Способ и устройство обеззараживания наносекундными электрическими импульсами сыпучих кормов для животноводства и птицеводства Российский патент 2018 года по МПК A61L2/12 A61L2/24 A01K29/00 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, к технологиям обеззараживания наносекундными электрическими импульсами сыпучих кормов, комбинированных кормов и кормовых смесей для животных и птицы в животноводстве и птицеводстве и может быть использовано в отраслях промышленного животноводства и птицеводства, при переработке кормов, а также в отрасли кормопроизводства в сельском хозяйстве.

Известны способ и устройство экономичной транспортировки птичьих яиц магистральным транспортером птицефабрики, в результате применения которых устанавливается такое значение скорости движения ленты транспортера, при котором обеспечивается наименьшая на данный момент времени сумма затрат от расчетной потери стоимости поврежденных при транспортировке яиц и на электроэнергию для электропривода транспортера [Патент РФ 2414396. Способ и устройство экономичной транспортировки птичьих яиц магистральным транспортером птицефабрики / Дубровин А.В. и др. // БИ, 2011. №8].

Недостатками известного технического решения является невозможность его прямого использования для технологически или экономически оптимального обеззараживания наносекундными электрическими импульсами сыпучих кормов для животноводства и птицеводства.

Известен способ обеззараживания кормов и продуктов животноводства и птицеводства, заключающееся в применении ускорителя электронов для обеззараживания материалов, ориентации выходного направляющего раструба ускорителя на зону облучения в виде участка рабочего органа магистрального транспортера с электроприводом, загрузке магистрального транспортера обеззараживаемым материалом, задание скорости движения рабочего органа магистрального транспортера, задании постоянной дозы облучения для обеззараживания материала и регулировании режима облучения в соответствии с заданной постоянной дозой облучения. Определяется необходимое напряжение питания ускорителя электронов. В зависимости от массы продукта корректируют режим облучения каждого продукта при поступлении его в зону облучения [Патент РФ 2521712. Способ и устройство энергосберегающего обеззараживания кормов и продуктов животноводства и птицеводства / Дубровин А.В. и др. // БИ, 2014. №19].

Известно устройство для реализации известного способа, включающее ускоритель электронов, выходной направляющий раструб ускорителя, ленточный или планчатый магистральный транспортер, исполнительный элемент, измерительный транспортер, задатчик скорости рабочих органов обоих транспортеровю, регулятор скорости рабочих органов обоих транспортеров, силоизмерительный тензометрический датчик, вычислитель мгновенной по времени массовой загрузки измерительного транспортера, задатчик расстояния между выходом измерительного транспортера и началом зоны, элемент управляемой временной задержки, задатчик размера (длины) зоны облучения по длине магистрального транспортера, задатчик дозы облучения, вычислительный блок и регулятор напряжения питания. [Патент РФ 2521712. Способ и устройство энергосберегающего обеззараживания кормов и продуктов животноводства и птицеводства / Дубровин А.В. и др. // БИ, 2014. №19].

Известно устройство для обеззараживания кормов и других продуктов пучками быстрых электронов. Автоматически определяется экономический минимум суммы стоимостей потерь обеззараживаемой продукции и эксплуатационных энергетических затрат на облучение и на транспортировку кормов и других продуктов сельского хозяйства. По величине аргумента облученности искусственно формируют функциональные зависимости экономических затрат З_прод1 от потерь продуктов из-за их зараженности в отсутствие облученности или при ее малых уровнях. Также формируют зависимости экономических затрат З_ост1 от потерь кормов и других продуктов из-за чрезмерно сильного облучения их пучками быстрых электронов, которые взаимодействуют с клеточной структурой биомассы кормов и других продуктов. Первая из этих зависимостей З_прод1 нелинейно убывает с ростом облученности Р_обл, начинаясь с определенного (заранее известного по результатам измерений санитарно-гигиенических свойств материалов, поступающих на радиационную стерилизационную обработку) уровня зараженности биоматериала. Вторая зависимость З_ост1 нелинейно возрастает, начинаясь с минимального значения порога облученности, достаточного для появления первых необратимых изменений в биологических продуктах растительного и животного происхождения. Допустимый уровень затрат на потери продукции из-за таких изменений ее качества определяется в конкретных опытных работах. Также формируют аналогичные зависимости экономических затрат на электроэнергию для транспортировки продуктов З_тран1 и для их облучения З_облуч1 от величины облученности. Третья зависимость З_тран1 есть постоянная величина при постоянной скорости движения рабочего органа транспортера и при неизменной массе продуктов, изменяющаяся по значению пропорционально скорости движения рабочего органа транспортера и массе продуктов. Четвертая зависимость З_облуч1 линейно возрастает с ростом облученности Р_обл. - Полученные четыре функции затрат складывают в диапазоне изменения искусственно сформированного сигнала облученности и определяют минимальное значение этой целевой функции (критерия оптимизации по минимуму суммы указанных затрат) З_∑1=З_прод1+З_ост1+З_облуч1+З_тран1. Производится точное и экономически оптимальное, и при этом энергосберегающее, обеззараживание каждого продукта с его массой [Патент РФ 2533585. Устройство экономичного и энергосберегающего обеззараживания кормов и продуктов животноводства и птицеводства / Дубровин А.В. // БИ, 2014. №11].

