Результат интеллектуальной деятельности: Способ и устройство технологически и экономически оптимальной сверхвысокочастотной сушки сыпучих кормов для животноводства и птицеводства

Изобретение относится к области сельского хозяйства, к технологиям СВЧ сушки 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 использования 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 при технологически или экономически оптимальной сверхвысокочастотной сушке сыпучих кормов для животноводства и птицеводства.

Известно техническое решение энергосберегающего обеззараживания кормов и продуктов животноводства и птицеводства. Имеется информация о требуемых дозах облучения и о массах обеззараживаемых продуктов. 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 техническое решение экономически оптимального и энергетически рационального режима 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_Σ1=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].

Задачей изобретения является повышение точности при автоматизированном поиске и достижении технологически оптимального и энергетически рационального режима СВЧ сушки сыпучих кормов для животноводства и птицеводства путем определения экономического минимума первой суммы стоимостей потерь продукции животноводства и птицеводства при кормлении поголовья высушиваемыми сыпучими кормами из-за их бактериологической и микробной зараженности и затрат из-за потери их качества в результате их чрезмерного облучения и перегрева.

Другой задачей изобретения является повышение точности при автоматизированном поиске и достижении экономически оптимального и энергетически рационального режима СВЧ сушки сыпучих кормов для животноводства и птицеводства путем определения экономического минимума второй суммы стоимостей потерь продукции животноводства и птицеводства при кормлении поголовья высушиваемыми сыпучими кормами из-за их бактериологической и микробной зараженности и затрат из-за потери их качества в результате их чрезмерного облучения и перегрева и эксплуатационных энергетических затрат на СВЧ сушку и на транспортировку кормов. Также задачей изобретения является энергосбережение при СВЧ сушке сыпучих кормов и повышение точности сушки сыпучих кормов с заранее установленным для них технологическим диапазоном доз СВЧ сушки, гарантированно обеспечивающим заданное качество СВЧ сушки. Таким образом, задачей изобретения также является расширение арсенала технических средств аналогичного назначения, а именно для СВЧ сушки сыпучих кормов для животноводства и птицеводства.

В результате использования изобретения для режима непосредственного кормления животных и птицы устанавливается такое технологически наилучшее значение мощности СВЧ сушки сыпучих кормов, при котором обеспечивается наименьшая на данный момент времени сумма затрат от расчетной потери стоимости потерь продукции животноводства и птицеводства при кормлении поголовья высушиваемыми сыпучими кормами из-за их бактериологической и микробной зараженности и затрат из-за потери их качества в результате их чрезмерного облучения и перегрева. В результате использования изобретения для режима последующего хранения сыпучих кормов устанавливается такое экономически наилучшее значение мощности СВЧ сушки сыпучих кормов, при котором обеспечивается наименьшая на данный момент времени сумма затрат от расчетной потери стоимости потерь продукции животноводства и птицеводства при кормлении поголовья высушиваемыми сыпучими кормами из-за их бактериологической и микробной зараженности и затрат из-за потери их качества в результате их чрезмерного облучения и перегрева и эксплуатационных энергетических затрат на СВЧ сушку и на транспортировку сыпучих кормов. Также в результате использования изобретения при поступлении в зону СВЧ сушки сыпучих кормов устанавливаются такие количественные значения мощностей СВЧ облучения, которые обеспечивают энергосбережение и повышение точности сушки сыпучих кормов для животноводства и птицеводства. Таким образом, технический результат заключается в реализации устройством заявленного назначения СВЧ сушки сыпучих кормов для животноводства и птицеводства.

