CC BY
21
УДК 621.9289
Сколоздра С.В., к. т.н., доцент, Чайковський Б.П., к. т.н., доцент, © Лье1еський нацюнальний утеерситет еетеринарног медицины та бютехнологт
iмет С.З.Гжицького
Лецик О.С., шж., Льеiеське еiдкрите акцюнерне тоеаристео "1скра"
РОЗРАХУНОК I ПРОЕКТУВАННЯ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОГО 1НФРАЧЕРВОНОГО ВИПРОМ1НЮВАЧА ДЛЯ ОБ1ГР1ВУ ТВАРИН I
ПТИЦ1
Показано значення шфрачервоного випромшювання (ГЧ-випромшюван-ня) для обiгрiвання тварин i птищ в холодну пору року.
Приведено математичне описання процесу 1Ч-опромшення.
Визначено, що дiя 1Ч-випромшювання проявляеться як у пщвищенш температури в примiщеннi, так i в про^ванш шкiри i тканин тварини за рахунок поглинання його.
Приведено температурш режими, якi повинш забезпечувати 1Ч-випромь нювачi для опромшення тварин i птицi.
Показано, що найбшьш ефективними для створення локальних температурних зон е IЧ-випромiнювачi.
Приведено методики розрахунку дзеркального вiдбивача i стрального джерела випромiнювання.
Показано конструкцш низькотемпературного IЧ-випромiнювача.
Ключовi слова: 1Ч-випромшювання, IЧ-випромiнювач, тварини, птицi, температурний режим, дзеркальний вiдбивач, джерело випромiнювання, конструкщя IЧ-випромiнювача.
IЧ-випромiнювання займае основну частину оптично1 областi спектру
- спектральний дiапазон, що примикае до крайньо1 довгохвильово1 (червоно1) частини видимого сонячного випромшювання.
За фiзичними способами виявлення i вимiрювання вiдповiдно до довжин хвиль X весь дiапазон 1Ч-випромшювання прийнято роздiляти на три области 1Ч-А - X = 0,78—1,4 мкм, 1Ч-В - X = 1,4—3 мкм, 1Ч-С - X = 3 мкм
— 1 мм.
1Ч-випромшювання характерне тим, що воно практично не поглинаеться пов^рям i перетворюеться в тепло тшьки тод^ коли поглинаеться тiлом. На цьому явищi базуеться IЧ-опромiнення тварин i птищ в холодну пору року.
Математично цей процес описуеться формулою
AQ.e = aeEeSo At, (1)
де A.Qeà - енерпя, поглинута опромiнюваним тiлом, за час At; Дж; &е-коефщент поглинання випромiнювання; Ее - густина опромшення, Вт/м-2 ; S0 -площа опромiнюваноï поверхнi тша, м2 [1].
© Сколоздра С.В., Чайковський Б.П., Лецик О.С., 2010
54
Рют температури тша по мiрi опромшення пiдкоряeться експоненщальному закону. Установлена температура Ту опромшюваного тiла визначаеться за формулою
Ту = Т„ + а.»Е. а (2)
ат а
де Тп - початкова температура тiла, К; аео - коефiцiент поглинання випромшювання опромiнюваним тiлом; ф - питома теплота випаровування вологи,
Дж^кг-1; и - середня швидкють випаровування вологи, кгм-2х-1; аА - вiдношення площ повно! i опромшювано! поверхнi тiла; аТ - вiдношення середнiх температур повно! i опромшювано! поверхонь тiла.
Значення установлено! температури тша визначаеться в основному густиною опромшення, коефщентом поглинання, коефщентом тепловiддачi i вiдношенням площ опромшювано! i повно! поверхонь опромшюваного тша.
Дiя IЧ-випромiнювання проявляеться як у пщвищенш температури в примщенш, так i в прогрiваннi шюри i тканин тварини за рахунок поглинання його. При локальному обiгрiваннi молодняка IЧ-випромiнювачами вiдбуваеться загартовування оргашзму внаслiдок перiодичного переходу вiд вищих температур пiд випромiнювачами до нижчих у загальному примiщеннi. Завдяки цьому стимулюеться терморегуляцiя i тренування поверхнево! судинно! системи, пiдвищуеться стiйкiсть оргашзму проти простудних захворювань, полiпшуеться ршт i розвиток тварин.
