CC BY
6
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА XXXXXXX
4.3.2. ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ _ И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА_
Научная статья
УДК 621.385.6, 637.2
DOI: 10.24412/2227-9407-2023-1-34-43
Разработка установки с СВЧ-энергоподводом для измельчения и плавления жиросырья в нестандартном резонаторе
Галина Владимировна Новикова1, Марьяна Валентиновна Просвирякова2, Ольга Валентиновна МихайловаАлександр Анатольевич Тихонов4, Максим Евгеньевич Федоров5, Павел Николаевич Романов6
1 3 6Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино, Россия
2 РГАУ- МСХА им К. А. Тимирязева, г. Москва, Россия
4 5Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, Н. Новгород, Россия 1 NovikovaGalinaV@yandex. ru, https://orcid. org/0000-0001-9222-6450 2prosviryakova. maryana@yandex. ru, https://orcid. org/0000-0003-3258-260x
3 ds17823@yandex.ru^ https://orcid.org/0000-0001 -9231-4733
4 tichonov57@mail.ru
5 maxim-fedorovnn@yandex.ru
6 pavel.romanov011@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-7656-8706
Аннотация
Введение. Проведена систематизация всех узлов установки с СВЧ-энергоподводом для термообработки сырья агропредприятий. Реализация основных узлов рассмотрена в СВЧ-установке с тороидальным неферромагнитным резонатором, позволяющим измельчать и плавить жиросырье в непрерывном режиме при сниженных эксплуатационных затратах.
Материалы и методы. Оптимизация конструкционных размеров плавителя сводилась к выбору конфигурации и размеров тороидального резонатора. Равномерность термообработки жиросырья обеспечена путем: загрузки жиросырья в резонатор в измельченном виде, в соответствии с глубиной проникновения волны; применения трех генераторов одинаковой частоты 2450 МГц. Непрерывный режим работы плавителя с обеспечением электромагнитной безопасности достигается за счет перфорированного барабана, являющегося частью тороидального резонатора. Высокая напряженность электрического поля создается в конденсаторной части резонатора. Значения электродинамических параметров системы, а именно собственной добротности резонатора, напряженности электрического поля, определены по стандартным формулам.
Результаты и обсуждение. Резонатор выполнен как перфорированный цилиндрический электроприводной барабан, расположенный в цилиндре с перфорированным нижним основанием и верхним сплошным основанием, где прикреплены вдоль образующей барабана неподвижные ножи. На диэлектрическом валу барабана расположены подвижные ножи, а над нижним основанием цилиндра на вал прикреплены диэлектрические лопасти, на уровне которых на боковой поверхности цилиндра вырезано выгрузное окно. Под нижним основанием цилиндра прикреплено неферромагнитное основание под наклоном со сливным патрубком и шаровым краном. На верхнем основании цилиндра над барабаном установлена неферромагнитная загрузочная емкость с электроприводным дозатором в виде рифлёных неферромагнитных валиков. Магнетроны расположены на боковой поверхности цилиндра, а излучатели направлены в конденсаторную часть резонатора. Зазор между обечайкой перфорированного неферромагнитного барабана и верхним основанием цилиндра не более четверти
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА XXXXXXX
длины волны. Теоретически определены основные электродинамические параметры системы «генератор-тороидальный резонатор».
Заключение. Нестандартное конструкционное исполнение тороидального резонатора с перфорированным барабаном позволяет совмещать процессы измельчения жиросырья, плавления и разделения жира от шквары в непрерывном режиме с обеспечением электромагнитной безопасности, что позволит снизить эксплуатационные затраты. Равномерность термообработки жиросырья обеспечивается путем загрузки жиросырья в резонатор в измельченном виде, в соответствии с глубиной проникновения волны, и применения трех генераторов одинаковой частоты 2450 МГц.
Ключевые слова: жир, перфорированный барабан, подвижные и неподвижные ножи, рекуперация мощности, тороидальный резонатор, шквара
Для цитирования: Новикова Г. В., Просвирякова М. В., Михайлова О. В., Тихонов А. А., Федоров М. Е., Романов П. Н. Разработка установки с СВЧ-энергоподводом для измельчения и плавления жиросырья в нестандартном резонаторе // Вестник НГИЭИ. 2023. № 1 (139). С. 34-43. DOI: 10.24412/2227-9407-2023-1-34-43
Development of an installation with a microwave power supply for grinding and melting of fat raw materials in a non-standard resonator
Galina V. Novikova1, Mariana V. Prosviryakova2, Olga V. Mikhailova3в, Alexander A. Tikhonov , Maxim E. Fedorov , Pavel N. Romanov
' Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics, Knyaginino, Russia
2 Moscow Agricultural Academy named after K. A. Timiryazev, Moscow, Russia 4' 5 Nizhny Novgorod State Agricultural Academy, N. Novgorod, Russia
1 NovikovaGalinaV@yandex. ru, https://orcid. org/0000-0001-9222-6450 2prosviryakova. maryana@yandex. ru, https://orcid. org/0000-0003-3258-260x
3 ds17823@yandex.ru^ https://orcid.org/0000-0001 -9231-4733
4 tichonov57@mail.ru
5 maxim-fedorovnn@yandex.ru
6 pavel.romanov011@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-7656-8706
Abstract
Introduction. Systematization of all units of the installation with a microwave power supply for heat treatment of raw materials of agricultural enterprises has been carried out. The implementation of the main components is considered in a microwave installation with a toroidal non-ferromagnetic resonator, which allows grinding and melting fat raw materials in a continuous mode with reduced operating costs.
