Микроволновая установка для предпосадочной обработки овощных культур в непрерывном режиме
MICROWAVE UNIT FOR PREPLANT TREATMENT OF VEGETABLE CROPS IN CONTINUOUS MODE

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для предпосадочной обработки клубней картофеля, лука-севка и др. овощных культур в фермерских хозяйствах.
Известно, что обработка лука-севка перед посадкой проводится во избежание низкой всхожести, поражения бактериями, интенсивного «стрелкования». Непосредственно перед посадкой лук-севок прогревают при температуре 35-40°С в течение 10-12 часов. Далее для подавления развития патогенной почвенной микрофлоры используют фитоспорин [1].
Существует способ прогрева лука-севка в горячей воде (45-50°С) в течение 10-12 мин, а затем холодной водой, также 10-12 мин, далее обработка средствами от вредителей и питательными растворами [2]. При этом для равномерного нагрева и охлаждения лука-севка в фермерских хозяйствах необходимо иметь водоподогреватели и дополнительные механизмы для перемешивания.
Существует способ предпосадочной обработки лука-севка в электромагнитном поле высокой частоты [3]. При этом использовали высокочастотные установки с фиксированными частотами (27,12 МГц, 40,68 МГц) и периодического действия, где рабочей камерой является конденсатор, выполненный из двух параллельно расположенных пластин. Многолетние лабораторно-полевые исследования этих авторов по применению электромагнитного поля высокой частоты для предпосадочной обработки лука-севка показали, что происходит повышение посевных и продуктивных показателей, улучшение качества продукции.
В ФГБОУ ВО «Ставропольский ГАУ» получили положительные результаты научных исследований по предпосевной обработке лука импульсным электрическим полем для улучшения их посевных качеств [4].
Для обеззараживания от ряда вредителей, активизации клеток клубней картофеля и лука-севка в непрерывном режиме с целью повышения продуктивных показателей нами предлагается обрабатывать их перед посадкой комплексным воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты и коронным разрядом, обеспечивающим ионизацию воздуха и озонирование. Реализация комплексного воздействия указанных электрофизических факторов возможно в сверхвысокочастотной установке с квазистационарным тороидальным резонатором прямоугольного сечения, содержащим запредельные волноводы, обеспечивающие соблюдение электромагнитной безопасности при передвижении лука-севка или клубней картофеля через резонатор. Электрогазоразрядная лампа, подключенная к источнику килогерцовой частоты, обеспечивают коронный разряд и излучение бактерицидного потока ультрафиолетовых лучей, к тому же эта лампа, заполненная аргоном или неоном и расположенная в электромагнитном поле сверхвысокой частоты, коронирует мощнее.
Технической задачей изобретения является предпосадочная обработка овощных культур с целью повышения их посевных и продуктивных показателей комплексным воздействием электрофизических факторов в непрерывном режиме с обеспечением высокой напряженности электрического поля и озонирования для обеззараживания сырья и соблюдением электромагнитной безопасности.
Технический результат достигается тем, что микроволновая установка для предпосадочной обработки овощных культур содержит вертикально расположенный квазистационарный тороидальный резонатор прямоугольного сечения, у которого в конденсаторной части расстояние между стенками меньше, чем по краям, и не менее четверти длины волны,
причем квазистационарный тороидальный резонатор выполнен как соосно расположенные неферромагнитные цилиндры, нижние основания которых образуют его конденсаторную часть, а расположение внутреннего цилиндра по высоте регулируется,
а кольцевое пространство между боковыми стенками цилиндров сверху закрыто неферромагнитной поверхностью, содержащей отверстия для диэлектрического воздухоотвода и запредельного волновода круглого сечения, узлы резьбового регулятора высоты подъема внутреннего цилиндра,
при этом внутри кольцевого пространства установлены цилиндр и воздухоотвод, выполненные из диэлектрического материала, а также лампа кольцевая электрогазоразрядная, подключенная к источнику килогерцовой частоты, расположенному на боковой поверхности внутреннего цилиндра с внутренней стороны на уровне нижнего основания,
при этом в конденсаторной части имеется дозатор с радиально расположенными скребками, установленный на вал электродвигателя соосно основанию наружного цилиндра, где имеется выгрузное отверстие в виде сектора, стыкованное с запредельным волноводом в виде правильной треугольной призмы,
причем излучатели от магнетронов, расположенных на боковой поверхности наружного цилиндра со сдвигом на 120 градусов, направлены в конденсаторную часть резонатора.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение микроволновой установки для предпосадочной обработки овощных культур в непрерывном режиме (вид спереди): 1 - квазистационарный тороидальный резонатор; 2 - диэлектрический цилиндр для подачи сырья; 3 - конденсаторная часть квазистационарного тороидального резонатора; 4 - магнетроны с излучателями; 5 - дозатор с радиально расположенными диэлектрическими скребками; 6 - выгрузное отверстие с запредельным волноводом в виде правильной треугольной призмы; 7 - вал электропривода скребкового дозатора; 8 - сырье; 9 - лампа кольцевая электрогазоразрядная; 10 - источник килогерцовой частоты; 11 - диэлектрический воздухоотвод; 12 - резьбовой регулятор высоты подъема внутреннего цилиндра; 13 - запредельный волновод круглого сечения.
