SUBSTANTIATION OF PARAMETERS OF THE SYSTEM OF GROUP OZONIZATION OF HIVES
SUBSTANTIATION OF PARAMETERS OF THE SYSTEM OF GROUP OZONIZATION OF HIVES
Abstract
Nowadays, beekeepers are forced to use electro-technological methods of treatment and prevention of bees. Ozonation of hives to stimulate the development and treatment of major bee diseases is becoming widespread. It is effective to carry out ozonization of a group of hives simultaneously by one installation. The technological scheme of ozonization of a group of hives including compressor, ozonator, main air ducts, control system is proposed. The formula for determination of pressure losses in ducts and equipment is obtained. Methodical stages of determining the parameters of the hive ozonation system are given. As an example, the parameters of the group ozonization system for five hives are determined and its operating modes are established. Having as initial data the compressor supply of 5 m3/h with the ozonator supplying the ozone concentration of 50 mg/m3, ozonation of five hives, the following processing time is obtained: 8 frames – 0,4 h; 12 frames – 0,6 h; 16 frames – 0,8 h; 20 frames – 1 h; 24 frames – 1,2 h.
1. Введение

Рисунок 1 - Внешний вид пчелиной пасеки
2. Материалы и методы исследования
Согласно проведенным Овсянниковым Д.А. исследованиям , профилактику следует проводить ежемесячно в течении всего сезона работы с пчелами. При этом установлено, что для улья с 12 рамками, занимающих пчелами, необходимое время одной обработки составляет 0,5 часа при подаваемой концентрации озона 50 мг/м3 с производительностью 1 м3/ч. Следовательно, можно определить необходимую массовую долю озона на одну занимаемую пчелами улочку:
где Qк – производительность подающего компрессора, м3/ч;
СО3 – концентрация озона, подаваемого в улей, мг/м3;
Тобр – время обработки, ч;
n – количество улочек, обсиживаемых пчелами, шт.

Рисунок 2 - Технологическая схема озонирования одного улья:
1 – компрессор; 2 – подающая магистраль воздуха; 3 – озонатор барьерного типа; 4 – магистраль озоно-воздушной смеси; 5 – нижний леток; 6 – улей с рамками и пчелами; 7 – верхний леток

Рисунок 3 - Технологическая схема озонирования группы ульев:
1 – компрессор; 2 – подающая магистраль воздуха; 3 – озонатор барьерного типа; 4 – распределитель озоно-воздушной смеси, с электромагнитными клапанами; 5 – подающие магистрали озоно-воздушной смеси в ульи; 6 – ульи; 7 – система управления установкой
3. Результаты исследований и обсуждение
Для определения параметров озонирующей установки первоначально необходимо знать потери давления или напора во всех элементах данной системы. Это необходимо сделать для правильного выбора компрессора и конструктивных параметров воздуховодов. Создаваемый компрессором напор должен преодолеть все потери в воздухопроводной сети. Общие потери напора в озонирующей установке можно определить, взяв за основу типовые формулы . После адаптации типовых зависимостей к данной установке формула для определения потери напора будет иметь вид:
где R – удельные потери напора, Па/м;
L – длина отдельного участка, м;
Z – местные потери напора, Па;
– потери напора в оборудовании (озонаторе с распределителем озоно-воздушной смеси), Па;
– избыточный напор для преодоления давления воздуха в улье, Па.
Общие потери напора складываются из потерь по длине воздуховодов и местных сопротивлений, потерь в озонаторе с распределителем смеси, дополнительных потерь на преодоление избыточного давления в улье. Установлено, что пчелы во время взятка создают максимальный воздухообмен и при этом избыточное давление может достигать 10 Па. Для преодоления этого давления на выходе из воздуховода должно быть давление превышающее это значение в 2-3 раза. Потери напора в озонаторе принимаем ориентировочно равное 500 Па (как местные сопротивления с расширением и сужением). Для расчета потерь напора в магистральных воздуховодах воспользуемся программой, размещенной в Интернете . В качестве исходных данных принимаем следующие: обработка ведется 5 ульев, длина магистрального воздуховода (1) от компрессора до озонатора 1 м, диаметр всех воздуховодов 8 мм, длина воздуховодов к ульям одинаковая и равна 5 м (2), все воздуховоды мягкие и не имеют резких поворотов, производительность компрессора 5 м3/ч, на выходе из распределителя стоят штуцеры. Результаты расчета потерь напора для входной магистрали и одной из 5 отводящих приведены в таблице на рисунке 4.
В соответствии с формулой (2) определим общие потери напора в установке при работе на 5 ульев:
Аналогично произведен расчет при отключении 4 ульев и продолжении работы на один оставшийся улей:

