CC BY
42
Korobkov Alexey Nikolaevich, Ph. D. (Engineering), senior lecturer
Address: Nizhny Novgorod state of engineering-economics university, 606340, Russia, Knyaginino,
Oktyabrskaya Str., 22a
E-mail: [email protected]
Spin-код: 6740-5994
Contribution of the authors:
Dmitry A. Tarakanov: performed patent information search, analysis of scientific literature, studied the dynamics of heating mastitis milk.
Olga V. Mikhailova: the scientific management, together with the co-authors formulated the purpose, objectives of the study, made the matrix of experiment planning and received regression models of the technological process of mastitis milk disinfection.
Alexey N. Korobkov: together with the scientific supervisor proposed the design of the cylindrical resonator, fluorop-lastic distributor and shell-and-tube heat exchanger.
All authors have read and approved the final manuscript.
05.20.02 УДК 637.02
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И СВЧ-УСТАНОВКИ С КОНИЧЕСКИМИ РЕЗОНАТОРАМИ ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ НЕПИЩЕВЫХ ОТХОДОВ ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
© 2018
Георгий Валерьевич Жданкин, кандидат экономических наук, доцент ФГБОУ ВО «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия», г. Нижний Новгород (Россия)
Галина Владимировна Новикова, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник ГБОУ ВО «Нижегородский государственный инженерно-экономический университет», Княгинино (Россия)
Марьяна Валентиновна Белова, доктор технических наук, зав. научно-учебной лабораторией электротехнологий ГБОУ ВО «Нижегородский государственный инженерно-экономический университет», Княгинино (Россия)
Вера Владимировна Гоева, доцент кафедры «Технические и биологические системы» ГБОУ ВО «Нижегородский государственный инженерно-экономический университет», Княгинино (Россия)
Аннотация
Введение: ежегодно в мясной отрасли России накапливается 1 млн тонн непищевых отходов, и только 20 % подвергается переработке, следовательно, является актуальной в настоящее время.
Материалы и методы: системный анализ объемных резонаторов. Вычисление мод резонатора и добротности, построение распределения ЭМП осуществляли в CST MicrowaveStudio.
Результаты: целью настоящей работы является разработка технологии термообработки и обеззараживания непищевых отходов животного происхождения в непрерывном режиме и радиогерметичной сверхвысокочастотной установки для ее реализации при сниженных эксплуатационных затратах. Научные задачи: проанализировать разработанные сверхвысокочастотные резонаторы для термообработки непищевых отходов животного происхождения; разработать радиогерметичную сверхвысокочастотную установку с коническими резонаторами для обеззараживания и термообработки сырья в непрерывном режиме; разработать операционно-технологическую схему термообработки сырья в рабочей камере; обосновать конструкционно-технологические параметры сверхвысокочастотной установки, обеспечивающей снижение эксплуатационных затрат и улучшение микробиологических показателей.
Обсуждение: СВЧ-установка с коническими резонаторами для термообработки непищевых отходов животного происхождения содержит внутри сферического экранирующего корпуса с загрузочным патрубком соосно расположенный диэлектрический диск с направляющими лопатками и толкателями, насаженный на вал электропривода. К нижней полусфере корпуса по периметру пристыкованы круговые конические резонаторы, оси которых совпадают с радиальными осями корпуса. Внутри резонаторов соосно установлены диэлектрические направляющие лотки с упорными элементами и с пружинами с радиопрозрачным покрытием. Магнетроны с излучателями и волноводами установлены на стыках сферического корпуса и круговых конических резонаторов, имеющих выгрузные отверстия, диаметром менее четверти длины волны. Диаметр сферического корпуса и параметры конических резонаторов согласованы с длиной волны.
55
Заключение: разработан, изготовлен образец СВЧ-установки, потребляемой мощностью 6,08 кВт, производительностью 30...40 кг/ч при энергетических затратах 0,15...0,20 кВтч/кг. Микробиологические параметры сырья при термообработке до 100 °С улучшились до 0,1.. .0,3106 КОЕ/г.
Ключевые слова: диэлектрический диск с направляющими лопатками, конические резонаторы, непищевые отходы убоя животных, радиационная добротность, термообработка, сверхвысокочастотная установка, сферический экранирующий корпус, упорные элементы с пружинами.
Для цитирования: Жданкин Г. В., Новикова Г. В., Белова М. В., Гоева В. В. Разработка технологии и СВЧ-установки с коническими резонаторами для термообработки непищевых отходов животного происхождения // Вестник НГИЭИ. 2018. № 10 (89). С. 55-64.
DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY AND MICROWAVE INSTALLATION WITH CONICAL RESONATORS FOR THE HEAT TREATMENT OF NON-FOOD WASTE OF ANIMAL ORIGIN
© 2018
Georgiy Vladimirovich Zhdankin, Ph. D. (Economy), associate professor
FGBO IN «Nizhny Novgorod state agricultural Academy», Nizhny Novgorod (Russia) Galina Vladimirovna Novikova, Dr. Sci. (Engineering), professor, chief researcher Nizhny Novgorod state engineering-economic university, Knyaginino (Russia) Mariana Valentinovna Belova, Dr. Sci. (Engineering), head of scientific and educational laboratory of electrical engineering Nizhny Novgorod state engineering-economic university, Knyaginino (Russia) Vera Vladimirovna Goeva, associate professor of the chair «Technical and biological systems» Nizhny Novgorod state engineering-economic university, Knyaginino (Russia)
Abstract
Introduction: every year in the meat industry in Russia accumulates 1 million tons of non-food waste, and only 20 % is recycled, therefore, is relevant at the moment.
