Зоотехнические рекомендации по дозам и режимам ионизации воздуха в помещениях

Таблица 1

Вид животных, птицы, помещения	Концентрация отрицательных аэроионов, 105 ион/м3	Режим аэроионизации в течении суток
Телята до 1 мес.	2,0	Ежедневно по 6…8 ч
Коровы	2,5	В течение 15…20 дней по 5…8 ч, перерыв на 15…20 дней, повтор
Быки-приозводители	3,0	В течение 2 мес. По 8…10 ч. Перерыв на 20…30 дней, повтор
Поросята	4,0	В течении 3…4 недель по 0,5 ч 2 раза в день, перерыв 1 мес, повтор
Свиньи	5,0	В течении 3…4 недель по 0,5 ч 2 раза в день, перерыв 1 мес, повтор
Цыпляты	0,25	Возраст 3…20 сут. – 1…2 ч, 20…40 сут. – 3 ч., 40…60 сут. – 4 ч.
Птица	0,3…1,6	Возраст 60…80 сут. От 0,5 до 4 ч., 80…100 сут. От 5 до 10ч. Чередование 5 сут. Ионизация, 5 сут. Перерыв
Бройлеры	0,65	3…18 сут. – 0,5 ч., 11…40 сут. – 2 ч., 40…65 сут. – 3 ч. Три дня ионизация, три дня пауза
Куры-несушки	1,5…2,5	Увеличение от 4 до 12 ч. Чередование: 1 мес. Ионизация, 1 мес. Перерыв
Инкубаторы	0,13	Круглосуточно 19 дней

или , (1)

где: n – концентрация аэроионов в помещении, ион/м³, е=1,6·10^-19 Кл – заряд аэроиона, принять равным заряду электрона; ε₀=8,85·10^-12 Ф/м – электрическая постоянная.

В табл. 2: r, R – радиусы коронирующего и осадительного электродов, м; h – расстояние между коронирующими и осадительным электродами (плоскостью), м; r₃ – радиус закругления иглы, м; k - подвижность аэроионов, м²/(В с); U_p – напряжение на разрядной линии, В.

Ток (i, I) разрядного устройства, А/м или А (табл. 2).

Поток аэроионов, ион/(м с) или ион/с

N­_i=i/e, N_i=I/e. (2)

Длина разрядной линии l₁ или количество разрядных игл (k₀), приняв среднюю продолжительность жизни аэроиона τ=10 с

L_i=nV/(N_iτ), K_и=nV/(N_iτ), (3)

где V – объем помещения , м³.

Ток разрядной линии (I_pi) или разрядных игл (I_pl)

I_pl=il_p, I_pl=k_и I . (4)

Мощность разрядной линии

P_p=k_зI_piU_p, P_p=k₃I_plU_p, (5)

где k₃=1,1…1,2 – коэффициент, учитывающий понижение напряжения в сети.

Мощность источника питания

P_u=P_p/η, (6)

где: η=0,1…0,2 – КПД источника питания и линии, соединяющий источник с разрядным устройством.

2. Схема и формулы к расчету зарядных устройств аэроионизаторов

Схема расположения коронирующих электродов	Напряжение зажигания короны, В, при атмосферном давлении 1,013·103Па и 200С	Ток короны
1. Коаксиальные цилиндры -		. А/м
2. Провод – плоскость		. А/м

3 . Провод между плоскостями		. А/м
4. Игла – плоскость		. А/м

Рис 1. Игольчатый электроразрядник: 1 – игла швейная №3; 2 – провод экранирующий; 3 – корпус; 4 – основание для крепления игл; 5 – крышка изоляционная; 6 – провод токопроводящий

Пример. Рассчитать разрядное устройство аэроионизатора для помещения, в котором содержат телят в возрасте до 1 месяца. Схема помещения показана на рис. 2. Расчетная высота помещения 4 м.

Концентрация отрицательных аэроионов для телят возрастом до 1 месяца составляет 2·10¹¹ ион/м³ (табл. 1). Продолжительность ионизации воздуха 6…8 ч. в сутки.

Рис.2. Схема размещения аэроионизационной установки в животноводческом помещении: 1 – щит силовой; 2 – блок питания аэроионизатора; 3,5 – кабель РК=75-17-21, соединяющий блок питания с разрядной линией; 4 – изоляторы; 6 – трос; 7 – линия разрядная (провод ПБД 1×2); 8 – устройство натяжное.

