Научная статья на тему 'Разработка радиоволновых установок для термообработки сырья'

Разработка радиоволновых установок для термообработки сырья Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
158
39
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СЪЕМНЫЕ МОДУЛИ / СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ / ТОРОИДАЛЬНАЯ РЕЗОНАТОРНАЯ КАМЕРА / ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ РАЗНЫХ ДЛИН ВОЛН / ELECTROMAGNETIC RADIATION OF DIFFERENT WAVELENGTHS / REMOVABLE MODULES / THE TOROIDAL RESONATOR CHAMBER / MICROWAVE GENERATORS

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Белов Александр Анатольевич, Жданкин Георгий Валерьевич, Сторчевой Владимир Федорович

Создание достаточно эффективных технологий термообработки и обеззараживания сельскохозяйственного сырья и соответствующих радиоволновых установок, актуально. В работе рассматривается концепция проектирования сверхвысокочастотных установок, снабженных маломощными источниками энергии (0,8…1,2 кВт), с воздушным охлаждением магнетронов и не требующих защиты от отраженной мощности, обеспечивающих равномерность нагрева сырья за счет конструкционных приемов разработки тороидальной резонаторной камеры, заполненной малым объем сырья. Конструктивные исполнения рабочих органов проводили по программе трехмерного моделирования с использованием Компас-3DV15. Обоснование электродинамических параметров системы «генератор-резонатор-нагрузка» проводили по программе трехмерного компьютерного моделирования электрического поля CSTStudioSuite 2015 и ее подпрограммы CSTMicrowaveStudio. Описаны радиоволновые установки с тороидальным резонатором и источниками электромагнитных излучений спектра радиоволн для термообработки и обеззараживания сырья в непрерывном режиме при наложении двух радиоволн высокой напряженности. Приведены возможные варианты сочетания электромагнитных излучений разных длин волн в тороидальном резонаторе радиоволновых установок для термообработки и обеззараживания сырья. Излучатели электромагнитного поля сверхвысокой частоты (2 450 МГц) направлены в тороидальную часть, а центральная часть резонаторной камеры выполнена в виде съемных модулей. Съемная часть для ввода электромагнитных излучений другой частоты состоит из пяти модулей. Каждый съемный модуль обеспечивает ввод энергии электромагнитных излучений частотой, отличающейся от основной частоты 2 450 МГц. Съемный модуль в первом варианте содержит плоскопараллельные пластины из неферромагнитного материала. Во втором варианте съемного модуля в межпластинчатом пространстве установлена электрогазоразрядная лампа от дарсонваля, благодаря чему обеспечиваются электрические поля с частотами 2 450 МГц и 110 кГц. В третьем варианте съемный модуль образован в виде конденсатора с плоскопараллельными электродами и к ним подводится высокое напряжение от высокочастотного генератора (40,68 МГц). В четвертом варианте через верхнюю пластину съемного узла направлен цилиндрический резонатор с излучателем. Тороидальный и цилиндрический резонаторы образуют резонаторно-лучевую электродинамическую систему. При этом происходит сложение напряженностей электрических полей с близкими частотами: 2 450 и 2 350 МГц. В пятом варианте крайне высокочастотное излучение при помощи рупорной антенны направлено в межпластинчатое пространство. При этом происходит сложение напряженностей электрических полей разных частот: 2 450 и 55 540 МГц.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Белов Александр Анатольевич, Жданкин Георгий Валерьевич, Сторчевой Владимир Федорович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE DEVELOPMENT OF RADIO INSTALLATIONS FOR HEAT TREATMENT OF RAW MATERIALS

The creation of effective technologies of heat treatment and disinfection of agricultural raw materials and the corresponding radio-wave installations, is important. The paper discusses the concept for the design of microwave installations equipped with low-power energy sources (0,8...1,2 kW), air-cooled magnetrons and don't require protection from reflected power ensure uniformity providing a uniform heating of raw materials due to design techniques the development of a toroidal resonator chamber filled with a small amount of raw material. Design of the working bodies held in Dili for three-dimensional modeling program with the use of Kompas-3D V15. Justification of elektrodinamic parameters of the system «the generator-resonator-load» carried on the program three-dimensional computer simulation of the electric field CST Studio Suite 2015 and its subroutines CST Microwave Studio. Начало формы Конец формы Described radiowave installing toroidal resonator and sources of electromagnetic radiation spectrum of radio waves to heat treatment and disinfection of raw materials in a continuous mode in the superposition of two radio waves of high intensity. The possible combinations of electromagnetic radiation of different wavelengths in the toroidal resonator radio installations for heat treatment and disinfection of raw materials. The emitters of the electromagnetic field of ultrahigh frequency (2 450 MHz) is directed into a toroidal part and the Central part of the resonator chamber made in the form of removable modules. Removable part for input of the elec-electromagnetic radiation with a different frequency consists of five modules. Each removable module provides the energy input of electromagnetic radiation of a frequency different from the fundamental frequency of 2 450 MHz. Removable module in the first embodiment contains a plane-parallel plate made of non-ferromagnetic material. In a second embodiment of a removable module in megaplatinum space set elektropanorama lamp from d'arsonval, whereby is provided an electric field with a frequency of 2 450 and 110 kHz. In a third embodiment, the removable module is formed in the form of a capacitor with plane-parallel electrodes and is supplied with high voltage from high frequency generator (40,68 MHz). In the fourth embodiment, through the upper plate of the removable node directed cylindrical resonator with the radiator. A toroidal resonator and a cylindrical resonator form a resonator beam electrodynamic system. When this occurs, the addition of the intensities of electric fields with close frequencies, 2 450 and 2 350 MHz. In the fifth embodiment, extremely high frequency radiation by means of a horn antenna directed to miletinae space. When this occurs, the addition of the intensities of electric fields of different frequency: 2 450 and 55 540 MHz.

