автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Параметры и режимы электроактиватора для приготовления рабочего состава гербицидов

На правах рукописи

Г

КУРЧЕНКО НИКОЛАЙ ЮРЬЕВИЧ

ПАРАМЕТРЫ И РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРОАКТИВАТОРА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАБОЧЕГО СОСТАВА ГЕРБИЦИДОВ

Специальность: 05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Р Г1-11

005561У»* Краснодар-2015

005561985

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Оськин Сергей Владимирович

Официальные оппоненты: Пяхомов Александр Иванович, доктор технических наук, доцент

ФГБНУ «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства», заведующий отделом электроэнергетики (г. Зерноград)

Чёба Борис Павлович, кандидат технических наук, профессор

Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВПО «Донской государственный аграрный университет», профессор кафедры энергетики (г. Зерноград)

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет» (г. Ставрополь)

Защита состоится «15» октября 2015 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д220.038.08 при ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, Кубанский ГАУ, корпус факультета энергетики, ауд. № 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан августа 2015 года и размещен на официальном сайте ВАК при Министерстве образования и науки России http://vak2.ed.gov.ni/ и на сайте ФГБОУ ВПО Кубанского ГАУ http://kubsau.ru/

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, Курасов Владимир Станиславович

ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность. Одним из основных направлений развития сельского хозяйства страны является безопасное использование средств защиты растений. В процессе обработки средствами защиты растений огромную роль играет качество воды, используемой для приготовления рабочего раствора. Исследованиями установлено, что на эффективность препаратов огромную роль оказывает водородный показатель воды, количество в ней минеральных элементов, температура, поверхностное натяжение. Сегодня известны различные способы улучшения качества воды и разработаны новые - с применением химических препаратов. Однако, все они либо малоэффективны, либо стабилизируют отдельные показатели. На сегодняшний день существует необходимость разработки нового - комплексного решения проблемы качества воды с соизмеримыми трудо- и энергозатратами в условиях современного сельхозпроизводства и импортозамещения. Решением данной проблемы может быть применение элек-троакгиваторов - устройств, основанных на процессе электродиализа. В результате работы установки, вода, используемая в качестве электролита, способна менять водородный показатель, как в сторону кислотности, так и щелочности, а также менять минерализацию за счет реакций электролиза протекающих в анодной и катодной камерах. На выходе из анодной камеры водный раствор будет с повышенной температурой, так как часть электроэнергии расходуется на нагрев жидкости, имеггь повышенную кислотность, и низкую минерализацию.

Работа выполнена по плану НИР Кубанского ГАУ № ГР 01.2011.53641 раздел -27.4 (2011-2015 гг.).

Научная гипотеза - получить рабочий состав с требуемыми характеристиками для гербицидов группы глифосат возможно через управление параметрами и режимами электроакгаватора воды, появится так же возможность использовать воду из любого природного пресного источника для приготовления такого раствора. Активированный раствор увеличит растворимость гербицида и сократит затраты на уничтожение сорной растительности путем уменьшения используемого препарата.

Цель работы - обоснование параметров и режимов электроактиватор-ной установки для подготовки рабочего состава гербицидов группы глифосат.

Задачи исследования:

1. Получить аналитические зависимости величины водородного показателя, температуры и электропроводности от силы тока и производительности с учетом качества исходной воды.

2. Разработать математическую модель, описывающую режимные и конструктивные параметры электроактиватора воды с учетом данных о качестве воды: водородного показателя, минерального состава, электропроводности и требований к рабочему раствору гербицида.

3. Разработать инженерную методику расчета электроактиватора с улучшенными эксплуатационными показателями.

4. Модернизировать конструкцию электроактиватора с оптимальными характеристиками, экспериментально проверить ее работоспособность.

5. Произвести лабораторную проверку элекгроактиваторной установки с анализом достоверности предложенной модели расчета.

6. Определить экономическую эффективность внедрения элекгроактиваторной установки для подготовки воды с дальнейшим использованием ее в рабочем растворе гербицидов.

Методика исследований базировалась на математическом анализе, на теоретических основах электротехники, теплотехники, автоматического управления, натурном эксперименте, статистической обработке и графической интерпретации полученных данных. Результаты экспериментальных исследований обрабатывались на ПЭВМ с использованием пакетов программ MathCad, Statistika, MS Excel, AutoCAD.

Объектом исследований является система «электроактиватор-рабочий раствор - сорная растительность», схема управления электроактиватором.

