доктор технических наук, профессор кафедры «Электрификация и автоматизация» Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино (Россия) Дмитрий Александрович Тараканов, ст. преподаватель кафедры «Охрана труда и безопасность жизнедеятельности» Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино (Россия) Александр Анатольевич Тихонов, к.т.н., доцент, доцент кафедры «Технология металлов и ремонт машин» Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, г. Нижний Новгород (Россия)
Аннотация
Введение: статья посвящена вопросу обеспечения сохранности питательных свойств коровьего молозива при размораживании и разогреве путем разработки микроволновой технологии и сверхвысокочастотной установки.
Материалы и методы: разработка и проектирование новых процессов термообработки и способов реализации размораживания и разогрева коровьего молозива заключается в решении комплекса взаимосвязанных задач, к которым относятся исследование и учет диэлектрических свойств замороженного молозива, выбор метода подвода СВЧ-энергии и обоснование оптимального режима процесса, конструкционное оформление установки.
Результаты: разработанная установка содержит кольцевой резонатор с приемной емкостью и запредельным волноводом, имеющим шаровой кран. По периметру с наружной стороны резонатора со сдвигом на 120 градусов установлены магнетроны с излучателями от СВЧ-генератора с воздушным охлаждением, так что средняя длина кольца, равная целому числу волн, разделена на равные длины между излучателями, соответствующие целому числу длин волн. Поперечное сечение кольцевого резонатора представлено пересечением двух окружностей с одинаковым радиусом, и деление кольцевого резонатора на верхний и нижний отсеки осуществляется в поперечном сечении диэлектрическими перфорированными пластинами. Максимальное расстояние между стенками поперечного сечения резонатора кратно половине длины волны, а диаметр отверстий перфорации меньше диаметра частиц измельченного сырья.
Обсуждение: полученные уравнения позволяют оценить изменение резонансной частоты и собственной добротности кольцевого резонатора с нетрадиционным сечением при изменении диэлектрической проницаемости коровьего молозива в процессе размораживания и разогрева в электромагнитном поле сверхвысокой частоты.
Заключение: исследования показывают, что при использовании трех СВЧ-генераторов с полезной мощностью 2 550 Вт в установке непрерывного действия с кольцевым резонатором производительность установки составит 16,8 кг/ч. Потребляемая мощность СВЧ-установки 3 600 Вт, энергетические затраты равны 0,214 кВт-ч/кг. Энергетические затраты базовых размораживателей коровьего молозива типа <^АШГЕМ» составляют 0,866 кВт-ч/кг.
Ключевые слова: бегущая волна, диэлектрические параметры, длина волны, динамика нагрева, интерференция волн, коровье молозиво, кольцевой резонатор, напряженность электрического поля, производительность, размораживание и разогрев, резонансная частота, собственная добротность, энергетические затраты.
Для цитирования: Новикова Г. В., Белова М. В., Тараканов Д. А. Тихонов А. А. Разработка и обоснование параметров СВЧ-установки для размораживания и разогрева коровьего молозива // Вестник НГИЭИ. 2020. № 2 (105). С. 45-55.
DEVELOPMENT AND JUSTIFICATION OF PARAMETERS OF A MICROWAVE INSTALLATION FOR DEFROSTING AND HEATING COW COLOSTRUM
© 2020
Galina Vladimirovna Novikova, Dr. Sci. (Engineering), professor, chief researcher
Nizhny Novgorod state engineering and economic university, Knyaginino (Russia) Mariana Valentinovna Belova, Dr. Sci. (Engineering), professor of the chair «Electrification and automation» Nizhny Novgorod state engineering and economic university, Knyaginino (Russia) Dmitry Alexandrovich Tarakanov, senior lecturer of the chair of labor protection and life safety Nizhny Novgorod state engineering and economic university, Knyaginino (Russia) Alexander Anatolyevich Tikhonov, Ph. D., associate professor, associate professor of the chair «Metal Technology and machine repair» Nizhny Novgorod state agricultural Academy Nizhny Novgorod (Russia)
Abstract
Introduction: the article is devoted to the issue of ensuring the preservation of the nutritional properties of cow colostrum during thawing and heating by developing a microwave technology and an ultra-high-frequency installation.
Materials and methods: the development and design of new heat treatment processes and methods for the realization of thawing and heating of cow colostrum consists in solving a set of interrelated tasks, which include the study and consideration of the dielectric properties of frozen colostrum, the choice of a method for supplying microwave energy and justification of the optimal process mode, and the design of the installation.
