Способ и устройство технологически и экономически оптимального электрического гидравлического ударного разрушения, обеззараживания и смешивания земли, торфа, навоза, помёта с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель
METHOD AND DEVICE FOR TECHNOLOGICALLY AND ECONOMICALLY OPTIMAL ELECTRIC HYDRAULIC IMPACT DESTRUCTION, DISINFECTION AND MIXING OF SOIL, PEAT, MANURE, DUNG WITH WATER FOR FERTILIZER PREPARATION OF AGRICULTURAL LANDS

Изобретение относится к области сельского хозяйства, к технологиям электрогидравлического ударного разрушения, обеззараживания и смешивания земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель и может быть использовано в отраслях фермерского (крестьянского) растениеводства, животноводства и птицеводства в сельском хозяйстве.
Известны способ и устройство экономичной транспортировки птичьих яиц магистральным транспортером птицефабрики, в результате применения которых устанавливается такое значение скорости движения ленты транспортера, при котором обеспечивается наименьшая на данный момент времени сумма затрат от расчетной потери стоимости поврежденных при транспортировке яиц и на электроэнергию для электропривода транспортера [Патент РФ 2414396. Способ и устройство экономичной транспортировки птичьих яиц магистральным транспортером птицефабрики / Дубровин А.В. и др. /БИ, 2011. №8].
Недостатками известного технического решения является невозможность его прямого использования при технологически или экономически оптимальном электрическом гидравлическом ударном разрушении, обеззараживании и смешивании земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель.
прод1
ост1
прод1
обл
ост1
тран1
облуч1
тран1
облуч1
обл⋅
∑1
прод1
ост1
облуч1
тран1
Известно техническое решение энергосберегающего обеззараживания кормов и продуктов животноводства и птицеводства. Имеется информация о требуемых дозах облучения и о массах обеззараживаемых продуктов. Определяется необходимое напряжение питания ускорителя электронов. В зависимости от массы продукта, поправляют (корректируют) режим облучения каждого продукта, при поступлении его в зону облучения [см.: Патент РФ 2521712. Способ и устройство энергосберегающего обеззараживания кормов и продуктов животноводства и птицеводства / Дубровин А.В. и др. // БИ, 2014. №19]. Также известно техническое решение экономически оптимального и энергетически рационального режима обеззараживания кормов и других продуктов пучками быстрых электронов. Автоматически определяется экономический минимум суммы стоимостей потерь обеззараживаемой продукции и эксплуатационных энергетических затрат на облучение и на транспортировку кормов и других продуктов сельского хозяйства. По величине аргумента облученности искусственно формируют функциональные зависимости экономических затрат З от потерь продуктов из-за их зараженности в отсутствие облученности или при ее малых уровнях. Также формируют зависимости экономических затрат З от потерь кормов и других продуктов из-за чрезмерно сильного облучения их пучками быстрых электронов, которые взаимодействуют с клеточной структурой биомассы кормов и других продуктов. Первая из этих зависимостей З нелинейно убывает с ростом облученности Р, начинаясь с определенного (заранее известного по результатам измерений санитарно-гигиенических свойств материалов, поступающих на радиационную стерилизационную обработку) уровня зараженности биоматериала. Вторая зависимость З нелинейно возрастает, начинаясь с минимального значения порога облученности, достаточного для появления первых необратимых изменений в биологических продуктах растительного и животного происхождения. Допустимый уровень затрат на потери продукции из-за таких изменений ее качества определяется в конкретных опытных работах. Также формируют аналогичные зависимости экономических затрат на электроэнергию для транспортировки продуктов З и для их облучения З от величины облученности. Третья зависимость З есть постоянная величина при постоянной скорости движения рабочего органа транспортера и при неизменной массе продуктов, изменяющаяся по значению пропорционально скорости движения рабочего органа транспортера и массе продуктов. Четвертая зависимость З линейно возрастает с ростом облученности Р Полученные четыре функции затрат складывают в диапазоне изменения искусственно сформированного сигнала облученности и определяют минимальное значение этой целевой функции (критерия оптимизации по минимуму суммы указанных затрат) З=З + З + З + З. Производится точное и экономически оптимальное, и при этом энергосберегающее, обеззараживание каждого продукта с его массой [Патент РФ 2533585. Устройство экономичного и энергосберегающего обеззараживания кормов и продуктов животноводства и птицеводства / Дубровин А.В. // БИ, 2014. №11].
Недостатками известного технического решения является невозможность его прямого использования при технологически или экономически оптимальном электрическом гидравлическом ударном разрушении, обеззараживании и смешивании земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель.