Предметом исследований являются параметры и режимы электроактиватора, эффективность применения гербицидов.

Научная новизна работы:

- аналитические зависимости величины водородного показателя, температуры и электропроводности анолита от силы тока, производительности и качества исходной воды;

- математическая модель, описывающая режимные и конструктивные параметры электроактиватора с учетом качества воды и требований к рабочему

раствору гербицида;

- инженерная методика расчета электроактиватора, учитывающая работу установки с газовыделением в камерах, необходимая для уменьшения трудоемкости расчетов при конструировании и эксплуатации;

- схема автоматизированного управления электроактиватором, позволяющая поддерживать режим работы при изменении исходных параметров;

- регрессионная модель, позволяющая получить рациональный режим работы для установки производительностью от 50 до 100 л/ч и конструктивном

параметре Кк= 1,2-Ю"3 см"1.

Теоретическая и практическая значимость результатов исследований:

- полученные функциональные зависимости могут быть использованы для разработки математической модели высокопроизводительного электроактиватора который будет работать с другими фитосанитарными продуктами;

- предложенный параметр критического тока необходимо учитывать в дальнейших исследованиях электроактиваторных установок, так как он позволяет рассчитать предел работы с эффективными затратами электроэнергии;

- по предложенным конструктивным и режимным параметрам электроактиваторов можно их проектировать и изготавливать для воды из любых типов источников, различных гербицидов с высокоэффективными эксплуатационными показателями;

- сконструирован и изготовлен электроактиватор с параметрами, соответствующими необходимому объему рабочего раствора и его качества, максимально адаптирован для сельскохозяйственного производителя;

- обоснованные электрическая схема, параметры и режимы электроактиватора могут быть использованы в эксплуатации электроактиваторов при изме-

5

нении качества электрической энергии, напора в сети водоснабжения и характеристик воды.

На защиту выносятся следующие положения:

- аналитические зависимости величины водородного показателя, температуры и электропроводности анолита от тока, производительности и качества исходной воды;

- математическая модель, описывающая режимные и конструктивные параметры электроактиватора с учетом качества воды и требований к рабочему раствору гербицида;

- инженерная методика расчета электроактиватора учитывающая работу установки с газовыделением в камерах, необходимая для уменьшения трудоемкости расчетов при конструировании и эксплуатации;

- схема автоматизированного управления электроактиватором позволяющая поддерживать режим работы при изменении исходных параметров;

- регрессионная модель позволяющая получить рациональный режим работы для установки производительностью от 50 до 100 л/ч и конструктивном параметре Кк= 1,2-10'3 см"1;

- результаты экспериментальных испытаний электроактиватора в лабораторных и производственных условиях;

- обоснованные параметры и режимы электроактиваторной установки для получения рабочих растворов гербицидов.

Реализация и внедрение результатов исследований. Электроактиватор с улучшенными эксплуатационными характеристиками внедрен в ФГУП «Березанское» Кореновского района Краснодарского края. Методика расчета электроактиваторов используется в учебном процессе Кубанского ГАУ.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались: на Всероссийских научно-практических конференция молодых ученых «Научное обеспечение АПК» (Краснодар, 2010 г., 2014 г.); Международной научно-технической конференции «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе» (Ставрополь, 2012 г.); V Международной научно-практической конференция «Научно-

6

техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, 2012 г.); Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные науки сегодня» (Москва, 2013 г.); VIII Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, 2013 г.); Международных научно-технических конференцях «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе» (Ставрополь,

2013 г., 2015 г.); Международной научно-технической конференции «Научное обеспечение АПК» (Краснодар, 2014 г.); Научно-практической конференции преподавателей (Краснодар, 2014 г.); в программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («УМНИК», Краснодар, 2014 г.); Губернаторском конкурсе молодежных инновационных проектов «Премия IQ года» (Краснодар, 2014 г.); Конкурсе «Инновационный Краснодар-2014» (Краснодар,

2014 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, из них 4 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 в материалах Международных научно-практических конференциях, а остальные в других изданиях.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 131 наименование и приложения. Диссертация изложена на 151 странице компьютерного текста, включая 13 страниц приложения, содержит 64 рисунка, 26 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введение обоснована актуальность исследований, сформулирована цель работы, научная новизна, практическая значимость и представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан краткий анализ существующих средств защиты растений и способы их применения. Рассмотрено влияние качества исходной воды на рабочий состав гербицида раундап. Рассмотрены существующие способы улучшения качества воды по водородному показателю, минерализации и температуре. Установлено, что наиболее перспективным способом улучшения ка-

7

чества рабочего состава является использование электротехнологий, в частности электроактиваторных и электродиализных установок.