Results: the developed installation contains an annular resonator with a receiving capacity and a closed waveguide with a ball valve. Along the perimeter of the outer side of the resonator with a 120-degree shift, magnetrons with emitters from an air-cooled microwave generator are installed, so that the average length of the ring, equal to an integer number of waves, is divided into equal lengths between emitters corresponding to an integer number of wavelengths. The cross section of the ring resonator is represented by the intersection of two circles with the same radius, and the division of the ring resonator into upper and lower compartments is carried out in the cross section by dielectric perforated plates. The maximum distance between the walls of the cross-section of the resonator is a multiple of half the wavelength, and the diameter of the perforation holes is less than the diameter of the crushed raw material particles. Discussion: the obtained equations allow us to estimate the change in the resonant frequency and intrinsic q-factor of a ring resonator with an unconventional cross-section when the dielectric constant of cow colostrum changes during thawing and heating in an ultrahigh frequency electromagnetic field.
Conclusion: studies show that using three microwave generators with powerful and useful-ness 2550 watts in the installation of continuous operation with a ring resonator, the plant capacity will amount to 16.8 kg/h power consumption microwave installation of 3600 watts, an energy cost equal to 0,214 kWh/kg
Keywords: traveling wave, dielectric parameters, wavelength, heating dynamics, wave interference, cow colostrum, ring resonator, electric field strength, performance, defrosting and heating, resonant frequency, intrinsic q-factor, energy costs.
For citation: Novikova G. V., Belova M. V., Tarakanov D. A., Tikhonov A. A. Development and justification of parameters of the microwave installation for defrosting and heating of cow colostrum // Bulletin NGIEI. 2020. № 2 (105). P. 45-55.
Введение
При хранении молозива в течение 8 дней при температуре минус 5-10 °С его физические, биохимические, биологические свойства существенно не изменяются. Доказано, что этот способ хранения обеспечивает сохранность иммуноглобулина, если процесс размораживания составляет не более 20 мин, а другие показатели (белки, витамин А) существенно снижаются [1, с. 61-63]. Телят 2-10-
дневного возраста после рождения выпаивают размороженным и подогретым до 36-38 °С коровьим молозивом [2, с. 66-68].
Поэтому актуальной задачей является ускорение процесса размораживания и разогрева коровьего молозива с использованием микроволновой технологии. Исходя из этого, предлагается СВЧ-установка с кольцевым резонатором, разделенным на два отсека, обеспечивающих разделение указан-
ных процессов при воздействии электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) в непрерывном режиме.
Известно, что объемный резонатор в отличие от колебательного контура характеризуется бесконечным множеством собственных частот [3, с. 116-118]. Каждая собственная частота резонатора соответствует определенному типу свободных колебаний со своей структурой электромагнитного поля. Собственная частота резонатора зависит от его формы и размеров. То колебание, которому при данных размерах резонатора соответствует минимальная собственная частота, соотносится с основным колебанием. Считается, что в объемном закрытом резонаторе устанавливаются стоячие волны. Поле стоячей волны не изменяется в пространстве по фазе. Но в замкнутом объеме резонатора в виде кольца можно создать поле бегущей волны, если в некотором сечении кольца находится источник, возбуждающий волну, распространяющуюся по кольцу только в одном направлении. Если средняя длина кольца равна целому числу волн в линии, то фаза волны, прошедшей по кольцу, совпадает с фазой волны, возбуждаемой источником. Происходит синфазное сложение волн и, следовательно, увеличение амплитуды электромагнитного поля [4, с. 14-18].
Известен тороидальный резонатор, поперечное сечение которого представлено двумя окружностями одинакового радиуса. В таком резонаторе энергия волнового поля сосредоточена в центральной части поперечного сечения сердцевины [5, с. 433-441]. Относительно большое значение добротности такого резонатора открывает возможность применения СВЧ-установки для быстрого размораживания и разогрева коровьего молозива.
Поэтому разработка сверхвысокочастотной установки с кольцевым резонатором, выполняющим функцию экранирующего корпуса, и источниками, возбуждающими поле бегущей волны, позволяющим разделить и ускорить процессы размораживания и разогрева коровьего молозива в непрерывном режиме с соблюдением электромагнитной безопасности, является актуальной задачей.
Материалы и методы
Разработка и проектирование новых процессов термообработки и способов реализации размораживания и разогрева коровьего молозива заключается в решении комплекса взаимосвязанных задач, к которым относятся исследование и учет диэлектрических свойств замороженного молозива, выбор метода подвода СВЧ-энергии и обоснование оптимального режима процесса, конструктивное оформление установки [6, с. 16-19]. Сырьем явля-
ется замороженное коровье молозиво. Контроль температуры сырья в процессе воздействия ЭМП-СВЧ проводили пирометром Testo 925. Исследование распределения теплового потока по поверхности сырья - тепловизором FLIRi 335. Качество коровьего молозива определяли по значению плотности с помощью ареометра АМТ 1015-1040 и по количеству иммуноглобулина - рефрактометром ATAGO-PAL.