Materials and methods. Optimization of the structural dimensions of the fuse was reduced to the choice of the configuration and dimensions of the toroidal resonator. The uniformity of the heat treatment of the fat is ensured by: loading the fat into the resonator in a crushed form, in accordance with the depth of penetration of the wave; the use of three generators of the same frequency of 2450 MHz. Continuous operation of the melting device with electromagnetic safety is achieved due to the perforated drum, which is part of the toroidal resonator. A high electric field strength is created in the capacitor part of the resonator. The values of the electrodynamic parameters of the system, namely the intrinsic Q-factor of the resonator, the electric field strength are determined by standard formulas. Results and discussion. The resonator is made as a perforated cylindrical electrically driven drum located in a cylinder with a perforated lower base, and an upper solid base, where fixed knives are attached along the drum forming. Movable knives are located on the dielectric shaft of the drum, and above the lower base of the cylinder, dielectric blades are attached to the shaft, at the level of which an unloading window is cut out on the side surface of the cylinder. A non-ferromagnetic inclined base with a drain pipe and a ball valve is attached under the lower base of the cylinder. On the upper base of the cylinder above the drum, a non-ferromagnetic loading container with an electric dis-
Вестник НГИЭИ. 2023. № 1 (140). C. 34-43. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2023. № 1 (140). P. 34-43. ISSN 2227-9407 (Print)
¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if ТРГНМП!nizirs FI РГТШГЛ! рпшрмрмт^^^^^^^^^Ё
lyvMlvMIII^ ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT
XXXXXXXX and power supply of the agro-industrial complex XXXXXXXX_
penser in the form of corrugated non-ferromagnetic rollers is installed. The magnetrons are located on the side surface of the cylinder, and the emitters are directed into the condenser part of the resonator. The gap between the shell of the perforated non-ferromagnetic drum and the upper base of the cylinder is not more than a quarter of the wavelength. The main electrodynamic parameters of the «generator-toroidal resonator» system are theoretically determined. Conclusion. The non-standard design of the toroidal resonator with a perforated drum allows you to combine the processes of grinding fat raw materials, melting and separating fat from flakes in a continuous mode with electromagnetic safety, which will reduce operating costs. The uniformity of the heat treatment of the fat is ensured by loading the fat into the resonator in a crushed form, in accordance with the depth of penetration of the wave, and the use of three generators of the same frequency of 2450 MHz.
Keywords: toroidal resonator, perforated drum, power recovery, fat, flakes, movable and stationary knives
For citation: Novikova G. V., Prosviryakova M. V., Mikhailova O. V., Tikhonov A. A., Fedorov M. E., Romanov P. N. Development of an installation with a microwave power supply for grinding and melting of fat raw materials in a nonstandard resonator // Bulletin NGIEI. 2023. № 1 (140). P. 34-43. DOI: 10.24412/2227-9407-2023-1-34-43
Введение
В настоящее время для того чтобы извлечь жир из жиросырья, его измельчают и проводят термообработку острым паром. Для этого существуют комбинированные установки различной конструкции, такие как: волчки-варильники, рушители-плавители, измельчители-плавители, где предусмотрено совмещение процессов измельчения и термообработки [1]. Режимы обработки зависят от вида и состава жиросодержащего сырья. Поэтому технологии извлечения жира отличаются давлением, температурой, продолжительностью обработки. При этом энергетические затраты и расход острого пара достаточно высокие. Например, измельчитель-плавитель марки АВЖ-245 работает при энергетических затратах 0,015 кВт-ч/кг, расходе пара на 1 т сырья - 100 кг [1].
Прототипом является измельчитель-плавитель АВ, который предназначен для обработки всех видов мягкого жирового сырья [1]. В нем совмещены процессы измельчения жиросырья в центробежном поле и нагрева острым паром. Лопасти на поверхности барабана выталкивают жиромассу в патрубок. В установке не происходит отделение жира и шквары, поэтому жиромассу отправляют на дальнейшую обработку в другие технические средства, что влечет за собой дополнительные эксплуатационные затраты.