Известно устройство для реализации известного способа обеззараживания кормов и продуктов животноводства и птицеводства [Патент РФ 2533585. Устройство экономичного и энергосберегающего обеззараживания кормов и продуктов животноводства и птицеводства / Дубровин А.В. // БИ, 2014. №11], включающее датчик скорости движения, поступающих на обеззараживание сыпучих кормов в рабочих органах транспортеров, выход которого соединен с входом измерителя расхода поступающих на обеззараживание сыпучих кормов, блок задатчиков значений искусственного сигнала облученности в диапазоне изменения дозы облучения от нуля до ее предельного значения, наименьшей и наибольшей технологической дозы облучения, сигналов времени, расстояния от выходного поперечного сечения измерителя расхода поступающих на обеззараживание сыпучих кормов до оси симметрии рупора излучателя в камере облучения, наименьшей и наибольшей дозы облучения, сигналов развертки по дозе облучения во времени, удельных региональных цен на продукцию животноводства и птицеводства, на сыпучие корма и на электроэнергию, констант и коэффициентов математических моделей управления режимом мощности облучения сыпучих кормов, измеритель мощности облучения, выход которого подключен к инвертирующему первому входу регулятора мощности облучения, с выходом которого соединен облучатель сыпучих кормов на основе магнетрона или клистрона с волноводом в камере облучения, блок вычисления двух целевых функций суммарных затрат или блок вычисления первой функции суммарных потерь продуктивности животных и птицы и второй функции суммарных потери продуктивности и затрат на облучение сыпучих кормов, соответствующие первые входы которого соединены с соответствующими выходами блока задатчиков значений искусственного сигнала облученности в диапазоне изменения дозы облучения от нуля до ее предельного значения, наименьшей и наибольшей технологической дозы облучения, сигналов времени, расстояния от выходного поперечного сечения измерителя расхода поступающих на сушку сыпучих кормов до оси симметрии рупора излучателя в камере облучения, наименьшей и наибольшей дозы облучения, сигналов развертки по дозе облучения во времени, удельных региональных цен на продукцию животноводства и птицеводства, на сыпучие корма и на электроэнергию, констант и коэффициентов математических моделей управления режимом мощности облучения сыпучих кормов, первый и второй выходы блока вычисления целевых функций суммарных затрат или блока вычисления первой функции суммарных потерь продуктивности животных и птицы и второй функции суммарных потери продуктивности и затрат на облучение сыпучих кормов подключены соответственно к первому и к второму входам блока определения наименьшего значения целевых функций суммарных затрат или блока оптимизации режима облучения по дозе облучения.

Недостатками известных способов и устройств являются высокое энергопотребление, повышенные потери и низкое качество корма вследствие низкой возможности по обеззараживанию микотоксинов (ядовитых грибов).

Технической задачей изобретения является энергосбережение, повышение надежности и эффективности обеззараживания корма, снижение потерь и повышение качества корма.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе обеззараживания наносекундными электрическими импульсами сыпучих кормов для животноводства и птицеводства, включающий СВЧ излучение посредством магнетрона или клистрона, ориентацию выходного направляющего волноводного раструба СВЧ генератора на зону облучения в виде промежуточной емкости с электропроводящими отражающими электромагнитное поле излучения стенками, загрузку промежуточной емкости для обеззараживания сыпучими кормами посредством транспортера, загрузку транспортера сыпучими кормами через поточный измеритель расхода сыпучих кормов, задание и регулирование скорости движения рабочего органа транспортера, согласно изобретению, применяют регулируемый по мощности генератор наносекундных электрических импульсов, связанный своим выходом с дополнительным управляющим входом магнетрона или клистрона и, таким образом, управляют наносекундным импульсным режимом работы СВЧ излучения для обеззараживания сыпучих кормов для животноводства и птицеводства, задают дозы облучения сыпучих кормов СВЧ электромагнитным полем наносекундных электрических импульсов для обеззараживания сыпучих кормов, регулируют режим облучения сыпучих кормов электромагнитным СВЧ полем наносекундных электрических импульсов в соответствии с заданной дозой облучения, измеряют температуру, относительную влажность и массовый временной расход подаваемых на обеззараживание сыпучих кормов, измеряют мощность облучения сыпучих кормов полем наносекундных электрических импульсов, задают сигналы времени обеззараживания, наименьшего и наибольшего технологического значения мощности облучения, развертки по величине мощности облучения во времени, удельных региональных цен на продукцию животноводства и птицеводства, на сыпучие корма и на электроэнергию, формируют сигнал дозы облучения, периодически изменяют сформированный сигнал дозы облучения в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим заданными значениями сигнала дозы облучения, причем в зависимости от значения изменяемого сформированного сигнала мощности облучения вычисляют первую сумму затрат на расчетные потери стоимости продукции животноводства и птицеводства при кормлении животных и птицы обеззараженными сыпучими кормами из-за их бактериологической и микробной зараженности и затрат из-за потери их качества в результате их чрезмерного облучения, также в зависимости от значения изменяемого сформированного сигнала мощности облучения вычисляют вторую сумму затрат на расчетные потери стоимости продукции животноводства и птицеводства при кормлении животных и птицы высушенными сыпучими кормами из-за их бактериологической и микробной зараженности, затрат из-за потери их качества в результате их чрезмерного облучения, затрат на электроэнергию для облучения и на электроэнергию для электроприводов транспортеров, выбирают критерий оптимизации режима обеззараживания в виде сигнала переключения разрешения прохождения для дальнейших действий первой или второй вычисленной суммы затрат, выбирают для последующих процессов непосредственного кормления поголовья обеззараженными сыпучими кормами или для хранения обеззараженных сыпучих кормов соответственно первую или вторую сумму для последующих действий соответственно технологически или экономически оптимального обеззараживания полем наносекундных электрических импульсов сыпучих кормов для животноводства и птицеводства, определяют соответствующий наименьшему значению выбранной суммы затрат сформированный сигнал дозы облучения, умножают его на измеренный расход сыпучего корма, полученный результат расчета заданной мощности облучения сравнивают с измеренным сигналом мощности облучения и по результату сравнения дополнительно корректируют режим мощности облучения сыпучих кормов для животноводства и птицеводства.

