Vestnik of Don State Technical University Vestnik of Don State Technical University Вестник Донского государственного технического университета 1992-5980 6626 10.12737/12601 Процессы и машины агроинженерных систем PROCESSES AND MACHINES OF AGRO-ENGINEERING SYSTEMS Процессы и машины агроинженерных систем Factors of constructive process optimization in velocity-layer devices Факторы конструктивной оптимизации процессов в аппаратах вихревого слоя Жаров Виктор Павлович Zharov Viktor Павлович spu-42.4@donstu.ru Гиль Надежда Алексеевна Gil Nadezhda Алексеевна Gilka_77@mail.ru Смехунов Евгений Антонович Smekhunov Evgeniy Антонович Smehunov@mail.ru 30 09 2015 30 09 2015 15 3 73 80 https://naukaru.ru/en/nauka/article/6626/view

Целью работы является обоснование принципиальных параметрических решений, позволяющих создать оборудование для обогащения воды кислородом в замкнутых системах водоснабжения. При этом предполагается достигать эффекта обеззараживания, исключая добавление кислорода в воду из специальных емкостей. Объектом исследования выбраны аппараты вихревого слоя (АВС), обладающие рядом преимуществ. В известных разработках этих аппаратов по ряду принципиальных решений есть вопросы, не определена действенность факторов, влияющих на процесс обогащения воды кислородом. В качестве методов исследования использованы логический анализ существующих сведений по процессам, происходящим в АВС; аналитические методы решения задач; отсеивающие исследования по влиянию отдельных факторов с использованием известного контрольного оборудования; статистическая обработка данных. В результате выполненной работы определены наиболее значимые факторы, действующие в аппаратах вихревого слоя. Поисковые и отсеивающие эксперименты показали, что наибольшее влияние на процессы обогащения воды кислородом и обеззараживания воды для аквакультуры оказывают кавитация и наличие в камере обработки свободного воздуха. Кроме того, для снижения энергетических потерь зазоры между магнитопроводами должны быть максимально уменьшены. Результаты проведенных экспериментов позволили предложить конструкцию, обеспечивающую преобладание указанных факторов при обработке сточной воды для аквакультуры

The work objective is to study the fundamental parametric solutions to create the equipment for the oxygen enrichment of water in the closed water systems in recycling. It is assumed to achieve the effect of disinfection excluding the addition of oxygen into water from special containers. For a variety of advantages, velocity-layer devices (VLD) are chosen as a target of research. In the known development of these devices there are some questions on the fundamental solutions; besides, the effectiveness of factors for the oxygen enrichment of water is not determined. The logical analysis of the existing data on the processes taking place in the VLD, analytical methods of problem- solution, screening studies on the impact of some factors by applying a known control equipment, and statistical data processing, are used as research techniques. As a result of the work performed, the most significant factors operating in the velocity- layer devices are identified. The searching and screening experiments have shown that the cavitation and occurrence of free air in the treatment chamber have the greatest impact on the oxygen enrichment of water and the water disinfection for aquaculture. Besides, to reduce energy losses, the gaps between the magnetic conductors should be reduced as much as possible. The results of these experiments allow offering the design that provides the prevalence of the mentioned factors in the treatment of the wastewater for aquaculture

аквакультура аппарат вихревого слоя обогащение воды кислородом вращающееся магнитное поле ферромагнитные стержни кавитация. aquaculture velocity-layer device oxygen enrichment of water the rotating magnetic field ferromagnetic rods cavitation.

