Электороозонные технологии в семеноводстве и пчеловодстве

Разработанная по определенным параметрам установка для электроозонной обработки пчелосемей представлена на рис.10

В пятом разделе представлено теоретическое обоснование преимущества применения плоской пластинчатой системы разрядного устройства электроозонатора по отношению к коаксиальной. Рассмотрены энергофизические и термодинамические процессы в электроозонаторе, а также электрические процессы и конструктивные параметры электроозонатора. В работе электроозонирующего устройства при зажигании разряда более 70% энергопотребления приходится на тепловые потери, которые, нагревая среду, приводят к деструкции производимого озона.

Рисунок 10 - установка для электроозонной обработки пчелосемей

Для определения режимов работы озонаторов, приемлемых в температурном отношении, был произведен расчет уравнения теплового баланса разрядного промежутка электроозонатора:

, (16)

где дб- температура диэлектрического барьера; окр- температура окружающей среды; µ - коэффициент, учитывающий долю активной мощности, расходуемую на нагрев; - коэффициент теплопередачи разрядного блока; - количество теплоты, переносимое продуваемым воздухом; Рру- мощность разрядного устройства; Тн- постоянная времени нагрева.

Разработана методика расчета зависимости напряженности электрического поля от величины угла заострения концентраторов профиля пластин разрядного устройства.

Зависимость напряженности электрического поля от величины угла заострения концентраторов диэлектрического барьера представлена и имеет вид:

,(17)

где Rн- сопротивление линии; Сп- ёмкость разрядного промежутка; - угол заострения концентраторов напряженности профиля пластин; 1- наименьшее расстояние между пластин; u0- мгновенное значение напряжения сети; Коб- величины, независящие от угла ; t – время с начала полупериода.

Решение этого уравнения относительно угла позволило получить графическую зависимость напряженности поля в разрядном промежутке от угла профиля диэлектрических пластин. Наибольшее значение напряженности соответствует углу профиля диэлектрических пластин в 1220, при частоте тока 50 Гц.

Для подтверждения теоретических исследований произведено экспериментальное определение влияния угла профиля диэлектрических пластин на характер вольтамперной характеристики (ВАХ) и производительность электроозонатора.

Вольтамперные характеристики определялись для разрядных устройств пластинчатого типа, которые при прочих равных конструктивных параметрах отличались углом профиля диэлектрических пластин.

Для наиболее объективного сравнения конструкций разрядных устройств применена лабораторная схема питания. Напряжение питания от сети подавалось на автотрансформатор, а с него на повышающий трансформатор ТГ 1020. Таким образом, исследуемые разрядные устройства получают плавно изменяющееся напряжение питания в диапазоне от 0 до 12,5 кВ.

Измерения проводились при использовании аналогово-цифрового преобразователя с ПЭВМ и дублировались аналоговыми приборами. Погрешность измерений не превышала 3%. Основные результаты экспериментов по исследованию ВАХ представлены в таблице 1 и на рис.11.

Рисунок 11 – Вольтамперные характеристики разрядных устройств:

1 – прототипа; 2 – угловой конструкции

В результате экспериментального исследования определено, что угловая конструкция имеет более высокий коэффициент мощности (=0,43) в сравнении с прототипом (=0,33), а следовательно, и более высокую производительность.

В результате экспериментального исследования влияния угла между диэлектрическими барьерами на электрические параметры электроозонатора установлено увеличение напряженности электрического поля в разрядном промежутке с 16,0 до 20,7 кВ/см, или на 29%. Разработанная конструкция разрядного устройства имеет высокую стабильность работы вследствие принудительной локализации разрядов на поверхности диэлектрических барьеров.

Проведенные экспериментальные исследования подтверждают математическую модель влияния угла между диэлектрическими барьерами на производительность и стабильность работы разрядного устройства.

