CC BY
108
УДК 632.08
УСТАНОВКА ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ И ШЕЛУШЕНИЯ ЗЕРНА В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ СВЕРХВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
© 2015
А. А. Белов, кандидат технических наук, доцент кафедры «Сервис транспортных и технологических машин» Волжский филиал Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ),
Чебоксары (Россия) М. В. Белова, кандидат технических наук, докторант Казанский государственный аграрный университет, Казань (Россия) О. В. Михайлова, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Сервис транспортных и технологических машин» Волжский филиал Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ),
Чебоксары (Россия) Г. В. Новикова, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории «Бионанотехнологии» Чувашская государственная сельскохозяйственная академия, Чебоксары (Россия)
Аннотация. В статье рассматривается шелушение, как одна из наиболее важных технологических операций при переработке зерна. К этому процессу предъявляют два основных требования: обеспечение более полного отделения пленок от зерна и максимальная сохранность целостности ядра. Для обеспечения более полного шелушения при малой дробимости применяют шелушильные машины, воздействующие на зерно продолжительным трением между рабочими органами (вращающимся полым вертикальным валом с несколькими абразивными дисками). Их недостатками являются высокий расход электрической энергии, интенсивное разрушение примесей, удаление слоев плодовой оболочки сопровождаются разрушением большого количества зерен и нередко повреждением эндосперма. Это приводит к значительным потерям зерна, что вызвало необходимость поисков иных способов его обработки. Так же применяются установки для микронизации зерна, которые основаны на воздействии электромагнитного поля сверхвысокой частоты. Такая обработка зерна обеспечивает полное уничтожение микроорганизмов в готовом продукте и его высокую питательность для молодняка животных. Для снижения эксплуатационных затрат на обработку зерна сочетают процессы обеззараживания и шелушения за счет воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты и интенсивного трения между вращающимися тороидальными резонаторами и неподвижным перфорированным цилиндром из диэлектрического материала. Для обеспечения надежного и полного внесения сыпучего консерванта в фуражное зерно пред закладкой его на хранение разработана новая технология и устройство для внесения сухого порошкообразного материала. Приводится схема и описание устройства для обеззараживания и шелушения зерна в электромагнитном поле сверхвысокой частоты.
Ключевые слова: микронизация зерна, переработка зерна, тороидальный резонатор, электронный поток, электромагнитные колебания, электрическое поле, шелушение, шелушильные машины, электронный поток, электромагнитные колебания, электрическое поле.
Одной из основных технологических операций при переработке зерна является шелушение, т. е. снятие пленок с зерна. К процессу шелушения предъявляют два основных требования: обеспечение более полного отделения пленок от зерна; максимальная сохранность целостности ядра. При шелушении стремятся получить как можно больше шелушенных зерен при малой дробимости ядра. Для этого известны шелушильные машины, воздействующие на зерно продолжительным трением между рабочими органами, это шелушильно-шлифовальные машины ЗШН, машины с абразивным барабаном и вращающейся сетчатой обечайкой и т. д. [1]. Рабочие органы — это вращающийся
полый вертикальный вал с несколькими абразивными дисками. Вал с дисками окружен ситовой обечайкой, которая заключена в цилиндрический корпус [2]. Недостатки: высокий расход электроэнергии; интенсивное разрушение примесей, удаление слоев плодовой оболочки сопровождаются разрушением большого количества зерен и нередко повреждением эндосперма. Это приводит к значительным потерям зерна, что вызвало необходимость поисков иных способов обработки зерна. Известны установки для микронизации зерна воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) [3]. Такая обработка зерна обеспечивает полное уничтожение микроорганизмов в гото-
вом продукте и его высокую питательность для молодняка животных [4, 5, 6]. Для снижения эксплуатационных затрат на обработку зерна следует сочетать процессы обеззараживания и шелушения в одной установке. В связи с этим разработана установка для обеззараживания и шелушения зерна за счет воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты и интенсивного трения между вращающимися тороидальными резонаторами и неподвижным перфорированным цилиндром из диэлектрического материала.
