Инновационные электротехнологии в АПК

 

______________________________________________________________ 

 

М.М. БЕЗЗУБЦЕВА, В.С. ВОЛКОВ 

 
 
 

                        

 

                                       
 
 
 
 
                                  
 

ИННОВАЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ В АПК 

 

                      
 
 

                                            П Р А К Т И К У М   

                     П О   Э Л Е К Т Р О Т Е Х Н О Л О Г И Ч Е С К И М   Р А С Ч Е Т А М 

для самостоятельной работы обучающихся по направлению 35.03.06 «Агроинженерия», 

профиль «Электрооборудование и электротехнологии в АПК» 

 

 
 
 
 
 
 
 
 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 

2016 

 
 
 
 
 

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ 

ФГБОУ ВО «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

 

М.М. БЕЗЗУБЦЕВА, В.С. ВОЛКОВ 

                      
 
                     
 
 
                                                       
 
 
                              

 
 
 
 

ИННОВАЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ В АПК 

                      
 
 

                                            П Р А К Т И К У М   

                     П О   Э Л Е К Т Р О Т Е Х Н О Л О Г И Ч Е С К И М   Р А С Ч Е Т А М 

 
 
 
 
 
 
            
                                 

 
 
 
 
 
 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 

2016 

 

УДК 621.311(07) 
ББК 40.76                                             
                                                         
 
Составители: М.М. Беззубцева, В.С. Волков 
 
 
Р е ц е н з е н т ы:  
Доктор техн. наук, проф.А.Г. Новоселов (ИТМО), 
Доктор техн. наук, проф. А.П. Епифанов (СПбГАУ) 
 
 
Беззубцева М.М., Волков В.С.  Инновационные электротехнологии в АПК : практикум по 
электротехнологическим расчетам для самостоятельной работы обучающихся по направлению 
35.03.06 «Агроинженерия», профиль «Электрооборудование и электротехнологии в АПК»  :– 
СПб: СПбГАУ, 2016. – 136с. 
 

                                          
 

       В практикум включены методики расчета электротехнологических процессов и установок. 

Представлены расчетные задания для самостоятельной  работы обучающихся по дисциплине 
«Инновационные электротехнологии в АПК». Цель практикума – обучение бакалавров 
практическим расчетам электротехнологических процессов и установок, основанных на 
использовании электрофизических, электротермических и электрохимических методах 
интенсификации производственных процессов в АПК. Практикум рекомендован для 
бакалавров, обучающихся по ООП «Электрооборудование и электротехнологии в АПК» 
(направление 35.03.06 «Агроинженерия»), а также может быть использован в заочном и 
дистанционном  обучении. Представляет интерес для специалистов и научных работников, 
занимающихся проблемами повышения энергоэффективности предприятий АПК.  
 
                                                                                                                           
 
 
 
 
Рекомендовано к публикации на электронном носителе для последующего размещения в 
электронной сети СПбГАУ, согласно соответствующему договору Учебно-методическим 
советом СПбГАУ, протокол №___от____________2016 г. 

 
ISBN                                                                                                                           

 
                                                                                            
 
 
 
                                                                                                           ©    М.М.Беззубцева,  
                                                                                                           ©     В.С. Волков 
                                                                                                           ©    СПбГАУ

ВВЕДЕНИЕ 

 

 
В 
современных 
условиях 
возникает 
потребность 
подготовки 

агроинженерных кадров электротехнических специальностей, способных в 

своей 
профессиональной 
деятельности 
обеспечить 
промышленное 

производство импортозамещающими инновационными энергоэффективными 

аппаратурно-технологическими процессами и установками, основанными на 

использовании методов электротехнологий.  Выполнение этой  задачи 

возможно в случае вооружения молодых специалистов новейшими знаниями в 

области 
инновационных 
электрофизических, 
электрохимических, 

электробиологических 
и 
электротермических 
методов 
интенсификации 

традиционных процессов сельскохозяйственного производства.   

 
При 
этом 
самостоятельная 
работа 
обучающихся 
выходит 
на 

принципиально новый уровень, изменяются приоритеты целевых задач 

обучения.  Самостоятельное решение расчетных заданий, представленных в 

практикуме,  обязывает обучающихся освоить элементы методики, что 

способствует развитию рационального творческого мышления и организации 

их мыслительной деятельности. При этом достаточно большое внимание 

уделено 
вопросам 
самостоятельной 
оценки 
эффективности 

электротехнологических процессов в рамках их практической реализации при 

разработке инвестиционных проектов  (например, при оценке реализуемости и 

эффективности инвестиционного проекта в процессе его разработки, а также 

сравнении вариантов проекта при внедрении в аппаратурно-технологические 

системы ЭТУ). 