7
7
7
7
Известны технические решения технологически и экономически оптимальной сверхвысокочастотной сушки сыпучих кормов для животноводства и птицеводства, технологически и экономически оптимального озонирования движущихся сыпучих кормов для животноводства и птицеводства, оптимального избыточного давления воздуха для борьбы с вредными микроорганизмами в воздушной среде птицеводческих и животноводческих помещений, нормативной, технологически и экономически оптимальной комбинированной инфракрасной и кондуктивной сушки движущихся сыпучих кормов для животноводства и птицеводства [см.: Патент РФ на изобретение №2624199. Способ и устройство технологически и экономически оптимальной сверхвысокочастотной сушки сыпучих кормов для животноводства и птицеводства. Автор А.В. Дубровин. Опубл. 03.07.2017. Бюл. №.19. Опубликовано 31.05.2017. Бюл. №16. - 19 с. Решение о выдаче патента на изобретение от 22.05.2017 по заявке №2015108855 от 13.03.2015 г. Заявка на изобретение №2015108855(014086) от 13.03.2015 г. МКИ А 01 К 29/00. / Дубровин А.В. Патент РФ на изобретение №2608532. Способ и устройство технологически и экономически оптимального озонирования движущихся сыпучих кормов для животноводства и птицеводства. Автор А.В. Дубровин. Опубл. 19.01.2017. Бюл. №.2. Решение ФИПС от 24.11.2016 г. о выдаче патента РФ на способ и устройство. Заявка на изобретение №2015111631(018114) от 31.03.2015 г. МКИ А 01 К 29/00. / Дубровин А.В. Патент РФ на изобретение №2613453. Способ и устройство определения экономически оптимального избыточного давления воздуха для борьбы с вредными микроорганизмами в воздушной среде птицеводческих и животноводческих помещений. Автор А.В. Дубровин. Опубл. 16.03.2017. Бюл. №.8. Решение ФИПС от 09.01.2017 г. о выдаче патента РФ на способ и устройство. Заявка на изобретение №2015111631(018112) от 31.03.2015 г. МКИ А 01 К 29/00. / Дубровин А.В. Патент РФ на изобретение №2621140. Способ и устройство нормативной, технологически и экономически оптимальной комбинированной инфракрасной и кондуктивной сушки движущихся сыпучих кормов для животноводства и птицеводства. Автор А.В. Дубровин. Опубликовано 31.05.2017. Бюл. №16. - 19 с. Положительное решение ФИПС РФ от 27.03.2017 г. Заявка на изобретение №2015110591(016619) от 25.03.2015 г. МКИ А01К 29/00. / Дубровин А.В.].
Недостатком известных технических решений является невозможность их прямого использования при технологически или экономически оптимальном электрическом гидравлическом ударном разрушении, обеззараживании и смешивании земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель.
Технической задачей изобретения является повышение точности при автоматизированном поиске и достижении технологически и экономически оптимального и энергетически рационального режима электрогидравлического ударного разрушения, обеззараживания и смешивания земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель путем определения технологического максимума прибавки урожая или прибавки продуктивности поголовья и двух экономических максимумов прироста прибыли производства растениеводства, животноводства и птицеводства при кормлении поголовья дополнительно выращенными кормами. При расчете целевой функции прироста прибыли учитываются стоимость полученной растениеводческой или животноводческой и птицеводческой продукции в ценах ее реализации и эксплуатационные энергетические затраты на электрогидравлическое ударное разрушение, обеззараживание и смешивание земли, торфа, навоза, помета с водой, на транспортировку земли, торфа, навоза, помета с водой и полученной их смеси при приготовлении удобрений. Также задачей изобретения является рациональное расходование электрической энергии и, соответственно, энергосбережение при производстве удобрения.
Таким образом, задачей изобретения также является расширение арсенала технических средств аналогичного назначения, а именно для технологически и экономически оптимального и энергетически рационального электрогидравлического ударного разрушения, обеззараживания и смешивания земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель.
В результате использования изобретения, для режима наивысшей продуктивности растений при осуществлении приготовления удобрения земель и непосредственного кормления животных и птицы полученными растительными кормами, устанавливается такое первое технологически наилучшее значение мощности электрического гидравлического ударного разрушения, обеззараживания и смешивания земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель, при котором обеспечивается наибольшая на данный момент времени расчетная прибавка стоимости урожая или однозначно соответствующая ей наибольшая на данный момент времени расчетная прибавка стоимости продуктивности поголовья животных и птицы при кормлении поголовья выращенными растительными кормами при приготовлении удобрения сельскохозяйственных земель.
В результате использования изобретения, в том числе для режима последующего хранения выращенных растительных кормов, устанавливается такие второе и третье экономически наилучшее значения мощности электрического гидравлического ударного разрушения, обеззараживания и смешивания земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель, при которых обеспечивается наибольший на данный момент времени расчетный прирост прибыли от производства продукции растениеводства, а также обеспечивается наибольший на данный момент времени расчетный прирост прибыли от производства продукции животноводства и птицеводства при кормлении поголовья выращенными растительными кормами, при осуществлении удобрения земель, с учетом эксплуатационных энергетических затрат на электрическое гидравлическое ударное разрушение, обеззараживание и смешивание земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель.
Также в результате использования изобретения при поступлении в зону электрического гидравлического ударного разрушения, обеззараживания и смешивания земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель устанавливаются такие количественные значения мощностей электрического высоковольтного разряда при гидравлическом ударном разрушении, обеззараживании и смешивании земли, торфа, навоза, помета с водой для удобрения сельскохозяйственных земель, которые обеспечивают рациональное расходование электрической энергии и, соответственно, энергосбережение при производстве удобрения.
Таким образом, технический результат заключается в реализации способом и устройством заявленного назначения технологически и экономически оптимального электрического гидравлического ударного разрушения, обеззараживания и смешивания земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель.