Materials and methods: system analysis of volume resonators. The calculation of the modes of the resonator and the quality factor, the distribution of EMP was carried out in CST Microwave Studio.
Results: the aim of this work is to develop a technology of heat treatment and disinfection of non-food waste of animal origin in a continuous mode and radio-sealed microwave installation for its implementation at reduced operating costs. Scientific tasks: to analyze the developed ultra-high-frequency resonators for heat treatment of non-food waste of animal origin; to develop a radio-hermetic ultra-high-frequency installation with conical resonators for disinfection and heat treatment of raw materials in a continuous mode; to develop an operational and technological scheme of heat treatment of raw materials in the working chamber; to justify the design and technological parameters of the ultra-high-frequency installation, which provides a reduction in operating costs and improvement of microbiological indicators. Discussion: microwave installation with conical resonators for heat treatment of non-food waste of animal origin contains inside a spherical shielding housing with a loading pipe, contains a coaxially located dielectric disk with guide blades and pushers, mounted on the electric drive shaft. To the lower hemisphere of the shielding body, circular conical resonators are uniformly docked along the perimeter, the axes of which coincide with the radial axes of the housing. Inside the conical resonators are coaxially mounted dielectric guide trays with thrust elements and springs with a radiotransparent coating. Magnetrons with emitters and waveguides are installed at the joints of the spherical body and circular conical resonators having discharge holes on the tops with a diameter less than a quarter of the wavelength. The diameter of the spherical body and the parameters of the conical resonators are consistent with the wavelength. Conclusion: microwave installation with conical resonators for heat treatment of non-food waste of animal origin contains inside a spherical shielding housing with a feed pipe, coaxially located dielectric disk with guide vanes and pushers, impaled on the drive shaft. Circular conical resonators, the axes of which coincide with the radial axes of the body, are docked to the lower hemisphere of the body along the perimeter. Inside the resonators are coaxially mounted dielectric guide trays with thrust elements and springs with a radio-transparent coating. Magnetrons with emitters and waveguides are installed at the joints of the spherical body and circular conical resonators having discharge holes with a diameter of less than a quarter of the wavelength. The diameter of the spherical body and the parameters of the conical resonators are consistent with the wavelength.
Keywords: ultra-high-frequency installation; conical resonators; spherical shielding body; dielectric disk with guide vanes; thrust elements with springs; radiation quality; non-food waste of animal slaughter; heat treatment.
For citation: Zhdankin G. V., Novikova G. V., Belova M. V., Goeva V. V. Development of technology and microwave installation with conical resonators for the heat treatment of non-food waste of animal origin // Bulletin NGIEI. 2018. № 10 (89). P. 55-64.
Введение
При переработке мяса ежегодно сбору подлежит 1 млн тонн вторичных ресурсов. В условиях мясной промышленности из них перерабатывается в среднем 20 %. Например, при переработке птицы количество вторичных ресурсов составляет 23,7...28,3 % от живой массы [1]. Отходы мясной промышленности служат ценным сырьем для получения белковых кормов. В дальнейшем комплексная переработка сырья эффективно, с минимальным количеством отходов, использует все сырье, за счет чего расширится ассортимент предлагаемой продукции.
Существующие способы производства мясокостной муки достаточно сложно реализовать в цехах утилизации фермерских хозяйств, так как это требует установки вакуумных котлов и применения парового гидролиза и стерилизации [2].
Поэтому решение проблемы увеличения качества производимой продукции при сниженных эксплуатационных затратах путем совершенствования технических средств, которые реализуют микроволновые технологии обработки непищевых отходов, остается актуальной. Именно поэтому разработка установки (для мясоперерабатывающих цехов малой и средней мощности), реализующей микроволновую технологию для обеззараживания непищевого сырья при его варке, актуальна.
К непищевым отходам при убое животных и птицы относят сырье, не имеющее пищевого назначения, собранное при переработке, а также отходы от производства мясной продукции. При убое скота накапливаются отходы следующих видов: субпродукты, отходы кишок, вымя свиней, кожа хряков, половые органы, эмбрионы, кровь и др. В цехе убоя птиц и кроликов также собирают непищевые отходы (кровь, семенники, трахеи, желудки, селезенки, пищеводы, головы, легкие, почки, ноги, яйцеводы, яичники, сформировавшиеся яйца и др.), которые направляют для производства мясокостной муки [3]. При производстве колбасных изделий, консервов и пищевых жиров накапливаются отходы следующих видов, это - шквара, отходы кишечных фабрикатов и вареных мясопродуктов и др.
Переработка непищевых отходов убоя скота включает две операции: измельчение и обезвоживание. Твердые частицы отходов измельчаются до определенного размера. Затем измельченная масса перекачивается роторно-лопастным насосом в пресс-сепаратор для отделения твердой фракции
(влажность от 30 до 40 %) от жидкой. За счет разделения объем непищевых отходов существенно снижается, поскольку в процессе разделения из отходов мясного производства удаляется большая часть свободной и связанной жидкости. После разделения стоимость термообработки твердой фракции существенно снижается [1].