 
В электрохимических процессах с помощью электрической энергии 

осуществляется разложение химических соединений и их разделение в жидкой 

среде под действием электрического поля (электролиз). 

 
Электрофизические 
методы 
используют 
специальные 
физические 

эффекты для превращения электрической энергии как в тепловую, так и в 

механическую (электроэрозионные, ультразвуковые, магнитоимпульсные, 

технологии). 

 
В аэрозольных технологиях  энергия электрического поля используется 

для сообщения электрического заряда взвешенным в газовом потоке частицам 

и для перемещения их в заданном направлении.  

 
Наряду с перечисленными методами нашли применение технологические 

процессы и установки, в которых основные и вспомогательные операции 

реализуются за счет непосредственного механического (силового) воздействия 

электрического и магнитного полей на обрабатываемые изделия и материалы. 

Такие методы и установки можно классифицировать по виду полей, 

воздействующих на объекты технологической обработки: стационарные, 

пульсирующие, вращающиеся, бегущие. 

 
Наиболее известны и широко применяемые электротехнологические 

установки (ЭТУ) используют силовое действие стационарных электрического 

и 
магнитного 
полей. 
Например, 
стационарные 
электрические 
поля 

применяются в аэрозольных технологиях (пылегазоочистка, электроокраска, 

нанесение порошковых покрытий), в электрических сепараторах, в устройствах 

водоочистки. 

 
Стационарные магнитные поля используются в магнитных сепараторах 

для извлечения ферромагнитных предметов и частиц из сырья и отходов, для 

разделения смесей, при водоочистке, а также для захвата или фиксации 

стальных заготовок и удаления металлоотходов из рабочей зоны при 

металлообработке. 

 
С использованием пульсирующих магнитных полей работает ряд 

электродинамических 
устройств 
и 
некоторые 
виды 
магнитных 
или 

электродинамических сепараторов. 

Воздействие импульсных электромагнитных полей применяется в устройствах 

для 
магнитоимпульсной 
обработки 
материалов 
давлением 
и 
при 

электродинамической сепарации. 

Вращающиеся и бегущие магнитные поля используются в МГД- 

технологиях, обработке жидких металлов (перемешивание, транспортировка и 

т.д.), при электродинамической сепарации и водоочистке. 

 
Отличительной особенностью всех указанных электромеханических 

технологических устройств является то, что их рабочим телом непосредственно 

служат обрабатываемые изделия и материалы, т.е. отсутствуют промежуточные 

электромеханические преобразования энергии. 

        Представленные 
в 
практикуме 
примеры 
электротехнологических 

процессов эффективно применяют в самых различных областях — химии, 

металлургии, машиностроении, медицине и в сельском хозяйстве. Они с 

успехом заменяют в ряде случаев традиционные методы и позволяют 

получать результаты, не достигаемые ранее известными способами. Особое 

внимание  в практикуме уделено методикам и алгоритмам  расчета 

электротехнологических процессов, анализу полученных результатов и 

формулированию 
выводов. 
Структура 
построения 
глав 
практикума 

предопределяет не только усвоение методик расчета электротехнологических 

процессов и установок, но  и обеспечивает наиболее полное понимание 

теоретических основ этих процессов и представляет широкий спектр 

проблемных вопросов для самостоятельной научно-исследовательской и 

практической деятельности обучающихся.  

В результате изучения теоретического курса, включенного в программу 

изучения дисциплины «Инновационные электротехнологии в АПК», а также 

самостоятельного выполнения практических расчетных заданий, обучающийся  

должен приобрести следующие компетенции: 

- способность к использованию основных законов естественнонаучных 

дисциплин в профессиональной деятельности (ОПК-2); 

- способность решать инженерные задачи с использованием основных законов 

механики, электротехники, гидравлики, термодинамики и тепломассообмена 

(ОПК-4); 

- готовность к участию в проектировании новой техники и технологии (ПК-7). 

При этом самостоятельная подготовка обучающихся является одной из 

главнейших 
составляющих 
программы 
обучения 
по 
дисциплине 

«Инновационные электротехнологии в АПК». 

             Практикум рекомендован для 
бакалавров, обучающихся 
по ООП 

«Электрооборудование и электротехнологии в АПК» (направление 35.03.06 

«Агроинженерия»), 
а 
также 
может 
быть 
использован 
в 
заочном 
и 

дистанционном  обучении. Представляет интерес для специалистов и научных 

работников, занимающихся проблемами повышения энергоэффективности 

предприятий АПК.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методические рекомендации к выполнению расчетных заданий  
 
        Расчеты  должны содержать: 

  эскиз или схему рассчитываемой электротехнологической установки; 

  задачу расчета (с указанием, что требуется определить при расчете); 

  данные для расчета; 

  условия расчета; 

  расчет; 

  заключение. 

