УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ СЕМЯН СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ

Полезная модель относится к сельскому хозяйству, а более конкретно к оборудованию, применяемому при предпосевной обработке семян различных сельскохозяйственных культур.
При прорастании семян существует вероятность активного развития патогенных микроорганизмов, находящихся как снаружи семени, так и в точке роста семени, под его защитной оболочкой, что вызывает ослабление прорастаемых растений и их заболеваемость. Для биологически активного воздействия на семена растений используют устройства для обработки семян плазмой высокочастотного разряда при пониженном давлении в среде газа.
Известно устройство для обработки семян холодной плазмой (см. патент US 6543460, МПК В08В 7/04, опубл. 08.04.2003), включающее горизонтально установленную с возможностью вращения цилиндрическую реакционную камеру из пирекса, закрытую с торцов дисками из нержавеющей стали. Коаксиально барабану установлено два полуцилиндрических электрода из меди. Верхний электрод соединен с высокочастотным генератором, а нижний электрод заземлен. Реакционная камера соединена с емкостями для различных газов, таких как воздух, аргон, кислород, четыреххлористый углерод, водяной пар.
Известное устройство для обработки семян имеет незначительную производительность, так как не обеспечивает непрерывную обработку семян.
Известно устройство для обработки семян (см. патент RU 2317668, МПК А01С 1/00, опубл. 27.02.2008), содержащее плазменную камеру, снабженную загрузочным бункером и разгрузочным окном, транспортирующий механизм, установленный в плазменной камере, два электрода, один из которых размещен в плазменной камере над транспортирующим.
Известное устройство также включает по меньшей мере одну емкость для неорганического газа и вакуумную систему, подсоединенные к плазменной камере, по меньшей мере одну камеру для активированной воды и, по меньшей мере, один диафрагменный электролизер с источником питания, соединенный по меньшей мере одним трубопроводом по меньшей мере с одной камерой для активированной воды.
В известном устройстве дополнительная обработка семян активированной водой после плазменной обработки способствует активированию всех биологических процессов в семенах, что требует их ускоренного посева в грунт, что не всегда возможно из-за погодных, климатических условий. К тому же семена после такой многостадийной обработки плохо переносят долгие сроки хранения.
Известно устройство для обработки семян хлопчатника (см. патент RU 2265304, МПК А01С 1/00, опубл. 10.12.2005), включающее индуктор, подключенный к высокочастотному источнику электрической энергии. Индуктор установлен на кварцевой трубке для создания высокочастотного переменного электромагнитного поля, образующего внутри трубки газоэлектрическую плазму, через которую продувают семена.
Известное устройство имеет ограниченную область использования, так как предназначено лишь для обработки семян хлопчатника.
3
3
Известно устройство для предпосевной обработки семян растений плазмой газового разряда (см. патент US 5281315, МПК H05F 3/00, опубликован 25.01.1994), включающее соединенную с вакуумной системой плазменную камеру, внутри которой установлены плоские электроды, подключенные к высокочастотному генератору. К плазменной камере подсоединены емкости для неорганического газа. Между электродами установлен неглубокий лоток для размещения партии семян растений. В камеру напускают неорганический газ или смесь неорганических газов до давления от 0,05 Торр до 5,0 Торр и создают между электродами низкотемпературную плазму газового разряда при приложении к электродам высокочастотного напряжения частотой 1-40 МГц и мощности электрического разряда от 0,003 Вт/см до 1,5 Вт/см. Воздействие на семена плазмой газового разряда осуществляют в течение 5-500 с.
Известное устройство имеет незначительную производительность, поскольку в нем не обеспечивается непрерывный процесс обработки семян, так как необходимо отключать устройство для его охлаждения, а также и для выгрузки семян, прошедших обработку и загрузки новой партии семян. Устройство не позволяет создать оптимальные режимы обработки для семян различных растений, не исключается возможность перегрева семян.
Известно устройство для обработки семян холодной плазмой (см. патент США №6543460, МПК В08В 7/04, опубликован 08.04.2003), включающее цилиндрическую реакционную камеру из пирекса, горизонтально установленную с возможностью вращения и закрытую с торцов дисками из нержавеющей стали. В реакционной камере коаксиально ее оси установлены два полуцилиндрических электрода. Верхний электрод соединен с высокочастотным генератором, а нижний электрод заземлен. К реакционной камере подсоединены емкости для подачи в камеру различных рабочих газов, таких как воздух, аргон, кислород, четыреххлористый углерод, водяной пар.