Реальность такова, что стоимость кормов при производстве колеблется от 50 до 75 %, от всех затрат на их производство. Для снижения себестоимости и повышения качества продукции в целом необходимо оптимизировать стоимость производимого белкового корма. Отличительной особенностью кормов животного происхождения является высокое содержание протеина и его полноценность в животных рационах [4].
В проанализированных технологиях переработки непищевых отходов убоя животных основу составляет принцип обработки сельскохозяйственного сырья, согласно которому СВЧ-энергия применяется только в ограниченном диапазоне для достижения эффектов, которые невозможно либо трудно достичь иными существующими способами. Доказано, что использование энергии ЭМПСВЧ позволит: ускорить темп производства; значительно понизить затраты на эксплуатацию; переработать непищевые боенские отходы; повысить усвояемость готовой продукции; уменьшить микробиологическую обсе-менённость готовой продукции [5; 6; 7; 8].
Материалы и методы
Изучение данной темы и экспериментальные исследования проводятся в соответствии с приоритетными направлениями модернизации и развития экономики России:
1) стратегия научно-технического развития Российской Федерации № 642 «Способы эффективной переработки сельскохозяйственной продукции», утвержденная 1.12.2016 г.;
2) ресурсосберегающие технологии для переработки сельскохозяйственного сырья, утверждены указом Президента РФ № 899 от 7.06.2011 г.;
3) стратегическая программа исследований «СВЧ-технологии» от 17.12.2012 г.
В работе использовали системный анализ объемных резонаторов, обеспечивающих непрерывный режим работы при минимальном потоке излучений через патрубки, позволяющие перекачивать сырьё через рабочую камеру. Получение собственных мод резонатора и вычисление добротно-
сти рабочей камеры, а также трехмерной модели распределения ЭМП в рабочей камере с коническими резонаторами осуществляли в прикладном программном обеспечении CST Microwave Studio [9]. Исходя из полученных результатов и необходимой производительности для фермерских хозяйств, достигнут оптимум в конструкционных и технологических параметрах установки.
Результаты и обсуждение
Цель исследования - разработка радиогерметичной СВЧ-установки, реализующей технологию непрерывной термической обработки и обеззараживания непищевых боенских отходов при минимизированных эксплуатационных затратах.
Решаются следующие научные задачи:
1. Провести анализ разработанных резонаторов сверхвысокой частоты, предназначенных для термической обработки непищевых боенских отходов.
2. Разработать радиогерметичную СВЧ-установку с коническими резонаторами, предназначенную для обеззараживания и термической обработки сырья в непрерывном режиме.
3. Разработать операционно-технологическую схему термической обработки непищевых боенских отходов в рабочей камере СВЧ-установки с коническими резонаторами.
4. Обосновать конструкционные и технологические параметры СВЧ-установки, обеспечивающей минимизацию затрат на эксплуатацию и улучшение микробиологических показателей.
Благодаря работам ученых: Г. И. Атабекова, Ю. С. Архангельского, Я. В. Алексеенко, А. С. Гинзбурга, О. О. Дробахина, Ю. В. Некрутма-на, А. В. Нетушила, С. В. Плаксина, Ю. Н. Пчель-никова, И. А. Рогова и др. стало возможным дальнейшее развитие исследований, как теоретических, так и практических. Исследования посвящены анализу и обоснованию процессов, происходящих в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ), обоснованию научных принципов проектирования установок, а также математическому моделированию электромагнитных и тепловых полей при термической обработке сырья [10; 11].
Обзор научных источников позволил выяснить основные направления по проектированию СВЧ-установок и технологии непрерывной термической обработки непищевых боенских отходов. Анализ существующих конфигураций резонаторов показывает, что наиболее популярными являются стационарные СВЧ-установки, резонаторные камеры которых не предназначены для обработки сырья в движении. Известны установки с конвейерами, с
рабочими камерами на основе волноводов сложной конструкции [10; 12; 13]. В них термическая обработка сырья (сыпучего, жидкого) происходит непрерывно. Электродинамические процессы в установках стационарного и конвейерного типов очень сильно отличаются, но внутренняя краевая задача электродинамики для них имеет общие исходные данные, это замкнутая электродинамическая система, частично заполненная сырьем. Причем объемный резонатор заполнен не только многокомпонентным сырьем, но и воздухом. При этом электрофизические и тепловые параметры обрабатываемого сырья зависят от температуры нагрева. Известен конический закрытый резонатор с идеально проводящими стенками, где спектр мод типа шепчущей галереи при большом угле раствора конуса слабо отличается от собственных мод цилиндрического резонатора [14].
Известно, что для повышения радиационной добротности используют биконические резонаторы [10], сечение которых уменьшается от центра к краям. В средней части таких резонаторов существуют волны, постоянные распространения которых уменьшаются в случае удаления от центра резонатора. Это позволит обеспечить непрерывное движения сырья через резонатор при сохранении предельно допустимого уровня (ПДУ) потока мощности излучений 10 мкВт/см2 [11; 15]. В объемных резонаторах, содержащих участки с конической образующей, вырождение типов колебаний Ион и Еш устраняется. Это позволяет широко применять устройства на основе СВЧ-резонаторов с коническими элементами. Однако особенности изменения резонансной частоты, добротности, коэффициента связи резонатора при его механической перестройке изучены недостаточно [10].