Текст научной работы на тему «Разработка радиоволновых установок для термообработки сырья»

05.12.00 РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ

05.12.00 УДК 637.02

РАЗРАБОТКА РАДИОВОЛНОВЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ СЫРЬЯ

© 2016

Белов Александр Анатольевич, к.т.н., доцент Волжский филиал ФГБОУ ВО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)», г. Чебоксары (Россия), Жданкин Георгий Валерьевич, к.э.н., доцент, первый проректор, проректор по учебно-методической работе ФГБОУ ВО «Нижегородская ГСХА», г. Нижний Новгород (Россия), Сторчевой Владимир Федорович, д.т.н., профессор, проректор по учебной работе ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К. А. Тимирязева», г. Москва (Россия)

Аннотация. Создание достаточно эффективных технологий термообработки и обеззараживания сельскохозяйственного сырья и соответствующих радиоволновых установок, актуально. В работе рассматривается концепция проектирования сверхвысокочастотных установок, снабженных маломощными источниками энергии (0,8... 1,2 кВт), с воздушным охлаждением магнетронов и не требующих защиты от отраженной мощности, обеспечивающих равномерность нагрева сырья за счет конструкционных приемов разработки тороидальной резонаторной камеры, заполненной малым объем сырья.

Конструктивные исполнения рабочих органов проводили по программе трехмерного моделирования с использованием Компас-3DV15. Обоснование электродинамических параметров системы «генератор-резонатор-нагрузка» проводили по программе трехмерного компьютерного моделирования электрического поля CSTStudioSuite 2015 и ее подпрограммы CSTMicrowaveStudio.

Описаны радиоволновые установки с тороидальным резонатором и источниками электромагнитных излучений спектра радиоволн для термообработки и обеззараживания сырья в непрерывном режиме при наложении двух радиоволн высокой напряженности. Приведены возможные варианты сочетания электромагнитных излучений разных длин волн в тороидальном резонаторе радиоволновых установок для термообработки и обеззараживания сырья. Излучатели электромагнитного поля сверхвысокой частоты (2 450 МГц) направлены в тороидальную часть, а центральная часть резонаторной камеры выполнена в виде съемных модулей. Съемная часть для ввода электромагнитных излучений другой частоты состоит из пяти модулей. Каждый съемный модуль обеспечивает ввод энергии электромагнитных излучений частотой, отличающейся от основной частоты 2 450 МГц. Съемный модуль в первом варианте содержит плоскопараллельные пластины из неферромагнитного материала. Во втором варианте съемного модуля в межпластинчатом пространстве установлена электрогазоразрядная лампа от дарсонваля, благодаря чему обеспечиваются электрические поля с частотами 2 450 МГц и 110 кГц. В третьем варианте съемный модуль образован в виде конденсатора с плоскопараллельными электродами и к ним подводится высокое напряжение от высокочастотного генератора (40,68 МГц). В четвертом варианте через верхнюю пластину съемного узла направлен цилиндрический резонатор с излучателем. Тороидальный и цилиндрический резонаторы образуют резонаторно-лучевую электродинамическую систему. При этом происходит сложение напряженностей электрических полей с близкими частотами: 2 450 и 2 350 МГц. В пятом варианте крайне высокочастотное излучение при помощи рупорной антенны направлено в межпластинчатое пространство. При этом происходит сложение напряженностей электрических полей разных частот: 2 450 и 55 540 МГц.

Ключевые слова: съемные модули, сверхвысокочастотные генераторы, тороидальная резонаторная камера, электромагнитные излучения разных длин волн.

