СВЧ-ИНДУКЦИОННАЯ УСТАНОВКА БАРАБАННОГО ТИПА ДЛЯ МИКРОНИЗАЦИИ ЗЕРНА
MICROWAVE INDUCTION UNIT OF DRUM TYPE FOR GRAIN MICRONISATION

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к кормопроизводству.
Наиболее близким аналогом является установка для микронизации зерна, которая содержит между поярусно расположенными СВЧ-генераторами ИК-излучатель. Через рабочие камеры проложен радиопрозрачный короб, соединенный с загрузочным бункером и с тарельчатым дозатором [1].
Проведя анализ технологий и технических средств для микронизации зерна и зернопродуктов, выяснили, что за рубежом распространены технологии ИК-микронизации зерна, при этом удельные затраты энергии составляют 250…300 Вт·ч/кг. В России установки для микронизации зерна имеются только в экспериментальных образцах, например разработана СВЧ-установка, в которой удельные затраты энергии составляют 130…150 Вт·ч/кг. В этих моделях применяется энергия электромагнитных излучений либо сверхвысокочастотного, либо инфракрасного диапазонов [1]. Основным недостатком этих установок является отсутствие возможности обеззараживания зерна и зернопродуктов при использовании ЭМИ СВЧ низкой напряженности, с одной стороны, и наиболее эффективного реструктурирования зерна при обработке только ИК-лучами, с другой стороны. Наиболее перспективными и экономичными являются устройства относительно небольшой пропускной способности, основанные на применении комбинированного способа передачи теплоты зерну.
Предлагаемое изобретение предназначено для микронизации зерна с использованием энергии электромагнитных излучений килогерцового и сверхвысокочастотного диапазонов, позволяющее улучшить энергетическую ценность зерна и зернопродуктов, а также санитарного состояния их для молодняка животных. При комбинированном воздействии ЭМИ разных длин волн и высокой напряженности электрического поля происходит поляризация диполей, за счет чего вырабатывается эндогенное тепло в зерне. Капиллярная влага интенсивно переходит в пар, вызывая резкий рост давления в зерне, отчего происходит своеобразный взрыв, разламывающий и выворачивающий зерновку. Из-за высокой скорости нагрева и стремительного роста давления водяных паров ускоряются химические и биологические процессы денатурации белковых соединений, декстринизация крахмала и др. Последнее особенно важно, так как основной компонент зерна - крахмал частично превращается в декстрины и сахара, которые легче усваиваются организмом животного. Структура зерна становится более пористой, рыхлой; происходит снижение плотности зерновки; содержание водорастворимых веществ увеличивается, что положительно влияет на органолептические свойства и консистенцию продукта. Наряду с этим, за счет высокой напряженности электрического поля уничтожается патогенная микрофлора зерна, вредители хлебных запасов и их личинки. Благодаря малой продолжительности воздействия ЭМИ практически полностью сохраняется витаминный комплекс кормов. Переход влаги в парообразное состояние и ее выталкивание на поверхность материала происходят в результате избыточного давления.
Технический результат заключается в повышении качества микронизации зерна. Указанный технический результат достигается следующим образом. СВЧ-индукционная установка для микронизации зерна, характеризующаяся тем, что она имеет монтажный стол, на который установлен круглый цилиндрический корпус из неферромагнитного материала с загрузочным и выгрузным патрубками, расположенными в соседних условных секторах на основаниях корпуса, причем на его верхнем основании, через равные условные секторы, расположены СВЧ-генераторы так, что магнетроны направлены во внутрь корпуса, а под нижним основанием корпуса, выполненного из ферромагнитного материала, установлены плиты индукционные. При этом внутри цилиндрического корпуса концентрически расположен секционный вращающийся барабан, а его отсеки, выполненные из неферромагнитного материала и покрытые фторопластом, образуют передвижные резонаторные камеры СВЧ-генераторов, причем СВЧ-генераторы и соответствующие индукционные плиты расположены напротив друг друга.