Поставленная техническая задача достигается тем, что устройство обеззараживания наносекундными электрическими импульсами сыпучих кормов для животноводства и птицеводства, содержащее датчик скорости движения, поступающих на обеззараживание сыпучих кормов в рабочих органах транспортеров, выход которого соединен с входом измерителя расхода поступающих на обеззараживание сыпучих кормов, блок задатчиков значений искусственного сигнала облученности в диапазоне изменения дозы облучения от нуля до ее предельного значения, наименьшей и наибольшей технологической дозы облучения, сигналов времени, расстояния от выходного поперечного сечения измерителя расхода поступающих на обеззараживание сыпучих кормов до оси симметрии рупора излучателя в камере облучения, наименьшей и наибольшей дозы облучения, сигналов развертки по дозе облучения во времени, удельных региональных цен на продукцию животноводства и птицеводства, на сыпучие корма и на электроэнергию, констант и коэффициентов математических моделей управления режимом мощности облучения сыпучих кормов, измеритель мощности облучения, выход которого подключен к инвертирующему первому входу регулятора мощности облучения, с выходом которого соединен облучатель сыпучих кормов на основе магнетрона или клистрона с волноводом в камере облучения, блок вычисления двух целевых функций суммарных затрат или блок вычисления первой функции суммарных потерь продуктивности животных и птицы и второй функции суммарных потери продуктивности и затрат на облучение сыпучих кормов, соответствующие первые входы которого соединены с соответствующими выходами блока задатчиков значений искусственного сигнала облученности в диапазоне изменения дозы облучения от нуля до ее предельного значения, наименьшей и наибольшей технологической дозы облучения, сигналов времени, расстояния от выходного поперечного сечения измерителя расхода поступающих на сушку сыпучих кормов до оси симметрии рупора излучателя в камере облучения, наименьшей и наибольшей дозы облучения, сигналов развертки по дозе облучения во времени, удельных региональных цен на продукцию животноводства и птицеводства, на сыпучие корма и на электроэнергию, констант и коэффициентов математических моделей управления режимом мощности облучения сыпучих кормов, первый и второй выходы блока вычисления целевых функций суммарных затрат или блока вычисления первой функции суммарных потерь продуктивности животных и птицы и второй функции суммарных потери продуктивности и затрат на облучение сыпучих кормов подключены соответственно к первому и к второму входам блока определения наименьшего значения целевых функций суммарных затрат или блока оптимизации режима облучения по дозе облучения, согласно изобретению, оно снабжено датчиками температуры и относительной влажности поступающих на обеззараживание сыпучих кормов, органом выбора критерия оптимизации режима обеззараживания, элементом умножения, блоком управления временной задержки, генератором наносекундных электрически импульсов, причем выходы датчиков температуры и относительной влажности поступающих на обеззараживание сыпучих кормов подключены соответственно ко второму и третьему входам блока вычисления целевых функций суммарных затрат или блока вычисления первой функции суммарных потерь продуктивности животных и птицы и второй функции суммарных потерь продуктивности и затрат на обеззараживание сыпучих кормов, выход органа выбора критерия оптимизации режима обеззараживание соединен с третьим управляющим входом блока определения наименьшего значения целевых функций суммарных затрат или блока оптимизации режима обеззараживания по дозе облучения, выход которого подключен к неинвертирующему первому входу элемента умножения, инвертирующий второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом измерителя расхода поступающих на обеззараживание сыпучих кормов через блок управляемой временной задержки и с неинвертирующим вторым входом регулятора мощности облучения, а первый и второй управляющие входы блока управляемой временной задержки подключены к выходам соответственно датчика скорости движения поступающих на сушку сыпучих кормов в рабочих органах транспортеров и к соответствующему выходу блока задатчиков значений искусственного сигнала облученности в диапазоне изменения дозы облучения от нуля до ее предельного значения, наименьшей и наибольшей технологической дозы облучения, сигналов времени, расстояния от выходного поперечного сечения измерителя расхода поступающих на обеззараживание сыпучих кормов до оси симметрии рупора излучателя в камере обеззараживания, наименьшей и наибольшей дозы облучения, сигналов развертки по дозе облучения во времени, удельных региональных цен на продукцию животноводства и птицеводства, на сыпучие корма и на электроэнергию, констант и коэффициентов математических моделей управления режимом мощности облучения сыпучих кормов, а выход генератора наносекундных электрически импульсов соединен с дополнительным управляющим входом магнетрона или клистрона.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена иллюстрация осуществления обеззараживания наносекундными электрическими импульсами сыпучих кормов для животноводства и птицеводства, где D - доза облучения обеззараживаемого материала, Дж/кг; (D_технол^макс - D_технол^мин) - нормативно задаваемый технологический диапазон доз облучения соответствующего материала определенного вида, Дж/кг; ΔР - стоимость потерь продуктивности животных и птицы из-за повышенной влажности (микрофлора, грибок и т.п.) и из-за переоблучения (потери витаминов и влаги, разрушение белковых молекул и т.п.), руб./ед. времени; З - экономические (хозяйственные) затраты, руб./ед. времени; ΔР_влажн - стоимость потерь продуктивности только из-за повышенной влажности, руб./ед. времени; ΔР_{перегрев} - стоимость потерь продуктивности только из-за переоблученности (из-за чрезмерной облученности), руб./ед. времени; ΔР_технол - стоимость суммарных потерь продуктивности животных и птицы из-за некондиционных (не обеззараженных или от плохо обеззараженных) кормов, руб./ед. времени; З_энерг1 - затраты на энергию облучения обеззараживаемых кормов при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на обеззараживание кормов, руб./ед. времени; З_энерг2 - затраты на энергию облучения обеззараживаемых кормов при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на обеззараживание кормов, руб./ед. времени; З_эк1 - суммарные затраты на обеззараживание и от потерь продуктивности при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на обеззараживание кормов, руб./ед. времени; З_эк2 - суммарные затраты на обеззараживание и от потерь продуктивности при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на обеззараживание кормов, руб./ед. времени; D_технол^опт - технологически оптимальная доза облучения, при которой стоимость потерь продуктивности животных и птицы ΔР_технол^мин в результате потребления обеззараженных кормов наименьшая, Дж/кг; D_эк1^опт - экономически оптимальная доза облучения З_экон1^мин, при которой сумма стоимости потерь продуктивности животных и птицы в результате потребления обеззараженных кормов при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на обеззараживание кормов и затрат энергии на облучение наименьшая, Дж/кг; D_эк2^опт - экономически оптимальная доза облучения З_экон2^мин, при которой сумма стоимости потерь продуктивности животных и птицы в результате потребления обеззараженных кормов при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на обеззараживание кормов и затрат энергии на облучение наименьшая, Дж/кг; ΔP₁