Работы в этой области проводились в Ставропольском ГАУ, Азово-Черноморской агроинженерной академии, Владимирском ГАУ и в Кубанском ГАУ. Такими учеными, как Б.П. Чеба, Ю.Я. Спиридонов, A.C. Оськин, О.П. Болтрик, Н.М. Симонов, Э.А. Александрова отмечается положительное влияние электроактивированных растворов на качество химической обработки. Однако до сих пор вопрос подготовки рабочего состава с помощью электроактиваторов не разработан, применяемые методы имеют относительно низкие показатели качества, требуют значительных капиталовложений и не могут быть использованы в процессе водоподгоговки для приготовления рабочего состава. Кроме того отсутствует инженерная методика расчета электроактиваторов.

Известные промышленные электроактиваторы имеют недостатки: высокие значения тока при низком напряжении питания, что не позволяет управлять процессом электролиза средствами автоматики, необходимость водоподготов-ки, высокая стоимость, сложность в эксплуатации, необходимость добавления солей.

Во второй главе описаны теоретические исследования по изучению параметров и режимов электроактиватора воды. Для установления функциональных зависимостей и разработки математической модели, описывающей конструктивные и режимные параметры электроактиватора, в качестве объекта исследования предложено объединить в систему электроактиватор, рабочий раствор и сорную растительность. Предлагаемую систему можно представить в виде структурной схемы (рисунок 1).

На основе системного подхода проанализировано взаимодействие на уровне подсистем. Для получения рабочего раствора требуемого качества рассмотрим подсистему «электроактиватор». При анализе этой подсистемы необходимо получить математическую модель, которая описывала бы процессы протекающие в электроактиваторе.

Гербицид

Норма ия

РН ш

3"

\niis.

7Г,

СУу

Препаративная

Рабочий раствор

рНа[

I

I

Сорная раст-сть

Лреобра- | чояагпепьно^

уст-ео \

Злеюпро- | Рабочий активатор, раствор

_1_

Сорная раст-сть

Рисунок 1 - Структурная схема системы «Электроактиватора - рабочий состав - сорная растительность»

Общий вид системы можно представить:

'с,=(с„>г>

ряа„=ла„,/) (1)

=/(/>*„)

л—ан

где С„- начальная концентрация раствора, моль/м3; С, - конечная концентрация раствора, моль/м3; У- коэффициент опреснения; /0„- температура анолита на выходе из электроактиватора, °С; Х - электропроводность анолита, См/м; /величина силы тока, А; 5 - площадь электрода, м2; Ь - длина канала, м; рНа11-водородиыи показатель анолита; <2т-производительность анолита, м3/с; /',„-мощность анодной камеры, Вт; Кш-сопротивление анодной камеры, Ом; 11'ои -

затраты электроэнергии Вт-ч/ м3.

Представлены выражения для определения электропроводности анолита и католита с учетом роста температуры (3), (4), Процесс газообразования учтен путем использования коэффициента газонаполения кг.

где Ук — объем камеры электроактиватора, м ; Уг - объем выделяющегося в камерах газа, м3.

&»_.(!_ у)

= •%■■ [1 + К, • ((?„„ + 67" .. ) • -18)] (3)

+ ((/,,„ + -)-к,-18)] (4)

где Хшп - электропроводность анолита на выходе из камеры; Хтт - электропроводность католита на выходе из камеры; Сш„ - минерализация на выходе из анодной камеры; Сктт - минерализация на выходе из катодной камеры; в - коэффициент зависящий от состава воды и определяемый по известному значению электрической проводимости исходной воды, округленно 0 = 5300 моль/(См-м2); к, - температурный коэффициент, к, = 0,02 1/сС; 1ЖХ - температура воды на входе в камеры; 0.кат - производительность католита; Кс - коэффициент концентрирования.

Путем аппроксимации известных графических зависимостей получено математическое выражение для определения коэффициента концентрирования Кс.