THE DEVELOPMENT OF RADIO INSTALLATIONS FOR HEAT TREATMENT OF RAW MATERIALS

© 2016

Belov Alexander Anatolievich, candidate of technical Sciences, associate Professor

The Volga branch of FSBEI «Moscow state automobile and road technical university (MADI)», Cheboksary (Russia), Zhdankin Georgy Valerievich, candidate of economic Sciences, associate Professor,

vice-rector for educational-methodical work Of the «Nizhny Novgorod state agricultural Academy», Nizhny Novgorod (Russia), Storchevoy Vladimir Fedorovich, doctor of technical Sciences, professor, vice-rector on educational work Of the «Russian state agrarian University - MTAA them. K. A. Timiryazev», Moscow (Russia)

Annotation. the creation of effective technologies of heat treatment and disinfection of agricultural raw materials and the corresponding radio-wave installations, is important. The paper discusses the concept for the design of microwave installations equipped with low-power energy sources (0,8...1,2 kW), air-cooled magnetrons and don't require protection from reflected power ensure uniformity providing a uniform heating of raw materials due to design techniques the development of a toroidal resonator chamber filled with a small amount of raw material. Design of the working bodies held in Dili for three-dimensional modeling program with the use of Kompas-3D V15. Justification of elektrodinamic parameters of the system «the generator-resonator-load» carried on the program three-dimensional computer simulation of the electric field CST Studio Suite 2015 and its subroutines CST Microwave Studio.

Described radiowave installing toroidal resonator and sources of electromagnetic radiation spectrum of radio waves to heat treatment and disinfection of raw materials in a continuous mode in the superposition of two radio waves of high intensity. The possible combinations of electromagnetic radiation of different wavelengths in the toroidal resonator radio installations for heat treatment and disinfection of raw materials. The emitters of the electromagnetic field of ultrahigh frequency (2 450 MHz) is directed into a toroidal part and the Central part of the resonator chamber made in the form of removable modules. Removable part for input of the elec-electromagnetic radiation with a different frequency consists of five modules. Each removable module provides the energy input of electromagnetic radiation of a frequency different from the fundamental frequency of 2 450 MHz. Removable module in the first embodiment contains a plane-parallel plate made of non-ferromagnetic material. In a second embodiment of a removable module in megaplatinum space set elektropanorama lamp from d'arsonval, whereby is provided an electric field with a frequency of 2 450 and 110 kHz. In a third embodiment, the removable module is formed in the form of a capacitor with plane-parallel electrodes and is supplied with high voltage from high frequency generator (40,68 MHz). In the fourth embodiment, through the upper plate of the removable node directed cylindrical resonator with the radiator. A toroidal resonator and a cylindrical resonator form a resonator beam electrodynamic system. When this occurs, the addition of the intensities of electric fields with close frequencies, 2 450 and 2 350 MHz. In the fifth embodiment, extremely high frequency radiation by means of a horn antenna directed to miletinae space. When this occurs, the addition of the intensities of electric fields of different frequency: 2 450 and 55 540 MHz.

Keywords: electromagnetic radiation of different wavelengths, removable modules, the toroidal resonator chamber, the microwave generators.

Введение

Кроме механических, химических, биологических способов для обработки сельскохозяйственного сырья в целях улучшения его технологических свойств и уничтожения вредной микрофлоры, используются различные физические методы, в том числе энергия электромагнитных излучений разных длин волн. Создание достаточно эффективных технологий термообработки и обеззараживания сельскохозяйственного сырья и соответствующих радиоволновых установок, обеспечивающих непрерывный режим работы, актуально. Поэтому в работе рассматривается концепция проектирования сверхвысокочастотных установок, снабженных маломощными источниками энергии (0,8...1,2 кВт), с воздушным охлаждением магнетронов и не требующих защиты от отраженной мощности, обеспечивающих равномерность нагрева сырья за счет конструкционных приемов разработки тороидальной резонаторной камеры, обладающей высокой собственной добротностью и заполненной малым объем сырья.

Научная проблема — совершенствование технологии, методов и сверхвысокочастотных установок для термообработки сельскохозяйственного сырья в непрерывном режиме.

Микроволновые технологии и технические средства для обработки разного сельскохозяйствен-

ного сырья исследованы такими авторами, как: Бородин И. Ф., Васильев А. Н., Вендин С. В., Рогов И. А., Нетушил А. В., Гинзбург А. С., Стреб-ков Д. С., Воробьев В. А., Кудрявцев И. Ф., Цугле-нок Н. В., Зверев С. В. и др. [1.20].

Ими изучался процесс воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты в периодическом режиме, в замкнутом объеме резонатора с мощными источниками излучений. Однако задача повышения качества продукта воздействием физических факторов в непрерывном режиме при использовании маломощных магнетронов остается нерешенной. Анализ исследований, выполненных авторами, позволяет выделить основные узлы, требующие дальнейшего совершенствования при термообработке сырья с использованием энергии электромагнитных излучений, это осуществление поточного режима при максимальной добротности объемного резонатора, обеспечивающего высокую напряженность электрического поля, при которой происходит обеззараживание продукта; разработка многогенераторных установок для фермерских хозяйств.

Цель работы — повышение эффективности функционирования сверхвысокочастотных установок путем совершенствования их основных рабочих органов для непрерывного режима работы, обеспе-

чивающих улучшение качества продукта с наименьшими эксплуатационными затратами.

Объект исследований - технологические процессы, обеспечивающие комплексное воздействие электромагнитных излучений спектра радиоволн разной частоты на сельскохозяйственное сырье.

