Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ электрофизических процессов, обеспечивающих эффективность производства и переработки продукции птицеводства 13
1.1. Воздействие физических факторов в процессе инкубации яиц, роста и развития птицы 13
1.2. Использование энергии электромагнитных излучений в технологических процессах переработки яиц 38
1.3. Цель и задачи исследования 50
2. Теоретические основы дозирования энергии электромагнитных излучений при их комплексном действии на биообъект 51
2.1. Структура исследования процесса воздействия ЭМИ на биообъект 51
2.2 Обоснование частоты электрических полей при их комплексном действии на биообъект 55
2.2.1. Исследование диэлектрического спектра компонентов яйца для определения резонансной частоты 55
2.2.2. Теоретическое обоснование частоты источника питания коронирующего разряда 69
2.3. Распределение электрических полей в биообъекте при их комплексном действии 77
2.3.1. Распределение электрических полей в биообъекте 77
2.3.2. Обоснование напряжения питания электрогазоразрядных электродов 80
2.4. Сенсибилизирование радиоволнами эффекта воздействия УФ излучения на биообъект 98
2.4.1. Биологическое действие на меланж УФ излучения на фоне радиоволн 99
2.4.2. Биологическое действие на яичный порошок УФ излучения на фоне радиоволн и коронного разряда 103
2.4.3. Биологическое действие на инкубационные яйца УФ излучения на фоне электромагнитного поля надтональной частоты 105
2.5. Силовое действие электрических полей на биообъект 109
2.6. Определение предела прочности скорлупы яиц 114
3. Методика исследования процесса комплексного воздействия электромагнитных излучений на биообъект и проектирования диэлектрических установок 124
3.1. Материалы и методы исследований 124
3.2. Общая методика проектирования установок с источниками электромагнитных излучений 132
3.3. Согласование режимных и конструктивных параметров элек тромеханического оборудования для комплексного воздействия электромагнитного излучения на биообъект 144
3.3.1. Методика согласования параметров воздействия электромагнитного излучения на биообъект 144
3.3.2. Методика согласования режимно-конструктивных параметров радиоволновых электрокоронирующих устройств 152
3.3.3. Согласование режимно-конструктивных параметров установки для электромеханизированного разделения молодняка птицы по полу 159
3.3.4.. Методика обоснования динамики живой массы птицы 167
3.3.5. Методика согласования режимно-конструктивных параметров роторного высокочастотного пастеризатора яиц 171
3.3.6. Методика согласования режимно-конструктивных параметров высокочастотного пастеризатора меланжа 179
3.3.7. Расчет режимно-конструктивных параметров коротковолнового ультрафиолетового озонатора яичного порошка 186
3.3.8. Согласование режимно-конструктивных параметров длинноволнового озонатора яичного порошка 192
3.3.9. Согласование режимно-конструктивных параметров устройства для переработки яичной скорлупы 204
4. Радиоволновые источники УФ излучения 214
4.1. Технические средства для воздействия электромагнитным излучением на биообъект при производстве молодняка птицы 214
4.1.1. Использование электромагнитных излучений в технологии инкубации яиц 214
4.1.2. Облучатели для дезинфекции яиц 218
4.1.3. Облучатели для коррекции перинатального развития молодняка птицы 225
4.1.4. Электрокоронирующие устройства для коррекции вывода молодняка птицы 227
4.1.5. Электромеханизированное разделение молодняка птицы
по полу 231
4.1.6. Облучатель для обеспечения локального микроклимата суточным цыплятам 239
4.1.7. Длинноволновый инъектор для молодняка птицы 241
4.1.8. Электротехническое устройство для удаления оперения с живой птицы 244
4.2. Установки для технологических процессов переработки яиц 256
4.2.1. Высокочастотные пастеризаторы яйца 256
4.2.2. Диэлектрический пастеризатор меланжа 264
4.2.3. Радиоволновые устройства для обеззараживания сыпучих яйцепродуктов 268
5. Результаты воздействия электромагнитных излучений на биообъект 282
5.1. Результаты воздействия электромагнитных излучений в перинатальный период развития молодняка птицы
5.1.1. Исследование бактериальной обсемененности инкубационных яиц после ультрафиолетового длинноволнового озонирования 282
5.1.2. Анализ результатов инкубации яиц облученных ультрафиолетовыми лучами на фоне радиоволн 285
5.2. Результаты воздействия электромагнитных излучений на молодняк птицы в постнатальный период развития 301
5.2.1. Результаты электромеханизированного разделения молодняка птицы по полу 301
5.2.2. Сохранность молодняка птицы в первые дни жизни при комплексном действии энергии ЭМИ 305
5.3. Результаты воздействия электромагнитных излучений на молодняк птицы в период выращивания 3 06
5.3.1. Хозяйственно-полезные показатели птицы выращиваемой при воздействии электромагнитных излучений 3 06
5.3.2. Результаты прижизненной ощипки пуха гусей с помощью электротехнического устройства 314
5.4. Результаты переработки яиц с использованием электромагнитных излучений 316
5.4.1. Результаты высокочастотной пастеризации яиц и яичной массы 316
5.4.2. Результаты обеззараживания яичного порошка с использованием энергии электромагнитных излучений 328
5.4.3. Результаты обеззараживания яичной скорлупы электромагнитным излучением 331
6. Оценка эффективности внедрения электромехани зированных устройств в технологию производства и переработки продукции птицеводства 336
6.1. Технико-экономическая оценка конструкторских разработок 336
6.2. Вопросы техники безопасности при работе установок с высокочастотными разрядами 374
Заключение 378
Общие выводы 380
Список используемых источников 384
Приложение 397
- Воздействие физических факторов в процессе инкубации яиц, роста и развития птицы
- Теоретическое обоснование частоты источника питания коронирующего разряда
- Общая методика проектирования установок с источниками электромагнитных излучений
- Использование электромагнитных излучений в технологии инкубации яиц
Введение к работе
В развитии птицеводства важную роль играет получение высококачественной продукции с использованием прогрессивных технологий, высокопроизводительных средств и рациональных технологических решений.