Известное устройство предназначено для протравливания поверхности семян с целью удаления с нее фунгицидов и инсектицидов, но не обеспечивает биологическое активное воздействие на семена.
Известно устройство для обработки семян холодной плазмой (см. заявка US 2015327430, МПК A01C 1/00, A01C 1/08, B01J 19/08, опубл. 19.11.2015). Устройство включает вакуумную камеру, оборудование для создания электрического разряда и транспортирующее оборудование. Оборудование для создания электрического разряда и транспортирующее оборудование размещено в вакуумной плазменной камере. Вакуумная плазменная камера снабжена трубчатым загрузочным каналом и трубчатым разгрузочным каналом. Устройство для обработки семян холодной плазмой далее включает загрузочную аппаратуру и разгрузочную аппаратуру. Загрузочная аппаратура включает первый подающий бункер и второй подающий бункер, каждый из которых снабжен крышкой, выпускным клапаном, разгрузочным каналом и вакуумирующим дроссельным клапаном. Каждый из разгрузочных каналов подающего бункера и трубчатый загрузочный канал независимо присоединены к трехходовой трубе с помощью дроссельного клапана. Каждый вакуумирующий дроссельный клапан присоединен к первой группе вакуумных насосов. Разгрузочная аппаратура включает первый разгрузочный бункер и второй разгрузочный бункер, каждый из которых снабжен крышкой, выпускным клапаном, разгрузочным каналом и вакуумирующим дроссельным клапаном. Каждый вакуумирующий дроссельный клапан присоединен ко второй группе вакуумных насосов.
В известном устройстве подача семян в вакуумную камеру и выгрузка из нее обработанных семян происходит без изменения параметров вакуума в плазменной камере, но достигается это сложной и громоздкой конструкцией загрузочной и разгрузочной аппаратуры и необходимостью использовать две группы вакуумных насосов.
Известно устройство для обработки сельскохозяйственного материала (см. патент US 10420199, МПК A01C 1/02, H05H 1/24, B08B 7/00, A01C 1/08, A61L 2/14, H05H 1/46, опубл. 17.09.2019), содержащее вертикальный герметичный цилиндрический корпус с внешними стенками и внутренней камерой, выдерживающий низкое давление бункер, установленный на верхнем торце корпуса для подачи семян во внутреннюю камеру, вакуум-плотный выпускной бункер для выгрузки семян из камеры, установленный на нижнем торце корпуса. В стенку корпуса вмонтированы патрубок для создания вакуума внутри корпуса и патрубок введения газа в камеру. Входной патрубок соединен с вакуумным насосом для создания в камере давления 0,001-10 Торр. Во внутренней камере на вертикальных осях установлено с возможностью их вибрации множество дисков с отверстиями для прохода семян. Внутренняя камера также снабжена генератором плазмы, выбранным из группы: пара электродов, катушка, пара электродов и катушка, сформированные для создания плазмы в газе, поступающем в камеру.
В известном устройстве расположение вибрируемых дисков в зоне плазменного разряда искажает пространственную конфигурацию плазменного разряда в объеме внутренней камеры, в которой возникают зоны повышенной напряженности плазменного разряда и зоны экранирования плазмы, искривляющие концентрацию и энергию составляющих плазменного разряда (электронов, ионов, радикалов, возбужденных молекул газа). Дополнительные искажения в структуру плазменного разряда вносят сами семена при их просыпании через отверстия в центре и на периферии вибрируемых дисков во внутренней камере. В результате в известном устройстве семена проходят неравномерную обработку, что в итоге снижает их качество.
Известно устройство для обработки сельскохозяйственного материала (см. патент US 10582667, МПК A01G 7/04, A01C 1/08, опубл. 10.03.2020), содержащее плазменную камеру с загрузочным и разгрузочным бункерами, снабженными вакуум-плотными клапанами, например, четырехходовыми, два электрода, установленных соответственно сверху и снизу плазменной камеры и соединенных с высокочастотным генератором, несколько плоских горизонтальных пластин с гребенчатой верхней поверхностью, установленных друг над другом в плазменной камере и снабженных приводами возвратно-поступательного перемещения горизонтальных пластин. При возвратно-поступательной вибрации пластин семена движутся по пластинам и сбрасываются на расположенную ниже пластину. Приводы установлены поочередно на одной и другой торцевых стенках камеры. Плазменная камера соединена с вакуумной системой и с емкостями с рабочими газами.
