Скачать статью в pdf.

УДК 66.047:633.791

DOI: 10.15507/2658-4123.033.202301.114-127

Сверхвысокочастотная хмелесушилка с поярусно расположенными резонаторами

Просвирякова Марьяна Валентиновна
доктор технических наук, профессор кафедры автоматизации и роботизации технологических процессов им. академика И. Ф. Бородина РГАУ – МСХА имени К. А. Тимирязева (127550, Российская Федерация, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3258-260X, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Сторчевой Владимир Федорович
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой автоматизации и роботизации технологических процессов им. академика И. Ф. Бородина РГАУ – МСХА имени К. А. Тимирязева (127550, Российская Федерация, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6929-3919, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Горячева Наталья Геннадьевна
кандидат технических наук, доцент Академии гражданской защиты МЧС России (141435, Российская Федерация, г. Химки, ул. Соколовская, стр. 1А), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4874-3922, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Михайлова Ольга Валентиновна
доктор технических наук, доцент, профессор кафедры инфокоммуникационных технологий и систем связи Нижегородского государственного инженерно-экономического университета (606340, Российская Федерация, г. Княгинино, ул. Октябрьская, д. 22а), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1045-2003, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Новикова Галина Владимировна
доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник Нижегородского государственного инженерно-экономического университета (606340, Российская Федерация, г. Княгинино, ул. Октябрьская, д. 22а), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9222-6450, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Сторчевой Александр Владимирович
старший преподаватель кафедры социально-гуманитарных дисциплин Московского государственного университета пищевых производств (125080, Российская Федерация, г. Москва, Волоколамское ш., д. 11), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3404-0361, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Аннотация
Введение. Из анализа хмелесушилок различных систем и конструкций вытекает перспектива сушки хмеля комплексным воздействием энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты и конвективного тепла.
Цель статьи. Разработка конструкции малогабаритной СВЧ-конвективной хмелесушилки с обоснованными параметрами и интенсивной технологией сушки свежеубранного хмеля.
Материалы и методы. С учетом обоснованных критериев проектирования хмелесушилки и анализа существующих резонаторов предложена методика разработки хмелесушилки с энергоподводом в электромагнитном поле, включающая требования к конструкционному исполнению, к эксплуатационным и экономическим показателям и технологии. Электродинамические параметры резонатора исследованы по программе CST Studio 2017.
Результаты исследования. Исследованы диэлектрические параметры хмеля и получены функциональные зависимости от влажности при частоте 2 450 МГц. Исследована динамика нагрева хмеля при изменении его фактора диэлектрических потерь в процессе воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты. Разработана конструкционно-технологическая схема радиогерметичной СВЧ-конвективной хмелесушилки непрерывно-поточного действия с поярусно расположенными резонаторами для агропредприятий малой мощности. В экранирующем цилиндрическом корпусе поярусно расположены резонаторы: первый и третий резонаторы полусферические, а средний выполнен в виде эллипсоида для обеспечения высокой напряженности электрического поля. Транспортирование сырья происходит путем вращения дисков в щадящем режиме.
Обсуждение и заключение. Ожидаемые удельные энергетические затраты хмелесушилки производительностью 12–13 кг/ч при мощности СВЧ генераторов 4,0 кВт для сушки свежеубранного хмеля влажностью 76–82 % до влажности 11–14%, составляют 0,30–0,33 кВт∙ч/кг. Необходимая напряженность электрического поля 2 кВ/см во всех трех резонаторах обеспечивается, следовательно, обеззараживание сырья происходит при температуре 65–70 ^оС за 5–6 мин пребывания в трех резонаторах. Интенсивность влаговыделения из шишек хмеля при эндогенно-конвективном нагреве возрастает в 5–6 раз, по сравнению с конвективным способом сушки. Внедрение микроволновой технологии сушки с применением конвективного способа испарения и удаления влаги из сушильной камеры позволяет сократить продолжительность процесса, сберечь ценные компоненты шишек для пивоварения.

Ключевые слова: хмелесушилка, СВЧ-конвективный способ, магнетроны воздушного охлаждения, электромагнитное поле сверхвысокой частоты, свежеубранный хмель, диэлектрические параметры

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Для цитирования: Сверхвысокочастотная хмелесушилка с поярусно расположенными резонаторами / М. В. Просвирякова [и др.] // Инженерные технологии и системы. 2023. Т. 33, № 1. С. 114–127. doi: https://doi.org/10.15507/2658-4123.033.202301.114-127