Кс = 1,0223 • ехр[5,523-0,413-(1п С^ + 1п С^.) -0,31-1^, + +СЮ, +0,5-Сл,. +Сясо. +Ссг)-10-')] (5)

С ростом температуры подвижность ионов возрастает, и исходя из этого необходимо определить значение тока Iкр при котором наступит критическая

концентрация и начнется интенсивный процесс газообразования. Предложено выражение для расчета критического тока:

F•(C -С )-0 = " (6) П-Г)

где Г - число Фарадея, 26,8 А-ч/моль; С - минимальная минерализация,

моль/м3; п- число ячеек в электроактиваторе; 1] - выход по току, при деминерализации пресных вод составляет от 0,85-0,98, при опреснении морской воды 0,7.

Получены выражения для определения полной мощности активатора (7) и удельных энергозатрат (8):

где Хй— удельная электропроводимость электролита, которым пропитана диафрагма; 5а - площадь диафрагмы, м2; 5 - объемная пористость диафрагмы, доли единиц; А 1д - толщина диафрагмы, м; £ - коэффициент извилистости пор диафрагмы, показывающий, во сколько раз длина грань ячейки превышает длину диафрагмы; Кк - конструктивный параметр.

иг. ---(8)

На базе регрессионной зависимости построена модель которая позволяет оценить влияние производительности и тока на кислотность анолита: рНа = (рИнт -1,5) + (6,32 + 0,025(3 - 0,17351 + 0,0023 <}1 - 0,00017<}: - 0,006812) (9) где рНтч - водородный показатель исходной воды.

После всех преобразований и подставлений в уравнения математическая модель подсистемы «электроактиватор» принимает вид (10), Полученные уравнения системы описывают параметры раствора на выходе из электроактиватора и его режим работы.

Получены номограммы зависимости (рисунок 2) параметров воды и электроактиватора, предложена инженерная методика расчета. В результате разработки математической модели и инженерной методики расчета установлено, что необходимо изменять режим работы. Определены требования к системе управления и оснащенности оборудованием мониторинга режима работы. Разработаны функциональная и электрическая принципиальная (рисунок 3) схемы управления электроактиватором.

вых исх

с„

(1 _К)

V исх , г ^ .ч / ,.

(^с-1) ^

. ^ =1,0223-ехр[5,523-0,413-(¡пС^. +1пС50,._)-

0,31■ 1п((Сс^ + СМг1. + С50}. + 0,5 • С+Сясо. + Са,)• 10 3)]

рНо ={рНт-7,5) + (6,32 + 0,0250 -0,17351 +0,0023 01 - 0,0001 702 - 0,00681:) , Г-(С-СЛО ^-(С-С )0

2 _ у н К' -— он _^ ^ __и кр / г^пн

пг]

Я_. =■

п-г)

I1-в-1

I rX.-s.-s

1-в-К.

0 Д/,^2 [1+ «,■('.„-18)] С,

(10)

Ч\]Ош-75л/ч

ДС, г/л

С^-ЮОл/ч

Рисунок 2 - Номограмма зависимости параметров воды и электроактиватора

12

Рисунок 3 - Электрическая принципиальная схема В третьей главе произведен расчет конструкции электроактиватора по предложенной математической модели для водопроводной воды г. Краснодара.

Режим производительности определялся для малого предприятия, имеющему 88 га обрабатываемых земель. Расчет производился для гербицида раундап, он имеет следующие характеристики: действующее вещество - глифо-сат; характер действия - гербицид сплошного действия; препаративная форма-водный раствор. Для увеличения эффективности применения данного препарата необходимо выполнение следующих требований: уровень водородного показателя обеспечивающий максимальную эффективность гербицида в пределах б - 7; электропроводность водного раствора необходимо поддерживать 0,3 мСм/см; минерализация - 200 мг/л; рекомендованная температура для принятого препарата 25°С. Средний расход рабочей жидкости составляет 140-150 л/га.

Общий вид экспериментальной установки и её гидравлическая схема представлены на рисунке 4.

По результатам лабораторного эксперимента построены графики, позволяющие сравнить теоретические и экспериментальные данные. Анализ графика зависимости водородного показателя от электрического тока (рисунок 5а) пока-

а) б)

Рисунок 5 - Графики изменения водородного показателя раствора при различных значениях тока и производительности 75 л/ч (а); изменения температуры анодной камеры при различных значениях тока и производительности 75 л/ч (б)

а) б)

Рисунок 4 - Общий вид экспериментальной установки (а); гидравлическая схема подключения (б)

Результат сравнения показаний температуры при эксперименте и полученных теоретически (рисунок 56) говорит об адекватности расчета математической модели и о справедливости включения в расчет коэффициента газонаполнения при превышении тока выше критического. Для принятого в эксперименте режима работы электроактиватора расчетное значение критического тока составило 9,38 А. При подаче тока большего значения должен начаться процесс газовыделения и как последствие повышение температуры в камере электроактиватора, что и соответствует экспериментальным данным.