Вышеуказанный технический результат достигается способом технологически и экономически оптимальной сверхвысокочастотной сушки сыпучих кормов для животноводства и птицеводства, включающим в себя применение регулируемого по мощности генератора СВЧ колебаний для сушки сыпучих кормов для животноводства и птицеводства, ориентацию выходного направляющего волноводного раструба генератора на зону облучения в виде промежуточной емкости с электропроводящими отражающими СВЧ излучение стенками, загрузку промежуточной емкости для СВЧ сушки сыпучими кормами посредством шнекового транспортера, загрузку шнекового транспортера сыпучим кормом через поточный измеритель расхода сыпучих кормов, задание и регулирование скорости движения рабочего органа магистрального транспортера, задание дозы облучения для высушиваемых сыпучих кормов, регулирование режима облучения в соответствии с заданной дозой облучения, при этом измеряют температуру, относительную влажность и массовый временной расход подаваемого на сушку сыпучего корма, измеряют мощность СВЧ облучения высушиваемых кормов, задают сигналы времени сушки, наименьшей и наибольшей технологической дозы облучения, развертки по дозе 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 дозы облучения вычисляют первую 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 и затрат из-за потери их качества в результате их чрезмерного облучения и перегрева, также в зависимости от значения изменяемого сформированного сигнала дозы 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 и перегрева, затрат на электроэнергию для облучения и на электроэнергию для электроприводов шнекового и измерительного транспортеров, выбирают критерий оптимизации режима сушки в виде сигнала переключения разрешения прохождения для дальнейших действий первой или второй вычисленной суммы затрат, выбирают для последующих процессов непосредственного кормления поголовья высушенными сыпучими кормами или для хранения высушенных сыпучих кормов соответственно первую или вторую сумму для последующих действий технологически или экономически оптимальной сверхвысокочастотной сушки 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.

Технический результат достигается также тем, что устройство технологически и экономически оптимальной сверхвысокочастотной сушки сыпучих кормов для животноводства и птицеводства содержит датчик скорости движения поступающих на сушку сыпучих кормов в рабочих органах транспортеров, выход которого соединен с входом измерителя расхода поступающих на сушку 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 сушку сыпучих кормов до оси симметрии СВЧ волновода в камере сушки, 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 СВЧ облучатель сыпучих кормов на основе СВЧ магнетрона или СВЧ клистрона с СВЧ волноводом в камере сушки, 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 сушку 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 СВЧ волновода в камере сушки, 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 сушку сыпучих кормов подключены соответственно к первому и к второму входам блока определения наименьшего значения целевых функций суммарных затрат или блока оптимизации режима сушки по дозе облучения, при этом в устройство введены датчик температуры поступающих на сушку сыпучих кормов, датчик относительной влажности поступающих на сушку сыпучих кормов, орган выбора критерия оптимизации режима сушки, элемент умножения, блок управляемой временной задержки, причем выходы датчика температуры поступающих на сушку сыпучих кормов и датчика относительной влажности поступающих на сушку сыпучих кормов подключены соответственно к второму и к третьему входам 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 сушку сыпучих кормов, выход органа выбора критерия оптимизации режима сушки соединен с третьим управляющим входом блока определения наименьшего значения целевых функций суммарных затрат или блока оптимизации режима сушки 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 сушку 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 сушку сыпучих кормов до оси симметрии СВЧ волновода в камере сушки, 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.

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].

Известно, что СВЧ излучение поглощается биологическими материалами, вызывая их объемный нагрев, в результате чего гибнут поселившиеся на этих материалах биологического происхождения, например, на сыпучих кормах, микробы и бактерии, плесень и грибки и т.п. микрофлора. Для того, чтобы наиболее результативно (эффективно) использовать технологически очень удобный подвод СВЧ энергии к сыпучим кормам для их сушки, следует выполнить новую совокупность действий.

Задают диапазон требуемых для данного вида высушиваемого сыпучего корма значений дозы облучения, значение которой было установлено заранее при испытаниях по сушке опытных партий сыпучих кормов. Доза облучения есть энергия излучения, которая поглощена единицей массы сыпучих кормов и вызывает, их нагрев, сушку и обеззараживание в соответствии с теплопроводными свойствам кормов, конструкции сушильной камеры, излучателей СВЧ энергии.