Птицеводству нужны специализированные ресурсоэнергоматериало-сберегающие технические средства малой механизации небольших массогабари-тов, энергоемкостей, с помощью которых можно выполнять различные технологические процессы и операции.
Наиболее эффективными, рациональными и перспективными методами совершенствования технологических процессов в птицеводстве при сохранении ветеринарно-санитарного благополучия являются способы, основанные на применении энергии электромагнитных излучений. Целенаправленное комплексное воздействие физических факторов на биологический объект, синхронизированное с биологически активной частотой, с учетом особенностей структуры объекта позволяет эффективно решить ряд задач. Широкие возможности применения энергии электромагнитных колебаний в сельскохозяйственных технологических процессах обусловлены рядом причин, а именно: высоким качеством воздействия, гибкостью и высокой точностью управления процессом, а самое главное -электромагнитное поле обладает специфическими и лечебными свойствами [7, 14,20, 30,96, 128,132, 133, 135,208,214 и др.].
Перед нами поставлена проблема повышения производства и качества переработки продукции птицеводства воздействием электромагнитного излучения (ЭМИ).
Научная концепция решения данной проблемы - получение высококачественной продукции птицеводства при минимальных энерго-, трудозатратах за счет применения методов и технических средств с источниками ЭМИ имеющих рациональные параметры, заложенные на стадии проектирования путем использования метода многокритериальной оптимизации.
Наиболее полное решение поставленной проблемы обеспечивается многоцелевыми техническими средствами с радиоволновыми источниками от которых
подключены электрогазоразрядные лампы УФ излучения высокого или низкого давления. В связи с этим определены дальнейшие научные задачи в области создания средств электромеханизации различных технологических процессов в птицеводстве.
В настоящее время имеется много данных о положительном влиянии ряда физических факторов на различные биообъекты, к числу основных из них относятся следующие: электромагнитные излучения оптического и радиоволнового диапазонов, озон и аэроионизированный воздух.
Однако, из-за несовершенства технологии и технических средств, отсутствия научно обоснованных оптимальных методов воздействия электромагнитного излучения (ЭМИ) на биообъект, широкого распространения они в птицеводстве не нашли.
Исследования выполнены в соответствии с планами НИОКР Чувашской ГСХА (1997...2004 г.г.) и целевыми программами по заказу департамента кадровой политики и образования (ПНИЛ-3) Министерства сельского хозяйства Российской Федерации «Интенсификация электромагнитным полем технологических процессов в животноводстве», № per.: 02980000107, 1997; 01990001509,1998; 01200001224, 1999; 02200200856, 2000, а также Министерства сельского хозяйства Чувашской Республики «Интенсификация электромагнитным полем технологических процессов в животноводстве и птицеводстве» (2000...2004 г.г.).
Научно-методической основой настоящего исследования послужили труды ведущих ученых по фундаментальным и прикладным вопросам электрификации сельского хозяйства и другим отраслям знаний Басова А.М., Белова В.И., Бойко АЛ., Бондаренко Г.М., Бородина И.Ф., Будзко И.А., Возмилова А.Г., Воробьева В.А., Гришина И.И., Живописцева Е.Н., Изакова Ф.Я., Казинского В.А., Кодинец Г.А., Кудрявцева И.Я., Кожевниковой Н.Ф., Лебедева СП., Листова П.Н., Мартынен-ко И.И., Мусина Д.С., Назарова Г.И., Новиковой Г.В., Овчуковой С.А., Прищеп Л.Г., Сторчевого В.Ф., Стребкова Д.С., Тареева Б.М., Тарушкина В.И., Третьякова Н.П., Цой И.Г., Цугленок Н.В., Шмигель В.Н. и др. [6, 13, 14, 22...26,
36,37,46,51,58, 84...86,89, 132...135,139,169,170, 173,174,182,199,200].
Целью настоящей работы является разработка научно обоснованного
принципа создания многоцелевых технических средств с источниками электромагнитных излучений, обеспечивающих повышение производства и качества переработки продукции птицеводства за счет комплексного воздействия физических факторов на биообъект.