Таблица 1 – Основные электрические параметры разрядных устройств,

полученные в результате анализа вольтамперных характеристик

Параметр	Прототип	Угловая конструкция
Напряжение зажигания разряда – , кВ	6,4	7,3
Напряжение горения разряда –, кВ	4,8	6,2
Напряжение питания – , кВ	10,45	10,45
Напряженность электрического поля между диэлектрическими барьерами – , кВ/см	16,0	20,7
Ток зажигания – , мА	0,5	0,57
Полный ток – , мА (при )	1,9	2,1
Активный ток разряда – , мА (при )	1,4	1,53
Активная мощность РУ – P, Вт (при )	6,7	9,5
Полная мощность РУ– S, ВА (при )	19,9	22,0
Коэффициент мощности–, (при )	0,33	0,43

Отклонения от расчетных данных составили 2%, что объясняется погрешностью измерений. Эксперимент подтвердил высокую степень достоверности результатов математического моделирования, рассогласование результатов исследований находилось в пределах -3…+5%. Таким образом, разрядное устройство с угловой конструкцией разрядных электродов является наиболее эффективным для использования в установке по предпосевной обработке семян с.х. культур. На базе проведенных исследований разработано электроозонирующее устройство, защищенное 11 патентами РФ, внешний вид представлен на рис.12.

Рисунок 12. – Электроозонатор для предпосевной обработки семян

Стационарная установка для предпосевной электроозонной обработки семян, собранная по определенным параметрам в учебном хозяйстве «Краснодарское», представлена на рис.13.

Рис.13 – Производственная установка для предпосевной обработки семян

1- ёмкость для хранения семян; 2- расположение системы электроозонирования; 3- система подачи озоновоздушной смеси; 4- бункер для обработки семян

В шестой главе приведены технико-экономические показатели эффективности разработок.

Экономическая эффективность от внедрения электроозонирования в технологический процесс предпосевной обработки сахарной свеклы, получаемая на семенном заводе за пять лет, выраженная через чистый дисконтированный доход, составляет 28,5 млн. руб. при обработке 668 т семян. Экономическая эффективность, получаемая в хозяйстве от применения обработанного озоном семенного материала, за счет прибавки урожайности составляет 1,13 млн. руб./т. Применение озонирующей установки для предпосевной обработки семян кукурузы повышает урожайность культуры на 23,7 ц/га, обеспечивает годовой дополнительный эффект в расчете на 1 га площади – 10,7 тыс. руб., а на 1 т урожая зерна – 1,2 тыс. руб., годовой дисконтированный доход равен 1532 тыс. руб.

Экономическая оценка применения электроозонирования для обработки пчелиных семей производилась для двух технологий в сравнении с контрольными образцами пчелосемей, которые не подвергались электроозонированию. Экономическая эффективность от применения технологии электроозонирования для стимуляции весеннего развития для 100 пчелиных семей, выраженная через чистый дисконтированный доход, составляет: разведенческое направление ЧДД=59070 руб., срок окупаемости 2 года; медотоварное направление ЧДД=399170 руб., срок окупаемости 0,3 года. Данные свидетельствуют об экономической эффективности капиталовложений в технологию стимуляции электроозонированием весеннего развития пчелиных семей.

общие Выводы

Выполненный комплекс исследований обеспечил разработку основных теоретических положений и научно-технических решений, раскрывающих закономерности технологического процесса электроозонной обработки биологических объектов. Полученные результаты обеспечивают возможность создания технологических процессов применения озона для повышения количества, качества и сохранности сельскохозяйственной продукции.

Они позволяют сделать следующие выводы:

1. На основании проведенных исследований впервые разработан единый подход в оценке методов и результатов воздействия электроозонной обработки на сельскохозяйственные биологические объекты, в частности отсутствовали обобщающие показатели воздействия, не были определенны эффективные дозы обработки большинства видов семян, не полностью разработаны технологии и оборудование, адаптированное к условиям сельскохозяйственного производства. Указанные недостатки не позволяли электроозонным технологиям найти широкое применение в АПК. Системный подход к изучению технологических процессов электроозонирования сельскохозяйственных биообъектов является методологической основой решения поставленной задачи, позволяющей рассматривать создание технологии как систему взаимосвязанных подсистем, объединенных общими понятиями теории, эксперимента и практики.
2. Предложенная классификация электроозонных технологий позволяет выявить общие закономерности влияния озона на сельскохозяйственные биологические объекты, включающие стимулирующее воздействие и снижение нагрузки на иммунитет за счет уменьшения бактерицидной обсемененности биообъекта, как следствие -минимизация энергетических затрат, что приводит к увеличению продуктивности сельскохозяйственного биообъекта. Разработана универсальная структура электроозонных технологий сельскохозяйственного назначения, позволяющая унифицировать процесс их проектирования.
3. В результате теоретических и экспериментальных исследований разработана методика определения дозы обработки озоном семян сельскохозяйственных культур, построена номограмма для расчета необходимой дозы обработки семян озоном в зависимости от площади поверхности и массы тысячи семян, позволяющая рассчитать наиболее эффективную дозировку электроозонной обработки различных сельскохозяйственных культур.
4. Проведены теоретические и экспериментальные исследования по распределению концентрации озона в слое семян в зависимости от скорости воздушного потока, расстояния от источника подачи озоновоздушной смеси, позволившие выполнить аэродинамический расчет системы равномерной обработки семян и разработать технологический процесс предпосевной обработки семян электроозонированием.