Технологический процесс обеззараживания и шелушения зерна в электромагнитном поле сверхвысокой частоты происходит следующим образом. Исходное зерно (рис.1) через приемный патрубок 11 попадает в рабочую зону (в тороидальный резонатор 8, 9, в кольцевой зазор 12, т. е. в пространство между тороидальными резонаторами и перфорированным диэлектрическим цилиндром 6). Зерно попадает внутрь тороидальных резонаторов через зазоры между ободками 15, так как зазор на периферии тора больше, чем толщина зерен, но меньше, чем четверть длины волны (3,08 см). При каждом совмещении излучателя 14 с местом расположения диэлектрического ободка 16 происходит возбуждение СВЧ-колебаний в тороидальном резонаторе в импульсном режиме, что позволяет выровнять давление, температуру, влажность зерна по объему. Ограничение потока излучений из тороидальных резонаторов через зазоры между ободками происходит за счет того, что максимальный зазор не более, чем четверть длины волны. Поглощение энергии электромагнитных излучений зерном происходит внутри тороидальных резонаторов, так как зерно попадает в электромагнитное поле сверхвысокой частоты 18 (ЭМПСВЧ), а также частично в кольцевом пространстве, все это позволяет снизить бактериальную загрязненность зерна. Между вращающейся абразивной поверхностью тороидальных резонаторов 8 и перфорированным диэлектрическим цилиндром 6 (в кольцевом зазоре) происходит шелушение зерна. Исходное зерно подвергается интенсивному трению в кольцевом зазоре между тороидальными резонаторами 8, 9 и перфорированным цилиндром 6, вследствие чего от зерна отделяются пленки и оболочки (лузги), т. е. зерно шелушится. Рабочая зона продувается воздушным потоком. Вентилятор 3 с вертикальными лопатками засасывает воздух через отверстия в пустотелом валу и подает его в пустотелые диски 9. Пронизывая продукт, проходящий через кольцевой зазор, воздух захватывает отдельные частицы оболочек, мелкую лузгу и уносит их в циклон, т. е. относы, образованные в процессе шелушения сдуваются с внутренней поверхности перфорированного цилиндра 6 и удаляются. Струя воздуха,
проходящего через продукт, уменьшает скорость опускания зерна, увеличивая тем самым эффективность шелушения. Если кольцевой зазор не заполнен продуктом, вентилятор 3 засасывает наружный воздух, в результате чего уменьшается воздействие воздуха на зерно. Это снижает эффективность шелушения и обеззараживания зерна.
Оптимального технологического эффекта можно достичь только тогда, когда установка работает при заполненной зерном рабочей зоны. На технологический эффект оказывают: окружная скорость тороидальных резонаторов (12-25 м/с), размер кольцевого зазора (14-18 мм), крупность зерна абразива на штифтах и продолжительность обработки, расстояние между тороидальными резонаторами. Изменяя зазор с помощью шибера в выгрузном патрубке 4 для удаления продукта, можно установить оптимальное время пребывания зерна в рабочем пространстве. В зависимости от прочности связей пленок и оболочек с ядром требуются различные продолжительность и интенсивность воздействия рабочих органов машины. При облужива-нии следует обратить внимание на свободный выход зерна из установки и непрерывное удаление относов; отсутствие битых и полноценных зерен в отходах.
Тороидальный резонатор 8, 9 имеет сложный профиль поперечного сечения [7, 8]. Тор круглого сечения собран из ободков, наружная поверхность которых покрыта абразивным материалом. Причем несколько ободков 17, сдвинутых пространственно по окружности резонатора, выполнены из диэлектрического материала. В центральной части расстояние между стенками (пустотелого диска 9) тороидального резонатора меньше, чем диаметр сечения тора. Электронный поток, проходя через отверстия в близи расположенных стенках резонатора 9 (в пустотелом диске), возбуждает в нем электромагнитные колебания. Малое расстояние между стенками полого диска позволяет сократить время пролета электронов в резонаторе, а это очень важно при генерировании и усилении колебаний СВЧ. Форма профиля резонатора определяет структуру возбуждаемых электромагнитных полей. Электрическое поле в основном концентрируется в центральной части резонатора, где расстояние между стенками диска невелико, т. е. эта часть резонатора имеет преимущественно емкостной характер, а периферийная часть, где в основном расположено магнитное поле, эквивалентна индуктивности. Если стенки резонатора сделать гибкими, то при их сближении емкость резонатора увеличится, и собственная частота уменьшится и наоборот. От количества СВЧ генераторных блоков 2 зависит производительность установки и качество стерилизации зерна.