Технический результат достигается тнм, что в способе технологически и экономически оптимального электрического гидравлического ударного разрушения, обеззараживания и смешивания земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель, включающем загрузку электрогидравлической емкости с электрическими искровыми электродами землей, торфом, навозом, пометом посредством транспортера, задание и регулирование скорости движения рабочего органа транспортера, измерение мощности электрического высоковольтного разряда, задание мощности электрического высоковольтного разряда, регулирование мощности электрического высоковольтного разряда при электрическом гидравлическом ударном разрушении, обеззараживании и смешивании земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель, электрическое гидравлическое ударное разрушение, обеззараживание и смешивание земли, торфа, навоза, помета с водой, приготовление удобрения сельскохозяйственных земель, согласно изобретению, измеряют температуру подаваемых на электрогидравлическую обработку земли, торфа, навоза, помета и воды, загружают транспортер и электрогидравлическую емкость с электрическими искровыми электродами землей, торфом, навозом, пометом и водой через поточный измеритель расхода, измеряют расход подаваемых на электрогидравлическую обработку земли, торфа, навоза, помета и воды, задают сигналы времени электрической гидравлической обработки водного раствора земли, торфа, навоза, помета и воды, наименьшего и наибольшего технологического значения мощности электрического высоковольтного разряда при искрообразовании, развертки по величине этой мощности электрического высоковольтного разряда во времени, удельных региональных цен на продукцию растениеводства, животноводства и птицеводства, на комбинированные корма и на электроэнергию,формируют сигнал этой мощности электрического высоковольтного разряда, периодически во времени изменяют сформированный сигнал мощности электрического высоковольтного разряда в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим заданными значениями сигнала мощности электрического высоковольтного разряда, причем в зависимости от значения изменяемого сформированного сигнала мощности электрического высоковольтного разряда определяют первое технологически наилучшее значение мощности электрического высоковольтного разряда при электрическом гидравлическом ударном разрушении, обеззараживании и смешивании земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель, при котором обеспечивается наибольшая на данный момент времени расчетная прибавка стоимости урожая или однозначно соответствующая ей наибольшая на данный момент времени расчетная прибавка стоимости продуктивности поголовья животных и птицы при кормлении поголовья дополнительно выращенными растительными кормами, также в зависимости от значения изменяемого сформированного сигнала мощности электрического высоковольтного разряда определяют второе и третье экономически наилучшие значения мощности электрического высоковольтного разряда при электрическом гидравлическом ударном разрушении, обеззараживании и смешивании земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель, при которых обеспечивается наибольший на данный момент времени расчетный прирост прибыли производства продукции растениеводства, а также обеспечивается наибольший на данный момент времени расчетный прирост прибыли производства продукции животноводства и птицеводства при кормлении поголовья выращенными растительными кормами, при осуществлении удобрения земель, с учетом эксплуатационных энергетических затрат на электрическое гидравлическое ударное разрушение, обеззараживание и смешивание земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель, задают определенные значения мощностей электрического высоковольтного разряда, а именно первое технологически наилучшее значение мощности электрического высоковольтного разряда, второе и третье экономически наилучшее значения мощности электрического высоковольтного разряда, выбирают потребное для производителя продукции заданное значение мощности электрического высоковольтногоразряда, сравнивают измеренную мощность электрического высоковольтного разрядаразования с выбранным потребным определенным заданным значением мощности электрического высоковольтного разряда и корректируют режим регулирования мощности электрического высоковольтного разряда при электрическом гидравлическом ударном разрушении, обеззараживании и смешивании земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель.
Технический результат достигается также тем, что устройство технологически и экономически оптимального электрического гидравлического ударного разрушения, обеззараживания и смешивания земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель содержит датчик скорости движения поступающих на электрическую гидравлическую обработку земли, торфа, навоза, помета и воды в рабочих органах транспортеров, выход которого соединен с входом измерителя расхода поступающих на обработку земли, торфа, навоза, помета и воды, блок задатчиков значений искусственного сигнала мощности электрического высоковольтного разряда в диапазоне ее изменения от нуля до ее предельного значения, наименьшего и наибольшего технологического значения, сигналов времени, сигналов развертки по мощности электрического высоковольтного разряда во времени, удельных региональных цен на продукцию растениеводства, животноводства и птицеводства, на комбинированные сыпучие корма и на электроэнергию, констант и коэффициентов математических моделей управления режимом мощности электрического высоковольтного разряда, измеритель мощности электрического высоковольтного разряда, выход которого подключен к инвертирующему первому входу регулятора мощности электрического высоковольтного разряда, выход которого соединен с высоковольтным разрядником в камере электрогидравлической обработки и через него с высоковольтными электродами, блок вычисления двух целевых функций прибавки стоимости урожая и прибавка стоимости продуктивности поголовья и двух целевых функций прироста прибыли растениеводства и прироста прибыли животноводства, соответствующие первые входы которого соединены с соответствующими выходами блока задатчиков значений искусственного сигнала мощности электрического высоковольтного разряда в диапазоне ее изменения от нуля до ее предельного значения, наименьшего и наибольшего технологического значения, сигналов