Результаты и обсуждение
Нами проанализированы диэлектрические характеристики замороженного коровьего молозива жирностью 6,5 %, такие как: диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь и фактор диэлектрических потерь. Графики изменения диэлектрической проницаемости и фактора диэлектрических потерь коровьего молозива в зависимости от температуры нагрева приведены на рис. 1 . С повышением температуры глубина проникновения электромагнитной волны изменяется, так как изменяются диэлектрическая проницаемость, фактор потерь и проводимость. Анализ изменения диэлектрических характеристик коровьего молозива в зависимости от температуры нагрева показывает, что фактор потерь замороженного коровьего молозива растет с 4 до 27 в диапазоне температур от -10 до 0 °С, а с 0 до +40 °С падает с +27 до +11,9 °С. При этом диэлектрическая проницаемость замороженного коровьего молозива в диапазоне температуры от -10 до 0 °С растет с 7 до 53, а с 0 до 20 °С падает до 44 [7, с. 38, 87, 72].
Это означает, что мощность диэлектрических потерь при размораживании коровьего молозива (от -10 до 0 °С) растет, а при разогреве от 0 до +38 °С мощность диэлектрических потерь уменьшается при равной напряженности электрического поля. При размораживании молозива приращение температуры составляет всего 10 °С, а при разогреве -38 °С. Следовательно, для ускорения процесса размораживания и разогрева коровьего молозива их следует разделить, но сохранить воздействие ЭМП-СВЧ равной напряженности электрического поля на сырье. Такое изменение диэлектрических параметров в области отрицательных температур объясняется изменением агрегатного состояния воды [7, с. 72]. Характер изменения диэлектрических параметров в интервале -10... 0 °С подобен изменению диэлектрических характеристик льда в том же интервале.
Из анализа диэлектрических параметров коровьего молозива вытекает, что ускорение процессов размораживания и разогрева сырья возможно, если объемный резонатор СВЧ-установки обеспе-
чивает разделение указанных процессов при воздействии ЭМПСВЧ в непрерывном режиме.
Нами разработаны СВЧ-установки с разными конструкционными исполнениями резонаторов [8; 9; 10; 11; 12; 13; 14]. Например, одним из вариантов является СВЧ-установка (рис. 2) с кольцевым резонатором. Она позволяет разделять процессы размораживания и разогрева коровьего молозива за счет отсеков, образованных с помощью диэлектри-
о
к а ft s
СП
д
ческих перфорированных пластин, установленных в поперечном сечении кольцевого резонатора. Поперечное сечение кольцевого резонатора представлено двумя окружностями одинакового радиуса [15, с. 137-144]. Такой резонатор обладает достаточно большой собственной добротностью и обеспечивает возрастание электромагнитных полей сантиметрового диапазона. Происходит синфазное сложение волн [16, с. 97].
АГЛ
й U %
рт о
so й ft ^ Й si 2 1 °
■с
10
-25
-20
-15
10
15
-10 -5 0 5
Температура, °C / Temperature, °C
Рис. 1. Диэлектрические характеристики коровьего молозива жирностью 6,5 % Fig. 1. Dielectric parameters of cow colostrum at a fat content of 6.5 %
18
20
а)
б)
в)
Рис. 2. СВЧ-установка непрерывного действия с кольцевым резонатором, обеспечивающим разделение процессов размораживания и разогрева коровьего молозива: а) пространственное изображение (вид спереди); б) общий вид в разрезе; в) поперечное сечение кольцевого резонатора, образованное двумя окружностями одинакового радиуса; 1 - приемный патрубок; 2 - кольцевой резонатор; 3 - диск диэлектрический перфорированный; 4 - магнетроны; 5 - шаровой кран; 6 - запредельный волновод Fig. 2. Microwave installation of continuous action with the ring cavity, providing separate processes of thawing and warming of bovine colostrum: a) spatial image (front view); b) General view; с) cross section of a ring resonator formed by the two circles of the same radius; 1 - suction inlet; 2 - ring resonator; 3 - perforated dielectric disc; 4 - magnetron; 5 - the valve; 6 - beyond waveguide
Кольцевой резонатор 2 расположен в вертикальной плоскости и содержит приемную емкость 1 с задвижкой и запредельный волновод 6 с шаровым краном 5. По периметру кольцевого резонатора со
сдвигом на 120 градусов установлены магнетроны с излучателями 4 от СВЧ-генератора и воздушным охлаждением от вентилятора. Внутри кольцевого резонатора расположены диэлектрические перфо-
рированные пластины 3 по форме поперечного сечения кольцевого резонатора. Они разделяют кольцевой резонатор на отсеки. Верхний отсек кольцевого резонатора предназначен для размораживания коровьего молозива, а нижний отсек - для разогрева. Таким образом, кольцевой резонатор позволяет разделить процессы размораживания (от -10 до 0 °С) и разогрева сырья (от 0 до 38 °С). Средняя длина кольца равна целому числу волн. Она разделена на равные длины между излучателями, соответствующие целому числу длин волн (длина волны 12,24 см). Корпус кольцевого резонатора выполняет функцию экранирующего корпуса. При этом максимальное расстояние между стенками кольцевого резонатора кратно половине длины волны, а диаметр отверстий перфорации меньше диаметра частиц измельченного сырья.