Необхiдний пов^рообмш i пiдтримку необхiдних параметрiв температури i вологостi в примiщеннi здшснюють за допомогою загально! системи вентиляцп i обiгрiву. Для створення локальних температурних зон застосовують додатковi джерела: електрона^вальш килимки, пiдлоги, що обiгрiваються, теплогенератори тощо. Найбiльш ефективнi 1Ч-опромiнювачi i опромiнюючi установки. Вони володшть цiлим рядом переваг в порiвняннi з iншими типами нагрiвачiв. Перш за все, оскiльки ГЧ-випромшювання мало поглинаеться повiтрям, майже вся енерпя, що випускаеться може, бути поглинена об'ектом, що обiгрiваеться. Таким чином, застосування IЧ-випромiнювачiв для обiгрiву молодняка тварин i птицi дозволить досягти набагато бшьшого коефiцiенту корисно! дi! (ккд) використовування енергi!. Окрiм того при створеннi обiгрiвачiв з 1Ч-випромiнювачами зменшуються капiтальнi i експлуатацiйнi витрати на обiгрiв, оскшьки цi установки менш металоемнi i бiльш простi по конструкцi!. При виходi з ладу нагрiвальних елеменив (ламп) в процесi експлуатацi! замша !х не представляе труднощiв. По даних французьких дослiдникiв витрати на влаштування IЧ-обiгрiву в 5—6 разiв менше вартостi обладнання звичайного опалювання [2].
Iнфрачервонi випромшювач^ якi застосовуються для обiгрiву поросят, телят, ягнят, курчат, кролят, повинш забезпечувати температурнi режими згiдно таблиц 1.
55
Таблиця 1
Температурний режим при вирощуванш сшьськогосподарського
молодняка тварин 1 птиц
Вид, в1к тварини, Температура в зош Вид, в1к птищ, Температура в
д!б знаходження д!б зон1 знаходження
молодняка, молодняка,
0 С 0 С
Телята Курчата
1-20 20-16 1-5 35-33
20-60 17-15 6-12 33-28
60-120 18-12 13-21 28-25
Поросята 1ндюшата
1-26 30-24 1-5 37-35
30 23 6-12 35-32
45 22 13-21 32-29
60 21
Ягнята Гусята
1-10 17-10 1-20 32-28
Кролята Качата
1-20 15 1-10 28-24
11-21 20
Розрахунок 1Ч-випромшювача зводиться в основному до розрахунку форми дзеркального вiдбивача i джерела випромшювання.
Виб1р форми i оптичний розрахунок дзеркального вщбивача. 1Ч-
опромiнювачi повиннi забезпечувати максимальну концентрацiю шфрачервоного пучка в напрямку його оптично! осi, що забезпечуеться формою дзеркального вщбивача. Найкраще цiй вимозi вщповщае парабологдний дзеркальний е1дбиеач, який утворюеться обертанням параболи навколо осi FZ i називаеться парабологдом обертання (рис.1). Для нього будь-який фокальний промшь, що складае з оптичною вюсю кут ф i падае на поверхню вiдбивача, складае з нормаллю в дану точку поверхнi вщбивача кут i =ф/2 i тсля вiдбивання пiде паралельно оптичнiй ос вiдбивача.
Точка М профшьно! криво! вщбивача визначаеться полярним кутом ф i фокальним радiусом-вектором г:
P _ 2f
г _
_ f /СОБ2 ф/2,
1 + СОБф 1 + СОБф де Р =2/ - фокальний параметр параболи; / - фокусна вщдаль.
Рис.1. Параметри параболи в
(3)
полярнш 1 в прямокутнш системах координат.
Даметр параболи
56
Прямокутш координати точки М визначаються згщно каношчного рiвняння параболи:
X2 = 2 Р1 = 4 /2. (4)
Радiус-вектор параболи визначаеться г = / + ^
Координата Х точки М визначаеться через фокусну вщдаль i полярний
кут:
/2втр/2 соб(/2 соб2 р/2
X = г $тр = --—2—— = 2 /tgр/2. (5)
Дiаметр свiтлового отвору вщбивача визначаеться з формули (6):
О = 2 Хтах = 4/tg (ч (6)
де ртах - половина плоского кута охоплення вщбивача.