Объектом исследования являются технические средства с технологическими приемами усиления биологического действия УФ излучения на фоне радиоволн и коронного разряда при минимальных энерго-, трудозатратах и отрицательных воздействиях на окружающую среду.
Предметом исследования является процесс взаимодействия электромагнитных излучений разных частот с биообъектом, обеспечивающий наибольшую эффективность производства и переработки продукции птицеводства.
Поставленные задачи решаются следующей методологией: основываясь на диэлектрический спектр компонентов биообъекта, на теории электронно-ионной технологии и оптического излучения, на закономерности воздействия электромагнитного поля, базируясь на системный подход к комплексу теоретических и экспериментальных результатов, полученных при помощи математических, физических, светотехнических, биометрических, статистических методов разрабатываются многоцелевые технические средства, состоящие из функционального модуля и радиоволнового генератора, предназначенные для технологических процессов птицеводства.
Разработка методологических основ расчетов и проектирования технических средств, базировалась на математическом моделировании процессов. Экспериментальные исследования, подтвержденные теоретическими результатами, выполнены с использованием теории многофакторного эксперимента, методов регрессионной статистики и биометрии с применением программы Statistica 4.5.
Научная новизна:
предложен и теоретически обоснован принцип усиления биологического действия УФ излучения за счет радиоволн и коронного разряда, инициированных электрогазоразрядной лампой, подключенной через резонатор к генератору;
получены математические соотношения, позволяющие обосновать частоту и напряжение источника питания электрогазоразрядной лампы УФ излучения, являющейся одновременно радиоволновым электродом, обеспечивающим коронный разряд;
разработаны конструктивные схемы и созданы технические средства комплексного воздействия физических факторов на основе теоретических и экспериментальных обоснований оптимальных режимов взаимодействия параметров источника электромагнитных излучений с биообъектом;
определены принципы рационального использования энергии ЭМИ в технологических процессах производства и переработки продукции птицеводства.
Техническая новизна. Создание многофункциональных радиоволновых УФ излучателей для технологического воздействия на биообъекты в птицеводстве.
Практическая значимость. Полученные научные знания позволили разработать:
электромагнитные излучатели эритемного и бактерицидного потоков УФ излучения на фоне электромагнитного поля надтональной частоты и коронного разряда, превосходящие существующие по технологическим эффектам, позволяющие повысить хозяйственно-полезные показатели птицы;
электрокоронирующие устройства для коррекции перинатального и по-стнатального развития птицы;
техническое средство для прижизненной ощипки оперения гусей;
устройства для обеззараживания, стерилизации, пастеризации яиц и яй-
цепродуктов комплексным воздействием электромагнитных излучений радиоволнового и оптического диапазонов.
Достоверность выводов диссертации обеспечена:
теоретическими исследованиями, опирающимися на законы и методы математики, физики, механики и электротехники;
современными методами исследований на действующем оборудовании с применением компьютерных технологий;
лабораторными и хозяйственными испытаниями приемов и технических средств комплексного воздействия ЭМИ на биообъект в птицеводстве, проведенными в соответствии с действующими ГОСТами и разработанными методиками, подтвержденными документально.
Основные положения выносимые на защиту:
Способ усиления биологического действия УФ излучения на фоне радиоволн и коронного разряда для создания высокоэффективных методов и технических средств производства и переработки продукции птицеводства.
Теоретическое обоснование частоты и напряжения радиоволновых источников питания разрядного блока с учетом обоснованного предела прочности скорлупы яйца и релаксационных частот его составных частей. Аналитические зависимости, характеризующие распределение электрических полей в компонентах биообъекта при комплексном воздействии ЭМИ.
Выведенные математические выражения, позволяющие согласовать:
режимно-конструктивные параметры механизированного радиоволнового УФ облучателя биообъекта, применяемого в технологическом процессе инкубации молодняка птицы и при переработке яиц, яйцепродуктов;
время воздействия ЭМИ, частоту вращения и диаметр поворотной платформы с производительностью электрокоронирующего устройства для коррекции перинатального и постнатального развития молодняка птицы;
частоту вращения и диаметр поворотной платформы, размеры арки и склиза с возрастом молодняка и производительностью электромеханизированного устройства для разделения молодняка птицы по полу;
силу удерживаемости пера в коже с температурой экзо-, эндогенного нагрева при использовании устройства для прижизненной ощипки оперения птицы;
удельную мощность, время воздействия, частоту вращения ротора и транспортирующего барабана с производительностью высокочастотного пастеризатора яиц;
время наполнения и истечения меланжа из рабочей камеры с производительностью высокочастотного пастеризатора.