Рисунок 4 - Результаты расчета потерь давления
После получения потерь напора необходимо проверить подачу компрессора в соответствии с его QH характеристикой. Так, например если в качестве компрессора принять модель BOYU ACO-906 с максимальной производительностью 7,5 м3/ч и максимальным напором 125 кПа, то при магистралях по 5 метров его производительность составляет 7 м3/ч. Тогда увеличиваются скорости воздуха в магистралях и соответственно потери становятся: при работе на 5 ульев – 11416 Па, на 1 улей – 28306 Па. Если отводящие магистрали будут по 10 метров, то при работе на один улей потери уже составят 51021 Па, что начнет приводить к снижению производительности компрессора. Таким образом, необходимо провести корректировку потерь напора и уточнить подачу озоно-воздушной смеси на выходе из воздуховодов.
После уточнения потерь напора и подачи озоно-воздушной смеси можно перейти к расчету времени обработки ульев. Установление времени работы на каждый улей позволит провести программирование системы управления. Произведем расчет времени работы установки при обработке 5 ульев со следующим количеством обсиживаемых пчелами рамок: 8, 12, 16, 20, 24.
В соответствии с формулой (1) время обработки можно определить:
В знаменателе стоит произведение производительности на концентрацию озона, что представляет собой производительность озонатора вместе с компрессором, выраженную в массовом отношении ко времени. При последовательных отключениях ульев данное произведение нужно сохранять постоянным, так как очередное перекрытие отводящего воздуховода приводит к увеличению производительности в остальных патрубках. Сохранение массовой производительности можно осуществлять путем регулирования ШИМ подаваемого напряжения на электроды озонатора. Тогда при отключениях изменение производительности с изменением концентрации озона будут сохранять постоянным массовую производительность озона. При производительности озонатора по озону 50 мг/ч и расходе озоно-воздушной смеси 1 м3/ч по одному отводящему воздуховоду в первоначальный момент времени (подключены все 5 ульев) первым отключится улей с 8 рамками. После первого отключения произойдет изменение подводимой мощности к озонатору для сохранения массовой производительности, и так в последующем будет происходить коррекция работы озонирующей установки.
Таким образом, время обработки по ульям составит:
Автоматическая работа озонирующей установки будет осуществляться системой управления представленной на рисунке 3.
4. Заключение
Повышение эффективности профилактики и лечения пчел с помощью озонирования связано с необходимостью исследований аэродинамических процессов в соответствующих установках.
При обработке нескольких ульев с разной силой семей одной установкой возникает необходимость последовательного отключения отдельных воздуховодов, подающих озоно-воздушную смесь. При этом происходит изменение потерь давления и скорости прохождения смеси по остальным воздуховодам. В таких случаях необходима установка автоматизированной системы управления работой озонирующего оборудования.
Разработана технологическая схема групповой обработки ульев, включающая компрессор, озонатор, магистральные воздуховоды, ульи, систему управления. Определены параметры системы групповой обработки пяти ульев и установлено время обработки пчелиных семей с разным количеством обсиживаемых пчелами рамок. Так при подаче компрессора 5 м3/ч с озонатором подающим концентрацию озона 50 мг/м3 при обработке пяти ульев с разным количеством обсиживаемых рамок время обработки следующее: 8 рамок – 0,4 ч; 12 рамок – 0,6 ч; 16 рамок – 0,8 ч; 20 рамок – 1 ч; 24 рамки – 1,2 ч.