Разрядное устройство выполняем из провода ПБД1×2. Провода натягиваем в помещении на h≥2,5 м от пола над зоной содержания животных. Расчетная схема расположения коронирующих электродов соответствует позиции 3 в табл. 2. Радиус коронирующего электрода равен радиусу ворсинок хлопчатобумажной оплетки провода, r=3,5·10^-5 м. Высота h между коронирующим проводом и полом составляет 2,5 м., потолком – 1,5 м. Расчетной высотой принимаем h=2,5 м.

Высокое напряжение получают в схеме умножения напряжения. Пример одной из таких схем показан на рис. 3.

В первый полупериод напряжения конденсатор С1 заряжается до напряжения U_cl=U_2max. Во второй полупериод С2 заряжается через С1 и вентиль VD2 до напряжения C_c2=U_2max+U_cl=2U_2max, в третий – С3 через С2, VD3 и С1 до U_с3= U_2max+U_{c2 ­}- U_cl=2U_2max и т. д. Каждый конденсатор за исключением С1 заряжается до напряжения 2U_2max. Выходное напряжение схемы умножения на холостом ходу U_р=рU_2max, где р – число конденсаторов в схеме. Максимальное обратное напряжение на вентиле U_обр=2U_2max.

Несимметричная схема выпрямления с умножением напряжения (рис. 3) содержит общую точку для трансформатора и нагрузки, которая может быть заземлена. Это важное преимущество таких схем, с точки зрения безопасности.

IN~50Гц 380/220В

Рис. 3. Схема выпрямления и умножения напряжения

Разрядное устройство выполняем из провода ПБД1×2. Провода натягиваем в помещении на h≥2,5 м от пола над зоной содержания животных. Расчетная схема расположения коронирующих электродов соответствует позиции 3 в табл. 2. Радиус коронирующего электрода равен радиусу ворсинок хлопчатобумажной оплетки провода, r=3,5·10^-5 м. Высота h между коронирующим проводом и полом составляет 2,5 м., потолком – 1,5 м. Расчетной высотой принимаем h=2,5 м.

Исходными данными к разработке источника питания являются напряжения U_p и ток I_p разрядной линии, мощность источника питания P_н и др.

Высокое напряжение получают в схеме умножения напряжения. Пример одной из таких схем показан на рис. 3.

В первый полупериод напряжения конденсатор С1 заряжается до напряжения U_cl=U_2max. Во второй полупериод С2 заряжается через С1 и вентиль VD2 до напряжения C_c2=U_2max+U_cl=2U_2max, в третий – С3 через С2, VD3 и С1 до U_с3= U_2max+U_{c2 ­}- U_cl=2U_2max и т. д. Каждый конденсатор за исключением С1 заряжается до напряжения 2U_2max. Выходное напряжение схемы умножения на холостом ходу U_р=рU_2max, где р – число конденсаторов в схеме. Максимальное обратное напряжение на вентиле U_обр=2U_2max.

Несимметричная схема выпрямления с умножением напряжения (рис. 3) содержит общую точку для трансформатора и нагрузки, которая может быть заземлена. Это важное преимущество таких схем, с точки зрения безопасности.

Формулы и последовательность расчета схемы умножения даны в примере.

ЗАДАЧА. Рассчитать несимметричный выпрямитель с шестикратным умножением напряжения (рис. 3). Напряжения на разрядной линии U_р=13,1 кВ, ток I_p=8,6·10^-6 A. Вторичное сопротивление трансформатора с нагрузкой R_2м=U_p /I_д, I_д=4·10^-3 А – допустимое значение силы тока по условиям техники безопасности.

Последовательность расчета

Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения S≤0,1. Частота переменного тока f=50 Гц.

Безразмерный параметр

.

По величине А на рис. 4а определяем В.

Действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора

В.

Из рис. 4б по А находим F.

I_2max=pFI_р ,A.

По рис. 5а находим D.

Действующее значение тока на вторичной обмотке трансформатора.

, А.

Величина обратного напряжения на величине

В.

Принимаем конденсаторы с одинаковой величиной емкости

,мкФ.

По рис. 5б находим Н (при m=2), где m – количество выпрямляемых полупериодов напряжения сети.

Проверим величину емкости конденсатора по допустимой величине коэффициента пульсации по четной гармонике

,мкФ,

по нечетной гармонике

,мкФ.

Принимаем максимальное значение емкости каждого конденсата

3,3·10^-4 мкФ. Выбираем керамические конденсаторы К15-5 с емкостью

0,33 нФ.

Величина сопротивления R_орг, ограничивающего ток короткого замыкания в цепи разрядной линии

,Ом,

где: I_n=(5…10) I_p – полный ток разрядной линии с учетом утечки изоляции, А.