В известном устройстве установленная в области плазменного разряда этажерка пластин искажает пространственную структуру плазменного разряда в объеме внутренней камеры. Между пластинами образуются зоны экранирования плазмы, снижающие концентрацию и энергию составляющих плазменного разряда (электронов, ионов, радикалов, возбужденных молекул газа), в то время как над верхней пластиной создается зона повышенной напряженности плазменного разряда. В результате семена в известном устройстве обрабатываются неравномерно, что в итоге снижает их качество.
Известно устройство для обработки семян сельскохозяйственных растений (см. патент RU 2288561, МПК A01C 1/00, опубл. 10.12.2006), совпадающее с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятое за прототип. Устройство-прототип включает плазменную камеру, снабженную загрузочным и приемным бункерами, транспортирующий механизм, установленный в плазменной камере, два электрода, один из которых размещен в плазменной камере над транспортирующим механизмом, высокочастотный генератор, подключенный к электродам, по меньшей мере одну емкость для неорганического газа и вакуумную систему, подсоединенные к плазменной камере. Размещенный в плазменной камере над транспортирующим механизмом электрод установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно поверхности транспортирующего механизма и выполнен определенной длины и ширины.
Известное устройство-прототип обеспечивает равномерное распределение плазменного разряда по объему плазменной камеры, эффективное биологически активное воздействие на семена самых различных растений путем создания требуемой конфигурации области плазменного разряда для семян каждого вида растений с учетом биологического различия, размеров, массы и строения семян разных культур и исключения недостаточного воздействия на семена плазмой.
Однако при подаче и выгрузке семян в плазменную камеру поступает значительный объем наружного воздуха, поэтому для поддержания требуемого вакуума необходимо использовать относительно мощную вакуумную систему. Имеют место дополнительные потери времени на циклические подачи и выгрузки семян из камеры и необходимость последующего выравнивания давления (вакуума).
Задачей настоящего технического решения являлась разработка устройства для обработки семян сельскохозяйственных растений, которое бы позволяло уменьшить мощность вакуумной системы устройства и, тем самым, снизить эксплуатационные затраты.
Поставленная задача решается тем, что устройство для обработки семян сельскохозяйственных растений включает плазменную камеру, снабженную загрузочным и приемным бункерами, транспортирующий механизм, установленный в плазменной камере, два электрода, один из которых размещен в плазменной камере над транспортирующим механизмом, высокочастотный генератор, подключенный к электродам, сменную емкость для неорганического газа и вакуумный насос, подсоединенные к плазменной камере. Размещенный в плазменной камере над транспортирующим механизмом электрод установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно поверхности транспортирующего механизма. Новым в устройстве является то, что в загрузочном и приемном бункерах в цилиндрических корпусах вакуум-плотно установлены дозирующие устройства в виде трех соосных смежных дисков, при этом средний диск установлен с возможностью вращения приводом, а внешние диски неподвижны, в среднем диске выполнены по окружности эквидистантно расположенные каналы, а во внешних дисках по разную сторону от их оси выполнено по одному каналу, соосному с каналами среднего диска.
При такой конструкции дозирующего устройства в технологическую плазменную камеру постоянно малыми порциями подают семена частично с небольшой частью воздуха с определенной частотой, пульсацией. Обработка семян различных культур, с различными структурами, размерами и иными параметрами производится в автоматически создаваемых условиях пульсирующего плазменного разряда, так как семена загружают в дозирующее устройство с определенной степенью заполнения. При такой подаче семян давление в плазменной камере изменяется в диапазоне не более +/- 0,03 %, и плазменный разряд находится в условиях устойчивого существования пульсирующего электрического разряда с параметрами в оптимальных диапазонах для плазменной обработки семян. При таких минимальных изменениях давления в технологической камере улучшаются условия работы вакуумной системы, появляется возможность использовать вакуумную систему меньшей мощности, повысить эффективность работы устройства и его экономичность.
Размещенный над транспортирующим механизмом в плазменной камере электрод может быть выполнен плоским.
Электрод, размещенный в плазменной камере над транспортирующим механизмом, может быть выполнен с возможностью его охлаждения.
В качестве второго электрода может быть использована плазменная камера или транспортирующий механизм.
Плазменная камера может быть выполнена с возможностью ее охлаждения.
Транспортирующий механизм может быть снабжен вибратором для лучшего перемешивания семян.