- дополнительные потери продуктивности из-за отклонения режима облучения D_эк1^опт от технологически оптимального D_технол^опт в результате стремления сэкономить затраты на электроэнергию для сушки ΔЗ_энерг1 руб./ед. времени; ΔР₂ - дополнительные потери продуктивности из-за отклонения режима облучения D_эк2^опт от технологически оптимального D_технол^опт в результате стремления сэкономить затраты на электроэнергию для обеззараживания ΔЗ_энерг2, руб./ед. времени; ΔР_технол(D_технол^опт)+З_энерг1(D_технол^опт) - суммарные затраты от потерь продуктивности и на энергию облучения для обеззараживания в технологически наилучшем режиме обеззараживания D_технол^опт при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на обеззараживание кормов, руб./ед. времени; ΔР_технол(D_технол^опт)+З_энерг2(D_технол^опт) - суммарные затраты от потерь продуктивности и на энергию облучения для обеззараживания в технологически наилучшем режиме обеззараживания D_технол^опт при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на обеззараживание кормов, руб./ед. времени; ΔР_сушки ^- наибольший технологический выигрыш при переходе от нормативного управления обеззараживанием в нормативном технологическом диапазоне доз облучения (D_технол^макс - D_технол^мин) к инновационному точному технологическому управлению режимом обеззараживания D_технол^опт, руб./ед. времени; ΔЗ_экон1 - снижение суммарных потерь продуктивности и затрат на энергию обеззараживания при экономически оптимальном управлении при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на обеззараживание кормов по сравнению с технологически наилучшим режимом, руб./ед. времени. Экономия энергии ΔЗ_энерг1 на величину снижения суммарных потерь продуктивности и затрат на энергию обеззараживания ΔЗ_экон1 превосходит собственно стоимость дополнительных потерь продуктивности ΔР₁; ΔЗ_экон2 - снижение суммарных потерь продуктивности и затрат на энергию обеззараживания при экономически оптимальном управлении при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на обеззараживание кормов по сравнению с технологически наилучшим режимом, руб./ед. времени. Экономия энергии ΔЗ_энерг2 на величину снижения суммарных потерь продуктивности и затрат на энергию обеззараживания ΔЗ_экон2 превосходит собственно стоимость дополнительных потерь продуктивности ΔР₂.

На фиг. 2 представлена функциональная схема устройства для обеззараживания наносекундными электрическими импульсами сыпучих кормов; на фиг. 3 - общая схема технологии применения устройства.

Способ осуществляется следующим образом.

Например, при длительном хранении (более 4…5 часов) пророщенного зерна влажностью 50…60% оно начинает покрываться плесенью и гнить. Поэтому его необходимо скармливать в первые же часы после его проращивания. Для продления срока хранения пророщенного зерна его необходимо высушить до относительной влажности 14% [Вендин С.В. и др. Определение параметров сушилки пророщенного зерна // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2015. №1. С. 8-10].

Излучение, вызванное полем наносекундных электрических импульсов, поглощается биологическими материалами, вызывая ударное воздействие электромагнитного поля на межклеточные биологические связи, прежде всего животного происхождения, в результате чего гибнут поселившиеся на этих материалах биологического растительного происхождения, например, на сыпучих кормах, микробы и бактерии, плесень и грибки и т.п.микрофлора. При этом следует отметить, что данная технология обеззараживания по своим результатам уничтожения самых устойчивых к внешним отрицательным воздействиям грибов-микотоксинов сопоставима с технологией обеззараживания посредством ускоренных пучков электронов, но оборудование ее стоит более чем на порядок дешевле. Цена линейного ускорителя электронов составляет более 70 млн. рублей, что делает невозможным его приобретение и использование непосредственно даже на очень крупном сельскохозяйственных предприятии.

Для того чтобы наиболее результативно (эффективно) использовать технологически очень удобный подвод ударной наносекундной импульсной энергии к сыпучим кормам для их обеззараживания, следует выполнить новую совокупность действий. Задают диапазон требуемых для данного вида обеззараживаемых сыпучих кормов значений дозы облучения, значение которой было установлено заранее при испытаниях по обеззараживанию наносекундными электрическим импульсами опытных партий сыпучих кормов. Количество вредностей в первом приближении пропорционально объему, то есть массе обеззараживаемого материала. Доза облучения (1) есть энергия излучения, которая поглощена единицей массы сыпучих кормов и вызывает, их обеззараживание в соответствии с биологическими свойствами вредностей, конструкции камеры обеззараживания, излучателей энергии в виде наносекундных электрических импульсов.

где D_зад - заданная доза облучения продукта, Дж/кг; Э_зад - поглощенная продуктом энергия излучения, Дж; М_прод - масса продукта, кг. Весовые коэффициенты в математической модели вида (1) и прочих в целях упрощения описания не показаны.

Заданная энергия поглощенного излучения (2) пропорциональна массе продукта:

Энергия поглощенного излучения (3) пропорциональна массе продукта:

Энергия, потребная для обеззараживания материала, также обратно пропорциональна температуре материала и прямо пропорциональна его относительной влажности. Таких экспериментальных сведений имеется множество, однако отсутствует объединяющее их начало в виде нового способа управления наилучшим обеззараживанием сыпучих кормов по принятым признакам оптимизации.

В этом заключается предлагаемый способ обеззараживания наносекундными электрическим импульсами сыпучих кормов для животноводства и птицеводства. При подаче продуктов на установку для обеззараживания надо не только знать требуемые для них дозы облучения и их массы но и в зависимости от массы, температуры и относительной влажности сыпучих кормов корректировать режим облучения электромагнитным полем, формируемым наносекундными электрическим импульсами. В соответствии со способом следует сначала искусственно сформировать по величине аргумента дозы облучения функциональные зависимости затрат от потерь продуктивности животных и птицы из-за их зараженности микрофлорой в отсутствие облучения или при его малых уровнях. Также необходимо знать зависимости затрат от потерь продуктивности животных и птицы из-за чрезмерно сильного облучения, которое взаимодействует с клеточной структурой биомассы вредностей в сыпучих кормах для животноводства и птицеводства. Первая из этих зависимостей нелинейно убывает с ростом облученности, начинаясь с определенного заранее известного по результатам измерений санитарно-гигиенических свойств материалов, поступающих на обеззараживание наносекундными электрическим импульсами, уровня зараженности биоматериала микроорганизмами, грибками и прочей микрофлорой. Вторая зависимость нелинейно возрастает, начинаясь с минимального значения порога облученности, достаточного для появления первых необратимых изменений в биологических продуктах растительного происхождения, то есть собственно в кормах. Допустимый уровень затрат на потери продукции животноводства и птицеводства из-за таких изменений свойств сыпучих кормов определяется также в конкретных опытных работах.