Интенсифицировать процесс вытопки жира из жиросырья, не превышая температуру выше 120о с сохранением потребительских свойств продукта, возможно за счет сверхвысокочастотного энергоподвода в рабочую камеру. Для интенсификации процесса извлечения жира из жиросырья существу-
ют сверхвысокочастотные установки [2; 3] периодического действия.
Известно, что удельная теплота не зависит от способа подвода энергии, но продолжительность достижения необходимой температуры в жиросы-рье определяется характеристиками процесса: видом подвода энергии, интенсивностью переноса теплоты и массы, соотношением объема, площади поверхности и размера сырья, его электрофизических свойств. При сокращении продолжительности вытопки жира, когда продолжительность обработки становится намного меньше продолжительности подготовительно-заключительных операций, целесообразен переход от периодических процессов к непрерывному режиму работы, что позволит снизить удельные эксплуатационные затраты.
Если процессы измельчения и плавления происходят в непрерывном режиме, то продолжительность плавления жира из предварительно измельченного жиросырья до размеров меньше, чем две глубины проникновения волны (2-3 см), при воздействии электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) (частота 2450 МГЦ, длина волны 12,24 см) намного уменьшается.
Поэтому техническим результатом исследований является сохранение потребительских свойств вытопленного жира и шквары из измельченного жиросырья путем совмещения процессов измельчения жиросырья в центробежном поле и термообработки в электромагнитном поле сверхвысокой частоты.
Материалы и методы
Оптимизация конструкционных размеров плавителя сводилась к выбору конфигурации и раз-
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ) И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА'
меров тороидального резонатора. Критериями проектирования измельчителя-плавителя с СВЧ-энергоподводом служили: равномерность термообработки сырья; снижение эксплуатационных затрат на плавление жиросырья; обеззараживание вытопленного жира и шквары в электрическом поле высокой напряженности. Равномерность термообработки жиросырья обеспечена путем: загрузки жиросырья в резонатор в измельченном виде, в соответствии с глубиной проникновения волны; применения трех генераторов одинаковой частоты 2450 МГц. Непрерывный режим работы плавителя с обеспечением электромагнитной безопасности достигается за счет перфорированного барабана, являющегося частью тороидального резонатора. Высокая напряженность электрического поля создается в конденсаторной части резонатора. Снижение эксплуатационных затрат ожидается благодаря совмещению процессов измельчения, плавления и разделения жира от шквары в нестандартном резонаторе. Значения электродинамических параметров системы, а именно собственной добротности резонатора, напряженности электрического поля, определены по стандартным формулам.
Проектирование 3Б-модели установки проводилось в программе «Компас 20».
Результаты и обсуждение
Целью настоящей работы является разработка и обоснование параметров измельчителя-плавителя жиросырья непрерывно-поточного действия с СВЧ-энергоподводом при сниженных эксплуатационных затратах с сохранением электромагнитной безопасности и потребительских показателей вытопленного жира и шквары. Измельчитель-плавитель жиросырья (рис. 1) выполнен как перфорированный цилиндрический электроприводной барабан 4 без верхнего основания, расположенный в цилиндре 7 с перфорированным нижним основанием 12 и верхним сплошным основанием 3, куда прикреплены вдоль образующей барабана 4 неподвижные ножи 5. Перфорированный барабан закреплен на диэлектрическом валу, который, в свою очередь, одним концом закреплен через подшипники, расположенные на верхнем основании 3 плавителя, а другим концом -через подшипники, расположенные на поверхности наклонного основания 11 плавителя. На диэлектрическом валу 16 внутри барабана 4 поярусно расположены подвижные ножи 6. Над перфорированным
нижним основанием 12 неферромагнитного цилиндра 7 на диэлектрический вал 16 прикреплены диэлектрические лопасти 10. На уровне этих лопастей на боковой поверхности цилиндра 7 имеется выгрузное окно 9. Под нижним основанием 12 цилиндра 7 прикреплено под наклоном основание 11 пла-вителя, содержащее сливной патрубок со шаровым краном 13. На верхнем основании 3 цилиндра 7, над перфорированным барабаном 4 установлена неферромагнитная загрузочная емкость 1 с электроприводным дозатором в виде рифлёных неферромагнитных валиков 2. Излучатели через волноводы от магнетронов 8 воздушного охлаждения, расположенных со сдвигом на 120 градусов на боковой поверхности цилиндра 7, направлены в конденсаторную часть 14 тороидального резонатора 15. Зазор между обечайкой перфорированного неферромагнитного барабана 4 и верхним основанием 3 неферромагнитного цилиндра 7 не более четверти длины волны.
Технологический процесс измельчения и плавления жиросырья происходит следующим образом. Засыпать в загрузочную емкость 1 жиросырье. Включить электропривод барабана 4, вместе с которым начинают вращаться ножи 6 и диэлектрические лопасти 10.