Предметом исследований является выявление закономерностей процесса комплексного воздействия электромагнитных излучений разных длин волн на сельскохозяйственное сырье для определения эффективного режима функционирования установок.

Материалы и методы

Научные исследования проводились с использованием математических аппаратов электродинамики, теории электромагнитного поля и электрических цепей, а также графоаналитических методов. Обработка экспериментальных данных выполнена с использованием компьютерных программ MicrosoftExcel 10.0, Statistic 5.0, трехмерного моделирования конструктивного исполнения СВЧ установок в программе Компас-3D V15. Конструирования объемных резонаторов проводили по программе трехмерного компьютерного моделирования электрического поля CSTStudioSuite 2015 и ее подпрограммы CSTMicrowaveStudio.

Достоверность основных положений и выводов подтверждена: результатами экспериментальных исследований процесса воздействия на сырье и положительными результатами испытаний сверхвысокочастотных установок в производственных условиях; использованием современных методик, ГОСТов, приборов и оборудования; совпадением теоретических и экспериментальных результатов исследований; протоколами, представленными: ФГБУ «Государственный центр агрохимической службы «Чувашский»; ФГУ «Чувашский центр стандартизации, метрологии и сертификации»;

ФГБУ «Государственный центр агрохимической службы «Чувашский»; ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Чувашской Республике - Чувашии»; филиалом ФГУ «Россельхозцентр по Чувашской Республике».

Результаты и обсуждения

На международных конференциях по применению микроволн рассматривается большой спектр различных направлений развития и технологий. В частности: энергетическая эффективность сверхвысокочастотных технологий, термообработка разных диэлектрических материалов, моделирование и взаимодействие сырья с энергией электромагнитного поля сверхвысокой частоты и т. д. Отмечается, что применение сверхвысокочастотных технологий позволяет значительно улучшить качественные показатели при обработке многих видов сырья. Важность развития исследований в России эффектов сверхвысокочастотного (СВЧ) нагрева подтверждается принятием 17 декабря 2012 года Стратегической программы исследований «СВЧ технологии», определяющей развитие промышленных установок технологического нагрева.

На основе анализа микроволновой технологии [1-20] предлагается совершенствовать установки для термообработки и обеззараживания сырья в непрерывном режиме, путем наложения на электромагнитное поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ, 2 450 МГц), электрическое поле другой частоты, спектра радиоволн. Это обеспечивает необходимую напряженность электрического поля в резонаторной камере, при которой снижается микробиологическая обсемененность сырья. Возможные варианты сочетания электромагнитных излучений (ЭМИ) разных длин волн в тороидальном резонаторе радиоволновых установок для термообработки и обеззараживания сырья приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 - Варианты сочетания источников электромагнитных излучений

Классификация разработанных тороидальных резонаторных камер, обеспечивающих комплексное воздействие электромагнитных излучений разных длин волн, приведена на рисунке 2. Радиоволновая установка для термообработки и обеззараживания сырья состоит из тороидального резонатора 1 со стационарной плоской пластиной 2, выгрузного патрубка 3 с шнековым дозатором, загрузочного патрубка 4, СВЧ генератороных блоков 5, съемных модулей 6 для ввода в резонаторную камеру ЭМИ

другой частоты; штуцера 7 отвода воздуха с воздушным фильтром. С использованием маломощных генераторов и медицинской аппаратуры спектра радиоволн разработаны схемные решения рабочих камер. Причем, излучатели электромагнитного поля сверхвысокой частоты (2 450 МГц) направлены в тороидальную часть, а центральная часть резона-торной камеры выполнена в виде съемных модулей (рис. 3).

Радиоволновые установки, обеспечивающие комплексное воздействие электромагнитных излучений разных длин волн

Тороидальный резонатор с тремя источниками СВЧ энергии (2 450 МГц, 12,24 см, 2 400 Вт)

Тороидальный резонатор с тремя источниками СВЧ энергии и с электрогазоразрядной лампой от генератора надтональной частоты (Дар-сонваль «Искра», 110 кГц, 130 Вт; Дарсонваль НТЧ-10-01, 22 кГц, 80 Вт; Ультратон 03АМП, 19.25 кГц, 30 Вт)

Тороидальный резонатор с тремя источниками СВЧ энергии и с плоскопараллельным конденсатором от высокочастотного генератора (ЭХВЧ-500, УВЧ-30, УВЧ-60, УВЧ-88 40,68 МГц, 737 см)

Тороидальный резонатор с тремя источниками СВЧ энергии и с цилиндрическим излучателем от СВЧ генератора (Луч 58-1, Луч 11, СМВ-150-1, Луч 4, СМВ-20-4, 2 350 МГц, 12,6 см)

Тороидальный резонатор с тремя источниками СВЧ энергии и с апертурой от генератора крайне высокой частоты (Явь-1-5,6, 55,54 ГГц, 5,6 мм; Явь-1-7,1, 42,19 ГГц, 7,1 мм, мощность 25 Вт)