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 пропорциональна массе продукта:

Энергия поглощенного излучения пропорциональна массе продукта:

Энергия, потребная для сушки 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 наилучшей сушкой сыпучих кормов по принятым признакам оптимизации.

В этом как раз и заключается предлагаемый способ технологически и экономически оптимальной сверхвысокочастотной сушки сыпучих кормов для животноводства и птицеводства. При подаче продуктов на установку для сушки надо не только знать требуемые для них дозы СВЧ облучения и их массы и затем в зависимости от массы, температуры и относительной влажности сыпучих кормов корректировать режим облучения. 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 сыпучих кормов 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 СВЧ сушку, уровня зараженности биоматериала 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. Допустимый уровень затрат на потери продукции животноводства и птицеводства из-за таких изменений свойств сыпучих кормов определяется в конкретных опытных работах.

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

Для учета энергетики процесса сушки, что важно для последующего хранения высушенных 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 сушку сыпучих кормов. При необходимости экономить энергию на сушку 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 точная и экономически оптимальная и при этом энергосберегающая (с рациональным расходованием энергии) сушка сыпучих кормов для их последующего хранения.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3. На фиг. 1 приведена иллюстрация осуществления способа технологически или экономически оптимальной сверхвысокочастотной сушки сыпучих кормов для животноводства и птицеводства: D - доза облучения высушиваемого 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 пересушки (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 пересушки (из-за перегрева), руб./ед. времени; ΔР_технол - стоимость суммарных потерь продуктивности животных и птицы из-за некондиционных кормов, руб./ед. времени; З_энерг1 - затраты на энергию теплового облучения высушиваемых кормов при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на сушку кормов, руб./ед. времени; З_энерг2 - затраты на энергию теплового облучения высушиваемых кормов при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на сушку кормов, руб./ед. времени; З_эк1 - суммарные затраты на сушку и от потерь продуктивности при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на сушку кормов, руб./ед. времени; З_эк1 - суммарные затраты на сушку и от потерь продуктивности при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на сушку 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 высушенных 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 высушенных кормов при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на сушку 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 высушенных кормов при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на сушку 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 сушки 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 сушки в технологически наилучшем режиме сушки D_технол^опт при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на сушку кормов, руб./ед. времени; ΔР_технол(D_технол^опт)+З_энерг2(D_технол^опт) - суммарные затраты от потерь продуктивности и на энергию облучения для сушки в технологически наилучшем режиме сушки D_технол^опт при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на сушку кормов, руб./ед. времени; ΔР_сушки - наибольший технологический выигрыш при переходе от нормативного управления сушкой в нормативном технологическом диапазоне доз облучения (D_технол^макс-D_технол^мин) к инновационному точному технологическому управлению режимом сушки D_технол^опт, руб./ед. времени; ΔЗ_экон1 - снижение суммарных потерь продуктивности и затрат на энергию сушки при экономически оптимальном управлении при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на сушку кормов по сравнению с технологически наилучшим режимом, руб./ед. времени. Экономия энергии ΔЗ_энерг1 на величину снижения суммарных потерь продуктивности и затрат на энергию сушки ΔЗ_экон1 превосходит собственно стоимость дополнительных потерь продуктивности ΔР₁; ΔЗ_экон2 - снижение суммарных потерь продуктивности и затрат на энергию сушки при экономически оптимальном управлении при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на сушку кормов по сравнению с технологически наилучшим режимом, руб./ед. времени. Экономия энергии ΔЗ_энерг2 на величину снижения суммарных потерь продуктивности и затрат на энергию сушки ΔЗ_экон2 превосходит собственно стоимость дополнительных потерь продуктивности ΔР₂.