Транспортирующий механизм может быть выполнен из инертного немагнитного проводящего материала, например, из меди или из алюминия.
Транспортирующий механизм может быть выполнен частично из хлопка.
Настоящее устройство поясняется чертежами, где
на фиг. 1 показано настоящее устройство в продольном разрезе;
на фиг. 2 изображено в поперечном разрезе по А-А устройство, показанное на фиг. 1;
на фиг. 3 показана в увеличенном масштабе конструкция одного из бункеров в продольном разрезе.
Настоящее устройство для обработки семян сельскохозяйственных растений (см. фиг. 1) включает плазменную камеру 1, снабженную загрузочным бункером 2 и приемным бункером 3. В загрузочном и приемном бункерах 2, 3 (см. фиг.3) в цилиндрических корпусах 4 вакуум-плотно установлены дозирующие устройства в виде трех соосных смежных дисков 5, 6, 7. Средний диск 6 установлен с возможностью вращения, например, приводом 8, а внешние диски 5, 7 неподвижны. В среднем диске 6 выполнены по окружности эквидистантно расположенные каналы 9, а во внешних неподвижных дисках 5, 7 по разную сторону от их оси выполнено по одному каналу 10, соосному с каналами 9 среднего диска 6. Внешние диски 5, 7 сжаты по осевому направлению. Между каждым из трех дисков 5, 6, 7 желательно установить вакуум-плотные прокладки из материала, обеспечивающего вакуумное уплотнение и уменьшающего трение среднего диска 6 при его вращении (не показаны). Вакуум-плотные прокладки имеют отверстия, совпадающие по расположению с каналами 10 в наружных неподвижных дисках 5, 7. Внутри плазменной камеры 1 размещен транспортирующий механизм 11, выполненный, например, в виде лотка 12, например, из нержавеющей стали, установленного на эксцентриковом приводе 13, при вращении которого лоток 12 совершает одновременные возвратно-поступательные перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, подбрасывая семена и перемещая их по направлению к приемному бункеру 3. В этом варианте исполнения лоток 12 является одним из электродов. Одним из электродов могут выступать и стенки плазменной камеры 1. В другом варианте исполнения (не показан) транспортирующий механизм 11 может быть выполнен в виде надетой на валки транспортерной ленты, изготовленной, например, частично из хлопка, а один из валков приводится во вращение приводом. Над транспортирующим механизмом 11 установлен второй плоский электрод 14. Электроды 12 и 14 подключены к высокочастотному генератору 15. Держатель 16 электрода 14 пропущен через изолятор 17, а сам электрод 14 установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальном направлении относительно поверхности лотка 12, например, с помощью реверсивного привода 18. Установка над транспортирующим механизмом 11 электрода 14 с возможностью его возвратно-поступательного перемещения относительно поверхности транспортирующего механизма 11 позволяет оперативно изменять конфигурацию и параметры плазменного разряда в зависимости от различных видов обрабатываемых семян, с учетом их биологических и физических различий. Устройство снабжено также съемной емкостью 19, снабженной вентилем 20, для напуска в плазменную камеру 1 различных неорганических газов, например, кислорода, азота, аргона, их смеси, а также воздуха. Плазменная камера 1 соединена через вентиль 21 с вакуумной системой 22 для создания заданного давления в камере 1. Электроды 12 и 14 выполняют из любого известного инертного немагнитного электропроводящего материала, например, из нержавеющей стали, из меди или алюминия. Транспортирующий механизм 11 может быть снабжен вибратором для лучшего перемешивания обрабатываемых семян. Электрод 14 и стенки камеры 1 могут быть выполнены полыми для охлаждения их путем циркуляции хладоносителя, (трубопроводы подачи хладоносителя в полость стенок камеры 1 и полость электрода 14, и возврата хладоносителя из этих полостей не показаны). В качестве вибратора может быть использован любой известный вибратор: механический, звуковой, ультразвуковой.
Настоящее устройство для обработки семян сельскохозяйственных растений (см. фиг. 1-фиг. 3) работает следующим образом.