7

1

7

2

7

3

7

4

7

5

Рисунок 2 - Схемы разработанных радиоволновых установок, обеспечивающих комплексное воздействие электромагнитных излучений разных длин волн: 1 - тороидальная резонаторная камера, состоящая из тора и центральной части; 2 - стационарное основание центральной части тороидальной резонаторной камеры; 3, 4 - запредельные волноводы; 5 - СВЧ генераторные блоки с частотой 2 450 МГц; 6 - съемные модули для ввода электромагнитных излучений другой частоты; 7 - штуцер отвода воздуха с воздушным фильтром

Тороидальный резонатор

Съемная пластина из неферромагнитного материала

Высокопотенциальный электрод от ВЧ генератора

Съемная пластина с электрогазоразрядной лампой

Цилиндрический рупор с излучателем

Апертура КВЧ излучателя

Рисунок 3 - Съемные модули для соответствующих радиоволновых установок

Тороидальный резонатор 1 выполнен с круглым сечением, а по внутреннему периметру установлены плоско-параллельные пластины. Причем, верхняя пластина съемная, а нижнее основание 2 закреплено к внутреннему периметру тора стационарно. Выгрузной 3 и загрузочный 4 патрубки выполнены в виде трубы, с диаметром меньше, чем четверть основной длины волны и выполняют функции запредельных волноводов. Съемная часть 6 для ввода ЭМИ другой частоты состоит из 5 модулей. Каждый съемный модуль обеспечивает ввод энергии электромагнитных излучений частотой, отличающейся от основной частоты 2 450 МГц. Съемный модуль в первом варианте содержит плоскопараллельные пластины из неферромагнитного материала (рис. 2.1). При этом в тороидальной резонаторной камере частота ЭМП равна 2 450 МГц (в торе и в центральной части резонатора). Напряженность электрического поля в центральной части резонатора, из-за малого расстояния между плоскопараллельными стенками, выше, чем в торе, но не достаточная для уничтожения микробиологической обсемененности сырья при его высокой исходной обсемененности (более 106 КОЕ/г). Поэтому в конструкции тороидального резонатора следует предусмотреть наложение электрических полей разных длин волн и разными амплитудами напряженности электрического поля.

Во втором варианте съемного модуля в межпластинчатом пространстве установлена электрогазоразрядная лампа от дарсонваля (рис. 2.2), благодаря чему обеспечиваются электрические поля с частотами 2 450 МГц и 110 кГц. Источниками килогерцовой частоты могут служить дарсон-валь «Искра» с частотой 110 кГц и мощностью

130 Вт; дарсонваль НТЧ-10-01, с частотой 22 кГц и мощностью 80 Вт; ультратон 03АМП с частотой 19...25 кГц, и мощностью 30 Вт.

В третьем варианте (рис. 2.3) модуль 6 образован в виде конденсатора с плоскопараллельными электродами и к ним подводится высокое напряжение от высокочастотного генератора (40,68 МГц). Причем, высокопотенциальный электрод установлен в внутрь диска из фторопласта для обеспечения безопасного обслуживании, а низкопотенциальным электродом служит нижняя пластина центральной части тороидального резонатора. Источниками высокочастотной энергии могут быть ЭХВЧ-500, УВЧ-30, УВЧ-60, УВЧ-88 с частотой 40,68 МГц и длиной волны 737 см. Модель распространения электрического поля предусматривает сложение напряженностей электрических поле двух частот, таких как 2 450 и 40,68 МГц.

В четвертом варианте через верхнюю пластину узла направлен цилиндрический резонатор 6 с излучателем (рис. 2.4). Тороидальный резонатор 1 и цилиндрический резонатор 6 образуют резонаторно-лучевую электродинамическую систему. Источником электромагнитных полей другой частоты могут служить Луч 58-1, Луч 11 СМВ-150-1, Луч 4 СМВ-20-4 с частотой 2 350 МГц, и длиной волны 12,6 см. При этом происходит сложение напряженностей электрических полей с близкими частотами, такими как 2 450 и 2 350 МГц.

В пятом варианте КВЧ излучение (крайне высокочастотное излучение, миллиметровые волны) (рис. 2.5) при помощи рупорной антенны площадь апертуры 6 направлено в межпластинчато е пространство. При этом происходит сложение

напряженностей электрических полей разных частот: 2 450 и 55 540 МГц. Источниками электромагнитных излучений могут быть Явь -1-5,6 с частотой 55,54 ГГц, длиной волны 5,6 мм; Явь-1-7,1 с частотой 42,19 ГГц, длиной волны 7,1 мм. Поведение электромагнитных полей разных частот в замкнутом объеме резонатора представляет собой весьма сложный физический процесс, который не всегда дается корректно описать при помощи математических выражений. При наложении двух волн с произвольными амплитудами и фазами имеем некоторую электромагнитную волну, которая может изменять свою ориентацию относительно направления распространения волн. Пользуясь системой параметрического моделирования трехмерных структур, проведены исследования напряженности электромагнитного поля при наложении стоячих волн разных длин в тороидальном резонаторе. При использовании каждого модуля оптимизированы величины напряженности электрического поля в тороидальном резонаторе, которые позволяют снизить микробиологическую обсемененность в сырье до допустимой нормы 500 тыс. КОЕ/г при достаточно высокой исходной бактериальной загрязненности.