Технологический процесс размораживания и разогрева происходит следующим образом. Закрыть шаровой кран 5, засыпать замороженное измельченное коровье молозиво в приемную емкость 1. Как только сырье попадает в резонатор 2 (верхний отсек), включить СВЧ-генераторы 4, после чего в кольцевом резонаторе 2 возбуждается бегущая волна. При этом происходит сложение когерентных волн. Если амплитуды интерферирующих волн одинаковы, интенсивность возрастает пропорционально к вадрату результирующей напряженности электрического поля. Так как излу-
чатели расположены по периметру кольцевого резонатора со сдвигом на 120 градусов, т. е. на равном расстоянии, что обеспечивает волны одинаковой длины, то происходит интерференция волн. Средняя длина кольцевого резонатора кратна длине волны. Это обеспечивает возбуждение бегущей волны, если максимальное расстояние между стенками резонатора кратно половине длины волны. Нагрев сырья в ЭМПСВЧ основан на явлении поляризации [17, с. 315]. Размороженное коровье молозиво стекает через отверстия перфорированной пластины 3 в нижний отсек, где подвергается воздействию ЭМПСВЧ той же результирующей напряженности электрического поля бегущей волны. Сырье разогревается до 36-38 °С и через запредельный волновод 6 с помощью шарового крана 5 дозированно сливается. В верхнем отсеке всегда будет находиться замороженное измельченное сырье и подвергаться процессу размораживания, а в нижнем отсеке - жидкая часть коровьего молозива разогревается до температуры 36-38 °С при результирующей напряженности электрического поля. Такое разделение сырья с противоположными характерами изменения фактора потерь в зависимости от температуры нагрева позволяет резко сократить продолжительность всего процесса размораживания и разогрева коровьего молозива. Регулируя мощностью генераторов, можно управлять производительностью установки.
Рис. 3. Схематическое изображение СВЧ установка с кольцевым резонатором : 1 - приемный патрубок с задвижкой; 2 - тороидальный резонатор; 3 - диск диэлектрический перфорированный; 4 - магнетроны; 5 - запредельный волновод; 6 - шаровой кран Fig. 3. Schematic image of a microwave installation with an annular resonator: 1 - receiving pipe with a valve; 2 - toroidal resonator; 3 - perforated dielectric disk; 4 - magnetrons; 5 - exorbitant waveguide; 6 - ball valve
При проектировании СВЧ установок с кольцевым резонатором бегущей волны может быть использована теория коаксиальных резонаторов для определения структуры поля, геометрических размером резонатора, выбора резонансной длины [18, с. 15]. Возбуждение бегущей волны тремя магнетронами, установленными со сдвигом 120°, возможно, так как при таком расположении излучателей имеет место компенсации неоднородностей за счет сдвига фаз отраженных волн. В кольцевом резонаторе может существовать бегущая волна при возбуждении резонатора направленными излучателями со сдвигом 120° [19, с. 23].
Собственную длину волны можно определить по известной формуле [18, с. 15]:
^_ (1)
( 1 ^
( V р
I
У ср У
где р = 1, 2, 3,...; Хкр - критическая длина волны, распространяющейся в данном резонаторе; I - средняя длина волны. Для Т волны X = I /р.
Пользуясь методикой Арутюняна Т. А. [5, с. 433-441] и предложенным им уравнением (2) определим резонансную частоту в зависимости от размеров разработанного кольцевого резонатора (рис. 1, 2) и от модовых чисел т, п, s при заполнении сырьем.
I о л | 2 2-л
Г'7"7Г °'ЛК'
.л
3
о? л | т -2-я I 2-я ,
= о . (2)
Если кольцевой резонатор пустой, то при диэлектрической проницаемости воздуха £ = 1 уравнение можно представить следующим образом:
л1Т-/?2 2
У с2 " ¿2) ~ '' -К
м т2 - 2- л2 I 2-л2 |2 +--+ 1
¿3- к
,. (3)
Если в кольцевом резонаторе находится коровье молозиво, то следует учесть его диэлектрическую проницаемость (рис. 1). Добротность кольцевого резонатора с таким поперечным сечением тора можно вычислить из выражения [5]:
(4)
0 =
4-с-4'
1 + -
- к '
где
18-л-а
димость стенок резонатора.
волновой импеданс, а а - прово-
Известно, что максимальная напряженность электрического поля электромагнитной волны, которая не должна превышать за пределами ВЧ-установки 5 В/м. Определим допустимую плотность потока электромагнитного излучения за пределами установки. Определим плотность энергии электромагнитной волны равна Ж = в0^в^Е2 [18, с. 62]. Плотность потока излучения равна I = Ж^ = s0•s•Е2•c. I = 8,85440"12Ф25^108 = 66 10-3 Вт/м2 = = 6,6 мкВт/см2. По нормативным данным разрешается 10 мкВт/см2 [18, с. 65]. Если считать, что напряженность электрического поля в резонаторе, заполненнздым воухом равна 0,2 кВ/см, то I = Ж^ = s0•s•Е2•c = = 8,854-10-12Ф(2-104)2 -3-108 = 1,06 •Ш6 Вт/м2.