Планируемые конструктивно-технологические параметры установки: вес порции зерна в рабочей ка-
мере в пределах 20 кг; продолжительность пребывания зерна в рабочем пространстве (1-8 мин); диаметр тороидального резонатора 250 мм; диаметр ситового цилиндра 270 мм.
В зерне, поступающем в установку, не должно быть камней и металлических примесей, иначе возможно образование искры при ударе их на абразивную поверхность и оказании в объемном резонаторе. Вал выполнен из стали.
а)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Соколов А. Я. Технологическое оборудование предприятий по хранению и переработке зерна. М. : Колос, 1967. С. 396-397.
2. Бутковский В. А. Технология мукомольного, крупяного и комбикормового производства. М. : Агро-промиздат, 1989. С. 278-280.
3. Патент № 2489068РФ, МПК А23 № 17/00. СВЧ-индукционная установка барабанного типа для микронизации зерна. / М. В. Белова, Г. В. Новикова, О. В. Михайлова, А. А. Белов; заявитель и патентообладатель ЧГСХА (ЯИ). - № 2012100432; заявл.10.01.2012 г. опубл. 20.08.2013. Бюл. № 22. 5 с.
4. Генералов И. Г., Баринова Ю. А., Никитин Б. А., Суслов С. А. Эффективность функционирования зерновой отрасли (на примере Нижегородской области) // Экономика и предпринимательство. 2014. № 4 Ч. 2. (45-2). С. 884-887.
5. Суслов С. А. Экономическая эффективность развития зернового хозяйства : монография. Княгинино : НГИЭИ, 2008. 188 с.
б)
Рисунок 1 — Установка для обеззараживания и шелушения зерна в электромагнитном поле сверхвысокой частоты: а - общий вид, б - тороидальный резонатор,
1 — монтажный каркас, 2 - электродвигатель, 3 — вентилятор, 4 - выгрузной патрубок для удаления продукта из установки, 5 — экранирующий корпус, 6 - диэлектрический перфорированный цилиндр, 7 — пустотелый вертикальный вал, 8 — тороидальные резонаторы круглого сечения (тор), 9 — пустотелые кольцевые диски из неферромагнитного материала, 10 — крышка экранирующего корпуса, 11 — приемный патрубок-запредельный волновод, 12 — кольцевой зазор, 13 - СВЧ генераторный блок с излучателем 14 и сферическим сегментом, 15 - ободки из неферромагнитного материала, покрытые абразивным материалом, 16 — диэлектрические ободки, 17 — патрубок для выгрузки лузги (запредельный волновод)
6. Суслов С. А. Взаимосвязь отраслей зернопро-изводства и животноводства в Нижегородской области // Проблемы функционирования, восстановления и развития народно-хозяйственного комплекса России : межвузовский сборник научных статей. Выпуск 2. Н. Новгород : Издательство ННГУ им. Н. И. Лобачевского. 2005. С. 368-370.
7. Белоцерковский Г. Б. Основы радиотехники и антенны. М. : Советское радио, 1979. Ч. 1. Основы радиотехники. С. 338-339.
8. Михайлова О. В., Осокин В. Л., Новикова Г. В., Кириллов Н. К. Светотехника. Княгинино : НГИЭИ, 2013. 380 с.
9. Новикова Г. В. , Ершова И. Г., Уездный Н. Т. Технология выпечки хлебобулочных изделий диэлектрическим нагревом // Вестник ФГОУ ВПО «Чувашский государственный педагогический университет им. И. Я. Яковлева». 2013. № 2 (78). С. 163-166.