Далее включить электропривод дозатора 2 для вращения неферромагнитных рифленых валиков, которые подают дозированно предварительно измельченное сырье в перфорированный барабан 4. В цилиндре вращается барабан 4, вместе с ним вращаются неподвижные ножи 5. Куски жиросырья попадают на вращающиеся ножи и измельчаются. Измельченные куски центробежными силами прижимаются к обечайке барабана 4 и продавливаются через отверстия перфорации. Неподвижные ножи 5, установленные внутри барабана 4, срезают частицы сырья, которые выбрасываются в тороидальную часть резонатора через отверстия перфорации, далее в конденсаторную часть 14 резонатора, после чего следует включить магнетроны 8. В тороидальном резонаторе возбуждается ЭМПСВЧ, за счет токов поляризации мелко измельченное жиросырье начинает плавиться, жир стекает через перфорацию нижнего основания 12 резонатора, далее через патрубок 13 с шаровым краном сливается. А шквара с помощью вращающихся диэлектрических лопастей удаляется через выгрузное отверстие 9.
¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if ТРГНМП!nizirs FI РГТШГЛ! рпшрмрмт^^^^^^^^^Ё
lyvMlvMIII^ ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT
xxxxxxxx and power supply of the agro-industrial complex xxxxxxxx
1 2 3
в / c г / g д / d
Рис. 1. Измельчитель-плавитель жиросырья непрерывно-поточного действия с СВЧ-энергоподводом в тороидальный резонатор: а) общий вид в разрезе с позициями; б) сечение установки; в) барабан; г) нижнее основание резонатора; д) дозатор; 1 - загрузочная емкость; 2 - электроприводной дозатор с рифлеными валиками; 3 — верхнее основание плавителя; 4 — перфорированный неферромагнитный барабан; 5 — ножи неподвижные; 6 — ножи вращающиеся; 7 — неферромагнитный цилиндр; 8 — магнетроны с волноводами;
9 — окно для выгрузки шквары; 10 — лопасти диэлектрические; 11 — наклонное неферромагнитное основание плавителя; 12 — перфорированное основание цилиндра; 13 — сливной патрубок с шаровым краном; 14 — конденсаторная часть резонатора; 15 — тороидальный резонатор; 16 — диэлектрический вал Fig. 1. Chopper-melter of fat-raw materials of continuous flow action with microwave energy supply in a toroidal resonator: a) general view in section with positions; b) the strength of the installation; c) drum; d) lower base of the resonator; e) dispenser; 1 - loading capacity; 2 - electric drive dispenser with corrugated rollers;
3 - upper base of the melter; 4 - perforated non-ferromagnetic drum; 5 - fixed knives; 6 - rotating knives;
7 - non-ferromagnetic cylinder; 8 - magnetrons with waveguides; 9 - window for loading greaves; 10 - dielectric blades; 11 - inclined non-ferromagnetic base of the melter; 12 - perforated base of the cylinder; 13 - drain pipe with a ball valve; 14 - capacitor part of the resonator; 15 - toroidal resonator; 16 - dielectric shaft
Источник: разработано авторами
Продолжительность обработки жиросырья определяется продолжительностью его измельчения через рифлёные валики дозатора и через перфорированный резонатор с помощью подвижных и неподвижных ножей, плавления жира в тороидальном резонаторе воздействием ЭМПСВЧ и выдержки при высокой напряженности электрического поля в
конденсаторной части резонатора для уничтожения патогенной микрофлоры при данной температуре.
В тороидальном резонаторе нестандартной конструкции с перфорированным барабаном заложена идея, основанная на том, что при генерации моды Н0п в резонаторе не требуется наличие контакта между боковой стенкой цилиндра и основани-
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ) И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА'
ями. В стенках тороидального резонатора возбуждаются только токи, текущие по окружности цилиндра. Благодаря этому свойству между верхним основанием и перфорированным барабаном может существовать зазор, что подавляет колебание Еш. Поэтому барабан может заменить внутренний цилиндр тороидального резонатора и тем самым обеспечить непрерывный режим подачи измельченного сырья в резонатор.
Разработанный тороидальный резонатор можно рассматривать как коаксиальный резонатор, нагруженный на емкость. В таком резонаторе возбуждается бегущая волна. Тогда резонансную частоту можно определить из выражения 1 [7; 8; 10] или выражения 3:
сор • I 1 ^ • =-- (1)
с ар • С
где 2 - волновое сопротивление коаксиальной части резонатора; с - скорость света, м/с; С - емкость конденсатора, Ф.
