4 Батареи напряжением 45 в, включенные после­довательно, или сеть 50 Гц 220 в 11,5 1...2 8...10

<700 <0,3

Максимальная огораживающая площадь, га

Длина ТВЛ, м

Источник питания генератора импульсов

Потребляемая мощность при питании от сети, Вт

Частота импульсов, Гц

Амплитудное значение импульсного напряжения

на ТВЛ, кВ

Амплитудное значение силы импульсного тока, мА

Количество электричества в импульсе тока, мКл

Во время работы ЭИ необходимо следить за чистотой и исправ­ностью изоляторов, надежностью подключения генератора к про­воду и заземлителю. Трава и другие растения не должны касаться провода ТВЛ.

2.6.3. Применение сильных электрических полей. Электронно-ионная технология

Электронно-ионная технология (ЭИТ) связана с использова­нием сильных электрических полей для создания целенаправлен­ного и упорядоченного движения электрически заряженных час­тиц вещества. Действующий электрический фактор в установках ЭИТ — сильное электрическое поле напряженностью более 100кВ/м (электростатическое или в виде коронного разряда), объект обработки — заряженные частицы вещества (твердого, жидкого, газообразного). В сельскохозяйственном производстве ЭИТ используют для очистки, сортировки и предпосевной обра­ботки семян, очистки воздуха и осаждения различных аэрозолей и ядохимикатов, окраски изделий и т.д. [14].

Электрические сепараторы. Их используют для очистки и сор­тировки семян зерновых культур. По сравнению с механическими сепараторами они позволяют повысить качество очистки, полу­чить семена с лучшими посевными показателями и более высокой урожайностью.

304

По способу заряда частиц электрические сепара­торы подразделяют на электростатические, электрокоронные, ди­электрические и пр.; по конструктивному исполне­нию—на камерные, барабанные, транспортерные и др.

На рисунке 2.47 показаны наиболее распространенные схемы электрической сепарации зерна с использованием электрокорон­ного камерного (а) и диэлектрического барабанного (б) сепараторов. Коронирующий электрод сепаратора камерного типа (см. рис. 2.47, а) выполнен в виде горизонтально расположенных про­волочек диаметром 0,2...0,3 мм, к которым, как и к электроду 2, подведено напряжение 30...40кВ. Траектория падения семян и других частиц, попадающих в поле коронирующего электрода и получающих отрицательный заряд 0, определяется результирую­щей силой Р-1, равной геометрической сумме силы тяжести Р = т§ и электрической силы поля Н:

Р_к = ОЕ, (2.141)

где 0 — заряд частицы, Кл; ^—напряженность электрического поля в месте рас­положения частицы, В/м.

Таким образом Р_ъ = ^р² + Р².

Заряд зерна, обычно имеющего вид эллипсоида вращения,

м²; Еп —

где 5—площадь сечения эллипсоида, перпендикулярного потоку ионов, м²; о диэлектрическая проницаемость вакуума, 8,854 • 10~¹² Ф/м; Кф — диэлектричес­кий коэффициент формы частицы.

Значение диэлектрического коэффициента формы зависит от диэлектрической проницаемости и коэффициента сферичности

Рис. 2.47. Схемы установок для электрической сепарации зерна:

а — электрокоронный камерный сепаратор; 6 — диэлектрический барабанный сепаратор; 1 —

коронирующий электрод; 2 — осадительный электрод; 3 — сепарационные секции; 4 — бифи-

лярная обмотка; 5—барабан; 6— щеточный токоподвод; 7—источник питания

20-6572 305

20*

эллипсоида К:

(2,143)

К = Ь/а, где Ь и а — размеры малой и большой оси эллипсоида, м.

Таким образом осуществляется сепарация семян и засоряющих частиц в зависимости от их массы и диэлектрических свойств.

Диэлектрический сепаратор барабанного типа (см. рис. 2.47, б) состоит из барабана, на котором расположена бифилярная обмот­ка из изолированного провода, подключенного к источнику высо­кого напряжения 1...5 кВ, установленному внутри барабана и по­лучающему электропитание от сети через контактные кольца со щетками. Между витками бифилярной обмотки вращающегося барабана образуется электрическое поле, под действием которого момент отрыва заряженных семян и частиц будет определяться их массой, поверхностной шероховатостью и др. В результате осуще­ствляется сепарация зерна с разделением на фракции.

Коронный барабанный сепаратор, показанный на рисунке 2.48, наиболее надежен и производителен.

В нем семена из загрузочного бункера 3 поступают на поверх­ность заземленного вращающегося барабана 6 и оказываются в поле коронного разряда, где происходит их зарядка. В данном слу­чае семена получают отрицательный заряд коронирующего элект­рода 5, состоящего из пяти тонких проволочек с радиусом г₀ = 0,15. ..0,25 мм.