По условиям безопасности ток короткого замыкания линии должен превышать 4·10^-3 А, а ограничивающее сопротивление в случае должно быть не менее

,Ом

Выбираем резистор МЛТ1 с сопротивлением 330 Мом.

Мощность тепловых потерь в ограничивающем резисторе

По расчетным параметрам выбирают конденсаторы, вентили, резисторы, трансформатор схемы умножения, провода, соединяющие источник питания с разрядным устройством.

Рис. 4. Зависимость коэффициентов В, F от параметра А

Рис. 5. Зависимость коэффициентов D,H от параметра А

ТЕМА ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ: Расчет электрокоагулятора

белков

Задача расчета. Определить конструктивные параметры электрокоагулятора, отвечающие технологическим требованиям, напряжение между анодом и катодом, расчетную мощность.

Исходные данные. Физико-механические свойства, электрические, теплофизические характеристики обрабатываемого материала; параметры технологического процесса (производительность, изменение температуры, величины водородного показателя и др.); напряженность электрического поля, количество электричества и др.

Последовательность расчета. Методика разработана для расчета электрокоагуляторов, работающих по схеме, показанной на рис. 1.

Площадь электродов электрокоагулятора, м

католит

анолит

4

1

5

2

-

+

3

6

исходный материал

а

б

Рис. 1. Технологическая (а) и расчетная (б) схемы электрокоагулятора; 1 – катодное пространство; 2 – перфорированный катод; 3 – мембрана; 4 – анод; 5 – корпус; 6 – анодное пространство.

Площадь электродов электрокоагулятора, м

, (1)

где: k_n=1,05…1,10 - m_τ =m/τ – производительность электрокоагулятора, кг/с; m – масса обрабатываемого материала, кг; τ - время коагуляции, с; E – напряженность электрического поля между адоном и катодом, В/м; Д_Т – удельное количества электричества, Кл/кг; γ_pH –зависимость удельной электрической проводимости материала от pH; pH_H, pH_k – значение водородного показателя среды до и после коагуляции.

Зависимости γ_pH(pH), Д_Т (pH) определяют опытным путем. Например, для сока картофеля

γ_pH=0,056+0,182pH-0,016pH², (2)

Д_Т=(32,5-5 pH)·10^-3. (3)

С учетом (2), (3) площадь электродов электрокоагулятора белков картофельного сока

. (4)

Гидравлическая нагрузка на электрическую камеру не должна превышать m _τ1=0,2…0,3 кг/с.

Количество: анодов n_a=m _τ/m _τ1, катодов n_k=2n_a, мембран n_M=n_k, электродных камер N=n_k. (5)

Площадь одного электрода

S₁=S/n_k. (6)

Расстояние между анодом и катодом l, соотношение объемов анодной V_a и катодной V_k камер определяют опытным путем по условиям равномерности циркуляции обрабатываемого материала и выделению максимального количества коагулирующих белков. Для картофельного сока

l=0,04…0,05; V_a/ V_k=l_a/l_k=3,5…4,5, (7)

где: l_a, l_k – ширина анодной и катодной камер, м (рис. 1б).

Высота электрода

, (8)

где: v_c=(5…7)·10^-3 ь/с – средняя скорость движения обрабатываемого материала в межэлектродном пространстве; р – плотность материала, кг/м³.

Ширина электрода

B=S₁/h/ (9)

Толщина анодов ∆l_а и катодов ∆l_к определяют, исходя из скорости эрозии материала электродов. Так, для электрокоагулятора белков сока картофеля

∆l_а=0,01 м, ∆l_к=0,001 м. (10)

Размеры мембраны принимают на 1-% больше размеров катодов.

Ширина анодной L_a и катодной L_к камер

L_a=2l_а+ ∆l_а, L_к =l_k+2 ∆l_к +2 ∆l_м, (11)

где: ∆ - толщина мембраны, м

длина В, ширина L и высота электрокоагулятора белков Н

В=b+ ∆, L= L_к n_k+ L_an_a + ∆, H=h+∆, (12)

где: ∆- суммарная толщина стенок, зазоров, изоляционного покрытия и т. д. Принимают 2…3% соответствующих размеров электрокоагулятора.

Расчетное напряжение между анодом и катодом

U=El. (13)

Расчетная мощность электрокоагулятора

, (14)

где: γ_ср – средняя удельная электрическая проводимость материала в диапазоне рН, См/м, определяют по формуле

. (15)

ЗАДАЧА. Рассчитать электрокоагулятор белков картофельного сока производительностью 2 кг/с. Начальное значение водородного показателя рН_Н=6,5, конечное рН_к4,8. Напряженность электрического поля между анодом и катодом Е=400 В/м. плотность картофельного сока р=1028 кг/м³.