Резонанс в таком резонаторе наблюдается при условии, что средний периметр кольцевого объема резонатора (/) равен целому числу длин волн. Вычислена емкость (Ф) конденсаторной части резонатора (между основаниями барабана и резонатора) по формуле 2:
С = 8,85-10
-12
л- r
h
(2)
= 8,85.10- . ЗЛ4 • 0,2448 = 0 § .^12 ф, 0,2413
где г - радиус барабана, м (0,2448 м); И — расстояние между нижним основанием резонатора и основанием барабана, м (0,2412 м).
Тороидальный резонатор эквивалентен колебательному контуру с резонансной частотой [9]: 1 2 • Н
4Uc „ 2 , f R
SoM ■ H■ r ■ InI-2 ■ 0,242
(3)
8,85-1012 ■ 4■ л-107 ■ 0,7312■ 0,24482 ■ In
0,49 0,2448
= 833 -106 Гц,
где Ь - индуктивность, Гн; С - емкость, Ф; И - зазор между основанием барабана и основанием цилиндра, м; £о — диэлектрическая постоянная, Ф/м; Н -высота тороидального резонатора, м; Я - радиус цилиндра, м; г — радиус барабана, м; /ло - магнитная постоянная (4-Л-10"7 Гн/м), Гн/м;
В разработанном квазистационарном тороидальном резонаторе резонансная частота ЭМПСВЧ равна в пределах 800-1000 МГц.
Рис. 2. Схема тороидального резонатора с вращающимся барабаном (Н = 0,7312 м); r = 0,2448 м; R = 0,49 м; h = 0,2412 м; d = 3,08 см; l = 2,33 м — средний периметр кольцевого объема резонатора (19-кратный целому числу длины волны 12,24 см) Fig. 2. Diagram of a toroidal resonator with a rotating
drum (H = 0.7312 m); r = 0.2448 m; R = 0.49 m; h = 0.2412 m; d = 3.08 cm; l = 2.33 m — the average perimeter of the annular volume of the resonator (19 times the integer wavelength of 12.24 cm) Источник: разработано авторами
Зазор между основаниями барабана и резонатора и радиус барабана подобраны так, чтобы при выделенном частотном диапазоне (915 МГц, 2375 МГц, 2450 МГц) для промышленности и сельского хозяйства конденсаторная часть резонатора работала как запредельный волновод, т. е. в режиме отсечки. В зазоре происходит концентрация электрического поля. Вычислим, при каком среднем диаметре круглого волновода в нем может распространяться только один основной тип волны при частоте колебаний 2450 х 10° Гц, длине волны X = 12,24 см. Основным типом волны круглого волновода является волна Н11, тогда средний диаметр оснований должен быть больше 3,6 см [10]. Ар > А : 3,413- = 12,24 : 3,413 = 3,6 см.
Ближайшим высшим типом волны в конденсаторной части резонатора является волна Е01. Что-
I ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT AND POWER SUPPLY OF THE AGRO-INDUSTRIAL COMPLEX
бы данная волна могла распространяться в конденсаторной части, должно выполняться условие: Бср > Л : 2,61- = 12,24 : 2,61 = 4,7 см.
Нами разработана конденсаторная часть резонатора со средним диаметром 73,48 см.
Собственную добротность тороидальной части резонатора можно приблизительно вычислить, как собственную добротность коаксиального резонатора по формуле [9; 10; 11; 12]:
I • 1п(Л / г)
2 =
R
4 ■ ln(R / r) +1 ■ (1/R +1/r)
2- л- 2450 -106 -4 ■ л 10 166 105 0,7312-ln(0,49/0,2448)
(4)
^ 4 - ln(0,49/0,2448) + 0,7312 - (1/0,49 +1/0,2448)^ = 8150,
где Rs - поверхностное сопротивление алюминиевого резонатора:
R =
q-M0
2-о
2-л 2450-106 -4- л-10"
(5)
2 - 3,5 -107
= 166-10"5 Ом,
где
удельная проводимость алюминия
(3,5Т0 См/м), См/м.
Средний объем конденсаторной части резонатора равен:
V = 3,14-0,24482-0,2412 = 0,045 м3.
Напряженность электрического поля в конденсаторной части резонатора:
Е = у]д.р/0,27. е -2^-/•¥ =
V8
8150 • 850 • 3 / 0,27 • 8,85 • 10 12 • 6,28 • 2450 • 106 - 0,045 = (6) = 112 • 103 В / м = 1,12 кВ / м, где Уа - объем конденсаторной части резонатора, м3; Q - собственная добротность резонатора; ео = 8,85^ 10-12 Ф/м - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума.
Заключение Нестандартное конструкционное исполнение тороидального резонатора с перфорированным барабаном позволяет совмещать процессы измельчения жиросырья, плавления и разделения жира от шквары в непрерывном режиме с обеспечением электромагнитной безопасности, что позволит снизить эксплуатационные затраты.