Заявленный вклад соавторов:
М. В. Просвирякова – общее руководство проектом, анализ существующих хмелесушилок, исследование электрофизических параметров сырья, построение графических зависимостей.
В. Ф. Сторчевой – инновационная идея ярусного расположения резонаторов в малогабаритной хмелесушилке для фермерских хозяйств, результаты обоснования динамики эндогенного нагрева шишек хмеля при разных напряженностях электрического поля в процессе изменения фактора диэлектрических потерь сырья.
Н. Г. Горячева − работа над текстом статьи, определение эффективных режимов сушки хмеля в каждом резонаторе.
О. В. Михайлова – построение 3D-модели хмелесушилки, исследование электродинамических параметров в программе CST Microwave Studio, SolidWorks.
Г. В. Новикова − формулирование цели, задачи исследования, обоснование конструкции хмелесушилки с оформлением заявки на изобретения.
А. В. Сторчевой − сбор и обработка материалов.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила 26.09.2022; одобрена после рецензирования 03.11.2022;
принята к публикации 28.12.2022

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Чеха О. В. Анализ рынка производства и переработки хмеля в системе обеспечения продовольственной безопасности России // Вопросы региональной экономики. 2021. № 3. С. 95–101.

2. Исследование технологического процесса сушки хмеля в сушилке ПХБ-750 / А. О. Васильев [и др.] // Вестник Чувашской ГСХА. 2019. № 1 (8). С. 96–102. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=39241139 (дата обращения: 02.10.2022).

3. Комплекс для первичной послеуборочной обработки хмеля : патент 2680709 Россиская Федерация / Иванщиков Ю. В. [и др.]. № 2017144962 ; заявл. 20.12.2017 ; опубл. 25.02.2019. URL: https://i.moscow/patents/ru2680709c1_20190225 (дата обращения: 02.10.2022).

4. Хмелесушилка непрерывно-поточного действия с источниками эндогенно-конвективного нагрева : патент 2774186 Российская Федерация / Просвирякова М. В. [и др.]. № 2021121317 ; заявл. 19.07.2021 ; опубл. 16.06.2022. URL: https://findpatent.ru/patent/277/2774186.html (дата обращения: 02.10.2022).

5. Хмелесушилка с источниками эндогенно-конвективного нагрева / М. В. Просвирякова [и др.] // Вестник Чувашской сельскохозяйственной академии. 2021. № 2. С. 91–99. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=46615198 (дата обращения: 02.10.2022).

6. Хмелесушилка с тороидальными и астроидальными резонаторами с энергоподводом в электромагнитном поле : патент 2772992 Российская Федерация / Просвирякова М. В. [и др.]. № 2021135280 ; заявл. 01.12.2021 ; опубл. 30.05.2022.

7. СВЧ-конвективная хмелесушилка непрерывно-поточного действия с полусферическим резонатором : патент 2770628 Российская Федерация / Просвирякова М. В. [и др.]. № 2021136688 ; заявл. 13.12.2021 ; опубл. 19.04.2022. URL: https://findpatent.ru/patent/277/2770628.html (дата обращения: 02.10.2022).

8. Многорезонаторная хмелесушилка с энергоподводом в электромагнитном поле : патент 2772987 Российская Федерация / Просвирякова М. В. [и др.]. № 2021132821 ; заявл. 11.11.2021 ; опубл. 30 05.2022.

9. Сивяков Б. К., Григорьян С. В. Математическое моделирование многоволновой СВЧ установки для сушки продуктов // Вопросы электротехнологии. 2019. № 4. С. 5–11.

10. Казарцев Д. А. Разработка общих видов математических моделей сушки пищевых продуктов с СВЧ энергоподводом на основе законов химической кинетики гетерогенных процессов // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2021. Т. 83, № 3. С. 17–22. URL: https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/2816 (дата обращения: 02.10.2022).

11. Анализ разработанных сверхвысокочастотных установок для термообработки сырья / Г. В. Новикова [и др.] // Вестник Казанского ГАУ. 2016. № 4. С. 89–93. URL: https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/2816 (дата обращения: 02.10.2022).

12. Дробахин О. О., Салтыков Д. Ю. Исследование возможности применения связанных биконических резонаторов для определения параметров диэлектрических материалов // Прикладная радиоэлектроника. 2014. Т. 13, № 1. С. 64–68.

13. Сверхвысокочастотная хмелесушилка с поярусно расположенными резонаторами (тюбинг) : патент 2774961 Российская Федерация / Просвирякова М. В. [и др.]. № 2021129382 ; заявл. 08.10.2021 ; опубл. 24.06.2022.

14. Буклагина Г. В. Интенсификация сушки зерна активным вентилированием с использованием электромагнитного поля СВЧ // Инженерно-техническое обеспечение АПК. Реферативный журнал. 2009. № 2.

15. Совершенствование комбинированного способа сушки листьев табака на основе применения СВЧ-излучений / Л. П. Пестова [и др.] // Сборник научных трудов Всероссийского научно-исследовательского института табака, махорки и табачных изделий. 2019. № 182. С. 317–323.

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.