Плотность потока излучений в сырье, с диэлектрической проницаемостью 53, составляет I = 8,854-10-12-53-(2-104)2 - 3-108 = 56,31-106 Вт/м2 [17, с. 316].
Руд = 5,55-10""-f-k-Е2 = 5,55-10~и -2450-106 -27- Е2 = 3,67-Е2, ^
Рд = —- р-С 1 0,1- 1017-3860-Ат п
0,7
= 56080 Вт / м , 3,67-Е2 = 56080
Е Ш80 = 123В / м = 12,3 кВ / см.
V 3,67
12,3 кВ/см меньше половины пробивной напряженности электрического поля для воздуха (15 кВ/см) [18, с. 62]. При скорости нагрева коровьего молозива 0,1 °С/с размораживание и разогрев до 38 °С (т. е. приращение температуры 48 °С) происходит за 8 мин., если напряженность электрического поля составляет 12,3 кВ/м. Но напряженность электрического поля при объеме резонатора микроволновой печи 21-27 л составляет всего 0,2 кВ/см. Следовательно, необходимо проектировать нетрадиционные объемные резонаторы, например, квазистационарные тороидальные резонаторы или биконические, где можно обеспечить высокую напряженность электрического поля. Или другое решение, когда в один объемный резонатор направить несколько излучателей и за счет интерференции электрических полей можно обеспечить высокую напряженность.
Проведены экспериментальные исследования динамики нагрева коровьего молозива (рис. 4). Изменение температуры нагрева сырья в процессе воздействия ЭМПСВЧ напряженностью 0,2 кВ/см описывается эмпирическим выражением: Т = 0,0007т2 + 0,0936т - 8,77, °С.
+
о
и
о L- е ь > o c
в e
о £
р
о ад
й о ni ta
в о
е св в e
{р л f
й и o
н з
й о e
л о erut
рр § ta
r e
р p
е С § pm et
е н e л н
50 40 30 20 10 0 -10
10
it
* \
3 0
0 0 00 7 2 0,093 6x 8 / /
„
2 0
1 3
0
6
1
25 50 75 100 125 150 175 200 225 Продолжительность воздействия ЭМПСВЧ ,с / Duration of exposure to microwave EMF, s
y
0
Рис. 4. Динамика нагрева коровьего молозива, жирностью 6,5 % при удельной мощности 2,72 Вт/г Fig 4. Dynamics of heating cow colostrum, fat content of 6.5 % with a specific power of 2.72 W / g
Предварительные исследования показывают, что размораживание коровьего молозива (-10 до 0 °С) в СВЧ-установке с одним генератором при удельной мощности 2,72 Вт/г происходит за 60-65 с (рис. 4, 5). Разогрев сырья до 38 °С происходит за 195-200 с. Тогда, средняя производительность СВЧ -установки составит 5,6 кг/ч.
Принцип работы базовых размораживателей коровьего молозива типа «SALUTEM» строится
на использовании водяной бани. По мере необходимости пакеты или бутылки с замороженным молозивом помещаются в установку, размораживаются и разогреваются до 40 °С за 40-90 мин. в зависимости от мощности и объема сырья. Производительность 10 кг/ч, энергетические затраты, с учетом мощности поворотного механизма, составят 0,866 кВт-ч/кг. Необходимо также учитывать расход воды и периодическое действие установки.
Продолжительность воздействия ЭМПСВЧ, с / Duration of exposure to microwave EMF, s 30 с / 30 s 60 с / 60 s 90 с / 90 s 110 с / 110 s
-5 °С / -5 °С
-0,2 °С / -0,2 °С
5,6 °С / 5,6 °С
9,8 °С / 9,8 °С
Рис. 5. Хронометраж размораживания и разогрева коровьего молозива в ЭМПСВЧ Fig. 5. The timing of the thawing and warming of bovine colostrum in MPSVC
Рис. 6. Размораживатель молозива с поворотным механизмом марки SALUTEM Fig. 6. Colostrum defroster with salutem rotary mechanism
Технические характеристики размораживателя молозива типа SALUTEM
- скорость размораживания и разогрева молозива до 40 °С - за 40-90 минут;
- возможность размораживания и разогрева молозива до 15 л за один раз;
- мощность ТЭНов - 12 кВт;
- габаритные размеры: 770^480^630 мм;
- масса - 55 кг;
- напряжение электропитания - 380 В.
Заключение
Поиск и разработка новых конструкционных исполнений объемных резонаторов СВЧ для расширения их функциональных возможностей, повышения качества технологического процесса, нахождения оптимальных схемотехнических решений тре-
бует комплексного изучения физики явлений, развития методов анализа и методов проектирования [20, с. 121, 310-311].