времени, сигналов развертки по мощности электрического высоковольтного разряда во времени, удельных региональных цен на продукцию растениеводства, животноводства и птицеводства, на комбинированные сыпучие корма и на электроэнергию, констант и коэффициентов математических моделей управления режимом мощности электрического высоковольтного разряда, первый, второй и третий выходы блока вычисления целевых функций расчетной прибавки стоимости урожая или однозначно соответствующей ей расчетной прибавки стоимости продуктивности поголовья животных и птицы, расчетного прироста прибыли производства продукции растениеводства, а также расчетного прироста прибыли производства продукции животноводства и птицеводства подключены соответственно к первому, к второму и к третьему входам блока определения наибольшего значения целевых функций расчетной прибавки стоимости урожая или продуктивности поголовья, расчетного прироста прибыли производства продукции растениеводства расчетного прироста прибыли производства продукции животноводства и птицеводства, или блока оптимизации выбранного режима обработки по мощности электрического высоковольтного разряда, выход измерителя массового расхода соединен со вторым входом блока вычисления, выход блока вычисления подключен к неинвертирующему входу регулятора мощности электрического высоковольтного разряда, согласно изобретению, устройство снабжено датчиком температуры подаваемых на искровую обработку земли, торфа, навоза, помета и воды, датчиком расхода электрической энергии, органом выбора критерия оптимизации режима обработки по мощности электрического высоковольтного разряда, причем выходы датчика температуры подаваемых на искровую обработку земли, торфа, навоза, помета и воды и датчика расхода электрической энергии подключены соответственно к третьему и к четвертому входам блока вычисления, выход органа выбора критерия оптимизации режима обработки по мощности электрического высоковольтного разряда соединен с четвертым управляющим входом блока определения наибольшего значения целевых функций, или блока оптимизации выбранного режима обработки по мощности электрического высоковольтного разряда.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 приведена иллюстрация осуществления способа технологически или экономически оптимального электрического гидравлического ударного разрушения, обеззараживания и смешивания земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель; на фиг. 2 приведена функциональная схема устройства технологически и экономически оптимального электрического гидравлического ударного разрушения, обеззараживания и смешивания земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель; на фиг. 3 дана общая схема расположения технических средств технологически и экономически оптимального электрического гидравлического ударного разрушения, обеззараживания и смешивания земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель.
Устройство технологически и экономически оптимального электрического гидравлического ударного разрушения, обеззараживания и смешивания земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель содержит 1 датчик скорости движения поступающих земли, торфа, навоза, помета и воды, в рабочих органах транспортеров; 2 измеритель расхода поступающих земли, торфа, навоза, помета и воды; 3 блок задатчиков значений искусственного сигнала мощности электрического высоковольтного разряда в диапазоне ее изменения от нуля до ее предельного значения, наименьшего и наибольшего технологического значения, сигналов времени, сигналов развертки по мощности электрического высоковольтного разряда во времени, удельных региональных цен на продукцию растениеводства, животноводства и птицеводства, на комбинированные сыпучие корма и на электроэнергию, констант и коэффициентов математических моделей управления режимом мощности электрического высоковольтного разряда; 4 измеритель мощности электрического высоковольтного разряда; 5 регулятор мощности электрического высоковольтного разряда; 6 - высоковольтный разрядник; 7 камеру электрогидравлического (ЭГ) эффекта; 8 высоковольтные электроды; 9 блок вычисления целевой функции прибавки стоимости урожая или целевой функции прибавки стоимости продуктивности поголовья и двух целевых функций прироста прибыли растениеводства и прироста прибыли животноводства и птицеводства; 10 блок определения наибольшего значения любой из трех целевых функций расчетной прибавки стоимости урожая или продуктивности поголовья, расчетного прироста прибыли производства продукции растениеводства, расчетного прироста прибыли производства продукции животноводства и птицеводства (блок 10 оптимизации выбранного режима обработки по мощности электрического высоковольтного разряда); 11 датчик температуры подаваемых на искровую обработку земли, торфа, навоза, помета и воды; 12 датчик расхода электрической энергии; 13 орган выбора критерия оптимизации режима обработки по мощности электрического высоковольтного разряда; 14 входной бункер поступающих на обработку земли, торфа, навоза, помета и воды; 15 камеру для формируемого жидкого удобрения, с металлическими или с металлизированными изнутри стенками, с транспортером (в варианте металлического шнека с приводом 16); 17 выходной бункер обработанных произведенных жидких удобрений.
Способ осуществляется следующим образом.
Технологический процесс электрогидравлического производства жидких удобрений отличается от традиционных процессов смешивания с водой навоза или птичьего помета тем, что под воздействием электрического искрового разряда в жидкой смеси высвобождается связанный и потому плохо усваиваемый растениями азот. Энергия электрического разряда пропорциональна запасенной энергии батареи конденсаторов установки по производству удобрений, то есть половине произведения электрической емкости и высоковольтного электрического напряжения. За время действия электрической искры в жидкой смеси расходуется электрическая мощность, создающая гидравлическое давление и также расходуемая на тепловые потери, на создание искрового канала и т.п. Величина этой мощности связана с формой и размерами образующих искру электродов, рабочей площадью их поверхности и с расстоянием между ними, с объемом и с формой собственно электрогидравлической камеры, что определяется конструкцией установки. Установление указанной зависимости само по себе является отдельной задачей проектирования и патентования подобных устройств.