М 16 18 20

Ток, А

зывает достоверность расчетов водородного показателя в математической модели для данного типа электроактиватора при заданной производительности 75 л/ч. Ошибка расчетов не превысила 5%.

Исходная вода

Исходная вода

Сравнение по удельным затратам электроэнергии (рисунок 6).

а) б)

Рисунок 6 - Графики изменения расхода электроэнергии при различном токе и производительности 75 л/ч с учетом коррекции на газообразование (а); изменения мощности анодной камеры при различных значениях тока (б)

Анализ полученных данных позволяет сделать вывод о возможности расчетов конструктивных и режимных параметров электроактиватора по полученной математической модели. Ошибка в расчетах не превышает 10%.

Для определения оптимального режима работы было проведено планирование эксперимента. Для получения уравнения, описывающего степень кислотности, степень минератизации и температуру раствора на выходе, построена регрессионная модель. В качестве независимых переменных приняты основные параметры обработки: */ — ток I, А (3 уровня - 4; 7; 10)', интервал варьирования 3 А; х2 - производительность установки, Q, л/ч (3 уровня -50; 75; 100); интервал варьирования 25 л/ч. В качестве зависимых переменных были приняты: у'1 — кислотность анолита; У2 - минерализация анолитауз - температура ано-лита.

Получены уравнения регрессии, описывающие влияние внешних факторов (тока и производительности) на степень водородного показателя, минерализацию и температуру (11).

у, = 5,11-0,14*, + 0,053*2 + 0,0021*,*2 - 0,00759^ -0,000357*,2 • у2 = 0,5 - 0,384*,-0,00397*2+0,00023*,*2 +0,000185*?+0,000019*! (И) у, = 18 + ], 39*, - 0,04*2 - 0,008*,*;, - 0,014*? + 0,00043*!

Диаграммы влияния тока и производительности на водородный показатель, минерализацию и температуру представлены на рисунках (7).

а) б)

Рисунок 7 - Диаграмма влияния тока и производительности на водородный показатель (а) и минерализацию (б)

Для анализа взаимодействия подсистемы «Рабочий состав - сорная растительность» проведен хозяйственный эксперимент на базе ФГУП «Березан-ское». Экспериментальный анализ проводился согласно методическим указаниям по регистрационным испытаниям гербицидов в сельском хозяйстве и включал два этапа: I -й этап деляночный полевой эксперимент: 2-й этап хозяйственный эксперимент.

При проведении деляночного полевого опыта для подготовки рабочего состава было использовано 5 видов воды (характеристики в таблице 1). Результаты опыта через 15 дней после обработки представлены на рисунках 8, 9(а).

Таблица I - Данные воды для приготовления рабочего состава

№ пробы 1 2 3 4 6(контроль)

Минерализация г/л 0,2 0,43 0,49 0,57 0,86 _

Электропроводность, мСм/см 0,39 0,84 0,96 1,15 1,73 _

Кислотность 4 8 7.7 7,4 7,6 -

Химическая обработка второго этапа проводилась в системе зяблевой обработки. Культура предшественник - пшеница, следующая культура - подсолнечник. Используемый препарат - Бестселлер, группы глифосат. Доза вне-

сения 2 кг/га, препаративная форма водно-диспергируемые гранулы. Расход рабочей жидкости 150 л/га.

Для проведения эксперимента была выделена площадь 16 га -4 участка по 3,5 га, общая площадь поля - 80 га. Для подготовки рабочего раствора использовали 3 вида воды: анолит - подготовленный с помощью электроактиватора и 2 вида воды из разных скважин ФГУП «Березанское» с различными показателями рН и минерализации (таблица 2). Анализ сорных растений показал присутствие следующих видов сорняков: щетинник зеленый, вьюнок полевой, амарант, осот, лебеда, амброзия.