Известно, что резонаторы могут содержать большое количество отражающих и других элементов, в оптическом диапазоне наиболее часто применяются зеркальные сферические резонаторы, собранные из двух полусфер. В зависимости от радиусов зеркал и их взаимного расположения бывают: конфокальный резонатор (с одинаковыми радиусами полусфер), полуконфокальный (полусфера и плоскость), а также концентрический (сфера в сфере) [7].
Нами предлагается комбинировать конфокальный резонатор с коническими резонаторами, образуя рабочую камеру, обеспечивающую радиогерметичность при непрерывной подаче измельченных непищевых отходов и выгрузке сваренного продукта. Полусферы с определенными радиусами кривизны, согласованными с длиной волны, и конические резонаторы с доказанными конструкцион-
ными параметрами обеспечивают устойчивое функционирование рабочей камеры. Основной параметр конического резонатора - угол раствора, он влияет на собственные моды.
Я. В. Алексеенко в своей работе отметил, что в коротковолновом диапазоне собственная частота не зависит от радиуса верхнего основания и высоты усеченного конического резонатора при условии, что высота резонатора достаточно велика [14]. Для сантиметрового диапазона изучение зависимости частоты моды конического резонатора, состыкованного со сферическим резонатором от угла наклона стенок, проведено по программе CSTStudioSuite 2015, позволяющей вычислить и визуализировать трехмерные картины распределения электромагнитного поля в разработанных резонаторах [16]. Для этого в программе Компас-3DV17 проведены трехмерные моделирования конструктивного исполнения СВЧ-установок.
Нами разработано множество сверхвысокочастотных установок для термообработки непищевых отходов убоя животных с разными конструкционными исполнениями объемных резонаторов, обеспечивающих при непрерывном режиме работы радиогерметичность [4; 5; 6; 7; 8]. При выборе конфигурации резонаторов оценивали в первую очередь такие основные критерии, как: возможность обеспечения максимальной собственной добротности резонатора и высокой напряженности электрического поля с равномерным распределением в объеме резонатора, достаточной для снижения патогенной микрофлоры до предельно допустимого уровня (500 тыс. КОЕ/г) [17]. Предусматривали возможность изменения производительности установки, удовлетворяющей фермерским хозяйствам за счет использования нескольких маломощных магнетронов с воздушным охлаждением, а также учитывали необходимость ежедневной санитарной обработки основных элементов рабочей камеры и технического осмотра после окончания технологического процесса обработки сырья за счет несложной разборки узлов. В случае использования многокомпонентного сырья с большой влажностью установка укомплектована измельчающим механизмом и центрифугой, обеспечивающие достижение равномерности нагрева сырья и его обезвоживания, улучшающими микробиологические и органолептиче-ские показатели термообработанного продукта.
В разработанных конструкциях подачу сырья в рабочую камеру и выгрузку готовой продукции осуществляли с помощью несложных запредельных волноводов определенного диаметра и достаточной длины для ограничения излучения. В связи с тем,
что длина запредельного волновода должна в 5-10 раз превышать диаметр [11], поэтому конструкция усложняет выход продукции. Зная, что максимальной собственной добротностью обладает сферический резонатор, нами исследуется возможность комплектации его с коническими резонаторами с круглыми основаниями. Поэтому нами разрабатывается сверхвысокочастотная установка, где рабочей камерой служит сфера, состыкованная с открытыми коническими резонаторами, позволяющими выгрузить готовую продукцию в непрерывном режиме и обеспечить радиогерметичность.
Известно, что в процессе термообработки сырья в рабочей камере происходит изменение его плотности, влажности, теплоемкости, фактора диэлектрических потерь [18]. Эти изменения описываются соответствующими выражениями, зная которые, можно получить выражение, описывающее динамику нагрева непищевых отходов разной влажности.
Основными узлами сверхвысокочастотной установки (рис. 1) являются сферический экранирующий корпус 11, выполненный из двух полусфер, конические резонаторы с круглыми основаниями 3 и сверхвысокочастотные генераторы 2 малой мощности с воздушным охлаждением.
Причем, по периметру нижней полусферы имеются отверстия диаметром основания конических резонаторов. Рабочая камера представлена в виде конических резонаторов 3, круглые основания которых состыкованы со сферическим экранирующим корпусом. В верхней части полусферы экранирующего корпуса установлен загрузочный патрубок 1. К нижней полусфере корпуса равномерно по периметру пристыкованы конические резонаторы 3 с круглым основанием. При этом оси конических резонаторов 3 являются продолжением радиальных осей сферического экранирующего корпуса. Внутри корпуса соосно установлен диск 8, вращающийся от вала 9 электропривода. На диске 8 имеются направляющие лопатки, а под диском 8 - толкатели 10. Диск 8, направляющие лопатки, толкатели 10 выполнены из диэлектрического материала (из фторопласта). Лопатки расположены по радиальным осям диска 8. Толкатели 10, соприкасаясь с упорными элементами 7, приподнимают направляющие лотки 4, выполненные из диэлектрического материала и опускают, т. е. толкатели и упорные элементы обеспечивают вибрацию диэлектрического лотка 4. Магнетроны с излучателями и волноводами 2 сверхвысокочастотных генераторов установлены на стыках сферического экранирующего корпуса 11 и круговых конических резонаторов 3. На вершинах
конических резонаторов 3 имеются выгрузные отверстия 5, предназначенные для выгрузки готового продукта. Для сохранения радиогерметичности сверхвысокочастотной установки диаметр выгрузного отверстия не может превышать четверть длины волны. Диаметр сферического экранирующего корпуса и конструкционные параметры конических
резонаторов 3 согласованы с длиной волны. С помощью фотоэлементов можно фиксировать перерывы подачи сырья в рабочую камеру и далее управлять индивидуальным режимом генераторов. Автоматическое управление работой генераторов позволит избежать излишних потерь и предотвратить неравномерный нагрев сырья.