Если кормление животных и птицы необходимо производить сразу после обеззараживания сыпучих кормов, то важнейшим признаком эффективности кормления обеззараженными кормами является сумма указанных потерь стоимостей продукции животноводства и птицеводства. Эта сумма двух указанных зависимостей и есть первая целевая функция оптимизации, а ее минимум соответствует технологически наилучшей дозе облучения кормов наносекундными электрическим импульсами для достижения наилучшей продуктивности поголовья при всех прочих равных условиях.

Для учета энергетики процесса обеззараживания, что важно для последующего хранения обеззараженных первоначально влажных и при этом обсемененных бактериями сыпучих кормов, следует также сформировать аналогичные зависимости затрат на электроэнергию для транспортировки сыпучих кормов и для их облучения от величины дозы облучения. Третья зависимость затрат на транспортировку сыпучих кормов есть постоянная величина при постоянной скорости движения рабочего органа транспортеров и при неизменном массовом расходе сыпучих кормов по времени. Она изменяется пропорционально скорости движения рабочих органов транспортеров и подаче сыпучих кормов. Четвертая зависимость затрат на электроэнергию облучения линейно возрастает с ростом дозы облучения. Причем рост энергозатрат на облучение тем больше, чем меньше температура и чем больше относительная влажность подаваемых на обеззараживание сыпучих кормов. Причина этого явления в способности влаги аккумулировать энергию излучения различных видов. При необходимости экономить энергию на обеззараживание сыпучих кормов следует полученные четыре функции затрат сложить в диапазоне изменения искусственно сформированного сигнала дозы облучения и найти минимум этой второй суммы.

Таким образом, производится точное и экономически оптимальное, и при этом энергосберегающее (с рациональным расходованием энергии) обеззараживание сыпучих кормов наносекундными электрическим импульсами для их последующего хранения.

На фиг. 1 приведена иллюстрация осуществления способа обеззараживания наносекундными электрическим импульсами сыпучих кормов для животноводства и птицеводства, где D - доза облучения обеззараживаемого материала, Дж/кг;

(D_технол^макс - D_технол^мин) - нормативно задаваемый технологический диапазон доз облучения соответствующего материала определенного вида, Дж/кг; ΔР - стоимость потерь продуктивности животных и птицы из-за повышенной влажности (микрофлора, грибок и т.п.) и из-за переоблучения (потери витаминов и влаги, разрушение белковых молекул и т.п.), руб./ед. времени; З - экономические (хозяйственные) затраты, руб./ед. времени; ΔР_влажн - стоимость потерь продуктивности только из-за повышенной влажности, руб./ед. времени; ΔР_{перегрев} - стоимость потерь продуктивности только из-за переоблученности (из-за чрезмерной облученности), руб./ед. времени; ΔР_технол - стоимость суммарных потерь продуктивности животных и птицы из-за некондиционных (не обеззараженных или от плохо обеззараженных) кормов, руб./ед. времени; З_энерг1 - затраты на энергию облучения обеззараживаемых кормов при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на обеззараживание кормов, руб./ед. времени; З_энерг2 - затраты на энергию облучения обеззараживаемых кормов при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на обеззараживание кормов, руб./ед. времени; З_эк1 - суммарные затраты на обеззараживание и от потерь продуктивности при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на обеззараживание кормов, руб./ед. времени; З_эк2 - суммарные затраты на обеззараживание и от потерь продуктивности при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на обеззараживание кормов, руб./ед. времени; D_технол^опт - технологически оптимальная доза облучения, при которой стоимость потерь продуктивности животных и птицы ΔР_технол^мин в результате потребления обеззараженных кормов наименьшая, Дж/кг; D_эк1^опт - экономически оптимальная доза облучения З_экон1^мин, при которой сумма стоимости потерь продуктивности животных и птицы в результате потребления обеззараженных кормов при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на обеззараживание кормов и затрат энергии на облучение наименьшая, Дж/кг; D_эк2^опт - экономически оптимальная доза облучения З_экон2^мин, при которой сумма стоимости потерь продуктивности животных и птицы в результате потребления обеззараженных кормов при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на обеззараживание кормов и затрат энергии на облучение наименьшая, Дж/кг; ΔP₁ - дополнительные потери продуктивности из-за отклонения режима облучения D_эк1^опт от технологически оптимального D_технол^опт в результате стремления сэкономить затраты на электроэнергию для сушки ΔЗ_энерг1, руб./ед. времени; ΔР₂ - дополнительные потери продуктивности из-за отклонения режима облучения D_эк2^опт от технологически оптимального D_технол^опт в результате стремления сэкономить затраты на электроэнергию для обеззараживания ΔЗ_энерг2, руб./ед. времени; ΔР_технол(D_технол^опт)+З_энерг1(D_технол^опт) - суммарные затраты от потерь продуктивности и на энергию облучения для обеззараживания в технологически наилучшем режиме обеззараживания D_технол^опт при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на обеззараживание кормов, руб./ед. времени; ΔP_технол(D_технол^опт)+З_энерг2(D_технол^опт) - суммарные затраты от потерь продуктивности и на энергию облучения для обеззараживания в технологически наилучшем режиме обеззараживания D_технол^опт при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на обеззараживание кормов, руб./ед. времени; ΔР_сушки - наибольший технологический выигрыш при переходе от нормативного управления обеззараживанием в нормативном технологическом диапазоне доз облучения (D_технол^макс - D_технол^мин) к инновационному точному технологическому управлению режимом обеззараживания D_технол^опт, руб./ед. времени; ΔЗ_экон1 - снижение суммарных потерь продуктивности и затрат на энергию обеззараживания при экономически оптимальном управлении при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на обеззараживание кормов по сравнению с технологически наилучшим режимом, руб./ед. времени. Экономия энергии ΔЗ_энерг1 на величину снижения суммарных потерь продуктивности и затрат на энергию обеззараживания ΔЗ_экон1 превосходит собственно стоимость дополнительных потерь продуктивности ΔР₁ ΔЗ_экон2 - снижение суммарных потерь продуктивности и затрат на энергию обеззараживания при экономически оптимальном управлении при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на обеззараживание кормов по сравнению с технологически наилучшим режимом, руб./ед. времени. Экономия энергии ΔЗ_энерг2 на величину снижения суммарных потерь продуктивности и затрат на энергию обеззараживания ΔЗ_экон2 превосходит собственно стоимость дополнительных потерь продуктивности ΔР₂.