Введение. Мировое производство искусственно выращиваемой рыбы (аквакультура) увеличивается ежегодно почтина 6 %. Для сравнения можно привести соответствующие данные, например, по домашней птице — 4 % и по свинине— 1,7 %. В 2014 году мировое производство рыбы составило 158 млн т. Почти половина этого количества — 66 млн твыращивается в искусственных условиях. Аквакультура развивается и в России, и во всем мире [1]. В 2014 году в ры-боводческих хозяйствах нашей страны выращено 3,68 млн т рыбы.Обеспечение в бассейне постоянной температуры, состава воды и содержания в ней кислорода позволяет до-стичь наилучших показателей по скорости выращивания, экономному расходу воды, кормов, экологичности. Есливыращивание одного килограмма рыбы в естественных условиях требует 650 л воды, то в бассейне — только 9 л [2].Однако выращивание рыбы в бассейнах с поддержанием определенной бактериальной среды затрудняется рядом фак-торов, в частности требует существенных затрат. В России не производится оборудование, позволяющее обеззаражи-вать и обогащать кислородом воду для аквакультуры. Отечественное рыбоводство зависит от поставок импортнойтехники — дорогостоящей и не всегда высокоэффективной. Это тормозит развитие производства рыбы в искусствен-ных условиях.

Стратегия развития аквакультуры в Российской Федерации на период до 2020 года [Электронный ресурс] / Министерство сельского хозяйства Российской Федерации. - Режим доступа: http://www.mcx.ru/documents/document/show/12208.77.htm (дата обращения 21.07.15). Strategiya razvitiya akvakul´tury v Rossiyskoy Federatsii na period do 2020 goda. [Strategy of aquaculture development in the Russian Federation for the period until 2020.] Ministry of Agriculture of the Russian Federation. Available at: http://www.mcx.ru/documents/document/show/12208.77.htm (accessed: 21.07.15) (in Russian). Проскуренко, И. В. Замкнутые рыбоводные установки / И. В. Проскуренко. - Москва : Издательство ВНИРО, 2003. - 152 с. Proskurenko, I.V. Zamknutye rybovodnye ustanovki. [Closed fish-breeding units.] Moscow: Izdatel´stvo VNIRO, 2003, 152 p. (in Russian). Вершинин, Н. П. Установки активации процессов / Н. П. Вершинин. - Ростов-на-Дону : Инноватор, 2004. - 96 с. Vershinin, N.P. Ustanovki aktivatsii protsessov. [Process activation installations.] Rostov-on-Don: Innovator, 2004, 96 p. (in Russian). Логвиненко, Д. Д. Интенсификация технологических процессов в аппаратах с вихревым слоем / Д. Д. Логвиненко, О. П. Шеляков. - Киев : Техника, 1970. - 144 c. Logvinenko, D.D., Shelyakov, O.P. Intensifikatsiya tekhnologicheskikh protsessov v apparatakh s vikhrevym sloem. [Intensification of technological processes in the velocity-layer devices.] Kiev: Tekhnika, 1970, 144 p. (in Russian). Адошев, А. И. Выбор конструкции индуктора ферровихревого аппарата / А. И. Адошев // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве : сб. науч. тр. - Ставрополь : Издательство Ставропольского государственного университета, 2009. - С. 72-77. Adoshev, А.I. Vybor konstruktsii induktora ferrovikhrevogo apparata. [Selection of inductor design for ferro-vortex device.] Metody i tekhnicheskie sredstva povysheniya effektivnosti ispol´zovaniya elektrooborudovaniya v promyshlennosti i sel´skom khozyaystve : sb. nauch. tr. [Methods and techniques to enhance the applicability of electrical equipment in industry and agriculture: Coll.of sci.papers.] Stavropol: Izdatel´stvo Stavropol´skogo gosudarstvennogo universiteta, 2009, pp. 72-77 (in Russian). Water activation system with functions of disinfection and purification : patent KR, 20020097090 (A); 2002-12-31 / J.