В зоне действия поля коронного разряда на частицы 4 действу­ют следующие силы: сила тяжести Р₈, которую можно разложить

на нормальную Г₆\ и тангенци­альную Р%2\ центробежная сила Гц, электрические силы Г_к и ^₃-Силы ^_ц и Р„2 стремятся оторвать частицу от барабана, силы Г_&\, Р_к и Р₃ прижимают ее к барабану.

Рис. 2.48. Схема коронного барабанно­го сепаратора:

/ — приемный бункер; 2— щетка; 3— загру­зочный бункер; 4—частица (зерно); 5—ко-ронирующий электрод; 6 — вращающийся барабан; 7— подвод высокого напряжения

306

где й — расстояние от коронирующего электрода до барабана, м.

Сила Р_к действия электричес­кого поля на частицу отмечалась нами ранее. Сила Д, вызванная взаимодействием заряда частицы с электродом (барабаном), на­звана силой зеркального отобра­жения и определяется выраже­нием, Н,

Знак «минус» в выражении (2.144) означает, что сила Р₃ направ­лена в сторону барабана.

Если' частица не отрывается от барабана в верхней его части, она, оставаясь на нем, выходит из зоны поля и оказывается на нижней части барабана. Напряженность поля в этой части посте­пенно спадает до нуля, сила Р_к исчезает, а сила Р_& становится от­рывающей. Заряд частицы на нижней части заземленного бараба­на постепенно уменьшается, поэтому уменьшается и сила р₃.

В зависимости от суммарного действия сил одни частицы от­рываются от барабана в верхней его части, другие — вне зоны поля коронного разряда, третьи могут быть отделены от него только специальной щеткой 2. Поскольку все указанные силы зависят от свойств семян, то семена с различными свойствами отрываются в разных точках барабана и попадают затем в разные секции прием­ного бункера /.

Допустим, что частица оторвется от барабана тогда, когда ре­зультирующая сила, нормальная к поверхности барабана, окажет­ся равной нулю. В этом случае условие отрыва частицы в зоне поля коронного разряда имеет вид

Силы Р_ц и Р_%, Н, могут быть найдены из выражений:

Р_п = тУЯъ; (2.147)

Г₈=Щ, (2-148).

где т — масса частицы, кг; V — окружная скорость барабана, м/с; Ле — радиус ба­рабана, м; # —ускорение свободного падения, #= 9,81 м/с².

Для частиц в форме двухосного эллипсоида

где V— объем эллипсоида; р — плотность материала.

При расчете силы Р₃ можно для двухосного эллипсоида, лежа­щего на барабане малой осью нормально к поверхности, исполь-

307

₁

зовать выражение

(2.150)

, б²

т щЬ²

Коронный барабанный сепаратор может быть использован для окончательной очистки семян зерновых, овощных культур, трав; удаления головневых примесей; обеспыливания семян; сортиро­вания путем отделения травмированных, проросших семян и се­мян с пониженной массой.

Оптимальные конструктивные параметры барабанных сепара­торов следующие: К_б= 100...200мм; г_о = 0,15...0,25мм; Л = 80... 100 мм; с?=75...125мм; зона поля занимает четверть окружности (2В/4 В/2)

Режимные параметры электросепараторов: II = 20...50 кВ; час­тота вращения барабана — 20...80 об/мин; на 1 м длины барабана производительность составляет 2,5...4,0 т/ч (на семенах зерновых); сила тока короны /= 0,1...1,0 мА.

Пример. Рассчитать параметры коронного сепаратора.

Условие. Имеется зерновая смесь из семян льна и сорняка-плевела. Размеры семян льна: 0] = 4,1 мм; Ь\ = 2,3 мм³; ^ = 10,3 мм³; /«1=4,3 мг. Размеры семян плевела: а₂ — 4,2 мм; Ь₂ = 2 мм; К₂ = 11,5 мм³; т_г = 4,35 мг. Относительная диэлек­трическая проницаемость е_г= 26. Напряженность внешнего поля Ец = 5 кВ/см.

Найти заряд частиц и определить возможность их разделения в камерном и барабанном коронных сепараторах. Определить оптимальную напряженность поля при сепарации на барабанном камерном сепараторе при частоте вращения барабана п = 40 мин"¹. Радиус барабана /^ = 100 мм.

Решение. Заряд частицы в данном случае удобнее определить по выражению

(2.151)

В указанных выражениях р = ти/К; находим р! = 4,3/10,3 = 0,41 мг/мм³; р₂ = 4,35/11,15 = 0,39 мг/мм³. Для льна подсчитываем:

Для плевела аналогичным образом получаем С_пк = 2,44; С_п.б = 48,7. По полученным значениям С определяем, что надежное разделение частиц будет проходить в барабанном сепараторе: С_п б плевела намного больше С_л д льна. В камерном сепараторе разделения частиц практически не будет. Находим оптимальную напряженность поля на барабанном сепараторе:

При И = 80 мм = 0,08 м приложенное напряжение источника питания корон­ного разряда должно быть 1] — ЕН= 365 ■ 0,08 = 29,2 кВ.