4. Математические модели частных энерготехнологических процессов
воздействия на биообъект, описывающие:
выводимость и сохранность молодняка птицы в зависимости от энергетической нагрузки при комплексном воздействии физических факторов в перинатальный период развития;
изменение количества пор, выводимости и сохранности молодняка птицы в зависимости от напряжения электрического поля, времени воздействия и разрядного промежутка;
процент разделения молодняка птицы по полу в зависимости от их возраста, напряжения на электроде, высоты подвеса облучателя и скважности коронного разряда;
динамику среднесуточного прироста живой массы птицы;
изменение силы удерживаемости оперения в коже тушки от времени воздействия, напряженности электрического поля;
изменение температуры яичной массы, температуры стабилизации и толщины тонкого наружного слоя примыкающего к подскорлупнои пленке в зависимости от времени воздействия, анодного тока, напряженности и частоты электрического поля;
скорость нагрева меланжа в зависимости от напряженности электрического поля и времени воздействия;
изменение бактериальной обсемененности яичного порошка в зависимости от времени воздействия, удельной мощности бактерицидной лампы и высоты подвеса функционального модуля.
5. Результаты исследования влияния комплексного воздействия ЭМИ на
биообъект в технологических процессах производства и переработки продукции птицеводства, проведенные для многокритериальной оптимизации режим-но-конструктивных параметров разработанных и созданных образцов радиоволновых УФ излучателей.
Методики, алгоритмы и программа согласования на ЭВМ конструктивных элементов функционального модуля и режимов технологического процесса воздействия ЭМИ на биообъект.
Реализация результатов исследования. Разработанные методы и технические средства с источниками ЭМИ апробированы в технологических про-
11 цессах производства и переработки продукции птицеводства двух птицефабрик Чувашской республики, таких как: РГУП ПФ «Моргаушская», ГУП ПФ «Чебоксарская».
Материалы экспериментальных исследований и описание разработанных технических средств используются в учебном процессе ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА», ФГОУ ВПО «Московский ГАУ им. В.П. Горячкина», ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА», ФГОУ ВПО «Казанская ГСХА», ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», ФГОУ ВПО «Челябинский агроинженерный университет». Применение результатов исследований в учебном процессе других вузов подтверждается соответствующим реестром по рассылке учебного пособия «Электрооборудование в птицеводстве» и монографии «Электромагнитные излучения в технологических процессах птицеводства».
Материалы исследований технологического процесса воздействия ЭМИ на биообъекты переданы в отдел механизации Министерства сельского хозяйства Чувашской Республики. Они составили научную базу для разработки технического задания и проектно-конструкторской документации, необходимой для изготовления радиоволновых УФ излучателей для технологических процессов производства и переработки продукции птицеводства.
Внедрение результатов исследований подтверждается соответствующими актами, приложенными к диссертации.
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты исследования по теме диссертации доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава:
ФГОУ ВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия» (1998...2004 г.г.);
НИИ Северо-Востока (г. Киров, 1998 г.);
ФГОУ ВПО «Челябинский агроинженерный университет» (2003,2004 г.г.);
ФГОУ ВПО «Московский агроинженерный университет им. В.П. Горячкина» (2002 г.);
ФГОУ ВПО «Казанская государственная сельскохозяйственная академия» (2000,2004 г.г.);
ФГОУ ВПО «Казанская ветеринарная академия» (2000 г.);
ФГОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева (институт механики и энергетики)» (2002 г.);
ФГОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия» (2003 г.);
ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия» (2004 г.);
- ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная акаде
мия» (2004 г.).
Публикации. Материалы диссертации отражены в [54 основных научных работах, в том числе учебном пособии «Электрооборудование в птицеводстве», объемом 25,7 п.л., монографии «Электромагнитные излучения в технологических процессах птицеводства», объемом 8,5 п.л., в двух поданных заявках на изобретение № 2004128827 «Устройство для удаления оперения с живой птицы», № 2004128828 «Устройство для разделения молодняка птицы по полу». За создание комплексной работы, включающей учебное пособие «Электрооборудование в птицеводстве» автору присуждена Государственная премия Чувашской Республики 2003 года в области естественных и технических наук. Диплом лауреата Государственной премии выдан на основании Указа Президента Чувашской Республики Н.В. Федорова от 17 июня 2004 года № 64.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав и общих выводов, списка используемых источников и приложения. Основная часть содержит 396 страниц машинописного текста. В списке литературы указано 222 источников, в том числе 8 на иностранном языке. Приложение содержит материалы по внедрению, разработанные программы, полное обоснование параметров облучателей предназначенных для технологических процессов инкубации, матрицы и расчетные коэффициенты для построения поверхности отклика.