Равномерность термообработки жиросырья обеспечивается путем загрузки его в резонатор в измельченном виде, в соответствии с глубиной проникновения волны, и применения трех генераторов одинаковой частоты 2450 МГц.
Собственная добротность нестандартного тороидального резонатора составляет в пределах 8000, а напряженность электрического поля в конденсаторной части резонатора достигает до 1,12 кВ/см, достаточной для снижения бактериальной обсеме-ненности продукта.
о
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Ивашов В. И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности. Ч. 1. Оборудование для убоя и первичной обработки. М. : Колос, 2001. 552 с.
2. Михайлова О. В., Белова М. В., Ершова И. Г. Патент № 2581224 РФ, МПК С11В1/12. Центробежная установка для термообработки жиросодержащего сырья в электромагнитном поле сверхвысокой частоты / заявитель и патентообладатель МАДИ (RU). № 2014150840/20; заявл. 17.12.2014. Бюл. № 11 от 20.04.2016. 11 с.
3. Белова М. В., Ершова И. Г., Михайлова О. В. Патент № 2600697 РФ, МПК С11В13/00. Сверхвысокочастотная установка для плавления жира / заявитель и патентообладатель АНОВО «АТУ» (RU). № 2015117451; заявл. 28.04.2015. Бюл. № 30 от 03.10.2016. 12 с.
4. Сивяков Б. К., Слаповская Ю. П. Математическое моделирование сверхвысокочастотных кольцевых резонаторов электротехнологических установок // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2010. Т. 3. № 1 (46). С. 116-122.
5. Архангельский Ю. С. Установки сверхвысокочастотного диэлектрического нагрева. Саратов, 2010.
279 с.
6. Поручиков Д. В., Ершова И. Г. Термообработка мясного сырья в установке со сверхвысокочастотным энергоподводом // Universum: технические науки. 2014. № 5 (6). С. 4.
7. Гришина Е. М., Архангельский Ю. С. Интеллектуальные сверхвысокочастотные установки диэлектрического нагрева // Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии. 2015. С. 11-14.
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА XXXXXXX
8. Егоров В. Н. Микроволновые диэлектрические резонаторы в физических измерениях. Автореферат диссертации доктора физико-математических наук (01.04.01 — приборы и методы экспериментальной физики). Иркутск : ФГУП ВНИИФТРИ, 2013. 40 с.
9. Коломин В. М., Рыбкин В. Н., Иовдальский В. А. Развитие технологии производства диэлектрических резонаторов для приборов СВЧ диапазона // Современные проблемы проектирования, производства и эксплуатации радиотехнических систем. 2019. С. 236-239.
10. Алексейчик Л. В., Любимова Г. А. Система собственных параметров диэлектрических резонаторов на СВЧ // Электромагнитное поле и материалы (фундаментальные физические исследования). 2015. С. 488-494.
11. Курицкий М. С. Анализ конструкций и характеристик резонаторов, применяемых в технике сверхвысоких частот // Развитие высшего образования: Теория и практика. Омск, 2022. С. 391-396.
12. Курушин А. А., Пластиков А. Н. Проектирование СВЧ устройств в среде CST Microwave Studio. М. : МЭИ, 2012. 152 с.
13. Савин К. Г., Голубева И. П., Прокопенко Ю. В. Расчет частотных и энергетических характеристик составного металло-диэлектрического резонатора методом частичных областей // Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника. 2016. Т. 59. № 5 (647). С. 47-55.
14. Крылов В. П. Определение диэлектрической проницаемости материалов при высокотемпературном нагреве в объемном волноводном резонаторе // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. Т. 82. № 7. С. 36-39.
15. Михно А. С., Коломейцев В. А. Микроволновые печи с двухсторонним боковым возбуждением электромагнитного поля // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ. 2016. № 7 (89). С. 42-49.
16. Боков Л. А., Замотринский В. А., Мандель А. Е. Электродинамика и распространение радиоволн. Томск, 2013. 410 с.
17. Падусова Е. В., Шарангович С. Н. Расчет диэлектрических волноводов и объемных резонаторов. Томск, 2018. 103 с.
18. Уфимцев Д. В., Шебалкова Л. В., Сюткин К. Ю. Проектирование, моделирование и оптимизация устройств СВЧ диапазона. Новосибирск, 2010.
19. Стаценко Л. Г., Пуговкина О. А. Проектирование СВЧ-устройств для микроволновой радиотермометрии // Известия ЮФУ. Технические науки. 2014. № 10 (159). С. 127-135.
20. Кун А. А., Табакаев Г. А., Юшин В. Ю., Файль Т. Н. Проектирование СВЧ устройств // Актуальные научные исследования в современном мире. 2017. № 11-10 (31). С. 93-94.
Статья поступила в редакцию 25.10.2022; одобрена после рецензирования 28.11.2022;
принята к публикации 30.11.2022.