Установлено, что семена зерновых и других сельскохозяйственных культур, подвергшиеся воздействию электрического поля, увеличивают свою биологичес­кую активность. В результате этого урожайность культур повышается (для зерна — на 10...20 %, для кукурузы — на 17...25 %).

Электроаэрозольные аппараты и установки. Их применяют для эффективного и целенаправленного осаждения в электрическом поле взвешенных в газообразной среде мелких электрически заря­женных частиц вещества размером до долей миллиметра.

309

В сельскохозяйственном производстве электроаэрозольную технологию используют для обработки различными химикатами растений и семян, профилактики и лечения животных и птиц, де­зинфекции и дезинсекции помещений, окраски изделий в ремон­тном производстве и т. д.

При переводе веществ в аэрозольное состояние их площадь на единицу массы значительно увеличивается. Поэтому аэрозоли обладают повышенной физико-химической активностью. В част­ности, после электроаэрозольной обработки семян урожайность сельскохозяйственных культур повышается на 12...18%, при аэрозольной электроокраске расход краски уменьшается в 3...4 раза.

Электрические фильтры. Их используют для очистки воздуха и других газообразных веществ в электрическом поле коронного разряда. Заряженные полем коронного разряда частицы вещества под действием сил этого же поля осаждаются на электроде-улови­теле, а оттуда периодически удаляются. Электрические фильтры способны улавливать очень мелкие частицы веществ размером до 0,01 мкм и имеют крайне малое аэродинамическое сопротивле­ние, что позволяет их эффективно совмещать с системами прину­дительной вентиляции.

В ЧГАУ разработаны электрические фильтры для очистки воз­духа помещений малого объема. Это ионный вентилятор-фильтр (ИВФ) и электростатический фильтр (ЭСФ).

Электростатический фильтр представляет собой набор плос­ких параллельных пластин, выполненных из диэлектрического материала, на которые подается постоянное высокое напряже­ние. Потенциальные и заземленные осадительные пластины (электроды) чередуются между собой. Пластины расположены в корпусе из диэлектрического материала и образуют ячейку. Час­тицы пыли, находящиеся в воздушном потоке, проходящем че­рез фильтр, попадают в электрическое поле межэлектродного промежутка и под действием сил этого поля осаждаются на том или ином электроде.

Отличительная особенность ЭСФ — отсутствие зоны искусст­венной зарядки частиц, поэтому осаждение их в таком фильтре происходит за счет их естественного заряда.

При поступлении в электрофильтр частицы имеют естествен­ный заряд, как положительный, так и отрицательный. В общем случае на частицу действуют следующие силы:

где Р_т — сила тяжести; Р_к — сила, обусловленная взаимодействием электрическо­го поля и заряда частиц (кулоновская сила); Р_Е— сила, обусловленная неравно­мерным распределением напряженности электрического поля; Р_с — сила сопро­тивления среды.

310

Сила, обусловленная неравномерным распределением элект­рического поля Ре, для сферической частицы с диэлектрической проницаемостью е — основная по степени воздействия на частицу пыли и имеет вид

где ео — электрическая постоянная (диэлектрическая проницаемость вакуума); а — радиус частиц; е — диэлектрическая проницаемость частиц пыли. Неравно­мерность электрического поля определяет градиент квадрата напряженности

\Е²

Для повышения неравномерности поля, а следовательно, для повышения степени очистки фильтра применяют разные конст­рукции осадительных пластин с шероховатой поверхностью.

В результате исследования работы электростатического фильт­ра на конвективных потоках, скорость которых до 1 м/с, получена достаточно высокая эффективность очистки воздуха.

Благодаря применению таких фильтров в малообъемных поме­щениях сельскохозяйственного и другого назначения обеспечива­ют снижение концентрации пыли до предельно допустимых зна­чений и поддержание заданной чистоты воздуха на требуемом уровне.

Электрические ионизаторы и озонаторы. Их используют для ис­кусственной ионизации и озонирования воздуха в животноводчес­ких и птицеводческих помещениях, хранилищах сельскохозяй­ственной продукции. Ионизация и озонирование воздуха осуще­ствляются электрическим полем коронного разряда разной напря-. женности, создаваемого игольчатыми электродами, которые за счет высокой напряженности электрического поля на их острие обеспечивают устойчивый коронный электрический разряд и ста­бильную ионизацию и озонирование воздуха помещения.