5. Проведенный анализ характера взаимодействия озона и обрабатываемых семян позволяет сделать вывод о том, что предпосевная обработка семян озоном дает возможность: повысить всхожесть, энергию прорастания, силу роста семян; обеззараживать семена от возбудителей болезней; снизить энергозатраты семян на преодоление вредного действия болезнетворных микроорганизмов, за счет снижения вирусной и бактерицидной обсемененности; стимулировать рост и развитие проростков семян, активизировать физиологические процессы, повысить их адаптационные возможности в неблагоприятных условиях; обеспечить повышение продуктивности и увеличение урожайности растений, а также стабилизировать и улучшить качество выращиваемой сельскохозяйственной продукции.
6. На основании экспериментального исследования режимных параметров предпосевной обработки семян кукурузы озоном, построены математические модели, определяющие взаимосвязь энергии прорастания, всхожести и силы роста от времени продолжительности обработки, концентрации озона, времени отлежки семян перед севом. Данные модели позволили установить режим предпосевной обработки, повышающий энергию прорастания семян кукурузы на 10,5%, всхожесть на 15%, силы роста на 6%; время воздействия 6 минут, концентрация 32 мг/м3, время до сева 20 дней. Для семян сахарной свеклы- повышающий энергию прорастания на 13% и всхожесть на 20%: время воздействия 4 минуты, концентрация 24 мг/м3, время до сева 30 дней. Согласно полученным режимам разработана электроозонная технология и оборудование предпосевной обработки семян для семенных заводов и растениеводческих хозяйств.
7. Разработана математическая модель, устанавливающая взаимосвязь степени развития пчелиных семей с параметрами внутриульевого микроклимата, позволяющая теоретически обосновать увеличение весеннего развития при электроозонировании. Разработаны технология электроозонирования пчелиных семей и электроозонатор, позволяющие производить обработку одновременно 4-х пчелиных семей в 3-х режимах: 1) стимуляции развития, 2) профилактики и лечения аскосфероза, 3) лечения аскосфероза с тяжелыми клиническими признаками и других болезней пчел. Конструкция и способы защищены 7 патентами РФ.
8. На основании экспериментального исследования режимных параметров электроозонирования пчелиных семей построена математическая модель, определяющая зависимость степени развития от концентрации озона, экспозиции и периодичности обработок. Данная модель позволила установить режим электроозонирования, улучшающий весеннее развитие пчелиных семей на 39%: концентрация 32 мг/м3, экспозиция 24 часа, с периодичностью 1 раз в сутки, в течении 24дней. Установлены режимы электроозонирования против аскосфероза: а) для профилактики и лечения - концентрация озона 250 мг/м3, экспозиция 1 час, двукратно с периодичностью 7 дней; б) с тяжелыми клиническими признаками - концентрация 500 мг/м3, экспозиция 1 час, четырехкратно с периодичностью 7 дней.
9. Получена совокупность зависимостей по влиянию параметров и режимов на процесс образования озона, позволившая синтезировать принципиально новую конструктивно-технологическую схему электроозонатора, дающую возможность увеличить напряженность электрического поля в разрядном промежутке с 16 до 20,7 кВ/см, или на 29%, что обеспечивает более высокий коэффициент мощности (до = 0,43), увеличивая на 31% активную мощность разрядного устройства и соответственно более высокую производительность озонатора.
10. Технико - экономические расчеты показали, что применение технологии электроозонной предпосевной обработки семян кукурузы повышает урожайность культуры на 23,7 ц/га, обеспечивает годовой дополнительный эффект в расчете на 1 га площади – 10,7 тыс. руб., годовой дисконтированный доход равен 1532 тыс. руб. Экономическая эффективность от внедрения электроозонирования в технологический процесс предпосевной обработки сахарной свеклы, получаемая на семенном заводе за пять лет и выраженная через чистый дисконтированный доход, составляет 28,5 млн. руб. Экономическая эффективность от технологии электроозонирования для стимуляции весеннего развития на 100 пчелиных семей, выраженная через чистый дисконтированный доход, составляет: разведенческое направление -59070 руб.; медотоварное направление -399170 руб.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Публикации в центральных изданиях, включённых в перечень периодических изданий ВАК РФ