Обычно электрическую мощность высоковольтных импульсов установки подбирают в соответствии с ее производительностью, то есть с подачей обрабатываемых электрической искрой жидких водных смесей.
Поэтому не менее важным следует считать определение режима работы установки по мощности электрического высоковольтного разряда в зависимости от выбранного производителем удобрений критерия оптимизации (признака наилучшей результативности управления процессом).
Иначе: надо знать, в каком именно режиме мощности электрических импульсов должна работать установка (осуществляться технология) электрогидравлического производства удобрений. Ведь можно получить наивысший расчетный урожай (и соответственно наибольшую продуктивность животных и птицы) по производственному признаку управления процессом. Или можно получить максимальные конечные расчетные хозяйственные результаты на поле и на ферме, - это экономический критерий управления процессом. Поэтому надо исследовать обсуждаемый процесс электрогидравлического производства удобрений аналитическими методами и предложить метод (путь) точного установления требуемого режима обработки водной смеси электрическими импульсами по их мощности. Это есть научная составляющая создания новой высокоэффективной техники.
Собственно техническое решение способа (совокупности действий) и устройства (совокупности частей) позволяют в действительности осуществить метод управления процессом по производственному (технологическому) или по хозяйственному (экономическому) признаку и создать нововведенческую (инновационную) конструкцию установки для производства высокоэффективных жидких удобрений.
крит
крит
крит
техн
пред
пред
эк
раст
эк
жив
опт
pacт
жив
опт
опт
По оси абсцисс на фиг. 1 отложена мощность электрического высоковольтного разряда М, Вт; М - мощность электрического высоковольтного разряда (далее в тексте - мощность разряда), Вт; ΔЦ - прибавка стоимости произведенной продукции в ценах ее реализации, руб./ед. времени; ΔП - прирост прибыли технологического процесса, руб./ед. времени; 3 - транспортные расходы на перемещение составляющих водного раствора в установке для производства жидких удобрений, руб./ед. времени. Принимается, что 3→0; И - затраты электрической энергии, руб./ед. времени; К - прибавка стоимости дополнительного урожая, руб./ед. времени; Л - прибавка стоимости дополнительной продуктивности поголовья, руб./ед. времени; Т - прирост прибыли растениеводства, руб./ед. времени; Н - прирост прибыли животноводства, руб./ед. времени; М - минимальное критическое пороговое значение М, при котором появляются первые необратимые изменения в структуре биологических продуктов растительного происхождения (в смеси растворенных в воде материалов, обрабатываемой электрическим разрядом), Вт; О - теоретическая прибавка стоимости урожая в отсутствие разрушения биологической структуры материалов удобрения для растений при М>М, руб./ед. времени; П - теоретическая прибавка стоимости продуктивности поголовья в отсутствие разрушения биологической структуры материалов дополнительных растительных кормов для животных и птицы при М>М, руб./ед. времени; Р - стоимость потерь от разрушения структуры питательного вещества водной смеси земли, торфа, навоза и помета соответственно для растений и для кормящегося этими растениями поголовья, руб./ед. времени; М-производственно (технологически) наилучшее значение М, при котором достигаются наивысшие технологические (по производительности) значения К, и соответственно, значения Л), Вт; M - экономически предельно допустимое наивысшее значение М, при котором Т=0), Вт; М - экономически предельно допустимое наивысшее значение М, при котором Н=0), Вт; М - хозяйственно наилучший режим производства удобрений для урожая по величине М, Вт; М - экономически наилучший режим производства удобрений для животноводства и птицеводства по величине М, Вт.
С ростом мощности разряда М, Вт/с, транспортные расходы (линия 3 на фиг. 1) не изменяются. Они зависят от массы земли, торфа, навоза, помета и воды, подаваемой на электрогидравлическую (ЭГ) обработку. Транспортировка обработанных удобрений на поля здесь не рассматривается и в транспортных расходах не учитывается. Постоянные по значению и близкие к нулю транспортные расходы в таком случае никак не влияют на выбор энергетического режима ЭГ обработки вариантов водной смеси и получения удобрений. С ростом мощности разряда М, Вт/с, стоимость электрической энергии (линия И на фиг. 1) растет. На фиг. 1 этот рост показан прямой пропорциональной линейной зависимостью.
техн
крит
опт
Качество разрушения (дробления) твердых и других фракций земли, торфа, навоза, помета, их смешивания с водой и обеззараживания искровым разрядом улучшается, растут прибавка стоимости урожая К и, соответственно, прибавка стоимости продуктивности поголовья Л. Их наивысшие технологические (по производительности)значения в т. Б и в т. А соответственно достигаются при мощности разряда М. Величина мощности разряда связана не только с величиной времени действия электрической искры, но также с объемом камеры искровой обработки: совершенно очевидно, что искровая обработка больших объемов водной смеси потребует существенно большего значения мощности разряда. Такое же положение дел имеет место и при большой подаче обрабатываемой водной смеси в искровую камеру прежних габаритов. Последующий рост мощности разряда М уже не приводит к существенному улучшению свойств получаемого удобрения, и линии К и Л перестают возрастать на фиг. 1, прибавка стоимости урожая К и прибавка стоимости продуктивности поголовья Л стабилизируются на уровнях т. Г и т.В соответственно. Эти два уровня - для прибавок стоимостей урожая О и продуктивности поголовья П - сохранят постоянство своих достигнутых значений при всех прочих равных условиях, если нет разрушения биологической структуры получаемых удобрений при мощностях разряда более определенного значения М. Этого положения можно достигнуть особым устройством искровой камеры (в данном контексте заявки, конструкция искровой камеры существенного значения, для определения технологически и экономически наилучших режимом производства удобрений посредством ЭГ эффекта, не имеет). Если искровая камера для проведения ЭГ обработки построена так, что допускается разрушение биологической структуры удобрения при высоких мощностях разряда, то от т. Г и от т. В соответственно начинается падение качества удобрений, приводящее к снижению прибавки стоимости урожая 3 и прибавки стоимости продуктивности поголовья 4. Это объясняется нелинейным ростом стоимости потерь от разрушения структуры питательного вещества смеси 9 земли, торфа, навоза, помета с водой.