Воздействие физических факторов в процессе инкубации яиц, роста и развития птицы
В работах Асрияна М., Ахмедова В.Х., Белова А.Д., Бецкова О.В., Бородина И.Ф., Буртова Ю.З., Возмилова А.Г., Воробьева М.Г., Голдина Ю.С., Иза-кова Ф.Я., Кавтаршвилли А, Кодинец Г.А., Кривопишина И.П., Медведева И.Д., Мелюкова А.Н., Передерни В.Г., Прокопенко А.А., Присяжного Г., Растимеши-на С.А., Рощина П.М., Сторчевого В.Ф., Торосяна Р.Н., Устинова Д.А., Чижевского П.Л., Чурмасова А.В., Шеметило И.Г., Ясногородского В.Г. имеются предположения о том, что важнейшими составляющими рационального микроклимата, влияющими на физиологическое состояние и продуктивность птиц, являются: - температурно-влажностный режим помещения; - концентрация газов, пылевых частиц, микроорганизмов и отрицательных ионов; - эритемный и бактерицидный потоки ультрафиолетовых лучей и т.д. [3, И, 14, 20, 22...27, 36, 37, 58, 84, 85, 96, 97, 147, 151, 154, 155, 157, 169, 170, 181, 185, 191,193, 195,214 и др.]. Известно, что при неудовлетворительном микроклимате снижается экономическая эффективность ведения отрасли. Например, прирост молодняка птицы уменьшается на 20...30 %, отход молодняка и расход кормов увеличиваются на 5...40 %, быстро развиваются болезнетворные микробы [3, 11, 12, 25, 27, 58, 84, 97]. При совместном содержании взрослой птицы и молодняка им необходим по зоогигиеническим условиям разный микроклимат. Поэтому в этих случаях прибегают к устройству системы локального электрообогрева и облучения [147, 151, 154, 155, 157]. Нормативные параметры воздуха должны быть обеспечены в зоне размещения птицы, то есть в пространстве высотой до 0,9 м над уровнем пола, на котором может находиться молодняк птицы. Для улучшения параметров микроклимата биообъекту можно использовать энергию электромагнитных излучений. Проанализируем некоторые результаты биологических и технологических эффектов от использования энергии электромагнитного поля (ЭМП) в технологии локального микроклимата в помещениях, полученные разными авторами и опубликованные в журналах и сборниках. Существует множество технических средств, обеспечивающих эффективность воздействия физических факторов на организм птицы. В результате их применения исчезают болевые синдромы, нормализуются секреторная и моторная функции органов пищеварения, уменьшается активность воспалительных процессов, улучшается трофика органов и тканей. В целом физические факторы оказывают мощное саногенетическое действие, способствуют мобилизации защитных сил организма, вызывают раздражение рецепторов кожи и глубоколежащих тканей [96,141]. В ответ на это раздражение возникают сложные реакции рефлекторного типа. Из зоны воздействия реакции распространяются на центральную нервную систему и оказывают влияние на весь организм [169, 181, 185, 191, 195 и др.]. Ниже проанализированы особенности воздействия основных физических факторов, имеющих место при обеспечении локального микроклимата биообъектам в процессе инкубации, роста и развития птицы, таких как: ионизированный воздух (аэроионизация, франклинизация, аэроионотерапия, озонирование); ультрафиолетовое и инфракрасное излучение; электромагнитное поле надто-нальной частоты (дарсонвализация, ультратоновоздействие). Обзор существующих технологий и технических средств, обеспечивающих комбинированное воздействие физических факторов на молодняк птицы, показывает, что широко применяют оборудование для комбинированного инфракрасного обогрева и ультрафиолетового облучения ИКУФ-1М, ИКУФ-3 и «Луч». Используют также оборудование для ионизации воздуха с целью под 15 держания нормальной концентрации отрицательных ионов в помещении [96, 184]. В последние годы установлено, что такие факторы, как УФ и видимые лучи, лазерное облучение, аэроионизация, магнитное поле, у лучи, и их сочетание могут стимулировать обменные процессы в биообъекте, например, повысить инкубационные качества яиц, вывод и жизнеспособность молодняка птицы. Имеющиеся другие технические средства либо не приспособлены для птицеводческих помещений, либо инициируют не более двух физических факторов. Поэтому, необходимо разрабатывать принципиально новую структуру системы локального микроклимата, предусматривающую совокупное воздействие таких физических факторов, как УФ и ИК излучение, электромагнитное поле надтональной частоты (ЭМП НТЧ) и коронный разряд в целях противора-хитного, бактерицидного действий, поддерживания температурного режима и нормальной концентрации отрицательных ионов, профилактики заболеваний молодняка птицы. Технология инкубации яиц предусматривает использование озона, вырабатываемого физическими факторами, для дезинфекции и ветеринарной профилактики биообъекта в инкубационном и выводном шкафах. Дезинфекция яиц озоном. На скорлупе яиц всегда присутствует большое количество микробов, большинство из них безвредно, но могут быть и болезнетворные, патогенные, вызывающие заболевания яиц, зародышей и выведенного молодняка. Обязательной мерой борьбы с птичьими инфекциями является дезинфекция поступающих на инкубацию яиц. По своей природе дезинфицирующие средства делятся на физические, химические и биологические. К физическим средствам дезинфекции относятся высокая температура, и лучи коротковолновой части спектра, обладающие способностью убивать все живое. Применение экологически чистых методов, в частности озонирования и бактерицидного потока УФ излучения, позволяет решить проблему дезинфекции инкубационных яиц. Многочисленными исследованиями установлено, что озонирование яиц до и во время инкубации позволяет поддерживать на требуемом уровне санитарное состояние инкубатория, а также увеличить вывод цыплят, их рост и развитие в дальнейшем. В настоящее время широко стали применять дезинфекцию яиц озоном, который обладает сильным окислительным и обеззараживающим действием. Н. Тарновский изучал влияние на инкубируемые яйца озонирования воздуха. При этом озонирование воздуха с концентрацией 200 мг/м3 приводило к положительным результатам [27]. И.П. Кривопишин установил, что прединкубационное озонирование куриных яиц оказывает положительное влияние на некоторые морфологические и физиологические процессы, протекающие в эмбриогенезе [27]. Дезинфекцию проводят в специальной камере. Отсортированные и свободно уложенные в лотки яйца помещают в камеру на стеллажах или в инкубационных тележках. Концентрацию озона в камере поддерживают на уровне 300...500 мг/м3 в течение 60 мин при температуре воздуха 8...30 С и относительной влажности 50...70 %. По истечении срока дезинфекции озон из камеры удаляют вытяжной вентиляцией в течение 5... 10 мин.