На фиг. 2 приведено схематическое изображение микроволновой установки для предпосадочной обработки овощных культур в непрерывном режиме (вид А-А): 1 - квазистационарный тороидальный резонатор; 2 - диэлектрический цилиндр для подачи сырья; 4 - магнетроны с излучателями; 5 - дозатор с радиально расположенными диэлектрическими скребками; 6 - выгрузное отверстие; 7 - вал электропривода скребкового дозатора; 8 - обрабатываемые семена; 9 - воздухоотвод.
На фиг. 3 приведено пространственное изображение микроволновой установки для предпосадочной обработки овощных культур в непрерывном режиме (в разрезе): 1 - квазистационарный тороидальный резонатор; 2 - диэлектрический цилиндр для подачи сырья; 3 - конденсаторная часть квазистационарного тороидального резонатора; 4 - магнетроны с излучателями; 5 - дозатор, радиально расположенными диэлектрическими скребками; 6 - выгрузное отверстие с запредельным волноводом в виде правильной треугольной призмы; 7 - вал электропривода скребкового дозатора; 8 - обрабатываемые семена; 9 - лампа кольцевая электрогазоразрядная; 10 - источник килогерцовой частоты; 11 - диэлектрический воздухоотвод; 12 - резьбовой регулятор высоты подъема внутреннего цилиндра; 13 - запредельный волновод круглого сечения.
На фиг. 4 приведено пространственное изображение внутреннего цилиндра из неферромагнитного материала с лампой кольцевой электрогазоразрядной 9, с диэлектрическим цилиндром 2, состыкованным с запредельным волноводом круглого сечения 13, а также с диэлектрическим воздухоотводом 11 и регулятором высоты 12.
На фиг. 5 приведено пространственное изображение дозатора с диэлектрическими скребками.
Микроволновая установка для предпосадочной обработки овощных культур в непрерывном режиме (фиг. 1-5) включает:
квазистационарный тороидальный резонатор 1;
диэлектрический цилиндр для подачи сырья 2;
конденсаторная часть 3 тороидального резонатора;
магнетроны 4 с излучателями;
дозатор с радиально расположенными диэлектрическими скребками 5; выгрузное отверстие 6 с запредельным волноводом в виде треугольной призмы;
вал электропривода 7 скребкового дозатора;
обрабатываемые лук-севок или клубни картофеля 8;
лампа кольцевая электрогазоразрядная 9;
источник килогерцовой частоты 10;
диэлектрический воздухоотвод 11;
резьбовой регулятор высоты подъема внутреннего цилиндра 12,
запредельный волновод 13 круглого сечения.
Микроволновая установка для предпосадочной обработки овощных культур состоит из вертикально расположенного квазистационарного тороидального резонатора 1 с прямоугольным сечением. Квазистационарный тороидальный резонатор 1 выполнен как соосно расположенные цилиндры из неферромагнитного материала, образуя кольцевое пространство. Нижние основания цилиндров образуют конденсаторную часть 3 (внутреннюю часть) квазистационарного тороидального резонатора, где расстояние между стенками не менее четверти длины волны, но меньше, чем расстояние между стенками тора прямоугольного сечения.
Известно, что форма профиля тороидального резонатора определяет структуру возбуждаемых электромагнитных полей. Электрическое поле в основном концентрируется в конденсаторной части (во внутренней части) резонатора, где расстояние между стенками невелико, т.е. эта часть резонатора имеет емкостной характер. В периферийной части квазистационарного тороидального резонатора (в торе) сосредоточена энергия магнитного поля [5].
Кольцевое пространство между боковыми стенками цилиндров сверху закрыто плоской поверхностью, где имеются отверстия для диэлектрического воздухоотвода 11 и для запредельного волновода круглого сечения 13, стыкованного с диэлектрическим цилиндром 2. Внутри кольцевого пространства установлен диэлектрический цилиндр 2, диэлектрический воздухоотвод 11 и лампа кольцевая электрогазоразрядная 9. Эта лампа, имеющая форму кольца, надета на внутренний цилиндр с зазором между ними, на уровне его основания. Электрогазоразрядная лампа 9 подключена к источнику килогерцовой частоты 10, расположенному на боковой поверхности внутреннего цилиндра, с внутренней стороны.
В конденсаторной части 3 имеется дозатор 5 с радиально расположенными скребками, установленный на вал 7 электродвигателя соосно основанию наружного цилиндра, где имеется выгрузное отверстие 6 в виде сектора. К выгрузному отверстию пристыкован запредельный волновод в виде правильной треугольной призмы.