1. Нормов Д.А. Предпосевная обработка семян озоном / Д.А. Нормов, С.В. Оськин // М.: «Механизация и электрификация сельского хозяйства» №11, 2004 г. - С. 7.

2. Нормов Д.А. Повышение энергетической эффективности электроозонаторов / Д.А. Нормов, Д.А. Овсянников // М.: «Механизация и электрификация сельского хозяйства» №11, 2004 г. - С. 29-30.

3. Нормов Д.А. Предпосевная обработка семян кукурузы озоно-воздушной смесью / Д.А. Нормов // М.: «Механизация и электрификация сельского хозяйства» №8, 2007.- С. 24.

4. Нормов Д.А. Предпосевная обработка семян кукурузы озоно-воздушной смесью / Д.А. Нормов, А.А. Шевченко, Р.С. Шхалахов, А.В. Квитко // М.: «Механизация и электрификация сельского хозяйства» №8, 2007.- С. 23-24.

5. Нормов Д.А. Снижение энергоемкости работы электроозонатора при использовании явления электрического резонанса / Д.А. Нормов, Р.А. Амерханов// г. Ростов-на-Дону.: «Известия высших учебных заведений, Северо-Кавказкий регион» / Технические науки// №2, 2008.- С 53-57.

6. Нормов Д.А. Предпосевная обработка семян озоновоздушной смесью как фактор повышения урожайности зерновых культур /Д.А. Нормов, Е.А. Сапрунова// КубГАУ.: «Труды Кубанского государственного университета» №3(12), 2008.- С 224-227.

7. Нормов Д.А. Математическое моделирование физических процессов в электроозонаторах барьерного типа /Д.А. Нормов// КубГАУ.: «Труды Кубанского государственного университета» №3(12), 2008.- С 231-235.

8. Нормов Д.А. Влияние озоновоздушной обработки на фитопатогенную микрофлору в овощехранилище /Д.А. Нормов, А.А. Шевченко // КубГАУ.: «Труды Кубанского государственного университета» №4(13), 2008.- С 208-210.

9. Нормов Д.А. Схема питания электроозонатора /Д.А. Нормов, А.А. Шевченко // КубГАУ.: «Труды Кубанского государственного университета» №5(14), 2008.- С 192-194.

10. Нормов Д.А. Электроозонные технологии в сельскохозяйственном производстве / Д.А. Нормов, И.Ф. Бородин// М.: «Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук» №1, 2009.- С 57-59.

11. Нормов Д.А. Применение электроозонирования для повышения посевных качеств семян / Д.А. Нормов, А.А. Шевченко// М.: «Сельский механизатор» №1, 2009.- С 14-15.

12. Нормов Д.А. Влияние обработки озоно-воздушной смесью на лежкость баклажанов / Д.А. Нормов, Е.А. Федоренко// М.: «Гавриш» №1, 2009. С 32-34.

13. Нормов Д.А. Применение озона для предпосевной обработки семян / Д.А. Нормов, Е.А. Федоренко// М.: «Сахарная свекла» №1, 2009. С 17-24.

2. Монографии

14. Нормов Д.А. Параметры электроозонирования для предпосевной обработки семян кукурузы/Д.А. Нормов, А.А. Шевченко, Е.А. Сапрунова, Р.С. Шхалахов, Т.А. Нормова// Монография// КубГАУ.- Краснодар, 2007.