Устройство для обеззараживания наносекундными электрическими импульсами сыпучих кормов для животноводства и птицеводства содержит датчик 1 скорости движения поступающих на обеззараживание сыпучих кормов в рабочих органах транспортеров, измеритель расхода 2 поступающих на обеззараживание сыпучих кормов, блок 3 задатчиков значений искусственного сигнала облученности в диапазоне изменения дозы облучения от нуля до ее предельного значения, наименьшей и наибольшей технологической дозы облучения, сигналов времени, расстояния от выходного поперечного сечения измерителя расхода поступающих на обеззараживание сыпучих кормов до оси симметрии рупора излучателя в камере обеззараживания, наименьшей и наибольшей дозы облучения, сигналов развертки по дозе облучения во времени, удельных региональных цен на продукцию животноводства и птицеводства, на сыпучие корма и на электроэнергию, констант и коэффициентов математических моделей управления режимом мощности облучения сыпучих кормов. Имеется измеритель 4 мощности облучения, регулятор 5 мощности облучения, облучатель 6 сыпучих кормов, излучатель 7 на основе магнетрона или клистрона, рупор излучателя 8 в камере обеззараживания, блок вычисления 9 двух целевых функций суммарных затрат или блок вычисления первой функции суммарных потерь продуктивности животных и птицы и второй функции суммарных потери продуктивности и затрат на обеззараживание сыпучих кормов. Есть блок 10 определения наименьшего значения выбранной целевой функции суммарных затрат (или блок оптимизации режима обеззараживания по дозе облучения), датчик температуры 11 поступающих на обеззараживание сыпучих кормов, датчик относительной 12 влажности поступающих на обеззараживание сыпучих кормов, орган 13 выбора критерия оптимизации режима обеззараживания, элемент умножения 14, блок 15 управляемой временной задержки и генератор 16 наносекундных электрических импульсов. Кроме того, имеются камера 17 для обеззараживания с металлическими или с металлизированными изнутри стенками с транспортером (в варианте металлического шнека), входной бункер 18 поступающих на обеззараживание сыпучих кормов и 19 - выходной бункер обеззараженных сыпучих кормов.

Устройство работает следующим образом.

Предназначенные для обеззараживания сыпучие корма загружаются на измерительный транспортер, с которого поступают на транспортер и на нем в камеру для обеззараживания. Предпочтителен транспортер в виде металлического шнека, поскольку винтовая поверхность металлического шнека в значительной степени предотвращает потери электромагнитного поля излучения из камеры для обеззараживания. Блок 9 вычисляет две целевые функции суммарных затрат в зависимости от дозы облучения. Первая из них есть функция суммарных потерь стоимости продуктивности животных и птицы из-за микробов и бактерий в сыпучих кормах при малых дозах облучения и из-за пережога сыпучих кормов при больших дозах облучения. Вторая функция отражает суммарных потери стоимости продуктивности животных и птицы и эксплуатационные энергетические затраты на обеззараживание сыпучих кормов виде их общей суммы. Блок 10 определяет наименьшее значение выбранной, с помощью органа 13 выбора критерия оптимизации режима сушки, целевой функции суммарных затрат, то есть вырабатывает соответствующее этому минимуму оптимальное значение режима обеззараживания по дозе облучения. При расчетах учитываются температура поступающих на обеззараживание сыпучих кормов с помощью датчика 11 и относительная влажность поступающих на обеззараживание сыпучих кормов с помощью датчика 12. Поэтому с изменением этих входных характеристик сыпучих кормов функционально изменяются как зависимости стоимостей потерь продуктивности и эксплуатационных затрат на обеззараживание, так и положения технологически и экономически наилучших режимов обеззараживания по величине дозы облучения в виде сигнала требуемого значения дозы облучения на выходе блока 10. С целью сопоставления взаимного положения выходного сечения измерителя расхода 2 и оси симметрии рупора излучателя в камере обеззараживания, производится временная задержка в блоке 15 управляемой временной задержки. Сигнал заданного расстояния от выходного поперечного сечения измерителя расхода поступающих на сушку сыпучих кормов до оси симметрии рупора излучателя в камере обеззараживания с соответствующего выхода блока задатчиков 3 делится в блоке 15 на сигнал скорости движения рабочего органа измерителя расхода 2 с выхода датчика скорости 1. Поэтому сигнал с выхода измерителя расхода 2 задерживается на время Т, с:

где S - заданное в блоке задатчиков 3 расстояние по ходу сыпучего корма от выходного поперечного сечения измерителя расхода 2 до направления оси рупора излучателя в камере обеззараживания, м; V - измеренная скорость движения рабочего органа измерителя расхода 2 или собственно скорость перемещения сыпучего корма, м/с.