Озон получают путем электросинтеза из кислорода воздуха или чистого кислорода с помощью озонаторов различных типов (ГО-240, РГО-1, ЛГО-15, Озон-1м, Озон-2м). Обслуживание их осуществляется дистанционно. Озонаторы других типов размещают вне камеры и озон подается в нее по шлангу.
Теоретическое обоснование частоты источника питания коронирующего разряда
Если в равномерное электрическое поле, напряженность которого равна Ео, внести диэлектрический шар (яйцо, диэлектрическая проницаемость которого отлична от диэлектрической проницаемости окружающей среды), то электрическое поле вблизи яйца исказится, перестанет быть равномерным. Характер искажения электрического поля зависит от размеров яйца, его диэлектрической проницаемости и величины заряда на его поверхности. Под влиянием внешнего по отношению к яйцу электрического поля оно поляризуется. Заряды, выявившиеся на поверхности яйца вследствие поляризации, исказят равномерное поле. Силовые линии подойдут к поверхности так, что будут выполняться два граничных условия [163]: 1) во внешней по отношению к яйцу области не останется свободных зарядов, поэтому электрическое поле в наружной по отношению к яйцу области описывается уравнением Лапласа [163]; 2) если яйцо считать диэлектриком и свободный заряд на нем равен нулю, то электрическое поле внутри яйца описывается также уравнением Лапласа [163]. Таким образом, для решения задачи необходимо проинтегрировать уравнение Лапласа [163]. Это классическая задача электростатики, где необходимо правильно выбрать систему координат. В нашем случае граничная поверхность - сфера, которая наиболее удобно описывается в сферической системе координат, поэтому мы пользовались этой системой. В рассматриваемом случае мысленно рассечем электрическое поле плоскостью, перпендикулярной оси Z декартовой системы, и проведем в этой плоскости окружность так, чтобы центр ее лежал на оси Z. Тогда все точки этой окружности будут иметь одно значение радиуса, соединяющего точку на этой окружности с началом координат. Кроме того, угол 9 (в нашем случае в = 51) в меридианной плоскости между радиусом и осью Z один и тот же. Когда в равномерное поле помещено яйцо, диэлектрическая проницаемость которого больше диэлектрической проницаемости окружающей среды, то линии вектора смещения начинаются на свободных зарядах и проходят, не прерываясь через яйцо. Определение напряженности электрического поля и потенциала через объемную плотность заряда. В процессах электронно-ионной технологии, как известно, используют силы и моменты, действующие на частицы, находящиеся в электрическом поле. Основную роль играет сила, с которой электрическое поле действует на заряженную частицу. Следовательно, для создания электрической силы необходимо, кроме электрического поля надтональной частоты, иметь заряженные частицы. Зарядку частиц можно осуществить осаждением на их поверхности ионов, т.е. заряженных молекул газа, или касанием их поверхности электродов, образующих электрическое поле. Источником ионов является коронный разряд. Для этого имеется гребеш-ковая электрогазоразрядная лампа (радиус гребешка намного меньше межэлектродного расстояния), являющаяся одним из электродов, другим электродом является биологический объект. Такая система электродов создает неравномерное электрическое поле. Наибольшая напряженность электрического поля создается у поверхности коронирующего электрода, наименьшая — у низкопотенциального электрода. При достаточно большом напряжении напряженность электрического поля у коронирующего электрода будет настолько велика, что произойдет пробой воздуха в тонком слое, окружающем коронирующий электрод. Пробой вызовет разрушение молекул и образование ионов. Зарядка частиц касанием поверхности электродов происходит следующим образом. Так как в любых частицах всегда имеются связанные заряды, то под действием электрического поля происходит их поляризация, т.е. отрицательные заряды смещаются к положительному полюсу, а положительные — к отрицательному. Как только это произойдет, свободные электроны начнут притягиваться к положительно заряженной поверхности частицы и компенсируют ее положительный заряд. Величина заряда частицы, приобретенного ею при коронной или контактной зарядке, пропорциональна напряженности поля и квадрату размера частицы, а также зависит от электрических свойств биообъекта [49, 163,206 и др.]. Для изучения распределения электрического поля и удельной мощности в биообъекте возможно применение различных методов, из которых основными являются следующие [10, 44, 128, 173 и др.]: а) аналитический расчет поля биообъекта; б) математическое моделирование электрического поля; в) исследование электрического поля в натуре. Аналитический расчет электрического поля в биообъекте применим как для квазистационарного поля, описываемого уравнением Лапласа, так и для волнового поля. Однако применение аналитического расчета ограничено необходимостью решения дифференциальных уравнений при заданных граничных условиях, которое достаточно просто только для некоторых наиболее элементарных граничных условий. В остальных случаях расчет сопряжен с такими математическими трудностями, что для практических задач оказывается не применимым.