Семена, предварительно очищенные обычными известными способами от земли, посторонних включений, примесей семян других сортов, высушивают до своей естественной влажности 7-13%. В плазменной камере 1, предварительно вакуумированной, с помощью вакуумной системы 22, создают необходимую среду неорганического газа или смеси неорганических газов при давлении в диапазоне 0,2-1,13 Торр, напуская соответствующий газ из соответствующей съемной емкости 19. В зависимости от вида семян электрод 14 устанавливают на заданном расстоянии от поверхности транспортирующего механизма 11, являющемся оптимальным для обработки семян данного вида растений. Семена загружают в загрузочный бункер 2 при атмосферном давлении (на открытом воздухе), откуда семена поступают в цилиндрический корпус 4. При вращении среднего диска 6 приводом 8 семена подают через каналы 9, 10 дозированными порциями (объемами) толщиной не более 2-3 средних размеров обрабатываемых семян на транспортирующий механизм 11, по которому семена перемещают по плазменной камере 1, где создается пульсирующий динамический высокочастотный плазменный разряд в результате пульсирующего давления неорганического газа в диапазоне 0,1-1,2 Торр. Глубину пульсаций и частоту пульсаций при обработке семян в динамическом пульсирующем плазменном разряде можно изменять путем регулировки скорости вращения (частоты вращения) средних дисков 6 в дозирующих устройствах в загрузочном и приемном бункерах 2, 3, а также изменяя размер каналов 9, 10, количество каналов 9, объем дозирующих каналов 9, 10. В плазменной камере 1 при среднемассовой (газовой) температуре в этой камере 20-40°С происходит плазменная обработка семян в соответствующем режиме, в зависимости от вида обрабатываемых семян. После прохождения плазменной обработки плазменной камере 1 семена выгружаются в приемный (выгрузной) бункер 3, из которого семена поступают в цилиндрический корпус 4, где при вращении диска 6 приводом 8 семена через каналы 9, 10 подаются дозированными порциями (объемами) на расфасовку.
Конструкция дозирующего устройства обеспечивает подачу семян в плазменную камеру по каналам 9, 10 постоянно малыми порциями с вместе небольшим объемом воздуха с определенной частотой пульсации. Устройство позволяет обрабатывать семена различных культур, с различными структурами, размерами и иными параметрами в автоматически создаваемых условиях пульсирующего плазменного разряда, для этого семена загружают в каналы 9, 10 дозирующего устройства с определенной степенью заполнения. Так, крупные по размеру семена (бобовые, тыквенные и подобные с нерегулярной формой) - в каналы 9, 10 загружают меньше по количеству семян. Плотность загрузки составляет 50-70 % от объема каналов 9, 10. Семена мелкие по размеру с регулярной формой (редис, капуста, салаты и им подобные) загружают в каналы 9, 10 дозирующего устройства с плотностью упаковки 60-90 % от объема каналов 9, 10.
3
3
Пример. Было изготовлено устройство для обработки семян сельскохозяйственных растений в условиях пульсирующего разряда низкотемпературной плазмы. Плазменная камера была изготовлена из немагнитной нержавеющей стали в виде горизонтального цилиндрического корпуса внутренним объемом 40000 см, выдерживающим низкое давление. Плазменная камера соединена с вакуумным насосом 2НВР-60ДМ электрической мощностью 2,2 кВт с быстротой действия, скоростью откачки 18 000 см/с, с газовой системой подачи газа в камеру и с вакуум-плотным входным патрубком пульсирующей подачи семян с вакуум-плотным выходным патрубком выгрузки семян из плазменной камеры через выходной канал выгружного устройства. В загрузочном и приемном бункерах в цилиндрических корпусах вакуум-плотно были установлены дозирующие устройства в виде трех соосных смежных диска диаметром 25 см и толщиной 1 см. Верхний наружный диск неподвижен и имеет один канал. В среднем диске выполнено 8 эквидистантно расположенных по окружности каналов. Нижний диск неподвижен и имеет один канал, расположенный диаметрально противоположно каналу в верхнем неподвижном диске. Диаметр каналов в дисках равен 5 см. Между дисками расположены тонкие вакуум-плотные прокладки из фторопласта для снижения трения между дисками. Средний диск приводится во вращение наружным электродвигателем с редуктором через вал, проходящий через вакуум-плотный вход в корпусе и в верхнем неподвижном диске. Привод вращается с частотой 0,1-0,2 Гц, которую можно регулировать. Производительность настоящего устройства составляла от 60 до 130 кг семян в час (для различных видов, типов семян, мелкие, крупные, легкие, тяжелые). В среднем - 90 кг семян в час. Проведенные сравнительные испытания настоящего устройства и устройства-прототипа показали, что производительность настоящего устройства выше на 25-30 %, энергозатраты ниже на 40-50 %, что положительно сказывается на эффективности и экономичности обработки семян.