Информация об авторах Г. В. Новикова - д.т.н., профессор, Spin-код: 3317-5336; М. В. Просвирякова - д.т.н., доцент, Spin-код: 5642-4560; О. В. Михайлова - д.т.н., профессор, Spin-код: 9437-0417; А. А. Тихонов - кандидат технических наук, доцент, Spin-код: 7146-3523; М. Е. Федоров - аспирант;
П. Н. Романов - преподаватель, Spin-код: 6076-3030.
Заявленный вклад авторов: Новикова Г. В. - описание установок с СВЧ-энергоподводом, работа над текстом статьи. Просвирякова М. В. - сбор и обработка материалов, проведение анализа материалов. Михайлова О. В. — построение 3D-моделей установок с СВЧ-энергоподводом. Тихонов А. А. - формулирование основной концепции исследования и выводов. Федоров М. Е. - обоснование электродинамических параметров системы «генератор-резонатор». Романов П. Н. - подготовка литературного обзора.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if ТРГНМП!nizirs FI РГТШГЛ! рпшрмрмт^^^^^^^^^Ё
lyvMlvMIII^ ELECTRICAL TECHNOLOGIES, ELECTRICAL EQUIPMENT
XXXXXXXX and power supply of the agro-industrial complex XXXXXXXX_
REFERENCES
1. Ivashov V. I. Tekhnologicheskoe oborudovanie predpriyatij myasnoj promyshlennosti. Part 1. Oborudovanie dlya uboya i pervichnoj obrabotki [Technological equipment of meat industry enterprises. Part 1. Equipment for slaughter and primary processing], Moscow: Kolos, 2001. 552 p.
2. Mihajlova O. V., Belova M. V., Ershova I. G. Patent No. 2581224 RF, MPK S11V1/12. Centrobezhnaya ustanovka dlya termoobrabotki zhirosoderzhashchego syr'ya v elektromagnitnom pole sverhvysokoj chastoty [Centrifugal unit for heat treatment of fat-containing raw materials in an ultrahigh frequency electromagnetic field], zayavitel' i patentoobladatel' MADI (RU), No. 2014150840/20, zayavl. 17.12.2014, Byul. No. 11 ot 20.04.2016, 11 p.
3. Belova M. V., Ershova I. G., Mihajlova O. V. Patent No. 2600697 RF, MPK S11V13/00. Sverhvysokochas-totnaya ustanovka dlya plavleniya zhira [Ultra-high frequency fat melting plant], zayavitel' i patentoobladatel' ANO-VO «ATU» (RU), No. 2015117451, zayavl. 28.04.2015, Byul. No. 30 ot 03.10.2016, 12 s.
4. Sivyakov B. K., Slapovskaya Yu. P. Matematicheskoe modelirovanie sverhvysokochastotnyh kol'cevyh re-zonatorov elektrotekhnologicheskih ustanovok [Mathematical modeling of ultrahigh-frequency ring resonators of elec-trotechnological installations], Vestnik Saratovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Saratov State Technical University], 2010, Vol. 3, No. 1 (46), pp. 116-122.
5. Arhangel'skij Yu. S. Ustanovki sverhvysokochastotnogo dielektricheskogo nagreva [Ultrahigh frequency dielectric heating installations], Saratov, 2010, 279 p.
6. Poruchikov D. V., Ershova I. G. Termoobrabotka myasnogo syr'ya v ustanovke so sverhvysokochastotnym energopodvodom [Heat treatment of meat raw materials in an installation with an ultra-high-frequency power supply], Universum: tekhnicheskie nauki [Universum: technical sciences], 2014, No. 5 (6), pp. 4.
7. Grishina E. M., Arhangel'skij Yu. S. Intellektual'nye sverhvysokochastotnye ustanovki dielektri-cheskogo nagreva [Intelligent ultrahigh-frequency dielectric heating installations], Sostoyanie i perspektivy razvitiya elektro- i teplotekhnologii [The state and prospects of development of electrical and thermal technology], 2015, pp. 11-14.
8. Egorov V. N. Mikrovolnovye dielektricheskie rezonatory v fizicheskih izmereniyah [Microwave dielectric resonators in physical measurements. Dr. Sci. (Engineering) thesis], Irkutsk: FGUP VNIIFTRI, 2013, 40 p.
9. Kolomin V. M., Rybkin V. N., Iovdal'skij V. A. Razvitie tekhnologii proizvodstva dielektricheskih rezonato-rov dlya priborov SVCH diapazona [Development of technology for the production of dielectric resonators for microwave devices], Sovremennye problemy proektirovaniya, proizvodstva i ekspluatacii radiotekhnicheskih sistem [Modern problems of design, production and operation of radio engineering systems], 2019, pp. 236-239.