Рис. 1. СВЧ-установка с коническими резонаторами для термообработки непищевых отходов животного происхождения: а) общий вид установки в разрезе; б) сферический экранирующий корпус, содержащий магнетроны с излучателями и волноводами, загрузочный патрубок; в) диэлектрический диск с направляющими
лопатками и толкателями; г) диэлектрический направляющий лоток с пружиной; д) круговой конический резонатор; 1 - сферический экранирующий корпус; 2 - магнетроны СВЧ-генераторов; 3 - конические резонаторы с круглым основанием; 4 - диэлектрические направляющие лотки; 5 - выгрузное отверстие; 6 - пружины с радиопоглощающим покрытием; 7 - упорные элементы; 8 - диэлектрический диск с направляющими лопатками; 9 - вал электропривода; 10 - диэлектрические толкатели; 11 - загрузочный патрубок Fig. 1. Microwave unit with conical resonators for the heat treatment of non-food waste of animal origin: a) general view of the installation in section; b) a spherical shielding case containing the magnetron with emitters and waveguides, the loading tube; c) a dielectric disk with guide vanes and pushrods; d) dielectric guide tray with spring;
e) a circular conical cavity; 1 - spherical shielding body; 2 - magnetrons, microwave-generators; 3 - conical resonators with round base; 4 - dielectric guides trays; 5 - discharge hole; 6 - spring with the radar absorbing coating;
7 - resistant elements; 8 - dielectric disk with guide vanes; 9 - motor shaft; 10 - dielectric pushers; 11 - filling pipe
Технологический процесс термообработки отходов убоя животных в непрерывном режиме происходит следующим образом. Включить электропривод диска (вал 9), измельчающий механизм (не показан), который подает измельченные непищевые отходы в рабочую камеру через загрузочный патрубок 1, имеющийся на сферическом корпусе 11. Далее включить сверхвысокочастотные генераторы 2. Сырье падает на вращающийся диэлектрический диск 8 и с помощью направляющих лопастей за счет центробежной силы сбрасывается на диэлектрические лотки 4. В рабочей камере (в сфере 11 и в конических резонаторах 3) возбуждается электромагнитное поле сверхвысокой частоты. Сырье при передвижении по диэлектрическому диску 8 и по диэлектрическим лоткам 4 нагревается, варится и обеззараживается в непрерывном режиме. При этом диэлектрические лотки 4 за счет упорных элементов
7 и толкателей 10 приподнимаются до уровня диэлектрического диска 8 и опускаются, и за счет вибрации пружины 6 сырье по диэлектрическим лоткам 4 передвигается к выгрузным окнам 5 и выгружается в специальную тару.
Исследование распределения напряженности электрического поля десятой моды показывает, что в предложенном резонаторе электрическое поле равномерно распределено по всей рабочей области. Амплитудные значения электрической напряженности концентрируются на стыке сферы и конусов и колеблются в пределах 2...5 кВ/см. Она достаточна для приостановления развития бактериальной микрофлоры. Изменяя геометрические размеры конического резонатора и количество излучателей, можно оптимизировать величину напряженности электрического поля в движущемся сырье.
Заключение
Результатом работы стало описание разработанной сверхвысокочастотной установки, где рабочая камера представлена как конические резонаторы с определенным углом раствора, состыкованные со сферическим резонатором.
Преимуществом такой СВЧ-установки непрерывного действия при использовании нескольких маломощных генераторов является то, что каждый из них может работать без синхронизации, а длительность простоя оборудования при замене отдельных блоков минимальная. Наличие нескольких генераторов в одном резонаторе дает усреднение суммарного поля, что приводит к высокой степени распределения электрического поля в рабочей камере и, соответственно, к равномерному нагреву сырья.
Разработан, изготовлен образец СВЧ-установки потребляемой мощностью 6,08 кВт, обеспечивающей производительность 30.40 кг/ч при энергетических затратах 0,15.0,20 кВтч/кг. Микробиологические параметры сырья с исходной бактериальной обсемененностью 2^106 КОЕ/г и 1,2106 КОЕ/г при термообработке в ЭМПСВЧ до 100 °С улучшились до 0,1...0,3 106 КОЕ/г. Химический состав обработанного продукта соответствует нормативным данным.