Рабочий процесс термообработки сырья в радиоволновой установке происходит следующим образом. Установить соответствий съемный модуль 6 для ввода электромагнитных излучений в центральную часть резонаторной камеры 1. Включить пневмотранспортную установку для подачи сыпучего сырья в тороидальный резонатор 1 через загрузочный патрубок 4. Далее включить СВЧ генераторные блоки 5, дополнительный источник ЭМИ другой частоты 6. Под комплексным воздействием электромагнитных излучений разных длин волн сырье подвергаются эндогенному нагреву, обеззараживается за счет высокой напряжённости электрического поля, и выводятся с помощью шнекового дозатора через выгрузной патрубок 3. Отвод воздуха из резонаторной камеры 1 осуществляется через штуцер 7 посредством воздушного фильтра 2. Такая установка со съемными модулями позволяет подобрать рациональные значения напряженностей электрических полей, комплексное воздействие которых снижает микробиологическую обсеменен-ность сырья в процессе термообработки в непрерывном режиме.

Заключение

Проведенный анализ материалов отечественных и зарубежных научных публикаций показывает, что наибольшее внимание в развитии исследований в области сверхвысокочастотного нагрева уделяется поиску принципиально новых решений для применения микроволновых технологий с целью

замещения существующих технологий термообработки, а также для применения сверхвысокочастотной энергии в производстве новых видов продукции.

Разработаны несколько радиоволновых установок для термообработки сырья, отличающиеся конфигурацией съемных узлов тороидального резонатора. Новые конструкции резонаторных камер сверхвысокочастотных установок позволяют достичь максимальной добротности и напряженности электрического поля, обеспечивают поточность технологического процесса термообработки сырья при применении маломощных магнетронов. Нагрев сырья, находящегося во взвешенном состоянии, и кратковременность обработки создают условия для рационального использования энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты при обеспечении высокого качества продукта.

В разработанной установке реализован тороидальный резонатор со съемными источниками энергии радиоволнового диапазона. Наложение двух волн разных частот обеспечивает высокую напряжённость электрического поля. Разработанная новая концепция проектирования сверхвысокочастотных установок для термообработки и обеззараживания сельскохозяйственного сырья основана на принципах:

- установка состоит из нескольких маломощных сверхвысокочастотных генераторов с волно-водными трактами для излучателей и тороидального резонатора со съемными узлами в экранирующем корпусе;

- поточность технологического процесса обеспечивается путем загрузки сырья в тороидальную часть резонатора и выгрузки продукта из нее через запредельные волноводы.

- в тороидальном резонаторе, за счет малого расстояния между стенками центральной части, выполненной в виде съемных узлов и за счет интерференции волн образуется высокая напряженность электрического поля спектра радиоволн, обеспечивающая снижение микробиологической обсеменен-ности продукта до нормативного уровня 500 тыс. КОЕ/г.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Белова М. В., Новикова Г. В., Пономарев А. Н. Зависимость мощности потерь СВЧ-энергии от напряженности электрического поля // Вестник ФГОУ ВПО «Чувашский государственный педагогический университет», 2011, № 2 (70). С. 119-122.

2. Белова М. В., Белов А. А. Установка для варки сарделек и сосисок // Механизация и электрификация сельского хозяйства, № 12, 2011. С.27-28.

3. Белова М. В., Александрова Г. А., Поручиков Д. В. Технологическое оборудование для термообработки с.-х. сырья // Вестник ФГОУ ВПО «Чувашский государственный педагогический университет им. И. Я. Яковлева». 2013, № 2 (78). С.12-16.

4. Белова М. В., Уездный Н. Т. Установка для термообработки крови убойных животных с использованием ЭМИ // Вестник ФГОУ ВПО «Чувашский государственный педагогический университет им. И. Я. Яковлева». 2013, № 4 (80). Ч. 2. С. 31-35.

5. Белова М. В., Уездный Н. Т., Новикова Г. В. Обоснование параметров установки для термообработки крови убойных животных // Вестник ФГОУ ВПО «Чувашский государственный педагогический университет им. И. Я. Яковлева».

2013, № 4 (80). Ч. 2. С. 213-217.

6. Белова М. В., Зиганшин Б. Г. Повышение эффективности функционирования многомодульных агрегатов для агроинженерных технологий // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2013, № 3 (29). С. 49-52.

7. Белова М. В., Зиганшин Б. Г., Уездный Н. Т. Установка для термообработки крови с.-х. животных // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2013, № 3 (29). С. 53-56.