Площа свiтлового отвору вщбивача визначаеться формулою:
Ао = 4п/2 tg2 (7)
Розрахунок джерела випромшювання. Розрахунок проводиться для робочо! температури джерела випромшювання 1023 К. В якостi джерела 1Ч-випромiнювання виберемо нiхромовий дрiт, намотаний в виглядi бiспiралi, тобто, намотаний один раз в моностраль, а поим другий раз в бштраль. Спрощений розрахунок зводиться до визначення дiаметру ё i довжини I дроту згщно наступних формул:
ё = (4ргП2ЗМег) 1/312/3; (8)
де рТ - питомий електричний отр нiхромового дроту при робочш температурi, К; МеТ - енергетична св^имють нiхромового дроту при робочш температур^ Вт/м-2; д - коефщент випромiнювання дроту; I - струм, який проходить через шхромову страль, А.
I = (4 ртпд2М2ет)11/3и, (9)
де и - напруга, яка подаеться на нiхромову страль, В.
Конструкщя випромшювача показана на рис.2 i складаеться з наступних основних елементiв: скляного пресованого вщбивача 1, на внутршнш поверхнi якого нанесене алюмшеве свiтловiдбиваюче покриття 2, пщтримуючий мостик 3, джерела випромшювання 4, струмопщвщш елементи - внутршш електроди 5, зовнiшнi електроди - контактш пластини 6, впа!-чашки в вщбивач 7.
57
2
Св^ловщбиваюче покриття наноситься на внутршню параболо!дну поверхню вщбивача методом вакуумного алюмiнування, який забезпечуе достатньо високий штегральний коефщент дзеркального вiдбивання (0,8-0,9). Зовнiшня поверхня вщбивача приблизно повторюе профiль внутршньо! параболо!дно! поверхнi, але до не! не ставиться високих вимог до точност виконання. Товщина вiдбивача вибираеться достатньою для забезпечення його мехашчно! мщност в межах 3-5,5 мм в залежност вiд типорозмiру.
Робота випромшювача. Напруга з зовнiшньо! мережi подаеться через контактнi пластини 6 i електроди 7 на джерело випромшювання 4, яке при
проходженш через нього електричного струму розiгрiваеться до розрахунково! температури1023 К. Частина
випромшювання безпосередньо виходить через вихщний отвiр вiдбивача в примiщення, а частина падае на дзеркальне покриття 2 вщбивача 1, вщбиваеться вщ нього паралельно оптичнiй осi вщбивача i направляеться на опромiнюванi об'екти.
Рис.2. Конструкщя
низькотемпературного
IЧ-випромiнювача.
1 - вщбивач; 2 - дзеркальне покриття; 3 - мостик; 4 - джерело випромшювання; 5 - електроди; 6 -контактш пластини; 7 - чашки;
Висновки 1 пропозищ*1
1. Розроблений низькотемпературний 1Ч-випромшювач забезпечуе висококонцентроване випромшювання, яке направляеться безпосередньо на опромшюваш об'екти.
2. Випромшювач простий по конструкци i високотехнолопчний для серiйного виробництва.
3. Виготовлення випромшювача не вимагае гостродефщитних матерiалiв i додаткового технологiчного обладнання для його сершного виробництва в Львiвському ВАТ "1скра".
58
Лггература
1. В.В.Мешков. - Основы светотехники. - М.: Энергия, - 1979. - 368 с.
2. П. Д. Бакшеев. - Штучне опромшення тварин. - К.: - Урожай, - 1980. -79 с.
Summary Skolosdra S.V., Chaikovsky B.P., Lviv National Unyversytety of Veterinary Medicine and Veterynary
Affer S.Z.Ghytsky Lezyk O.S.,ing., Opened Joint-stock Company "Iskra"
The importance of infrared radiation (IR radiation-class) for heat animals and poultry in cold seasons.
Gives a mathematical description of the process of infrared radiation.
Determined that the effect of infrared radiation as manifested in the increase of temperature in the room, or in warm skin and tissues due to its absorption.
Powered temperatures, which should provide an infrared-vypromi nyuvachi exposure to animals and birds.
Shown that the most effective for creating local temperature zones are infrared emitters.
The method of calculation of specular reflector and spiral radiation source. Structure shown low IR emitter.
Key words: infrared radiation, infrared emitter, animals and birds, temperature, mirror reflector, the radiation source, the design of infrared emitters.
Стаття надшшла доредакци 16.09.2010
59