На фиг.1 представлен общий вид СВЧ-индукционной установки барабанного типа для микронизации зерна (вид спереди):
1 - загрузочный патрубок, 2 - заслонка загрузочного патрубка, 3 - цилиндрический корпус, 4 - секционный барабан, выполненный из неферромагнитного материала и покрытый фторопластом; 5 - вал барабана на подшипниках, 6 - плита индукционная, 7 - регуляторы мощности индукционной плиты, 8 - мотор-редуктор, 9 - монтажный стол, 10 - заслонка выгрузного патрубка, 11 - СВЧ-генератор, 12 - регулятор мощности СВЧ-генератора.
На фиг.2 представлено пространственное изображение отсеков барабана, выполненных из неферромагнитного материала и покрытых фторопластом.
На фиг.3 представлено пространственное изображение загрузочного патрубка.
На фиг.4 представлено пространственное изображение элемента для фиксации заслонки.
На фиг.5 представлено пространственное изображение заслонки загрузочного патрубка.
На фиг.6 представлено пространственное изображение плиты индукционной.
На фиг.7 представлено пространственное изображение блока СВЧ-генератора.
На фиг.8 представлено пространственное изображение монтажного стола.
На фиг.9 представлено пространственное изображение вала барабана.
На фиг.10 представлено пространственное изображение круглого цилиндрического корпуса с отверстиями на верхнем основании для загрузки и для магнетрона СВЧ-генератора.
На фиг.11 представлена схема движения зерна установке.
СВЧ-индукционная установка барабанного типа для микронизации зерна (фиг.1, 2, 3) включает в себя загрузочный патрубок 1 (фиг.5, 6, 7) с заслонкой 2, установленный на верхнем основании круглого цилиндрического корпуса 3. Верхнее основание и боковая сторона цилиндрического корпуса выполнены из неферромагнитного материала, а нижнее основание - из ферромагнитного материала. Внутри цилиндрического корпуса 3 концентрически расположен секционный барабан 4, причем вал 5 (фиг.11) барабана 4 закреплен на подшипниках. Секции барабана 4 (фиг.4) выполнены из неферромагнитного материала и покрыты фторопластом. Образующая круглого цилиндрического корпуса 3 и секции барабана 4 формируют резонаторные камеры в виде призмы, основанием которой служит сектор. Объем этих призм в несколько раз меньше (составляет порядка 2…3 литров), чем объем камеры микроволновых печей. Причем верхним и нижним основанием резонаторных камер являются основания круглого цилиндрического корпуса 3. Под нижним основанием цилиндрического корпуса 3, установлены плиты индукционные 6 (фиг.8), имеющие регуляторы мощности 7. Нижнее основание цилиндрического корпуса выполнено из ферромагнитного материала. Плиты индукционные 6 установлены равномерно через сектор, для этого основания цилиндрического корпуса условно распределены на нечетное количество равномерных секторов. Причем один из секторов нижнего основания цилиндрического корпуса 3 рассчитан для монтажа выгрузного патрубка 10. Секционный барабан приводится в движение от мотора-редуктора 8. Цилиндрический корпус 3 (фиг.12) и мотор-редуктор 8 установлены на монтажном столе 9 (фиг.10). На нижнем основании цилиндрического корпуса 3 имеется отверстие для заслонки выгрузного патрубка 10. На верхнем основании корпуса 3 установлены СВЧ-генераторы 11 (фиг.9), имеющие регуляторы мощности 12. СВЧ-генераторы 11 также установлены равномерно через сектор, при этом один из секторов рассчитан под загрузочный патрубок 1, а их нечетное число, но не менее трех. Далее секторы под СВЧ-генераторы чередуются пустым сектором. Причем загрузочный 1 (на верхнем основании) и выгрузной 10 (на нижнем основании) патрубки занимают соседние секторы. Количество и мощность СВЧ-генераторов и плит индукционных влияют на производительность СВЧ-индукционной установки. СВЧ-генераторы (на верхнем основании) и соответствующие индукционные плиты (на нижнем основании) расположены напротив друг друга.