Таким образом, производится деление заданного в блоке задатчиков 3 расстояния на измеренную датчиком скорости 1 скорость движения сыпучего корма. Получается задержка времени сигнала расхода сыпучего корма, равная времени движения сыпучего корма от измерителя расхода 2 до рупора излучателя 8. Умножение сигнала необходимой технологически или экономически оптимальной дозы облучения на задержанный по времени запаздывания поступления поперечного сечения «трубки сыпучего корма» в зону облучения сигнал расхода сыпучего корма с выхода измерителя расхода 2 сыпучего корма в зону обеззараживания, т.е. умножение требуемого наилучшего значения энергии облучения единицы массы корма, на массу корма в единицу времени в элементе умножения 14 дает на его выходе сигнал требуемого с помощью органа выбора критерия оптимизации режима обеззараживания 13 соответствующего оптимального значения мощности излучения в момент времени достижения измеренным в измерителе расхода 2 сыпучего корма места размещения рупора излучатея 8 в камере обеззараживания:

Остается это заданное значение мощности (5) сравнить с измеренным значением в виде выходного сигнала измерителя 4 мощности облучения произвести регулирование режима облучения посредством регулятора мощности облучения 5 и облучателя сыпучих кормов на основе магнетрона или клистрона. Излучающий рупор 8 системы этих электронных приборов выходит в камеру 17 обеззараживания сыпучих кормов, в которую посредством транспортером (на основе шнека) загружаются предназначенные для обеззараживания сыпучие корма. Во входном бункере 18 поступающих на обеззараживание сыпучих кормов производятся измерения физического состояния сыпучих кормов, посредством датчиков их температуры 9 и относительной влажности 10. В выходной бункер 19 обеззараженных сыпучих кормов поступают сыпучие корма, обеззараженные по выбранному технологическому для непосредственного кормления или по экономическому для последующего хранения критерию эффективности производства, т.е. обеззараживания.

Таким образом, обеспечивается технологически и экономически оптимальное и энергосберегающее автоматизированное обеззараживание сыпучих кормов для животноводства и птицеводства. При этом обеспечивается точное обеззараживание различных масс сыпучих кормов, поскольку производится контроль их массы в потоке в единицу времени и соответствующее регулирование режима облучения данного вида сыпучих кормов. Осуществляется полная автоматизация процесса технологически и экономически наилучшего энергосберегающего обеззараживания сыпучих кормов для животноводства и птицеводства.

Применение способа и устройства обеззараживания наносекундными электрическими импульсами сыпучих кормов для животноводства и птицеводства позволит значительно снизить энергопотребление и потери корма, повысить надежность и эффективность обеззараживания корма и качество корма.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, к технологиям обеззараживания наносекундными электрическими импульсами сыпучих кормов, комбинированных кормов и кормовых смесей для животных и птицы в животноводстве и птицеводстве и может быть использовано в отраслях промышленного животноводства и птицеводства, при переработке кормов, а также в отрасли кормопроизводства в сельском хозяйстве. Способ обеззараживания наносекундными электрическими импульсами сыпучих кормов для животноводства и птицеводства заключается в том, что производят СВЧ-излучение посредством магнетрона или клистрона, ориентацию выходного направляющего волноводного раструба СВЧ-генератора на зону облучения в виде промежуточной емкости с электропроводящими отражающими электромагнитное поле излучения стенками, загрузку промежуточной емкости для обеззараживания сыпучими кормами посредством транспортера, загрузку транспортера сыпучими кормами через поточный измеритель расхода сыпучих кормов, задание и регулирование скорости движения рабочего органа транспортера. Для генерирования электрических импульсов используют регулируемый по мощности генератор наносекундных электрических импульсов, связанный своим выходом с дополнительным управляющим входом магнетрона или клистрона, и таким образом управляют наносекундным импульсным режимом работы СВЧ-излучения, задают дозы облучения, регулируют режим облучения в соответствии с заданной дозой облучения, измеряют температуру, относительную влажность и массовый временной расход подаваемых кормов, измеряют мощность облучения, задают сигналы времени обеззараживания, наименьшего и наибольшего технологических значений мощности облучения, развертки по величине мощности облучения во времени, удельных региональных цен на продукцию животноводства и птицеводства, на сыпучие корма и на электроэнергию, формируют сигнал дозы облучения, периодически изменяют сформированный сигнал дозы облучения в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим заданными значениями сигнала дозы облучения. Способ включает расчет стоимости затрат на некондиционные корма и потери от них при кормлении животных и птиц и включает их в расчет мощности облучения с учетом энергопотребления и стоимости энергии в различный период времени. С учетом потерь формируют дозы облучения для эффективной и экономичной обработки кормов. Способ осуществляется при помощи устройства, имеющего необходимый генератор электрических импульсов и блок задатчиков для расчета и изменения параметров обработки сыпучих кормов. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ обеззараживания наносекундными электрическими импульсами сыпучих кормов для животноводства и птицеводства, включающий СВЧ-излучение посредством магнетрона или клистрона, ориентацию выходного направляющего волноводного раструба СВЧ-генератора на зону облучения в виде промежуточной емкости с электропроводящими отражающими электромагнитное поле излучения стенками, загрузку промежуточной емкости для обеззараживания сыпучими кормами посредством транспортера, загрузку транспортера сыпучими кормами через поточный измеритель расхода сыпучих кормов, задание и регулирование скорости движения рабочего органа транспортера, отличающийся тем, что применяют регулируемый по мощности генератор наносекундных электрических импульсов, связанный своим выходом с дополнительным управляющим входом магнетрона или клистрона, и таким образом управляют наносекундным импульсным режимом работы СВЧ-излучения для обеззараживания сыпучих кормов для животноводства и птицеводства, задают дозы облучения сыпучих кормов СВЧ электромагнитным полем наносекундных электрических импульсов для обеззараживания сыпучих кормов, регулируют режим облучения сыпучих кормов электромагнитным СВЧ-полем наносекундных электрических импульсов в соответствии с заданной дозой облучения, измеряют температуру, относительную влажность и массовый временной расход подаваемых на обеззараживание сыпучих кормов, измеряют мощность облучения сыпучих кормов полем наносекундных электрических импульсов, задают сигналы времени обеззараживания, наименьшего и наибольшего технологических значений мощности облучения, развертки по величине мощности облучения во времени, удельных региональных цен на продукцию животноводства и птицеводства, на сыпучие корма и на электроэнергию, формируют сигнал дозы облучения, периодически изменяют сформированный сигнал дозы облучения в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим заданными значениями сигнала дозы облучения, причем в зависимости от значения изменяемого сформированного сигнала мощности облучения вычисляют первую сумму затрат на расчетные потери стоимости продукции животноводства и птицеводства при кормлении животных и птицы обеззараженными сыпучими кормами из-за их бактериологической и микробной зараженности и затрат из-за потери их качества в результате их чрезмерного облучения, также в зависимости от значения изменяемого сформированного сигнала мощности облучения вычисляют вторую сумму затрат на расчетные потери стоимости продукции животноводства и птицеводства при кормлении животных и птицы высушенными сыпучими кормами из-за их бактериологической и микробной зараженности, затрат из-за потери их качества в результате их чрезмерного облучения, затрат на электроэнергию для облучения и на электроэнергию для электроприводов транспортеров, выбирают критерий оптимизации режима обеззараживания в виде сигнала переключения разрешения прохождения для дальнейших действий первой или второй вычисленной суммы затрат, выбирают для последующих процессов непосредственного кормления поголовья обеззараженными сыпучими кормами или для хранения обеззараженных сыпучих кормов соответственно первую или вторую сумму для последующих действий соответственно технологически или экономически оптимального обеззараживания полем наносекундных электрических импульсов сыпучих кормов для животноводства и птицеводства, определяют соответствующий наименьшему значению выбранной суммы затрат сформированный сигнал дозы облучения, умножают его на измеренный расход сыпучего корма, полученный результат расчета заданной мощности облучения сравнивают с измеренным сигналом мощности облучения и по результату сравнения дополнительно корректируют режим мощности облучения сыпучих кормов для животноводства и птицеводства.