На фиг. 2 приведена функциональная схема устройства технологически и экономически оптимальной сверхвысокочастотной сушки сыпучих кормов для животноводства и птицеводства: 1 - датчик скорости движения поступающих на сушку сыпучих кормов в рабочих органах транспортеров; 2 - измеритель расхода поступающих на сушку сыпучих кормов; 3 - 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 сушку сыпучих кормов до оси симметрии СВЧ волновода в камере сушки, 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; 4 - измеритель мощности облучения; 5 - регулятор мощности облучения; 6 - облучатель сыпучих кормов; 7 - СВЧ магнетрон или СВЧ клистрон; 8 - СВЧ волновод в камере сушки; 9 - 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 сушку сыпучих кормов; 10 - блок определения наименьшего значения выбранной целевой функции суммарных затрат (или блок оптимизации режима сушки по дозе облучения); 11 - датчик температуры поступающих на сушку сыпучих кормов; 12 - датчик относительной влажности поступающих на сушку сыпучих кормов; 13 - орган выбора критерия оптимизации режима сушки; 14 - элемент умножения; 15 - блок управляемой временной задержки.

На фиг. 3 дана общая схема расположения технических средств технологически и экономически оптимальной сверхвысокочастотной сушки сыпучих кормов для животноводства и птицеводства: 1 - датчик скорости движения поступающих на сушку сыпучих кормов в рабочих органах транспортеров; 2 - измеритель расхода поступающих на сушку сыпучих кормов; 4 - измеритель мощности облучения; 5 - регулятор мощности облучения; 6 - облучатель сыпучих кормов; 7 - СВЧ магнетрон или СВЧ клистрон; 8 - СВЧ волновод; 7 - СВЧ магнетрон или СВЧ клистрон; 8 - СВЧ волновод; 16 - камера для СВЧ сушки с металлическими или с металлизированными изнутри стенками; 17 - металлический шнек; 18 - входной бункер поступающих на СВЧ сушку сыпучих кормов; 19 - выходной бункер высушенных сыпучих кормов.

Устройство содержит датчик скорости движения поступающих на сушку сыпучих кормов в рабочих органах транспортеров 1, выход которого соединен с входом измерителя расхода поступающих на сушку сыпучих кормов 2, 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 сушку сыпучих кормов до оси симметрии СВЧ волновода в камере сушки, 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 3, измеритель мощности облучения 4, выход которого подключен к инвертирующему первому входу регулятора мощности облучения 5, с выходом которого соединен СВЧ облучатель сыпучих кормов 6 на основе СВЧ магнетрона или СВЧ клистрона 7 с СВЧ волноводом в камере сушки 8, 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 сушку сыпучих кормов 9, соответствующие первые входы которого соединены с соответствующими выходом 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 СВЧ волновода в камере сушки, 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 3, 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 сушку сыпучих кормов 9 подключены соответственно к первому и к второму входам блока определения наименьшего значения целевых функций суммарных затрат или блока оптимизации режима сушки по дозе облучения 10, при этом в устройство введены датчик температуры поступающих на сушку сыпучих кормов 11, датчик относительной влажности поступающих на сушку сыпучих кормов 12, орган выбора критерия оптимизации режима сушки 13, элемент умножения 14, блок управляемой временной задержки 15, причем выходы датчика температуры поступающих на сушку сыпучих кормов 11 и датчика относительной влажности поступающих на сушку сыпучих кормов 12 подключены соответственно к второму и к третьему входам 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 сушку сыпучих кормов 9, выход органа выбора критерия оптимизации режима сушки 13 соединен с третьим управляющим входом блока определения наименьшего значения целевых функций суммарных затрат или блока оптимизации режима сушки по дозе облучения 10, выход которого подключен к неинвертирующему первому входу элемента умножения 14, инвертирующий второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом измерителя расхода поступающих на сушку сыпучих кормов 2 через блок управляемой временной задержки 15 и с неинвертирующим вторым входом регулятора мощности облучения 5, а первый и второй управляющие входы блока управляемой временной задержки 15 подключены к выходам соответственно датчика скорости движения поступающих на сушку сыпучих кормов в рабочих органах транспортеров 1 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 сушку сыпучих кормов до оси симметрии СВЧ волновода в камере сушки, 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.