пред
пред
пред
пред
пред
пред
эк
раст
эк
жив
раст
жив
расг
жив
раст
жив
опт
опт
Пересечения линий прибавок стоимостей урожая К и продуктивности поголовья Л с прямой линией стоимости электроэнергии в т.Е и в т.Д соответственно показывают, что достигнуты нулевые разности их первых и их вторых значений, т.е. прирост прибыли растениеводства MP в т. М и прирост прибыли животноводства Н в т. М равны нулю. Иначе: при превышении предельных удельных мощностей искры для урожая в растениеводстве М и для продуктивности поголовья в животноводстве М соответствующие приросты прибыли растениеводства и животноводства исчезают и могут стать даже отрицательными. Поэтому дальнейшее увеличение энергозатрат на искрообразование не только нецелесообразно, но даже и вредно, с хозяйственной (экономической) точки зрения. Электроэнергия будет не просто расходоваться впустую, но этот расход приведет к убыточности всей ЭГ технологии получения удобрений. Экономически наилучший режим получения удобрений находится между нулевым значением мощности разряда и М или М соответственно. Для урожая этот хозяйственно наилучший режим производства удобрений будет М, а для животноводства и птицеводства будет М. Эти значения экономически оптимальных режимов ЭГ эффекта по мощности разряда могут отличаться друг от друга из-за многозначности видов и объемов растениеводческой и животноводческой продукции и регионального ценообразования по ее видам и по ее качеству.
пред
пред
техн
эк
эк
раст
жив
опт
опт
опт
Учет транспортных расходов 3 (подъем на их постоянное значение линии стоимости электроэнергии 2) приведет к смещению т.Е и т.Д влево, к уменьшению предельных значений мощностей разряда М и М, к появлению новых двух нулевых значений М для кривых К и Л при малых значениях М. Но ни технологически, ни экономически наилучшие значения М и М практически не изменятся. Другое дело, если стоимость затраченной электроэнергии сильно зависит от мощности разряда при ЭГ получении удобрений. Тогда угол наклона прямой линии И сильно изменяется, точки пересечения Е и Д значительно перемещаются по линиям К и Л, что приводит к существенному изменению положения т. М, т.е. к заметному изменению экономически оптимального режима мощности разряда ЭГ обработки водной смеси при получении удобрений.
хехн
эк
раст
эк
жив
опт
опт
опт
По способу остается только собрать необходимую информацию о составляющих процесса производства удобрений, в том числе надо иметь в распоряжении математические модели продуктивности растений, животных и птицы. Надо составить три целевых функции (одна достаточна для определения М по максимуму урожая или привесов поголовья, которые совпадают по положению режима по производительности и для растений и для поголовья, две - для М и для М). Затем найти собственно эти три наилучших режима производства удобрений - первый, технологически оптимальный - по наивысшей продуктивности растений и поголовья, второй и третий, экономически оптимальные - по хозяйственно наилучшему производству растениеводческой продукции и по экономически оптимальному производству продукции животноводства и птицеводства. И можно начинать производство удобрений в указанных трех режимах по потребности руководства сельскохозяйственного предприятия посредством предложенной инновационной автоматизированной ЭГ (электрогидравлической) электротехнической технологии.
крит
В этом заключается предлагаемый способ технологически и экономически оптимальной обработки электрическими разрядами земли, торфа, навоза и помета, которые растворены в воде. При подаче этих материалов на установку для обработки надо не только знать требуемые для них режимы их обработки по удельной мощности и их массы. Затем надо в зависимости от их массы, от их температуры корректировать режим обработки искровым электромагнитным полем электрического высоковольтного разряда в жидкой смеси. В соответствии со способом следует сначала искусственно сформировать по величине аргумента мощности разряда три следующие функциональные зависимости. Зависимость прибавки стоимости урожая за счет дополнительных удобрений (или однотипная зависимость прибавки стоимости продуктивности поголовья за счет дополнительных удобрений) от мощности разряда, зависимость прироста прибыли растениеводства от мощности разряда, зависимость прироста прибыли животноводства и птицеводства от мощности разряда. Также необходимо знать зависимости затрат от потерь продуктивности растений, животных и птицы из-за чрезмерно сильного искрового воздействия гидравлическим давлением в жидкой среде по известному «эффекту Юткина». Примерный вид зависимостей Р стоимостей потерь стоимости урожая и стоимости потерь продуктивности поголовья от разрушения структуры питательного вещества водного раствора смеси земли, торфа, навоза и помета приведен на фиг. 1. Эти две зависимости нелинейно возрастают, начинаясь с минимального критического порогового значения удельной мощности М, достаточного для появления первых необратимых изменений в биологических продуктах растительного и животного происхождения, то есть собственно в земле, торфе, навозе и помете. Допустимый уровень затрат на потери продукции растениеводства, животноводства и птицеводства из-за таких изменений свойств, производимых удобрений, определяется в конкретных опытных работах. При значительном росте мощности разряда возникающее ударное водяное давление заметно влияет на клеточную структуру биомассы земли, торфа, навоза и помета, растворенных в воде. Этот факт приводит к снижению прибавки стоимости урожая К, затем и прибавки стоимости продуктивности поголовья Л, соответственно, к уменьшению прироста прибыли растениеводства MP и прироста прибыли животноводства и птицеводства Н.