Обработанные ряды

4 5

1 - Электроактивированная вода; 2-5 - пробы воды из других источников Рисунок 8 - Вид растительности через 15 дней после обработки различными

растворами

Биологическую эффективность определяли согласно методическим указаниям по регистрационным испытаниям гербицидов в сельском хозяйстве. Регистрационную учетную площадку приняли размером 0,25 м2. На каждом участке принимали по 10 учетных площадок. Сравнительные данные получали с опытных участков и контрольного (рисунок 96).

Таблица 2 - Данные воды для приготовления рабочего состава

№ пробы 1 2 3 4(контроль)

Минерализация г/л 0,3 0,65 0,85 -

Электропроводность. мСм/см 0,6 1,1 1,7 -

Кислотность 6,3 6,7 7 -

Анализ проведенных исследований показывает, что гибель сорняков повышается с подготовкой воды. Это может говорить об эффективности использования электроактиватора для приготовления рабочего раствора гербицидов. Документы, подтверждающие внедрение приведены в приложении.

а) б)

Рисунок 9 - «Исправленный» процент гибели сорняков

В четвертой главе приведена экономическая оценка. Расчет экономической эффективности проводился в два этапа. На первом этапе рассчитывалась розничная стоимость электроактитора при промышленном производстве в количестве 60 ед/год. Розничная цена составила 187 300 руб. Расчеты экономической эффективности инвестиций для хозяйства, имеющего 225 га обрабатываемых земель показали, что основной доход будет получен за счет снижения эксплуатационных затрат. При уровне доходности 25% и уровне инфляции 16% ЧДЦ будет равен 813,26 тыс. руб., или 3,61 тыс.руб./га.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Итоги выполненного исследования

1. Получены аналитические зависимости величины водородного показателя, температуры и электропроводности от величины электрического тока и производительности, учитывающие качество исходной воды, а также процесс газообразования в камерах. Данные зависимости позволяют определить параметры анолита и католита при изменении конструктивных элементов электро-

активатора, внешних условий, входных характеристик водо и электроснабжения.

2. Разработана структурная схема системы «электроактиватор — рабочий раствор - сорная растительность» позволяющая производить анализ внутренних взаимодействий и определить влияние внешних факторов на рабочие режимы данной системы.

3. На основе структурной схемы разработана математическая модель, описывающая режимные и конструктивные параметры электроактиватора с учетом данных о качестве воды: водородном показателе, минерализации, температуры. Данная модель позволяет рекомендовать рациональные режимы работы, конструктивные характеристики электроактиватора и разработать электрическую схему его автоматизации.

4. Анализ математической модели подсистемы «Электроактиватор» показал, что наиболее рациональным и эффективным режимом электроактиватора при исходной минерализации 0,4 г/л, рН = 8 и температуре 18 °С является: величина тока в диапазоне 6 - 9 А, производительность 75 - 85 л/ч, водородный показатель 6-7 рН, температура 18-23 °С, электропроводность 0,28 - 0,32 мСм/см, мощность анодной камеры 100 - 130 Вт, энергозатраты 3,16 - 4,5 Вт-ч/л.

5. Разработана инженерная методика расчета электроактиватора с улучшенными эксплуатационными показателями, позволяющая уменьшить трудоемкость расчетов при проектировании и включающая определение критического режима работы электроактиватора, при котором наступает процесс пассивации.

6. Разработаны автоматизированные функциональная и электрическая принципиальная схемы управления электроактиватором на основе программируемого логического контроллера и модулей аналогового ввода и дискретного ввода\вывода, необходимых датчиков расхода воды и величины электрического тока. Разработанная схема позволит стабилизировать режим работы при изменениях характеристик воды и электрического тока, а также управлять режимом электроактиватора при эксплуатации.

7. Изготовлен электроактиватор по расчетным значениям, на базе которого проведены экспериментальные исследования для подтверждения теоретических расчетов. Экспериментальная проверка показала, что относительная ошибка по водородному показателю не превысила 5 %, температуре 7 %, минерализации 12 %.

8. Расчеты экономической эффективности инвестиций для хозяйства, имеющего 225 га обрабатываемых земель, показали, что основной доход будет получен за счет снижения эксплуатационных затрат. Чистый дисконтированный доход определялся для различных уровней банковской ставки и инфляции, так, например, при уровне доходности 25 % и уровне инфляции 16 % ЧДД будет равен 813,26 тыс. руб. При расчете на 1 га ЧДД составит 3,61 тыс.руб./га.