Устройство (фиг. 2) работает следующим образом. Предназначенные для сушки сыпучие корма загружается на измерительный транспортер, с которого поступают на шнековый транспортер и на нем в камеру для СВЧ сушки. Винтовая поверхность металлического шнека в значительной степени предотвращает потери СВЧ излучения из камеры для СВЧ сушки. 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 перегрева и пережога сыпучих кормов при больших дозах облучения. Вторая функция отражает суммарных потери стоимости продуктивности животных и птицы и эксплуатационные энергетические затраты на сушку сыпучих кормов виде их общей суммы. Блок 10 определяет наименьшее значение выбранной, с помощью органа выбора критерия оптимизации режима сушки 13, целевой функции суммарных затрат, то есть вырабатывает соответствующее этому минимуму оптимальное значение режима сушки по дозе облучения. При расчетах учитываются температура поступающих на сушку сыпучих кормов с помощью датчика 11 и относительная влажность поступающих на сушку 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 сушку, так и положения технологически и экономически наилучших режимов сушки 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 СВЧ волновода в камере СВЧ сушки производится временная задержка в блоке управляемой временной задержки 15. Сигнал заданного расстояния от выходного поперечного сечения измерителя расхода поступающих на сушку сыпучих кормов до оси симметрии СВЧ волновода в камере сушки 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 СВЧ волновода в камере СВЧ сушки, 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 волновода 8. Умножение сигнала необходимой технологически или экономически оптимальной дозы облучения на задержанный по времени запаздывания поступления поперечного сечения «трубки сыпучего корма» в зону СВЧ облучения сигнал расхода сыпучего корма с выхода измерителя расхода сыпучего корма 2 в зону СВЧ сушки, 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 сушки 13 соответствующего оптимального значения мощности СВЧ излучения в момент времени достижения измеренным в измерителе 2 расходом сыпучего корма места размещения СВЧ волновода 8 в камере СВЧ сушки:

Остается это заданное значение мощности (5) сравнить с измеренным значением в виде выходного сигнала измерителя мощности облучения 4 произвести регулирование режима СВЧ облучения посредством регулятор мощности облучения 5 и облучателя сыпучих кормов на основе СВЧ магнетрона или СВЧ клистрона. Излучающие волноводы системы этих электронных приборов выходят в камеру СВЧ сушки сыпучих кормов 16, в которую посредством шнека 17 загружаются предназначенные для СВЧ сушки сыпучие корма (фиг. 3). Во входном бункере поступающих на СВЧ сушку сыпучих кормов 18 производятся измерения физического состояния сыпучих кормов, посредством датчиков их температуры 9 и относительной влажности 10. В выходной бункер выходной бункер высушенных сыпучих кормов 19 поступают сыпучие корма, высушенные по выбранному технологическому для непосредственного кормления или по экономическому для последующего хранения критерию эффективности производства, т.е. СВЧ сушки.

Таким образом, обеспечивается технологически и экономически оптимальная и энергосберегающая автоматизированная СВЧ сушка сыпучих кормов для животноводства и птицеводства. При этом обеспечивается точная СВЧ сушка 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 наилучшей энергосберегающей СВЧ сушки сыпучих кормов для животноводства и птицеводства.