10. Aleksejchik L. V., Lyubimova G. A. Sistema sobstvennyh parametrov dielektricheskih rezonatorov na SVCH [System of intrinsic parameters of dielectric resonators on microwave], Elektromagnitnoe pole i materialy (fundamental'nye fizicheskie issledovaniya) [Electromagnetic field and materials (fundamental physical research)], 2015,pp.488-494.
11. Kurickij M. S. Analiz konstrukcij i harakteristik rezonatorov, primenyaemyh v tekhnike sverh-vysokih chastot [Analysis of designs and characteristics of resonators used in ultrahigh frequency technology], Razvitie vysshego obrazovaniya: Teoriya i praktika [Development of higher education: Theory and practice], Omsk, 2022, pp. 391-396.
12. Kurushin A. A., Plastikov A. N. Proektirovanie SVCH ustrojstv v srede CST Microwave Studio [Design of microwave devices in the CST Microwave Studio environment], Moscow: MEI, 2012, 152 p.
13. Savin K. G., Golubeva I. P., Prokopenko Yu. V. Raschet chastotnyh i energeticheskih harakteristik sostavnogo metallo-dielektricheskogo rezonatora metodom chastichnyh oblastej [Calculation of frequency and energy characteristics of a composite metal-dielectric resonator by the method of partial regions], Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Radioelektronika [News of higher educational institutions. Radio electronics], 2016, Vol. 59, No. 5 (647), pp. 47-55.
14. Krylov V. P. Opredelenie dielektricheskoj pronicaemosti materialov pri vysokotemperaturnom nagreve v ob"emnom volnovodnom rezonatore [Determination of the dielectric permittivity of materials under high-temperature heating in a volumetric waveguide resonator], Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov [Factory laboratory. Diagnostics of materials], 2016, Vol. 82, No. 7, pp. 36-39.
15. Mihno A. S., Kolomejcev V. A. Mikrovolnovye pechi s dvuhstoronnim bokovym vozbuzhdeniem elek-tromagnitnogo polya [Microwave ovens with two-sided lateral excitation of the electromagnetic field], Matematiches-
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА XXXXXXX
kie metody v tekhnike i tekhnologiyah - MMTT [Mathematical methods in engineering and technology - MMET], 2016, No. 7 (89), pp. 42-49.
16. Bokov L. A., Zamotrinskij V. A., Mandel' A. E. Elektrodinamika i rasprostranenie radiovoln [Electrodynamics and propagation of radio waves], Tomsk, 2013, 410 p.
17. Padusova E. V., Sharangovich S. N. Raschet dielektricheskih volnovodov i ob"emnyh rezonatorov [Calculation of dielectric waveguides and volumetric resonators], Tomsk, 2018, 103 p.
18. Ufimcev D. V., Shebalkova L. V., Syutkin K. Yu. Proektirovanie, modelirovanie i optimizaciya ustrojstv SVCH diapazona [Design, modeling and optimization of microwave devices], Novosibirsk, 2010.
19. Stacenko L. G., Pugovkina O. A. Proektirovanie SVCH-ustrojstv dlya mikrovolnovoj radiotermometrii [Designing microwave devices for microwave radiothermometry], Izvestiya YUFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFU. Technical sciences], 2014, No. 10 (159), pp. 127-135.
20. Kun A. A., Tabakaev G. A., Yushin V. Yu., Fajl' T. N. Proektirovanie SVCH ustrojstv [Designing microwave devices], Aktual'nye nauchnye issledovaniya v sovremennom mire [Actual scientific research in the modern world], 2017, No. 11-10 (31), pp. 93-94.
The article was submitted 25.10.2022; approved after reviewing 28.11.2022; accepted for publication 30.11.2022.
Information about the authors: G. V. Novikova - Dr. Sci. (Engineering), Professor, Spin-code: 3317-5336; M. V. Prosviryakova - Dr. Sci. (Engineering), Associate Professor, Spin-code: 5642-4560; O. V. Mikhailova - Dr. Sci. (Engineering), Professor, Spin-code: 9437-0417; A. A. Tikhonov - Dr. Sci. (Engineering), Associate Professor, Spin- code: 7146-3523; M. E. Fedorov - Postgraduate Student; P. N. Romanov - Senior lecturer, Spin-code: 6076-3030.
The declared contribution of the authors: Novikova G. V. - description of installations with microwave power supply, work on the text of the article. Prosviryakova M. V. - collection and processing of materials, analysis of materials. Mikhailova O. V. - construction of 3D models of installations with microwave power supply. Tikhonov A. A. - formulation of the main concept of the study and conclusions. Fedorov M. E. - substantiation of electrodynamic parameters of the «generator-resonator» system. Romanov P. N. - reviewing the relevant literature.
The authors declare that there is no conflict of interest.