       Эскиз или схему допускается вычерчивать в произвольном масштабе, 

обеспечивающем четкое представление о рассчитываемом объекте. 

Данные для расчета, в зависимости от их количества, могут быть 

изложены в тексте или оформлены в виде таблицы. 

Условия расчета должны пояснять особенности принятой расчетной 

модели. Приступая к расчету, следует указать источник литературы (или 

раздела данного учебного пособия), в соответствии с которым выполняются 

конкретные расчеты. Пример: "Расчет электрокоагулятора белков проводим по 

методике, изложенной в разделе 1.1.)". 

Расчет разделяют на пункты и подпункты.  Пункты (подпункты)  расчета 

должны  иметь пояснения,  например;  "определяем...";  "по  графику,  

приведенному на рисунке  1.1  находим...";   "согласно  рекомендациям [1], 

принимаем...". 

      В изложении расчета, выполненного с применением компьютера, следует 

привести краткое описание методики расчета с необходимыми формулами и 

структурную схему алгоритма или программы расчета. Распечатка расчета 

помещается в приложении, а в тексте делается ссылка, например:  

" результаты расчета на компьютере лазерной установки приведены в 

приложении «А»".   

     Заключение должно содержать выводы о соответствии объекта расчета 

требованиям, изложенным в задаче расчета. 

Р а з д е л 1. МЕТОДИКИ И ЗАДАНИЯ ПО 

ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ РАСЧЕТАМ  

1.1.  Расчет установки  аэрозольной обработки птицы  

 
Задачей расчета является  определение  радиуса и заряда аэрозольной 

частицы, их концентрации в помещении, объемного расхода аэрозоля, тока ге
нератора и частоты вращения распыляющего диска. 

Исходные данные:  

 вид, возраст и количество птицы;  

 размеры помещения, радиус распыляющего диска; 

 напряжение на диске;  

 объемный расход аэрозольной жидкости в помещении и др. 

Последовательность расчета: 

 Радиус частиц распыляемого аэрозоля, м: 

 

                                

ж

в
ио

Sqp

k
NV
r
2

9
1


,                                              (1.1) 

где  N – количество птицы в помещении, гол.; V1 – объем воздуха. Вдыхаемого 

одной птицей, составляет (20…30)·10-6 м3/с; kио – коэффициент задержки аэро
золя в дыхательном тракте птицы, kио=0,54 для электрически незаряженного и 

kио=1 для заряженного аэрозоля; ηи=1,86·105 Па с –динамическая вязкость воз
духа; S – площадь поверхности пола помещения, м2; g=9,81 м/с2 – ускорение 

свободного падения; Pж=1·103 кг/м3 – плотность жидкости. 

*Радиус частиц не должен превышать 10·10-6 м. 

Минимально необходимый заряд частиц, Кл: 

                         




V

gSp
r
q
ж
0

2

3
4

,                                              (1.2) 

где  V – объем помещения, м3; ε0=8,85·10-12 Ф/м – электрическая постоянная; 

β=(0,2…0,3)·10-3 кг/м3 – концентрация жидкой фазы в ингаляционном аэрозоле. 

Концентрация частиц в помещении, 1/м 3 : 

ж
p
r

n
3
1
4

3





 .                                                          (1.3) 

Производительность аэрозольного генератора, м 3 /с: 

                    Q1=Q/ n r ,                                                               (1.4) 

где Q – объемный расход аэрозольного препарата в помещении, согласно 

ветеринарным нормам, м3/с; nr – число аэрозольных генераторов в помещении. 

Ток аэрозольного генератора, А: 

                      
3

1

4
3

r
q
Q
I r



 .                                                             (1.5) 

Линейная скорость движения пленки аэрозольной жидкости по 

поверхности распылительного диска отрыва, м/с: 

          Vn=Iτ/[kч2πRε0U(ε1/d1 +ε2/d2)],                                        (1.6) 

kч  0,5 – коэффициент, учитывающий влияние неучтенных факторов на 

зарядку аэрозолей;  

R – радиус распыляющего диска, м; 

ε1, ε2 – относительная диэлектрическая проницаемость соответственно 

диэлектрического диска (рисунок 1.1); 

d1, d2 – толщина соответственно диэлектрического слоя и диска, м; 

U – напряжение на распыляющем диске, В. 

Частота вращения распыляющего диска, рад/с: 

                  
2

1

2
3

9

32

Q
p

R
v

ж

ж
n


 
,                                                     (1.7) 

где 
ж
 - динамическая вязкость распиливаемой жидкости, Па с.