Подписи к фигурам

Фиг. 1. Иллюстрация осуществления способа технологически или экономически оптимальной сверхвысокочастотной сушки сыпучих кормов для животноводства и птицеводства: D - доза облучения высушиваемого 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 пересушки (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 пересушки (из-за перегрева), руб./ед. времени; ΔР_технол - стоимость суммарных потерь продуктивности животных и птицы из-за некондиционных кормов, руб./ед. времени; З_энерг1 - затраты на энергию теплового облучения высушиваемых кормов при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на сушку кормов, руб./ед. времени; З_энерг2 - затраты на энергию теплового облучения высушиваемых кормов при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на сушку кормов, руб./ед. времени; З_эк1 - суммарные затраты на сушку и от потерь продуктивности при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на сушку кормов, руб./ед. времени; З_эк2 - суммарные затраты на сушку и от потерь продуктивности при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на сушку 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 высушенных 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 высушенных кормов при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на сушку 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 высушенных кормов при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на сушку 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 сушки 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 сушки в технологически наилучшем режиме сушки D_технол^опт при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на сушку кормов, руб./ед. времени; ΔР_технол(D_технол^опт)+З_энерг2(D_технол^опт) - суммарные затраты от потерь продуктивности и на энергию облучения для сушки в технологически наилучшем режиме мушки D_технол^опт при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на сушку кормов, руб./ед. времени; ΔР_сушки - наибольший технологический выигрыш при переходе от нормативного управления сушкой в нормативном технологическом диапазоне доз облучения (D_технол^макс-D_технол^мин) к инновационному точному технологическому управлению режимом сушки D_технол^опт, руб./ед. времени; ΔЗ_экон1 - снижение суммарных потерь продуктивности и затрат на энергию сушки при экономически оптимальном управлении при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на сушку кормов по сравнению с технологически наилучшим режимом, руб./ед. времени. Экономия энергии ΔЗ_энерг1 на величину снижения суммарных потерь продуктивности и затрат на энергию сушки ΔЗ_экон1 превосходит собственно стоимость дополнительных потерь продуктивности ΔР₁; ΔЗ_экон2 - снижение суммарных потерь продуктивности и затрат на энергию сушки при экономически оптимальном управлении при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на сушку кормов по сравнению с технологически наилучшим режимом, руб./ед. времени. Экономия энергии ΔЗ_энерг2 на величину снижения суммарных потерь продуктивности и затрат на энергию сушки ΔЗ_экон2 превосходит собственно стоимость дополнительных потерь продуктивности ΔР₂.

Фиг. 2. Функциональная схема устройства технологически и экономически оптимальной сверхвысокочастотной сушки сыпучих кормов для животноводства и птицеводства: 1 - датчик скорости движения поступающих на сушку сыпучих кормов в рабочих органах транспортеров; 2 - измеритель расхода поступающих на сушку сыпучих кормов; 3 - 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 сушку сыпучих кормов до оси симметрии СВЧ волновода в камере сушки, 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; 4 - измеритель мощности облучения; 5 - регулятор мощности облучения; 6 - облучатель сыпучих кормов; 7 - СВЧ магнетрон или СВЧ клистрон; 8 - СВЧ волновод в камере сушки; 9 - 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 сушку сыпучих кормов; 10 - блок определения наименьшего значения выбранной целевой функции суммарных затрат (или блок оптимизации режима сушки по дозе облучения); 11 - датчик температуры поступающих на сушку сыпучих кормов; 12 - датчик относительной влажности поступающих на сушку сыпучих кормов; 13 - орган выбора критерия оптимизации режима сушки; 14 - элемент умножения; 15 - блок управляемой временной задержки.

Фиг. 3. Общая схема расположения технических средств технологически и экономически оптимальной сверхвысокочастотной сушки сыпучих кормов для животноводства и птицеводства: 1 - датчик скорости движения поступающих на сушку сыпучих кормов в рабочих органах транспортеров; 2 - измеритель расхода поступающих на сушку сыпучих кормов; 4 - измеритель мощности облучения; 5 - регулятор мощности облучения; 6 - облучатель сыпучих кормов; 7 - СВЧ магнетрон или СВЧ клистрон; 8 - СВЧ волновод; 7 - СВЧ магнетрон или СВЧ клистрон; 8 - СВЧ волновод; 16 - камера для СВЧ сушки с металлическими или с металлизированными изнутри стенками; 17 - металлический шнек; 18 - входной бункер поступающих на СВЧ сушку сыпучих кормов; 19 - выходной бункер высушенных сыпучих кормов.