Важнейшим технологическим признаком эффективности кормления поголовья дополнительно произведенными кормами является стоимость урожая и соответствующая ей стоимость продуктивности поголовья. Любая из двух указанных зависимостей есть первая целевая функция оптимизации. Ее максимум соответствует технологически наилучшей мощности разряда ЭГ обработки водного раствора электрическими искровыми импульсами для достижения наилучшей продуктивности поголовья при всех прочих равных условиях.
Для учета энергетики процесса обработки следует также сформировать аналогичные зависимости затрат на электроэнергию для транспортировки обрабатываемых материалов и на электроэнергию для их обработки от величины мощности разряда. Зависимость затрат на транспортировку земли, торфа, навоза, помета и воды от мощности разряда есть постоянная величина при постоянной скорости движения рабочего органа транспортеров и при неизменном массовом расходе поступающих на обработку материалов по времени. То есть, транспортные расходы в этом случае никак не связаны с энергетическим режимом обработки материалов. Затраты электроэнергии на транспортировку изменяются пропорционально скорости движения рабочих органов транспортеров и подаче материалов. Зависимость затрат на электроэнергию искровой обработки линейно возрастает с ростом мощности разряда (см. линию И на фиг. 1). Причем рост затрат электроэнергии на электрогидравлическую обработку тем больше, чем меньше температура подаваемых на обеззараживание материалов и воды. Причина этого явления в способности влаги аккумулировать энергию полей и излучений различных видов, в том числе и создаваемых электрической искрой и водяным давлением.
Устройство технологически и экономически оптимального электрического гидравлического ударного разрушения, обеззараживания и смешивания земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель содержит датчик скорости движения 1 поступающих на электрическую гидравлическую обработку земли, торфа, навоза, помета и воды в рабочих органах транспортеров, выход которого соединен с входом измерителя расхода 2 поступающих на обработку земли, торфа, навоза, помета и воды, блок задатчиков 3 значений искусственного сигнала пиковой мощности электрического высоковольтного разряда в диапазоне ее изменения от нуля до ее предельного значения, наименьшего и наибольшего технологического значения, сигналов времени, сигналов развертки по мощности электрического высоковольтного разряда во времени, удельных региональных цен на продукцию растениеводства, животноводства и птицеводства, на комбинированные сыпучие корма и на электроэнергию, констант и коэффициентов математических моделей управления режимом мощности электрического высоковольтного разряда, измеритель мощности электрического высоковольтного разряда 4, выход которого подключен к инвертирующему первому входу регулятора мощности электрического высоковольтного разряда 5, выход которого соединен с высоковольтным разрядником 6 в камере электрогидравлической обработки 7 и через него с высоковольтными электродами 8, блок вычисления двух целевых функций прибавки стоимости урожая и прибавка стоимости продуктивности поголовья и двух целевых функций прироста прибыли растениеводства и прироста прибыли животноводства 9, соответствующие первые входы которого соединены с соответствующими выходами блока задатчиков 3 значений искусственного сигнала мощности электрического высоковольтного разряда в диапазоне ее изменения от нуля до ее предельного значения, наименьшего и наибольшего технологического значения, сигналов времени, сигналов развертки по мощности электрического высоковольтного разряда во времени, удельных региональных цен на продукцию растениеводства, животноводства и птицеводства, на комбинированные сыпучие корма и на электроэнергию, констант и коэффициентов математических моделей управления режимом мощности электрического высоковольтного разряда, первый, второй и третий выходы блока вычисления целевых функций расчетной прибавки стоимости урожая или однозначно соответствующей ей расчетной прибавки стоимости продуктивности поголовья животных и птицы, расчетного прироста прибыли производства продукции растениеводства, а также расчетного прироста прибыли производства продукции животноводства и птицеводства подключены соответственно к первому, к второму и к третьему входам блока 10 определения наибольшего значения целевых функций расчетной прибавки стоимости урожая или продуктивности поголовья, расчетного прироста прибыли производства продукции растениеводства, расчетного приросте прибыли производства продукции животноводства и птицеводства, или блока 10 оптимизации выбранного режима обработки по мощности электрического высоковольтного разряда, выход измерителя расхода 2 соединен со вторым входом блока вычисления 9, выход блока 10 подключен к неинвертирующему входу регулятора мощности электрического высоковольтного разряда 5, при этом в устройство введены датчик температуры подаваемых на искровую обработку земли, торфа, навоза, помета и воды 11, датчик расхода электрической энергии 12, орган выбора критерия оптимизации режима обработки по мощности электрического высоковольтного разряда 13, причем выходы датчика температуры подаваемых на искровую обработку земли, торфа, навоза, помета и воды 11 и датчика расхода электрической энергии 12 подключены соответственно к третьему и четвертому входам блока вычисления 9, выход органа выбора критерия оптимизации режима обработки по мощности электрического высоковольтного разряда 13 соединен с четвертым управляющим входом блока определения наибольшего значения целевых функций 10, или блока 10 оптимизации выбранного режима обработки по мощности электрического высоковольтного разряда.