Установка работает следующим образом. Из загрузочного патрубка 1 через заслонку 2 фуражное зерно поступает в отсеки барабана 4 после его включения с помощью мотора-редуктора 8 (фиг.1, 2). Между цилиндрическим корпусом 3 и отсеками барабана 4 из неферромагнитного материала, покрытыми фторопластом, имеется минимальный зазор, обеспечивающий свободное вращение барабана. Этот зазор должен быть менее чем четверть длины волны для сохранения добротности емкости передвижных резонаторных камер. Вал 5 барабана выполнен также из неферромагнитного материала. Далее включают СВЧ-генераторы 11 и индукционные плиты 6. Индукционные плиты 6 за счет индуктора нагревают нижнее основание круглого цилиндрического корпуса 3, так как оно выполнено из ферромагнитного материала. Фуражное зерно в отсеках барабана (в передвижных резонаторных камерах) транспортируется с определенной скоростью внутри круглого цилиндрического корпуса 3, закрепленного на монтажном столе 9. Во время передвижения фуражного зерна с помощью резонаторных камер происходит одновременное воздействие на него потока энергии электромагнитного излучения от СВЧ-генераторов 11 и от индукционных плит 6. Их мощности регулируются с помощью регуляторов 12 и 7 соответственно. Одновременный эндо-экзогенный нагрев зерна происходит в циклическом режиме «нагрев-пауза», со скважностью 0,5 из-за того что источники расположены через условно разделенные секторы (сектор с источниками, пустой сектор и т.д.). Из-за того что СВЧ-генераторы на верхнем основании и индукционные плиты под нижним основанием расположены напротив друг друга, происходит одновременное воздействие эндогенного, кондуктивного (нагретый сектор нижнего основания) и индукционного нагрева. Это обеспечивает специфическое воздействие на фуражное зерно. В «капсуле» зерна осуществляется переход воды из жидкого состояния в парообразное. Образовывающееся в «капсуле» зерна избыточное давление приводит к «взрыву», т.е. микронизации зерна. За счет циклического воздействия высокой температуры (порядка 85…100°С) и из-за высокого давления внутри зерна и происходит механическое разрушение. Структура зерна становится более пористой, рыхлой. Наряду с этим, за счет высокой напряженности электрического поля СВЧ-диапазона происходит и полное уничтожение как внешней, так и внутренней микрофлоры.
Толщину слоя фуражного зерна в отсеках барабана регулируют с помощью заслонки 2, находящейся в загрузочном патрубке, что позволяет регулировать удельную мощность потока излучений СВЧ-диапазона и соответственно скорость нагрева зерна. Микронизированное зерно выгружается через выгрузной патрубок 10 с помощью заслонки. Круглый цилиндрический корпус 3 одновременно выполняет функцию экрана, а заслонки 2, 10 препятствуют отрицательному воздействию электрического поля СВЧ на обслуживающий персонал. Для этого зазор на основаниях корпуса для загрузки и выгрузки зерна не должен быть больше четверть длины волны. Секционный барабан 4 приводится в движение за счет мотора-редуктора 8. СВЧ-генераторы установлены равномерно на верхнем круглом основании цилиндрического корпуса 3. Количество СВЧ-генераторов и плит индукционных зависит от необходимой производительности установки. Емкость резонаторной камеры оптимизирована в соответствии с частотой электромагнитного излучения и необходимой напряженностью электрического поля. Высокая напряженность электрического поля позволяет обеззараживать фуражное зерно, т.е. уничтожить бактериальную микрофлору вегетативной формы. Размеры зазоров для загрузки и выгрузки зерна согласованы кратностью четверть длины волны с целью ограничения электромагнитного излучения. Доза воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты на зерно и индукционного нагрева регулируется мощностью соответствующего источника и продолжительностью процесса.
Конструктивно-технологические параметры СВЧ-индукционной установки для обеззараживания и микронизации фуражного зерна и зернопродуктов воздействием энергией электромагнитных излучений разных длин волн обоснованы. Установка содержит контрольно-измерительную аппаратуру, в том числе датчики начальной и конечной температуры продукта, расходомер зерна. Новая технология микронизации зерна основана на эффекте декстринизации зерен крахмала (расщепление полисахаридов крахмала и переход их в усвояемые питательные вещества). Ожидается увеличение степени декстринизации и энергосодержания корма, улучшение зоотехнических показателей откорма молодняка сельскохозяйственных животных.
Библиографический список
1. Патент №2389418. Установка для микронизации зерна. Опубликовано: 20.05.2010 Бюл. №14.