Проблемы внедрения микроволновых технологий и технических средств в агропромышленное производство, еще остаются, несмотря на положительные технико-экономические показатели применения сверхвысокочастотных установок в фермерских хозяйствах [19; 20].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Характеристика непищевых отходов мясоперерабатывающих предприятий [Электронный ресурс]. URL: http://sinref.ru/000_uchebniki/04200produkti/104_pererabotka_pishevih_othodov_masopredpriati_faivishevski_ 2000/002.htm (дата обращения 12/05/18)
2. Уездный Н. Т. СВЧ-установка для термообработки крови убойных животных : диссертация канд. тех. наук. М. : ВИЭСХ, 2013. 150 с.
3. Материалы сайта «GlobNews» [Электронный ресурс]. Режим доступа: glob-news.com.
4. Жданкин Г. В., Сторчевой В. Ф. Разработка сверхвысокочастотной установки для термообработки непищевых отходов убоя и переработки птицы // Научная жизнь. М. : ЗАО «Алкор», 2016, № 11. С. 10-14.
5. Михайлова О. В., Белов А. А. Обеспечение безопасной эксплуатации сверхвысокочастотной техники // В сборнике: Дорожно-транспортный комплекс: состояние, проблемы и перспективы развития. Сборник научных трудов сборник научных трудов. 2016. С. 13-17.
6. Михайлова О. В., Белов А. А. Безопасная эксплуатация сверхвысокочастотной техники // В сборнике: Инновационные технологии и современные материалы в автомобилестроении сборник научных трудов по материалам Международной заочной научно-практической конференции. Под редакцией Н. Н. Тончевой. 2016. С. 52-56.
7. Белов А. А., Жданкин Г. В., Новикова Г. В., Михайлова О. В. Патент № 2629221 РФ, МПК А 23 N17/00. Сверхвысокочастотная установка с резонатором, образованным между двумя сферами для термомеханического разрушения сырья; заявитель и патентообладатель НГСХА (RU). № 2016133535; заявл. 15.08.2016. Бюл. № 25 от 28.08.2017. 12 с.
8. Жданкин Г. В., Новикова Г. В., Михайлова О. В. Патент № 2629159 РФ, МПК А 23 N17/00. Сверхвысокочастотная установка с тороидальным резонатором и с ячеистым ротором для термообработки сырья; заявитель и патентообладатель НГСХА (RU). № 2016133524; заявл.15.08.2016. Бюл. № 24 от 24.08.2017. 15 с.
9. Глушаков С. В., Жакин И. А. Математическое моделирование. MathCad 2000. Matlab 5.3. М. : Фолио, 2001. 528 с.
10. Дробахин О. О., Плаксин С. В., Рябчий В. Д., Салтыков Д. Ю. Техника и полупроводниковая электроника СВЧ : Учебное пособие. Севастополь : Вебер. 2013. 322 с.
11. Пчельников Ю. Н., Свиридов В. Т. Электроника сверхвысоких частот. М. : Радио и связь, 1981. 96 с.
12. Салахов Т. Р. Процесс взаимодействия электромагнитных волн с термо параметрическими материалами в волноводных и резонаторных структурах. Диссертация канд. техн. наук. Саратов : СГТУ, 2006. 200 с.
13. Новикова Г. В., Жданкин Г. В., Михайлова О. В. Анализ разработанных сверхвысокочастотных установок для термообработки сырья // Вестник Казанского государственного аграрного университета. Казань : ФГБОУ ВО «Казанский ГАУ». 2016. № 4 (42). С. 89-93.
14. Алексеенко Я. В., Монахов А. М., Рожанский И. В. Моды шепчущей галереи конического резонатора // Журнал технической физики. Санкт-Петербург: Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН. 2009. Том 79. Вып. 11. С. 72-76.
15. Белова М. В. Разработка сверхвысокочастотных установок для термообработки сельскохозяйственного сырья : дис. на соискание уч. степени докт. техн. наук: 05.20.02. М. : ВИЭСХ. 2016. 350 с.
16. Аполлонский С. М. Электромагнитная безопасность технических средств и человека. Т. 1. Формирование внешней электромагнитной среды : Монография. СПб. : СЗТУ, 2011. 223 с.
17. Салимов И. И., Коломейцев В. А. Основные условия обеспечения равномерности нагрева в микроволновых установках конвейерного типа на основе квазистационарных волноводов // Радиотехника и связь. Саратов : СГТУ, 2005. С. 277-282.
18. Рогов И. А. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов. М. : Легкая и пищевая промышленность. 1981. 288 с.
19. Логачева Е. А., Жданов В. Г. Проблемы внедрения СВЧ-технологий в агропромышленное производство // Актуальные проблемы энергетики АПК. Саратов : Саратовский ГАУ. 2010. С. 202-204.
20. Дунаева Т. Ю., Архангельский Ю. С. Технико-экономическое сравнение СВЧ- и тепловых сушилок зерна // Радиотехника и связь. Саратов : СГТУ. 2008. С. 274-278.
Дата поступления статьи в редакцию 25.07.2018, принята к публикации 29.08.2018.