Если высокопотенциальный электрод (электрогазоразрядная лампа) не прилегает плотно к поверхности биообъекта, а отстоит от него на некотором расстоянии и, кроме того, инициирует коронный разряд, то определение электрического поля в биообъекте дополнительно усложняется. В этих случаях необходимо находить напряженность электрического поля как в воздухе, так и в биообъекте. На границе воздуха и биообъекта должны выполняться граничные условия: равенство нормальных составляющих векторов смещения с учетом токов проводимости и тангенциальных составляющих векторов напряженности электрического поля.
Общая методика проектирования установок с источниками электромагнитных излучений
Основные особенности комплексного взаимодействия электромагнитных полей разных частот с биообъектом сводятся к следующему: 1. Биологические эффекты зависят от энергетической нагрузки (произведение квадрата напряженности электрического поля на время воздействия) и энергетической экспозиции, учитывающей длину волны, длительность цикла, частоту повторения циклов, длительность воздействия в серии циклов. Поэтому для достижения оптимального биологического и технологического эффектов необходимо обеспечить такое сочетание энергии физических факторов, которое, в зависимости от способа и интенсивности воздействия, могло бы вызвать ответные реакции со стороны компонентов биообъекта. 2. Рациональное рентабельное производство и переработка продукции птицеводства достигается при соблюдении основных принципов и закономерностей процессов заложенных в технологии с использованием электрофизических методов воздействия. Для этого изучено множество сопряженных друг с другом процессов, происходящих в биообъекте под влиянием энергии ЭМИ. Биологически активные частоты составных частей яйца (желтка, белка и скорлупы), исследованные теоретически с помощью р-метода Кацеленбаума и Фредгольма, и экспериментально с использованием резонансных приборов в килогерцовом диапазоне составляют соответственно 30, 37, 70 кГц, а в мегагерцевом - 30, 37, 70 МГц 3. Обоснованные частоты от 20 кГц до ПО кГц и напряжение от 1 кВ до 7,5 кВ источника питания коронирующего разряда, позволяют повысить мощность в разрядном промежутке при данном напряжении, увеличить число одновременно развивающихся разрядов при более равномерном их распределении вдоль электрода, использовать более низкие рабочие напряжения. 4. Изучение теории взаимодействия электромагнитного поля с биообъектом, раскрывающее биофизический механизм процесса и объясняющее основные закономерности его протекания, создает возможность управления деятельностью биологических систем разного уровня организации. С учетом принципа суперпозиции электромагнитных полей определена основная воздействующая энергия с фактически действующей частотой 400...180 им в области УФ излучения, а радиоволны (22 кГц, 110 кГц, 40,68 МГц) и коронный разряд являются сенсибилизирующими факторами. На основе полученных регрессионных моделей доказано, что фон радиоволн усиливает действие потока УФ излучения, снижая общее микробное число в яичном порошке от 8 до 14 раз и увеличивая процент выводимости молодняка птицы на 4,3 %. 5. Используя теорему Гаусса и уравнение Лапласа определены напряжен ность электрического поля вне и внутри яйца, а также потенциал точки при из вестной объемной плотности заряда. Напряженность электрического поля в воздушном промежутке между облучателем и биологическим объектом состав ляет от 1 до 10 кВ/м. Для концентрации электрического поля коронного разряда на опасном сечении скорлупы яйца (при угле а= 51...90 ), выявленном на базе изучения безмоментной теории расчета оболочек с учетом меридионального и окружного напряжений вне и внутри яйца, необходимо использовать дуговые гребешковые электрогазоразрядные электроды, конструктивные размеры которых должны быть согласованы с углом опасного сечения. Из общего выражения напряженности электрического поля в шарообразном биообъекте при любом числе пар электродов и любых углах охвата ими поверхности яйца вытекает, что при а = 50 и биэлектродной системе, напряженность электрического поля на краях электродов теоретически обращается в бесконечность, что на практике вызывает появление коронного разряда. С учетом эллипсоидной формы яйца изменение напряженности электрического поля необходимо корректировать, используя коэффициент деполяризации, представленный эмпирической формулой. 6. С процессом поляризации связано появление в яйце механических сил, а именно пондеромоторных, вызванных разными величинами относительной диэлектрической проницаемости составных частей яйца. Поэтому для стабиль ного увеличения количества и размера пор до 20 % на скорлупе яиц необходи мо создать электрическое поле напряженностью не менее 6,8...7,8 кВ/м в тече ние 7...13 мин при величине разрядного промежутка 1,5...2 см. В случае же коррекции перинатального развития механические усилия, возникающие в яйце, не должны его деформировать и превышать 30 Н, что обеспечивается при напряженности электрического поля в яйце не более 1,8 кВ/м и времени воздействия 20.. .30 мин.
