SUBSTANTIATION OF PARAMETERS OF THE SYSTEM OF GROUP OZONIZATION OF HIVES

Согласно проведенным Овсянниковым Д.А. исследованиям

(1)

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.

Таким образом, для лечения и профилактики пчелосемьи за один раз необходимо подать в улей озона, в среднем, 2 мг на одну улочку. Такое количество озона может быть подано с разной производительностью и с разной концентрацией озона в подающей озоно-воздушной смеси. Это будет зависеть от параметров оборудования, входящего в состав озонирующей установки. При обработке одного улья технологическая схема процесса будет иметь вид, показанный на рисунке 2. Процесс функционирования установки будет происходить следующим образом. С помощью компрессора 1 наружный воздух по магистрали 2 подается в озонатор 3. Полученная озоно-воздушная смесь по магистрали 4 через нижний леток 5 поступает в улей 6. В улье идет поглощение озона всеми поверхностями и пчелами с личинками. Отработанная озоно-воздушная смесь удаляется из улья чрез верхний леток 7 и вентиляционные отверстия в крышке улья. Пчелы, создавая воздухообмен, проводят перемешивание атмосферного воздуха с поступающей озоно-воздушной смесью.

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

DOI:10.23670/IRJ.2023.138.20.2

На основе опыта эксплуатации озонирующих установок нами установлено, что наиболее удобно делать озонирование одновременно 4-6 ульев. В связи с этим предлагаемая установка групповой обработке 5 ульев представлена на рисунке 3. Работа происходит следующим образом. Компрессор 1 по магистрали 2 подает атмосферный воздух под давлением в озонатор 3. На выходе озонатора устанавливается распределитель озоно-воздушной смеси 4, который с помощью электромагнитных клапанов может отправлять полученную смесь или во все ульи или в каждый отдельно. По магистралям 5 озон транспортируется к ульям 6. Установка включает систему автоматического управления 7, которая в зависимости от силы улья отключает подачу озона при достижении необходимого количества. Также система управления производит пересчет времени обработки при отключении отдельных ульев, так как меняется производительность и подаваемый напор компрессора. Система управления может менять и подаваемую мощность на озонатор, используя ШИМ (широтно-импульсную модуляцию) подаваемого напряжения на электроды озонатора.

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

DOI:10.23670/IRJ.2023.138.20.3

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

(2)

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 соответствии с формулой (2) определим общие потери напора в установке при работе на 5 ульев:

(3)

Аналогично произведен расчет при отключении 4 ульев и продолжении работы на один оставшийся улей:

(4)

Как видно из полученных результатов максимальные потери наблюдаются при работе на один улей.

Рисунок 4 - Результаты расчета потерь давления

DOI:10.23670/IRJ.2023.138.20.4

Произведем расчет потерь давления при увеличении отводящих магистралей до 10 м. В этом случае при работе на 5 ульях общие потери составят:

(5)

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:

(6)

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:

(7)

Автоматическая работа озонирующей установки будет осуществляться системой управления представленной на рисунке 3.

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.