ТЕМА ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ: Расчет параметров рабочей камеры установки обработки электрическим током влажных кормовых материалов

Задача расчета.

Определить конструктивные размеры электродной системы и рабочей камеры, обеспечивающие необходимую мощность, производительность и режимы обработки. Расчет дан применительно к установки поршневого прямоходного типа (рис.1) для обработки плющенного увлажненного фуражного зерна, измельченной соломы, кормового картофеля, других подобных влажных полидисперсных систем.

Исходные данные.

Вид, электро- и теплофизические свойства обрабатываемого материала, производительность установки, напряжение питание камер, их число, материал электродов, стенок и др.

Расчет является приближенным (техническим), основанным на использование экспериментальных данных. Приведенные в таблицах численные значения величин, характеризующие физические свойства материалов, получены эмпирически при некоторых условиях и характеризуют лишь порядок величин. Их значение зависит от вида (сорта) растений, климатических условий произрастания, сроков хранения, условий предварительной обработки и т. д. В конкретных условиях для надежности расчетов численные значения параметров необходимо уточнить. Методика расчета при этом не изменяется.

Последовательность расчета.

Определяют расчетную мощность Р_р установки по формулам

; ,

где = m_τ – производительность установки, кг/ч; с- средняя за время обработки удельная теплоемкость кормовых материалов, Дж/(кг С); - коэффициент запаса; - тепловой КПД установки; = 0,5…0,98 – электрический КПД установки.

Разрабатывают конструктивную и электрическую схемы установки, определяют число рабочих камер в фазе n, обеспечивают напряжение питания камер U.

Производительность на 1 камеру, кг/ч

, (1)

Мощность одной камеры, Вт

. (2)

Среднее за время обработки значение силы тока в одной камере

I_I=P_I/U. (3)

Принимают из рекомендуемых значений допустимую напряженность поля Е в межэлектродном пространстве (табл. 1) и находят межэлектродное расстояние, м

l=U/E (4)

Задают значение ширины электродов b в пределах

b=(2…3) l. (5)

Используя общее выражение для температурной характеристики удельной электрической проводимости влажной кормовой массы

γ_t = γ₂₀ (l+αΘ+βΘ²) (6)

находят среднее за время обработки значение.

, (7)

где Θ=(t-20), γ₂₀ – удельная электрическая проводимость массы при 20⁰С, см/м; α и β – эмпирические коэффициенты удельной электрической проводимости γ_макс имеет место при Θ_макс;

Θ_макс= α/β. (8)

Если Θ_макс>Θ₂=(t₂-20), то γ_макс находят по (7) для Θ₂.

Длина электродов, м

. (9)

Максимальная плотность тока на электродах, А/м²

J_макс=U γ_макс/l. (10)

Должно соблюдаться условия J_макс < J_доп, где J_доп – допустимое значение плотности тока (табл. 1).

Толщина разовой уплотненной порции (подачи) корма (рис. 1):

, (11)

где μ – коэффициент бокового давления кормовой массы; f_c – коэффициент трения массы по стенкам камеры; q₀ - среднее значение остаточного бокового давления в рабочей камере, Па; k_H – коэффициент неравномерности уплотнения массы по длине камеры (0,7…0,8) р – давление уплотнения, Па (табл. 1).

Расстояние от края электродов до выхода из камеры (расстояние безопасности).

. (12)

Расчетная длина рабочей камеры (рис. 1), м,

L_p=d+h+c. (13)

Длина рабочей камеры, необходимая для обеспечения требуемого уплотнения массы, м.

, (14)

где f­₃ – коэффициент трения массы по электродам.

Должно выполняться соотношение L_k >L_р при допустимом расхождении не более 10%.

Степень уплотнения кормовой массы в рабочей камере

, (15)

где Р_н – плотность насыпной массы корма (в приемной камере); Р_у – плотность уплотненной массы (в рабочей камере); Р_n – пикнометрическая плотность массы (табл. 2).

Длина отверстия загрузочной (приемной) камере

А=k_y/k_pg, (16)

где k_зп – коэффициент заполнения загрузочной камеры (1,1…1,2).

Длина хода поршня А=а+ .

Частота ходов поршня, l/c

, (17)

где V_зп – вместимость загрузочной камеры, м³,

V_зп=abl. (18)

Время (продолжительность) обработки корма в электрическом поле электродной системы, с

τ=h/δv (19)