Излучатели от магнетронов 4, расположенных на боковой поверхности наружного цилиндра со сдвигом на 120 градусов, направлены в конденсаторную часть 3 квазистационарного тороидального резонатора 1, где имеется сырье 8. Емкость конденсаторной части 3 тороидального резонатора регулируется изменением месторасположения внутреннего цилиндра по вертикали. Для этого имеется резьбовой регулятор высоты подъема внутреннего цилиндра 12. При этом напряженность электрического поля регулируется за счет изменения расстояния между основаниями неферромагнитных цилиндров.
Технологический процесс предпосадочной обработки клубней картофеля или лука севка происходит следующим образом.
Включить электроприводы воздухоотвода 11 и дозатора 5 с диэлектрическими скребками. Выставить определенное расстояние между основаниями цилиндров, проградуированное на необходимую величину напряженности электрического поля, достаточную для обеззараживания лука-севка или клубней картофеля. Включить источник килогерцовой частоты 10, после чего за счет возникновения коронного разряда между боковой поверхностью внутреннего цилиндра и электрогазоразрядной лампой 9 происходит ионизация воздуха, озонирование, лампа будет являться источником ультрафиолетовых лучей области «С». Далее включить транспортер для подачи сырья в диэлектрический цилиндр 2 через запредельный волновод 13 круглого сечения. Включить генераторы сверхвысокой частоты 4. Сырье, попадая в конденсаторную часть 3 квазистационарного резонатора 1, в процессе перемещения с помощью скребкового дозатора 5, подвергается воздействию электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ), нагревается (до 35-40°С), обеззараживается за счет высокой напряженности электрического поля (выше 1,5 кВ/см), озонирования и бактерицидного действия ультрафиолетовых лучей. Причем напряженность электрического поля регулируется за счет изменения расстояния между основаниями неферромагнитных цилиндров с помощью резьбового регулятора высоты подъема внутреннего цилиндра 12. После одного оборота вала электропривода 7 дозатора 5 скребкового, обработанное сырье 8 высыпается через выгрузное отверстие 6 и запредельный волновод в виде треугольной призмы. Через воздухоотвод 11 удаляется пыль, шелуха и т.п. Технологический процесс предпосадочной обработки лука-севка или клубней семенного картофеля идет в непрерывном режиме.
Во время работы источника килогерцовой частоты происходит воздействие импульсных токов высокого напряжения и малой силы на сырье. Ток проходит через электрогазоразрядную лампу. Между лампой и боковой поверхностью внутреннего цилиндра возникает коронный разряд разной интенсивности, в зависимости от зазора между ними (0,5-2 см). При этом происходит выделение озона и ионизация воздуха, образование ультрафиолетовых лучей [6]. Сила тока на электрогазоразрядной лампе не более 0,2 мА, напряжение 12-15 кВ, частота импульсов 110 кГц. Выделяющийся озон и ультрафиолетовые лучи области «С» обладают бактерицидными действиями. Бактерии и микроорганизмы, имеющиеся в обрабатываемом семенном материале, погибают. При комплексном воздействии разных электрофизических факторов происходит активизация клеток клубней картофеля и лука-севка, что повышает энергию прорастания, всхожесть, силу роста и урожайность. При конструировании квазистационарного тороидального резонатора для работы в непрерывном режиме необходимо стремиться, чтобы при данной резонансной частоте, уменьшить эквивалентную емкость и увеличить эквивалентную индуктивность (тороидальную поверхность). При этом потери сверхвысокочастотной энергии в тороидальном резонаторе уменьшаются, а КПД увеличивается.
Малые потери на излучение за счет имеющихся запредельных волноводов и потери в стенках квазистационарного тороидального резонатора, выполненного из алюминия, приводит к тому, что этот резонатор в диапазоне СВЧ имеют высокую собственную добротность.
Источник информации:
1. StudFiles.net>preview/6726503/page:21/.
2. liveinternet.ru>users/4632770/post413484768/.
3. Ушакова, Сталина Ивановна.Обоснование и исследование процессов сушки и предпосевной обработки лука-севка в электромагнитном поле высокой частоты: Автореферат дис. на соискание ученой степени кандидата технических наук. (05.20.02) / Челябинский ин-т механизации и электрификации сельского хозяйства. - Челябинск, 1973. - 26 с.
4. Стародубцева, Г.П. Предпосевная обработка лука импульсным электрическим полем // Сельский механизатор, №3, 2018.
5. Стрекалов, А.В. Электромагнитные поля и волны / А.В. Стрекалов, Ю.А. Стрекалов. - М.: РИОР: ИНФРА-М, 2014. - 375 с.
6. http://fb.ru/article/427088/darsonval-ultratek-sd-otzyivyi-naznachenie-printsip-rabotyi-nasadki-i-instruktsiya.