Устройство работает следующим образом.
Предназначенные для искровой обработки земля, торф, навоз, помет и вода загружаются на измерительный транспортер, с которого они поступают на транспортер и на нем - в искровую камеру для обработки. Допустимо использование желобкового ленточного транспортера. Для выгрузки полученного жидкого удобрения из камеры предпочтителен транспортер в виде металлического шнека, поскольку винтовая поверхность металлического шнека в значительной степени предотвращает потери электромагнитного поля излучения из камеры для искровой обработки. Блок 9 вычисляет три целевые функции (действия) в зависимости от мощности искрообразования при производстве удобрения: прибавку стоимости урожая (или прибавку стоимости продуктивности поголовья), прироста прибыли растениеводства и прироста прибыли животноводства и птицеводства. Первая из них есть функция прибавки стоимости урожая (или прибавки стоимости продуктивности поголовья), руб./ед. времени, в зависимости от мощности электрического высоковольтного разряда искрообразования, Вт. Вторая и третья функции отражают соответственно прирост прибыли растениеводства и прирост прибыли животноводства и птицеводства, в руб./ед. времени в зависимости от мощности электрического высоковольтного разряда, Вт. Также в блоке вычисления 9 формируется промежуточная функция эксплуатационных энергетических затрат на электрогидравлическую обработку удобрений. Эти эксплуатационные энергетические затраты на искровую обработку непрерывно вычитаются из прибавки стоимости урожая или из прибавки стоимости продуктивности поголовья по известной математической формуле прибыли или ее прироста. Две полученные разности и являются второй и третьей зависимостями прироста прибыли растениеводства и прироста прибыли животноводства и птицеводства от мощности электрического высоковольтного разряда. По их наивысшим значениям следует определить экономически оптимальные режимы производства удобрений по мощности электрического высоковольтного разряда. Эту задачу решает блок 10 оптимизации выбранного режима обработки по мощности электрического высоковольтного разряда. Блок 10 определяет наибольшее значение выбранной, с помощью органа выбора критерия оптимизации режима обработки по мощности электрического высоковольтного разряда 13, целевой функции суммарных затрат, то есть вырабатывает соответствующее этому максимуму, оптимальное значение режима обработки смеси по мощности электрического высоковольтного разряда. При расчетах учитываются температура поступающих на обработку земли, торфа, навоза, помета и воды с помощью датчика 11 и учитывается расход электроэнергии с помощью датчика 12. Поэтому с изменением этих входных характеристик смешиваемых материалов функционально изменяются как зависимости стоимостей урожая и продуктивности поголовья и эксплуатационных затрат электроэнергии на электрогидравлическую обработку, так и положения технологически и экономически наилучших режимов искровой обработки по величине мощности электрического высоковольтного разряда. На выходе блока 10 формируется с помощью органа выбора 13 выбранный сигнал - либо требуемого единственного наилучшего технологического значения мощности электрического высоковольтного разряда, либо одного из двух требуемых наилучших экономических значений мощности электрического высоковольтного разряда.
Остается это выбранное заданное значение мощности электрического высоковольтного разряда сравнить с измеренным значением мощности электрического высоковольтного разряда в виде выходного сигнала измерителя мощности электрического высоковольтного разряда 4 и произвести регулирование режима обработки водной смеси по величине мощности электрического высоковольтного разряда посредством регулятора мощности электрического высоковольтного разряда 5. Искрообразующие электроды 8 и разрядник 6 установлены в камере 7 искрообразования, в которую посредством транспортера (на основе шнека с приводом 16) загружаются предназначенные для обработки земля, торф, навоз, помет и заливается вода (фиг. 3). Во входном бункере 14 поступающих на обработку материалов и воды производятся измерения их физического состояния, посредством датчика их температуры 11. Измеряется также расход электроэнергии датчиком 12. В выходной бункер 17 произведенного обработанного удобрения поступают готовые жидкие удобрения, обработанные по выбранному технологическому признаку результативности производства, или по выбранному экономическому критерию эффективности производства.
Таким образом, обеспечивается технологически и экономически оптимальное и энергосберегающее автоматизированное электрическое гидравлическое ударное разрушение, обеззараживание и смешивание земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель. При этом обеспечивается точное электрическое гидравлическое ударное разрушение, обеззараживание и смешивание земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель, поскольку производится контроль их расхода в потоке, и соответствующее регулирование режима электрогидравлической обработки при производстве новых высокоэффективных азотных и других органических удобрений. Осуществляется полная автоматизация процесса технологически и экономически наилучшего электрического гидравлического ударного разрушения, обеззараживания и смешивания земли, торфа, навоза, помета с водой для приготовления удобрения сельскохозяйственных земель.