С целью ускорения процессов размораживания и разогрева коровьего молозива в непрерывном режиме с соблюдением электромагнитной безопасности разработана сверхвысокочастотная установка с кольцевым резонатором, выполняющим функцию экранирующего корпуса и тремя генераторами, возбуждающими поле бегущей волны. При использовании трех СВЧ-генераторов полезной мощностью 2 550 Вт, потребляемой мощностью 3 600 Вт, производительность составит 16,8 кг/ч, а энергетические затраты — 0,214 кВт-ч/кг, что в 4 раза меньше, чем при использовании базового размораживателя 8ЛШТБМ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Музыка А. А. Совершенствование технологии выпойки молозива новорожденным телятам // Высш. акад. аграр. наук. Беларусь. 1996. № 11. С. 61-63.
2. Букас Л. Н., Холод В. М. Сравнительная характеристика химического состава молозива коров разных отелов // Высш. акад. аграр. наук Беларусь, 1999. № 1. С. 66-68.
3. Стрекалов А. В.. Стрекалов Ю. А. Электромагнитные поля и волны. М. : РИОР: ИНФРА-М, 2014.
375 с.
4. Кухаркин Е. С. Электрофизика информационных систем. М. : Высшая школа. 2001. 671 с.
5. Арутюнян Т. А. Варданян А. Ю. Аналитическое описание тороидального резонатора высокой добротности в терагерцовой области частот // Известия НАН Армения, Физика. Т. 47. № 6. 2012. С. 433-441.
6. Гинзбург А. С. Расчет и проектирование сушильных установок пищевой промышленности. М. : Агро-промиздат, 1985. 336 с.
7. Рогов И. А. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов. М. : Легкая и пищевая промышленность, 1981. 288 с.
8. Ершова И. Г., Поручиков Д. В., Новикова Г. В. и др. Патент № 2694944 РФ, МПК А47139/00. Микроволновая установка для размораживания коровьего молозива; заявитель и патентообладатель ФГБНУ «ФНАЦ ВИМ» (ЯИ). № 2018143727; заявл. 11.12.2018. Бюл. № 20. 18.07.2019. 10 с.
9. Поручиков Д. В., Михайлова О. В., Ершова И. Г. Использование энергии ЭМИ в мясоперерабатывающей промышленности // Достижения современной науки в области энергосбережения. Чебоксары : Пегас, 2013. С. 222-225.
10. Орлова О. И., Белова М. В., Жданкин Г. В., Оболенский Н. В. Разработка и обоснование параметров СВЧ-установки для термообработки отбракованных куриных яиц // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2019. Т. 81. № 1. С. 47-52. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2019-1-47-52
11. Жданкин Г. В., Сторчевой В. Ф. Методика проектирования СВЧ-установки для термообработки непищевых отходов убоя животных // Инновации в сельском хозяйстве. Теоретический и научно-практический журнал. М. : ФГБНУ ВИЭСХ. № 1 (22). 2017. С. 78-82.
12 Жданкин Г. В., Орлова О. И. Микроволновая технология термообработки отходов инкубационных яиц // Развитие аграрной науки как важнейшее условие эффективного функционирования АПК страны. Чебоксары : ФГБОУ ВО «Чувашская ГСХА», 2018. С. 415-419.
13. Жданкин Г. В., Сторчевой В. Ф., Михайлова О. В. Операционно-технологическая схема переработки мягких непищевых отходов животного происхождения // Инновации в сельском хозяйстве. М. : ФГБНУ ФНАЦ ВИМ. 2018. № 4 (29). С. 229-236.
14. Поручиков Д. В., Михайлова О. В. Установка для посола и термообработки мясного сырья с СВЧ и ИК энергоподводами // Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки
продукции сельского хозяйства. Мосоловские чтения. Вып. XVI. Йошкар-Ола : «Марийский ГУ», 2014. С.139-140.
15. Егоров В. Н. Характеристики генераторов СВЧ с резонаторами стоячей и бегущей волны // Вестник Ир ГТУ. 2013. Т. 4 (75). С. 137-144.
16. Диденко А. Н. СВЧ-энергетика: Теория и практика. М. : Наука, 2003. 446 с.
17. Лыков А. В. Теория сушки. М. : Энергия, 1968. 535 с.
18. ПчельниковЮ. Н. Электроника сверхвысоких частот. М.: Радио связь. 1981. 96 с.
19. Костин Р. А. Стабилизированный сверхпроводящий резонатор бегущей волны для формирования сверхсильных СВЧ полей : дис. на соиск. уч. степени канд. физико-математических наук. С-Петербург, 2017. 132 с.
20. Ильченко М. Е., Взятышев В. Ф. и др. Диэлектрические резонаторы. М. : Радио связь. 1989. 320 с.