Рекомендации производству

Разработанная методика для расчета параметров и режимов работы

электроактиватора воды может быть использована конструкторскими организациями при создании аналогичных устройств. Разработанное устройство может быть использовано в учебном процессе для изучения электротехнологий в сельском хозяйстве и на сельскохозяйственных предприятиях для приготовления рабочего состава гербицидов.

Перспективы дальнейшей разработки темы

Провести исследования по определению влияния формы и длины канала

на процесс активации. Изучить степень воздействия минеральной составляющей части воды на выходе электроактиватора на качество рабочего состава. Определить параметры и режимы работы электроактивтора для приготовления рабочих составов фунгицидов, инсектицидов и других фитосанитарных продуктов и химических удобрений.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ - в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Курченко НЛО. Разработка математической модели электроактиватора с учетом данных о качестве воды и требований к рабочему раствору гербицида / C.B. Оськин, Н.Ю. Курченко // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета

20

(Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2015. - №03(107). - IDA [article ID]: 1071503079. - Режим доступа: http://ej .kubagro.ru/2015/03/pdf/79.pdf

2. Курченко Н.Ю. Инженерная методика по определению параметров электроактиватора / C.B. Оськин, Н.Ю. Курченко // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2015. - №03(107). - IDA [article ID]: 1071503080. - Режим доступа: http://ej .kubagro.ru/2015/03/pdf780.pdf

3. Курченко Н.Ю. Анализ конструктивных параметров электроактиватора воды для улучшения его энергетических характеристик / Н.Ю. Курченко // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2014. - № 95 (01). - IDA [article ID]: 0951401001. Режим доступа: http://ej .kubagro.ru/2014/01 /pdf701 .pdf

4. Курченко Н.Ю. Посев семян овощных культур и табака гидравлическим способом с использованием электроактивированной воды /Е.И. Винев-ский, Е.В. Труфляк, Н.Ю. Курченко, И.С. Скоробогаченко, // Техника и оборудование для села [Электронный ресурс]. - Москва: ФГБНУ «Росинформагро-тех», 2015. - №1(211). Режим доступа:

http://rosinformagrotech.ru/rj7index.php?topic=tehsela&page=2015-l

- в прочих изданиях:

5. Курченко Н.Ю. Применение электроактиватора для приготовления рабочих растворов / C.B. Оськин, Н.Ю. Курченко // Материалы Всероссийской науч.-практ. конф. мол. уч «Научное обеспечение АПК». - Краснодар, 2014. С. 492-494.

6. Курченко Н.Ю. Повышение экологической безопасности сельскохозяйственной продукции путем применения электроактиватора / C.B. Оськин, Н.Ю. Курченко// Материалы науч.-практ. конф. препод. -Краснодар, 2014. С. 574-576.

7. Курченко Н.Ю. Электроактиватор сельскохозяйственного назначения для приготовления рабочих растворов пестицидов / C.B. Оськин,

21

Н.Ю. Курченко И Каталог инновационных проектов. - Краснодар, Кубанский-ГАУ, 2014. С.158-159.

8. Курченко Н.Ю. Автоматизированная система управления элекгро-активатором ! C.B. Оськин, Н.Ю. Курченко, В.А. Ковко // Материалы Между-нар. науч.-практ. конф. «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе». - Ставрополь, 2013. С. 135-137.

9. Курченко Н.Ю. Повышение энергетических характеристик электроактиватора путем разработки и внедрения схемы автоматизированного управления / С.В.Оськин // Материалы Междунар. науч.-практ. конф. «Фундаментальные и прикладные науки сегодня». - Москва, 2013. С. 97-98.

10. Курченко Н.Ю. Внедрение установки для получения экологически чистых растворов обработки семенной продукции сельскохозяйственного производства / C.B. Оськин, Н.Ю. Курченко // Материалы V Всероссийской науч.-практ. конф. «Научное обеспечение АПК». -Краснодар, 2011. С. 435-437.

11. Курченко Н.Ю. Функциональная схема управления электроактиватором / C.B. Оськин, Н.Ю. Курченко, В.А. Ковко //Научное обеспечение агропромышленного комплекса молодыми учеными: материалы всероссийск. науч-практ.конф.-Ставрополь: «Параграф», 2015.-С.237-240.

Подписано к печати 6.08.2015 г. Бумага офсетная Печ. л. 1 Тираж 100 экз.

Формат 60x84 1!\6 Офсетная печать Заказ №419

Отпечатано в типографии Кубанского ГАУ 350044, Краснодар, ул. Калинина, 13.