10. Новикова Г. В., Белова М. В., Александрова Г. А. Технологическое оборудование для термообработки сельскохозяйственного сырья // Вестник ФГОУ ВПО
«Чувашский государственный педагогический университет им. И. Я. Яковлева». 2013. № 2 (78). С. 12-15.
11. Новикова Г. В., Ершова И. Г., Уездный Н. Т., Науменко О. В. Экономическая эффективность применения СВЧ-установки для выпечки хлебобулочных изделий // Международный научно-теоретический и прикладной журнал Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. 2013. № 2 (78). С. 167-170.
12. Куфтин Д. С. Повышение устойчивости систем внутреннего электроснабжения с собственной генерацией при соизмеримой с нагрузкой мощностью : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 2013. 181 с.
13. Sosnina E. Research of static stability of autonomous power supply system with wind-diesel power plant / E. Sosnina., A. Shalukho, I. Lipuzhin // The challenges of contemporary science. Theory and applications. Warsaw, 2014. P.61-62.
14. Сарсикеев Е. Ж. Математическая модель вет-ротурбины малой мощности в МА^АВ SIMULINK // Альтернативная энергетика и экология : Международный научный журнал. 2012. № 2. С. 42-48.
15. Обухов С. Г., Плотников И. А. Сравнительный анализ схем автономных электростанций, использующих установки возобновляемой энергетики // Промышленная энергетика, 2012. № 7. С. 46-51.
16. Евдокунин Г. А., Попков Е. Н. Принципы имитационного моделирования процессов в электроэнергетических системах // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2013. Т5(181). С. 46-49.
17. Замятина О. М. Компьютерное моделирование: учебное пособие. Томск : ТПУ, 2007. 121 с.
18. Наместников А. М. Разработка имитационных моделей в среде МА^АВ : методические указания для студентов. Ульяновск, 2004. 72 с.
INSTALLATION FOR DISINFECTION AND HULLING GRAIN IN THE ELECTROMAGNETIC FIELD OF ULTRAHIGH FREQUENCY
© 2015
A. A. Belov, the candidate of technical sciences, the associate professor of the chair «Service of transport and technological automobiles» Volzhskiy branch of Moscow auto transport state technical university (MATU), Cheboksary (Russia)
M. V. Belova, the candidate of technical sciences, Kazan state agrarian university, Kazan (Russia) O. V. Michailova, the doctor of technical sciences, the associate professor, the professor of the chair
«Service of transport and technological automobiles» Volzhskiy branch of Moscow auto transport state technical university (MATU), Cheboksary (Russia) G. V. Novikova, the doctor of technical sciences, the professor, The main scientific laborant of the laboratory «Bio nano technologies» Chuvash state agricultural academy, Cheboksary (Russia)
Annotation. The article discusses the peeling, as one of the most important process steps in the processing of grain. This process produces two main requirements: achieve a more complete separation of the husks from the grain and protect the integrity of the kernel. To provide a more complete peeling at low abradability used peelers acting on the grain is continuous friction between the working bodies (rotating hollow vertical shaft with several abrasive disks). Their disadvantages are the high consumption of electrical energy, intensive destruction of impurities, the removal of the seedcoat layers are accompanied by the destruction of a large number of grains and often damage to the endosperm. This leads to significant losses of grain, which caused the need to find other ways to handle. Just used the installation for mikronizatsii grains, which are based on the electromagnetic field of ultrahigh frequency. Such processing of grain provides complete destruction of microorganisms in the finished product and its high nutritional value for young animals. To reduce operating costs for handling grain combine the processes of disinfection and peeling due to the impact of the electromagnetic field of ultrahigh frequency and intense friction between the rotating toroidal resonators and a stationary perforated cylinder of dielectric material. To ensure reliable and complete making the bulk of the preservative in cornmeal before placing them in storage has developed a new technology and device for depositing powder material. Provides a diagram and description of the device for disinfection and peeling of grain in the electromagnetic field of ultrahigh frequency.
Keywords: micronization of grain, grain processing, toroidal resonator, electron beam, electromagnetic waves, electric field, peeling, shelling machine, electron beam, electromagnetic waves, electric field.