Использование электромагнитных излучений в технологии инкубации яиц
Анализируя имеющиеся технические средства, обеспечивающие в технологии производства продуктов птицеводства воздействие отдельных физических факторов, нами предложена операционно-технологическая схема инкубации яиц (рис. 4.1) [162].
Схема технологического комплекса предназначенного для коррекции перинатального и постнатального развития молодняка птицы представлена в приложении. Комплекс состоит из разных комплектов, каждый из которых содержит источник энергии ЭМИ и функциональные модули. Комплекты работают в последовательном режиме и обеспечивают зооветеринарную профилактику инкубационных яиц, коррекцию перинатального развития и вывода молодняка птицы.
Разработаны радиоволновые облучатели инкубационных яиц в целях обеззараживания их и коррекции перинатального развития молодняка птицы. Причем облучатель содержит источник энергии надтональной частоты, от которого запитаны электрогазоразрядные лампы низкого или высокого давления через специальный резонатор, позволяющий легко осуществить передачу энергии надтональной частоты. Такие облучатели являются источниками бактерицидного или эритемного потоков УФ излучения на фоне радиоволн. Параллельно происходит ионизация воздуха, за счет коронного разряда, возникающего между электрогазоразрядной лампой и сепарирующей сеткой. Конфигурация электрогазоразрядных ламп - электродов генератора и система расположения электродов в функциональном модуле зависят от планируемого места расположения функционального модуля в инкубационном шкафу. В связи с этим ниже описаны разные модификации радиоволновых облучателей. В случае необходимости высокой производительности, функциональный модуль облучателя содержит электрогазоразрядную лампу высокого давления и она запитана от высокочастотного генератора через специальный высокочастотный кабель. Тогда воплотить главное преимущество — передачу энергии радиоволн через резонатор, с помощью простых изолированных электрических проводов от генератора до электрогазоразрядных ламп не всегда удается. Причиной является не рациональное использование резонаторов, так как габаритные размеры их резко увеличиваются и снижается электробезопасность.
Для коррекции перинатального развития в период вывода цыплят разработаны несколько вариантов механизированных электрокоронирующих устройств. Отличие между ними в системе расположения гребешковых электрогазоразрядных ламп и транспортирующем устройстве. С целью усиления коронного разряда (усиление силового действия электрического поля и электромеханического), расстояния от электрогазоразрядных ламп до сепарирующих электродов минимальное. Для транспортирования лотков с инкубационными яйцами предложены ленточный транспортер и поворотная платформа.
Для облучения цыплят во время их роста и развития разработаны десятки типоразмеров радиоволновых источников УФ излучения, инициирующих разные сенсибилизирующие факторы, такие как: электрическое поле надтональной или высокой частоты, коронный разряд, озон. Нами предложены облучатели стационарные и механизированные передвижные. Последние содержат электрогазоразрядные лампы высокого давления, поэтому позволяют с большой производительностью дозировать поток УФ излучения для биообъектов. Но исследования показывают, что такие облучатели преимущественно следует использовать для обеззараживания биообъекта, а не для коррекции развития и роста.
С целью облучения инкубационных яиц, а также в процессе роста и развития молодняка птицы, рекомендуется использовать радиоволновые облучатели, содержащие электрогазоразрядные лампы низкого давления. В этом случае процесс комплексного воздействия электромагнитных излучений достаточно эффективный и каждый физический фактор способствует усилению обменных процессов в биообъекте за счет энергетических показателей. Интенсивность возникающего между лампой и биообъектом коронного разряда зависит от прикладываемого напряжения и величины разрядного промежутка. Излучение испускаемое разрядом имеет также спектральную составляющую в ультрафиолетовом диапазоне. Проходящий в биообъекте ток генерирует эндогенное тепло и слабые механические колебания за счет пьезоэлектрических свойств биообъекта.
Если использовать в период роста и развития молодняка птицы радиоволновые облучатели с лампой ДРТ, то роль сенсибилизирующих факторов незначительна.
Описания разработанных радиоволновых источников УФ излучения, используемых в процессе производства и переработки продукции птицеводства приведены в этой главе. Подробный расчет каждого устройства корректирующего биологические процессы в технологии инкубации яиц приведены в приложении № 2 [126].
Что касается обоснования конкретных значений частоты килогерцового и мегагерцового диапазонов, то они зависят не только от электрофизических свойств биообъекта и их релаксационных частот, но и разрешенных министерством связи определенных частот.
В соответствии с нормами радиопомех для установок, выполняющих технологические процессы, выделены следующие полосы частот: 22; 44; 66; 110; 440; 880 кГц и 1,76; 5,28; 13,56; 27,12; 40,68; 81,36 МГц [44].