Информация об авторах: Жданкин Георгий Валерьевич, кандидат экономических наук, доцент, первый проректор, проректор по учебно-методической работе
Адрес: Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, 603107, Россия, Н. Новгород,
пр. Гагарина, 97
E-mail: [email protected]
Spin-код: 6584-8285
Новикова Галина Владимировна, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник
Адрес: Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, 606340, Россия, Княгинино,
ул. Октябрьская, 22а
E-mail: [email protected]
Spin-код: 3317-5336
Белова Марьяна Валентиновна, доктор технических наук, зав. научно-учебной лабораторией электротехнологий.
Адрес: Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, 606340, Россия, Княгинино,
ул. Октябрьская, 22а
E-mail: [email protected]
Spin-код: 5642-4560
Гоева Вера Владимировна, доцент кафедры«Технические и биологические системы»
Адрес: Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, 606340, Россия, Княгинино, ул. Октябрьская, 22а Spin-код: 3378-8792
Заявленный вклад авторов:
Жданкин Георгий Валерьевич: выполнил патентно-информационный поиск, анализ научной литературы, описал принцип действия установки.
Новикова Галина Владимировна: научный консультант, совместно соавторами сформулировала цель, задачи исследования и выводы.
Белова Марьяна Валентиновна: совместно с научным консультантом предложила новое конструкционное исполнение объемного резонатора в виде комбинированных конических резонаторов со сферическим резонатором.
Гоева Вера Владимировна: провела системный анализ разработанных микроволновых технологий и рабочих камер, обобщила результаты исследований.
Все авторы прочитали и одобрилиокончательный вариант рукописи.
REFERENCES
1. Harakteristika nepishchevyh othodov myasopererabatyvayushchih predpriyatij [Characteristics of non-food waste meat processing enterprises] [Elektronnyj resurs]. Available at: http://sinref.ru/000_uchebniki/04200produkti/104_pererabotka_pishevih_othodov_masopredpriati_faivishevski_2000/ 002.htm (Accessed 12/05/18).
2. Uezdnyj N. T. SVCH-ustanovka dlya termoobrabotki krovi ubojnyh zhivotnyh [Microwave installation for heat treatment of blood of slaughter animals. Ph. D. (Engineering) thesis], Moscow: VIEHSKH, 2013. 150 p.
3. Materialy sajta «GlobNews» [Elektronnyj resurs]. Available at: glob-news.com.
4. Zhdankin G. V., Storchevoj V. F. Razrabotka sverhvysokochastotnoj ustanovki dlya termoobrabotki nepishchevyh othodov uboya i pererabotki pticy [Development of microwave installation for thermal treatment of waste, inedible slaughter and poultry processing], Nauchnaya zhizn' [Scientific life], Moscow: ZAO «Alkor», 2016, No. 11. pp.10-14.
5. Mihajlova O. V., Belov A. A. Obespechenie bezopasnoj ehkspluatacii sverhvysokochastotnoj tekhniki [Ensuring the safe operation of ultra-high-frequency equipment], V sbornike: Dorozhno-transportnyj kompleks: sostoyanie, problemy i perspektivy razvitiya. Sbornik nauchnyh trudov sbornik nauchnyh trudov [Collection of scientific works: Road transport complex: state of the art, problems and prospects of development], 2016. pp.13-17.
6. Mihajlova O. V., Belov A. A. Bezopasnaya ehkspluataciya sverhvysokochastotnoj tekhniki [Safe operation of ultra-high-frequency equipment], V sbornike: Innovacionnye tekhnologii i sovremennye materialy v avtomobile-stroenii sbornik nauchnyh trudov po materialam Mezhdunarodnoj zaochnoj nauchno-prakticheskoj konferencii [International correspondence scientific-practical conference Innovative technologies and modern materials in the automotive industry, collection of scientific papers on the materials], 2016. pp. 52-56.
7. Belov A. A., Zhdankin G. V., Novikova G. V., Mihajlova O. V. Patent No. 2629221 RF, MPK A 23 N17/00. Sverhvysokochastotnaya ustanovka s rezonatorom, obrazovannym mezhdu dvumya sferami dlya termomekhani-cheskogo razrusheniya syr'ya [Ultrahigh-frequency installation with a resonator formed between two spheres for ther-momechanical destruction of raw materials], zayavitel' i patentoobladatel' NGSKHA (RU). No. 2016133535; zayavl. 15.08.2016. Byul. № 25 ot 28.08.2017. 12 p.
8. Zhdankin G. V., Novikova G. V., Mihajlova O. V. Patent No. 2629159 RF, MPK A 23 N17/00. Sverhvyso-kochastotnaya ustanovka s toroidal'nym rezonatorom i s yacheistym rotorom dlya termoobrabotki syr'ya [Installation of microwave toroidal resonator with honeycomb rotor for heat treatment of raw materials], zayavitel' i patentoobladatel' NGSKHA (RU). No. 2016133524; zayavl.15.08.2016. Byul. № 24 ot 24.08.2017. 15 p.
9. Glushakov S. V., Zhakin I. A. Matematicheskoe modelirovanie. MathCad 2000. Matlab 5.3 [Mathematical modeling. MathCad 2000.Matlab 5.3], Moscow: Folio, 2001. 528 p.
10. Drobahin O. O., Plaksin S. V., Ryabchij V. D., Saltykov D. Yu. Tekhnika i poluprovodnikovaya ehlektro-nika SVCH [Equipment and semiconductor microwave electronics], Uchebnoe posobie. Sevastopol' : Publ. Veber. 2013.322 p.