8. Белова М. В., Уездный Н. Т. Использование СВЧ техники для термообработки крови убойных животных // Известия Оренбургского ГАУ,

2014, № 1 (45). С. 56-58.

9. Белова М. В., Ершова И. Г., Сорокина М. Г., Новикова Г. В. Установка для переработки жиросодержащего сырья с СВЧ энергоподводом // Известия Оренбургского ГАУ. 2014, № 1 (45). С. 54-56.

10. Белова М. В., Зиганшин Б. Г., Новикова Г. В. Методика обоснования параметров установки для термообработки сырья убойных животных // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2014, № 2. С. 58-62.

11. Белова М. В., Новикова Г. В., Селиванов И. М., Ершова И. Г., Оспанов А. Б. Установка для вытопки жира // Естественные и технические науки. 2015, № 6. С. 485-487.

12. Белова М. В. Конструктивные особенности резонаторов сверхвысокочастотных установок для термообработки сырья в поточном режиме // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2015, № 4 (38). С. 31-37.

13. Белова М. В., Зиганшин Б. Г., Уездный Н. Т. Термообработка крови убойных животных // Естественные и технические науки. 2015, № 1. С.125-127.

14. Белова М. В., Зиганшин Б. Г., Федорова А. Н., Поручиков Д. В. Объемные резонаторы

СВЧ генератора для термообработки сырья в поточном режиме // Естественные и технические науки.2015,№ 1. С. 121-123.

15. Белова М. В., Селиванов И. М., Махотки-н а Н. И. Блок-схема модернизации СВЧ установки для термообработки сырья // Естественные и технические науки. 2015, № 2. С. 127-128.

16. Белова М. В., Зиганшин Б. Г., Новикова Г. В., Матвеева А. Н., Петрова О. И. Электродинамический анализ резонаторов, используемых в сверхвысокочастотных установках // Естественные и технические науки. 2015, № 6. С. 477-480.

17. Белова М. В., Селиванов И. М., Белов А. А., Умбетов У. У. Резонаторы, обеспечивающие термообработку сырья в поточном режиме // Естественные и технические науки. 2015, № 6. С.499-502.

18. Белова М. В., Самоделкин А. Г., Новикова Г. В., Ершова И. Г., Белов А. А. Многорезона-торная установка для плавления жира // Естественные и технические науки. 2015, № 6. С. 492-494.

19. Белов А. А., Самоделкин А. Г., Сторче-вой В. Ф., Белов Е. Л. Энтолейтор с источником энергии сверхвысокой частоты // Естественные и технические науки. 2015, № 6. С. 497-499.

20. Ершова И. Г., Сорокина М. Г., Белова М. В., Новикова Г. В. Патент № 2541694 РФ, МПК С11В1/12. Установка для термообработки жи-росодержащего сырья; заявитель и патентообладатель ЧГСХА (RU). № 2013145358; заявл. 09.10.2013. Бюл . № 5 от 20.02.2015. 6 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

REFERENCES

1. Belova M. V., Novikova G. V., Ponoma-rev A. N. Zavisimost' moschnosti poter' SVCH-energii ot napryazhennosti elektricheskogo polya (Dependence of the power loss of microwave energy from electric fields), Vestnik FGOU VPO «CHuvashskiy gosudar-stvenniy pedagogicheskiy universitet», 2011, No. 2 (70). pp. 119-122.

2. Belova M. V., Belov A. A. Ustanovka dlya varki sardelek i sosisok (Installation for cooking wieners and sausages), Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya sel'skogo khozyaystva, No. 12, 2011. pp. 27-28.

3. Belova M. V., Aleksandrova G. A., Poruchikov D. V. Tekhnologicheskoe oborudovanie dlya termoobrabotki s.-kh. sir'ya (Process equipment for heat treatment of agricultural raw materials), Vest-nik FGOU VPO «CHuvashskiy gosudarstvenniy peda-gogicheskiy universitet im. I. YA. YAkovleva». 2013, No. 2 (78). pp. 12-16.

4. Belova M. V., Uezdniy N. T. Ustanovka dlya termoobrabotki krovi uboynikh zhivotnikh s i spol'zovaniem EMI (Installation for the heat treatment of blood of slaughtered animals with EMP), Vestnik

FGOU VPO «CHuvashskiy gosudarstvenniy pedagog-icheskiy universitet im. I. YA. YAkovleva». 2013, No. 4 (80). CH. 2. pp. 31-35.

5. Belova M. V., Uezdniy N. T., Novikova G. V. Obosnovanie parametrov ustanovki dlya termoobrabot-ki krovi uboynikh zhivotnikh (Substantiation of the parameters of the installation for the heat treatment of blood of slaughtered animals), Vestnik FGOU VPO «CHuvashskiy gosudarstvenniy pedagogicheskiy uni-versitet im. I. YA. YAkovleva». 2013, No. 4 (80). CH. 2. pp. 213-217.