2. Устройство обеззараживания наносекундными электрическими импульсами сыпучих кормов для животноводства и птицеводства, содержащее датчик скорости движения, поступающих на обеззараживание сыпучих кормов в рабочих органах транспортеров, выход которого соединен с входом измерителя расхода поступающих на обеззараживание сыпучих кормов, блок задатчиков значений искусственного сигнала облученности в диапазоне изменения дозы облучения от нуля до ее предельного значения, наименьшей и наибольшей технологических доз облучения, сигналов времени, расстояния от выходного поперечного сечения измерителя расхода поступающих на обеззараживание сыпучих кормов до оси симметрии рупора излучателя в камере облучения, наименьшей и наибольшей доз облучения, сигналов развертки по дозе облучения во времени, удельных региональных цен на продукцию животноводства и птицеводства, на сыпучие корма и на электроэнергию, констант и коэффициентов математических моделей управления режимом мощности облучения сыпучих кормов, измеритель мощности облучения, выход которого подключен к инвертирующему первому входу регулятора мощности облучения, с выходом которого соединен облучатель сыпучих кормов на основе магнетрона или клистрона с волноводом в камере облучения, блок вычисления двух целевых функций суммарных затрат или блок вычисления первой функции суммарных потерь продуктивности животных и птицы и второй функции суммарных потери продуктивности и затрат на облучение сыпучих кормов, соответствующие первые входы которого соединены с соответствующими выходами блока задатчиков значений искусственного сигнала облученности в диапазоне изменения дозы облучения от нуля до ее предельного значения, наименьшей и наибольшей технологических доз облучения, сигналов времени, расстояния от выходного поперечного сечения измерителя расхода поступающих на сушку сыпучих кормов до оси симметрии рупора излучателя в камере облучения, наименьшей и наибольшей доз облучения, сигналов развертки по дозе облучения во времени, удельных региональных цен на продукцию животноводства и птицеводства, на сыпучие корма и на электроэнергию, констант и коэффициентов математических моделей управления режимом мощности облучения сыпучих кормов, первый и второй выходы блока вычисления целевых функций суммарных затрат или блока вычисления первой функции суммарных потерь продуктивности животных и птицы и второй функции суммарных потери продуктивности и затрат на облучение сыпучих кормов подключены соответственно к первому и к второму входам блока определения наименьшего значения целевых функций суммарных затрат или блока оптимизации режима облучения по дозе облучения, отличающееся тем, что оно снабжено датчиками температуры и относительной влажности поступающих на обеззараживание сыпучих кормов, органом выбора критерия оптимизации режима обеззараживания, элементом умножения, блоком управления временной задержки, генератором наносекундных электрически импульсов, причем выходы датчиков температуры и относительной влажности поступающих на обеззараживание сыпучих кормов подключены соответственно ко второму и третьему входам блока вычисления целевых функций суммарных затрат или блока вычисления первой функции суммарных потерь продуктивности животных и птицы и второй функции суммарных потерь продуктивности и затрат на обеззараживание сыпучих кормов, выход органа выбора критерия оптимизации режима обеззараживание соединен с третьим управляющим входом блока определения наименьшего значения целевых функций суммарных затрат или блока оптимизации режима обеззараживания по дозе облучения, выход которого подключен к неинвертирующему первому входу элемента умножения, инвертирующий второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом измерителя расхода поступающих на обеззараживание сыпучих кормов через блок управляемой временной задержки и с неинвертирующим вторым входом регулятора мощности облучения, а первый и второй управляющие входы блока управляемой временной задержки подключены к выходам соответственно датчика скорости движения поступающих на сушку сыпучих кормов в рабочих органах транспортеров и к соответствующему выходу блока задатчиков значений искусственного сигнала облученности в диапазоне изменения дозы облучения от нуля до ее предельного значения, наименьшей и наибольшей технологических доз облучения, сигналов времени, расстояния от выходного поперечного сечения измерителя расхода поступающих на обеззараживание сыпучих кормов до оси симметрии рупора излучателя в камере обеззараживания, наименьшей и наибольшей доз облучения, сигналов развертки по дозе облучения во времени, удельных региональных цен на продукцию животноводства и птицеводства, на сыпучие корма и на электроэнергию, констант и коэффициентов математических моделей управления режимом мощности облучения сыпучих кормов, а выход генератора наносекундных электрически импульсов соединен с дополнительным управляющим входом магнетрона или клистрона.