-H. Park. Park, J.-H. Water activation system with functions of disinfection and purification: Patent KR, no. 20020097090 (A), 2002. Cavitation oxygenation disinfection running water apparatus of waterpower : patent CN, 201161946 (Y) ; 2008-12-10 / S. Xuan, W. Ppeizhi. Xuan, S., Peizhi, W. Cavitation oxygenation disinfection running water apparatus of waterpower: Patent CN, no. 201161946 (Y), 2008. Аппарат вихревого слоя : патент 2072256 Рос. Федерация : В01F13/08 / Н. П. Вершинин [и др.] ; заявл. 15.10.1992 ; опубл. 27.01.1997. Vershinin, N.P., et al. Apparat vikhrevogo sloya: patent 2072256 Ros. Federatsiya: B01F13/08. [The vortex-layer device.] Patent RF, no. 2072256, 1997 (in Russian). Аппарат вихревого слоя : патент 2072257 Рос. Федерация : В01F13/08 / Н. П. Вершинин, И. Н. Вершинин ; заявл. 16.10.1992 ; опубл. 27.01.1997. Vershinin, N.P., Vershinin, I.N. Apparat vikhrevogo sloya: patent 2072257 Ros. Federatsiya: В01F13/08. [The vortex- layer device.] Patent RF, no. 2072257, 1997 (in Russian). Ферровихревой аппарат : патент 2323040 Рос. Федерация : В01F13/08 / А. И. Адошев, В. В. Коваленко ; заявл. 25.12.2006 ; опубл. 27.04.2008. Adoshev, А.I., Kovalenko, V.V. Ferrovikhrevoy apparat: patent 2323040 Ros. Federatsiya: B01F13/08. [The ferro- vortex device.] Patent RF, no. 2323040, 2008 (in Russian). Гиль, Н. А. Перспективы применения установки активизации процессов для подготовки воды для аквакультуры / Н. А. Гиль, Е. А. Смехунов, М. В. Коваленко // Технические средства аквакультуры : сб. трудов междунар. науч. конф. - Ростов-на-Дону : Издательство ДГТУ, 2014. - С. 142-143. Gil, N.A., Smekhunov, E.A., Kovalenko, M.V. Perspektivy primeneniya ustanovki aktivizatsii protsessov dlya podgotovki vody dlya akvakul´tury [Application prospects of the revitalization process installation for water treatment for aquaculture.] Tekhnicheskie sredstva akvakul´tury: sb. trudov mezhdunar. nauch. konf. [Technical equipment for aquaculture: Proc. Int.Sci. Conf.] Rostov-on-Don, DSTU Publ. Centre, 2014, pp. 142-143 (in Russian). Гиль, Н. А. Обработка воды в установках замкнутого цикла / Н. А. Гиль, Е. А. Смехунов // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения : мат-лы 16-й междунар. науч.-практ. конф. - Ростов- на-Дону, 2013. - С. 47-50. Gil, N.A., Smekhunov, E.A. Obrabotka vody v ustanovkakh zamknutogo tsikla. [Water treatment at closed-cycle plants.] Sostoyanie i perspektivy razvitiya sel´skokhozyaystvennogo mashinostroeniya : mat-ly 16-y mezhdunar. nauch.-prakt. konf. [State and prospects of development of agricultural engineering : Proc. XVI Int. Sci.-Prac. Conf.] Rostov-on-Don, 2013, pp. 47-50 (in Russian). Christopher, E.-B. Cavitation and Buble Dynamics / E.-B. Christopher. - New York : Oxford University Press, 1995. - 284 p. Christopher, E.-B. Cavitation and Buble Dynamics. New York: Oxford University Press, 1995, 284 p. Акопян, Б. В. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами. Ультразвук в медицине, ветеринарии и экспериментальной биологии / Б. В. Акопян, Ю. А. Ершов. - Москва : Издательство МГТУ им. Баумана, 2005. - 224 с. Akopyan, B.V., Yershov, Y.A. Osnovy vzaimodeystviya ul´trazvuka s biologicheskimi ob´´ektami. Ul´trazvuk v meditsine, veterinarii i eksperimental´noy biologii. [Fundamentals of the ultrasound - biological objects interaction. Ultrasound in medicine, veterinary medicine, and experimental biology.] Moscow: Izdatel´stvo MGTU im. Baumana, 2005, 224 p. (in Russian)