Дата поступления статьи в редакцию 27.11.2019, принята к публикации 23.12.2019.
Заявленный вклад авторов:
Новикова Галина Владимировна: общее руководство проектом, проведение критического анализа материалов, формирование идеи разделения процессов, теоретическое обоснование параметров, формулирование выводов.
Белова Марьяна Валентиновна: сбор и обработка материалов, подготовка текста статьи, разработка конструкционного исполнения установки.
Тараканов Дмитрий Александрович: анализ диэлектрических параметров сырья, проведение экспериментальных исследований динамики нагрева сырья.
Тихонов Александр Анатольевич: критический анализ и доработка текста. Информация об авторах:
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
Белова 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
Тараканов Дмитрий Александрович, ст. преподаватель кафедры «Охрана труда и безопасность жизнедеятельности»
Адрес: Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, 606340, Россия, Нижегородская область, г. Княгинино, ул. Октябрьская, 22а E-mail: [email protected] Spin-код 5660-7456
Тихонов Александр Анатольевич, к.т.н., доцент, доцент кафедры «Технология металлов и ремонт машин»
Адрес: Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия. 603107, г Нижний Новгород,
пр. Гагарина, 97
E-mail: [email protected]
Spin-код: 7146-3523
Все авторы прочитали, одобрили окончательный вариант рукописи.
REFERENCES
1. Muzyka A. A. Sovershenstvovanie tekhnologii vypojki moloziva novorozhdennym telyatam [Improving the technology of drinking colostrum for newborn calves], Vyssh. akad. agrar. nauk [Higher Academy of agrarian Sciences], Belarus'. 1996. No. 11, pp. 61-63.
2. Bukas L. N., Holod V. M. Sravnitel'naya kharakteristika himicheskogo sostava moloziva korov raznyh otelov [Comparative characteristics of the chemical composition of colostrum of cows of different calves], Vyssh. akad. agrar. nauk [Higher Academy of agrarian Sciences], Belarus', 1999, No. 1, pp. 66-68.
3. Strekalov A. V., Strekalov Yu. A. Elektromagnitnye polya i volny [Electromagnetic fields and waves], Moscow: RIOR: INFRA-M, 2014. 375 p.
4. Kuharkin E. S. Elektrofizika informatsionnyh system [Electrophysics of information systems], Moscow: Vysshaya shkola. 2001. 671 p.
5. Arutyunyan T. A. Vardanyan A. Yu. Analiticheskoe opisanie toroidal'nogo rezonatora vysokoj dobrotnosti v teragercovoj oblasti chastot [Analytical description of a high-q toroidal resonator in the terahertz frequency domain], Izvestiya NANArmeniya, Fizika [Izvestiya NAS Armenia, Fizika], Vol. 47, No. 6, 2012, pp. 433-441.
6. Ginzburg A. S. Raschet i proektirovanie sushil'nyh ustanovok pishchevoj promyshlennosti [Calculation and design of drying installations of the food industry], Moscow: Agropromizdat, 1985. 336 p.
7. Rogov I. A. Elektrofizicheskie, opticheskie i akusticheskie harakteristiki pishchevyh produktov [Electrophys-ical, optical and acoustic characteristics of food products], Moscow: Legkaya i pishchevaya promyshlennost', 1981. 288 p.
8. Ershova I. G., Poruchikov D. V., Novikova G. V. i dr. Patent No. 2694944 RF, MPK A47J.39/00. Mikro-volnovaya ustanovka dlya razmorazhivaniya korov'ego moloziva [Microwave unit for defrosting cow colostrum], za-yavitel' i patentoobladatel' FGBNU «FNAC VIM» (RU). No. 2018143727; zayavl. 11.12.2018. Byul. No. 20. 18.07.2019. 10 p.
9. Poruchikov D. V., Mihajlova O. V., Ershova I. G. Ispol'zovanie energii EMI v myasopererabatyvayushchej promyshlennosti [Use of EMI energy in the meat processing industry], Dostizheniya sovremennoj nauki v oblasti energosberezheniya [Achievements of modern science in the field of energy saving], Cheboksary : Pegas, 2013, pp.222-225.
10. Orlova O. I., Belova M. V., Zhdankin G. V., Obolenskiy N. V. Razrabotka i obosnovanie parametrov SVCH-ustanovki dlya termoobrabotki otbrakovannyh kurinyh yaic [Development and justification of the parameters of the microwave installation for heat treatment of rejected chicken eggs], Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernyh tekhnologij [Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies], 2019, Vol. 81, No. 1, pp. 47-52. (In Russ.) https://doi.org/10.20914/2310-1202-2019-1-47-52
11. Zhdankin G. V, Storchevoj V. F. Metodika proektirovaniya SVCH-ustanovki dlya termoobrabotki ne-pishchevyh othodov uboya zhivotnyh [Method of designing a microwave installation for heat treatment of non-food waste of animal slaughter], Innovacii v sel'skom hozyajstve. Teoreticheskij i nauchno-prakticheskij zhurnal [Innovations in agriculture. Theoretical and scientific-practical journal], Moscow: FGBNU VIESKH, No. 1 (22), 2017, pp. 78-82.