6. Belova M. V., Ziganshin B. G. Povishenie effektivnosti funktsionirovaniya mnogomodul'nikh agregatov dlya agroinzhenernikh tekhnologiy (Increase of efficiency of functioning of multi-module units for agroinzhener technologies), Vestnik Kazanskogo gosu-darstvennogo agrarnogo universiteta. 2013, No. 3 (29). pp.49-52.

7. Belova M. V., Ziganshin B. G., Uezdniy N. T. Ustanovka dlya termoobrabotki krovi s.-kh. zhivotnikh (Installation for the heat treatment of blood of agricultural animals), Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2013, No. 3 (29). pp. 53-56.

8. Belova M. V., Uezdniy N. T. Ispol'zovanie SVCH tekhniki dlya termoobrabotki krovi uboynikh zhivotnikh (The use of microwave technology for the heat treatment of blood of slaughtered animals), Izvestiya Orenburgskogo GAU, 2014, No. 1 (45). pp. 56-58.

9. Belova M. V., Ershova I. G., Sorokina M. G., Novikova G. V. Ustanovka dlya pererabotki zhiro-soderzhaschego sir'ya s SVCH energopodvodom (Unit for processing fat-containing raw materials with microwave energy supply), Izvestiya Orenburgskogo GAU. 2014, No. 1 (45). pp. 54-56.

10. Belova M. V., Ziganshin B. G., Noviko-va G. V. Metodika obosnovaniya parametrov ustanovki dlya termoobrabotki sir'ya uboynikh zhivotnikh (Methodology of the study parameters of the installation for heat treatment of raw materials animals for slaughter), Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2014, No. 2. pp. 58-62.

11. Belova M. V., Novikova G. V., Seliva-nov I. M., Ershova I. G., Ospanov A. B. Ustanovka dlya vitopki zhira (Installation for vytopna fat), Estestvennie i tekhnicheskie nauki. 2015, No. 6. pp. 485-487.

12. Belova M. V. Konstruktivnie osobennosti rezonatorov sverkhvisokochastotnikh ustanovok dlya termoobrabotki sir'ya v potochnom rezhime (Design features of resonators of the microwave installations for heat treatment of raw materials in-line), Vestnik Ka-zanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2015, No. 4 (38). pp. 31-37.

13. Belova M. V., Ziganshin B. G., Uezdniy N. T. Termoobrabotka krovi uboynikh zhivotnikh (Heat treatment of blood of slaughtered animals), Estestvennie i tekhnicheskie nauki. 2015, No. 1. pp.125-127.

14. Belova M. V., Ziganshin B. G., Fedoro-va A. N., Poruchikov D. V. Ob''emnie rezonatori SVCH generatora dlya termoobrabotki sir'ya v potochnom rezhime (Volumetric cavity of the microwave generator for heat treatment of raw materials inline), Estestvennie i tekhnicheskie nauki. 2015, No. 1. pp.121-123.

15. Belova M. V., Selivanov I. M., Makhotki-na N. I. Blok-skhema modernizatsii SVCH ustanovki dlya termoobrabotki sir'ya (The Block diagram of microwave modernization of the installation for heat treatment of raw materials), Estestvennie i tekhnicheskie nauki. 2015, No. 2. pp. 127-128.

16. Belova M. V., Ziganshin B. G., Novikova G. V., Matveeva A. N., Petrova O. I. Elektro-dinamicheskiy analiz rezonatorov, ispol'zuemikh v sverkhvisokochastotnikh ustanovkakh (Electrodynamic analysis of the resonator used in the microwave set novco), Estestvennie i tekhnicheskie nauki. 2015, No. 6. pp. 477-480.

17. Belova M. V., Selivanov I. M., Belov A. A., Umbetov U. U. Rezonatori, obespechivayuschie termoobrabotku sir'ya v potochnom rezhime (Resonators, providing heat treatment of raw materials in-line), Estestvennie i tekhnicheskie nauki. 2015, No. 6. pp.499-502.

18. Belova M. V., Samodelkin A. G., Noviko-va G. V., Ershova I. G., Belov A. A. Mnogorezonator-naya ustanovka dlya plavleniya zhira (Multiple-cavity setup for melting fat), Estestvennie i tekhnicheskie nauki. 2015, No. 6. pp. 492-494.

19. Belov A. A., Samodelkin A. G., Storche-voy V. F., Belov E. L. Entoleytor s istochnikom energii sverkhvisokoy chastoti (Entilator with the energy source of ultrahigh frequency), Estestvennie i tekhnicheskie nauki. 2015, No. 6. pp. 497-499.

20. Ershova I. G., Sorokina M. G., Belova M. V., Novikova G. V. Patent No. 2541694 RF, MPK S11V1/12. Ustanovka dlya termoobrabotki zhiro-soderzhaschego sir'ya (Installation for the heat treatment of fat-containing raw materials); zayavitel' i paten-toobladatel' CHGSKHA (RU). No. 2013145358; zayavl. 09.10.2013. Byul. No. 5 ot 20.02.2015. 6 p.

Дата поступления статьи в редакцию 22.09.2016

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.