11. Pchel'nikov Yu. N., Sviridov V. T. Elektronika sverhvysokih chastot [Electronics of ultrahigh frequencies], Moscow: Radio i svyaz', 1981. 96 p.
12. Salahov T. R. Process vzaimodejstviya elektromagnitnyh voln s termo parametricheskimi materialami v volnovodnyh i rezonatornyh strukturah [The process of interaction of electromagnetic waves with thermo parametric materials in waveguide and resonator structures. Ph. D. (Engineering) diss.], Saratov : SGTU, 2006. 200 p.
13. Novikova G. V., Zhdankin G. V., Mihajlova O. V. Analiz razrabotannyh sverhvysokochastotnyh ustanovok dlya termoobrabotki syr'ya [The Analysis of the developed microwave installations for heat treatment of materials], Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. Kazan' [Bulletin of Kazan state agrarian University], FGBOU VO «Kazanskij GAU». 2016. No. 4 (42). pp. 89-93.
14. Alekseenko Ya. V., Monahov A. M., Rozhanskij I. V. Mody shepchushchej galerei konicheskogo rezonato-ra [Rozhansky. Modes of whispering gallery of conical resonator], Zhurnal tekhnicheskoj fiziki [Journal of technical physics], Sankt-Peterburg: Fiziko-tekhnicheskij institut im. A. F. Ioffe RAN. 2009. Vol. 79. No. 11. pp. 72-76.
15. Belova M. V. Razrabotka sverhvysokochastotnyh ustanovok dlya termoobrabotki sel'skohozyajstvennogo syr'ya [Development of microwave installations for heat treatment of agricultural raw materials. Dr. Sci. (Engineering) diss.], Moscow: VIEHSKH. 2016. 350 p.
16. Apollonskij S. M. Elektromagnitnaya bezopasnost' tekhnicheskih sredstv i cheloveka. Vol. 1. Formirovanie vneshnej ehlektromagnitnoj sredy [Electromagnetic security and human. Vol. 1. The formation of the external electromagnetic environment], Monografiya. Sankt-Peterburg: SZTU, 2011. 223 p.
17. Salimov I. I., Kolomejcev V. A. Osnovnye usloviya obespecheniya ravnomernosti nagreva v mikrovol-novyh ustanovkah konvejernogo tipa na osnove kvazistacionarnyh volnovodov [Basic conditions of ensuring the uniformity of heating in microwave installations, conveyor type, based on the quasi-stationary waveguides], Radiotekh-nika i svyaz' [Radio engineering and communication], Saratov : SGTU, 2005. pp. 277-282.
18. Rogov I. A. Ehlektrofizicheskie, opticheskie i akusticheskie harakteristiki pishchevyh produktov [Electro-physical, optical and acoustic characteristics of food products], Moscow: Legkaya i pishchevaya promyshlennost'. 1981.288 p.
19. Logacheva E. A., Zhdanov V. G. Problemy vnedreniya SVCH-tekhnologij v agropromyshlennoe proiz-vodstvo [Problems of implementation of microwave technologies in the agro-industrial production], Aktual'nye prob-lemy ehnergetiki APK [Actual problems of energy APK], Saratov : Saratovskij GAU. 2010. pp. 202-204.
20. Dunaeva T. Yu., Arhangel'skij Yu. S. Tekhniko-ehkonomicheskoe sravnenie SVCH- i teplovyh sushilok zerna [Technical and economic comparison of microwave and thermal grain dryers], Radiotekhnika i svyaz' [Radio engineering and communication], Saratov : SGTU. 2008. pp. 274-278.
Submitted 25.07.2018, revised 29.08.2018.
About the authors:
GeorgiyV. Zhdankin, Ph. D. (Economy), Associate Professor, First Vice-Rector, Vice-Rector for Academic and Methodological Work
Address: Nizhny Novgorod State Agricultural Academy, 603107, Russia, N. Novgorod, Gagarin Ave., 97 E-mail: [email protected] Spin code: 6584-8285
Galina V. Novikova, Dr. Sci. (Engineering), Professor, Chief Researcher
Address: Nizhny Novgorod State engineering-economic university, 606340, Russia, Knyaginino,
October str., 22a
E-mail: [email protected] Spin code: 3317-5336
Mariana V. Belova, Dr. Sci. (Engineering), Head scientific and educational laboratory of electro technologies Address: Nizhny Novgorod State engineering-economic university, 606340, Russia, Knyaginino, October str., 22a
E-mail: [email protected] Spin code: 5642-4560
Vera V. Goyeva, Associate Professor of the Department «Technical and Biological Systems» Address: Nizhny Novgorod State engineering-economic university, 606340, Russia, Knyaginino, October str., 22a Spin-code: 3378-8792
Contribution of the authors:
Georgiy V. Zhdankin: performed patent information search, analysis of scientific literature, described the principle of the installation.
Galina V. Novikova: scientific consultant, together with the co-authors formulated the purpose, objectives of the study and conclusions.
Mariana V. Belova: together with the scientific consultant proposed a new design of the volume resona-tor in the form of combined
Vera V. Goeva: conducted a systematic analysis of the developed microwave technologies and working chambers, summarized the results of research.
All authors have read and approved the final manuscript.