12 Zhdankin G. V., Orlova O. I. Mikrovolnovaya tekhnologiya termoobrabotki othodov inkubacionnyh yaic [Microwave technology for heat treatment of waste hatching eggs], Razvitie agrarnoj nauki kak vazhnejshee uslovie effektivnogo funkcionirovaniya APK strany» [Development of agricultural science as the most important condition for the effective functioning of the country's agricultural sector], Cheboksary: FGBOU VO «CHuvashskaya GSKHA», 2018, pp. 415-419.
13. Zhdankin G. V., Storchevoj V. F, Mihajlova O. V. Operacionno-tekhnologicheskaya skhema pererabotki myagkih nepishchevyh othodov zhivotnogo proiskhozhdeniya [Operational and technological scheme for processing soft non-food waste of animal origin], Innovacii v sel'skom hozyajstve [Innovations in agriculture], Moscow: FGBNU FNAC VIM, 2018, No. 4 (29), pp. 229-236.
14. Poruchikov D. V., Mihajlova O. V. Ustanovka dlya posola i termoobrabotki myasnogo syr'ya s SVCH i IK energopodvodami [Installation for salting and heat treatment of meat raw materials with microwave and IR power supplies], Aktual'nye voprosy sovershenstvovaniya tekhnologii proizvodstva i pererabotki produkcii sel'skogo ho-zyajstva. Mosolovskie chteniya [Current issues of improving the technology ofproduction and processing of agricultural products. Mosolov readings], Vyp. XVI, Joshkar-Ola : «Marijskij GU», 2014, pp. 139-140.
15. Egorov V. N. Harakteristiki generatorov SVCH s rezonatorami stoyachej i begushchej volny [Characteristics of microwave generators with standing and traveling wave resonators], Vestnik Ir GTU [Vestnik IR GTU], 2013, Vol. 4 (75), pp. 137-144.
16. Didenko A. N. SVCH-energetika: Teoriya i praktika [Microwave energy: Theory and practice], Moscow: Nauka, 2003, 446 p.
17. Lykov A. V. Teoriya sushki [Drying theory], Moscow: Energiya, 1968, 535 p.
18. Pchel'nikov Yu. N. Elektronika sverhvysokih chastot [Electronics of ultrahigh frequencies], Moscow: Radio svyaz', 1981, 96 p.
19. Kostin R. A. Stabilizirovannyj sverhprovodyashchij rezonator begushchej volny dlya formirovaniya sverhsil'nyh SVCH polej [Stabilized superconducting traveling wave resonator for forming super-strong microwave fields. Ph. D. (Physic and mathematic) diss.], Saint-Petersburg, 2017, 132 p.
20. Il'chenko M. E., Vzyatyshev V. F. i dr. Dielektricheskie rezonatory [Dielectric resonator], Moscow: Radio svyaz'. 1989, 320 p.
Submitted 27.11.2019; revised 23.12.2019.
Contribution of the authors:
Galina V. Novikova: overall project management, critical analysis of materials, formation of the idea of process separation, theoretical justification of parameters, and formulation of conclusions.
Mariana V. Belova: collection and processing of materials, preparation of the article text, development of the installation design.
Dmitry A. Tarakanov: analysis of the dielectric parameters of raw materials, conducting experimental studies of the dynamics of heating of raw materials.
Alexander A. Tikhonov: critical analysis and revision of the text.
Author information: Galina V. Novikova, Dr. Sci. (Engineering), professor, chief researcher
Address: Nizhny Novgorod state of engineering and economic university, Oktyabrskaya Str., 22a, Knyaginino, Nizhny Novgorod region, 606340, Russia E-mail: [email protected] Spin code 3317-5336
Mariana V. Belova, Dr. Sci. (Engineering), Professor of the chair «Electrification and automation» Address: Nizhny Novgorod state engineering and economic university, Oktyabrskaya Str., 22a, Knyaginino, Nizhny Novgorod region, 606340, Russia E-mail: [email protected] Spin code 5642-4560
Dmitry A. Tarakanov, senior lecturer of the chair of labor protection and life safety»
Address: Nizhny Novgorod state engineering and economic university, Oktyabrskaya str., 22a, Knyaginino,
Nizhny Novgorod region, 606340, Russia
E-mail: [email protected].
Spin code 5660-7456
Alexander A. Tikhonov, Ph. D., associate professor,
associate professor of the chair «Metal Technology and machine repair»
Address: Nizhny Novgorod state agricultural Academy. 603107, Nizhny Novgorod, 97 Gagarin Ave. E-mail: [email protected] Spin code: 7146-3523
All authors read and approved the final version of the manuscript.
